注意力集转移任务：小鼠认知灵活性的一种测量方法

本实验的总体目标是通过小鼠模型测量由前额叶皮层介导的认知灵活性。该目标通过以下步骤实现：首先训练测试小鼠挖掘一个小容器以获取食物奖励。在第二步中，将食物奖励埋藏于特定情境线索相关联的位置，使小鼠能够在连续八次试验中准确找到并获取奖励，且无任何错误。

接下来，通过在相关维度内进行一系列队列与奖励的配对变化，小鼠学会关注队列的相关维度，同时忽略无关维度，以准确定位并获取奖励。最后一步中，队列与奖励的配对关系发生转换，使原先无关的维度变为相关维度，从而促进小鼠成功定位并获取奖励。

最终，在逆转阶段，实验组之间达到标准所需的平均试验次数增加，被解释为认知灵活性下降。尽管该方法可为前额叶皮层介导的认知功能基础神经科学提供见解，也可应用于其他多种模型系统（如转基因模型或慢性疾病模型），并具有良好的转化有效性。通常，初次接触该方法的研究者会遇到困难，原因是小鼠在测试开始前未得到充分的适应性驯化或训练。

演示该实验操作的是我实验室近期毕业的博士生Jillian Heisler，由实验室研究助理Lainey Ritas和Juan Morales协助完成。在开始实验前，需对每只小鼠进行食物限制，并每天抓取处理两到三分钟，持续八天，以减少实验过程中因抓取带来的应激反应。如果有多位实验人员共同参与同一批小鼠的实验测试，应确保每位实验人员均参与抓取处理过程。

每天处理时称量并记录每只动物的体重。然后从适应期开始前四天起，在每个家笼的前端放置两个小烧杯，使小鼠适应测试用的容器。连续四天每天在小烧杯中各加入2克食物和一份食物奖励，以维持小鼠自由进食体重的80%至85%。

在适应性程序前一天，于训练开始前两天更换动物饲养笼的垫料，并在红光下的暗周期期间，将少量来自饲养笼的脏垫料均匀铺在实验箱内，以引入熟悉的味道，减少小鼠处于新环境中的应激反应。在实验箱的等待区域放置一个装有清水的干净小瓷杯，同时在测试区域放置两个此前用于食物限制的瓷杯，每个杯中放入约20毫克的食物奖励。随后将小鼠转移至等待区域，并移除起始门。

让小鼠在实验箱中自由探索一小时。持续向空的小培养皿中添加谷物碎片，以促使小鼠频繁探索测试区域和花盆。在适应期间，应注意确保小鼠始终能够看到实验人员，从而使实验人员的存在不会成为额外的应激因素。

在测试期间。从第15天开始训练，将小鼠放入等待区。然后将每个装有食物奖励的空烧杯放入测试区域，并抬起起始门。

在重复多次食物奖励取回操作后，给予小鼠三分钟时间取回两份食物奖励。在随后的每次试验中，逐渐向各个容器中添加干净的笼具垫料。每次试验结束前，继续给予小鼠三分钟时间，以从每个容器中取回食物奖励。

当小鼠从每个容器中取出食物奖励后，进入下一次试验。如果小鼠未表现出挖掘行为，可在食物奖励被部分覆盖后给予提示。每次试验后继续添加垫料，直至食物奖励被完全覆盖，且小鼠能够稳定地表现出在装满垫料的容器中进行挖掘的能力。

在测试当天进行操作时，为确保小鼠能够找到食物奖励，应先给每只小鼠提供一次食物奖励，以避免因饥饿导致测试过程中注意力不集中。在符号辨别阶段，仅存在一个Q维度。此处示例为：使用挖掘基质完全覆盖食物奖励，并在所有花盆表面撒上谷物碎屑。

请注意，当气味是相关的关键维度时，两个容器中的挖掘基质均为木屑垫料。然后将小鼠放入等待区域，关闭起始门，并将容器置于测试腔的两侧。现在移除挡板并启动计时器，开始测试。

每次试验允许小鼠三分钟时间做出选择，记录其挖掘或选择是否正确，以及小鼠做出选择所用的时间。如果小鼠在三分钟内未做出选择，则同样记录为错误选择。一旦小鼠对任一花盆做出选择，立即将未被选择的花盆从测试腔室中移除。

如果小鼠做出了正确选择，在本示例中，允许其完成进食奖励。如果小鼠做出了错误选择，在本示例中，允许其探索容器，以表明该选择无食物奖励。无论选择如何。

每次试验结束后，将小鼠放回等待区域，并重新安装起始门。随后的试验中，根据表格中所示的成对介质和气味，使用镊子将食物奖励放入指示正确选择的花盆中，操作步骤与刚刚演示的相同。需要注意的是，务必提前充分放置花盆，以使强烈的初始气味在测试前充分消散。测试。

在此图中，展示了未经处理的 C57BL/6J 小鼠在每个阶段达到标准所需的平均试验次数。采用的是注意力集转移任务（attentional set shifting task，ASST）。在简单辨别阶段的差异表现为：当气味作为相关线索时，达到标准所需的试验次数增加。

如图所示，对行为数据进行标准化处理可降低与最初相关队列学习相关的变异性，从而更清晰地呈现后续跨维度转换阶段表现的提升。在跨维度转换阶段所需达到标准的试验次数相较于之前的维度内转换阶段显著增加，这是检验测试有效性的重要对照指标。在跨维度转换阶段之前，小鼠已学会关注单一的相关Q维度以定位奖励。

有趣的是，对原始数据中维度内和维度外转换的分析显示，在第二次维度内转换和维度外转换之间，达到标准所需试验次数显著增加。此外，当数据相对于简单辨别阶段的表现进行标准化后，与维度外转换相比，第二次和第三次维度间转换均表现出显著的维度内-维度外转换差异。一旦掌握该技术，每只测试小鼠可在不到三周的时间内完成实验，若操作得当，每位研究人员可同时测试最多两只小鼠。在实施该操作过程中，重要的是需注意尽量减少环境干扰因素，例如测试区域附近的人员走动、噪音、干扰性气味（如浓烈的香水味）以及在训练和测试期间更换笼具等。

观看本视频后，您应能够充分理解如何利用易获取的材料和常见的实验室用品，在小鼠中实施注意力集转移任务。