Die 5-Wahl Serienreaktionszeit-Aufgabe: Eine Aufgabe der Aufmerksamkeit und Impulskontrolle für Nager

Summary

Dieses Protokoll beschreibt die 5-Choice-Serienreaktionszeit-Aufgabe, die eine operante basierend Aufgabe verwendet werden, um Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagetieren zu studieren ist. Testtag Herausforderungen, die Änderungen der Standardaufgabe sind, erhöhen die Flexibilität der Aufgabe und kann mit anderen kombiniert werden, um Manipulationen mehr vollständig zu charakterisieren Verhalten werden.

Abstract

Dieses Protokoll beschreibt die 5-Choice-Serienreaktionszeit-Aufgabe, die eine operante basierend Aufgabe verwendet werden, um Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagetieren zu studieren ist. Testtag Herausforderungen, Änderungen an der Standardaufgabe können verwendet werden, um systematisch zu besteuern, die neuronalen Systeme steuern entweder Aufmerksamkeit oder Impulskontrolle werden. Wichtig ist, dass diese Herausforderungen konsequent Auswirkungen auf das Verhalten in Labors in intakten Tieren und kann entweder Erweiterungen oder Defizite in der kognitiven Funktion, die nicht erkennbar sind, wenn Ratten werden nur auf der Standardaufgabe getestet offenbaren. Die Vielfalt der Verhaltensmaßnahmen, die gesammelt werden, können verwendet werden, um festzustellen, ob andere Faktoren (dh., Sedierung, Motivation Defizite, Bewegungsstörungen) auf Veränderungen in der Leistung beitragen. Die Vielseitigkeit der 5CSRTT weiter verbessert, da sie zugänglich Kombination mit pharmakologischer, molekularen und genetischen Techniken.

Introduction

Die 5-Wahl serielle Reaktionszeit-Aufgabe (5CSRTT) wurde von Trevor Robbins und Kollegen an der Universität von Cambridge, um die Verhaltensdefizite von Menschen mit Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) diagnostiziert ^1,2 angezeigt verstehen, entwickelt. Es basiert auf kontinuierliche Leistungsaufgaben eingesetzt, um die Aufmerksamkeit des Menschen ^3-Studie; mit Aufmerksamkeit, als die Fähigkeit, sich auf bestimmte Reize oder Informationen bereitstellen und erhalten den Fokus der kognitiven Ressourcen und ignorieren andere Informationen ⁴ definiert. Obwohl die Aufgabe wurde ursprünglich für den Einsatz mit Ratten ^1,2 entwickelt wurde, hat eine Maus-Version auch entwickelt ^5,6.

Die Grund 5CSRTT erfordert Ratten, um eine horizontale Anordnung von fünf Öffnungen für die Präsentation von einer kurzen Lichtreiz (cue) in eine der Öffnungen zu scannen; Sobald die Ratte erkennt den Reiz muss Nase stecken in dem beleuchteten Blende auf eine Zucker Pellet Lohn empfangen. SoDie Aufgabe erfordert Ratten sowohl teilen ihre Aufmerksamkeit auf den räumlich getrennten Öffnungen 5 und die Aufmerksamkeit zu erhalten, bis der Stimulus in einem gegebenen Versuch und über mehrere Versuche in einer Sitzung ^1,7 dargestellt. Aufmerksamkeit wird typischerweise durch die Genauigkeit der Antworten bewertet. Obwohl die 5CSRTT wurde ursprünglich entworfen, um Aufmerksamkeit zu beurteilen, ist es auch verwendet werden, um impulsives Verhalten oder Reaktion Hemmung ^1,7,8 beurteilen: die Fähigkeit zur Zurückhaltung vorge potent oder unangemessen reagiert ^9. Während der Aufgabe muß Ratten einzubehalten Reaktion für die Dauer der Studie unter Intervalls (ITI) und nur reagieren, wenn der Stimulus in einer der Öffnungen ¹ dargestellt. So vorzeitige Reaktionen, die während des ITI vor Stimuluspräsentation stattfindet, einen nützlichen Index der impulsives Verhalten.

Die 5CSRTT ist ein unglaublich flexibles aufgaben gibt es eine Reihe von Änderungen des Grundaufgabe (dh Testtag Herausforderungen)das kann implementiert werden, um genauer zu untersuchen, wie experimentelle Manipulationen Verhalten beeinflussen werden. B. Verringern der Stimulationsdauer und Verringerung der ITI sind verschiedene Mechanismen, um das Aufmerksamkeits Last der Aufgabe erhöht und kann verwendet werden, systematisch zu analysieren Subdomänen Aufmerksamkeit ^1,7,10-12 werden. Im Gegensatz, die Erhöhung der Reizdauer minimiert die Aufmerksamkeits Anforderungen der Aufgabe; Dies kann verwendet werden, um festzustellen, ob eine Manipulation stört die Fähigkeit, die Grundreaktions Anforderungen der Task ¹² ausgeführt werden. Erhöhen der Dauer des ITI kann ermittelt werden, ob eine bestimmte Manipulation beeinflusst treibend reagiert ^1,7,8,13-15 werden. Darüber hinaus können mit Hilfe von Test Tag Herausforderungen, wie die eben beschriebene, ¹⁰ oder Defizite Verbesserungen ^16,17 von Verhalten, das nicht offensichtlich in gut ausgebildeten Ratten getestet mit den Standard-Testparameter zu offenbaren.

Wichtig ist, dass die 5CSRTT zugänglich to Kombination mit einer Anzahl verschiedener Techniken; beispielsweise Erkenntnis wurde untersucht nach Läsionen von diskreten Hirnareale ^10,18-20, oder selektive Neurotransmitter Abreicherungen ^2,21,22. Verhaltens pharmakologische Untersuchungen haben entweder systemisch oder diskrete ^16,17,23-28 intrakranielle Verabreichung von Medikamenten ^29-32. Außerdem Leistung ist leicht nach akuten und chronischen ^{12,16,17,29-32} Drug Administration ^13,14,23,33 bewertet. Die Auswirkungen der Aufgabenerfüllung auf die Freisetzung von Neurotransmittern ³⁴ und ³⁵ Stoffwechselaktivität in einzelnen Bereichen des Gehirns haben auch untersucht worden. Darüber hinaus kann die Leistung von der Aufgabe verwendet, um Ratten in Gruppen basierend auf Ausgangsaufmerksamkeitsleistung ^30,31 oder Ebenen Impulsivität ^15,32 abzutrennen. Schließlich, mit dem Aufkommen von einer Maus-Version des 5CSRTT ^5,6, die Aufgabe wurde verwendet, um die genetischen Beitrag zur Aufmerksamkeit und imp untersuchenUlse steuern ^5,36-39.

Weil die 5CSRTT beurteilt mehreren kognitiven Funktionen gleichzeitig und zugänglich ist, die in Kombination aus einer Vielzahl von pharmakologischen, molekulare und genetische Ansätze wurde routinemäßig verwendet, um die kognitive Dysfunktion in Zusammenhang mit Tiermodellen von psychiatrischen und neurologischen Störungen beurteilen zu verwenden. Zum Beispiel die 5CSRTT wurde verwendet, um die zugrunde liegenden Neurobiologie untersuchen die kognitiven Störungen bei Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ^{37,40,41, 23,33,42} Schizophrenie, Drogenabhängigkeit ^13,14,43-45, Alzheimer-Krankheit ^{18 , 39,} Parkinson ³⁶ und Huntington-Krankheit ^37.

Dieses Protokoll enthält Richtlinien für die Ausbildung Ratten auf der 5CSRTT. Weil eine Reihe von Performance-Maßnahmen gesammelt werden können, beschreiben wir, wie gemeinsame Muster von Results sollte interpretiert werden. Neben mehreren gemeinsamen Modifikationen an der Basisprotokoll, die Test Tag Herausforderungen, werden beschrieben.

Protocol

Dieses Verfahren erfordert die Verwendung von Tieren; Diese Verfahren wurden von der Oberlin College Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt und stehen im Einklang mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren ^46.

1. 5CSRTT Apparat

1. Ein Schema des 5CSRTT Vorrichtung ist in Figur 1 vorgesehen.
   1. Die 5CSRTT Gerät besteht aus einer operanten Konditionierung Kammer (30,5 x 24,1 x 29,2 cm) mit 2 Plexiglasseitenwände und einer Edelstahlgitterboden.
   2. Die Aluminium-Vorderwand ist abgerundet und enthält fünf Nase Sack Öffnungen (2,5 x 2,2 x 2,2 cm je); Jede Öffnung ist mit einer Leuchtdiode (LED) und einem Infrarotsensor, der Erfassung des Einsetzens des Ratten Nase ausgestattet.
   3. Die Aluminium-Rückwand enthält die Nahrungsmittelzeitschrift; Dies wird zu einer Pelletspender verbunden ist und mit einem Infrarotsensor und einem kleinen incandescen ausgestattett Licht.
   4. Eine Glühlampe Haus Licht, in der Lage, die Beleuchtung des gesamten Kammer liegt in der Nähe der Spitze der Rückwand angebracht.
2. Haus der 5CSRTT Geräte in einem gut belüfteten, klingen abgeschwächten operante Konditionierung Kammer.
3. Verwenden Sie einen PC-Computer, die operante Kammer zu steuern und Daten zu sammeln.

2. Tierhaltung und Vorbereitung

1. Das Verfahren erfordert die Verwendung von Versuchstieren; erhalten die Genehmigung der Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) vor der Aufnahme von Experimenten.
2. Hausratten in Paaren.
   1. Pflegen Ratten auf einem 14.10 Licht / Dunkel-Zyklus (Licht an um 7.00 Uhr) in einem Raum mit einer konstanten Temperatur von 22 ± 1 ° C
   2. Ermöglichen Ratten freien Zugang zu Wasser, während in ihre Käfige, aber das Essen beschränken sie.
   3. Lebensmittel beschränken Ratten auf 85-90% ihrer freien Fütterung Gewicht zwei bis fünf Tage vor dem Beginn der Ausbildung und Magazinganz 5CSRTT Ausbildung und Prüfung. Feed-Ratten nach täglichen Training und wiegen sie täglich, um sicherzustellen, dass sie an Gewicht zunehmen (~ 5 g / Woche).

3. 5CSRTT Vorgehens

1. Allgemeine Überlegungen 5CSRTT Ausbildung
   1. Zug Ratten bei einer Standard-Tageszeit mindestens 5 Tage pro Woche; Ausbildung erfolgt über viele Stufen (siehe Tabelle 1) und dauert mehrere Wochen.
   2. Bahn und Testratten in der gleichen operante Kammer (siehe Abschnitte 3.2-3.5 unten); kleine Abweichungen in der Ratten-Umgebung kann die Leistung beeinträchtigen.
   3. Am Ende jeder Sitzung alle Oberflächen der Kammer mit Wasser, das Desinfektionsmittel Natriumhypochlorit (oder ein anderes Desinfektionsmittel nach Rücksprache mit Ihrem Tierarzt).
2. Magazin Ausbildung
   1. Einführung Zuckerpellets (45 mg) bei Ratten in ihren Heimatkäfig vor der ersten Sitzung. Dies minimiert neophobia und sorgt für Ratten retRieve Zuckerpellets aus der Lebensmittelmagazin.
   2. Ort Ratten in der operanten Kammer (Fans) mit der Öffnung Löcher verschlossen. Ratten zu ermöglichen Kammer für 5 min zu gewöhnen.
   3. Liefern sechzig Zucker Pellets Magazin entweder auf einem festen Intervall 20 s (FI-20, Tag 1) Zeitplan oder ein FI-30 Plan (Tag 2).
      Hinweis: Die houselight kann für die Dauer der Sitzung und dem Magazin beleuchtet bleiben sollte auf Pelletzuführrohr beleuchtet werden und beleuchtet bleiben, bis das Pellet wird wieder aufgerufen.
   4. Am Ende der Sitzung zur Kenntnis, ob Zuckerpellets verbraucht werden; weiterhin Ausbildung für mindestens 2 Tage, oder bis alle Pellets verbraucht.
3. 5CSRTT Ausbildung
   1. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung einer einzelnen 5CSRTT Studie.
   2. Platzieren Sie jede Ratte in einer operanten Kammer mit den Fans auf. Ratten zu ermöglichen Kammer für 5 min zu gewöhnen.
   3. Am Ende der Eingewöhnungszeit, beleuchten die Zeitschrift Licht und liefern one Zucker Pellets. Der erste Prozess beginnt, wenn diese Pellet wird abgerufen.
   4. Beginnen Sie jeden Versuch mit einer interTestIntervall (ITI), während dem nur das Haus Licht leuchtet. Am Ende des ITI, pseudozufällig beleuchten eine der Öffnung Lichter für die vorgeschriebenen Stimulusdauer. Ermöglichen die Ratte Zeit, um die Stimuluspräsentation entsprechen; die Zeit, die Ratte ist erlaubt, zu reagieren, ist die begrenzte halten (LH).
   5. Nase Sack Antworten in die beleuchtete Öffnung Ergebnis in der Lieferung einer Zuckerpellets mit dem Magazin und der Magazinbeleuchtungslicht; solche Antworten sind korrekt Antworten. Löschen das Licht und die Zeitschrift nächsten Versuch auf Pellet Abruf initiieren.
   6. Nase Sack Antworten in unbeleuchteten Öffnungen (falsche Antworten) und Misserfolge während des LH (Unterlassungen) führen zu einer Auszeit (TO) reagieren. Löschen Sie die houselight während der ZU. Signalisieren den Beginn der nächsten Verhandlung am Ende der TO durch Beleuchtung des houselight.
   7. Ergebnis Nase Sack Reaktionen während des ITI als verfrüht Antworten; bestrafen diese Reaktionen mit einer Periode. Reinitiate den gleichen Versuch nach einer durch eine vorzeitige Reaktion verursacht.
   8. Ende jeder Sitzung nach 90 Versuchen oder 30 Minuten, je nachdem, was zuerst eintritt.
   9. Für die erste Stufe der Ausbildung setzen Sie die Reizdauer auf 30 sec, die LH 30 sec, die ITI bis 2 s und die auf 2 Sekunden. Passen Sie diese Parameter über Ausbildung, so dass die Reizdauer ist 1 s und die LH, ITI und TO sind alle 5 sec (siehe Tabelle 1). Ratten bewegen auf die nächste Trainingsstufe, sobald sie die vorgeschlagenen Ausbildungskriterien erreicht haben. Test Ratten nach zeigen sie eine stabile Leistung auf der letzten Etappe.
      Hinweis: Sprague-Dawley Ratten erreichen in der Regel Kriterium Leistung (~ 65% Genauigkeit, <20% Auslassungen) innerhalb von 4-8 Wochen, wenn trainiert 5 Tage pro Woche. Verschiedene Stämme von Ratten jedoch unterschiedliche Fähigkeiten, um die Aufgabe auszuführen. Zum Beispiel kann Lister Haubenratten hohe erreichenGenauigkeit (> 80%) mit weniger Auslassungen (<20%) mit einem kurzen Reizdauer (0,5 s) (zB Bari et al, 2008;.. Mizra und Bright, 2001). Es wird empfohlen, dass die Forscher einstellen Stimulationsparameter und Kriterium Leistung Rattenstamm (oder Maus) spiegeln verwendet.
4. 5CSRTT Testing
   1. Berechnen Basisleistung (% Genauigkeit,% Auslassungen, vorzeitige Reaktionen) durch Mittelung Leistung auf die einzelnen Maßnahmen in den letzten 3-5 Sitzungen (siehe unten). Nutzen diese Daten, um Ratten in Gruppen einzuteilen (falls erforderlich) oder als Einzel Ratten Grundlinie.
   2. Mit Test Tag Herausforderungen (Tabelle 2), weitere Sonde Verhalten.
   3. Für innerhalb der Subjekte Designs, durchsetzen Trainings mit Testtag Herausforderung Sitzungen.
      Hinweis: Test Tag Herausforderungen kann zur Prüfung des Verhaltens auf der Standardaufgabe zu ergänzen. Diese Manipulationen können subtile Veränderungen im Verhalten, die nicht offensichtlich sind nach umfangreichen zeigenTraining auf der Standardaufgabe und / oder verwendet werden, um ein besseres Verständnis der Art eines Leistungsdefizits zu gewinnen.
5. 5CSRTT Performance-Kennzahlen
   1. Verwenden Sie einen Computer, um die Leistung Maßnahmen zu berechnen.
   2. Genauigkeit reagiert (% Genauigkeit): Teilen Sie die Anzahl der richtigen Antworten durch die Summe der richtigen und falschen Antworten. Dies ist die primäre Maßnahme der Aufmerksamkeit.
      [# Richtigen Antworten / (# + # richtigen Antworten falsche Antwort)] x 100
   3. Auslassungen: Teilen Sie die Anzahl der Studien, in denen die Ratte nicht durch die Gesamtzahl der Versuche abgeschlossen reagieren. % Auslassungen kann die Aufmerksamkeit zu reflektieren, sondern kann auch durch Sedierung, Motivation und motorischen Fähigkeiten beeinflusst werden, was die Interpretation der Auslassungen hängt von anderen Performance-Maßnahmen.
      [# Auslassungen / (# + # Auslassungen richtigen Antworten + # falsche Antworten)] x 100
   4. Korrekte Antworten: Teilen Sie die Anzahl der richtigen Antworten durch die Gesamtzahl der Versuche herunterladenge- löscht.
      [# Richtigen Antworten / (# + # Auslassungen richtigen Antworten + # falsche Antworten)] x 100
   5. Falsche Antworten: Teilen Sie die Anzahl der falschen Antworten durch die Gesamtzahl der Versuche abgeschlossen.
      [# Falschen Antworten / (# + # Auslassungen richtigen Antworten + # falsche Antworten)] x 100
   6. Vorzeitige Antworten: Bestimmen Sie die Anzahl der Antworten bei der ITI gemacht. Dies ist die primäre Maß für impulsives Verhalten.
   7. Perseverative Antworten: Bestimmen Sie die Anzahl der Nase Sack Antworten in jede Öffnung, nachdem die Ratte hat eine richtige Antwort, aber vor Abruf der Zucker Pellets. Dies ist ein Maß für Zwangsverhalten.
   8. Magazin-Einträge: Bestimmen Sie die Anzahl der Nase Sack Antworten in das Magazin. Dies ist ein Maß der Motivation.
   9. Latenz Aktion Korrigieren: Berechnen der Durchschnittszeit zwischen dem Beginn der Impulse für eine korrekte Antwort; ein Maß für die Verarbeitungsgeschwindigkeit oder der Entscheidungsfindung.
   10. SpätNCY um falsche Reaktion: Berechnen der Durchschnittszeit zwischen dem Beginn des Reizes an eine falsche Antwort; ein Maß für die Verarbeitungsgeschwindigkeit oder der Entscheidungsfindung.
   11. Belohnen Retrieval Latenz: Berechnen Sie die durchschnittliche Zeit für eine Ratte, um den Zucker Pellet Belohnung abrufen; kann die Motivation zu reflektieren.

Results

Manipulationen der 5CSRTT, die Probe Visuospatial Achtung

Ein Ansatz zur Veränderung der Aufmerksamkeitsanforderungen der Aufgabe besteht darin, die Dauer des Stimulus zu ändern. Da die Stimulusdauer abnimmt, nimmt% Genauigkeit (3A) und% Auslassungen Erhöhung (3B, 12 angepasst). Damit kürzere Laufzeiten erhöhen die Reizaufmerksamkeits Anforderungen der Aufgabe und mehr Reiz Dauer verringern die Aufmerksamkeits Anforderungen der Aufgabe. Verä...

Discussion

Die 5CSRTT ist eine weit verbreitete Aufgabe, Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagetieren zu bewerten. Aufmerksamkeit wird am häufigsten durch die Genauigkeit der Reaktion ^1,7,10 gemessen. Da die Genauigkeit der Beantwortung nicht enthalten Auslassungen und weil beide richtigen und falschen Antworten die gleiche Antwort Bedarf haben (dh., Eine Nase stecken in einer Öffnung), Genauigkeit ist nicht durch Bewegungsfähigkeit, Motivation oder Sedierung beeinflusst. Die Auslassungen% kann au...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Fünf-Loch-Nasen-Poke-Wand-Kammer-Paket		Med-Associates MED-NP5L-D1	Alternativ kann man auch das Standard-Paket (Katalog #:MED-NP5L-B1) Deluxe
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