Operante Verfahren zur Bewertung der Verhaltensflexibilität bei Ratten

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, die Verhaltensflexibilität, einschließlich Set-Shifting und Umkehr-Lernen bei Ratten, mithilfe einer automatisierten operanten Methode zu bewerten. Dies wird erreicht, indem die Tiere zunächst im Hebeldrück-Verhalten trainiert werden, um sie mit der Ausfahrt und Einfahrt der Hebel vertraut zu machen und eine konsistente Berichterstattung sicherzustellen. Anschließend werden die Tiere in der ersten Aufgabe der gewünschten Sequenz getestet.

Beispielsweise erfolgt die Diskriminierung visueller Reize in der Abfolge von Reizdarbietung bis zur Antwort, wodurch die Fähigkeit des Tieres, eine Diskriminierungsregel zu erlernen, festgestellt wird. Anschließend werden die Tiere in der zweiten Aufgabe der gewünschten Abfolge getestet, um die Verhaltensflexibilität des Tieres zu bewerten, also seine Fähigkeit, von einer Regel zu einer anderen zu wechseln. Die Ergebnisse zeigen Effekte auf verschiedene Aspekte der Verhaltensflexibilität, die auf unterschiedlichen pharmakologischen oder anatomischen Manipulationen beruhen.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie Labyrinth- oder Grabtests liegt in einer besseren Reizkontrolle und Standardisierung sowie einer erheblichen Steigerung der Datenerfassungsrate. Das Verfahren wird Bradley Roberts, ein Bachelorstudent aus meinem Labor, demonstrieren, um Verhaltensflexibilitätstests an Ratten durchzuführen. Verwenden Sie Operantenkammern, die mit mindestens zwei beweglichen Hebeln ausgestattet sind, die sich auf beiden Seiten eines zentralen Belohnungsabgabebereichs befinden, zwei Stimulusleuchten, jeweils eine über jedem Hebel, eine Raumleuchte und eine Belohnungsabgabevorrichtung.

Stellen Sie sicher, dass das Raumlicht die gesamte Kammer ausleuchtet, ohne die Detektion der Reizlichter zu stören. Verwenden Sie schmackhaftes Futter zur Verstärkung, beispielsweise 45-Milligramm-Saccharosepellets. Steuern Sie die Reizpräsentation, die Hebelbetätigung und die Datensammlung über eine Schnittstelle mit einem Computer.

Beziehen Sie sich auf das Textprotokoll für zusätzliche Einzelheiten zur Vortraining der Ratten. Befolgen Sie die Anweisungen im Textprotokoll und geben Sie den Ratten Trainingssitzungen mit einziehbaren Hebeln, um sie mit dem Aus- und Einfahren der Hebel vertraut zu machen, und stellen Sie sicher, dass die Ratten zum Zeitpunkt des Übergangs zu den Haupttestphasen der Aufgabe relativ wenige Auslassungen machen. Bestimmen Sie bei jedem Versuch, welcher Hebel auszufahren ist, wobei die Hebelwechsel in einer pseudorandomisierten Reihenfolge erfolgen, sodass 45 Versuche mit dem linken Hebel und 45 Versuche mit dem rechten Hebel durchgeführt werden, jedoch nicht mehr als zwei aufeinanderfolgende Versuche mit demselben Hebel.

Strecken Sie denselben Hebel aus, strecken Sie den ausgewählten Hebel aus. Verstärken Sie das Tier, nachdem es innerhalb von 10 Sekunden auf den Hebel gedrückt hat, woraufhin der Hebel wieder eingefahren wird. Falls das Tier innerhalb von 10 Sekunden nicht reagiert, fahren Sie den Hebel ein und notieren Sie eine Auslassung.

Setzen Sie 30-minütige Trainings­sitzungen mit ausfahrbarer Hebel­bedienung über eine festgelegte Anzahl von Tagen fort oder bis die Tiere ein Mindestkriterium von fünf oder weniger Auslassungen an zwei aufeinanderfolgenden Tagen erreichen, um die Tiere in der Reihenfolge von Warteschlange zu Antwort­sequenz zu testen, die eine der beiden möglichen Test­sequenzen für Strategiewechsel darstellt. Beginnen Sie mit dem Testen der Tiere an der Q-Aufgabe. Bei dieser Aufgabe werden die Tiere dafür belohnt, dass sie auf den Hebel unterhalb des beleuchteten Stimulus­lichts drücken, und sie stellt die festgelegte Aufgabe in der Sequenz dar.

Beginnen Sie jeden Versuch mit beiden eingezogenen Hebeln, indem Sie entweder das linke oder rechte Stimuluslicht drei Sekunden lang beleuchten. Anschließend werden beide Hebel für 10 Sekunden in die Kammer ausgefahren oder bis eine Reaktion erfolgt. Verstärken Sie nur eine korrekte Reaktion auf dem signalisierten Hebel, wenn eine Reaktion auf einem der beiden Hebel erfolgt.

Ziehen Sie die Hebel zurück. Beginnen Sie alle 20 Sekunden mit den Durchläufen während der gesamten Sitzung. Bestimmen Sie die Reihenfolge der Durchläufe pseudozufällig, sodass nicht mehr als zwei aufeinanderfolgende Durchläufe denselben Reiz enthalten.

Beleuchtung eingeschaltet. Führen Sie die Versuche fort, bis ein Tier 10 aufeinanderfolgende korrekte Antworten abgeschlossen hat und mindestens 30 Versuche absolviert hat, oder bis 150 bis 200 Versuche ohne Erreichen des Kriteriums durchgeführt wurden. Am nächsten Tag, nachdem das Kriterium bei der Q-Aufgabe erreicht wurde, wechseln Sie die Tiere zur Antwortaufgabe, die die Wechselaufgabe in der Abfolge darstellt und die Tiere dafür verstärkt, dass sie auf dem Hebel antworten, der ihrer Seitenpräferenz entgegengesetzt ist.

Unabhängig vom Reiz wird, beginnend mit beiden eingezogenen Hebeln, pseudozufällig eines der beiden Stimulationslichter für drei Sekunden beleuchtet, woraufhin beide Hebel für 10 Sekunden in die Kammer ausgefahren werden oder bis eine Reaktion erfolgt. Verstärken Sie ausschließlich eine Reaktion am korrekten Positionshebel, der der Seite des Tieres gegenüberliegt; bevorzugen Sie keine Seite, wenn eine Reaktion an einem der beiden Hebel erfolgt. Ziehen Sie die Hebel wieder ein und setzen Sie die Versuchsdurchgänge fort, bis das Tier das Kriterium von 10 aufeinanderfolgenden korrekten Reaktionen erreicht hat.

Ein effizientes Strategiewechseln hängt vom medialen präfrontalen Kortex ab. Am ersten Behandlungstag beeinträchtigte eine Inaktivierung des präfrontalen Kortex die Leistung in der Q-Satz-Aufgabe nicht. Eine Inaktivierung des präfrontalen Kortex am zweiten Tag beeinträchtigte jedoch die Leistung in der Reaktionswechsel-Aufgabe signifikant, da die Tiere mehr Versuche benötigten, um die Kriteriumsleistung zu erreichen.

Im Vergleich dazu zeigte die Umkehrlernleistung bei der Diskriminierung keine Abhängigkeit vom medialen präfrontalen Kortex. Tiere, die am Umkehrtag eine Inaktivierung des präfrontalen Kortex erhielten, unterschieden sich nicht von den mit Salzlösung behandelten Tieren, was frühere Befunde unterstützt, nach denen der orbitofrontale Kortex – und nicht der mediale präfrontale Kortex – das Umkehlernen bei einer Vielzahl von Aufgaben steuert. Um zu zeigen, wie Erinnerungsproben die Dateninterpretation unterstützen können, erlernten Ratten am ersten Tag eine visuelle Q-Regel.

Am zweiten Tag erhielten die Ratten Vehicle oder Hallal Peritol und anschließend 20 Erinnerungsversuche vom ersten Tag, bevor zum Reaktionsdiskriminationsverfahren gewechselt wurde. Die Ergebnisse zeigen, dass Hallal Peritol den Abruf des visuellen Reizes während der Erinnerungsversuche beeinträchtigte. Danach benötigten die mit Hallal Peritol behandelten Ratten weniger Versuche, um das Kriterium zu erreichen – ein Ergebnis, das als Verbesserung des Set-Shifting interpretiert worden wäre, wenn nicht die Erinnerungsversuche darauf hingewiesen hätten, dass das Gedächtnis für die vorherige Regel tatsächlich beeinträchtigt war.

Andere Methoden wie anatomische, umweltbedingte oder genetische Eingriffe sowie physiologische oder chemische Ableitungstechniken können zu diesem Verfahren hinzugefügt werden, um die neurobiologischen Grundlagen von Verhaltensflexibilität und exekutiver Funktion zu untersuchen.