Match-naar-Sample Test bij ratten vertraagd testen voor metacognitieve reageert met behulp van een op geur gebaseerde
June 18th, 2018
Dit protocol wordt een methode voor het onderzoeken van de mogelijkheid van metageheugen of geheugen bewustzijn, bij knaagdieren beschreven. Het vertraagd-matching-naar-sample geur gebaseerde paradigma is een roman, ecologisch relevante gedrags test nuttig voor het bepalen van de mate waarop knaagdieren adaptief gebaseerd op cognitief toezicht op de sterkte van hun geheugen kunnen reageren.
Het algemene doel van dit experiment is om te bepalen in welke mate knaagdieren metacognitief reageren door proefpersonen geheugentests te presenteren die kunnen worden geweigerd. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen op het gebied van vergelijkende psychologie te beantwoorden, zoals het bepalen van de mate waarin ratten het geheugen controleren. Het grote voordeel van deze techniek is dat het voor ratten relatief eenvoudig is om te leren, omdat het gebruikmaakt van het natuurlijke foerageergedrag en de primaire geurzin van de rat.
Deze techniek is zorgvuldig ontwikkeld om ervoor te zorgen dat de resultaten van gedragstesten geldig en betrouwbaar zijn. We balanceerden bijvoorbeeld het interval tussen de proeven met de setgrootte waaruit de steekproefgeuren werden getrokken, zodat er optimale geheugeninterferentie is. We hadden het idee voor deze methode vanuit vergelijkbare paradigma's met visuele stimuli bij apen, samen met niet-gerelateerde experimenten waarin ratten geuren worden gepresenteerd om te onthouden door in zandgevulde bekers te graven.
Het tekstprotocol beschrijft de assemblage van het testapparaat, de gewenning van ratten aan het testapparaat en het graven in zandbekers voor voedselbeloningen. Zodra een significante voedselvoorkeur is vastgesteld, kan de rat overgaan tot match-to-sample training. Voor deze test moeten vier verschillende bekers met geurzand al zijn voorbereid en niet ouder zijn dan een week.
Bewaar het geurzand in goed afgesloten glazen containers. Elke match-to-sample testsessie bestaat uit zes proeven met tussenpozen van vier minuten. Om deze training te kunnen doorstaan, moet de rat de verborgen beloning correct identificeren in ten minste drie proeven over twee opeenvolgende testsessies.
Om de match-to-sample test op te zetten, giet je een half kopje van elk geurzand in vier bekers. Volg vervolgens de willekeurig toegewezen positie door de software en plaats de bekers op gelijke afstand van de entreedeur in het taakgebied van het apparaat. Vervolgens moet een volledige beloning worden begraven in de pseudo willekeurig gekozen juiste geurbeker.
Gebruik alleen niet dezelfde beker meer dan twee keer achter elkaar. Begraven ook een halve beloning in een identiek geurende steekproefbeker. Begraven de beloningen ten minste halverwege de bodem van de zandbeker.
Start de test door de steekgeur aan de rat te presenteren. Plaats de rat in de steekproefkamer en ga vervolgens naar de tussenliggende vertragingskamer. Laat vervolgens de beker met de halve beloning in de kamer zakken met behulp van een gebogen spatel.
Zodra de rat begint de beloning te eten, verwijder de beker. Nadat de rat klaar is met het eten van de beloning, heft de kartonnen kamerverdeler naar de vertragingskamer en de verdeler naar het MTS-taakgebied op. Zodra de rat een keuze maakt en een beloning ophaalt indien aanwezig, verwijder de rat uit de kamer en plaats in de overdrachtskooi.
De rat mag en zal waarschijnlijk elke beker opsnuiven, maar sta de rat toe om in slechts één beker te graven. Als het verkeerd kiest, verwijder het snel om alternatieve bekerkeuzes te voorkomen. Eenmaal in de overdrachtskooi, start een ITI van vier minuten en om de rat te verblinden van het bekijken van de volgende proefopstelling, bescherm de kooi.
Tijdens de rustperiode, stofzuig eventuele zand die mogelijk is gemorst, reinig de kamer met 70% isopropylalcohol, verwijder ongegeten beloningen en vul zandbekers bij zo nodig. Bereid vervolgens de volgende pseudo willekeurig geselecteerde steekproefbeker voor met de halve beloning. Zet de taakruimte op en voer de volgende proef uit.
Wanneer de sessie is voltooid, breng de rat terug naar zijn hok en begin met het testen van de volgende rat. Na het doorstaan van de MTS-taak, ga je verder met de Delayed Match-To-Sample of DMTS-test om een vertragingscriterium vast te stellen. Deze taak is vergelijkbaar met de MTS, maar voegt in wezen een retentie-interval toe tussen het geven van de rat de steekproef en het laten uitvoeren van de rat de test.
Wanneer de ratten een succespercentage tussen 40 en 70% hebben, is het vertragingsinterval voldoende om de ratten te laten overgaan naar de forced versus choice trial. Voordat je begint met de forced versus choice trials, voer eerst twee proeven uit waarin de rat alleen de afwijzingsbeker in de taakruimte vindt. De afwijzingsbeker is geladen met zand van een andere kleur en textuur.
De beker is geladen met een kwart grootte beloning. Forced versus choice trails zijn vergelijkbaar met DMTS-tests, maar in acht van de 12 tests wordt de afwijzingsbeker aangeboden aan de andere kant van de kamer van de vier MTS-bekers. Voer 10 forced versus choice sessies per rat uit.
Tijdens elke proef, wanneer de rat de vertragingskamer binnenkomt, let op of de rat in eerste instantie naar links naar de afwijzingsbeker gaat of naar rechts om de MTS-test te doen. Dit is de perspectief metageheugen keuze. Bereken na twee sessies de nauwkeurigheid van de rat op de forced trials.
Als de nauwkeurigheid van de rat boven de 70% stijgt of onder de 40% daalt, stop dan met de forced versus choice test en keer terug naar DMTS-testen. Zodra de nauwkeurigheid van de rat weer tussen de 40 en 70% ligt op twee opeenvolgende DMTS-sessies, keer dan terug naar de forced versus choice trail sessies. Bepaal ook of over twee sessies de afwijzingskeuze nul of 100% nadert. In dit geval, pauzeer het testen en overweeg om de beloningsgrootte in de afwijzingsbeker te wijzigen.
Het doel is een afwijzingskeuzepercentage tussen 10 en 40% Tijdens de forced versus choice-testen, zorg ervoor dat de voorkeuren van de rat hetzelfde blijven door voorkeurhoofdknikken eenmaal per week uit te voeren zoals beschreven in het tekstprotocol. Zorg er altijd voor dat de testkamer na elke proef wordt schoongemaakt met isopropanol. Afhankelijk van hun vertragingscriterium, kan het mogelijk zijn om twee of drie ratten tegelijk te testen, wat grondig schoonmaken vooral kritisch zal maken.
Overzicht
Dit protocol beschrijft een methode voor het onderzoeken van metamemory bij knaagdieren met behulp van een op geur gebaseerde delayed-matching-to-sample paradigma. Deze ecologisch relevante gedragstest beoordeelt hoe knaagdieren cognitief hun geheugenstatus monitoren.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Vergelijkende psychologie
- Gedragsneurowetenschap
- Metacognitie
Achtergrond
- Metamemory verwijst naar het bewustzijn van de eigen geheugencapaciteiten.
- Inzicht in het geheugen van knaagdieren kan inzicht geven in cognitieve processen.
- Het onderzoek maakt gebruik van natuurlijke foerageergehechtens van ratten om leren te vergemakkelijken.
- Vorige studies hebben vergelijkbare paradigma's bij primaten onderzocht.
Doel van het onderzoek
- Om de mate van metacognitieve reacties bij knaagdieren te bepalen.
- Om te beoordelen hoe ratten hun geheugen monitoren tijdens besluitvormingstaken.
- Om een betrouwbare methode te vestigen voor het evalueren van geheugenbewustzijn in diermodellen.
Gebruikte methoden
- Ontwikkeling van een op geur gebaseerde delayed-matching-to-sample taak.
- Training van ratten om beloningen te identificeren die verborgen zijn in geurige zandbekers.
- Implementatie van intervallen tussen proeven om geheugenbehoud te optimaliseren.
- Vergelijking van de nauwkeurigheid tussen gedwongen en keuzeproeven om metamemory te beoordelen.
Belangrijkste resultaten
- Ratten toonden het vermogen om hun geheugenstatus te monitoren.
- Er werden significante verschillen in nauwkeurigheid waargenomen tussen gekozen en gedwongen proeven.
- De studie bevestigde de validiteit van de testmethode.
- Resultaten suggereren dat ratten metacognitief gedrag kunnen vertonen.
Conclusies
- De bevindingen ondersteunen het bestaan van metamemory bij knaagdieren.
- Deze methode kan worden gebruikt om cognitieve processen bij dieren verder te onderzoeken.
- Toekomstig onderzoek kan deze bevindingen uitbreiden met andere soorten.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Assessing metacognitive capacity in preclinical models supports target validation by clarifying cognitive mechanisms underlying neuropsychiatric disorders. This odor-based delayed match-to-sample test enables mechanistic de-risking of therapeutic hypotheses related to memory monitoring and decision-making. The method provides translational biomarker alignment for evaluating pro-cognitive compounds in disease-relevant systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses involving memory monitoring and metacognitive control in rodent models.
- Operational Value: Utilizes natural foraging behavior and olfaction, reducing training complexity and improving assay readiness.
- Predictive Value: Supports biological de-risking by distinguishing between memory presence and absence through behavioral responding.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative dependent variable measurements (accuracy on forced vs. chosen trials) to evaluate compound effects on metacognitive responding.
- Operational Value: Ensures assay standardization through individually titrated retention intervals maintaining 40-70% baseline performance.
- Scalability: Supports screening readiness with 45-minute sessions and potential for parallel testing of multiple rats.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Connects discovery-phase metacognitive assessment to preclinical evaluation of pro-cognitive therapeutics.
- Disease-Relevant System: Models metacognitive deficits relevant to schizophrenia, Alzheimer’s, and other cognitive disorders.
- Mechanistic De-risking: Clarifies whether test compounds improve memory monitoring rather than just memory performance.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery continuum from target hypothesis testing through lead identification to preclinical efficacy evaluation, particularly for cognitive disorder indications.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by measuring adaptive use of decline responses as an index of metacognitive awareness.
- Screening: Delivers reproducible quantitative outputs (choice vs. forced trial accuracy) enabling reliable compound evaluation.
- Analytics: Requires statistical comparison of correct trial proportions to determine significant metacognitive responding.
- Translational Research: Aligns with biomarker development by assessing cognitive process modulation beyond simple memory enhancement.
- Enterprise Reuse: Represents a scalable, standardized platform for longitudinal assessment of cognitive therapeutics across discovery projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target engagement via direct assessment of memory state monitoring.
- Operational Value: Standardized protocol with built-in performance titration and decline option calibration.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions by differentiating compounds that enhance metacognitive control from those that only affect memory strength.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on mechanistic specificity for cognitive processes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavioral testing and olfactory-based task design.
- Dependence on apparatus for sample, delay, and task chambers with precise odor delivery.
- Needs cross-team standardization of reward preferences, retention interval titration, and decline option validation.
- Must account for individual variability in olfactory discrimination and digging behavior across rat strains.
- Limited to assessing metacognitive responding; does not measure non-memory-related motivational or attentional confounds without additional controls.
