New Variations for Strategy Set-verschuiving in het Rat

Samenvatting

Set-shifting, een vorm van gedrags- flexibiliteit, vereist een attentional verschuiving van de ene stimulus naar de andere dimensie. We verlengden een gevestigde knaagdier set-shifting taak ¹ door te eisen dat de aandacht voor verschillende stimuli op basis van context. De taak werd gecombineerd met specifieke letsels aan neuron subtypen ten grondslag liggen aan een succesvolle verandering te identificeren.

Samenvatting

Behavioral flexibiliteit is essentieel voor overleving in veranderende omgevingen. In grote lijnen gedefinieerd, behavioral flexibiliteit vereist een verschuiving van behavioral strategie op basis van een verandering in het bestuur van de regels. We beschrijven een strategie-shifting taak die een verschuiving van aandacht van de ene stimulus dimensie naar een andere vereist. Het paradigma wordt vaak gebruikt voor het testen van cognitieve flexibiliteit bij primaten. De knaagdier versie is niet zo uitgebreid ontwikkeld. We hebben onlangs uitgebreid een gevestigde ingestelde verschuiving taak in de rat ¹ door te eisen dat de aandacht voor verschillende stimuli op basis van context. Alle experimentele voorwaarden die dieren ofwel een linker of rechter hendel kiezen. Aanvankelijk alle dieren moesten kiezen op basis van de locatie van de hefboom. Vervolgens werd een verandering in de regel plaatsvond, die een verschuiving in set van locatiegebaseerde regel regel waarin de juiste hefboom bleek uit een lichte cue vereist. We vergeleken de prestaties op thrêe verschillende versies van de taak, waarin het licht stimulus was of nieuw, voorheen relevant of eerder irrelevant. We vonden dat specifieke neurochemische laesies selectief slechtzienden de mogelijkheid om bepaalde soorten set verschuiving te maken, zoals gemeten door de prestaties van de verschillende versies van de taak.

Inleiding

Behavioral flexibiliteit is een belangrijke voorwaarde om te overleven in een veranderende wereld. Een van de gevestigde gedragsparadigma's voor het testen van deze mogelijkheid is set-verschuiving, waarbij een verschuiving van de aandacht van een stimulus naar de andere dimensie nodig voor het veranderen handelingsstrategieën na een verandering in regel. Verschillende hersengebieden zoals de prefrontale cortex en striatum zijn betrokken bij set schakelende ^{2, 3, 4, 5.} Neurale mechanismen hiervoor is onderzocht tussen verschillende soorten, waaronder de mens ^{5, 6} apen en ratten ^{1, 7, 8, 9.} Echter, de rat versies van-set verschuivende taken zijn niet zo uitgebreid ontwikkeld. De kosteneffectiviteit van ratten, hun juiste maat voor stereotaxische operatie, en de beschikbaarheid van de recent ontwikkelde genetische methoden ^10, motiveren verdere ontwikkeling van set verschuivende paradigma's voor gebruik bij ratten.

Een typische set verschuivende paradigma voor ratten vereist een verandering tussen twee gedragsstrategieën: bijvoorbeeld, een reactie strategie en een visuele cue-strategie. Ratten aanvankelijk één van twee beschikbare opties (bijvoorbeeld links of rechts hefbomen per operant automatische versie ¹ of links of rechts armen in een T-doolhof versie ^{7, 8, 9, 11)} te selecteren. Na een set shift, ze hebben om over te schakelen naar het gebruik van een visueel-cue strategie, zoals een lamp cue met vermelding van de juiste kant. In deze conventionele set verschuiven taken, is het noodzakelijk om aandacht van de ene stimulus dimensie andere dimensie die voorheen niet relevant was.

NHOUD "> Naast het wijzigen van een afmeting die eerder irrelevant was, is er ook de logische mogelijkheid dat een stimulus voorheen relevant of voordien niet nu nieuwe. werkelijke situaties van aard kan aandacht leiden op een nieuwe, of historisch relevant, maar niet cruciaal cue. Daarom hebben wij deze subtypen van set-shift, in een nieuwe variant van knaagdieren set-shifting op basis van een eerder vastgestelde geautomatiseerde-set verschuiven taak ^1.

We hebben onlangs aangetoond dat het gebruik van de nieuwe versie van ingestelde verschuiving paradigma een experiment om het effect van neurochemisch specifieke letsels van het striatum ¹² bepalen. In onze vorige studie gericht we cholinergische interneuronen vrijgeven van acetylcholine (ACh) van de dorsomediale en ventrale striatum sinds ACh en de subgebieden zijn betrokken bij behavioral flexibiliteit. Alle experimentele omstandigheden eiste dezelfde strategische verschuiving but elke betrokken verschillende soorten aandachtsproblemen shift: een roman, die eerder relevant of eerder irrelevante cue. We beschrijven hier gedetailleerde procedures van de paradigma's, en markeer representatieve resultaten suggereren dat striatum cholinerge systemen een fundamentele rol in set-shifting, die scheidbaar tussen verschillende striatum subregio's, afhankelijk van gedragsproblemen contexten ¹² spelen.

Protocol

Alle procedures voor het gebruik van dieren werden goedgekeurd door de Animal Care en gebruik Comite op de Okinawa Institute of Science and Technology.

1. Dieren

1. Het verkrijgen van mannelijke Long-Evans ratten (250-300 g bij aankomst).
2. Bij aankomst, het huis van een groep van twee of drie ratten samen voor een week en later scheiden ze in afzonderlijke kooien. Merk op dat deze proefopzet betreft voedsel-beperking en moet een dier houden in elke kooi om de hoeveelheid geconsumeerd voedsel beheersen.
3. Zorg voor alle dieren met voedsel en water ad libitum, en huisvesten ze onder normale omstandigheden (12 uur / 12 uur licht / donker-cyclus, bij 23 ° C).
4. 5 dagen voor het begin van gedragsexperimenten, food-beperken dieren bij ongeveer 85% van hun gemiddelde gewicht met vrije toegang tot water gedurende experimenten.
5. Handvat dieren gedurende 5 minuten per dag gedurende minimaal 5 dagen voor het begin van experimenten om t vertrouwdboord met een experimentator.

2. Hardware en Software for Behavioral Tests en Analyses

1. Hardware
   1. Gebruik een operante kamer uitgerust met een geluid verzachtende doos.
   2. De kamer is opgenomen met een aantal extra bijlagen: twee recipiënt hendels aan de voorkant, twee lichte signalen boven de hefbomen, een tijdschrift plek met een sensor voor detectie van ingang waar tussen twee hefbomen, een voedseldispenser, een zuivere toongenerator en huis licht op het achterpaneel.
2. Software
   1. Controle alle gedrags-evenementen in het kader van een geprogrammeerde code geschreven door Trans IV software. Gebruik Med-PC IV software te signaleren en opsporen van alle gedragsproblemen gebeurtenissen tijdens de training en een test.
   2. Gebruik Trans IV voor het schrijven van code voor gedragsverandering testen. Open een nieuw bestand voor schrijven.
   3. Zodra het programma is geschreven, vertalen en het compileren in de software. Wijzig de code als er fouten zijngedetecteerd en probeer het opnieuw.
   4. Na het succesvol debuggen van een programma, controleer dan of de code gebruiker goed werkt door het uitvoeren van een trial-run voor de eigenlijke start van de experimenten.
   5. Met behulp van MED-PC IV, lopen gedragsexperimenten. Open de software, klikt u op "openbare zitting" en een enkel programma toe te wijzen aan elk vak.
   6. Nadat alle programma's correct zijn toegewezen aan elke doos, sturen signalen die nodig zijn om experimenten te starten.
   7. Na de voltooiing van de taak, gegevens op te slaan als het klikken op "Save Data" of schrijf code om automatisch data op te slaan (voor details, zie de handleiding programmeur voor het MED-PC IV).
   8. Zodra gegevens worden geëxporteerd naar een aangewezen map, de naam van de gegevens als datum van verwerving en dierlijke ID-nummers voor later gebruik. De verzamelde gegevens worden geïmporteerd in Matlab voor gedragsverandering analyses hieronder (Protocol, 3.7) beschreven.

3. Behavioral Training en testen

1. Gewenning en Magazine training.
   1. Presenteer geen hefbomen voor dieren tijdens die fasen.
   2. Tijdens de gewenning fase plaatst dieren per operant kamer gedurende 20 minuten per dag. Op dezelfde dag, geef 10 sucrose pellets (45 mg) om de dieren in hun kooi, die hen vertrouwd te maken met de sucrose beloning.
   3. Vervolgens beginnen tijdschrift training. Plaats dieren in de kamer en geeft 20 sucrose pellets (1 pellet per minuut) aan de dieren, die een kans om de locatie van de voedseldienblad en verkrijging van pellets leren.
      LET OP: Deze fasen kunnen worden overgeslagen als gevolg van mogelijke verwarring van de dieren op het verkrijgen van een pellet zonder operante respons, hoewel we hen genomen maatregelen om de dieren vertrouwd gemaakt met een kamer en eten uit een voedseldienblad maken.
2. Continue versterking schema
   1. Train dieren op een continue versterking schema om een ​​beloning te krijgen door het indrukken van een hefboom. Een sessie van deze opleiding duurt tot 60 pellets been ontvangen (60 hefboom-persen) of 40 minuten is verstreken.
   2. Aanwezig de linker- of rechter hendel in de eerste helft van een sessie (tot en met 30 pellets worden verkregen), gevolgd door de presentatie van het andere hefboom in het tweede halfjaar. De order wordt afgewisseld dagelijks.
   3. Ga door met deze versterking schema tot dieren met succes hebben verkregen 60 beloningen voor ten minste 2 opeenvolgende dagen. Merk op dat er een hoge variabiliteit kan worden onder de dieren van hoe snel ze de eerste hefboom-press en dit kan de voortgang van de wapening aantasten. In dit geval, doe er een paar sucrose pellets op een gepresenteerde hefboom om hen te motiveren om te benaderen in de richting van de hendel wanneer er geen antwoord is gemaakt over de eerste sessie.
      Opmerking: Een mogelijk alternatief is sucrose pellets wanneer de hendel eerste dieren om de voltooiing van deze fase sneller gepresenteerd gezet.
3. Tijdschema voor een proefperiode in hefboom-press training en testen.
   1. Start een proef met een 3 sec (s) toon.
   2. 2 seconden na de beëindiging van de toon, heden twee hendels en toestaan ​​dat dieren ofwel hefboom in te drukken binnen 10 sec. In het geval dat er geen reactie wordt gemaakt binnen 10 s, trekken beide hendels en tel deze studie als een omissie trial.
   3. In het geval van de hefboom pers training, alleen aanwezig een hendel aan beide zijden.
   4. In de meeste experimentele condities, was er een lichtstimulus boven een van hefbomen. Doe het licht cue op meteen na de toon ophoudt en uit te schakelen wanneer dieren hebben een respons gedaan of in 10 seconden na hendel inbrengen wanneer er geen antwoord is gemaakt.
   5. Stel inter-proces intervallen bij 20 ~ 30 sec.
4. Lever-pers training
   1. In deze training fase, presenteren geen licht aan dieren.
   2. Train dieren in het kader hefboom-press training voor 5-8 sessies met hetzelfde tijdschema voor een proefperiode als testsessies hieronder beschreven.
   3. in this training, aanwezig links of rechts hendel willekeurig, en de hefboom moet binnen 10 seconden worden ingedrukt nadat de hendel wordt voorgelegd of het proces wordt geteld als een omissie zonder reactie. Een sessie voor de hefboom pers training bestaat uit 80 trials.
   4. Zodra de dieren minder dan 10% van de omissies moeten scoren van de 80 proeven, verplaatsen naar de volgende bijwerkingen bias-test.
5. Side-vooringenomenheid-test
   1. Voer een side-vooroordeel test om de voorkeur van het dier vast te links of rechts hendel ^1. Een proef met zich meebrengt twee hefboom-persen aan beide zijden.
   2. Plaats dieren in een operante kamer en hen in staat stellen om ofwel hendel te kiezen. In de volgende poging, dieren naar de andere hefboom om een ​​beloning te verkrijgen kiezen. Als tweede poging dier is aan dezelfde zijde van de eerste reactie, geven geen beloning en het proces voortgezet totdat een antwoord wordt gemaakt aan de andere kant.
   3. Voer een totaal van 7 trialsopzij voorkeur dier bepalen.
6. Testing.
   1. Een dagelijkse sessie bestaat uit 80 trials.
   2. Bereid drie verschillende voorwaarden ingestelde verschuiving procedures zoals weergegeven in figuur 1.
   3. Alle drie voorwaarden vereist dieren gedragsstrategieën eveneens verandert van één hendel is altijd aan dezelfde kant (Fase 1, responsstrategie) naar aanleiding van een licht signaal dat een juiste zijde (Phase 2, visuele aanwijzing strategie) aangeeft.
   4. Begin met de eerste leren tot een strategie (fase 1) voor 4 sessies waarin dieren een hefboom in te drukken op basis van de locatie van hefbomen. In deze fase, stel de juiste kant van de hefboom tegenover hun voorkeur gebaseerd op een voorafgaande side bias test zoals hierboven vermeld.
   5. Vervolgens beginnen visuele cue leren (fase 2) voor 10 sessies. Een licht cue boven ofwel hefboom verlicht wijst op een correcte hefboom. In deze fase verschuiving, drie different patronen van attentional verschuivingen vergelijkbaar tussen drie experimentele condities zoals beschreven onder (3.3.6-3.3.8).
   6. In set-shift voorwaarde 1 (figuur 1A), geven geen licht in fase 1, maar een lichte cue geeft aan de juiste kant in fase 2. In toestand 1, daarom moeten de dieren bij te wonen om een nieuwe prikkel.
   7. In set-shift conditie 2 (Figuur 1B), presenteren een lichte cue boven de juiste hendel in fase 1, en opnieuw in fase 2. In deze toestand, had het licht cue betrokken geweest, maar niet per se nodig is voor het maken van een keuze in fase 1. Zo moeten de dieren bij te wonen om een ​​eerder relevant cue.
   8. In set-shift conditie 3 (figuur 1C), zet een lichte cue willekeurig bovenstaande links of rechts hendel in fase 1. Dus het moet worden genegeerd. In fase 2 dieren nodig zijn om aandacht te besteden aan het licht stimulus die eerder irrelevant is geweest.
7. Gedragsanalyse.
   1. Gedurende sessies meet het percentage van de juiste antwoorden op een dagelijkse basis, met uitzondering van verzuim trials.
   2. Graaf fouten opgedaan tijdens 10 sessies van visuele cue leren en classificeren ze in perseverative, regressief of nooit versterkte fouten zoals beschreven in een eerdere studie ^1. Er is een gedetailleerde analyse van de soorten fouten suggereert afzonderlijke functies in set-shifting.
   3. Definieer perseverative fouten onjuiste antwoorden op de eerder juiste hefboom terwijl de prestaties dier onder kansniveau ^{4, 6, 13, 14, 15} nog steeds. Soortgelijke criteria zijn gebruikt in eerdere studies ^{1, 3, 7, 11.}
   4. Gebaseerd op een principiële wijze bepalen criteriumscheiden tussen perseverative en regressieve fouten als het punt waar het dier eerste scoorde minder dan 8 van 10 onjuiste antwoorden (kans op het maken van fouten 8/10 of meer = 0,054, gebaseerd op cumulatieve binomiale verdeling) in een bewegend raam van 10 proeven .
   5. Om dit punt te vinden, start het berekenen van een voortschrijdend gemiddelde van het venster 10 proces ^vanaf 1 proces en vervolgens vooraf door een proef in tot <8/10 fouten worden gemeten. Voeren deze analyse over alle onderzoeken waarbij een licht cue boven de eerder verkeerde hendel brandt tijdens visuele hint strategie.
   6. Definieer alle volgende fouten begaan na dit punt als regressieve fouten.
   7. Tijdens visuele cue leren tellen nooit versterkte fouten bij dieren reageerden op een eerder verkeerde hendel aan waarin het licht cue niet verlicht was. Verdeel ze in een vroege of late gedeelte op basis van de leerfase; fouten gemaakt in de eerste helft van de 10 sessies (session 1-5) in een vroeg stadium beschouwd en die in de tweede helft (sessie 6-10) worden beschouwd als te laat degenen.

Resultaten

We gebruikten de set-verschuivende taken hierboven beschreven om de functie van cholinergische interneuronen in behavioral flexibiliteit onderzoeken strategie. We vergeleken het effect op de functie van immunotoxine-geïnduceerde selectieve lokalisatie van cholinerge interneuronen in dorsomediale (DMS), ventrale striatum (VS) en met zoutoplossing geïnjecteerde controle. Alle dieren hadden overschakelen van het kiezen van een hefboom gebaseerd op de zijde (links of rechts), het kiezen op basis van een cue licht boven de j...

Discussie

We ontwikkelden nieuwe variaties op de gevestigde-set verschuivende paradigma voor gebruik bij ratten. Het gebruik van deze paradigma's, cholinerge laesies van het striatum bleken set-shifting aantasten, hetgeen duidt op een specifieke rol van striatale cholinerge interneuronen in set-shifting: onderdrukking van een oude regel en faciliteren van onderzoek voor een nieuwe regel. De effecten verschilde dorsomediale en ventrale striatum, overeenkomstig de andere rol van deze structuren bij het leren.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Standard Modular Test Chamber	Med Associates	ENV-008
Low Profile Retractable Response Lever	Med Associates	ENV-112CM
Stimulus Light for Rat	Med Associates	ENV-221M
Switchable Dual Pellet/Dipper Receptacle for Rat	Med Associates	ENV-202RM-S
Head Entry Detector for Rat Receptacles	Med Associates	ENV-254-CB
Modular Pellet Dispenser; 45 mg for Rat	Med Associates	ENV-203M-45
Sonalert Module for Rat	Med Associates	ENV-223AM	4,5 kHz beschikbaar (ENV-223HAM)
House Light for Rat Chambers	Med Associates	ENV-215M
SmartCtrl Interface Module, 8 input/16 output	Med Associates	DIG-716B
SmartCtrl Connection Panel, 8 input/16 output	Med Associates	SG-716B
45 mg Tablet-Fruit Punch	TestDiet	1811255	Verschillende smaken beschikbaar