Name: Procedure operante per la Valutazione di flessibilità comportamentale in Rats (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-02-15T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 30 s
Description: Scopri la valutazione della flessibilità comportamentale nei ratti mediante compiti operanti automatizzati per studiare lo spostamento di strategia e l'apprendimento inverso. Questo metodo standardizzato consente di analizzare le funzioni cognitive e il ruolo della corteccia prefrontale.

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La ricerca qui descritta è stata supportata da una sovvenzione del Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada a S.B.F.

<ol><li>Floresco, S. B., Zhang, Y., Enomoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+circuits+subserving+behavioral+flexibility+and+their+relevance+to+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Neural circuits subserving behavioral flexibility and their relevance to schizophrenia.</a> Behav Brain Res. 204, 396-409 (2009).</li>
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<li>Floresco, S. B., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Magyar, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissociable+roles+for+the+nucleus+accumbens+core+and+shell+in+regulating+set+shifting%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Dissociable roles for the nucleus accumbens core and shell in regulating set shifting.</a> Journal of Neuroscience. 26, 2449-2457 (2006).</li>
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<li>Stefani, M. R., Moghaddam, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systemic+and+prefrontal+cortical+NMDA+receptor+blockade+differentially+affect+discrimination+learning+and+set-shift+ability+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.Neurosci%22%5BJournal%5D)">Systemic and prefrontal cortical NMDA receptor blockade differentially affect discrimination learning and set-shift ability in rats.</a> Behav.Neurosci. 119, 420-428 (2005).</li>
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<li>Floresco, S. B., Block, A. E., Tse, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inactivation+of+the+medial+prefrontal+cortex+of+the+rat+impairs+strategy+set-shifting%2C+but+not+reversal+learning%2C+using+a+novel%2C+automated+procedure%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Inactivation of the medial prefrontal cortex of the rat impairs strategy set-shifting, but not reversal learning, using a novel, automated procedure.</a> Behav Brain Res. 190, 85-96 (2008).</li>
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Pubblicazione e accesso gratuito a questo manoscritto è stato supportato da Med Associates, Inc.

Lo sviluppo di attività comportamentali per misurare ordine superiore costrutti cognitivi nei roditori è essenziale per far progredire la conoscenza della neurobiologia della cognizione. Con compiti ben costruiti e validati, roditori possono essere valutati in compiti di complessità paragonabile solo a quello dei primati o anche gli esseri umani. Qui abbiamo mostrato come due aspetti della funzione esecutiva, la strategia di spostamento e di apprendimento di inversione, possono essere studiati in roditori utilizzando tecniche operanti automatizzate. Utilizzando queste operazioni automatizzate, abbiamo replicato i risultati precedenti in cross-labirinto e le attività di scavo per quanto riguarda i substrati neurali del set-shifting e l&#39;inversione di apprendimento 11,13,18-21,27,29, suggerendo che i compiti operanti sono valutazioni validi di questi costruisce. Queste operazioni automatiche hanno una serie di benefici e vantaggi oltre i compiti non automatizzato cross-labirinto esistenti e scavo. Più convincente è il tasso superiore di raccolta dei dati in versione automatizzata operante. Ognidi formazione o di test il giorno di dura solo 30-60 minuti, ed è completamente controllato dal computer che richiede controllo minimo dallo sperimentatore. Inoltre, molti animali possono essere testati contemporaneamente con una configurazione operante multicamera. Ogni serie compito, da plasmare al collaudo finale, può essere completato in circa 2-3 settimane. Un altro importante vantaggio delle operazioni automatiche è il controllo preciso della presentazione dello stimolo, minimizzando la possibilità di errore sperimentatore. Ad esempio, l&#39;ordine di presentazione di posizione cue ciascuna prova viene randomizzato e controllato da computer, anziché da uno sperimentatore consultazione manualmente una prova-by-list processo. La tempistica tra la prova è misurata con precisione e coerenza, e non si confonde con il tempo che ci vuole uno sperimentatore per, ad esempio, rimuovere un topo dalla croce-labirinto o riorganizzare i contenitori di scavo. Consegna rinforzo è automatica e non è soggetta a sperimentatore errore (ad esempio, dimenticando di esca ilcorretta braccio trasversale labirinto). La raccolta dei dati è altrettanto migliorata, con registrazione automatica di modelli di risposta, tra cui la misurazione di latenze di risposta esatta. In assenza di altre anomalie motore, variazioni latenze di risposta possono essere usate per dedurre prove di velocità di elaborazione alterato e / o per valutare il livello di complessità cognitiva di un compito 21,22. Le attività automatizzate mantengono anche uno importante vantaggio delle attività cross-labirinto: la capacità di condurre un&#39;analisi dettagliata dei tipi di errori il giorno turno o di inversione. Distinguere tra errori di set-shifting che replicano il giorno precedente strategia (perseverative o errori regressive) e gli errori che rappresentano precedenza strategie non sperimentate (errori mai-rinforzati) può aiutare a caratterizzare deficit specifici in termini di flessibilità comportamentale. In particolare, gli errori che si verificano perseverative presto test riflettono l&#39;incapacità di un animale di abbandonare il precedente strategy, mentre più tardi, si verificano errori regressive riflette l&#39;incapacità di un animale a mantenere la nuova strategia volta perseverazione ha cessato 20. Errori Mai-rinforzati possono indicare un fallimento per acquisire la nuova strategia, o l&#39;incapacità di rispondere in modo sistematico secondo una regola 20. Risultati precedenti 16,17,20 dimostrano basi neuroanatomiche scindibili di questi tipi di errori sono anche preziosi per interpretare i risultati di queste attività. Sono stati sviluppati e ottimizzati per l&#39;uso con i ratti nostre procedure. Detto questo, gli altri gruppi hanno usato procedure simili per testare set-shifting capacità nei topi 31. Tuttavia, alcune modifiche devono essere impiegati con i topi per ospitare per differenze di specie. Questi includono la presentazione più della luce segnale visivo prima estensione della leva, la formazione su più giorni con 30 prove / giorno e l&#39;incorporazione di una punizione time-out dopo le scelte errate. Although queste modifiche rendono questo test meno suscettibili per l&#39;uso con le sfide farmacologici, potrebbe rivelarsi utile per valutare la flessibilità cognitiva in topi geneticamente modificati (anche se non è chiaro se tali modifiche potrebbero preservare la sensibilità corteccia frontale del compito). Naturalmente, ci sono anche dei limiti a questi compiti. Alcune di queste limitazioni derivano dalla natura automatizzata del compito, mentre altri sono legati ai parametri del compito stesso. Con riferimento a quest&#39;ultima, il compito set-shifting qui descritto (così come la cross-maze set-shifting compito 26) utilizzano un insieme limitato di stimoli e risposte. Diversamente l&#39;attività di scavo, in cui nuovi esemplari (ad esempio, profumi sconosciuti o supporti di scavo) possono essere usati per costruire nuovi set di attenzione in ogni fase 11,19, il compito set-shifting operante richiede necessariamente scegliere tra due stimoli che sono familiari al animali - il vs. sinistraluce spunto giusto, o contro la posizione destra a sinistra. Ciò significa che le operanti e cross-maze set-shifting compiti implicano conflitto risposta così come la strategia spostamento, anche se il concetto di spostare una strategia ad una nuova dimensione stimoli precedentemente irrilevante, è conservato 20,23. In una nota correlata, il set-shifting e inversione di attività operanti come descritto qui non consentono per una dimensione terza stimolo, come nel compito di scavo che può includere mezzi di scavo, odore, consistenza e 11,19. Tuttavia, noi non consideriamo un errore fatale, come il compito set-shifting operante richiede ancora l&#39;animale per sopprimere la strategia di discriminazione in precedenza rilevanti e assistere ad una dimensione di stimolo precedentemente ignorati. Inoltre, sembra plausibile che modifiche ai parametri delle apparecchiature e delle attività potrebbero sostenere l&#39;aggiunta di una terza dimensione stimolo, quali segnali uditivi o odore, anche queste aggiunte avrebbero probabilmente rendere l&#39;apprendimento più difficile e meno amenibile per un solo giorno prove farmacologiche. Infine, una potenziale limitazione di qualsiasi attività basata operante-è la perdita di informazioni dirette sul comportamento rat - cioè, lo sperimentatore non è più guardando ratto. Riteniamo che i vantaggi in obiettività e di raccolta dei dati la velocità conferiti dalla automazione più che compensare questa perdita, e telecamere montate nelle camere operante sono un modo relativamente facile per ripristinare l&#39;accesso visivo individuale se lo si desidera. Ci sono una serie di passi che possono essere adottate per massimizzare il successo con queste attività operanti. In primo luogo, l&#39;importanza di gestire gli animali prima formazione inizia non può essere sopravvalutata; come con qualsiasi compito comportamentale, animali ben trattati, sono più facili da lavorare, sono meno stressati, e tendono a produrre dati meno variabili. In secondo luogo, alcuni test pilota può essere necessario determinare il momento migliore della giornata per condurre test; ci prova durante il ciclo di luce, e scopriamo che performance è ottimale quando gli animali sono testati verso la fine di questo ciclo (ad esempio, circa 4:00 per un ciclo di luce termina alle 7:00). In terzo luogo, occorre prestare attenzione per confermare che la prestazione stabile è stabilito in ogni fase pretraining prima che un animale è avanzata al punto successivo. Ad esempio, prestazioni costanti e robusto in fase di formazione leva a scomparsa è un eccellente predittore della performance abile sul &quot;set&quot; compito di discriminazione. Per quanto riguarda le apparecchiature, anche se tutti i passaggi sono automatizzati, resta necessario l&#39;intervento sperimentatore di confermare che tutti i componenti siano in ordine. Ad esempio, un controllo apparecchiatura deve essere eseguito ogni giorno (o più di una volta al giorno, se gran numero di animali sono in fase di test), per garantire che tutte le luci, le leve, e sistemi di consegna ricompensa sono operativi. In particolare, malfunzionamenti nei sistemi di consegna di ricompensa (in particolare distributori di pellet) possono influire drasticamente le prestazioni. Un numero insolitamente elevato di omissioni suun dato giorno può indicare un problema con attrezzature consegna ricompensa, e, quindi, l&#39;uscita dei dati deve essere controllato ogni giorno da uno sperimentatore familiarità con il compito e livelli di performance attesi. In assenza di un malfunzionamento attrezzature, un elevato numero di omissioni può indicare altri problemi con motivazione o animale. Se un animale è in buona salute, restrizione alimentare può essere aumentata a prendere l&#39;animale al 80-85% del peso senza alimentazione per un breve periodo fino a quando le prestazioni recupera. Questi compiti-spostamento e inversione possono essere utilizzati in una varietà di paradigmi sperimentali. Per esempio, gli effetti di manipolazioni come lesioni, trattamenti di sviluppo, manipolazioni dietetiche, trattamento farmacologico a lungo termine, o modifiche genetiche possono essere studiate. Mentre l&#39;effetto di un trattamento alla fase di spostamento o inversione può essere di interesse primario, notare che poiché tali trattamenti cronici o permanenti devono necessariamente essere somministrati prima training inizia, effetti su più fasi di prestazioni (in particolare sulla discriminazione iniziale o &quot;set&quot;) devono essere esaminati 21. L&#39;uso di manipolazioni acute, come i trattamenti farmacologici o inattivazioni neuroanatomici temporanei, sono particolarmente adatti a questi compiti. In tali casi, l&#39;aggiunta di un terzo gruppo (come illustrato in figura 2) è utile; Così, il gruppo sperimentale primaria riceve la manipolazione di interesse sulla giorno spostamento o inversione, mentre un gruppo di controllo riceve la manipolazione del giorno di discriminazione iniziale o &quot;set&quot; per verificare ampi effetti su apprendimento, ed un secondo gruppo di controllo riceve senza manipolazioni (o trattamenti sham) su entrambi i giorni 20,22. Si noti che, per tali studi di manipolazione acuti, è consigliabile abbinare ratti per le prestazioni durante l&#39;apprendimento del set iniziale e destinarli al gruppo sperimentale e (secondo) gruppo di controllo di conseguenza. Questo minimizes la possibilità che le differenze di trattamento-indotte nelle prestazioni possono essere confusi da variazioni individuali in modo facilmente ratti imparano a discriminare tra stimoli. Inoltre, se un esperimento richiede test di molteplici coorti settimane o mesi, ciascuna coorte dovrebbe comprendere animali di tutti i gruppi sperimentali. Per esempio, uno studio testare gli effetti di manipolazioni farmacologiche acute durante un turno può richiedere 48 ratti in totale e 3 gruppi sperimentali, testati in tre coorti di 16 animali ciascuno. In questo caso, ogni coorte dovrebbe contenere 5-6 ratti di ciascun gruppo sperimentale. Idealmente, le analisi statistiche dovrebbero includere un fattore che conferma non vi erano differenze di prestazioni attraverso ciascuna coorte di topi. Infine, questi compiti operante può essere particolarmente utile per applicare tecniche di registrazione in vivo, compresi microdialisi, voltammetria e elettrofisiologia, a causa di componenti quali l&#39;ambiente controllato, sincronizzazione precisa dello stimolo presentaziion e le risposte, e movimenti limitati degli animali che non sono disponibili o pratico nel cross-labirinto o attività di scavo.

Processi cognitivi di alto livello, tra cui la generazione di regole, la selezione del comportamento, e la valutazione di strategia sono indicate collettivamente come &quot;funzione esecutiva&quot; o &quot;la flessibilità comportamentale 1.&quot; Questi processi sono fondamentali alla normale funzione cognitiva, e può essere compromessa in tali disturbi diversi come la schizofrenia , alcolismo, depressione, ictus, e la malattia di Alzheimer 2-7. La regolazione dei processi funzionali esecutivi è mediato principalmente da aree della corteccia frontale, tra cui la corteccia prefrontale dorsolaterale e la corteccia orbitofrontale nell&#39;uomo 8-10. Lo sviluppo di attività per valutare funzione esecutiva e / o la flessibilità comportamentale in animali non umani, in particolare roditori, ha notevolmente migliorato la comprensione della neurobiologia di cognizione 11-14. Tali compiti hanno reso possibile misurare separatamente componenti distinti di flessibilità comportamentale, compresastrategia spostamento e l&#39;apprendimento di inversione. Strategia spostamento si riferisce alla capacità di sopprimere attivamente una strategia di risposta precedentemente appreso durante l&#39;acquisizione di una nuova strategia in competizione, in particolare attraverso le dimensioni di stimolo (spostamento extradimensionale) - ad esempio, il passaggio da eseguire una discriminazione basata visivamente (rosso vs verde, dove il rosso è &quot;corretti&quot; e tattili stimoli sono irrilevanti) per l&#39;esecuzione di una discriminazione tattile (liscio vs. ruvido, dove liscia è &quot;corretto&quot; e stimoli visivi sono ormai irrilevanti). D&#39;altra parte, l&#39;apprendimento inversione comporta anche un cambiamento nella strategia di risposta, ma all&#39;interno della stessa dimensione di stimolo - esempio, nell&#39;esempio &quot;red vs. verde&quot;, se rosso era precedentemente corretta, un&#39;inversione vorrebbe che verde è ora corretta, mentre gli stimoli tattili resterebbero irrilevanti. Diverse attività sono state sviluppate per studiare la flessibilità comportamentale nei roditori. La croce-macompito ze richiede un animale per imparare prima sia una regola direzione-based (ad esempio, &quot;spegnere sempre a destra&quot;), o una regola visual-based (ad esempio, &quot;spegnere sempre verso il segnale visivo&quot;) per un certo criterio di prestazioni. Poi, l&#39;animale deve spostare inaspettatamente sia attraverso modalità alla regola opposta (strategia di spostamento, originariamente denominata &quot;shift nonreversal&quot; 15) o spostare all&#39;interno modalità alla contingenza opposta (apprendimento inversione) 13,14,16. Tali compiti sono sensibili alle interruzioni nelle reti corticali e sottocorticali, che coinvolge la corteccia prefrontale, talamo, e striato 1,13,14,16-18. Un altro tipo di compito set-shifting attentivo (a volte indicato come il compito di scavo) richiede animali di formazione per discriminare tra due contenitori che differiscono lungo due o tre dimensioni stimolo (scavando media, odore e / o struttura esterna). Simile al cross-labirintocompito, gli animali sono quindi tenuti a passare sia attraverso le dimensioni (strategia spostamento) o all&#39;interno della stessa dimensione (apprendimento inversione), e queste attività sono ugualmente sensibili alle manipolazioni corteccia frontale 11,19. Un vantaggio di questa operazione è che durante il turno di strategia extra-dimensionale, i ratti vengono presentati con nuovi set di stimoli (copie), che assicura che i disturbi di rendimento durante questa fase sono probabilmente attribuibile alle interruzioni nella capacità di spostare set attenzionale a diversi aspetti di stimoli composti, piuttosto che una ridotta capacità di fermare avvicina uno stimolo specifico precedentemente associati con la ricompensa. Tuttavia, questa caratteristica rende anche più difficile verificare la specificità di un deficit durante un turno set. Sebbene le operazioni sopra descritte sono stati ben documentati in letteratura, entrambi soffrono di una serie di svantaggi procedurali, essenzialmente la lunghezza del tempo necessario per testare animali. In entrambiil compito trasversale labirinto e il compito scavo, solo un animale possono essere testati per volta; Inoltre, il test deve essere somministrato in tempo reale da uno sperimentatore dedicato, e può richiedere fino a diverse ore al giorno per animale. Inoltre, la presentazione di stimoli e la registrazione delle risposte comportamentali in entrambi i tipi di compiti sono controllati manualmente da uno sperimentatore, e sono quindi vulnerabili all&#39;errore umano e interpretazione soggettiva. Qui, descriviamo un metodo automatizzato per valutare la strategia di spostamento e l&#39;inversione di apprendimento nel ratto, utilizzando procedure operanti che semplificano il controllo dello stimolo e la presentazione dei dati, e migliorare notevolmente la velocità di raccolta dei dati e il throughput 20,21. I metodi utilizzati per modellare e ratti treni sono descritte, così come i componenti del compito stesso e l&#39;analisi dei dati risultanti. Abbiamo scoperto che, come le attività di cross-labirinto e scavo, queste operazioni automatiche sono sensibili alle interruzioni in prefrontalee circuiteria sottocorticale, nonché di una manipolazione neurodevelopmental che modella la schizofrenia 20-23.

<table><tbody><tr><td>Pacchetto Camera Comportamentale con Leve Retrattili</td><td>Med Associates, Inc.</td><td>MED-008-B2</td><td>I componenti richiesti includono due leve retrattili, due luci di stimolo, luce domestica e sistema di erogazione del rinforzo</td></tr><tr><td>Software MED-PC</td><td>Med Associates, Inc.</td><td>Software SOF-735</td><td></td></tr><tr><td>MPC2XL</td><td>Med Associates, Inc.</td><td>SOF-731</td><td>Utilità di trasferimento dati per l'importazione di dati grezzi in formato Excel</td></tr><tr><td>Pellet di precisione senza polvere, 45 mg, zucchero</td><td>Bio-Serv</td><td>F0042</td><td></td></tr></tbody></table>

procedure operante per la valutazione di flessibilità comportamentale in rats

Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats

Le funzioni esecutive sono costituiti da più processi cognitivi di alto livello che guidano la generazione di regole e la selezione del comportamento. Una proprietà emergente di questi processi è la possibilità di regolare il comportamento in risposta ai cambiamenti proprio ambiente (cioè flessibilità, comportamentale). Questi processi sono essenziali per il normale comportamento umano, e possono essere interrotti in diverse condizioni neuropsichiatriche, tra cui la schizofrenia, alcolismo, depressione, ictus, e la malattia di Alzheimer. La comprensione della neurobiologia delle funzioni esecutive è stata notevolmente migliorata con la disponibilità di compiti di polizia per valutare componenti discreti di flessibilità comportamentale, soprattutto spostamento strategia e l&#39;apprendimento di inversione. Mentre sono stati sviluppati diversi tipi di compiti, la maggior parte sono non automatizzato, laborioso, e permettono collaudo di un solo animale per volta. Il recente sviluppo di compiti automatizzati basati operante-per valutare la flessibilità comportamentale snellisce testing, standardizza presentazione dello stimolo e la registrazione dei dati, e migliora notevolmente il throughput. Qui, descriviamo automatizzato strategia spostamento e le attività di inversione, con camere operante controllati da programmi scritti personalizzato. Utilizzando questi compiti, abbiamo dimostrato che la corteccia prefrontale mediale governa strategia spostamento ma non inversione apprendimento nel ratto, simile alla dissociazione osservata nell&#39;uomo. Inoltre, gli animali con una lesione dell&#39;ippocampo neonatale, un modello di sviluppo neurologico schizofrenia, vengono selettivamente compromesse sul compito strategia spostamento, ma non il compito di inversione. Il compito strategia di spostamento permette anche l&#39;identificazione di tipi separati di errori nelle prestazioni, ognuno dei quali è attribuibile a substrati neurali distinti. La disponibilità di queste attività automatizzate, e le prove a sostegno dei contributi scindibili delle aree prefrontali separati, li rende saggi particolarmente adatto per lo studio dei processi neurobiologici base così come drdiscovery ug e lo screening in modelli di malattia.

Acuta, inattivazione reversibile della corteccia prefrontale può essere realizzata mediante infusione di anestetico locale cloridrato bupivacaina (0,75%, 0,5 ml) nella regione prelimbic tramite impiantato chirurgicamente infusione cannula 20 di circa 10 minuti prima del test. Inoltre, gli effetti di inattivazione durante sia il primo compito («Set») o il secondo compito (&quot;Shift&quot; o &quot;inversione&quot;) possono essere valutati per studiare i possibili effetti generali sull&#39;apprendimento. Figura 2 illustra i risultati di tali inattivazioni sugli animali eseguire la sequenza di strategia-shifting Cue-to-Response. Inattivazione prefrontale il primo giorno, il / &quot;Set&quot; compito Cue, non ha compromesso le prestazioni (Figura 2A), suggerendo che la corteccia prefrontale mediale, non è necessario per l&#39;apprendimento discriminazione iniziale. Tuttavia, l&#39;inattivazione prefrontale il secondo giorno, la risposta / compito &quot;Shift&quot;, signifprestazioni cativamente compromessa dal fatto che gli animali richiesto un sostanziale maggior numero di prove per raggiungere prestazioni criterio (Figura 2B). Quando la corteccia prefrontale è stato inattivato, animali fatti più errori perseverative-come che gli errori non-armati su impostazione Maiusc (Figura 2C). Questi risultati replicano dati precedenti per quanto riguarda l&#39;importanza della corteccia prefrontale mediale per la strategia spostamento e, in particolare, nel sopprimere una strategia precedentemente appreso 13,20. Al contrario, gli animali addestrati nel Storno sequenza di risposta non hanno mostrato questa dipendenza prefrontale. Animali ricevono inattivazione della corteccia prefrontale del giorno &quot;Reversal&quot; non differivano da animali saline infuso su entrambi discriminazione iniziale risposta (Figura 3A) o l&#39;inversione successiva (Figura 3B) 20 .Questi risultati sono in linea con le precedenti mostrando ricerca che the corteccia orbitofrontale, non la corteccia prefrontale mediale, regola l&#39;inversione di apprendimento su una varietà di compiti 12,19,26, tra cui un compito operante simile a quello qui descritto 27. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52387/52387fig2highres.jpg" /> Figura 2. L&#39;inattivazione del Shifting corteccia prefrontale strategia Impairs. A, Trials al criterio il compito iniziale di discriminazione Cue (&quot;Set&quot;) di ratti trattati con infusioni di soluzione salina o bupivacaina (Bupi) nella corteccia prefrontale mediale il giorno set. Inattivazione prefrontale avuto alcun effetto sulla iniziale di acquisizione. B, Prove di criterio il passaggio al compito di risposta (&quot;Shift&quot;) dopo infusioni prefrontale mediale di soluzione salina o bupivacaina il giorno turno. L&#39;inattivazione della corteccia prefrontale compromessa il passaggio strategia per l&#39;attività di risposta.C, Tipi di errori commessi dagli animali del giorno spostamento. Inattivazione prefrontale prima dell&#39;attività shift (gruppo &quot;sal-bupi&quot;) ha portato ad un aumento degli errori perseverative-like. *, P &lt;.05 vs salina-salino. Questa cifra è stata modificata da Floresco et al. 20 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52387/52387fig2large.jpg" target="_blank">, cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52387/52387fig3highres.jpg" /> Figura 3. L&#39;inattivazione della corteccia prefrontale Foglie Reversal Imparare intatta. A, Trials al criterio durante l&#39;allenamento discriminazione risposta iniziale dai topi che poi ricevere infusioni di soluzione salina o bupivacaina (Bupi) nella corteccia prefrontale mediale prima formazione di inversione. Non sono state osservate differenze. B, Prove secondo criterio durante l&#39;inversione della discriminazione risposta, dopo infusioni prefrontali mediali di soluzione salina o bupivacaina. Inattivazione prefrontale non ha compromesso l&#39;apprendimento di inversione. Questa cifra è stata modificata da Floresco et al. 20 I dati presentati in Figura 4 fornisce un esempio di come richiedere ratti effettuare prove &quot;Promemoria&quot; utilizzando la vecchia regola prima di un cambiamento di strategia può aiutare nell&#39;interpretazione dei dati. In questo studio (Enomotor e Floresco, osservazioni non pubblicate), i ratti sono stati abbinati per prestazioni su acquisizione di una regola di segnale visivo al giorno 1 (Figura 4A). Il giorno 2, i ratti hanno ricevuto veicolo o 0,2 mg / kg aloperidolo. All&#39;inizio della sessione di test Day 2, sono stati dati 20 studi in cui sono stati tenuti a rispondere utilizzando la regola segnale visivo acquisito al Day 1, dopo che la regola inserita metà sessione a una discriminazione risposta. Come mostrato in figura 4B, questo trattamento alterata recupero della regola segnale visivo nel corso dei primi 20 studi promemoria della sessione. Successivamente, i ratti trattati con aloperidolo richiesto un minor numero di prove per raggiungere il criterio (Figura 4C) e hanno fatto meno errori perseverative (Figura 4D) il turno di strategia. Si noti che se non avessimo usato le prove promemoria prima del turno, questi dati possono essere stati interpretati come un miglioramento nel set spostamento da aloperidolo. Tuttavia, la perdita di valore durante la fase di recupero regola suggerisce che questi effetti sono meglio compresi come memoria compromessa per la regola precedentemente acquisita, che può aver portato a meno conflitto risposta quando i ratti sono stati tenuti a imparare una regola nuova e quindi più veloce spostamento. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52387/52387fig4highres.jpg" /> Figura 4. deteriorate Regola Recupero e agevolato Set-shifting indotta da Haloperidol trattamento. A, Trials al criterio di discriminazione segnale visivo da ratti che erano a ricevere veicolo (soluzione fisiologica) o la dopamina D2 antagonista aloperidolo (0,2 mg / kg) prima della strategia spostando sequenza il giorno successivo. Animali in entrambi i gruppi hanno mostrato prestazioni pre-droga comparabile. B, All&#39;inizio del test il giorno 2, ratti ricevuto 20 prove di sollecito in cui sono stati tenuti a continuare a rispondere utilizzando la regola segnale visivo dal giorno 1. Il trattamento con aloperidolo diminuito significativamente la precisione nel corso di questi promemoria prove. C, dopo le 20 prove di promemoria, la regola spostata metà sessione a una discriminazione risposta. Aloperidolo ratti trattati necessarie meno prove per ottenere il criterio durante il turno. D. trattamento Aloperidolo anche ridotto gli errori perseverative. Anche se questi dati potrebbero suggerire miglioramento delle prestazioni, la riduzione di valore in regola visualizzazione recupero in B </strong&gt; indica che l&#39;apparente &quot;rafforzata shifting strategia&quot; è più probabile attribuibile alla ridotta interferenza dalla regola precedentemente acquisito. Enomoto e Floresco, osservazioni non pubblicate. *, p &lt;.05 vs. veicolo. Il neonatale ventrale lesione ippocampale (NVHL) manipolazione è stato utilizzato per modellare alcuni aspetti della schizofrenia nei ratti 28, in particolare i disturbi cognitivi 29,30. Brevemente, una lesione eccitotossico viene somministrato per l&#39;ippocampo di 7 giorni ratti, e la verifica viene effettuata in adulti (60+ giorni postnatale). . Questo modelli la traiettoria di sviluppo ipotizzato di schizofrenia 28 La Figura 5 illustra ratti prestazioni di NVHL e di controllo della versione pre-esposto del Set-Shifting: Risposta a Cue sequenza ratti NVHL sono impareggiabili anche a imparare la prima regola (Response / &quot;Set. &quot;, Figura 5A), ma sono drammaticamente alterata<html> a trasferire alla nuova regola (avanzamento / &quot;Shift&quot;), come dimostra l&#39;aumento del numero di prove necessarie per raggiungere criterio (Figura 5B). Inoltre, questo deficit è dovuto principalmente ad un aumento degli errori perseverative, come mostrato in Figura 5C, suggerendo anomalie prefrontali 20,21. Questi risultati confermano precedenti risultati della strategia alterata spostando negli animali NVHL utilizzando l&#39;attività di cross-labirinto 29. Simile ai dati provenienti da animali prefrontally-inattivati ​​sopra indicati, gli animali NVHL non hanno perso di valore in inversione di apprendimento (Figura 6A, B), anche se erano più lenti a rispondere (Figura 6C, D). Questo risultato negativo implica che la strategia osservata spostando i deficit non sono attribuibili ad un semplice incapacità di passare da stimoli 21. ES.jpg &quot;/&gt; Figura 5. deteriorate Set-Shifting nel Modello NVHL di schizofrenia. Performance della versione pre-esposizione dei set-shifting sequenza (Risposta a Cue) in NVHL e sham controllo degli animali. A, gli animali sono stati NVHL inalterata sulla risposta (&quot;Set&quot;) compito. B, tuttavia, gli animali NVHL necessarie molte più prove di falsità per raggiungere criterio della Cue visiva (&quot;Shift&quot;) compito. C, errori il giorno &quot;Shift&quot;. Animali NVHL reso più errori perseverative di animali finti, ma non differiscono su errori regressive o mai-rinforzati. *, P &lt;.05 vs sham. Questa cifra è stata modificata da Placek et al. 21 <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/52387/52387fig6highres.jpg" /> Figura 6. La mancanza di NVHL Impairment on Learning Storno. <strong&gt; A, B, NVHL e animali sham non differiva nella loro capacità di acquisire sia il compito di apprendimento di risposta iniziale (&quot;Set&quot;), o l&#39;inversione di risposta. C, D, animali NVHL erano più lento di fodere per rispondere sia sul &quot;Set&quot; e le attività «annullamento». Questa cifra è stata modificata da Placek et al. 21 Infine, test pilota ha indicato che gli animali sono praticamente in grado di imparare una inversione del compito Cue, cioè, a premere la leva di fronte alla luce stimoli illuminata. Cinque dei sei animali testati completato 450 trials di inversione (3 giorni) senza raggiungere il criterio, e il sesto degli animali tenuti 418 trials (Brady, osservazioni non pubblicate, i dati non riportati). Questo è probabilmente perché le luci di stimolo sono spunti molto salienti e interessanti che lo rendono molto difficile per i ratti di dirigere rispondere lontano da loro. Così, questa sequenza di test non è recommended.

La capacità di valutare le funzioni esecutive come la flessibilità comportamentale nei ratti è utile per studiare la neurobiologia della cognizione sia negli animali intatti che nei modelli di malattia. Qui descriviamo le attività automatizzate per valutare il cambiamento di strategia e l'apprendimento inverso, che sono particolarmente sensibili alle interruzioni nelle reti corticali prefrontali.

Procedure operante per la Valutazione di flessibilità comportamentale in Rats

Executive functions consist of multiple high-level cognitive processes that drive rule generation and behavioral selection. An emergent property of these ...

L'obiettivo generale del seguente esperimento è valutare la flessibilità comportamentale, inclusi il cambio di insieme e l'apprendimento per inversione, nei ratti mediante un metodo operante automatizzato. Questo viene ottenuto addestrando innanzitutto gli animali al comportamento di pressione della leva, per abituarli all'estensione e alla retrazione delle leve e garantire una risposta costante. Successivamente, gli animali vengono sottoposti al primo compito della sequenza desiderata.Ad esempio, la discriminazione del segnale visivo nella sequenza dalla coda alla risposta, che stabilisce la capacità dell'animale di apprendere una regola di discriminazione. Successivamente, gli animali vengono sottoposti al secondo compito della sequenza desiderata al fine di valutare la flessibilità comportamentale dell'animale, ovvero la sua capacità di passare da una regola a un'altra. I risultati mostrano effetti su diversi aspetti della flessibilità comportamentale in base a diverse manipolazioni farmacologiche o anatomiche.Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come i compiti basati su labirinti o su scavo, è che offre un maggiore controllo e standardizzazione dello stimolo e permette un notevole aumento della velocità di raccolta dei dati. La procedura sarà dimostrata da Bradley Roberts, uno studente universitario del mio laboratorio, per eseguire test di flessibilità comportamentale nei ratti. Utilizzare camere operanti dotate di almeno due leve retrattili posizionate ai lati di un'area centrale di somministrazione del rinforzo, due luci stimolo, una posizionata sopra ciascuna leva, una luce ambientale e un distributore di rinforzo.Assicurarsi che la luce ambientale illumini l'intera camera senza interferire con il rilevamento delle luci stimolo. Utilizzare cibo appetibile come rinforzo, ad esempio pellet di saccarosio da 45 milligrammi. Controllare la presentazione dello stimolo, il funzionamento della leva e la raccolta dei dati tramite un'interfaccia con un computer.Consultare il protocollo scritto per ulteriori dettagli sulla pre-addestramento dei ratti. Seguendo le indicazioni del protocollo scritto, sottoporre i ratti a sessioni di addestramento con leve retrattili per abituarli all'estensione e alla retrazione delle leve e per garantire che commettano relativamente poche omissioni al momento di passare alle fasi principali del test. Durante ogni prova, determinare quale leva estendere alternando le estensioni in ordine pseudocasuale, in modo da avere 45 prove con la leva sinistra e 45 con la leva destra, senza tuttavia più di due prove consecutive con la stessa leva.Allungare la stessa leva, allungare la leva selezionata. Rinforzare l'animale dopo che ha premuto la leva entro 10 secondi, trascorsi i quali la leva viene ritratta. Se l'animale non risponde entro 10 secondi, ritrarre la leva e registrare un'omissione.Continuare le sessioni di addestramento di 30 minuti con leva retrattile per un numero fisso di giorni o fino a quando gli animali raggiungono un criterio minimo di cinque omissioni o meno per due giorni consecutivi per testare gli animali sulla sequenza coda-risposta, che rappresenta una delle due possibili sequenze di test per il passaggio di strategia. Iniziare a testare gli animali sul compito Q. Questo compito rinforza gli animali a rispondere alla leva sotto la luce stimolo illuminata ed è il compito stabilito nella sequenza.Iniziare ogni prova con entrambe le leve ritratte, illuminare per tre secondi la luce stimolo a sinistra o a destra. Successivamente, estendere entrambe le leve nella camera per 10 secondi o fino a quando non si verifica una risposta. Rinforzare soltanto una risposta corretta sulla leva segnalata, a seguito di una risposta su una delle due leve.Ritraete le leve. Iniziate le prove ogni 20 secondi per tutta la sessione. Determinate in modo pseudo casuale l'ordine delle prove in modo che non si verifichino più di due prove consecutive con lo stesso stimolo.Luce illuminata. Continuare le prove fino a quando un animale ha completato 10 risposte corrette consecutive e ha completato un minimo di 30 prove oppure fino a quando sono state completate tra 150 e 200 prove senza aver raggiunto il criterio. Il giorno successivo, dopo aver raggiunto il criterio nel compito Q, passare gli animali al compito di risposta, che rappresenta il compito di cambio nella sequenza e che rinforza gli animali per aver risposto sulla leva opposta rispetto alla loro preferenza laterale.Indipendentemente dal segnale, iniziare con entrambe le leve ritratte e illuminare pseudo-casualmente una delle luci stimolo per tre secondi, quindi estendere entrambe le leve nella camera per 10 secondi o fino a quando non si verifica una risposta. Rinforzare soltanto la risposta sulla leva della posizione corretta, opposta rispetto al lato dell'animale, a prescindere dalla risposta su una delle due leve. Ritrarre le leve e proseguire le prove fino a quando l'animale non avrà raggiunto il criterio di 10 risposte corrette consecutive.Il passaggio strategico efficiente dipende dalla corteccia prefrontale mediale. Nel primo giorno di trattamento, l'inattivazione prefrontale non comprometteva le prestazioni nel compito del set Q. Tuttavia, l'inattivazione prefrontale nel secondo giorno comprometteva significativamente le prestazioni nel compito di cambio di risposta, poiché gli animali necessitavano di un numero maggiore di prove per raggiungere le prestazioni criteriali.In confronto, l'inversione della risposta, la discriminazione, non ha mostrato dipendenza dalla corteccia prefrontale mediale. Gli animali sottoposti all'inattivazione della corteccia prefrontale nel giorno dell'inversione non differivano dagli animali infusi con soluzione salina, risultato che conferma ricerche precedenti secondo cui la corteccia orbitofrontale, e non la corteccia prefrontale mediale, regola l'apprendimento dell'inversione in una varietà di compiti. Per dimostrare come le prove di richiamo possano facilitare l'interpretazione dei dati, i ratti hanno acquisito una regola Visuale Q nel primo giorno.Il secondo giorno, i ratti hanno ricevuto il veicolo o hallal peritol e successivamente sono stati sottoposti a 20 prove di richiamo del primo giorno prima di passare alla discriminazione della risposta. I risultati mostrano che hallal peritol ha compromesso il recupero del segnale visivo durante le prove di richiamo. Successivamente, i ratti trattati con hallal peritol hanno richiesto un numero minore di prove per raggiungere il criterio, un risultato che avrebbe potuto essere interpretato come un miglioramento nel cambio di insieme se le prove di richiamo non avessero indicato che la memoria per la regola precedente era effettivamente compromessa.Altri metodi come manipolazioni anatomiche, ambientali o genetiche, così come tecniche di registrazione fisiologiche o chimiche possono essere aggiunti a questa procedura al fine di esplorare la base neurobiologica della flessibilità comportamentale e della funzione esecutiva.

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Behavior

Comportamento

Viene proposto un protocollo completamente automatizzato per roditori condizionamento operante. Il protocollo si basa su un preciso controllo temporale degli eventi comportamentali per indagare in che misura influenza il controllo dell'attività sottostante neurale integrazione sensomotoria e di controllo cognitivo esperimenti.

Un completamente automatizzata Roditore condizionata Protocollo per Sensomotoria Integrazione e esperimenti di controllo cognitive

L'obiettivo di questo protocollo è quello di effettuare un test comportamentale, come il set attenzionale spostamento compito (AST) per valutare prefrontale flessibilità cognitiva cortex-mediata nei topi.

La Task attenzionale Set Shifting: una certa flessibilità cognitiva nei topi

Le anomalie cognitive di spostamento dell'insieme attentivo sono una caratteristica fondamentale di molte malattie psichiatriche. Qui, presentiamo lo sviluppo di un nuovo sistema automatico per lo studio efficace delle capacità di set-shifting attenzionale, delle funzioni esecutive e di altre abilità cognitive nei topi con un'elevata validità traslazionale per gli studi sull'uomo.

Un operante intra / extra-dimensionale Set-shift attività per Mice

Qui, presentiamo un protocollo per suscitare un comportamento di approccio condizionato pavloviano nei ratti. Questa procedura può essere utilizzata per misurare le differenze individuali nella tendenza ad avvicinarsi e attribuire la salienza dell'incentivo a segnali legati alla ricompensa e indagare la vulnerabilità alla dipendenza.

Pavloviano Training Approach condizionati in Rats

Una versione topo dell'umano psicomotorio vigilanza Test (PVT) è descritto che misura gli aspetti di attenzione simili a quelli misurati con la PVT umana, compresi gli aspetti di vigilanza umana come la precisione le prestazioni, la velocità del motore, rispondendo prematura, e cali di attenzione.

Il roditore psicomotorio vigilanza Test (rPVT): un metodo per la valutazione delle prestazioni neurocomportamentali in ratti e topi

Set-shifting, una forma di flessibilità comportamentale, richiede uno spostamento dell'attenzione da una dimensione di stimolo all'altro. Abbiamo esteso set-shifting compito 1 richiedendo attenzione a stimoli diversi a seconda del contesto di un roditore stabilita. Il compito è stato combinato con lesioni specifiche per identificare i sottotipi di neuroni sottostanti un cambiamento di successo.

Nuove Variazioni per strategia Set-shifting nel ratto

Questo manoscritto descrive un'attività semi-automatizzata che quantifica la supinazione in ratti. Ratti raggiungono, afferrare e supinazione un manipulandum sferica. Il ratto è stato premiato con un pellet se l'angolo di turno supera un criterio impostato dall'utente. Questa operazione aumenta il throughput, sensibilità alle lesioni e oggettività rispetto ai compiti tradizionali.

L'attività di supinazione manopola: Un metodo semi-automatico per la valutazione della funzione degli arti anteriori in ratti

Un'analisi costi-benefici è un approccio di scala di pesatura che il cervello esegue nel corso del processo decisionale. Qui, vi proponiamo un protocollo per addestrare i ratti su un paradigma decisionale basato su operant dove ratti scegliere premi più elevati, a scapito in attesa per 15 s a riceverli.

Protocolli dell'operatore per valutare l'analisi costi-benefici durante la risoluzione rinforzato dai roditori

Presentiamo tre protocolli che valutano le diverse forme di impulsività nei ratti e altri piccoli mammiferi. Le procedure intertemporali valutano la tendenza a sconto il valore dei risultati in ritardo. Rinforzo differenziale di tassi bassi e caratteristica negativa discriminazione valutare capacità di inibizione di risposta con e senza punizione per risposte inadeguate, rispettivamente.

Tre procedure di laboratorio per valutare diverse manifestazioni di impulsività in ratti

Viene descritta una procedura per misurare la velocità e l'accuratezza delle prestazioni motorie dei ratti in una condizione sociale. Il protocollo ci permette di studiare l'effetto della semplice presenza di altri sulla velocità e l'accuratezza delle prestazioni motorie in un esperimento.

Un compito per valutare l'impatto di un partner sulla velocità e l'accuratezza delle prestazioni motorie nei ratti

Eventi di vita stressanti compromettono la funzione cognitiva, aumentando il rischio di disturbi psichiatrici. Questo protocollo illustra come lo stress influisce sulla flessibilità cognitiva utilizzando un paradigma automatizzato di cambiamento della strategia operante nei ratti Sprague Dawley maschi e femmine. Vengono discusse aree cerebrali specifiche alla base di particolari comportamenti e viene esplorata la rilevanza traslazionale dei risultati.

Valutazione degli effetti dello stress sulla flessibilità cognitiva utilizzando un paradigma di cambiamento della strategia operante

Scopri la valutazione della flessibilità comportamentale nei ratti mediante compiti operanti automatizzati per studiare lo spostamento di strategia e l'apprendimento inverso. Questo metodo standardizzato consente di analizzare le funzioni cognitive e il ruolo della corteccia prefrontale.

Procedure operante per la Valutazione di flessibilità comportamentale in Rats

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