マウス用オペラントイントラ/エクストラ次元セットシフトタスク

Summary

注意セットシフトの認知異常は、多くの精神疾患の中核的な特徴です。ここでは、ヒト研究への高い翻訳妥当性を持つマウスの注意セットシフト能力、実行機能、およびその他の認知能力を効果的に研究するための新しい自動システムの開発を紹介します。

Abstract

注意セットシフト能力など、実行制御と認知の柔軟性の変化は、いくつかの神経精神疾患の中核的な特徴です。ヒト被験者の注意セットシフトの評価に最も広く使用されている神経心理学的テストは、ウィスコンシンカードソーティングテスト(WCST)とCANTABイントラ/エクストラディメンションセットシフトタスク(ID / ED)です。これらの課題は臨床的関連性が証明されており、動物モデルでの研究に修正され、成功裏に適応されています。しかし、現在利用可能なげっ歯類のタスクには、主に手動ベースの検査手順のためにいくつかの制限があり、これが精神医学のトランスレーショナルな進歩を妨げています。これらの制限を克服し、霊長類の元のバージョンをよりよく模倣するために、げっ歯類のための新しいオペラントベースの2チャンバーID / ED「オペロン」タスクの開発を紹介します。私たちは、注意セットの形成とシフト、逆転学習など、マウスの認知柔軟性のさまざまな側面を測定するためのこの新しいタスクの有効性を実証しました。さらに、このタスクの高い柔軟性を示し、3つの異なる知覚次元を各次元の多数の刺激手がかりで操作できることを示しています。この新しいID/EDオペロンタスクは、精神疾患に見られるエグゼクティブ機能障害および認知症状の研究に関連する薬物検査および/または大規模な遺伝子スクリーニングのための効果的な前臨床ツールになる可能性があります。

Introduction

注意セットシフトは、認知の柔軟性と執行¹の尺度です。これは、任意の内部規定（「認知-注意セット」）を切り替えるする能力を指します。ヒトでの注意セットシフトと認知の柔軟性を測定するための最も広く使用されている神経心理学のタスクがあるウィスコンシンカード分類検査^（WCST）2はより最近のもので、より洗練されたバージョン：内および余分な次元の注意セットシフト（ID /ケンブリッジ神経心理学的テスト自動バッテリー^{（CANTAB）3,4}のED）。これらのタスクは、パーキンソン病^{、9 7、}強迫性障害⁸および注意欠陥/多動性障害、統合失調症^6、自閉症^5を含む精神障害の広い範囲の特定の認知異常を識別するために使用されています。臨床的意義とWCSTの固体方法論的アプローチとID / EDテストATTを持っています前臨床研究^10,11で同様の試験を実施することに関心をracted。これらのタスクは、同じディメンション内の注意のシフトは、そのような識別学習、逆転学習、注意セットの形成など、さまざまな認知能力の同一被験者内で選択的測定を可能にする（ すなわち 、内寸法シフト：IDS）との間で異なります知覚的大きさ（ すなわち 、余分な次元シフト：EDS）。明確な脳の回路と同様に、神経病理学は、さまざまな方法でこれらの明確な認知機能が変更される場合がありますので、これは非常に重要です。例えば、二重解離または機能特化効果は（げっ歯類における）/内側（サルおよびヒトにおける）横と注意セットシフトタスクにおけるPFCの軌道領域間実証されています。眼窩前頭皮質は、これらのタスクの反転段階でより複雑ですが、内側/外側PFC領域は、余分な次元の変速段を支配します^12-14。

霊長類のためにこれらの注意セットシフトテストのげっ歯類のバージョンが正常に^13-16を生成されています。しかし、これらの齧歯類のバージョンのいくつかの側面は、アプリケーションや使用が制限されています。例えば、これらのタスクは手動で実行されるため、非常に労働集約と標準化が難しいです。また、刺激の内側食品強化剤の存在は、選択作り¹⁰における動物の応答と潜在的バイアスの曖昧な解釈になる可能性があります。これらの特性は、テストのスループットと、より重要なことには、大規模な遺伝的および/または薬物スクリーニング研究におけるその適用を制限しています。

これらの制限を克服し、げっ歯類でのID / EDシフトパラダイムの潜在的なアプリケーションを強化するために、我々はここでは、マウスの認知の柔軟性をテストするための新規な二室のオペラント・ベースのタスクを提示します。この新規タスクが密接に人間と非で使用されるID / EDタスクを模倣ヒト霊長類およびそれ以前の齧歯類のバージョンの問題を回避します。

Protocol

すべての手順は、健康と地元の動物使用委員会のイタリア語省によって承認されたと欧州共同体理事会指令の実験動物の管理と使用に関する指針に従って行いました。

注： 図6は、ID / EDタスクをテストするためのプロトコルの手順全体のタイムラインを示しています。

1.装置

図1.二室「 オペロン 」装置。テスト中にマウスポイント・オブ・ビューを模倣する単一のチャンバの前面から装置全体のトップと（B）ビューから（A）の表示。 1：視覚刺激（LED）は、 2：食品の雑誌。 3：鼻突く穴。 4：触覚刺激（テクスチャ）。 5：嗅覚刺激。 6：自動スライドドア。 7：家 -光; 8：ドア制御用の赤外線フォトビーム。チェンバース（16×16×16 ^cm 3の）透明なプラスチック製のドアで区切られます（6）。赤外線photobeams（8）は、動物の動きを追跡し、マウスがチャンバーを変更するための自​​動ドアの開放/閉鎖を制御します。各チャンバは、ペレットディスペンサーは、食品強化を配信photobeamsと赤外線photobeamsを持つ2つの鼻突く穴（3）を提示し、それらの間、食品の雑誌（2）。ハウス光（7）は、2つの食品雑誌のそれぞれの上方に位置しています。各鼻突く穴は、3つの異なる知覚的次元（臭い、ビュー、タクト）に変化させることができる可変刺激する一連の装備されています。もともと「究極内およびExtradimensional注意のマウスのためのタスクを設定するには、シフト^」19に発表された。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

コンテンツ">注： オペロン装置 （ 図1）は、二つの同一のプレキシガラス壁とチャンバーとアルミニウムの床（16×16×16の各チャンバのための^cm 3）とから構成さチェンバースが自動的にすることができますドアを分割透明プレキシグラスで分離されています。マウスはいずれかの室にアクセスできるように制御される。各チャンバは、赤外線photobeamsを持つ2つの鼻突く穴を持っており、それらの間に、ペレットディスペンサーは、食品強化を配信photobeamsと食品の雑誌。ファンと家の光が配置されています2食の雑誌の上記各。

1. 三つの異なる知覚的次元（ すなわち、臭い、視力、触覚）に変化する可変刺激（ 表1）の数と、各鼻突く穴を装備。注： 表1で提案されている刺激が原因で回避または好みへの交絡因子および/ ​​またはバイアスを回避するために選択されています。各次元の手本の5組ができるようにすべてのシフトで新しい刺激を持つすべてのシフトの中で、対象テスト、。
   1. 鼻突く穴に嗅覚刺激を提供するために、自動的に、乾燥剤フィルタリング、再水和と香りのペアの提示を制御することにより、鼻突く穴に希釈オルファクトメーター、条件入ってくる空気を使用しています。
      1. 2鼻突く穴を制御するために、1つオルファクトメーターを使用してください。空気ポンプと鼻突く穴で​​香りを除去するための真空によって空気の流れを調節します。嗅覚計の入口と鼻突くデバイスに取り付けられたコンセントに真空に空気ポンプを接続します。次に、各鼻突く入口に臭気配信用コンセントに接続します。毎分1.5リットルの流量を調整します。
      2. 臭い香りにミネラルオイルで1:20に希釈し、オルファクトメーターのボトルを埋めます。
   2. 視覚刺激のために、場所の発光ダイオード（LED）の各鼻突く穴の上に金属Pでそれらを確保チャンバーのanel（ 図1、表 1で詳細を参照してください）。出力インターフェイスに接続します。
   3. 触覚刺激のために、各鼻突く穴の前の変更床のテクスチャをマウントします。サポートをスライド上の異なるテクスチャをマウントし、それらが各鼻突く穴の前の床に小さな開口部（3×3 ^cm 2）での対応に提示されるように、床の下にフレームを使って移動します。
2. 自動的に実験中に異なる次元の刺激を変化させるために、製造者の指示に従って、ソフトウェアを使用して、刺激のプレゼンテーションを制御します。
3. 行動監視ソフトウェアを使用して、基礎交代と歩行活動を記録するために、装置の上にカメラを置いて（ 例えば 、Ethovision、Anymaze）役立つかもしれない、認知機能に関係のない問題を抱えている動物を排除します。

臭い	TEXTURES	ライト
桃V。セージ	ベルクロ対フィルム	Vに点灯します。消灯
バニラV。ラベンダー	粗いサンドペーパーV。目の細かいサンドペーパー	赤対緑
イチゴV。シナモン	滑らかな段ボールV。隆起ダンボール	ブルーV。黄色
グレープフルーツV。オレガノ	スポンジ対スムーズプラスチック	オレンジ色の対白
レモンV。アプリコット	honeycOMB紙V。アルミ箔	ライトvを固定する。ライトを点滅

ID / ED オペロンのタスクで使用される表1模範例。化合物差別が手本のペアの固定された組み合わせに基づいている（差別のシーケンスの例については、図2を参照）。異なる次元の模範ペアがランダムに組み合わせて提示されています。異なる次元中立の刺激がある：なし香りと空気流量;白書;光刺激ません。表は、もともと^{19 '} マウスのための究極の内およびExtradimensional注意のセットシフトタスク'に発表されました。

2.動物の準備

注：ここで報告代表的な結果は、光の位相の間に、3〜7ヶ月齢、雄のC57BL / 6Jマウスから得ました。

1. マウス、単独で社内を計量した後、3で1分間ハンドル別の日。
2. ベースラインの体重および食物摂取量を決定するために3日間連続単一のハウジング、記録体重及び24時間の食物摂取に対する順化の一週間後。
3. テストのためのトレーニングの前に1週間わずかな絶食療法を適用します。食べ物が彼らのベースラインの自由摂食体重の約90％を維持するために、実験の間に制限しながら、毎日動物の体重をチェックしてください。馴化トレーニング段階の前に3日間連続、≈20食品強化ペレットも彼らのホームケージにマウスを与えます。これらは、その後の試験に使用される食物ペレットです。
   注：食物制限は、マウスでの異常行動や過度のストレスをもたらすことができるように、全体の手順の任意の段階の間の重量損失の10％を超えないが、タスクで動作するように動物のモチベーションを高めるために使用されています結果に影響を与えることができます。
   1. あるいは、単一のハウジングを回避するために、ルマウス群飼育（2〜4各ケージ）をaveのおよびテスト後の特定の期間を自由摂取食品へのアクセスを与えます。食べ物が彼らのベースラインの自由摂食体重の約90％を維持するために、実験の間に制限しながら、毎日動物の体重をチェックしてください。

3.馴化

1. 食品容器内のペレットの配信に任意の鼻突く穴結果に鼻が-突くドア・デバイダ、なしで装置内を移動するために40分の1日のセッションでマウスを訓練。このフェーズでは、すべての異なる寸法（馴化1）のための唯一の中性刺激（ 表1）を使用します。
2. 40分には、各試験（馴化2）の終了時にもう一方の室から移動するために、次の日に、動物を訓練します。すべての異なる寸法のためにのみ中性刺激を使用してください。また、この段階では、食品の雑誌でペレットの配信が鼻突く穴の結果のいずれかに鼻突きます。マウスは、食品雑誌で報酬を取得すると、次の試行のために他のチャンバへのマウスへのアクセスを与えるために、分割ドアを下げます。
3. 三日目（馴化3）には、2つの簡単な差別実行するために動物を訓練（SD1とSD2;例えば、フィルム対マジックテープを; 対のライトキューライトキューオフ;桃対セージ。）8正解の基準に10の連続した​​試験のうち。テストの次の段階で、再度これらの手本を使用しないでください。
   1. 他のチャンバー内での刺激的な手がかりがオンになっている一方で、中性刺激と1室にマウスを置き、開始するには、その後、活性化した刺激的な手がかりとチャンバーにマウスへのアクセスを与えるためにドアを下げます。マウスは、正しい刺激が提示されて鼻突く穴を選択することを学ぶ必要があります。セッションは40分間持続します。
   2. ペレット配信に正しい穴に鼻を突く報酬、マウスが食物誌に入ると、分割ドアを下げます次の試行のために他のチャンバへのマウスへのアクセスを得ました。間違った穴に鼻を突くに報酬を与えると5秒間のハウスライトをオンにしないでください。その後、次の試験のために、マウスを他のチャンバへのアクセスを与えるためにドアを下げます。
   3. 試験を整形するように、各ステージの最初の10の試験を実施する：マウスが間違った穴を選択した場合、エラーを記録するが、マウスが正しい穴にもつつくまで裁判を終了しません。マウスが間違った穴に突き場合、その後の試験では、エラーを記録し、トライアルを終了するために、すべての次元の刺激をオフにします。
   4. 40分後、またはマウスが最初に来た方5つの連続分間、任意の応答を作るために失敗した場合、各セッションを終了します。マウスが1つのセッションで基準に達していない場合は、次の日にテストを続行します。
   5. マウスは5セッション後SD1または馴化3のSD2で基準に達することができない場合は、マウスのテストを停止しているため、研究からそれを排除確実にその後のID / EDのタスクの結果に影響を与える可能性があり、基本的な差別を実行することができません。

図1D / EDタスクの2例。IDの例/ ED「スタック・イン・セット」と「二次元」のパラダイムが示されています。 ^{19 '} マウスのための究極の内およびExtradimensional注意のセットシフトタスク'から適応。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

4.「スタック・イン・セット」のID / EDパラダイム手順

注意：この手順では、以前両方の霊長類とげっ歯類^7,15,16で使用される、それはのための3つの異なる知覚的次元を操作することが必要です各単一のマウスは、試験されました。馴化フェーズについては、すべてのテストの毎日のセッションは、すべての刺激が中性である二つの室のいずれかにマウスを置くことによって開始します。裁判の開始前に、刺激的な手がかりは、反対室にオンにされています。そして、分割ドアが刺激手がかりがオンになっている他のチャンバへのマウスへのアクセスを与えるために低下します。

1. セット、またはバイアスを開発するために動物を訓練するために、特定の知覚寸法（。 例えば 、臭い、光や床のテクスチャ）に向かって、この順で提示以下の差別にマウスを公開した （図2にも例を参照してください）：
   1. シンプルな差別（SD）は、次元にマウスを紹介EDSまでのすべてのタスクで関連性がある（臭い、光やテクスチャ、 図2を参照）。それは、関連する次元が正しい応答がどこにあるかを示すものであり、です。このようなVAとして図2の例に続いて、存在する二つの匂い、nilla（01）、ラベンダー（O2）、正しい応答として01を選択します。
   2. 複合差別（CD）としては、例えば無関係である光は、（ すなわち、正しい応答があった示していない）、第二の次元をご紹介します。 2つの可能な差別を持っているために、臭い（O1とO2）と現在の二つの光（L1およびL2）（ 図2の例を参照）。正しいと誤った手本は、SDと同じです。
   3. 複合差別（CDRe）の逆転のために、変わらず手本と関連寸法を残したが、動物は以前に正しい刺激が今間違っていることを知っています。例えば、バニラは今間違った選択されると、正しい応答としてラベンダーを選択します。これらの同じ条件は、他の反転相（ すなわち、IDSRe、IDS2ReとEDSRe）のために発見されます。
   4. その後、新しい標本が関連する両方のために使用されたイントラ次元シフト（IDS）を選択そして、無関係な寸法（総変更設計）。例えば、臭いやライトなどの青と黄色の光（L3及びL4）のようなイチゴとシナモン（O3とO4）を使用します。ただし、テスト被験者が正しい応答を見つけるために、同じ関連する次元を以下に保つことを確認してください。これらの同じ条件は、他のintradimensionalシフト（ すなわち、IDS2）のために発見されます。
   5. 以前の差別に関しては、マウスがイントラ次元シフト（IDSRe）の反転を行う必要があります。 CDReと同様の条件を使用してください。
   6. イントラ次元シフト2（IDS2）の場合は、IDSと同じ条件を使用しています。
   7. 同様に、イントラ次元シフト逆転2（IDSRe2）のためCDReと同様の条件を使用しています。
   8. エクストラ次元シフト（EDS）で、マウスが新たに提示刺激次元の後に正しい穴を選択しています。テクスチャで新たな次元からの刺激のペアを提示。たとえば、正しい解像度として粗いサンドペーパー（T1）を使用しますponse誤ったとして目の細かいサンドペーパー（T2）、および例えばレモンとアプリコット（O7とO8）のために、二つの新しい匂いとそれらを提示。以前に関連する次元が今は無関係となっています。もう以前に無関係な次元を提示しないでください。
   9. エクストラ次元反転（EDSRe）については、CDReと同様の条件を使用しています。
2. 彼らは各段階を完了するために、連続した10件の試験のうち、8正しい選択の基準に到達するまで、マウスの性能を測定します。基準に達した後、自動的に次のステージに移動するためのプログラムを（材料の表を参照）を設定します。 40分後に、毎日のセッションを停止するか、マウスが連続5分間の応答を作るために失敗した場合、セッションを終了し、それがオフに左に同じステージ上でマウスを使って次の日に続けています。
   1. 各ステージには、基準に達するまでの時間を測定します。マウスが1つのセッションで基準に達していない場合は、連続したセッションにかかる合計時間を合計。ために各試験は、鼻を突き出すレスポンス（応答する待ち時間）に刺激（臭い、ライト、テクスチャ）の提示からの時間を測定します。
3. 各セッションの終わりには、70％のアルコールで装置を拭いてください。
4. 常に差別の同じ順序を使用してください。しかし、ランダムに使用される刺激の大きさと手本のペアを変更しても同様に実験群内でそれらを表現し、グループ間でそれらを相殺します。
5. 各可能なEDシフトが表現されるように、均等に各実験群内および間で使用される知覚的大きさを相殺することを確認します（匂い、質感の光、光の匂い、質感の匂い、光テクスチャ、匂いにテクスチャにすなわち、光） 。手本の組み合わせは、完全な釣り合いを可能とするには余りにも多数です。従って、常にペアで標本を使用し、自由度を低減します。例えば、ラベンダーなどとのバニラ刺激（ 表1参照）。

注意：注意セットシフト能力を測定するためのもう一つの条件は、両方の霊長類^12,17とげっ歯類¹³で使用される、「二次元」パラダイムです。この場合、2つだけの知覚的な寸法は、試験で使用されています。

1. このプロトコルでは、差別の順序とEDS段階への「スタック・イン・セット」プロトコルアップに記載されているように従うべき手順（ 図2の例を参照）を使用します。
   1. SDと次の段階については、「スタック・イン・セット」、IDS2Reまでの同じペアを使用。 図2の例に示すように、（適切な刺激としてO1を使用し、O1及びO2）は、2つの匂いを使用。
   2. CDの場合は、「スタック・イン・セット」プロトコルのように、新しい次元を導入（例えば光、L1およびL2の場合）、それは関係ありませんし、交絡因子として役立ちます。
   3. CDReは私と同様ですn 'はスタック・イン・セット」プロトコル、このように変化していない手本と関連寸法を残したが、動物は以前に正しい刺激が今（例えば、01）が間違っていることを学びました。
   4. IDSでは、常に（O3が正しい刺激であるO3とO4、L3及びL4）の両方の次元のための刺激の新しいペアを使用。
   5. IDSReのために、マウスは、IDSの反転を行う必要があります。 IDS（例えば、O4）中に誤っていたものです正しい模範を選択します。
   6. IDS2については、両方の次元（O5とO6、L5およびL6）のための刺激の新しいペアをご紹介します。
   7. 以前の反転段階と同様に、IDS2Reに、動物が以前に正しい刺激が今間違っている（ 例えば、O5）であることを知っています。
   8. 「二次元」プロトコルの場合、EDSは、マウスは、以前に無関係な次元が今、関連する次元になった後、正しい応答を選択する必要があります。このように、光が新たな関連寸法は、WHIですchが正しい応答を示しています。具体的には、赤色光（L7）が正しい応答です。逆に、以前に関連する次元（この例では、臭気）は、現在は無関係です。
   9. EDS後、反転（EDSRe）のために、CDReと同様の条件を使用しています。関連寸法は、EDSと同じですが、正しいと誤った手本が反転しています。したがって、例えば、緑色の光（L8）が正しい応答です。

6.データ解析

1. することで、パフォーマンスを測定します。基準に到達するために試行回数。 （分）の基準に達するまでの時間。鼻突く応答への刺激の提示からの時間（レイテンシは応答します）。
2. 統計分析のために、基準に到達するために必要な試験の数を調べるために対象内因子としての異なる段階（SD、CD、CDRe、IDS、IDSRe、IDS2、IDSRe2、EDS、およびEDSRe）でANOVAをを使用し、タイミングが必要各ステージと対応する待ち時間を完了します。コンダクト事後はニューマン・クールズ検定を用いて分析します。注意：重​​要性のために受け入れられた値は、p <0.05です。

Results

図2は、ID / EDタスクの例を示しています。刺激（いずれかの「差別1」または「差別2 '）の対は、ランダムに各段階で表示され、マウスは、各ペアの正しい刺激を選択する必要があります。この例のテーブルでは、正しい模範は太字で報告されています。第一段階（SDまたは単純な差別）で、2鼻突く穴に提示刺激は3次元のいずれかで異なって（ 例えば、O1：O2対バニラ：ラベンダー） マウスが正しい模範（例えば、01）を選択するために報われる。対象は、交絡因子として導入し、この段階での基準は、次の段階（CDまたは複合差別）から始まり、関連する次元の同じ手本が第二の手本によってランダムにオーバーレイで表示されていますが、無関係な次元を、（達すると例えば 、L1：青色光vs.L2：黄色光）。二つの異なる差別は、この段階（eithe可能ですR '差別1」または「差別2'）。次のステージ（CDReまたは化合物の弁別逆転）では、報酬の偶発が逆になっているが、手本と関連ディメンションが変更されていません：マウスは、以前に正しい刺激が今（例えば、ラベンダーの匂いが今報われている）不正確であることを学ぶことがあります。次のステージ（IDSまたはイントラ次元シフト）、新しい標本（臭いとライトの両方）が導入されていますが（この例では臭気）関連寸法は同じままである（ 例えば、イチゴは正しい選択です）。次のステージ（IDRまたはイントラ次元反転）では、報酬の偶発が逆になっています。第二の内寸法シフト（IDS2とその反転）した後、新たな標本は、関連する寸法を変化させた余分次元シフト（EDS）をテストするために導入されています。 T2 対粗いサンドペーパー：「スタック・イン・セット「EDSでは、マウスは、新しい次元（例えば、テクスチャ、T1に注力しなければならない細かいSAをndpaper）、以前に関連する寸法（この場合は、臭気が）今は無関係の次元である間。 「二次元」EDSでは、以前に無関係の寸法（この場合は、光）は、現在、関連する寸法です。最終段階（EDSReまたは余分な次元反転）では、報酬の偶発が逆になっています。

信頼できる結果を得るために、タスクに使用される刺激の大きさは、等しく良好に学習されるべきです。 図3に示すように 、この新規な装置における視覚、触覚、臭気の差別は、同様の時間を要した_{（F（2,64）=} 0.36; P = 0.69）と同様の試験の数_{（F（2,64）=} 0.059; p = 0.94）、動物に関わらず寸法が提示単純な弁別を行うことが可能であることを示唆し、基準に到達します。

信頼性の注意セットは、タスク、Pのテストフェーズをかけて開発されている場合げっ歯類と霊長類^12,13における以前の研究で報告されたように、通常の野生型マウスのerformanceは、以前と次のステージに比べて、EDS段階で劣っでなければなりません。具体的には、基準に到達するのに必要な時間と試験の強固な増加は、IDSの段階に比べて、EDSで発見されるべきです。 （; p <0.0001 _F（8168）= 9.23）および時間（「縮退に設定」プロトコルに我々の実験では、 図4に示すように 、マウスの性能の分析は、識別の試行数の効果を明らかにしました_F（8168）を= 8.62; p <0.0001）が基準に達するのに必要な。確かに、マウスは、CD、IDS、IDS2とEDSRe段階（; 図4A-B P <0.05）に比べて、EDS段階を解決するために、より多くの試験や、より多くの時間を必要としていました。同様に、「二次元」プロトコル（ 図5）を用いて試験性能の分析が試験の数の有意な差別効果を示した_{（F（8,72）=} 30.66; P <0.005）および時間_{（F（8,72）=} 4.65、P <0.0005）が基準に到達するために必要。確かに、我々は、マウスはより試験（P <0.05）、CD、IDS、IDS2とEDSRe（ 図5A-B）と比較して、EDSを解決するために多くの時間（P <0.05）を必要とすることを示しています。シフト能力に差は異なる寸法を用いて試験したマウスの間で観察されるべきではありません。

正常な野生型マウスでは、最初の逆転学習（ すなわち 、CDRe）は、初期の識別（ すなわち、CD）よりも困難です。この段階を完了するために、多くの時間（ 図4-5B p <0.05）、一致して、 図4および図 5から明らかなように、マウスは、より多くの試験（ 図4-5A p <0.05）を必要としました。私たちは「インセットスタック」と「二次元」の両方のプロトコルで、私たちの実験で示したようまた、反転性能は、CDReからIDSReにIDS2Reに改善すべきです。これらresulTSは、さらにタスクを介して設定注意の形成の証拠を強化します。

タスクを通して、マウスは、連続したステージの上に対応するため、その速度を向上させる必要があります。従って、対応する待ち時間の分析は、（42.59 = _F（8200）; p <0.0001）有意な差別効果を示しました。 図4Cの代表的な結果によって実証されるように、特に、待ち時間が減少した（p <0.0005）、IDS、CDやSD段階におけるものと比較されIDS2段階で突きます。また、対応する待ち時間が以前のIDS2とIDS2Reと連続したEDSRe段階（P <0.05）に比べて、EDS段階で増加しました。これらの結果に沿って、「二次元」タスクの実行中に対応するための待ち時間の分析も差別（; P <0.0005 _F（7,63）= 9.98）の有意な効果を示しました。 図5（c）に示すように、待ち時間は、wが選択をすることが以前IDS2とIDS2Reと連続しEDSReた（p <0.05）に比べて、EDSの間に増加しました。対応する待ち時間が。判定処理¹⁸の指標と考えられてきたので、これらの結果は、マウスは、EDSの間に新たな差別ルールを処理するいくつかの問題が発生したことを示唆しています。野生型マウスの行動の性能（ 図4-5）に基づいて、我々は、各実験群のための（Rパワー分析による）サンプルサイズの最小数は8であることを決定しました。

光、匂いや質感の図3.単純な差別は等価である。試験の（A）の数だけ光、匂いやテクスチャの刺激と簡単な差別に基準に到達するために必要な（B）の時間。値は、 図2-4全体の平均値±SEMを表します。データORIginally ^{19 '} マウスのための究極の内およびExtradimensional注意のセットシフトタスク'に発表されました。

「スタック・イン・セット」のID / ED オペロンタスク 。（A）試験、（分）（B）時間とのさまざまな段階での基準に到達するのに必要な日数図4.野生型C57BL6J雄マウスのパフォーマンス 「スタック・イン・セット」のID / EDパラダイムを使用してID / ED オペロンタスク 。 （C）時間（秒）は、タスクのさまざまな段階で分周器のドアの開口部と鼻を突き出す応答（応答するレイテンシ）の間の経過。 26匹のマウスの合計を試験しました。 4匹のマウスは、それらが確実にトレーニング中に食品の強化を取得するためにのぞかせていなかったため除外したり、電子を完了することができませんでしたし、ntire手順。 ：* P 図3-4に報告されたすべての実験で5-9日間で全体のタスクを完了することができたことに注意してください。データは、もともと^{19 '} マウスのための究極の内およびExtradimensional注意のセットシフトタスク'に発表された。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。

図 5。「二次元」における野生型C57BL6J雄マウスの性能ID / EDオペロンタスク（A）試験、（B）時間（分）と二次元のパラダイムを使用してID / ED オペロンタスクの異なる段階での基準に達するのに必要な日数。 （C）時間（秒）は、タスクのさまざまな段階で分周器のドアの開口部と鼻を突き出す応答（応答するレイテンシ）の間の経過。 13匹のマウスの合計を試験しました。 3匹のマウスは、それらが確実にトレーニング中に食品の強化を取得するためにのぞかせていなかったため除外または全体の手順を完了することができませんでしたしました。 AとB：#P 19 ' マウスのための究極の内およびExtradimensional注意のセットシフトタスク'に発表された。 こちらをクリックしてください。この図の拡大版を表示します。

ID / EDタスクをテストするためのプロトコルの全体の手順を図6のタイムライン。

ステージ	説明	その他の注意事項	参考文献
シンプルな差別（SD）
複合差別（CD）	刺激は、ヒューマン・タスク、またはげっ歯類用のテクスチャと匂い刺激間の視覚刺激の色や形などの2つの知覚寸法が異なります
学習逆転（CDRe - IDSRe - IDS2Re - EDSRe）	二つの模範何以前正しかったことは、その後、誤った、またはその逆であるように知覚ディメンション内のSは、その補強偶発が逆に持っています）	シリアル逆転学習では、パフォーマンスが連続する中でセット逆転で改善されます。したがって、反転段は（すなわち、CDReは、IDSRe、IDS2Re）が異なるだけ皮質領域の機能を評価しないだけでなく、EDS段階によって挑戦の認知注意セットを形成するために、1）サービスを提供し、2）意図しないに迷信調節を防ぐために刺激の側面	- マウスでの眼窩前頭皮質の病変（Bissonetteら、2008）とmonkyes損なわ逆転学習（ディアスら、1996）。 - 逆転学習のパフォーマンス時のfMRIのは、眼窩前頭皮質（ハンプシャーとオーウェン、2006）の活性化を示しました
Intradimensionalシフト（IDS - IDS2）	新規手本が導入されているが、同じ次元が強化されます	IDS段階秒重要な内部コントロールとしてerve（すなわち、EDSはIDSより困難でなければならない）、また、認知注意セットを形成するために貢献します	PFCでのドーパミンの枯渇は注意セットの形成（ロビンスとロバーツ、2007）障害者。 6-OHDA病変サルは注意セットの取得を反映すべき、最後の（IDS5）差別に古典的な削減最初（IDS1）からのエラーの減少を示さありませんでした
Extradimensionalシフト（EDS）	「スタック・イン・セット「プロトコル：以前に無関係な刺激次元が新しい刺激次元に置き換えられますが、すぐに関連するなり	それは以前に経験されていなかったので、新しい関連の次元への移行に失敗すると、この次元についての事前学習に起因することはできません。失敗は、そのため、以前に関連するディメンションに固執を反映しています	- のmPFC HAVの病変電子なってマウスでは、EDSを損なわショー（Bissonetteら、2008）、およびmokeys（ディアスら、1996） - 前頭葉患者はスタック・イン・セット「固執」状態ではなく「2次元」の条件（オーウェンら、1993）に損なわれています - マウスでのmPFCにおけるドーパミン変調EDS性能（パパレオら、2008;。。Scheggiaら、2014）およびラット（タンブリッジら、2004）
	「二次元」プロトコル：以前に無関係な次元が強化されています	被験者が、それにもかかわらず、新たに関連する次元に注意を再び集中することができません離れて（それは無関係となります）以前に、関連するディメンションからの注目をシフトすることが可能ですが、あるときに注意セットをシフトする明らかな失敗が発生する可能性があります	- ラットでのmPFC（ビレルとブラウン、2000年）の病変が損なわEDSシフト - EDSのパフォーマンス時のfMRIのは、腹横PFC（ハンプシャーとオーウェン、2006）の活性化が示されています60;

表2：タスクの実行中にテスト異なる構築に関わる脳領域の役割に取り組む病変への参照および薬理学的研究を含むタスクの段階の ID / ED O ペロン タスク説明の段階 。

Discussion

本研究では、確実に逆転学習、注意セットの形成とシフトを通じて認知の柔軟性を測定することができるマウスのための新規の自動化された二室のID / ED「オペロン」タスクを提示します。このパラダイムは、一般的に、ヒトおよびヒト以外の霊長類で使用WCSTとID / EDタスクに類似しており、げっ歯類のための以前のバージョンの主な限界を克服します。このオペロンのパラダイムは、大きな薬物および/ ​​または翻訳薬に高い関連性を有するマウスにおける認知（DYS）に関連する機能の遺伝的スクリーニングのための新しい効果的なツールとして使用することができます。

この自動化されたタスクは、げっ歯類のために以前に使用されるID / EDタスクに対して以下の利点があります：（1）それは、マニュアルのバージョン（例えばより少ない労働集約手順を持って、ソフトウェアを大幅により介入を減らす、タスクのすべての段階を調節します。実験者）; （2）これは、測定されたパラメにおける主観性の任意のソースを排除しますター（例えば、実験者は、動物が実際に選択応答を行っているか否かを判断する必要はありません）。 （3）それはマウスが（ すなわち、報酬は常に自動的に中央雑誌で配信される）応答を行うために、強化関連の手がかりをたどるかもしれないという可能性を排除します。 （4）それは、任意の環境条件（例えば、迷路と異なるサイズ/素材の装置、手動で作成したキュー刺激の使用を使用することを）回避します。 （5）それは、臨床現場で使用される同等の人間のタスクに応じて、異なる刺激の大規模な範囲を持つ三つの異なる次元の操作を可能にします。ここでは、唯一のマウスからのデータを提示したが、同様の効果をラットでも期待されることがあります。

EDS比較例におけるI）劣った性能：areliable注意セット・シフティング性能を識別するために使用することができ、内部構造物、有効なパラメータであるタスクでの重要なステップがあり、以前の段階II）IDS2にIDSからの一般的な改善にエド。 III）の連続逆転段階で具体的な改善、より多くの動物は内・セット逆転で訓練されているように、より良い、それがその後の内セット^20を反 ​​転部に実行する必要があります。 EDSに比べEDSReにおけるIV）より良い性能。この新規のID / EDオペロンタスクはCANTAB ID / EDタスクを使用して、霊長類およびバージョン^12,13を 「掘る」マニュアルを使用するげっ歯類の以前の研究と一致して、これらすべての機能を提供します。また、この自動化されたタスクの各段階にかかわらず使用される関連/無関係の寸法の試験と同等の数（ すなわち、匂い、質感と光^）19に学習されました。これは、使用される全ての刺激が類似の顕著性を有し、注意セットの形成及び/又は移動するのに適していることを実証しました。我々の実験では、EDSの解決の難しさは、応答待ち時間の増加によって強調されることを実証しています。処理時間難しい差別²¹の間に最適な精度を維持するために増加します。このように、情報処理、意思決定や問題^{を解決する18}の速度の指標として対応する遅延を考慮して、EDSの間遅いレイテンシがセットシフトを解くことの困難に直面して採用した戦略を反映する可能性があります。

私たちは、新規な装置が効果的に使用することを示唆し、テスト（ すなわち、二次元）を通じて、またはスタック・イン・セットパラダイムと2次元のみを採用し、より「古典的」注意セットシフトパラダイムで使用することができることを示しました三次元の。関心の認知領域に応じて、最も適切なプロトコルを選択することが可能です。これらのパラダイムの両方が以前にヒト、霊長類およびげっ歯類^7,12-17で使用されてきました。しかし、 スタック・イン・セットの手順は、セット・シフトの異なる構成要素を区別することができ、午前でヒト患者^7,22に前頭葉機能の選択基準を鉱石。また、2次元パラダイムにおいて発生する可能性のある一つの問題は、バイアスの結果を学んだかもしれない無関係です 。学んだ見当違いの固執は、に出席し^、7以前は無関係だった情報を知ることができないことを指します。被験体は、以前に無関係な寸法に注意をシフトするために必要とされるこの状況は、2次元パラダイムのEDS段階で起こり得ます。この場合には、EDS赤字が離れ以前に関連する寸法および/または今以前に無関係な寸法に注意をシフトすることができないことから注目をシフトすることができないことに起因するものであるかどうかを見分けることは基本的に不可能です。減損は、その後、直前のフィードバックを強化とのランダム会合により、無関係製の次元への対応の活性阻害を反映することができます。これとは対照的に、 スタック・イン・セット詐欺でそれは以前に経験されていなかったので、新しい関連の次元に移行するdition、失敗は、この次元についての事前学習に起因することはできません。失敗は、そのため、以前に関連するディメンションに固執を反映しています。結論として、通常の野生型マウスでは「スタック・イン・セット」場合でも、および「二次元」注意セットシフトパラダイムは、同様の結果が生じる可能性があり、我々は明確に論じた理由のために立ち往生インセット保続を好みます上記。

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
プレキシガラスの壁とアルミ床	カスタムメイド		(各チャンバー16 x 16 x 16 cm)
プレキシガラスドア	カスタムメイド
PC	Dell Inc.
MED-PC IVソフトウェア	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	カスタムメイド	オペラントコードを使用して、刺激の提示とステージの順序を自動的に制御
ノーズポークホール	Med Associates、セントオールバンズ、バーモント州、米国)	ENV-314M
フードマガジン	Med Associates、セントオールバンズ、バーモント州、米国)	ENV-303M
強化食品用ペレットディスペンサー	Med Associates、セントオールバンズ、バーモント州、米国)	ENV-203-14P
ハウスライト	Med Associates、セントオールバンズ、バーモント州、米国)	ENV-315M
希釈嗅覚計	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	PHM-275
液体臭気物質	(Sigma Aldrich, Dorset, UK)(		表1参照)
Mineral oil	(Sigma Aldrich, Dorset, UK)	M5904
Air pump and vacuum	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	PHM-280	Vacuumは、各トライアルの終了時に香りを除去するために推奨
発光ダイオード(LED)			高強度、透明な宝石、3 mm
、床のテクスチャ、			3x3 cm
、補強ペレット、	TestDiet	5TUL 14mg	、マウス用