Neue Variationen für Strategie-Verschiebung in der Ratte

Zusammenfassung

Set-Shifting, eine Form der Verhaltensflexibilität erfordert eine Aufmerksamkeitsverlagerung von einem Reiz Dimension zum anderen. Wir verlängerten eine etablierte Nagetier Set-Shifting Aufgabe ¹ durch die Aufmerksamkeit auf verschiedene Reize erfordern je nach Kontext. Die Aufgabe wurde mit spezifischen Läsionen kombiniert Neuron-Subtypen zu identifizieren, für einen erfolgreichen Übergang zu Grunde liegen.

Zusammenfassung

Behavioral Flexibilität ist von entscheidender Bedeutung für das Überleben Umgebungen zu verändern. Im Großen und Ganzen definiert, erfordert Verhaltensflexibilität eine Verschiebung der Verhaltensstrategie auf Basis einer Änderung Regeln gelten. Wir beschreiben eine Strategie Aufgabe Set-Verschiebung, die eine Aufmerksamkeitsverlagerung von einem Reiz Dimension zum anderen erfordert. Das Paradigma wird häufig zum Testen der kognitiven Flexibilität bei Primaten verwendet. Allerdings hat die Nagetier-Version nicht so umfassend entwickelt. Wir haben seit kurzem für eine etablierte Set-Shifting Aufgabe bei der Ratte ¹ durch Aufmerksamkeit erfordern auf verschiedene Reize , je nach Kontext. Alle experimentellen Bedingungen Tiere erforderlich, um entweder einen linken oder rechten Hebel. Anfänglich hatten alle Tiere auf der Grundlage der Position des Hebels zu wählen. Anschließend kam es zu einer Änderung in der Regel, die eine Verschiebung der Satz von ortsbasierten Regel erforderlich, um in der Regel in dem die richtige Hebel durch eine Licht Cue angezeigt wurde. Wir verglichen die Leistung auf dree verschiedene Versionen der Aufgabe, in der der Lichtreiz entweder neuartige, bisher relevant oder irrelevant zuvor. Wir fanden heraus, dass bestimmte neurochemische Veränderungen selektiv die Fähigkeit beeinträchtigt bestimmte Arten von Set Verschiebung zu machen, wie durch die Leistung auf die verschiedenen Versionen der Aufgabe gemessen.

Einleitung

Behavioral Flexibilität ist eine wichtige Voraussetzung für das Überleben in einer sich verändernden Welt. Eines der etablierten Verhaltensparadigmen für diese Fähigkeit zu testen ist Set-Verschiebung, in dem eine Verschiebung der Aufmerksamkeit von einem Reiz Dimension zum anderen für die Änderung Handlungsstrategien nach einer Änderung der Regel notwendig ist. Mehrere Hirnregionen wie dem präfrontalen Cortex und Striatum sind in Verbindung gebracht Set-Shifting ^{2, 3, 4, 5.} Neuralen Mechanismen für diese Funktion sind in mehreren Spezies , einschließlich Menschen , ^{5, 6} Affen und Ratten ^{1, 7, 8, 9} untersucht worden. Allerdings haben sich die Ratte Versionen von Set-Shifting Aufgaben nicht so umfassend entwickelt. Die Wirtschaftlichkeit von Ratten, deren entsprechende Größe für stereotaktische Chirurgie, sowie die Verfügbarkeit von neu entwickelten genetischen Methoden ^10, motivieren Weiterentwicklung von Set-Shifting Paradigmen für den Einsatz bei Ratten.

Ein typischer Satz schieb Paradigma für Ratten erfordert eine Änderung zwischen zwei Verhaltensstrategien: zum Beispiel eine Antwortstrategie und eine visuell-Cue-Strategie. Die Ratten haben zunächst eine von zwei verfügbaren Optionen (wie links oder rechts Hebel in einer operant automatisierte Version ¹ oder nach links oder rechts Arme in einem T-Labyrinth Version ^{7, 8, 9, 11)} zu wählen. Nach einer festgelegten Verschiebung, müssen sie mit einer visuell-Cue-Strategie, wie ein Licht Cue zu schalten die richtige Seite anzeigt. In diesen herkömmlichen Set-Shifting Aufgaben ist es notwendig, die Aufmerksamkeit von einem Reiz Dimension in eine andere Dimension zu verschieben, die bisher nicht relevant gewesen war.

ontent "> Neben einer Dimension zu ändern, die zuvor irrelevant gewesen wäre, gibt es auch die logische Möglichkeit, dass ein Reiz vorher relevant war, oder vorher abwesend und jetzt neu. Das wirkliche Leben Situationen in der Natur kann die Aufmerksamkeit auf ein neues mit sich bringen, oder historisch relevant , aber Cue nicht von entscheidender Bedeutung. Daher betrachtet man diese Subtypen von Set-Verschiebung, Set-Shifting in einer neuen Variante von Nagetieren auf der Basis eines vorher festgelegten automatischen Set-Shifting Aufgabe ^1.

Wir haben vor kurzem die Verwendung von der neuen Version von Sollverschiebungs Paradigmen in einem Experiment demonstriert ¹² die Wirkung von neurochemisch spezifischen Läsionen des Striatums zu bestimmen. In unserer früheren Studie gezielt wir cholinergen Inter Freisetzung Acetylcholin (ACH) des dorsomedial oder ventralen Striatum seit ACh und diese Subregionen wurden in Verhaltensflexibilität in Verbindung gebracht. Alle experimentellen Bedingungen forderten die gleichen strategischen Verschiebung but jeweils beteiligten verschiedene Arten von Aufmerksamkeitsverlagerung: eine neuartige, bisher relevant oder früher irrelevant Stichwort. Wir beschreiben hier detaillierte Verfahren der Paradigmen, und markieren Sie repräsentative Ergebnisse darauf hindeutet , dass Striatum cholinerge Systeme eine wesentliche Rolle im Set-Shifting spielen, die zwischen verschiedenen Striatum Subregionen in Abhängigkeit von Verhaltenskontexten ¹² dissociable ist.

Protokoll

Alle Verfahren für die Verwendung von Tieren wurden von der Animal Care und Use Committee am Okinawa Institute of Science and Technology genehmigt.

1. Tiere

1. Erhalten männlichen Long-Evans-Ratten (250-300 g bei der Ankunft).
2. Bei der Ankunft beherbergen eine Gruppe von zwei oder drei Ratten zusammen für eine Woche und später trennen sie in Einzelkäfigen. Beachten Sie, dass diese experimentelle Design Lebensmittel-Beschränkung beinhaltet und braucht ein Tier in einem Käfig zu halten, verbraucht die Menge Nahrung zu kontrollieren.
3. Stellen Sie alle Tiere mit Futter und Wasser ad libitum und beherbergen sie unter Standardbedingungen (12 h / 12 h Hell / Dunkel - Zyklus, bei 23 ° C).
4. 5 Tage vor Beginn der Verhaltensexperimente, Lebensmittel beschränken Tiere auf etwa 85% ihres durchschnittlichen Gewicht mit freiem Zugang zu Wasser über Experimente.
5. Griff Tiere für 5 min pro Tag für mindestens 5 Tage vor Beginn der Versuche, um t vertrautSaum mit einem Experimentator.

2. Hardware und Software für die Verhaltenstests und Analysen

1. Hardware
   1. Verwenden Sie eine operant Kammer mit einer soliden mildernden Box ausgestattet.
   2. Die Kammer ist mit mehreren zusätzlichen Anlagen eingebaut: zwei Aufnahme Hebel an der Frontplatte, zwei Licht Cues direkt über den Hebel, ein Magazin vor Ort mit einem Sensor zur Erfassung der Kopfeintritts zwischen zwei Hebeln, einem Futterspender, einem reinen Klangerzeuger und ein Hauslicht auf der Rückseite.
2. Software
   1. Steuerung alle Verhaltens Ereignisse unter einem programmierten Code geschrieben von Trans IV-Software. Verwenden Med-PC IV Software zu signalisieren und zu erfassen, alle Verhaltens Ereignisse während des Trainings und einen Test.
   2. Verwenden Sie Trans IV für Code für Verhaltenstests zu schreiben. Öffnen Sie eine neue Datei zum Schreiben.
   3. Sobald das Programm geschrieben wird, zu übersetzen und es innerhalb der Software kompilieren. Ändern Sie den Code, wenn Fehler sinderkannt und versuchen Sie es erneut.
   4. Nach dem erfolgreichen Debuggen eines Programms, ob Benutzer-Code ordnungsgemäß durch die Durchführung einer Probelauf vor dem eigentlichen Beginn der Experimente funktioniert.
   5. Mit MED-PC IV, führen Sie die Verhaltensexperimente. Öffnen Sie die Software, klicken Sie auf "Open Session" und weisen ein einziges Programm zu jedem Kasten.
   6. Schließlich haben sich die Programme richtig zu jedem Feld zugewiesen wurde, senden Signale, die Experimente zu starten.
   7. Nach dem Abschluss der Aufgabe, speichern Daten als "Daten speichern" oder Code schreiben, um automatisch Daten speichern (für Details siehe Programmierhandbuch für MED-PC IV) klicken.
   8. Sobald die Daten in einem bestimmten Ordner exportiert wird, benennen Sie die Daten als Erwerbszeitpunkt und Tier-ID-Nummern für die spätere Verwendung. Die gesammelten Daten werden für die Verhaltensanalysen in Matlab importiert unten (Protokoll, 3.7) beschrieben.

3. Verhaltenstraining und -prüfung

1. Habituation und Magazine Ausbildung.
   1. Präsentieren Sie keine Hebel für Tiere in diesen Phasen.
   2. Während der Gewöhnungsphase, setzen die Tiere in einer operant Kammer für 20 Minuten pro Tag. Am selben Tag, geben 10 Saccharose-Pellets (45 mg) Tiere in ihrem eigenen Käfig, der sie an die Saccharose Belohnung vertraut zu machen.
   3. Als nächstes beginnen Magazin Training. Legen Sie Tiere in der Kammer und geben 20 Sucrosepellets (1 Pellet pro Minute) zu den Tieren, die eine Gelegenheit bieten, die Lage des Nahrungsmittelschale und den Erwerb der Pellets zu lernen.
      HINWEIS: Diese Phasen können wegen der möglichen Verwechslung von Tieren ohne operant Reaktion auf den Erhalt eines Pellets übersprungen werden, auch wenn wir sie angenommen Tiere mit einer Kammer vertraut zu machen und von einem Lebensmittel-Fach zu essen.
2. Kontinuierliche Verstärkung Zeitplan
   1. Zug Tiere auf einer kontinuierlichen Verstärkung Zeitplan um eine Belohnung zu erhalten, indem ein Hebel drücken. Eine Sitzung dieser Ausbildung dauert bis 60 Pellets Bienen habenn empfangen (60 Hebelpressen) oder 40 Minuten vergangen ist.
   2. Anwesend entweder die linke oder rechte Hebel in der ersten Hälfte einer Sitzung (bis 30 Pellets erhalten werden), durch die Darstellung des anderen Hebel in der zweiten Hälfte folgte. Der Auftrag wird auf täglicher Basis abwechselten.
   3. Setzen Sie diese Verstärkung Zeitplan bis Tiere erfolgreich 60 Belohnungen erhalten haben, mindestens zwei aufeinanderfolgenden Tagen für. Beachten Sie, dass bei Tieren mit hoher Variabilität sein können, wie schnell sie den ersten Hebel-Presse machen und diese den Fortschritt der Verstärkung beeinflussen können. In diesem Fall legte ein paar Sucrosepellets auf einem präsentierten Hebel sie zu motivieren, zu dem Hebel zu nähern, wenn keine Antwort auf die erste Sitzung durchgeführt wurde.
      HINWEIS: Eine mögliche Alternative ist Sucrosepellets zu setzen, wenn der Hebel zuerst Tiere, um präsentiert wird, um den Abschluss dieser Phase schneller zu machen.
3. Zeitplan für einen Versuch in Hebelpresse Ausbildung und Prüfung.
   1. Starten Sie eine einzige Studie mit einem 3 Sekunden (s) Ton.
   2. 2 Sekunden nach Beendigung der Ton, stellen zwei Hebeln und zulassen, dass Tiere entweder Hebel innerhalb von 10 Sekunden zu drücken. Im Falle, dass keine Antwort innerhalb von 10 s gemacht wird, beide Hebel zurückziehen und diesen Versuch als Auslassung Studie zählen.
   3. Im Fall der Hebelpresse Ausbildung, derzeit nur einen einzigen Hebel auf beiden Seiten.
   4. Bei den meisten experimentellen Bedingungen gab es einen Lichtreiz über einen Hebel. Schalten Sie das Licht Cue auf, unmittelbar nachdem der Ton aufhört und ausschalten, wenn die Tiere entweder aus eine Antwort oder in 10 Sekunden nach Einsetzen Hebel, wenn keine Reaktion erfolgt ist.
   5. Legen Sie zwischen den Untersuchungsintervalle bei 20 ~ 30 sec.
4. Lever-Presse Ausbildung
   1. In dieser Trainingsphase präsentieren kein Licht zu Tieren.
   2. Zug Tiere unter Hebelpresse Training für 5-8 Sitzungen mit dem gleichen Zeitplan für einen Versuch als Testsitzungen im Folgenden beschrieben.
   3. in thist die Ausbildung, hat gegenwärtig entweder links oder rechts Hebel zufällig, und der Hebel gedrückt werden soll, wird ohne eine Antwort innerhalb von 10 Sekunden nach der Hebel dargestellt, oder der Versuch als Unterlassung gezählt. Eine Sitzung für den Hebelpresse Ausbildung von 80 Studien umfasste.
   4. Sobald die Tiere weniger als 10% der Auslassungen aus 80 Studien erzielt haben, so dass sie auf der folgenden Seite-Bias-Test zu bewegen.
5. Side-Bias - Test
   1. Durchführen einer Seitenbiastest des Tieres bevorzugt entweder links oder rechts Hebel ¹ zu bestimmen. Ein Versuch bringt zwei Hebelpressen auf beiden Seiten.
   2. Platzieren Sie die Tiere in einer operant Kammer und lassen sie entweder Hebel zu wählen. Im nächsten Versuch, Tiere haben die entgegengesetzte Hebel zu wählen, um eine Belohnung zu erhalten. Wenn Tier zweiter Versuch auf der gleichen Seite der ersten Antwort, keinen Lohn geben und den Versuch fortsetzen, bis eine Antwort auf der gegenüberliegenden Seite vorgenommen wird.
   3. Führen Sie eine insgesamt 7 StudienTierseitenpräferenz zu bestimmen.
6. Testen.
   1. Eine tägliche Sitzung besteht aus 80 Studien.
   2. Bereiten Sie drei verschiedene Bedingungen für die Set-Shifting Verfahren wie in Abbildung 1 dargestellt.
   3. Alle drei Bedingungen erfordern Tiere ähnlich Verhaltensstrategien ändern von der Auswahl ein Hebel, der konsequent auf der gleichen Seite (Phase 1, Reaktionsstrategie) auf im Anschluss an eine Licht-Cue, der eine korrekte Seite zeigt (Phase 2, visuelle Cue-Strategie).
   4. Zunächst anfänglichen Lernen einer Reaktionsstrategie (Phase 1) für 4-Sitzungen, in denen die Tiere einen Hebel zu drücken, auf den Standort von Hebeln. In dieser Phase stellen Sie die richtige Seite auf den Hebel entgegengesetzt zu ihrer Präferenz auf der Grundlage einer vorläufigen Neben Bias-Test wie oben erwähnt.
   5. Als nächstes beginnen für Sitzungen 10 visuellen Hinweis Lernen (Phase 2). Ein Licht Cue über beiden Hebel beleuchtet zeigt einen richtigen Hebel. In dieser Schaltphase, drei different Muster von Aufmerksamkeitsverschiebungen können unter drei experimentellen Bedingungen verglichen werden, wie unten (3.3.6-3.3.8) beschrieben.
   6. Im Set-Schaltzustand 1 (1A), kein Licht in der Phase 1 geben, aber ein Licht Cue zeigt die richtige Seite in Phase 2. In Zustand 1, daher müssen Tiere auf ein neues Stimulus zu besuchen.
   7. Im Set-Schaltzustand 2 (1B), stellen ein Licht Cue über den richtigen Hebel in der Phase 1, und wieder in Phase 2 In diesem Zustand war das Licht Stichwort relevant gewesen, aber nicht unbedingt für eine Wahl in der Phase erforderlich 1. So Tiere haben zu einem zuvor relevanten Cue zu besuchen.
   8. Im Set-Schaltzustand 3 (1C), drehen auf einem hellen Cue zufällig oben links oder rechts Hebel in der Phase 1. Damit hat sie ignoriert werden. In der Phase 2 Tiere die Aufmerksamkeit auf die Lichtreiz zahlen müssen, die bisher nicht relevant gewesen.
7. Verhaltensanalyse.
   1. Während Sitzungen, messen Sie den Prozentsatz der richtigen Antworten auf einer täglichen Basis, ohne Auslassung Studien.
   2. Zählen Sie Fehler bei der 10 Sitzungen von visuellen Hinweis Lernen gesammelt und klassifizieren sie in perseverative, regressive oder nie verstärkte Fehler wie in einer früheren Studie ¹ beschrieben. Es schlägt eine detaillierte Analyse der Fehlertypen unterschiedliche Funktionen in Set-Shifting.
   3. Definieren Sie perseverative Fehler wie falsche Antworten auf die zuvor korrekt Hebel während tierische Leistung noch unterhalb Chance Level ^{4, 6, 13, 14 war, 15.} Ähnliche Kriterien wurden in früheren Studien , ^{1, 3, 7, 11} eingesetzt.
   4. Basierend auf einer prinzipien Weise bestimmen das Kriteriumzwischen perseverative und regressive Fehler als der Punkt, an dem das Tier zum ersten Mal erzielte weniger als 8 von 10 falschen Antworten (Wahrscheinlichkeit machen 8/10 Fehler oder mehr = 0,054, basierend auf kumulativen Binomialverteilung) in einem sich bewegenden Fenster von 10 Studien zu trennen .
   5. Um diesen Punkt zu finden, starten Sie einen gleitenden Durchschnitt der 10 Probefenster vom ^1. Versuch zu berechnen und sie dann von einem Versuch zu einem Zeitpunkt vor , bis <8/10 Fehler gemessen werden. Führen Sie diese Analyse in allen Studien, in denen ein Licht Cue über dem zuvor falsche Hebel bei der visuellen Cue Strategie beleuchtet wird.
   6. Definieren Sie alle nachfolgenden nach diesem Punkt als regressive Fehler begangen Fehler.
   7. Während visuellen Hinweis Lernen, zählen nie verstärkte Fehler, wenn die Tiere auf einen zuvor falsche Hebel reagiert, auf dem das Licht Cue nicht beleuchtet. Teilen Sie sie in einem frühen oder späten Teil auf der Grundlage der Lernphase; Fehler in der ersten Hälfte des 10 Sitzungen gemacht (SessIon 1-5) werden frühzeitig berücksichtigt und die in der zweiten Hälfte (Session 6-10) als zu späten angesehen.

Ergebnisse

Wir nutzten die Strategie schieb Aufgabe über die Rolle des cholinergen Interneuronen in Verhaltensflexibilität zu untersuchen beschrieben. Wir verglichen die Wirkung auf die Aufgabe einer Immunotoxin-induzierte Läsion selektive cholinerger Inter in dorsomedial (DMS), ventralen Striatum (VS) und mit Kochsalzlösung injizierten Kontrolle. Alle Tiere hatten von der Wahl einen Hebel an der Seite (links oder rechts) auf der Basis zu wechseln, um die Wahl über den richtigen Hebel an einem Cue Licht basiert. Wir haben drei Ver...

Diskussion

Wir entwickelten neue Variationen auf der etablierten Set-Shifting Paradigma für den Einsatz bei Ratten. Unter Verwendung dieser Paradigmen wurden cholinergische Läsionen des Striatums gefunden Set-Verschiebung nicht zu beeinträchtigen, eine spezifische Rolle von Striatum cholinergen Interneuronen in Set-Shifting darauf hindeutet: Unterdrückung einer alten Regel und Erleichterung der Exploration für eine neue Regel. Die Effekte unterschieden zwischen dorsomedial und ventralen Striatum, in Übereinstimmung mit der a...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Modulare Standard-Prüfkammer	Med Associates	ENV-008
Einziehbarer Ansprechhebel mit niedrigem Profil	Med Associates	ENV-112CM
Stimulus-Licht für Ratte	Med Associates	ENV-221M
Umschaltbarer Doppel-Pellet-/Löffel-Behälter für Ratte	Med Associates	ENV-202RM-S Kopfeintrittsdetektor
für Rattenbehälter	Med Associates	ENV-254-CB
Modularer Pelletspender; 45 mg für Rat	Med Associates	ENV-203M-45
Sonalert Modul für Rat	Med Associates	ENV-223AM	4,5 kHz verfügbar (ENV-223HAM)
Hausleuchte für Rattenkammern	Med Associates	ENV-215M
SmartCtrl Interface Module, 8 Eingänge/16 Ausgänge	Med Associates	DIG-716B
SmartCtrl Connection Panel, 8 Eingänge/16 Ausgänge	Med Associates	SG-716B
45 mg Tabletten-Fruchtpunsch	TestDiet	1811255	Verschiedene Geschmacksrichtungen verfügbar