Beoordeling van stresseffecten op cognitieve flexibiliteit met behulp van een operante strategieverschuivingsparadigma
4 mei 2020
Stressvolle levensgebeurtenissen schaden de cognitieve functie, waardoor het risico op psychiatrische stoornissen toeneemt. Dit protocol illustreert hoe stress de cognitieve flexibiliteit beïnvloedt met behulp van een geautomatiseerd operante strategieverschuivingsparadigma bij mannelijke en vrouwelijke Sprague Dawley-ratten. Specifieke hersengebieden die ten grondslag liggen aan bepaald gedrag worden besproken en translationele relevantie van resultaten wordt onderzocht.
Dit protocol integreert een geautomatiseerde opera en strategieverschuivingstaak met een flexibel stressparadigma, waardoor experimenteerders efficiënt de impact van stress op cognitie kunnen meten. De voordelen van deze techniek of de efficiëntie ervan met de automatisering van de cognitieve taak en de flexibiliteit omdat het kan worden gekoppeld aan vele andere stressparadigma's. Deze methode biedt inzicht in de interactie tussen stress en cognitie.
Het kan ook worden uitgebreid om andere variabelen te beoordelen, zoals het effect van blootstelling aan medicijnen op de cognitie. Visuele demonstratie zorgt ervoor dat nieuwkomers bij deze techniek weten hoe ze de functie van de operante kamers correct moeten testen voordat ze proefpersonen laten draaien om eventuele storingen te voorkomen. Gebruik operante kamers voor gedragstraining en -testen.
Zorg ervoor dat de kamers ten minste twee intrekbare hendels bevatten met twee stimuluslichten erboven. Een huislicht en een dispenser voor versterking van deze taken. Zorg ervoor dat de hendels zich aan weerszijden van het centrale versterkingsafgiftegebied bevinden met een stimuluslicht boven elke hendel.
Gebruik vervolgens het huislicht om de kamer te elimineren zonder de detectie van het lichtstimulus te verstoren. Gebruik stofvrije voedselpellets voor versterking bij voedselbeperkte ratten. Zorg ervoor dat de pellets niet rijk zijn aan sucrose of vet, controleer de presentatie van stimuli, hendelbediening en dataverzameling met software die in staat is om de kamer te bedienen.
Vul de onderste lade van elke operante doos met vers beddengoed om afval te verzamelen. Na elke sessie dumpt u elke lade, maakt u deze schoon met alcoholdoekjes en voegt u vers beddengoed toe voordat u een nieuw dier in de kamer plaatst. Bepaal of de stressprocedure vóór, tijdens of na een training op het operante strategieverschuivingsparadigma moet worden uitgevoerd en voer de stressprocedure dagelijks op hetzelfde tijdstip uit met betrekking tot de operante training.
In een aparte ruimte die noch de koloniekamer is noch de ruimte voor het strategieverschuivingsparadigma, plaats de rat in een doorzichtige beperkingsbuis in bezemstijl en verzegel de opening. Zorg ervoor dat u de ledematen of de staart niet kneust, verdeel de stressprocedure voor proefpersonen afhankelijk van hoeveel operante kamers beschikbaar zijn. Voordat u de rat in de kamer plaatst, moet u ervoor zorgen dat er voldoende voedselpellets in de dispenser zitten en dat de operante dozen goed functioneren.
Doe dit door een programma in een lege kamer te laden en te starten en handmatig te testen of de juiste hendel één beloning per hendelpers levert. Voordat u de rat de eerste dag in de doos plaatst voor training, stelt u handmatig één voedselpelletbeloning in op de juiste hendel zoals aangegeven bij het laden van de trainingsprocedure binnen elke kamer. Train de rat met een vast ratoschema zodat elke juiste hendelpers wordt beloond met één versterking.
Balanseer de juiste hendel per dag over proefpersonen of experimentele omstandigheden. Laat de rat de hendel indrukken totdat het het criterium bereikt door de juiste hendel 50 keer in te drukken, wat meestal tussen de 30 en 45 minuten duurt. Op de volgende dag dwingt u de rat om deze taak uit te voeren op de tegenovergestelde hendel met behulp van hetzelfde programma en geeft u de tegenovergestelde hendel aan als de juiste.
Op de testdag plaatst u de rat in de operante kamer na stressprocedures en testt u deze in zijdiscriminatie, zijomkering en lichtdiscriminatietaken serieel. Zorg ervoor dat de lichtdiscriminatietaak alleen het licht boven de juiste hendel verlicht. Voor de zijdiscriminatietaak beloont u de rat voor het indrukken van de hendel aan de minst geprefereerde kant zoals bepaald vanaf de derde dag van training.
Ongeacht de lichtcue eindigt de taak na acht opeenvolgende indrukken van de juiste hendel. Gebruik voor de zijomkeringstest opnieuw het zijdiscriminatieprogramma, maar geeft u de tegenovergestelde hendel aan als de juiste. De rat moet worden beloond voor het indrukken van deze hendel, ongeacht de lichtcue.
Het moet de hendel acht keer achter elkaar indrukken om de taak te beëindigen. Om de lichtdiscriminatietaak uit te voeren, beloont u de rat voor het indrukken van de hendel met het licht dat erboven verlicht is. Nogmaals, elke operante test is voltooid na acht opeenvolgende indrukken van de juiste hendel.
Dit aangepaste geautomatiseerde operante strategieverschuivingsparadigma werd gebruikt om te bepalen of herhaalde beperkingsstress de cognitie bij mannelijke en vrouwelijke Sprague Dawley-ratten beïnvloedt. Een verminderd aantal proeven of criterium gaf een betere prestatie op elke taak aan. Na acute beperking voltooiden mannen de zijomkeringstaak onbeduidend minder proeven dan niet-gestresste controlemannetjes.
Omgekeerd hadden gestresste vrouwtjes een groter aantal proeven nodig om de taak te voltooien. Het totale aantal fouten dat voor elke aandachtstaak werd gemaakt, wordt hier weergegeven, in overeenstemming met het aantal proeven tot criterium. Gestresste mannen maakten significant minder fouten dan controlemannen in de zijomkeringstaak.
Terwijl gestresste vrouwtjes meer fouten maakten. Bovendien maakten vrouwtjes ook significant meer fouten in de lichtdiscriminatietaak. In sommige gevallen suggereren deze gegevens dat herhaalde stress de cognitieve prestaties bij mannen verbetert, maar die bij vrouwen belemmert.
De totale fouten werden verder onderverdeeld in perseveratieve of regressieve fouten. Gestresste mannen maakten minder perseveratieve fouten in de zijomkeringstaak dan controlemannen. Terwijl gestresste vrouwtjes een groter aantal perseveratieve fouten maakten dan controlevrouwtjes in zowel de zijomkering- als lichtdiscriminatietaken.
De hersengebieden die ten grondslag liggen aan de zijomkeringstaak werden onderzocht om te bepalen of ze een vergelijkbaar seksueel verschil in neurale activiteit vertoonden. Stress induceerde een significante toename van neuronale activering in de orbitale frontale cortex van mannen in vergelijking met controles. Echter, het tegenovergestelde werd waargenomen bij vrouwen
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit protocol illustreert hoe stress de cognitieve flexibiliteit beïnvloedt met behulp van een geautomatiseerd operant paradigma voor strategieverschuiving bij mannelijke en vrouwelijke Sprague Dawley-ratten. Het biedt inzicht in de wisselwerking tussen stress en cognitie.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Gedragspsychologie
- Stressonderzoek
Achtergrond
- Stressvolle levensgebeurtenissen verslechteren de cognitieve functie.
- Een verhoogd risico op psychiatrische stoornissen wordt geassocieerd met stress.
- Inzicht in de effecten van stress op de cognitie is cruciaal voor onderzoek naar mentale gezondheid.
- Deze studie maakt gebruik van een flexibel stressparadigma.
Doel van de studie
- Om de impact van stress op cognitieve flexibiliteit te beoordelen.
- Om specifieke hersengebieden te onderzoeken die gerelateerd zijn aan gedragingen die door stress worden beïnvloed.
- Om een methode aan te bieden die kan worden gecombineerd met diverse stressparadigma's.
Gebruikte methoden
- Geautomatiseerde taak voor het verschuiven van operante strategieën.
- Flexibele integratie van stressparadigma's.
- Visuele demonstraties voor de juiste toepassing van de techniek.
- Operante kamers voor gedragstraining en -testen.
Belangrijkste resultaten
- De effecten van stress op cognitieve flexibiliteit zijn aangetoond.
- De efficiëntie van de geautomatiseerde cognitieve taak is belicht.
- Er zijn inzichten verschaft in de relatie tussen stress en cognitie.
- Potentieel voor uitbreiding om de effecten van blootstelling aan geneesmiddelen op de cognitie te beoordelen.
Conclusies
- Het protocol biedt een betrouwbare methode voor het bestuderen van de effecten van stress op de cognitie.
- De resultaten hebben translationele relevantie voor het begrijpen van psychiatrische stoornissen.
- Toekomstige studies kunnen voortbouwen op dit kader om aanvullende variabelen te onderzoeken.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Directie
Geautomatiseerde paradigma's voor het verschuiven van operante strategieën maken high-throughput, kwantitatieve beoordeling mogelijk van stress-geïnduceerde veranderingen in cognitieve flexibiliteit, een sleutelfactor bij de ontdekking van neuropsychiatrische geneesmiddelen. Deze aanpak ondersteunt mechanistische risicoreductie en targetvalidatie door gedragsmatige uitkomsten te koppelen aan gedefinieerde neurale substraten en foutentypen. De aanpasbaarheid en reproduceerbaarheid van het paradigma positioneren het als een herbruikbare capaciteit voor vroege discovery- en translationele neurowetenschappelijke portfolio's.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Maakt het mogelijk om de effecten van stress op de cognitieve flexibiliteit in preklinische modellen te onderzoeken.
- Ondersteunt functionele doelwitvalidatie door gedragsfenotypen te koppelen aan specifieke hersengebieden.
- Faciliteert mechanistische risicoreductie door differentiatie van fouttypes en mapping van neurale substraten.
- Biedt voorspellende betrouwbaarheid voor modellen van psychiatrische stoornissen met sekse-specifieke inzichten.
Screening & Assayontwikkeling
- Levert gestandaardiseerde, geautomatiseerde gedragstests voor reproduceerbaar cognitief onderzoek.
- Genereert kwantitatieve resultaten (aantal pogingen tot criterium, fouttypen) voor een robuuste evaluatie van verbindingen.
- Maakt schaalbaarheid van assays en vergelijkbaarheid tussen studies mogelijk door automatisering en software-integratie.
- Bereidt gevalideerde systemen voor op downstream farmacologische of genetische screening.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt preklinische cognitieve eindpunten uit met ziekterelevante neurale circuits die betrokken zijn bij psychiatrische stoornissen.
- Ondersteunt de ontwikkeling van translationele biomarkers door gedragsmatige en moleculaire read-outs aan elkaar te koppelen.
- Maakt risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling mogelijk op basis van sekse-specifieke en stress-gemoduleerde cognitieve resultaten.
- Zorgt voor continuïteit van vroege ontdekking tot preklinische validatie in neuropsychiatrische pijplijnen.
Integratie van Pipeline & Workflow
Dit geautomatiseerde paradigma is geïntegreerd in het ontdekkingscontinuüm, van vroege hypothesetoetsing tot validatie van preklinische modellen, ter ondersteuning van zowel targetidentificatie als leadoptimalisatie in neuropsychiatrisch onderzoek.
- Ontdekkingsbiologie: Faciliteert hypothesetests over interacties tussen stress en cognitie en de betrokkenheid van neurale paden.
- Screening: Biedt reproduceerbare, kwantitatieve gedragseindpunten voor het screenen van verbindingen of genetica.
- Analytiek: Levert gedetailleerde foutcategorisering en metrieken voor trials-to-criterion voor vergelijking tussen condities.
- Translationeel onderzoek: Verbindt gedragstypen met activiteit in hersengebieden, ter ondersteuning van de afstemming van biomarkers.
- Hergebruik in de sector: Biedt een flexibel, geautomatiseerd platform dat aanpasbaar is aan diverse stressoren en experimentele variabelen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in modellen voor cognitieve stoornissen.
- Operationele waarde: Verbetert de standaardisatie, doorvoer en reproduceerbaarheid tussen studies en teams.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go besluitvorming en kapitaalefficiëntie door het mogelijk maken van robuuste, schaalbare assays.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering en voortgang van neuropsychiatrische activa.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in gedragsneurowetenschappen en operante conditioneringsparadigma's.
- Vereist geautomatiseerde operante kamers met programmeerbare software en mogelijkheden voor gegevensregistratie.
- Vereist strikte standaardisatie van stressprotocollen en gedragseindpunten tussen teams.
- Aanpasbaar aan diverse knaagdiermodellen en stressparadigma's door middel van protocolwijzigingen.
- Beperkingen omvatten de noodzaak van een zorgvuldige analyse van fouttypen en sekse-specifieke interpretatie van gegevens.
