2015年2月15日
评估大鼠执行功能(例如行为灵活性)的能力有助于研究完整动物和疾病模型中认知的神经生物学。在这里,我们描述了用于评估策略转移和反转学习的自动化任务,这些任务对前额叶皮层网络的破坏特别敏感。
以下实验的总体目标是评估行为灵活性,包括使用基于自动作者的方法对大鼠进行设置移位和反转学习。这是通过首先对动物进行杠杆按压行为的预训练来实现的,以使它们熟悉杠杆的伸展和缩回并确保报告的一致性。接下来,对动物进行所需序列的第一个任务测试。
例如,队列到响应序列中的视觉提示判别,它建立了动物学习判别规则的能力。然后对动物进行所需序列的第二项任务测试,以评估动物的行为灵活性,即它们从一个规则转换到另一个规则的能力。结果显示了基于各种药理学或解剖学作对行为灵活性不同方面的影响。
与基于迷宫或挖掘任务等现有方法相比,这种技术的主要优点是有更大的刺激控制和标准化,并且数据收集的速度大大提高。演示该程序的是布拉德利·罗伯茨 (Bradley Roberts),他是我实验室的一名本科生,用于对大鼠进行行为灵活性测试。使用配备至少两个可伸缩杠杆的作室,放置在中央加固输送区域的两侧,两个刺激灯,每个杠杆上方一个,一个室内灯和一个加固分配器。
确保室内灯照亮整个腔室,同时不会干扰刺激灯的检测。使用可口的食物进行强化,例如 45 毫克蔗糖颗粒。通过与计算机的接口控制刺激物的呈现、杠杆作和数据收集。
有关预训练大鼠的更多详细信息,请参阅文本协议。按照文本协议中的指南,给大鼠进行可伸缩杠杆训练课程,让它们熟悉杠杆的伸展和缩回,并确保大鼠在进入任务的主要测试阶段时所做的遗漏相对较少。在每次试验期间,确定哪个杠杆以伪随机顺序扩展备用杠杆延伸,以便有 45 个左杠杆试验和 45 个右杠杆试验,但不超过两个连续试验。
伸出相同的拉杆,伸出选定的拉杆。在 10 秒内按下控制杆后加固动物,然后控制杆缩回。如果动物在 10 秒内没有反应,请缩回控制杆并记录遗漏。
在固定天数内继续 30 分钟的可伸缩杠杆训练课程,或直到动物连续两天满足 5 次或更少遗漏的最低标准,以测试队列中的动物以响应序列,这代表了策略转变的两种可能的测试序列之一。开始在 Q 任务中测试动物。这项任务加强了动物对照明刺激光下方的杠杆的反应,并且是序列中的既定任务。
每次试验开始时,两个控制杆都缩回,点亮左侧或右侧刺激灯三秒钟。然后将两个控制杆伸入腔室 10 秒钟或直到出现响应。在任一控制杆上的响应上,仅加强信号控制杆上的正确响应。
缩回拉杆。在整个会话期间每 20 秒开始一次试用。伪随机确定试验的顺序,使得使用同一刺激进行不超过两次连续的试验。
光线被照亮。继续试验,直到动物完成 10 次连续正确反应并完成至少 30 次试验,或直到完成 150 至 200 次试验但未达到标准。第二天,在达到 Q 任务的标准后,将动物转移到响应任务,该任务代表序列中的轮班任务,并加强动物在与侧面偏好相反的杠杆上的响应。
无论提示如何,从两个控制杆都缩回,伪随机点亮任一刺激光 3 秒,然后将两个控制杆伸入腔室 10 秒或直到出现反应。仅在动物一侧对面的正确位置杆上加强响应,优先于任一杠杆上的响应。收回杠杆,继续试验,直到动物达到连续 10 次正确反应的标准。
有效的策略转换取决于内侧前额叶皮层。在治疗的第一天,前额叶失活不会影响 Q 组任务的表现。然而,第二天的前额叶失活显着损害了反应转换任务的表现,因为动物需要更多的试验才能达到标准表现。
相比之下,反应反转、辨别力没有显示出对内侧前额叶皮层的依赖性。在逆转日接受前额叶皮层失活的动物与注入盐水的动物没有区别,这支持了先前的研究,表明眼眶额叶皮层,而不是内侧前额叶皮层,调节各种任务的反向学习。为了证明提醒试验如何帮助数据解释,大鼠在第一天就获得了 Visual Q 规则。
第 2 天,大鼠接受载体或拇膜,然后从第 1 天开始接受 20 次提醒试验,然后转为反应鉴别。结果表明,在提醒试验期间,拇骨 peritol 损害了视觉线索的检索。随后,拇周膜治疗的大鼠需要较少的试验才能达到标准,如果没有提醒试验表明前一条规则的记忆实际上受损,这一结果可能被解释为集合转移的改善。
可以将其他方法,如解剖学、环境或遗传作,以及生理或化学记录技术添加到该程序中,以探索行为灵活性和执行功能的神经生物学基础。
本研究通过自动化任务探究大鼠的行为灵活性,重点关注策略转换和逆转学习。这些任务旨在评估前额叶皮层功能紊乱对认知功能的影响。
行为灵活性检测对于降低神经精神类药物研发风险至关重要,因为它能够对执行功能领域进行机制性探究。自动化的操作式方法可提供标准化、高通量的检测结果,支持在与疾病相关的系统中进行靶点验证和预测性建模。该方法增强了从基础神经生物学向精神分裂症、抑郁症及认知障碍模型的临床前筛选的转化连续性。
该方法适用于从靶点假设验证到先导化合物优化的整个发现流程,尤其适用于需要评估执行功能的认知与神经精神疾病领域的研究。