用基于气味的延迟配对试验对大鼠元认知应答的测试
2018年6月18日
该协议描述了一种调查啮齿类动物青少年元记忆或记忆感知的可能性的方法。基于气味的延迟匹配样本范式是一种新的、与生态相关的行为测试, 用于确定啮齿类动物在认知监测其记忆状态强度的基础上自适应地反应的程度。
该实验的总体目标是通过向受试者提供可以拒绝的记忆测试来确定啮齿动物对元认知反应的程度。这种方法可以帮助回答比较心理学领域的关键问题，例如确定大鼠监测记忆的程度。这种技术的主要优点是老鼠相对容易学习，因为它利用了老鼠的自然觅食行为和主要的嗅觉。
这种技术是经过精心设计的，因此行为测试的结果是有效和可靠的。例如，我们平衡了试验间隔与从中提取样本气味的设定大小，以便存在最佳的内存干扰。我们从类似的范式中想到了这种方法，即在猴子身上使用视觉刺激以及不相关的实验，在这些实验中，老鼠通过在装满沙子的杯子中挖掘来获得需要记住的气味。
文本协议描述了测试设备的组装，老鼠对测试设备的习惯，以及在沙杯中挖掘以获得食物奖励。一旦确定了显着的食物偏好，大鼠就可以进行匹配到样本的训练。对于此测试，应该已经准备好四杯不同的香味沙子，并且不超过一周。
将有香味的沙子存放在密封的玻璃容器中。每个样本匹配测试会话由 6 次试验组成，试验间隔为 4 分钟。要使动物通过这种训练，大鼠必须在连续两次测试中的至少三次试验中正确识别隐藏的奖励。
要设置与样品匹配测试，请将每种香味沙子的半杯倒入四个杯子中。然后按照软件随机分配的位置，将杯子与设备任务区域的入口门等距排列。接下来，将一整块奖励埋在伪随机选择的正确香味杯中。
只是不要连续使用同一个杯子超过两次。此外，将半块奖励埋在气味相同的样品杯中。将奖励至少埋在沙杯底部的一半。
通过向大鼠展示样品气味来开始测试。将大鼠放入样品室，通过中间的延迟室。然后用弯曲的抹刀将装有半奖励的杯子放入腔室中。
一旦老鼠开始吃奖励，就把杯子拿走。老鼠吃完奖励后，将纸板房间隔板抬到延迟室，将隔板抬到 MTS 任务区域。一旦老鼠做出选择并取回奖励（如果存在），就将老鼠从腔室中取出并放入转移笼中。
老鼠可能会而且很可能会闻到每个杯子，但只允许老鼠钻进一个杯子里。如果选择错误，请迅速将其移除，以防止选择其他杯子。进入转运笼后，开始 4 分钟的 ITI，为了防止大鼠查看下一个试验设置，请屏蔽笼子。
在休息期间，用吸尘器吸走可能洒出的沙子，用 70% 异丙醇清洁房间，取出未吃掉的奖励，并根据需要补充沙杯。然后准备下一个带有一半奖励的伪随机选择样品杯。设置任务区域并执行下一次试用。
会话完成后，将大鼠放回其家笼并开始测试下一只大鼠。通过 MTS 任务后，前进到 Delayed Match-To-Sample 或 DMTS 测试，以建立延迟标准。此任务与 MTS 类似，但实质上在给大鼠提供样本和让大鼠执行测试之间增加了一个保留间隔。
当大鼠的成功率在 40% 到 70% 之间时，延迟间隔足以将大鼠推进到强制与选择试验。在开始强制与选择试验之前，首先进行两次试验，其中大鼠只在任务室中找到下降杯。下降杯装满了不同颜色和质地的沙子。
它加载了四分之一大小的奖励。强制与选择轨迹类似于 DMTS 测试，但在 12 次测试中的 8 次中，下降杯位于四个 MTS 杯的腔室的另一侧。每只大鼠进行 10 次强制与选择会议。
在每次试验期间，当大鼠进入延迟室时，请注意大鼠最初是向左转向下降杯还是向右转向以进行 MTS 测试。这是透视元内存的选择。两次治疗后，计算大鼠在强制试验中的准确性。
如果大鼠准确率上升到 70% 以上或下降到 40% 以下，则停止强制与选择测试并返回 DMTS 测试。一旦大鼠在连续两个 DMTS 会话中的准确性再次在 40% 到 70% 之间，然后返回到强制与选择跟踪会话。此外，确定在两个会话中拒绝选项是否接近 0 或 100%在这种情况下，暂停测试并考虑更改拒绝杯中的奖励大小。
目标是 10% 到 40% 之间的拒绝选择率在整个强制与选择测试中，按照文本协议中的说明每周执行一次偏好检查，确保大鼠的偏好保持不变。始终确保每次试验后用异丙醇清洁测试室。根据他们的标准延迟，有可能同时测试两只或三只大鼠，这将使彻底清洁变得尤为重要。
为了研究受试者的元认知反应，将正确强制试验的比例与正确选择试验或存在拒绝选项的试验的比例进行比较。与强制试验相比，所选试验的准确性明显更高，表明阳性结果。如果所选试验的性能没有明显比强制试验更准确，则结果为空。
这种假设性缺乏大鼠元记忆的证据表现为在遗忘样本的试验中，如果可以适应使用下降测试选项，则不使用下降测试选项。看完这个视频后，你应该对如何使用带有香味沙的延迟匹配样本测试来测试大鼠的元认知反应有了很好的了解。一旦掌握，大鼠可以在大约 45 分钟内进行样本匹配测试，具体取决于如果执行得当，大鼠的延迟。
在尝试此过程时，重要的是要记住，大鼠必须习惯该装置，对奖励有强烈的偏好，并且有单独选择和监控的保留间隔。
概述
该协议描述了一种使用气味为基础的延迟匹配样本范式来研究啮齿动物元记忆的方法。这种具有生态相关性的行为测试评估了啮齿动物如何认知地监控其记忆状态。
关键研究组成部分
科学领域
- 比较心理学
- 行为神经科学
- 元认知
背景
- 元记忆指的是对自身记忆能力的意识。
- 了解啮齿动物的记忆可以为认知过程提供见解。
- 该研究利用大鼠的自然觅食行为来促进学习。
- 先前的研究已在灵长类动物中探索了类似的范式。
研究目的
- 确定啮齿动物元认知反应的程度。
- 评估大鼠在决策任务中如何监控其记忆。
- 建立一种可靠的方法来评估动物模型中的记忆意识。
使用的方法
- 开发基于气味的延迟匹配样本任务。
- 训练大鼠识别隐藏在香味沙子杯中的奖励。
- 实施试验间隔以优化记忆保持。
- 比较强制和选择试验的准确性以评估元记忆。
主要结果
- 大鼠展示了监控其记忆状态的能力。
- 在选择和强制试验之间观察到准确性的显著差异。
- 该研究确认了测试方法的有效性。
- 结果表明大鼠可以表现出元认知行为。
结论
- 研究结果支持啮齿动物中元记忆的存在。
- 该方法可以用于进一步探索动物的认知过程。
- 未来的研究可能会扩展这些发现，包括其他物种。
常见问题
Executive Industry Relevance
Assessing metacognitive capacity in preclinical models supports target validation by clarifying cognitive mechanisms underlying neuropsychiatric disorders. This odor-based delayed match-to-sample test enables mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses related to memory monitoring and decision-making. The method provides translational biomarker alignment for evaluating pro-cognitive compounds in disease-relevant systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses involving memory monitoring and metacognitive control in rodent models.
- Operational Value: Utilizes natural foraging behavior and olfaction, reducing training complexity and improving assay readiness.
- Predictive Value: Supports biological de-risking by distinguishing between memory presence and absence through behavioral responding.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative dependent variable measurements (accuracy on forced vs. chosen trials) to evaluate compound effects on metacognitive responding.
- Operational Value: Ensures assay standardization through individually titrated retention intervals maintaining 40-70% baseline performance.
- Scalability: Supports screening readiness with 45-minute sessions and potential for parallel testing of multiple rats.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase metacognitive assessment to preclinical evaluation of pro-cognitive therapeutics.
- Disease-Relevant System: Models metacognitive deficits relevant to schizophrenia, Alzheimer’s, and other cognitive disorders.
- Mechanistic De-risking: Clarifies whether test compounds improve memory monitoring rather than just memory performance.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing through lead identification to preclinical efficacy evaluation, particularly for cognitive disorder indications.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by measuring adaptive use of decline responses as an index of metacognitive awareness.
- Screening: Delivers reproducible quantitative outputs (choice vs. forced trial accuracy) enabling reliable compound evaluation.
- Analytics: Requires statistical comparison of correct trial proportions to determine significant metacognitive responding.
- Translational Research: Aligns with biomarker development by assessing cognitive process modulation beyond simple memory enhancement.
- Enterprise Reuse: Represents a scalable, standardized platform for longitudinal assessment of cognitive therapeutics across discovery projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target engagement via direct assessment of memory state monitoring.
- Operational Value: Standardized protocol with built-in performance titration and decline option calibration.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions by differentiating compounds that enhance metacognitive control from those that only affect memory strength.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on mechanistic specificity for cognitive processes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavioral testing and olfactory-based task design.
- Dependence on apparatus for sample, delay, and task chambers with precise odor delivery.
- Needs cross-team standardization of reward preferences, retention interval titration, and decline option validation.
- Must account for individual variability in olfactory discrimination and digging behavior across rat strains.
- Limited to assessing metacognitive responding; does not measure non-memory-related motivational or attentional confounds without additional controls.
