המשימה הקשב Set הסטה: מדוד של גמישות קוגניטיבית בעכברים
4 בפברואר 2015
המטרה של פרוטוקול זה היא לבצע assay התנהגות כגון סט קשב הסטת משימה (AST) כדי להעריך את גמישות מחשבתית prefrontal cortex בתיווך בעכברים.
המטרה הכוללת של הליך זה היא למדוד גמישות קוגניטיבית כפי שהיא מתווכת על ידי קליפת המוח הקדם-מצחית במודל עכבר. זה מושג על ידי לימוד עכבר ניסוי לחפור סיר קטן כדי לקבל פרס מזון בשלב השני. תגמול המזון הקבור קשור לתור הקשרי ספציפי כך שהעכבר יכול לאתר ולאחזר נכון את התגמול בשמונה ניסויים רצופים ללא שגיאות.
לאחר מכן, באמצעות סדרה של שינויי זיווג תגמול בתור בממד הרלוונטי. העכבר לומד לשים לב לממד הרלוונטי של התור תוך התעלמות מהממד הלא רלוונטי לאיתור ואחזור התגמול. בשלב האחרון, זיווג התגמול בתור מוחלף כך שהממד שלא היה רלוונטי בעבר רלוונטי כעת כדי להקל על איתור מוצלח ואחזור התגמול.
בסופו של דבר, עלייה במספר הממוצע של ניסויים כדי להגיע לקריטריון בין קבוצות הניסוי בשלבי ההיפוך מתפרשת כחוסר גמישות קוגניטיבית. למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי מדעי המוח הבסיסיים של תפקוד קוגניטיבי המתווך על ידי קליפת המוח הקדם-מצחית, ניתן ליישם אותה גם על מערכות מודלים רבות אחרות כגון מודלים של מחלות טרנסגניות או כרוניות, עם תוקף תרגומי מעולה. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שהעכברים לא הורגלו או אומנו כראוי לפני תחילת הבדיקה.
תדגים את ההליך ג'יליאן הייזלר, בוגרת דוקטורט טרייה מהמעבדה שלי, בסיוע לייני ריטאס וחואן מוראלס, שניהם עוזרי מחקר במעבדה לפני שמתחילים. הגבלת המזון מטפלת בכל עכבר שתיים עד שלוש דקות ביום במשך שמונה ימים כדי להפחית את הלחץ הקשור לטיפול במהלך הבדיקה. אם מספר נסיינים אמורים להיות מעורבים בבדיקת קבוצה של עכברים, ודא שכל נסיין משתתף בתהליך הטיפול.
שקלו ורשמו את משקל הגוף של כל בעל חיים עבור כל יום של הטיפול. לאחר מכן, החל מארבעה ימים לפני תחילת ההתאקלמות, הניחו שני רמקינים בקדמת כל כלוב ביתי כדי לאפשר לעכברים להתאקלם בעציצי הבדיקה. הוסיפו שני גרם מזון וחתיכת מזון אחת ברמקינים בכל יום למשך ארבעה ימים כדי לשמור על העכברים ב-80 עד 85% ממשקל הגוף החופשי שלהם.
לאחר מכן, ביום שלפני הליך ההתאקלמות, החליפו את מצעי הכלוב הביתי יומיים לפני תחילת האימון ובמהלך מחזור החושך באור אדום, פזרו כמות קטנה של מצעים מלוכלכים מהכלוב הביתי ברחבי החדר כדי להכניס ריח עצמי מוכר ולהפחית את הלחץ של שהייה בסביבה חדשה. הנח רמקין נקי עם מים לאזור ההמתנה של החדר ושני הרמקינים ששימשו להגבלת המזון באזור הבדיקה עם כ-20 מיליגרם של תגמול מזון בכל מיכל. לאחר מכן העבירו את העכבר לאזור ההמתנה והסירו את שער ההתחלה.
אפשר לעכבר לחקור את החדר למשך שעה. הוספה מתמדת של חתיכות דגנים לרמקינים הריקים כדי לעודד את העכברים לחקור לעתים קרובות את אזור הבדיקה ואת הסירים. דאגו שהעכבר יוכל לראות את הנסיין גם לאורך תקופת ההתאקלמות, כך שנוכחותו של הנסיין לא תהווה גורם לחץ נוסף.
במהלך הבדיקה. התחל את האימון ביום 15 על ידי הנחת העכבר באזור ההמתנה. לאחר מכן הניחו את הרמקינים הריקים שכל אחד מהם מכיל פרס מזון לאזור הבדיקה, והרימו את שער ההתחלה.
אפשרו לעכבר שלוש דקות לאחזר את שני תגמולי המזון לאחר שחזרו על אחזור תגמול המזון הזה מספר פעמים. הוסף בהדרגה מצעי כלוב נקיים לעציצים בכל ניסיון שלאחר מכן. המשך לאפשר לעכבר שלוש דקות להוציא את תגמול המזון מכל סיר לפני סיום הניסוי.
לאחר שהעכבר הוציא את תגמול המזון מכל סיר, המשך לניסוי הבא. אם העכבר לא מנסה לחפור, ברגע שפרס המזון מכוסה חלקית, ניתן לספק אותו. המשיכו להוסיף מצעים לאחר כל ניסיון עד שתגמול המזון מכוסה במלואו, והעכבר מדגים באופן אמין את היכולת לחפור בסיר מלא.
כדי למצוא את תגמול המזון בזמן הטיפול ביום הבדיקה, תנו לכל עכבר תגמול מזון אחד כדי למנוע חוסר מיקוד במהלך הבדיקה עקב רעב. בשלב הבחנת הסמלים, קיים רק ממד Q אחד. הדוגמה כאן היא מצע חפירה המכסה את תגמול המזון במלואו במדיה ומפזר אבק דגנים על כל הסירים.
שימו לב שכאשר ריח הוא ממד ה-Q הרלוונטי, מצעי נסורת הם מצע החפירה בשני הסירים. לאחר מכן הנח עכבר באזור ההמתנה כששער ההתחלה סגור והסירים משני צידי תא הבדיקה. כעת הסר את השער והתחל את הטיימר כדי להתחיל בבדיקה.
מתן אפשרות לעכבר שלוש דקות בכל ניסיון לבצע רישום בחירה אם נעשה ניסיון נכון או שגוי לחפור או בחירה והזמן עד שהעכבר עשה את הבחירה עבור כל ניסיון. אם עכבר לא בחר תוך שלוש דקות, רשום גם בחירה זו כשגויה. לאחר שנעשתה בחירה עבור אחד מהסירים, הסר את הסיר שלא נבחר מתא הבדיקה.
אם מורגשת בחירה נכונה, בדוגמה הזו, אפשרו לעכבר לסיים את תגמול המזון. אם נעשית בחירה שגויה נייר, בדוגמה הזו, אפשרו לעכבר לחקור את הסיר כדי להראות שאין תגמול מזון עבור הבחירה הזו. ללא קשר לבחירה.
בסוף כל ניסיון, החזר את העכבר לאזור ההמתנה והחלף את שער ההתחלה. לאחר מכן, בניסויים הבאים, תוך שימוש במדיה זוגית וחוש כפי שמוצג בטבלה, השתמש במלקחיים כדי להניח חתיכת פרס מזון בסיר המעידה על בחירה נכונה לפי אותו הליך שהודגם זה עתה. כהערה, הקפד לשלוח POTS זמן רב מראש כדי לאפשר לריח הראשוני החזק להתפזר לפני הבדיקה. בדיקות.
בגרף זה, המספר הממוצע של ניסויים לעמידה בקריטריון בכל שלב בעכברי C 57 שחורים לא מטופלים. שימוש במשימת הסטת סט הקשב או ST מוצג. הבדלים בשלב ההבחנה הפשוטה באים לידי ביטוי במספר מוגבר של ניסויים כדי לעמוד בקריטריון כאשר ריח הוא תור רלוונטי.
כפי שמוצג כאן, נורמליזציה של נתוני הביצועים מפחיתה את השונות הקשורה ללמידה של התור הרלוונטי בתחילה ומשפרת את ההדמיה של הביצועים המשופרים בשלבי השינוי הבין-ממדיים הבאים. עלייה משמעותית בניסויים הנדרשים כדי לעמוד בקריטריון במהלך השינוי הממדי הנוסף ביחס לשינוי הבין-ממדי הקודם היא מדד בקרה חשוב של תוקף הבדיקה. לפני שלב השינוי הממדי הנוסף, עכברים למדו לשים לב לממד Q רלוונטי יחיד כדי לאתר את התגמול.
מעניין שניתוח התזוזות התוך-ממדיות והחוץ ממדיות בתוך הנתונים הגולמיים מגלה עלייה משמעותית במספר הניסויים הנדרשים כדי להגיע לקריטריון בין התזוזות התוך-ממדיות השנייה והאקסטרה-ממדיות. יתר על כן, שינוי תוך-ממדי משמעותי ניכר בין התזוזות הבין-ממדיות השנייה והשלישית בהשוואה לשינוי הממדי הנוסף כאשר הנתונים נורמלו לביצועים בשלב ההבחנה הפשוטה לאחר שליטה, ניתן להשלים טכניקה זו תוך פחות משלושה שבועות לכל עכבר ניסוי, כאשר כל חוקר בודק עד שני עכברים בו זמנית אם היא מבוצעת כראוי. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור למזער את הסחות הדעת הסביבתיות כגון תנועת הולכי רגל, פנימי ליד אזור הבדיקה, ריחות מסיחי דעת כמו בושם חזק או שינויים בכלוב במהלך שלבי ההכשרה והבדיקה.
לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע את משימת הסטת הקשב בעכברים באמצעות חומרים הניתנים להשגה בקלות וציוד מעבדה נפוץ.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
פרוטוקול זה מתאר בדיקה התנהגותית, ובאופן ספציפי את משימת העברת סט הקשב (AST), להערכת גמישות קוגניטיבית המתווכת על ידי הקליפה הפרה-פרונטלית בעכברים. ההליך כולל אימון של עכברים לקשר תגמול של מזון לרמזים הקשריים ספציפיים, ולאחר מכן שינוי של רמזים אלה כדי להעריך את יכולת ההסתגלות שלהם.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- בדיקות התנהגותיות
- גמישות קוגניטיבית
רקע
- קליפת המוח הפרה-פרונטלית חיונית לגמישות קוגניטיבית.
- בדיקות התנהגותיות מסייעות בהבנת מנגנונים עצביים.
- מטלות של העברת קשב (attentional set shifting) נמצאות בשימוש נפוץ במודלים של בעלי חיים.
- למידה של הסתגלות לרמזים משתנים היא חיונית להישרדות.
מטרת המחקר
- למדידת גמישות קוגניטיבית בעכברים.
- להערכת תפקידה של קליפת המוח הפרה-פרונטלית (prefrontal cortex) בהסתגלות התנהגותית.
- לספק תובנות לגבי תהליכים קוגניטיביים הרלוונטיים למדעי המוח.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- אימון עכברים לחפור עבור תגמול של מזון.
- ביסוס רמזים הקשריים הקשורים לתגמול.
- שינוי צמדי התגמול כדי לבחון את הקשב לממדים רלוונטיים.
- הערכת הביצועים לאורך מספר ניסיונות.
תוצאות עיקריות
- עכברים למדו בהצלחה לאתר תגמולים על בסיס רמזים הקשריים.
- הביצועים השתפרו לאורך הניסיונות, מה שמעיד על למידה.
- גמישות התנהגותית הודגמה באמצעות שינויים ברמזים.
- התוצאות מדגישות את חשיבותה של קליפת המוח הפרה-פרונטלית במשימות קוגניטיביות.
מסקנות
- מבחן ה-AST מודד ביעילות גמישות קוגניטיבית בעכברים.
- הממצאים תורמים להבנת תפקודי קליפת המוח הפרה-פרונטלית.
- ניתן להשתמש במודל זה למחקרים נוספים במדעי המוח הקוגניטיביים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
מטלת החלפת סט הקשב (AST) מספקת מדד התנהגותי בעל תוקף תרגומי לגמישות קוגניטיבית המתווכת על ידי קליפת המוח הפרה-פרונטלית בעכברים, ובכך מאפשרת הפחתת סיכונים מכניסטית עבור מועמדים לתרופות נוירו-פסיכיאטריות. על ידי כימות חוסר גמישות קוגניטיבית באמצעות הגדלת מספר הניסיונות עד להשגת הקריטריון במהלך שלבי ההיפוך (reversal stages), הבדיקה תומכת בתיקוף המטרה ובביטחון ניבוי בשלבי הגילוי המוקדמים. השימור של מטלה זו בין מינים שונים מחזק את הרציפות התרגומית ממודלים של מכרסמים לפתופיזיולוגיה אנושית.
יישומים אסטרטגיים במו"פ של ביו-פארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: בוחן השערות טיפוליות על ידי מדידת גמישות קוגניטיבית התלויה בקליפת המוח הפרה-פרונטלית (prefrontal cortex) כמדד תפקודי למעורבות המטרה (target engagement).
- ערך תפעולי: מאפשר הפחתת סיכונים ביולוגיים של מטרות המעורבות בליקויים קוגניטיביים במודלים של דיכאון, PTSD, סכיזופרניה והפרעות בספקטרום האוטיסטי.
- ערך ניבוי: תומך במיון תיקי פיתוח באמצעות זיהוי תרכובות ההופכות גמישות קוגניטיבית לקושי, ובכך מגביר את הביטחון ביכולת התרגום הקלינית.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מוכנות הבדיקה: מייצרת מדידות כמותיות של המשתנה התלוי (מספר ניסיונות עד להשגת קריטריון) המאפשרות סריקה סטנדרטית וניתנת לשחזור של ספריות תרכובות.
- מוכנות לסריקה: מייצרת מערכות ביולוגיות שעברו תיקוף (עכברים מאומנים) המוכנות להערכה של התערבויות פרמקולוגיות על גמישות קוגניטיבית.
- שימוש חוזר בפלטפורמה: תומכת ביישום בר-הרחבה במודלים טראנסגניים, מודלים של מחלות כרוניות ומודלים פרמקולוגיים, עם שינויים פרוצדורליים מינימליים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רלוונטיות למחלה: תואם לתפקוד לקוי של קליפת המוח הפרה-פרונטלית הנצפה בהפרעות נוירופסיכיאטריות והפרעות התפתחותיות נוירולוגיות, ובכך מחזק את התוקף הפנימי והחיצוני (face and construct validity).
- המשכיות תרגומית: מגשר בין שלב הגילוי לוולידציה פרה-קלינית באמצעות מדידת גמישות קוגניטיבית כנקודת קצה התנהגותית שמורה.
- קידום מותאם סיכונים: מספק מידע להחלטות המשך (go/no-go) באמצעות זיהוי חוסר גמישות קוגניטיבית כביומארקר ליעילות המתווכת על ידי המטרה.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
ה-AST משתלב ברצף הגילוי, החל מבדיקת השערות בשלבי הגילוי המוקדמים ועד לזיהוי מובילים (leads) ובדיקות יעילות פרה-קליניות, במיוחד עבור נקודות קצה קוגניטיביות באינדיקציות נוירופסיכיאטריות.
- ביולוגיה של תגליות: תומך בבדיקת השערות ובבירור מסלולים על ידי בידוד תפקידו של קליפת המוח הפרה-פרונטלית בהסטת קשב ובגמישות קוגניטיבית.
- סריקה: מספק מוכנות לבדיקה ופלטים כמותיים (מספר ניסיונות, שיעורי שגיאה) המאפשרים הערכה מהימנה של תרכובות ומיפוי של קשרי מבנה-פעילות.
- אנליטיקה: מספק פלטים סטטיסטיים (ממוצע ניסיונות עד לקריטריון, ביצועים ספציפיים להסטה) המסייעים לצוויות להשוות את השפעות התרופה מול ביקורת vehicle או ביקורות גנטיות.
- מחקר תרגומי: מתחבר להמשכיות פרה-קלינית על ידי מדידה של תחום קוגניטיבי שמור הפגוע במצבים נוירופסיכיאטריים בבני אדם.
- שימוש חוזר ארגוני: משמש כפלטפורמה התנהגותית לשימוש חוזר במגוון פרויקטים המכוונים לקוגניציה המתווכת על ידי קליפת המוח הפרה-פרונטלית.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החיזוי על ידי הפחתת העמימות המכניסטית בהשפעות קוגניטיביות של תרופות, באמצעות מדידה ישירה של התנהגות התלויה בקליפת המוח הפרה-פרונטלית.
- ערך תפעולי: מבטיח סטנדרטיזציה ושחזוריות באמצעות פרמטרים קבועים של ניסויים, ספי רבדים של קריטריונים ופרוטוקולים של דירוג עיוור.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות של go/no-go על ידי זיהוי מוקדם של יעילות קוגניטיבית, ובכך מפחית את הסיכון לכישלון בשלבים מאוחרים של פיתוח נוירו-פסיכיאטרי.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים של תרכובות המפגינות הפיכה של חוסר גמישות קוגניטיבית במודלים רלוונטיים למחלה.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים של מכרסמים, ובמיוחד בהרגלה, הגבלת מזון, ודירוג אוטומטי או ידני של התנהגות חפירה.
- תלוי בבקרות סביבתיות עקביות (תאורה, ריח, מצע) ובהיגיינה של המיכשור כדי למזער משתנים מתערבים במהלך הבדיקה.
- מחייב סטנדרטיזציה בין-צוותית של נהלי הטיפול, האימון והבדיקה כדי להבטיח הדירות בין אתרים או מפעילים שונים.
- כולל שיקולי התאמה בעת מעבר בין זני עכברים, גילאים או מודלים של מחלות, אשר עשויים להשפיע על מוטיבציית החפירה הבסיסית או על קצב הלמידה.
- כולל מגבלות מעשיות כגון לוח זמנים של שלושה שבועות לכל עכבר, ורגישות לשונות בביצועים המושרית על ידי סטרס במקרים שבהם ההרגלה אינה מספקת.
