Neue Variationen für Strategie-Verschiebung in der Ratte

Verhaltensflexibilität ist entscheidend für das Überleben in dieser sich verändernden Welt. Eines der Verhaltensparadigmen, das diese Fähigkeit testet, ist die Set-Shifting-Aufgabe, die sowohl für Primaten als auch für Nagetiere verwendet wird. Diese Aufgabe erfordert eine Aufmerksamkeitsverschiebung von einer Reizdimension in eine andere, um die Verhaltensstrategie zu ändern.

In einer typischen Version der Ratten-Set-Shifting-Aufgabe müssen sich die Tiere um eine zuvor irrelevante Stimulusdimension kümmern. In realen Situationen ändern wir jedoch oft unsere Handlungsstrategie, indem wir nicht nur auf die zuvor irrelevante Reizdimension achten, sondern auch auf die anderen Reize, wie z. B. völlig neuartige und historisch relevante Hinweise. In diesem Artikel stellen wir eine neue Variante der Ratten-Set-Shifting-Aufgabe vor.

Für die eingestellte Schicht benötigen wir drei verschiedene Bedingungen. Unter allen drei Bedingungen ist die gleiche Änderung der Verhaltensstrategie erforderlich, die zwei Phasen umfasst, eine Erstreaktionsstrategie und einen anschließenden Wechsel zu einer visuellen Hinweisstrategie. Während der Reaktionsstrategie wird eine Belohnung gegeben, wenn der richtige Hebel gedrückt wird.

Der Hebel bleibt in dieser Phase derselbe. Als nächstes kommt es zu einer Änderung der Strategie des visuellen Hinweises, wenn eine neue Regel angewendet wird, um eine Belohnung zu erhalten, da die Tiere den Hebel auswählen müssen, auf dem ein visueller Hinweis beleuchtet wird. In Bedingung eins wird in einer ersten Reaktion kein Licht gegeben und die Tiere müssen sich um einen neuen Lichthinweis kümmern.

In Bedingung zwei zeigt ein leichter Hinweis die richtige Seite in der anfänglichen Reaktionsstrategie an, aber dieser Hinweis wird nicht unbedingt verwendet, um eine Wahl zu treffen. In diesem Fall kümmern sich die Tiere um ein historisch relevantes Signal. In Bedingung drei erscheint der visuelle Hinweis zufällig über einem der beiden Hebel, unabhängig davon, ob er korrekt ist oder nicht, also muss er ignoriert werden.

In diesem Fall müssen sich die Tiere in der nächsten visuellen Hinweisstrategie um den zuvor irrelevanten Hinweis kümmern. Bei der Ankunft der Tiere werden Gruppen von zwei oder drei Ratten zusammen untergebracht. Nach einer Woche werden sie jeweils in Einzelkäfige umgesiedelt und mit Futter eingeschränkt.

Fünf Tage vor den Experimenten werden sie täglich für fünf Minuten schonend angefasst. Jede operante Kammer besteht aus einer Hausleuchte, einem reinen Tongenerator, zwei identischen visuellen Hinweisanzeigen, zwei Hebeln und einem Lebensmitteltablett. Am ersten Tag der Versuche werden die Tiere für 20 Minuten in eine operante Kammer gebracht, um sich daran zu gewöhnen.

Sobald die Tiere einer bestimmten Kammer zugewiesen wurden, werden dort alle Verhaltensaufgaben ausgeführt. Nach der Gewöhnung werden 10-15 Pellets gegeben, wenn sie in ihren Heimatkäfig zurückgebracht werden, damit sich die Tiere an eine Belohnung gewöhnen können. Am nächsten Tag beginnt die Magazinschulung.

Dabei werden jedem Tier insgesamt 20 Pellets mit einer Geschwindigkeit von einem Pellet pro Minute verabreicht. Die nächste Stufe ist ein kontinuierlicher Verstärkungsplan. Hier können die Tiere durch einmaliges Drücken eines Hebels ein Pellet erhalten.

Dies geht so lange, bis sie 60 Belohnungen erhalten oder 40 Minuten in jeder Sitzung vergehen. Wenn die Tiere eine Sitzung an mindestens zwei aufeinanderfolgenden Tagen absolviert haben, gehen sie in die nächste Phase über. Hier werden Tiere auf den Hebeldruckversuch trainiert.

Der Prozess beginnt mit einem dreisekündigen Ton. Zwei Sekunden, nachdem der Ton verstummt ist, wird entweder der linke oder der rechte Hebel betätigt. Die Tiere müssen innerhalb von zehn Sekunden den Hebel drücken, um eine Belohnung zu erhalten.

Sie führen 80 Versuche pro Sitzung mit einem Intervall von 20-30 Sekunden zwischen den Versuchen durch. Wenn sie weniger als zehn von 80 Versuchen auslassen, gehen sie zur letzten Trainingseinheit über. Der Side Bias Test bestimmt die Präferenz des Tieres für einen der beiden Hebel.

Ein erfolgreicher Test liegt vor, wenn mindestens zwei Hebeldrücke an jedem der linken und rechten Hebel vorhanden sind. Zuerst müssen die Tiere einen Hebel wählen, um eine Belohnung zu erhalten. Diese ausgewählte Seite wird gezählt.

Beim nächsten Versuch müssen sie die entgegengesetzte Seite zu ihrer ersten Wahl wählen, um eine Belohnung zu erhalten. Wenn sie auf die gleiche Seite reagieren, wird keine Belohnung gegeben und der Versuch wird fortgesetzt, bis die Tiere die andere Seite drücken. Dieser Test besteht aus sieben Versuchen und ermöglicht es uns, die Seitenpräferenz jedes Tieres zu definieren.

Ab diesem Zeitpunkt beginnt die Testsitzung. Eine tägliche Sitzung hat 80 Versuche. In dieser Sitzung müssen die Tiere auf eine Seite der Hebel reagieren, die das Gegenteil ihrer Präferenz ist.

Ähnlich wie beim durchgeführten Hebeldruck-Probetraining werden zwei Sekunden nach der Tonabgabe zwei Hebel präsentiert, und die Tiere dürfen eine Wahl treffen. Wenn es richtig ist, erhalten sie eine Belohnung. Wenn sie auf die andere Seite reagieren, wird der Versuch als falscher Versuch gewertet und es wird keine Belohnung gegeben.

Wenn die Tiere nicht innerhalb von zehn Sekunden reagieren, wird der Versuch als Unterlassung gewertet. Dieses erste Erlernen der Reaktionsstrategie wird vier Tage lang fortgesetzt. In dieser Phase gibt es drei verschiedene Bedingungen, die sich in der Art und Weise unterscheiden, wie ein visueller Hinweis präsentiert wird.

In Bedingung eins wird kein Lichtsignal gegeben. In Bedingung zwei leuchtet ein Lichtsignal auf der richtigen Seite auf, aber die Tiere müssen dieses Signal nicht verwenden, da sie diese Strategie basierend auf der Position des Hebels lernen. In Bedingung drei wird ein Lichthinweis zufällig entweder auf der linken oder rechten Seite präsentiert, was ein irrelevanter Lichthinweis ist.

Nachdem die Tiere eine Reaktionsstrategie basierend auf der Position des Hebels gelernt haben, ändert sich die Verhaltensregel in eine visuelle Hinweisstrategie. In Bedingung eins müssen sich die Tiere um einen völlig neuen Reiz kümmern. In Bedingung zwei müssen sie sich um einen zuvor relevanten Hinweis kümmern.

In Bedingung drei müssen sich die Tiere um einen vorherigen irrelevanten Hinweis kümmern. Wichtig ist, dass alle Bedingungen die gleiche Änderung der Verhaltensstrategie erfordern. Bei diesem Visual Cue Learning werden die Anzahl und Art der Fehler detailliert analysiert.

Erstens, wenn man alle Versuche nimmt, in denen ein Lichthinweis auf der gegenüberliegenden Seite des zuvor korrekten Hebels aufleuchtet, wenn Tiere auf den zuvor richtigen Hebel reagieren, wird dieser Fehler entweder als perseverativer oder als regressiver Fehler klassifiziert. Um diese Fehler zu trennen, wird die Anzahl der Fehler in einem sich bewegenden Fenster mit zehn Versuchen gezählt, indem das Fenster jeweils um einen Versuch vorgeschoben wird. Beharrliche Fehler werden so lange bewertet, bis die Tiere weniger als acht Fehler aus dem Zeitfenster von zehn Versuchen machen.

Nach diesem Zeitpunkt werden nachfolgende Fehler als regressive Fehler betrachtet. Im Gegensatz dazu werden nie verstärkte Fehler gewertet, wenn Tiere auf den zuvor falschen Hebel reagieren, bei dem kein Lichthinweis vorhanden war. Unter Verwendung dieser neuen Variationen im Verhaltensexperimental verglich unsere aktuelle Studie intakte Ratten mit Ratten mit selektiven Läsionen der striatalen cholinergen Interneuronen.

Die Läsionstiere waren intakt, als sie die Initialreaktionsstrategie erlernten. Außerdem zeigten sie keinen signifikanten Rückgang des Prozentsatzes des korrekten Ansprechens bei drei Erkrankungen und bei der Behandlung nach der Set-Shift. Eine sorgfältige Analyse der Fehlerarten ergab jedoch Unterschiede.

Wenn cholinerge Interneurone des ventralen Striatums abliert wurden, erzielten die Tiere mehr Ausdauerfehler, wenn sie ihre Aufmerksamkeit auf einen neuen Reiz richten mussten. Auf der anderen Seite hielten Tiere mit einem Verlust an cholinergen Interneuronen des dorsalen medialen Striatums die alte Strategie aufrechter, wenn sie sich um den zuvor irrelevanten Reiz kümmern mussten. Darüber hinaus wurde dieser Zustand und die damit verbundene Beeinträchtigung einer verringerten Anzahl von nie verstärkten Fehlern beobachtet.

Im Gegensatz dazu beeinflusste keine der beiden Läsionen eine Verhaltensänderung, bei der der Lichthinweis relevant blieb. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das ventrale cholinerge System benötigt wird, wenn Aufmerksamkeit auf einen neuen Reiz erforderlich ist, während das dorsale mediale cholinerge System wichtig sein kann, wenn Aufmerksamkeit auf einen zuvor irrelevanten Hinweis erforderlich ist. Hier haben wir eine neue Variation der Set-Shifting-Aufgabe eingeführt, um die Verhaltensflexibilität bei der Ratte zu testen.

Wir glauben, dass die Anwendung dieser neuen Paradigmen es ermöglicht, den neuronalen Mechanismus, der einer flexiblen Steuerung von Handlungen bei einer Änderung der Verhaltensregeln zugrunde liegt, besser zu verstehen.