De 5-Keus Serial Reaction Time Taak: Een taak van aandacht en impulscontrole voor Knaagdieren
10 augustus 2014
Dit protocol beschrijft de 5-keuze seriële reactietijd taak die een operant gebaseerde taak gebruikt om aandacht en impulscontrole bij knaagdieren bestuderen. Testdag uitdagingen, die een wijziging van de standaard taak zijn, de flexibiliteit van de taak en kan worden gecombineerd met andere manipulaties vollediger karakteriseren gedrag.
Het algemene doel van deze procedure is om ratten te trainen en te testen op de vijf keuze seriele reactietijdtaak, of vijf CS RTTA-taak van ruimtelijke aandacht en impulscontrole. Dit wordt bereikt door eerst ratten te trainen om suikerpellets uit een voedselmagazine te halen. In de tweede stap worden de ratten getraind om met hun snuit in een verlichte opening te prikken om een suikerpelletbeloning uit het magazine te halen.
Vervolgens wordt de moeilijkheidsgraad van de taak verhoogd door de duur van de stimulus te verkorten en de tijd tussen de proeven te verlengen. Uiteindelijk kunnen veranderingen in de prestatie van specifieke taakparameters worden geïnterpreteerd om te bepalen of aandacht of impulscontrole wordt beïnvloed door een bepaalde manipulatie. Het grote voordeel van deze taak is dat deze kan worden gecombineerd met neurochemische genetische of neuro-anatomische manipulaties om een beter begrip te krijgen van hoe deze factoren betrokken zijn bij de regulatie van aandacht en impulscontrole.
Voor de demonstratie laten we de deuren naar de geluidsdempingskamer open. Wanneer u uw ratten traint, wilt u de deuren sluiten. De vijf CS RTT-apparatuur is gehuisvest in een geventileerde, geluidsdempingsgeoriënteerde operante conditioneringskamer met twee plexiglas zijwanden en een roestvrijstalen roostervloer.
De aluminium voorwand is afgerond en bevat vijf snuitprikbuitjes, elk uitgerust met een lichtemitterende DDE en een infraroodsensor die in staat is om de invoeging van de snuit van de rat te detecteren. De aluminium achterwand bevat het voedselmagazine, dat is verbonden met een pelletdispenser en is uitgerust met een infraroodsensor en een kleine gloeilamp. De gloeilamp voor het huis, een vaste aan de bovenkant van de achterwand, kan de hele kamer verlichten.
En de vijf CS RTT-apparatuur is verbonden met een computer die de operante kamer bestuurt en de gegevens verzamelt. Training op de vijf keuze seriele reactietijdtaak vindt plaats in verschillende stadia en duurt enkele weken zoals beschreven in de tabel. Train de dieren op een standaardtijd elke dag gedurende minimaal vijf dagen per week. In dezelfde operante kamer. Voor de eerste sessie introduceer 45 milligram suikerpellets aan de ratten in hun kooigeheugen.
Om neo fobie te minimaliseren en ervoor te zorgen dat de dieren suikerpellets uit het voedselmagazine halen. Om de training te starten, plaats de ratten eerst in de operante kamer met de ventilatoren aan en de openingen afgesloten. Laat de ratten vijf minuten wennen aan de kamer.
Vervolgens leveren we suikerpellets aan het magazine volgens het juiste experimentele schema aan het einde van een dagelijkse trainingssessie voor het magazine. Let op of de suikerpellets zijn geconsumeerd. Zodra de dieren de pelletretrieval onder de knie hebben.
Begin met de vijf CS RTT-training. Laat eerst het dier wennen aan de kamer met de ventilatoren aan zoals zojuist is gedemonstreerd. Belicht vervolgens het magazinelicht en lever een suikerpellet af.
Op de eerste paar trainingsdagen kan het nodig zijn om snuitprikken in de openingen te stimuleren door suikerpellets in elk van de gaten te plaatsen. De eerste proef begint wanneer het appellaat wordt opgehaald. Aan het begin van elke proef is er een interval tussen de proeven waarin alleen het huislicht brandt.
Aan het einde van het interval tussen de proeven wordt een van de openinglichten pseudo-willekeurig verlicht voor de voorgeschreven stimulusperiode, en de rat mag reageren gedurende de duur van de beperkte houdcorrectie. Proefreacties van snuitprikken in de verlichte opening worden beloond met de levering van één voedselpellet en verlichting van het magazine. Bij pelletopname wordt het magazinelicht gedoofd en wordt de volgende proef gestart.
Onjuiste proefreacties van snuitprikken in niet-verlichte openingen en weglatingen. Dat wil zeggen, het niet reageren tijdens de beperkte houdtijd, worden gestraft door het huislicht uit te doven voor een time-out. Het einde van de time-out en het begin van de volgende proef worden gesignaleerd door het huislicht te verlichten.
Reacties tijdens het interval tussen de proeven worden geregistreerd als voortijdige reacties en worden bestraft met een time-outperiode en elke trainingssessie na 90 proeven of 30 minuten, wat het eerst voorkomt. Het duurt enkele weken om door de verschillende trainingsfasen te gaan. De ratten promoveren alleen van de ene trainingsfase naar de volgende als ze de criteria prestatie voor die trainingsfase bereiken.
Testen met uitdagingen op testdagen kan pas beginnen zodra de dieren een stabiele prestatie hebben bereikt. In de laatste trainingsfase gebruikt u testdaguitdagingen zoals beschreven in de tabel. Om het gedrag van het dier verder te onderzoeken, berekent u de basisprestatie van de rat door de prestatie gedurende de laatste drie tot vijf sessies te berekenen.
Een aanpak om de aandachtseisen van de taak te variëren, is het veranderen van de duur van de stimulus. Naarmate de stimulusduur afneemt, neemt het percentage nauwkeurigheid af en nemen de procentuele weglatingen toe. Kortere stimulusduur verhoogt dus de aandachtseisen van de taak en langere stimulusduur verlaagt de aandachtseisen van de taak.
Een andere aanpak is om de prestaties van het dier te onderzoeken. Door de interval tussen de proeven te wijzigen, verlaagt het verminderen van het interval tussen de proeven het percentage nauwkeurigheid en verhoogt het de procentuele weglatingen vanwege de korte duur van het interval tussen de proeven. Het aantal voortijdige reacties neigt ook te verminderen, zoals geïllustreerd in deze grafieken.
De responsremming of impulsiviteit kan ook systematisch worden uitgedaagd in de vijf CS RTT door de duur van het interval tussen de proeven te verlengen. Het verlengen van het interval tussen de proeven verhoogt op betrouwbare wijze het aantal voortijdige reacties dat wordt gepleegd zonder systematische effecten op andere prestatiematen. Deze gegevens illustreren dat het blokkeren van corticale GABA-synthese met intraprefrontale cortexinfusies van de glutamaatzuur decarboxylase-remmer L-allo glycine weglatingen verhoogt, maar de procentuele nauwkeurigheid in een standaard vijf CS RTT niet beïnvloedt om een beter begrip te krijgen van
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol beschrijft de 5-keuze seriële reactietijdtaak, een operante taak die wordt gebruikt om aandacht en impulsbeheersing bij knaagdieren te bestuderen. De taak kan worden aangepast met uitdagingen op de testdag om de flexibiliteit te vergroten en het gedrag beter te karakteriseren.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Gedragspsychologie
- Knaagdiermodellen
Achtergrond
- De 5-keuze seriële reactietijdtaak beoordeelt de ruimtelijke aandacht en impulsbeheersing.
- Ratten worden getraind in het ophalen van beloningen, wat de meting van gedragsresponsen mogelijk maakt.
- De moeilijkheidsgraad van de taak kan worden aangepast om verschillende aspecten van aandacht en impulsbeheersing te evalueren.
- Deze taak kan worden gecombineerd met diverse manipulaties om onderliggende neurochemische en genetische factoren te onderzoeken.
Doel van het onderzoek
- Om ratten te trainen en te testen op de 5-keuze seriële reactietijdtaak.
- Om de effecten van verschillende manipulaties op de aandacht en impulsbeheersing te onderzoeken.
- Om het begrip van de neurobiologische mechanismen die deze gedragingen reguleren te vergroten.
Gebruikte methoden
- Het trainen van ratten om suikerpellets uit een voerbakje op te halen.
- Het trainen van ratten om voor beloningen met hun neus in verlichte openingen te duwen.
- Het aanpassen van taakparameters, zoals de stimulusduur en de intervallen tussen de proeven.
- Het combineren van de taak met neurochemische en genetische manipulaties.
Belangrijkste resultaten
- Veranderingen in de taakprestaties geven de impact aan van specifieke manipulaties op de aandacht en impulsbeheersing.
- De taak maakt een gedetailleerde analyse van gedragsreacties bij knaagdieren mogelijk.
- Flexibiliteit in het taakontwerp helpt bij het begrijpen van complexe gedragskenmerken.
- De verkregen inzichten kunnen toekomstig onderzoek naar aandachtstoornissen informeren.
Conclusies
- De 5-keuze seriële reactietijdtaak is een waardevolle tool voor het bestuderen van aandacht en impulsbeheersing bij knaagdieren.
- Modificaties aan de taak vergroten de bruikbaarheid ervan in gedragsonderzoek.
- Het combineren van deze taak met andere manipulaties kan het inzicht in neurobiologische mechanismen verdiepen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
De 5-keuze seriële reactietijdtaak (5CSRTT) biedt een kwantitatieve gedragsmatige assay voor het evalueren van aandacht en impulsbeheersing in knaagdiermodellen, ter ondersteuning van targetvalidatie bij de ontdekking van neuropsychiatrische geneesmiddelen. Door systematische manipulatie van taakparameters mogelijk te maken, faciliteert de assay mechanische risicoreductie van verbindingen die cognitieve domeinen beïnvloeden die relevant zijn voor aandoeningen zoals ADHD en schizofrenie. De compatibiliteit met farmacologische, genetische en neurochemische interventies maakt integratie in vroege discovery-workflows mogelijk om het voorspellende vertrouwen in target-engagement en functionele uitkomsten te verbeteren.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om therapeutische hypothesen met betrekking tot aandachts- en inhibitiecontrolepaden te onderzoeken via kwantificeerbare gedragsmatige read-outs.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie door effecten op specifieke cognitieve domeinen te isoleren, onafhankelijk van storende factoren zoals sedatie of locomotorische veranderingen.
- Voorspellende waarde: Verbetert de triage van de portfolio door onderscheid te maken tussen aandachtsspecifieke en impulscontrolespecifieke effecten van farmacologische manipulaties.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid van de assay: Genereert gestandaardiseerde, reproduceerbare prestatiemetrieken, waaronder nauwkeurigheid, weglatingen en premature responsen voor compound-screening.
- Schaalbaarheid: Compatibel met high-throughput gedragstesten wanneer geautomatiseerde gegevensverzameling wordt geïmplementeerd.
- Kwantitatieve output: Levert multidimensionale datastromen die discriminatie mogelijk maken tussen aandachtstekorten, impulsiviteit en motivationele storende factoren.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor ziekten: Modelleert cognitieve endofenotypes geassocieerd met attention deficit/hyperactivity disorder en schizofrenie, wat de afstemming van translationele biomarkers ondersteunt.
- Preklinische continuïteit: Maakt longitudinale beoordeling van cognitieve stabiliteit bij knaagdieren mogelijk, wat risicogestuurde beslissingen over verdere ontwikkeling faciliteert.
- Mechanische risicoreductie: Onthult of waargenomen gedragsveranderingen echte cognitieve effecten weerspiegelen of secundaire motivationele of motorische beperkingen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De 5CSRTT fungeert als een gedragstest in de ontdekkingsfase die bijdraagt aan de identificatie van lead-verbindingen door vroegtijdige inzichten te verschaffen in de cognitieve toxiciteit of werkzaamheid van nieuwe verbindingen die zich richten op netwerken voor aandacht en impulsbeheersing.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothese-testen van neurochemische targets die betrokken zijn bij de corticale regulatie van aandacht en responsinhibitie.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve gedragsresultaten die geschikt zijn voor standaardisatie van assays tussen verschillende laboratoria.
- Analytics: Genereert meerdere afhankelijke variabelen (nauwkeurigheid, weglatingen, premature responsen, latentie), wat multivariate analyse van cognitieve domeinen mogelijk maakt.
- Translationeel Onderzoek: Sluit aan bij klinische cognitieve eindpunten via constructvaliditeit bij het modelleren van aandachtskenmerken en impulsieve trekken.
- Enterprise Hergebruik: Vormt een gevalideerd, overdraagbaar platform voor cognitieve beoordelingen over verschillende projecten heen bij de ontwikkeling van geneesmiddelen voor het centraal zenuwstelsel (CNS).
Operationele impact en impact op de onderneming
- Wetenschappelijke waarde: Biedt voorspellende zekerheid bij doelwitvalidatie door mechanismen voor aandacht en impulsbeheersing te isoleren van niet-specifieke prestatiestoornissen.
- Operationele waarde: Garandeert reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde trainingsprotocollen en geautomatiseerde gegevensverzameling, waardoor interlaboratoriumvariabiliteit wordt verminderd.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming door cognitieve tekortkomingen vroegtijdig te identificeren, wat de uitval in een laat stadium van CNS-programma's vermindert.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van verbindingen mogelijk op basis van domeinspecifieke cognitieve profielen in plaats van globale gedragsonderdrukking.
Overwegingen bij de implementatie
- Vereist expertise in de gedragsneurowetenschap bij knaagdieren en technieken voor operante conditionering.
- Afhankelijk van geluidsgeïsoleerde operante kamers uitgerust met nose-poke detectoren, stimuluslampen en pelletdispensers.
- Maakt cross-team standaardisatie van trainingsschema's en prestatiecriteria noodzakelijk om de vergelijkbaarheid van gegevens te waarborgen.
- Omvat overwegingen voor adaptatie bij het vertalen van protocollen naar verschillende knaagdierstammen of soorten.
- Beperkt door de verlengde trainingsduur (meerdere weken) die nodig is om een stabiele basislijnprestatie te bereiken voordat testdaguitdagingen kunnen worden toegediend.
