ラットにおける戦略セット・シフトのための新しいバリエーション

行動の柔軟性は、この変化する世界で生き残るために重要です。この能力をテストする行動パラダイムの1つは、霊長類とげっ歯類の両方に使用されているセットシフトタスクです。このタスクでは、行動戦略を変えるために、ある刺激の次元から別の刺激の次元に注意をシフトする必要があります。

ラットのセットシフトタスクの典型的なバージョンでは、動物は以前は無関係な刺激次元に注意を払わなければなりません。しかし、現実の状況では、以前は無関係だった刺激の次元だけでなく、完全に新しく歴史的に関連性のある手がかりなどの他の刺激にも注意を払うことで、行動戦略を変更することがよくあります。この記事では、ラットセットシフトタスクの新しいバリエーションを紹介します。

セットシフトには3つの異なる条件が必要です。3つの条件すべてにおいて、行動戦略に同じ変更が必要であり、これには、初期対応戦略とその後の視覚的な手がかり戦略への切り替えの2つのフェーズが含まれます。レスポンスストラテジーでは、正しいレバーを押すと報酬が与えられます。

レバーは、このフェーズ全体を通して同じままです。次に、報酬を得るための新しいルールが適用されると、動物は視覚的な手がかりを照らすレバーを選択する必要があるため、視覚的な手がかり戦略に変化が生じます。コンディション1では、初期反応では光が与えられず、動物は新しい光の合図に注意を払わなければなりません。

条件 2 では、軽い手がかりは初期対応戦略の正しい側面を示しますが、この手がかりは必ずしも選択に使用されるわけではありません。この場合、動物は歴史的に関連する合図に注意を払います。条件3では、視覚的な手がかりが正しいかどうかに関係なく、どちらのレバーの上にもランダムに表示されるため、無視する必要があります。

このケースでは、動物は、次の視覚的な手がかり戦略で、以前は無関係だった手がかりに注意を払わなければならない必要があります。動物が到着すると、2匹または3匹のネズミのグループが一緒に収容されます。1週間後、彼らはそれぞれ個別のケージに移され、食事が制限されます。

実験の5日前に、毎日5分間、優しく取り扱います。各オペラントチャンバーは、ハウスライト、純音ジェネレーター、2つの同一のビジュアルキューインジケーター、2つのレバー、およびフードトレイで構成されています。実験の初日に、動物は20分間の慣れのためにオペラントチャンバーに入れられます。

動物が特定の部屋に割り当てられると、すべての行動タスクがそこで実行されます。慣れた後、10〜15個のペレットを自宅のケージに戻すと、動物は報酬に慣れることができます。翌日からマガジンのトレーニングが始まります。

ここでは、1分間に1個のペレットの割合で、各動物に合計20個のペレットが与えられます。次のステージは、継続的な補強スケジュールです。ここでは、動物はレバーを1回押すだけで1つのペレットを取得できます。

これは、各セッションで60の報酬を受け取るか、40分が経過するまで続きます。動物が少なくとも2日間連続してセッションを完了すると、次のフェーズに進みます。ここでは、動物はレバープレストライアルで訓練されます。

トライアルは 3 秒のトーンで開始されます。トーンが止んでから 2 秒後、左または右のレバーが表示されます。動物は報酬を得るために10秒以内にレバーを押す必要があります。

彼らは、20〜30秒の試行間隔でセッションごとに80回の試行を実行します。80回の試行のうち、省略が10回未満になると、最後のトレーニングセッションに進みます。サイドバイアステストは、いずれかのレバーに対する動物の好みを決定します。

試行が成功するのは、左右のレバーのそれぞれに少なくとも 2 つのレバーが押されたときです。まず、動物は報酬を受け取るために1つのレバーを選択する必要があります。この選択した面がカウントされます。

次の試行では、報酬を得るために最初の選択肢とは反対側を選択する必要があります。彼らが同じ側に反応した場合、報酬は与えられず、動物が反対側を押すまで試行が続けられます。このテストには7つの試行があり、各動物の側方の好みを定義することができます。

この時点から、テストセッションが開始されます。毎日のセッションには 80 回の試行があります。このセッションでは、動物は自分の好みとは反対のレバーの片側に反応する必要があります。

実施されたレバープレスのトライアルトレーニングと同様に、トーン配信の2秒後に2つのレバーが提示され、動物に選択をさせることができます。それが正しければ、報酬を得ることができます。相手が相手に反応した場合、その裁判は不正解としてカウントされ、報酬は与えられません。

動物が10秒以内に反応しない場合、試験は不作為としてカウントされます。この対応戦略の最初の学習は、4日間続きます。このフェーズでは、視覚的な手がかりの表示方法が異なる 3 つの異なる条件があります。

コンディション1では、軽い合図は与えられません。条件2では、ライトキューが正しい側で照らされますが、動物はレバーの位置に基づいてこの戦略を学習するため、このキューを使用する必要はありません。条件3では、ライトキューが左側または右側にランダムに表示されますが、これは無関係なライトキューです。

動物がレバーの位置に基づいて応答戦略を学習した後、行動ルールは視覚的な手がかり戦略に変わります。コンディション1では、動物は全く新しい刺激に注意を払わなければなりません。条件2では、以前に関連した合図に注意を払わなければなりません。

条件3では、動物は前の無関係な合図に注意を払わなければなりません。重要なのは、すべての条件が行動戦略に同じ変化を必要とするということです。この視覚的な手がかり学習では、エラーの数と種類が詳細に分析されます。

まず、以前に正解したレバーの反対側に軽い手がかりが照らされたすべての試行を取り、動物が以前に正解したレバーに反応した場合、このエラーは固執的エラーまたは退行エラーのいずれかに分類されます。これらのエラーを分離するために、10 回の試行移動ウィンドウのエラー数は、ウィンドウを一度に 1 回進めてカウントされます。固執的なエラーは、動物が10回の試行ウィンドウのうち8回未満のエラーを作成するまで採点されます。

この時点を過ぎると、後続のエラーは回帰エラーと見なされます。対照的に、軽い合図が存在しなかった以前に誤ったレバーに対して動物が応答した場合、決して強化されないエラーが採点されます。行動実験デザインのこれらの新しいバリエーションを使用して、私たちの最近の研究では、無傷のラットと線条体コリン作動性介在ニューロンの選択的病変を持つラットを比較しました。

病変動物は、初期対応戦略の獲得において無傷であった。また、3つの条件で、セットシフト後のどの治療でも、正解の割合に有意な減少は見られませんでした。ただし、エラーの種類を慎重に分析すると、違いが示されました。

腹側線条体のコリン作動性介在ニューロンがアブレーションされると、動物は新しい刺激に注意を移さなければならないときに、より永続的なエラーを記録しました。一方、背側内側線条体のコリン作動性介在ニューロンを失った動物は、以前は無関係な刺激に注意を払わなければならなかったときに、古い戦略により固執的でした。さらに、この状態と、強化されないエラーの数の減少に関連する障害が観察されました。

対照的に、どちらの病変も、光の手がかりが関連性を持ち続ける行動の変化に影響を与えませんでした。これらの結果は、新しい刺激に注意が必要な場合には腹側コリン作動性システムが必要であるように見えるのに対し、以前は無関係な手がかりに注意が必要な場合には背側内側コリン作動性システムが重要である可能性があることを示しています。ここでは、ラットの行動の柔軟性をテストするためのセットシフトタスクの新しいバリエーションを紹介しました。

これらの新しいパラダイムを応用することで、行動ルールの変化に対する行動の柔軟な制御の根底にある神経メカニズムの理解が可能になると考えています。