Een Operante intra- / extra-dimensionale Set-shift Taak voor Muizen

Summary

Cognitieve afwijkingen in aandachtsverlegging zijn een kernkenmerk van veel psychiatrische ziekten. Hier presenteren we de ontwikkeling van een nieuw automatisch systeem voor het effectieve onderzoek naar aandachtsverleggingsvermogens, executieve functies en andere cognitieve vermogens bij muizen met een hoge translationele validiteit voor menselijke studies.

Abstract

Veranderingen in executieve controle en cognitieve flexibiliteit, zoals de capaciteit voor aandachtsverplaatsing, zijn kernkenmerken van verschillende neuropsychiatrische aandoeningen. De meest gebruikte neuropsychologische tests voor de evaluatie van aandachtsverplaatsing bij menselijke proefpersonen zijn de Wisconsin Card Sorting Test (WCST) en de CANTAB Intra-/Extra-dimensionale set shift taak (ID/ED). Deze taken hebben een bewezen klinische relevantie en zijn aangepast en met succes overgebracht naar onderzoek bij diermodellen. Echter, de momenteel beschikbare taken voor knaagdieren hebben verschillende beperkingen, voornamelijk vanwege hun handmatig gebaseerde testprocedures, die vertaalkundige vooruitgang in de psychiatrische geneeskunde belemmeren. Om deze beperkingen te overwinnen en om de originele versie bij primaten beter te kunnen nabootsen, presenteren we de ontwikkeling van een nieuwe operante gebaseerde tweekamer ID/ED "Operon" taak voor knaagdieren. We hebben de effectiviteit van deze nieuwe taak aangetoond om verschillende facetten van cognitieve flexibiliteit bij muizen te meten, inclusief aandachtssetvorming en verplaatsing, en omkeringsleren. Bovendien laten we de hoge flexibiliteit van deze taak zien waarbij drie verschillende perceptuele dimensies kunnen worden gemanipuleerd met een groot aantal stimuli-signalen voor elke dimensie. Deze nieuwe ID/ED Operon taak kan een effectief preklinisch hulpmiddel zijn voor medicijntesten en/of grootschalige genetische screenings die relevant zijn voor de studie van executieve disfunctie en cognitieve symptomen die worden aangetroffen bij psychiatrische stoornissen.

Introduction

Attentional set-shifting is een maat voor cognitieve flexibiliteit en uitvoerende functies ^1. Het verwijst naar de mogelijkheid om te schakelen tussen willekeurige interne regels ("cognitieve aandachtsprocessen sets"). De meest gebruikte neuropsychologische taken voor het meten van attentional set-shifting en cognitieve flexibiliteit bij de mens zijn de Wisconsin Card Sorting Test (WCST) ^{2 en een} meer recente en meer verfijnde versie: de intra- en extra-dimensionale aandachtsproblemen-set verschuiven (ID / ED) van de Cambridge Neuropsychologische Test Geautomatiseerde Batterij (Cantab) ^3,4. Deze taken werden gebruikt om specifieke cognitieve afwijkingen in uiteenlopende psychische stoornissen zoals autisme ^{5, 6} schizofrenie, ziekte van Parkinson ^7, obsessieve compulsieve stoornissen ⁸ en attention-deficit / hyperactieve aandoeningen ⁹ identificeren. De klinische relevantie en solide methodologische aanpak van de WCST en de ID / ED tests attracted interesse in de uitvoering van soortgelijke onderzoeken in preklinisch onderzoek ^10,11. Deze taken staan ​​voor de selectieve meting binnen hetzelfde onderwerp van verschillende cognitieve vaardigheden zoals discriminerende leren, omkering leren, de vorming van een aandachtsbias set, het verschuiven van de aandacht binnen dezelfde dimensie (. Dwz, intra-dimensionale verschuiving: IDS) en tussen verschillende perceptuele afmetingen (dwz extra-dimensionale verschuiving. EDS). Dit is cruciaal omdat afzonderlijke hersenen circuits, en neuropathologie deze verschillende cognitieve functies op verschillende manieren kunnen veranderen. Zo heeft een dubbele dissociatie of functionele specialisatie effect aangetoond tussen de zijdelingse (bij apen en mensen) / mediale (bij knaagdieren) en orbitale regio van de PFC in welke mate van aandacht ingestelde verschuiving taken. Terwijl de orbitofrontale cortex is meer betrokken bij de omkering fasen van deze taken, de laterale / mediale PFC regio regelt de extra-dimensionale verschuiving stadia^12-14.

Knaagdier versies van deze aandachtsproblemen-set verschuiven tests voor primaten zijn succesvol gegenereerd ^13-16. Echter, sommige aspecten van deze knaagdieren versies is het beperken van hun applicaties en het gebruik. Zo worden deze taken handmatig uitvoeren en derhalve zeer arbeidsintensief en moeilijk te standaardiseren. Bovendien zou de aanwezigheid van voedsel in de bekrachtigers stimuli resulteren in een dubbelzinnige interpretatie van dierlijke reacties en mogelijke bias in de ^keuze-10 maken. Deze kenmerken zijn de doorvoer van het testen en, nog belangrijker, hun toepassing in grootschalige genetische en / of drugs screening studies beperkt.

Om deze beperkingen te overwinnen en de mogelijke toepassingen van ID / ED paradigma shift bij knaagdieren verbeteren, presenteren we hier een nieuwe twee-kamer-operante gebaseerde taak om cognitieve flexibiliteit te testen in muizen. Deze nieuwe taak nauw bootst de ID / ED taak gebruikt in de menselijke en niet-menselijke primaten en omzeilt de problemen van eerdere versies knaagdieren.

Protocol

Alle procedures werden goedgekeurd door het Italiaanse ministerie van Volksgezondheid en lokale Animal gebruik Comite en werden uitgevoerd in overeenstemming met de Gids voor de Zorg en gebruik van proefdieren van de Europese Gemeenschap richtlijnen van de Raad.

Opmerking: Figuur 6 toont een tijdlijn van de gehele procedure van het protocol bij ID / ED taak testen.

1. Inrichting

Figuur 1. De tweekamer "operon" -apparaat. (A) Uitzicht vanaf de top van de gehele inrichting en (B) van de voorzijde van een enkele kamer nabootsen van de muis point-of-view tijdens de proef. 1: visuele stimuli (LED's); 2: voedsel tijdschrift; 3: neus-poke gat; 4: tactiele stimulus (textuur); 5: olfactorische stimulus; 6: automatische schuifdeur; 7: Huis -licht; 8: infrarood fotocel voor de deur controle. Chambers (16 x 16 x 16 cm ³⁾ worden gescheiden door een doorzichtige plastic deur (6). Infrarood photobeams (8) volgden de dierbewegingen en gecontroleerde het openen / sluiten van de automatische deur om de muis kamers te veranderen. Elke kamer presenteert twee neus-poke gaten (3) met infrarood photobeams, en tussen hen, een levensmiddel tijdschrift (2) met photobeams waarbij een pellet dispenser geleverd het voedsel versterking. Een huis licht (7) zich boven elk der beide voedsel tijdschriften. Elke neus-poke gat is uitgerust met een reeks veranderlijke stimuli die kunnen variëren in drie verschillende perceptuele dimensies (geur, mening, tact). Oorspronkelijk gepubliceerd in 'De ultieme intra- en extradimensional Attentional Set-Shifting taak voor Mice' ^19. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

content "> NB: The Operon inrichting (figuur 1) bestaat uit twee identieke kamers met plexiglas wanden en een aluminium vloer (16 x 16 x 16 cm ³ voor elke kamer) Chambers gescheiden door een transparant plexiglas tussendeur die automatisch kunnen worden. gecontroleerde om de muis toegang tot beide kamer. Elke kamer heeft twee neus-poke gaten met infrarood photobeams, en tussen hen, een levensmiddel tijdschrift met photobeams waarbij een pellet dispenser geleverd het voedsel versterking. Een ventilator en een huis-licht liggen boven elk van beide voedsel tijdschriften.

1. Uitrusten elke neus-poke gat met een aantal veranderlijke stimuli (tabel 1), die variëren in drie verschillende perceptuele dimensies (dat wil zeggen, geur, zicht, tactiele). Opmerking: De stimuli voorgesteld in tabel 1 werden geselecteerd om eventuele verstorende factor en / of vertekening te voorkomen als gevolg van het vermijden of voorkeur. Vijf paar voorbeelden voor elke dimensie toe dat een metin-onderwerp testen van alle verschuivingen, met nieuwe stimuli bij elke shift.
   1. Om olfactorische stimuli te leveren in de neus-poke gaten, gebruik dan een verdunning olfactometer, welke toestand de inkomende lucht naar de neus-poke gaten door automatisch drogende, filteren, hydrateren en het regelen van de presentatie van de paren van geuren.
      1. Gebruik één olfactometer tot twee neus-poke gaten te controleren. Regel luchtstroom door een luchtpomp en een vacuüm voor het verwijderen van de geur in de neus-poke gaten. Sluit de luchtpomp naar de inlaat van de olfactometer en vacuüm op de uitlaten gemonteerd op de neus poke-apparaat. Sluit vervolgens de uitlaat voor geur levering aan elk neus-poke inlaat. Stel het debiet tot 1,5 l per minuut.
      2. Verdunnen geur geuren 01:20 in minerale olie en vul de flessen van de olfactometer.
   2. Voor visuele stimuli, plaats light-emitting diodes (LED) op de top van elke neus-poke gat en zet ze in de metalen panel van de kamer (zie details in figuur 1 en tabel 1). Sluit ze aan de uitgang.
   3. Voor tactiele stimuli, mount verwisselbare vloer texturen in voorkant van elke neus poke gat. Monteer de verschillende texturen op de steun te schuiven en beweeg ze met behulp van frames onder de vloer, zodat zij worden gepresenteerd in de correspondentie van een kleine opening (3 x 3 cm ²⁾ op de vloer in de voorkant van elke neus-poke gat.
2. Controle van de presentatie van stimuli met software volgens de instructies van de fabrikant om de stimuli van verschillende afmetingen automatisch veranderen gedurende het experiment.
3. Plaats een camera aan de bovenzijde van de inrichting teneinde basale afwisseling en locomotorische activiteit opnemen met gedragstherapie monitoring software (bijv., Ethovision, Anymaze), die kunnen helpen om dieren die problemen niets met cognitieve functies heffen.

GEUREN	TEXTUREN	LICHTEN
perzik v. salie	klittenband v. film	lampjes op v. lichten uit
vanille v. lavendel	grof schuurpapier v. fijn schuurpapier	rood v. green
aardbei v. kaneel	gladde karton v. geribbelde karton	blauw v. gele
grapefruit v. oregano	spons v. gladde plastic	oranje v. wit
citroen v. abrikoos	honeycomb papier v. aluminiumfolie	fix verlichting v. knipperende lampjes

Tabel 1. voorbeelden die bij de ID / ED operon taak. Verbinding discriminatie op basis van vaste combinaties van paren voorbeelden (zie figuur 2 voor een voorbeeld van de sequentie van discriminatie). De exemplar paren van verschillende dimensies worden gepresenteerd in willekeurige combinaties. Neutrale stimuli voor de verschillende afmetingen zijn: lucht flux zonder geur; wit papier; geen licht stimuli. Tafel oorspronkelijk gepubliceerd in 'The Ultimate intra- en extradimensional Attentional Set-Shifting taak voor Mice' ^19.

2. Animal Voorbereiding

Opmerking: De representatieve resultaten hier gerapporteerd werden verkregen uit mannelijke C57BL / 6J muizen, 3-7 maanden oud, in de lichte fase.

1. Weeg de muizen, afzonderlijk-huis en vervolgens verwerken gedurende 1 minuut op drieafwisselende dagen.
2. Na een week acclimatisatie aan één behuizing opnemen lichaamsgewicht en 24-uurs voedselinname gedurende drie opeenvolgende dagen om de basislijn gewicht en voedselinname bepalen.
3. Breng een lichte voedselontbering regime voor 1 week voor de training voor de test. Controleer het gewicht van de dieren elke dag terwijl voedsel beperkt gedurende het experiment om ongeveer 90% van de uitgangswaarde vrije-feeding lichaamsgewicht. Gedurende drie opeenvolgende dagen vóór de gewenning trainingsfase geven muizen in hun kooi ook ≈20 voedsel versterking pellets. Dit zijn het voedsel pellets die wordt gebruikt in daaropvolgende testen.
   Opmerking: beperking voedsel wordt gebruikt om de motivatie van de dieren te verhogen om in de opdracht echter niet meer dan 10% gewichtsverlies tijdens iedere fase van de gehele procedure kan leiden tot abnormaal gedrag en overmatige stress de muizen, die kan invloed hebben op de resultaten.
   1. Alternatief, teneinde één behuizing te voorkomen, leave de muizen-groep gehuisvest (2-4 per kooi) en geven toegang tot ad libitum voedsel voor een bepaalde periode na het testen. Controleer het gewicht van de dieren elke dag terwijl voedsel beperkt gedurende het experiment om ongeveer 90% van de uitgangswaarde vrije-feeding lichaamsgewicht.

3. Gewenning

1. Train de muizen in een 1-daagse sessie van 40 minuten te bewegen in het apparaat, zonder de deur verdeler, waarbij een neus-poke in een neus-poke gat resulteert in een pellet aflevering in het voedsel bakje. Tijdens deze fase alleen neutrale stimuli (tabel 1) voor alle verschillende dimensies (Gewenning 1).
2. Op de volgende dag trainen de dieren 40 min van de ene kamer naar de andere aan het einde van elk experiment (Habituation 2). Gebruik alleen neutrale stimuli voor alle verschillende dimensies. Ook in deze fase een neus steken in één van de neus-poke gaten leidt tot een pellet levering in voedseltijdschrift.Wanneer de muis haalt de beloning in het voedsel tijdschrift, hoe lager de tussendeur naar de muis toegang tot de andere kamer voor de volgende proef te geven.
3. Op de derde dag (Gewenning 3), trainen de dieren om twee eenvoudige vormen van discriminatie uit te voeren (SD1 en SD2, bijv., Velcro vs film;. Licht cue op vs licht cue uit; perzik vs salie.) Tot een criterium van 8 juiste antwoorden van de 10 opeenvolgende proeven. Mis deze voorbeelden niet opnieuw te gebruiken tijdens de volgende fasen van de test.
   1. Om te beginnen plaatst de muis in een kamer met neutrale stimuli, terwijl in de andere kamer prikkels signalen worden ingeschakeld; vervolgens de deur naar de muis toegang tot de kamer met de geactiveerde stimuli signalen geven. De muis heeft om te leren om de neus-poke gat waar de juiste prikkel wordt gepresenteerd kiezen. Sessies duren 40 minuten.
   2. Beloon een neus-poke in de juiste gat met een korrel levering en wanneer de muis komt het voedsel tijdschrift, hoe lager de tussendeurde muis toegang tot de andere kamer voor de volgende proef te geven. Heb een neus-poke niet belonen in het verkeerde gat en zet het huis licht gedurende 5 sec. Vervolgens de deur van de muis toegang tot de andere kamer voor de volgende proef te geven.
   3. Het gedrag van de eerste tien proeven van elke fase als het vormgeven van studies: als de muis selecteert de verkeerde gat, nemen een fout maar het proces niet eindigen totdat de muis steekt ook in het juiste gat. In de daaropvolgende proeven, als de muis steekt in het verkeerde gat, nemen een fout en schakel alle dimensionale stimuli om het proces te beëindigen.
   4. Beëindigen elke sessie na 40 minuten of als een muis niet in slaagt om een ​​reactie gedurende vijf opeenvolgende minuten, wat het eerste kwam te maken. Als de muis het criterium in één sessie niet bereikt, blijven de test op de volgende dag.
   5. Als een muis het criterium in de SD1 en SD2 van de Gewenning 3 na 5 sessies niet kan bereiken, stoppen met het testen van de muis en het elimineren van de studie, omdat hetniet betrouwbaar kan presteren elementaire discriminatie die daarna kunnen invloed hebben op de resultaten van de ID / ED taak.

Figuur 2. Voorbeeld van de ID / ED taak. Een voorbeeld van de ID / ED "stuck-in-set" en "tweedimensionale" paradigma wordt getoond. Aangepast van 'De ultieme intra- en extradimensional Attentional Set-Shifting taak voor Mice' ^19. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

4. 'Stuck-in-set' ID / ED Paradigm Procedure

LET OP: Voor deze procedure, die eerder gebruikt in zowel primaten en knaagdieren ^7,15,16, is het nodig om drie verschillende perceptuele dimensies manipulerenelke enkele muis getest. Wat de gewenning fasen alle testen dagelijkse sessies starten door de muis in een van de twee kamers waar alle stimuli neutraal. Vóór het begin van een proef worden de stimulus signalen ingeschakeld in tegengestelde kamer. Vervolgens verdelen de deur wordt verlaagd om de muis toegang tot de andere ruimte waarin de stimulus signalen op te geven.

1. Het dier leiden van een set, of diagonaal, met een bepaald perceptuele dimensie ontwikkelen (bijv., Geur, licht of vloer textuur), muizen blootgesteld aan de volgende discriminatie die in deze volgorde (zie ook voorbeeld in Afbeelding 2):
   1. Voor de eenvoudige discriminatie (SD), introduceren muizen op een dimensie (geur, licht of structuur, zie figuur 2), die relevant alle taken totdat de EDS. Dat wil zeggen, de betreffende dimensie is die aangeeft wanneer de juiste respons. Naar het voorbeeld van figuur 2, twee aanwezige geuren, zoals vanilla (O1) en lavendel (O2) en selecteer O1 als het juiste antwoord.
   2. Voor de verbinding van discriminatie (CD), de invoering van een tweede dimensie, bijvoorbeeld het licht, dat is niet van belang (dat wil zeggen, niet aangeven waren het juiste antwoord is). Present twee lampen (L1 en L2) met de geuren (O1 en O2) om twee mogelijke discriminatie (zie bijvoorbeeld figuur 2). De juiste en onjuiste voorbeelden zijn dezelfde als in SD.
   3. Voor de omkering van de Verbinding discriminatie (CDRE), laat de voorbeelden en de betrokken afmetingen onveranderd, maar de dieren leren dat de eerder juiste prikkel nu correct. Selecteer bijvoorbeeld lavendel als het juiste antwoord, met vanille zijn nu de verkeerde keuze. Deze zelfde voorwaarden zullen worden gevonden voor de andere omkering fasen (dwz IDSRe, IDS2Re en EDSRe).
   4. Daarna selecteert u een intra-dimensionale shift (IDS) waarin nieuwe exemplaren worden gebruikt voor zowel de betrokkenen irrelevant afmetingen (een totale verandering design). Gebruik bijvoorbeeld aardbeien en kaneel (O3 en O4) als de geuren en blauwe en gele lichten (L3 en L4) als de lichten. Echter, ervoor te zorgen dat het testen onderwerpen blijven volgen dezelfde relevante dimensie in om het juiste antwoord te vinden. Deze zelfde voorwaarden zullen worden gevonden voor de andere intradimensional shift (dwz IDS2).
   5. Als voor de vorige discriminatie, hebben de muizen uit te voeren van de omkering van de intra-dimensionale shift (IDSRe). Gebruik dezelfde voorwaarden als in CDRE.
   6. Voor Intra-dimensionale verschuiving 2 (IDS2), maken gebruik van dezelfde voorwaarden als in IDS.
   7. Ook gebruik maken van dezelfde omstandigheden als in CDRE voor de intra-dimensionale verschuiving omkering 2 (IDSRe2).
   8. In de extra-dimensionale shift (EDS), hebben de muizen kies het juiste gat na een onlangs gepresenteerd stimulus dimensie. Indiening van een paar impulsen van een nieuwe dimensie, die de textuur. Bijvoorbeeld gebruiken grof schuurpapier (T1) als de juiste resPonse en fijn schuurpapier (T2) als onjuist, en presenteren ze met twee nieuwe geuren, bijvoorbeeld citroen en abrikoos (O7 en O8). De eerder relevante dimensie is nu irrelevant geworden. Heeft de eerder irrelevant dimensie niet meer aanwezig.
   9. Voor de extra-dimensionale reversal (EDSRe), ​​maken gebruik van dezelfde voorwaarden als in CDRE.
2. Meet de prestaties van de muizen tot zij een criterium 8 correcte keuzes reiken van 10 achtereenvolgende proeven om elke fase te voltooien. Stel het programma (zie Tabel Materials) automatisch verder met de volgende stap nadat het criterium is bereikt. Stoppen met een dagelijkse sessie na 40 min, of als een muis niet in slaagt om een ​​reactie gedurende 5 minuten achter elkaar te maken, te beëindigen de sessie en blijven de volgende dag met de muis op hetzelfde podium waar het gebleven was.
   1. Voor elke fase meet de tijd om het criterium te bereiken. Als een muis aan het criterium in één sessie niet bereikt, een samenvatting van de totale tijd die in opeenvolgende sessies. Voorelke proef, het meten van de tijd van de presentatie van de stimuli (geuren, verlichting, texturen) op een neus-poke respons (latency te reageren).
3. Aan het einde van elke sessie, vegen van de inrichting met 70% alcohol.
4. Gebruik altijd dezelfde volgorde van de discriminatie. Echter, willekeurig de stimulus afmetingen en paren voorbeelden gebruikte veranderen en even hen te vertegenwoordigen binnen de experimentele groepen en tussen groepen te compenseren.
5. Zorg ervoor dat u even tegenwicht de perceptuele dimensies die binnen en tussen elke experimentele groep, zodat elke mogelijke ED shift wordt voorgesteld (dat wil zeggen, licht geur, licht textuur, geur aan het licht, geur structuur, textuur aan het licht, textuur om de geur) . De combinaties van voorbeelden zijn te talrijk om volledige tegengewicht mogelijk; Daarom, om de mate van vrijheid te beperken, altijd gebruik maken van voorbeelden in paren; bijvoorbeeld, vanille stimulus met lavendel enz. (zie tabel 1).

5. 'Two-dimensie' ID / ED Paradigm Procedure

Opmerking: Een andere voorwaarde voor aandachtsproblemen-set verschuiven mogelijkheid te meten, zowel in primaten ^12,17 en knaagdieren ^13, is de 'twee-dimensie' paradigma. In dit geval worden slechts twee perceptuele dimensies gebruikt in de test.

1. Voor dit protocol gebruikt de volgorde van de discriminatie en de procedure te volgen zoals beschreven voor "stuck-in-set 'protocol naar de EDS fase (zie voorbeeld in Afbeelding 2):
   1. Voor de SD en de volgende fasen, maken gebruik van dezelfde paren van de 'stuck-in-set', totdat de IDS2Re. Zoals in het voorbeeld van figuur 2, gebruikt twee geuren (O1 en O2, gebruik O1 correct stimulus).
   2. Voor de CD, zoals in de 'stuck-in-set' protocol, de invoering van een nieuwe dimensie (bijvoorbeeld licht, L1 en L2), dat is irrelevant en als confounder zou dienen.
   3. De CDRE is gelijkaardig als ikn de 'stuck-in-set' protocol, dus laat de voorbeelden en de relevante dimensie ongewijzigd, maar hebben de dieren leren dat de eerder juiste prikkel is nu onjuist (bijv O1).
   4. In de IDS, altijd gebruik maken van nieuwe paren van stimuli voor beide dimensies (O3 en O4, L3 en L4, waarbij O3 is de juiste prikkel).
   5. Voor de IDSRe, hebben de muizen uit te voeren van de omkering van de IDS. Kies het juiste voorbeeld dat is degene die onjuiste tijdens de IDS (bijv O4) was.
   6. Voor de IDS2, introduceren van nieuwe paren van stimuli voor beide dimensies (O5 en O6, L5 en L6).
   7. Zoals in het voorgaande omkering fasen in de IDS2Re, de dieren leren dat de eerder juiste prikkel nu incorrect (bijvoorbeeld O5).
   8. Voor de 'twee-dimensie' protocol, de EDS, de muizen hebben om het juiste antwoord te kiezen na de eerder irrelevant dimensie wordt nu de desbetreffende dimensie. Zo licht is de nieuwe relevante dimensie, whilel geeft het juiste antwoord. Vooral rood licht (L7) het juiste antwoord. Omgekeerd de eerder relevante afmeting (in het voorbeeld, geur) is nu een irrelevant.
   9. Na de EDS, voor de terugname (EDSRe), ​​gebruiken dezelfde omstandigheden als in CDRE. De relevante afmeting is hetzelfde als in de EDS maar de juiste en onjuiste voorbeelden omgekeerd. Zo bijvoorbeeld groen licht (L8) is nu het juiste antwoord.

6. Data Analysis

1. Meet de uitvoering door: aantal proeven om het criterium te bereiken; tijd om het criterium (in minuten) te bereiken; de tijd van de presentatie van de stimuli voor een neus-poke respons (latency te reageren).
2. Voor statistische analyse gebruikt ANOVA's met verschillende fasen (SD, CD, CDRE, IDS, IDSRe, IDS2, IDSRe2, EDS, en EDSRe) als binnen proefpersonen factor het aantal pogingen nodig is om de criteria te bereiken onderzoeken timing nodig elke fase en de latentie te reageren voltooien. Conduct post-hoc analyses met behulp van Newman-Keuls-test. Opmerking: De aanvaarde waarde voor significantie p <0,05.

Results

Figuur 2 toont een voorbeeld van de ID / ED taak. Paren van stimuli (ofwel "Discrimination 1" of "Discrimination 2) worden willekeurig gepresenteerd in elke fase en de muis moeten de juiste stimulus in elk paar kiezen. In dit voorbeeld tabel, wordt het juiste voorbeeld gerapporteerde vet. In de eerste fase (SD of eenvoudige discriminatie), de prikkels die in de twee neus-poke gaten verschilden in één van de drie dimensies (bijvoorbeeld O1: Vanille versus O2: lavendel) en de muis wordt beloond voor het kiezen van het juiste voorbeeld (bijv, O1). Zodra het onderwerp criterium in deze fase de volgende fase (CD of discriminatie verbinding) begint, waar dezelfde voorbeelden van de betreffende dimensie worden bedekt door willekeurige exemplaren van een seconde, maar irrelevant dimensie geïntroduceerd als een storende factor (reikt bijvoorbeeld L1. blauw licht vs.L2: geel licht). Twee verschillende vormen van discriminatie zijn mogelijk in dit stadium (either "discriminatie 1" of "Discrimination 2). In de volgende fase (CDRE of discriminatie verbinding omkering), worden de beloning onvoorziene omgekeerd, maar de voorbeelden en de relevante dimensie zijn ongewijzigd: de muis heeft om te leren dat de eerder juiste prikkel is nu onjuist (bijvoorbeeld, is lavendel geur nu beloond). In de volgende fase (IDS of intra-dimensionale verschuiving), nieuwe exemplaren (zowel geuren en verlichting) worden ingevoerd, maar de betreffende dimensie (geur in dit voorbeeld) blijft hetzelfde (bijvoorbeeld aardbei is de juiste keuze). In de volgende fase (IDR of intra-dimensionale omkering), worden de beloning onvoorziene omgekeerd. Na een tweede intra-dimensionale shift (IDS2 en omkering) worden nieuwe voorbeelden voorgesteld aan de extra-dimensionale shift (EDS) waarin de betreffende dimensie wordt gewijzigd testen. In de 'stuck-in-set' EDS, de muis te richten op de nieuwe dimensie (bijvoorbeeld de textuur, T1: grof schuurpapier versus T2: prima sandpaper), terwijl het eerder relevante afmeting (in dit geval, geur) nu de irrelevante dimensie. In het "twee-dimensie" EDS, de eerder irrelevant afmeting (in dit geval licht) nu de betreffende dimensie. In de laatste fase (EDSRe of extra-dimensionale omkering), worden de beloning onvoorziene omgekeerd.

Om betrouwbare resultaten te verkrijgen, de stimulus afmetingen gebruikt voor de taak moet worden net zo goed geleerd. Zoals getoond in figuur 3, visuele, tactiele en geur discriminatie in deze nieuwe inrichting noodzakelijk dezelfde tijd (F _(2,64) = 0,36; p = 0,69) en dergelijke aantal experimenten (F _(2,64) = 0,059; p = 0,94) aan het criterium te bereiken, wat suggereert dat de dieren in staat zijn om eenvoudige vormen van discriminatie uit te voeren, ongeacht de gepresenteerde dimensie.

Als een betrouwbare aandachtsproblemen set is ontwikkeld in de testfasen van de taak, de performance van een normale wild-type muis moet armer in de EDS fase in vergelijking met vorige en volgende fasen, zoals gerapporteerd in eerdere studies bij knaagdieren en primaten ^12,13. Met name moet een sterke toename van de tijd en proeven nodig criteria te bereiken in de EDS vergelijking met de IDS fasen. Zoals geïllustreerd in figuur 4, in ons experiment het protocol "stuck-in-set", analyse van de prestaties van de muizen lieten een onderscheid kracht voor het aantal proeven (F _(8,168) = 9,23; p <0,0001) en tijd ( F _{(8,168) =} 8,62; p <0,0001) nodig om criteria te bereiken. Inderdaad, muizen hadden meer proeven en meer tijd om de EDS fase oplossen vergeleken met de CD, IDS, IDS2 en EDSRe fasen (p <0,05; figuur 4A-B). Ook analyse van de prestaties getest met de "twee-dimensie" protocol (figuur 5) toonden een significant onderscheid effect op het aantal proeven (F _(8,72) = 30,66; p <0,005) en tijd (F _(8,72) = 4,65; p <0,0005) nodig om criteria te bereiken. Inderdaad laten we zien dat muizen benodigde more trials (p <0,05) en tijd (p <0,05) bij de EDS lossen dan CD, IDS, IDS2 en EDSRe (figuur 5A-B). Geen verschillen in capaciteiten verschuiving worden waargenomen tussen muizen getest met verschillende afmetingen.

In een normale wildtype muis, het eerste omkering leren (bijv., CDRE) is moeilijker dan het oorspronkelijke discriminatie (dwz CD). In overeenstemming, zoals blijkt uit figuren 4 en 5, muizen hadden meer onderzoeken (p <0,05; figuur 4-5A) en tijd (p <0,05; figuur 4-5B) om deze fase te voltooien. Bovendien zou omkering prestaties te verbeteren van CDRE tot IDSRe te IDS2Re, zoals we zien in ons experiment met zowel de 'stuck-in-set' en 'twee-dimensie' protocollen. Deze results verdere versterking van het bewijs van de vorming van een aandachtsbias set door de taak.

De hele taak, moet de muizen hun snelheid te verbeteren om te reageren op opeenvolgende fasen. Dienovereenkomstig, de analyse van de latentie reactie toonde een significant onderscheid effect (F _(8,200) = 42,59; p <0,0001). In het bijzonder, zoals blijkt uit representatieve resultaten in figuur 4C de latentie te steken in het IDS2 fase wordt verlaagd vergeleken met die in de IDS, cd en SD fasen (p <0,0005). Bovendien is de latency te reageren, steeg in de EDS fase in vergelijking met de vorige IDS2 en IDS2Re en EDSRe opeenvolgende stadia (p <0,05). In lijn met deze resultaten, de analyse van de latency te reageren tijdens de 'twee-dimensie' task toonde ook een significant effect van discriminatie (F _(7,63) = 9,98; p <0,0005). Zoals getoond in figuur 5C, de latentie om een keuze te maken ween toename in de EDS vergelijking met voorgaande IDS2 en IDS2Re en opeenvolgende EDSRe (p <0,05). Aangezien de latentie reactie werd beschouwd als een index van beslissingsstap verwerking ¹⁸ Deze resultaten suggereren verder dat de muizen ondervonden problemen verwerken van de nieuwe discriminerend beginsel op EDS. Op basis van de gedragsmatige prestaties van wild-type muizen (figuur 4-5), hebben we vastgesteld dat het minimum aantal monstergrootte (door R poweranalyse) per experimentele groep moet 8.

Figuur 3. Eenvoudige discriminatie van licht, geur en textuur gelijkwaardig zijn. (A) Aantal proeven en (B) de tijd die nodig is om het criterium op eenvoudige discriminaties met slechts licht, geur of textuur stimuli te bereiken. Waarden vertegenwoordigen gemiddelde ± SEM hele figuren 2-4. Gegevens orifractioneel gepubliceerd in 'De ultieme intra- en extradimensional Attentional Set-Shifting taak voor Mice' ^19.

Figuur 4. Wildtype C57BL6J mannelijke muizen prestaties in de "stuck-in-set" ID / ED Operon taak. (A) Trials, (B) de tijd (in minuten) en dagen nodig criterium bij de verschillende fasen van bereiken ID / ED operon taak met een "stuck-in-set" ID / ED paradigma. (C) Tijd (in seconden) is verstreken tussen de opening van de verdeler deur en een neus-poke respons (latency reactie) tijdens de verschillende fasen van de taak. Een totaal van 26 muizen werden getest; 4 muizen werden uitgesloten omdat zij niet betrouwbaar prikken om het voedsel wapening halen tijdens de training of niet in staat om de e voltooienntire procedure. A: * p <0,05 versus CD, IDS, IDS2, IDS2Re en EDSRe; B: * p <0,05 versus CD, IDS2, IDS2Re en EDSRe. A en B: #p <0,05, ## p <0,005 versus CD, IDSRe en IDS2Re. C: * p <0,05 versus IDS2, IDS2Re en EDSRe. Merk op dat de muizen konden het gehele taak in 5-9 dagen bij alle experimenten gerapporteerd in Figuren 3-4. Gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in 'De ultieme intra- en extradimensional Attentional Set-Shifting taak voor Mice' ^19. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5. Wildtype C57BL6J mannelijke muizen prestaties in de 'twee-dimensie' ID / EDOperon taak. (A) Trials, (B) de tijd (in minuten) en dagen nodig criterium bij de verschillende stadia van de ID / ED operon taak behulp van een twee-dimensie paradigma bereiken. (C) Tijd (in seconden) is verstreken tussen de opening van de verdeler deur en een neus-poke respons (latency reactie) tijdens de verschillende fasen van de taak. Een totaal van 13 muizen werden getest; 3 muizen werden uitgesloten omdat zij niet betrouwbaar prikken om het voedsel wapening halen tijdens de training of niet in staat om de gehele procedure te beëindigen. A en B: #p <0,05 versus CD en IDS2Re, * p <0,05 versus CD, IDS, IDS2, EDSRe. C: * p <0,05 versus IDS2, IDS2Re en EDSRe. Gegevens oorspronkelijk gepubliceerd in 'De ultieme intra- en extradimensional Attentional Set-Shifting taak voor Mice' ^19. Klik hier ombekijk een grotere versie van deze figuur.

Figuur 6. Chronologie van de gehele procedure van het protocol bij ID / ED taak testen.

Stadium	Beschrijving	Extra notities	Referenties
Eenvoudige Discriminatie (SD)
Verbinding Discriminatie (CD)	Stimuli variëren in twee perceptuele dimensies, zoals kleur en vorm voor visuele stimuli in het menselijke taak of tussen de textuur en geur stimuli voor knaagdieren
Omkering leren (CDRE - IDSRe - IDS2Re - EDSRe)	Twee voorbeelds binnen een perceptuele dimensie hebben hun wapening onvoorziene omgedraaid zodat wat was eerder juist dan onjuist en vice versa)	In seriële omkering leren, prestaties verbetert met opeenvolgende binnen ingestelde omkeringen. Zo omkering stadia (bijv., CDRE, IDSRe, IDS2Re) niet alleen beoordelen functie van de verschillende corticale gebieden, maar ook dienen 1) om de cognitieve aandachtsproblemen set uitgedaagd door de EDS podium vormen, en 2) om bijgelovige conditionering te voorkomen dat onbedoelde aspecten van de stimulus	- Letsels van de orbitofrontale cortex bij muizen (Bissonette et al., 2008) en monkyes verminderde Reversal leren (Dias et al., 1996) - FMRI tijdens de uitvoering van de Reversal leren toonde activering van de orbitofrontale cortex (Hampshire en Owen, 2006)
Intradimensional shift (IDS - IDS2)	Novel exemplaren worden geïntroduceerd, maar dezelfde afmeting is versterkt	IDS stadia serve als een cruciale interne controle (dwz., EDS zou moeilijker dan IDS zijn), en ook bijdragen aan de cognitieve aandachtsprocessen set te vormen	Dopamine in de PFC slechtzienden aandachtsproblemen set vorming (Robbins en Roberts, 2007). 6-OHDA gelaedeerde apen niet tonen de klassieke vermindering van de vermindering van fouten van de eerste (IDS1) tot de laatste (IDS5) discriminatie, die verwerving van een aandachtsbias set moet weerspiegelen
Extradimensional shift (EDS)	'stuck-in-set' protocol: eerder irrelevante stimulus dimensie wordt vervangen door een nieuwe impuls dimensie die onmiddellijk relevant wordt	niet verschuiven naar de nieuwe desbetreffende afmeting kan niet worden toegeschreven aan een eerdere leer- dit aspect omdat het was niet eerder ondervonden. Niet Bijgevolg geeft perseveration de eerder betrokken dimensie	- Letsels van de mPFC have geweest show aantasting EDS in muizen (Bissonette et al., 2008), en mokeys (Dias et al., 1996) - Frontale kwab patiënten worden aangetast in het stuck-in-set 'perseveration' staat, maar niet in de 'twee dimensie' staat (. Owen et al, 1993) - Dopamine in de mPFC gemoduleerde EDS prestaties bij muizen (Papaleo et al, 2008;.. Scheggia et al, 2014) en ratten (Tunbridge et al., 2004)
	'twee dimensies' protocol: de eerder irrelevant dimensie wordt versterkt	een schijnbare gebrek aan aandachtsproblemen set verschuiven kan ontstaan ​​wanneer een onderwerp is in staat om de aandacht te verschuiven van een eerder relevante dimensie (wanneer het wordt irrelevant), maar is niettemin niet in staat om de aandacht te richten op de nieuwe relevante dimensie	- Letsel van de mPFC bij ratten (Birrell en Brown, 2000) verminderde EDS shift - FMRI tijdens de uitvoering van de EDS is gebleken activering van de ventro laterale PFC (Hampshire en Owen, 2006)60;

Tabel 2: Fasen van de ID / ED O Peron taak Beschrijving van de stadia van de taak, met inbegrip van verwijzingen naar de laesie en farmacologische studies naar de rol van de hersengebieden die betrokken zijn bij de verschillende constructies getest tijdens de taak..

Discussion

In deze studie presenteren we een nieuwe geautomatiseerde twee kamers ID / ED "Operon" taak voor muizen die in staat is om de cognitieve flexibiliteit door omkering leren, aandachtsproblemen set vorming en verschuivende betrouwbaar te meten. Dit paradigma is analoog aan de WCST en ID / ED taken gewoonlijk in mensen en andere primaten en overwint de belangrijkste beperkingen van de eerdere versies voor knaagdieren. Dit paradigma Operon kan worden gebruikt als een nieuwe doeltreffend middel om grote geneesmiddel en / of genetische screenings cognitieve (dys) relevante functies bij muizen met een hoge relevantie voor translationele geneeskunde.

Deze geautomatiseerde taak hebben de volgende voordelen ten opzichte van eerder gebruikte ID / ED taak voor knaagdieren: (1) het is minder arbeidsintensief procedures dan de handgeschakelde versies (bijvoorbeeld de software regelt alle fasen van de taak, sterk verminderen van de interventies door het. experimentator); (2) het elimineert elke bron van subjectiviteit in de gemeten parameters (bijv, de experimentator is niet verplicht om te beoordelen of het dier daadwerkelijk heeft een keuze gemaakt respons); (3) het elimineert de mogelijkheid dat muizen-versterking gerelateerde signalen kunnen volgen om een reactie te maken (dat wil zeggen, de beloning wordt altijd automatisch geleverd in het centrum tijdschrift); (4) het vermijdt willekeurige omgevingsomstandigheden (bv gebruik van doolhoven en apparaten van verschillende maten / materialen, gebruik van handmatig voorbereid cue stimuli); (5) het maakt manipulatie van drie verschillende dimensies met een groot aantal verschillende stimuli, in overeenstemming met de overeenkomstige menselijke taken in de klinische setting. Hier presenteren we alleen gegevens van muizen, maar dezelfde voordelen kunnen ook worden verwacht voor ratten.

Er zijn kritische stappen in de taak, die intern construct-validiteit parameters die gebruikt kunnen worden om areliable aandachtsproblemen-set verschuivende prestaties te identificeren zijn: i) slechtere prestaties in de EDS compared naar vorige ii stadia) een algemene verbetering van IDS om IDS2; iii) een specifieke verbetering van de opeenvolgende omkering fasen, als de meer een dier is getraind in binnen-set omkeringen, des te beter moet presteren op latere binnen ingestelde omkeringen ^20; iv) betere prestaties in de EDSRe opzichte van de EDS. Deze roman ID / ED operon taak presenteert al deze functies, in overeenstemming met eerdere studies bij primaten met de Cantab ID / ED taak en bij knaagdieren met behulp van de handleiding "graven" versie ^12,13. Bovendien, elke fase van deze geautomatiseerde taak werd geleerd in een equivalent aantal proeven ongeacht de relevante / irrelevante dimensie gebruikt (dat wil zeggen, geur, textuur en licht) ^19. Dit toonde aan dat alle stimuli gebruikt hebben soortgelijke saillantie en zijn geschikt voor aandachtsproblemen set-vorming en / of verschuiven. Onze experimenten tonen aan dat de moeilijkheid bij het oplossen van de EDS ook benadrukt door de toename van de reactietijden. Verwerkingstijdneemt toe tot een optimale nauwkeurigheid te handhaven tijdens harder discriminatie ^21. Dus, gezien de vertraging te reageren als een index van de snelheid van informatieverwerking, besluitvorming en het oplossen van problemen ^18, hoe langzamer latencies tijdens de EDS zou een strategie aangenomen om de moeilijkheden bij het ​​oplossen van de set-shifting geconfronteerd weerspiegelen.

We hebben aangetoond dat onze nieuwe inrichting effectief kan worden gebruikt met de meer 'klassieke' attentional ingestelde verschuivende paradigma dienst slechts twee dimensies gedurende de proef (dwz de tweedimensionale) of een vast-in-set paradigma, waarbij gebruik wordt drie dimensies. Afhankelijk van het cognitieve domein plaats, is het mogelijk om de meest geschikte protocol selecteren. Beide paradigma zijn eerder gebruikt bij mensen, primaten en knaagdieren ^7,12-17. Echter, de stuck-in-procedure is in staat om onderscheid te maken tussen de verschillende componenten van de set-shifting en is amerts selectieve maatregel van de frontale kwab functioneren in menselijke patiënten ^7,22. Bovendien is een probleem dat kan optreden in de tweedimensionale paradigma is geleerd dat irrelevant zou vertekening van de resultaten. Geleerde irrelevantie perseveration verwijst naar het onvermogen om bij te wonen en te leren over de informatie die eerder was irrelevant ^7. Deze situatie kan zich voordoen in de EDS fase van het twee-dimensie paradigma als onderwerp moet de aandacht verleggen naar de eerder irrelevant dimensie. In dit geval is het bijna onmogelijk om te onderscheiden of een EDS tekort vanwege het onvermogen om de aandacht te verschuiven van een eerder relevante afmeting en / of het onvermogen om de aandacht nu verschuiven naar een eerder irrelevante dimensie. Waardevermindering kan dan gewoon weerspiegelen de actieve remming van het reageren op een dimensie die eerder irrelevant gemaakt door de willekeurige associatie met het versterken van feedback. Daarentegen, in het stuck-in-set condition, niet verschuiven naar de nieuwe desbetreffende dimensie kan niet worden toegeschreven aan alle eerdere leren over deze dimensie, omdat het nog niet eerder meegemaakt. Niet Bijgevolg geeft perseveration de eerder desbetreffende dimensie. Tot slot, zelfs als in de normale wild-type muizen de 'stuck-in-set' en de 'twee-dimensie' aandachtsproblemen-set verschuivende paradigma zou vergelijkbare resultaten te produceren, we nadrukkelijk de voorkeur aan de stuck-in-set perseveration om de redenen besproken boven.

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Plexiglas wanden en aluminium vloer	Op maat gemaakt		(16 x 16 x 16 cm voor elke kamer)
Plexiglasdeur	Op maat gemaakt
PC	Dell Inc.
MED-PC IV software	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	op maat gemaakt	Gebruik een operante code om automatisch de presentatie van de stimuli en de volgorde van de fasen te regelen
Neus-poke gat	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-314M
Voedsel magazine	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-303M
Pelletdispenser voor voedselversterking	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-203-14P
Huislicht	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-315M
Verdunnings olfactometer	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	PHM-275
Vloeibare geuren	(Sigma Aldrich, Dorset, UK)		(zie Tabel 1)
Mineralolie	(Sigma Aldrich, Dorset, UK)	M5904
Luchtpomp en vacuüm	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	PHM-280	Vacuüm wordt aanbevolen voor geurenverwijdering aan het einde van elke proef
Lichtemitterende diodes (LED)			Hoge intensiteit, transparante edelsteen, 3 mm
Vloerbedekking			3x3 cm
Versterkingspellets	TestDiet	5TUL 14mg	Voor muizen