In dit protocol wordt een nieuwe toepassing van geur discriminatie beschreven. De Dig taak is een redelijk goedkoop taak die kan worden gebruikt om frontaal gemedieerde cognitie beoordelen na hersenbeschadiging.
Methodenartikel
In dit protocol wordt een nieuwe toepassing van geur discriminatie beschreven. De Dig taak is een redelijk goedkoop taak die kan worden gebruikt om frontaal gemedieerde cognitie beoordelen na hersenbeschadiging.
Cognitieve stoornissen is de meest voorkomende oorzaak van invaliditeit bij de mens na hersenbeschadiging, maar de gedrags-taken gebruikt om cognitie te beoordelen in knaagdier modellen van hersenletsel ontbreekt. Lenen bij de operante literatuur ons laboratorium gebruik gemaakt van een elementaire geur discriminatie paradigma 1 tot 4 om tekorten in frontaal gewond ratten te beoordelen. Eerder hebben we kort beschreven de Dig taak en toonde aan dat ratten met frontale hersenbeschadiging ernstige tekorten in meerdere tests als taak 5 tonen. Hier wordt een meer gedetailleerd protocol voor deze taak. Ratten in een kamer geplaatst en men onderscheid tussen twee scented zand, waarvan een bekrachtiger bevat. Het proces eindigt na de rat ofwel juist discrimineert (gedefinieerd als het graven in de juiste geurende zand), verkeerd discrimineert, of 30 sec verstreken. Ratten die correct onderscheid kunnen herstellen en consumeren de bekrachtiger. Ratten die discriminate verkeerd worden onmiddellijk verwijderd uit de kamer. Dit kan worden voortgezet door een verscheidenheid van omkeringen en nieuwe geuren. De primaire analyse is de nauwkeurigheid voor elke geur pairing (cumulatieve percentage correct voor elke geur). De algemene bevindingen van de Dig taak suggereren dat het gaat om een eenvoudige experimentele voorbereiding die tekorten bij ratten met een bilaterale frontale corticale schade kan beoordelen in vergelijking met ratten met een unilaterale pariëtale schade. The Dig taak kan ook gemakkelijk worden opgenomen in een bestaande cognitieve testbatterij. Het gebruik van meer taken zoals deze kan leiden tot meer accuraat frontale functie volgende schade, hetgeen kan leiden tot therapeutische opties voor behandeling. Alle gebruik van dieren werd uitgevoerd in overeenstemming met protocollen goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comite.
Hersenbeschadiging als gevolg van traumatisch hersenletsel (TBI) en beroerte is een van de belangrijkste oorzaken van overlijden en invaliditeit in de Verenigde Staten. Samen vormen deze aandoeningen resulteren in een totaal van bijna 2,5 miljoen incidenten, met bijna 500.000 wat de dood of aantasting 6-7. Ondanks deze zware tol op de samenleving, hebben zeer weinig behandelingen zijn ontwikkeld om ofwel TBI of een beroerte te behandelen. Tot op zekere hoogte, kan het gebrek aan beschikbare behandeling opties worden toegeschreven aan onvoldoende gedragsmatige beoordeling van nieuwe geneesmiddelen en therapieën 8. In het bijzonder is er een gebrek aan taken nauwkeurig en gevoelig de effecten van behandelingen evalueren de verschillende cognitieve tekorten na hersenletsel in de preklinische literatuur. Momenteel is de meerderheid van de cognitieve evaluaties die worden uitgevoerd evalueren ruimtelijk geheugen met behulp van een doolhof taak, zoals de Morris water maze 9. Er zijn meerdere redenen voor dit gebrek aan testen inclusief de tijd die nodig isvolledig te karakteriseren en te evalueren cognitieve tekorten, de grote afhankelijkheid op dure apparatuur en expertise om operante taken te gebruiken, en de snelheid waarmee deze evaluaties kunnen worden uitgevoerd. Daartoe hebben we een aangepaste basis geur discriminatie taak, de Dig taak, tot cognitie volgende hersenletsel te beoordelen. The Dig taak is ontworpen om een goedkope, snelle en effectieve tool voor het evalueren van cognitieve dysfunctie volgende hersenletsel bij een TBI of een beroerte zijn.
The Dig taak is gebaseerd op de fundamentele operante principes van leren en besluitvorming. Omdat het slechts twee keuzebepaling paradigma deze taak is een van de eenvoudigste discriminatie die gemaakt kunnen worden. In het protocol onder de informatie voor het instellen van de taak en de training methodologie worden beschreven. We hebben gevonden dat deze taak is het sterkst wanneer de beoordeling frontaal gemedieerde cognitieve gebreken dan met eenzijdige pariëtale tekorten, maar het is nog niet getest onder een model vanhippocampale schade 5. Idealiter zou deze taak geschikt zijn voor het evalueren van de effectiviteit van een behandeling of therapie op het herstel van de frontale tekorten na een letsel. Het is echter mogelijk dat met wijzigingen deze taak ook kan worden gebruikt om meer complexe besluitvorming gedrag zoals impulsiviteit en gegeneraliseerde matching verkennen.
1. Benodigde materialen voor Training en testen
2. Animal Handling voor de training
3. Dig Training
Training een dier te graven in het zand kan worden bereikt in een gemiddelde van acht sessies over een periode van vier dagen tijd. Tijdens graven training, moet de kamer worden ingesteld door het plaatsen van twee geur kopjes in het mechanisme / houder en het plaatsen van de geur beker setup in de kamer. De algemene procedure wordt hieronder beschreven met het doel vormen van het dier bij consumptie de bekrachtiger volledig graven in zand te halen.
4. Discriminatie Testen
5. Aanvullende opmerkingen
Er zijn twee belangrijke variabelen die kunnen worden opgenomen in de Dig taak: Juist / Onjuist en latentie. Echter, niet-antwoorden worden geregistreerd en geanalyseerd omdat mogelijk belangrijk wanneer motivatie. Deze kunnen worden gebruikt om maatregelen voor analyse zoals nauwkeurigheid (# juist / totaal trials), response bias 11, en latentie te genereren. Deze maatregelen kunnen worden gebruikt om verschillende types van leren, afhankelijk van het ontwerp van het experiment (zie Opmerkingen hierboven) beoordelen. Pretesten van dieren kan een onderzoeker te evalueren geheugen voor een geleerde discriminatie. Terugneming van geleerd discriminatie toestaan dat een onderzoeker om te zien hoe goed een dier zich kan aanpassen aan een veranderende contingentie. Leren van nieuwe vormen van discriminatie stelt onderzoekers in staat om te vergelijken leren in verschillende geur paringen en evalueren van de capaciteit voor nieuwe leren.
Afhankelijk van de opzet van het onderzoek (zie aanvullende opmerkingen hierboven), kunnen deze maatregelen wordengeanalyseerd in een herhaalde metingen ontwerp of kunnen worden samengevoegd in een enkele variabele. Eerder hebben we stortte nauwkeurigheid in een meting van cumulatieve proportie juist om elke geur discriminatie analyseren afzonderlijk 5. Dit gebeurde door optelling het aantal correcte discriminatie en te delen door het totale aantal proeven voor elke discriminatie. Een reeks van one-way between-subjects analyse van varianties (ANOVA's) en vervolgens werden gebruikt om groepsverschillen voor elke na het letsel geur discriminatie te onderzoeken. Kan echter meer stroom worden verkregen voor analyse door gebruik van geavanceerde statistische technieken zoals gemengde effecten modeling. Een ander alternatief is het signaal detectie theorie gebruiken voor gegevensanalyse. Dit is een populaire benadering in de menselijke besluitvorming literatuur en kan de onderzoeker de meeste van de gegevens te onderzoeken van een bepaald onderwerp in een grafiek en snel de mate van nauwkeurigheid, bias, en tekorten 12. Keuze van analytische benadering zal largely gedreven door experimentele vraag, of men wil vergelijken over vormen van leren, te evalueren een enkele vorm van leren, of breng een besluitvorming benadering van de gegevens.
Na bilaterale frontale hersenletsel, heeft ons laboratorium ontdekt dat ratten grote tekorten lijden onder vrijwel alle vormen van leren in deze taak. Frontaal gewonde dieren vertoonden een tekort in het geheugen voor een eerder geleerde discriminatie, alsook problemen het leren van de omkering van die geur pairing (figuur 3). Frontale dieren had ook moeite met het leren van nieuwe vormen van discriminatie (figuur 3). Overeenkomstig eerdere onderzoek 13 was er ook een grote toename in variabiliteit in de frontaal gewonde dieren (figuur 3).
Daar staat tegenover dat eenzijdige pariëtale letsels in ons laboratorium aangetoond dat er geen tekorten in alle vormen van discriminatie in deze taak. Eenzijdige ratten geen stoornissen toonde in mijMory voor een eerder geleerde discriminatie en verwierf ook de omkering discriminatie zeer snel (figuur 4). Ze leerden nieuwe geur paringen zeer snel en (Figuur 4). Bovendien de variabiliteit in de eenzijdig-gewonden groep was zeer laag, met de meeste ratten optimaal blijft functioneren van de taak.

Figuur 1. Testen in ons laboratorium werd uitgevoerd in een bank van standaard operant kamers (Med Associates Inc) die werden gebruikt in deze taak aangepast door de vier opeenvolgende vloer bars te openen ruimte voor twee kopjes geur.

Figuur 2. Testen in ons laboratorium gebruikte PVC-pijp eindkappen (6 cm hoog en 5,5 cm in diameter) als de geur cups en een stuk van plexiglas (10 x 22 cm) met twee cirkelvormige gaten geboord (5,5 cm in diameter) als de geur bekerhouder.

Figuur 3. Deze grafiek toont typische prestaties van sham (blauw) vs frontaal gewonden (rood) ratten over verschillende fasen van het testen in twee verschillende formaten. In paneel A worden de gegevens weergegeven als een staafdiagram met witte stippen die data op individuele ratten in elke groep. In paneel B, worden dezelfde gegevens getekend in een lijngrafiek. Er was geen verschil op de pre-schade discriminatie acquisitie. Echter, na schade en op dezelfde discriminatie, sham ratten presteren op 93% cumulatieve percentage correcte terwijl gewonde ratten presteren op 65% cumulatieve percentage correct. Wanneer een omkering van de discriminatie werd toegediend, injgureerd ratten dalen tot onder de kans prestaties. Ook op een nieuwe geur discriminatie frontaal gewond ratten hadden moeite om het leren van de nieuwe koppeling en verbleef in onderstaande kans prestaties. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .

Figuur 4. Deze grafiek toont typische prestaties van sham (blauw) vs eenzijdige parietally-gewonde ratten (groen) over verschillende fasen van het testen in twee verschillende formaten. In paneel A worden de gegevens weergegeven als een staafdiagram met witte stippen die data op individuele ratten in elke groep. In paneel B, worden dezelfde gegevens getekend in een lijngrafiek. Er is geen verschil tussen de groepen op een van de discriminatie. Eenzijdig in-jured ratten uitgevoerd op of, in sommige gevallen, iets hoger dan sham niveaus na letsel. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .
In deze video, hebben we laten zien hoe de Dig taak kan worden uitgevoerd met behulp van relatief goedkope materialen en, met enige ervaring, kan het testen vrij snel worden uitgevoerd (~ 10 min / dier). Dit maakt de taak gemakkelijk worden opgenomen in bestaande testbatterijen voor TBI, beroerte en andere hersenletsel. The Dig taak is ook robuust in dat het kan beoordelen verschillende aspecten van cognitie, met inbegrip van evaluaties van eerdere leren, omkeringen, en nieuwe overnames (bijvoorbeeld set shifting). Met name heeft de Dig taak is effectief gebleken bij de beoordeling frontale functie na hersenbeschadiging. Bovendien is een dergelijke dig paradigma gebruikt om waardeoverdracht bij ratten na hippocampale schade 4, en dus gemakkelijk kunnen worden onderzocht na TBI.
De belangrijkste voordelen van taken zoals deze zijn de mogelijkheid om andere vormen van cognitie beoordelen dan wat doorgaans getest meeste hersenletsel studies. Bestaat er momenteel een gebrek aan eenvoudig, snel verworven taken voor de beoordeling van frontaal-gemedieerde cognitie na hersenbeschadiging. In het gebied van experimentele TBI, is er een sterke afhankelijkheid doolhoven als enige beoordeling van cognitie 9. Discriminatie en keuzegedrag zijn belangrijke aspecten van frontaal-gemedieerde cognitie die moeten worden geëvalueerd volgende hersenbeschadiging. Deze zijn bestudeerd onder verschillende paradigma (vertraagd matching-to-sample, differentiële versterking van lage reageert inspanning gebaseerde besluitvorming, enz.) in het gebied van de experimentele analyse van gedrag, maar ontbreken in studies van hersenletsel 14-16. De ontwikkeling van nieuwe therapeutica voor de behandeling van schade aan de hersenen vereist validatie over meerdere modaliteiten van sensorische, motorische en cognitieve functies. Taken zoals dit zou kunnen worden van vitaal belang om volledig beoordelen van cognitieve functies onder therapeutische behandeling.
Terwijl de Dig taak representeert een stap in de goede richting te beoordelen hersenfunctie na verwonding er nog beperkingen aan. Het is de bedoeling om eenvoudig te bouwen, te beheren en te analyseren, maar dit betekent dat er hogere grenzen aan wat het kan meten. Momenteel zijn er twee keuzes zijn alles wat kan worden beoordeeld in het kader van de gegeven paradigma. Bovendien, de Dig taak niet gevoelig genoeg om andere aspecten van frontale disfunctie, zoals impulsiviteit, die kunnen interfereren met de besluitvorming van een dier kunnen verwerken.
Terwijl de Dig taak is aangetoond dat succesvol voor ons bij de evaluatie van schade aan de hersenen bij jonge dieren, zijn er nog een aantal dingen die kunnen worden gedaan met de taak om verder te verfijnen en te verbeteren. Deze omvatten het beoordelen van bijzondere populaties (leeftijd, geslacht, stam), te vergelijken rechtstreeks aan de operante paradigma dat is een bewerking van, het uitvoeren van een directe vergelijking van deze taak met andere taken die frontale disfunctie te evalueren na letsel, en het verkennen van additionale manieren te analyseren en te vergelijken met de gegevens die zijn gegenereerd uit de taak. Deze taak is bedoeld om een deel van de problemen in ons vakgebied aan te pakken door het testen van frontale functie op verschillende manieren na hersenbeschadiging. Toch kan een taak niet meten alle cognitieve processen die worden beïnvloed door een hersenletsel. Zo pleiten wij ervoor dat mensen blijven ontwikkelen en verbeteren op taken zoals die beschreven in dit protocol om meer volledig functionele bijzondere waardeverminderingen te evalueren na hersenletsel. Daarbij kunnen we de effectiviteit van geneesmiddelen en ontwikkeling van behandelingen voor hersenletsel verhogen beoordelen meerdere maatregelen.
Geen belangenconflicten verklaard.
De financiering van dit project werd verzorgd door ARRA middelen uit NINDS subsidie NS045647.
| Materiaalnaam | Vennootschap | Catalogus nummer | Reacties |
| APPARATUUR | |||
| Operante kamer | Med Associates | ENV-008CT | Aantal: 1 Standaard operante kamer, geen externe apparaten. |
| Plexiglas | Lokale hardware winkel | N / A | Aantal: 1 vel snijden in de juiste grootte om te passen in de kamer. |
| PVC pijp Eindkappen | Lokale hardware winkel | N / A | Bedrag: 2 / geur cup setup. |
| REAGENTIA | |||
| Zand | Lokale hardware winkel | ||
| Diverse Kruiden | Lokale supermarkt | ||
| Bekrachtiger | Lokale supermarkt | ||
* Apparatuur wordt vermeld voor de bouw per kamer. |