$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Rysunek 2 pokazuje przykład zadania ID/ED. Pary bodźców ("Dyskryminacja 1" lub "Dyskryminacja 2") są losowo prezentowane na każdym etapie, a mysz musi wybrać właściwy bodziec w każdej parze. W tej przykładowej tabeli prawidłowy przykład jest podany pogrubioną czcionką. W pierwszym etapie (SD lub prosta dyskryminacja) bodźce prezentowane w dwóch otworach na nos różniły się w jednym z trzech wymiarów (np. O1: Wanilia vs. O2: Lawenda), a mysz jest nagradzana za wybór właściwego wzorca (np. O1). Gdy badany osiągnie kryterium na tym etapie, rozpoczyna się następny etap (CD lub dyskryminacja złożona), w którym te same wzorce odpowiedniego wymiaru są prezentowane losowo nakładane na wzorce drugiego, ale nieistotnego wymiaru, wprowadzonego jako czynnik zakłócający (np. L1: niebieskie światło vs. L2: żółte światło). Na tym etapie możliwe są dwie różne dyskryminacje ("Dyskryminacja 1" lub "Dyskryminacja 2"). W następnym etapie (CDRe lub odwrócenie dyskryminacji złożonej) sytuacje warunkowe nagrody są odwrócone, ale wzorce i odpowiedni wymiar pozostają niezmienione: mysz musi się nauczyć, że poprzednio prawidłowy bodziec jest teraz nieprawidłowy (np. zapach lawendy jest teraz nagradzany). W kolejnym etapie (IDS lub przesunięcie wewnątrzwymiarowe) wprowadzane są nowe wzorce (zarówno zapachy, jak i światła), ale odpowiedni wymiar (zapach w tym przykładzie) pozostaje taki sam (np. truskawka jest właściwym wyborem). W kolejnym etapie (IDR lub odwrócenie wewnątrzwymiarowe) nieprzewidziane sytuacje związane z nagrodą są odwracane. Po drugim przesunięciu wewnątrzwymiarowym (IDS2 i jego odwróceniu) wprowadzane są nowe przykłady w celu przetestowania przesunięcia pozawymiarowego (EDS), w którym zmienia się odpowiedni wymiar. W EDS "utkniętym w zestawie" mysz musi skupić się na nowym wymiarze (np. Tekstura, T1: gruby papier ścierny vs. T2: drobny papier ścierny), podczas gdy poprzednio istotny wymiar (w tym przypadku zapach) jest teraz wymiarem nieistotnym. W "dwuwymiarowym" EDS wymiar, który wcześniej był nieistotny (w tym przypadku światło), jest teraz wymiarem istotnym. W końcowym etapie (EDSRe lub odwrócenie pozawymiarowe) nieprzewidziane sytuacje związane z nagrodą są odwracane.
Aby uzyskać wiarygodne wyniki, wymiary bodźca użyte w zadaniu powinny być równie dobrze poznane. Jak pokazano na rysunku 3, dyskryminacja wzrokowa, dotykowa i zapachowa w tym nowym aparacie wymagała podobnego czasu (F(2,64)=0,36; p=0,69) i podobnej liczby prób (F(2,64)=0,059; p=0,94), aby osiągnąć kryterium, co sugeruje, że zwierzęta są w stanie dokonywać prostych dyskryminacji niezależnie od prezentowanego wymiaru.
Jeśli w fazach testowych zadania opracowano niezawodny zestaw uwagi, wydajność normalnej myszy typu dzikiego powinna być gorsza w fazie EDS w porównaniu z poprzednimi i następnymi etapami, jak stwierdzono w poprzednich badaniach na gryzoniach i naczelnych12,13. W szczególności w EDS należy stwierdzić znaczne wydłużenie czasu i liczby prób niezbędnych do osiągnięcia kryteriów w porównaniu z etapami IDS. Jak pokazano na rysunku 4, w naszym eksperymencie z protokołem "utknięcia w zestawie" analiza wydajności myszy ujawniła efekt dyskryminacji ze względu na liczbę prób (F(8,168)=9,23; p<0,0001) i czas (F(8,168)=8,62; p<0,0001) wymagane do spełnienia kryteriów. Rzeczywiście, myszy potrzebowały więcej prób i więcej czasu, aby rozwiązać etap EDS w porównaniu z etapami CD, IDS, IDS2 i EDSRe (p<0,05; Rysunek 4A-B). Podobnie, analiza wydajności testowanej za pomocą protokołu "dwuwymiarowego" (ryc. 5) wykazała istotny efekt dyskryminacji w odniesieniu do liczby prób (F(8,72)=3,66; p<0,005) i czasu (F(8,72)=4,65; p<0,0005) potrzebnego do spełnienia kryteriów. Rzeczywiście, pokazujemy, że myszy potrzebowały więcej prób (p<0,05) i więcej czasu (p<0,05) na rozwiązanie EDS w porównaniu z CD, IDS, IDS2 i EDSRe (Figura 5A-B). Nie należy zaobserwować różnic w zdolnościach do zmiany ruchu między myszami badanymi o różnych wymiarach.
W normalnym myszu typu dzikiego, pierwsze odwrócenie nauki (tj. CDRe) jest trudniejsze niż początkowa dyskryminacja (np. CD). Zgodnie z tym, jak wynika z rysunków 4 i 5, myszy potrzebowały więcej prób (p<0,05; Rysunek 4-5A) i więcej czasu (s<0,05; Rysunek 4-5B) , aby zakończyć ten etap. Co więcej, wydajność odwrócenia powinna ulec poprawie z CDRe na IDSRe i IDS2Re, jak pokazujemy w naszym eksperymencie zarówno z protokołem "utkniętym w zestawie", jak i "dwuwymiarowym". Wyniki te dodatkowo wzmacniają dowody na tworzenie zestawu uwagi poprzez zadanie.
Przez cały czas trwania zadania myszy powinny poprawiać swoją szybkość reagowania w kolejnych etapach. W związku z tym analiza opóźnienia do udzielenia odpowiedzi wykazała istotny efekt dyskryminacji (F(8,200)=42,59; p<0,0001). W szczególności, jak pokazano za pomocą reprezentatywnych wyników na rysunku 4C, opóźnienie w szturchaniu na etapie IDS2 jest zmniejszone w porównaniu z opóźnieniami na etapach IDS, CD i SD (p<0,0005). Co więcej, opóźnienie w odpowiedzi wzrosło podczas etapu EDS w porównaniu z poprzednimi etapami IDS2 i IDS2Re oraz kolejnymi etapami EDSRe (p<0,05). Zgodnie z tymi wynikami, analiza opóźnienia w odpowiedzi podczas zadania "dwuwymiarowego" wykazała również istotny efekt dyskryminacji (F(7,63)=9,98; p<0,0005). Jak pokazano na rysunku 5C, opóźnienie w dokonaniu wyboru było zwiększone podczas EDS w porównaniu z poprzednimi IDS2 i IDS2Re oraz kolejnymi EDSRe (p<0,05). Ponieważ opóźnienie odpowiedzi zostało uznane za wskaźnik przetwarzania decyzyjnego18, wyniki te sugerują ponadto, że myszy napotkały pewne problemy z przetwarzaniem nowej reguły dyskryminacji podczas EDS. Opierając się na wydajności behawioralnej myszy typu dzikiego (Figura 4-5), ustaliliśmy, że minimalna liczba wielkości próby (według analizy mocy R) dla każdej grupy eksperymentalnej powinna wynosić 8.

Rysunek 3. Proste rozróżnienia światła, zapachu i tekstury są równoważne. (A) liczba prób i (B) czas potrzebny do osiągnięcia kryterium prostej dyskryminacji wyłącznie z bodźcami świetlnymi, zapachowymi lub teksturalnymi. Wartości reprezentują średnią ± SEM na rysunkach 2-4. Dane pierwotnie opublikowane w czasopiśmie "The ultimate Intra- and Extradimensional Attentional Set-Shifting Task for Mice" (Zadanie zmiany ustawień wewnątrz- i pozawymiarowych dla myszy)"19.

Rysunek 4. Wydajność samców myszy typu dzikiego C57BL6J w zadaniu operonowym ID/ED "utkniętym w zestawie". (A) Próby, (B) czas (w minutach) i dni potrzebne do osiągnięcia kryterium na różnych etapach zadania ID/ED Operon przy użyciu paradygmatu ID/ED "utkniętego w zestawie". (C) Czas (w sekundach), jaki upłynął między otwarciem drzwiczek przegrody a reakcją szturchnięcia nosem (opóźnienie w reakcji) na różnych etapach zadania. W sumie przetestowano 26 myszy; 4 myszy zostały wykluczone, ponieważ nie były niezawodne w celu pobrania wzmocnienia pokarmu podczas treningu lub nie były w stanie ukończyć całej procedury. A: *p <0,05 w porównaniu z CD, IDS, IDS2, IDS2Re i EDSRe; B: *p <0,05 w porównaniu z CD, IDS2, IDS2Re i EDSRe. A i B: #p<0,05, ##p<0,005 kontra CD, IDSRe i IDS2Re. C: *p <0,05 w porównaniu z IDS2, IDS2Re i EDSRe. Należy zauważyć, że myszy były w stanie wykonać całe zadanie w ciągu 5-9 dni we wszystkich eksperymentach opisanych na rysunkach 3-4. Dane pierwotnie opublikowane w czasopiśmie 'The ultimate Intra- and Extradimensional Attentional Set-Shifting Task for Mice'19. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5. Wydajność samców myszy typu dzikiego C57BL6J w "dwuwymiarowym" zadaniu operonu ID/ED.(A) Próby, (B) czas (w minutach) i dni potrzebne do osiągnięcia kryterium na różnych etapach zadania ID/ED Operon przy użyciu paradygmatu dwuwymiarowego. orazCzas (w sekundach), jaki upłynął między otwarciem drzwi przegrody a reakcją na szturchanie nosem (opóźnienie do odpowiedzi) na różnych etapach zadania. W sumie przetestowano 13 myszy; 3 myszy zostały wykluczone, ponieważ nie były w stanie niezawodnie pobrać wzmocnienia pokarmowego podczas treningu lub nie były w stanie ukończyć całej procedury. A i B: #p<0,05 w porównaniu z CD i IDS2Re, *p <0,05 w porównaniu z CD, IDS, IDS2, EDSRe. C:*p <0,05 w porównaniu z IDS2, IDS2Re i EDSRe. Dane pierwotnie opublikowane w 'The ultimate Intra- and Extradimensional Attentional Set-Shifting Task for Mice'19. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6. Oś czasu całej procedury protokołu do testowania zadania ID/ED.
scena
opis
Uwagi dodatkowe
Odwołania
Zwykła dyskryminacja (SD)
Dyskryminacja złożona (CD)
Bodźce różnią się w dwóch wymiarach percepcyjnych, takich jak kolor i kształt w przypadku bodźców wizualnych w zadaniu ludzkim lub między bodźcami tekstury i zapachu w przypadku gryzoni
Uczenie odwrócone (CDRe – IDSRe – IDS2Re – EDSRe)
Dwa przykłady w wymiarze percepcyjnym mają odwrócone warunkowości wzmocnienia, tak że to, co wcześniej było poprawne, jest następnie niepoprawne i na odwrót)
W seryjnym uczeniu odwrócenia wydajność poprawia się wraz z kolejnymi odwróceniami w obrębie zestawu. Tak więc etapy odwrócenia (
tj. CDRe, IDSRe, IDS2Re) nie tylko oceniają funkcję różnych obszarów korowych, ale także służą 1) tworzeniu zestawu poznawczo-uważnego kwestionowanego przez etap EDS oraz 2) zapobieganiu zabobonnemu warunkowaniu do niezamierzonych aspektów bodźca
- Uszkodzenia kory oczodołowo-czołowej u myszy (Bissonette i wsp., 2008) i mnichów (Dias i wsp., 1996) upośledzone uczenie się odwrócone
- fMRI podczas wykonywania odwróconego uczenia się wykazało aktywację kory oczodołowo-czołowej (Hampshire i Owen, 2006)
Przesunięcie wewnątrzwymiarowe (IDS – IDS2)
Wprowadzane są nowatorskie wzorce, ale ten sam wymiar jest wzmocniony
Etapy IDS służą jako kluczowa kontrola wewnętrzna (
tj. EDS powinien być trudniejszy niż IDS), a także przyczyniają się do tworzenia zestawu poznawczo-uważnego
Niedobór dopaminy w tworzeniu upośledzonego zestawu uwagi PFC (Robbins i Roberts, 2007). Małpy z uszkodzeniami 6-OHDA nie wykazały klasycznej redukcji błędów od pierwszej (IDS1) do ostatniej (IDS5) dyskryminacji, co powinno odzwierciedlać nabycie zestawu uwagi
Przesunięcie międzywymiarowe (EDS)
Protokół "utknął w zestawie": wcześniej nieistotny wymiar bodźca zostaje zastąpiony nowym wymiarem bodźca, który natychmiast staje się istotny
Niepowodzenie w przejściu do nowego odpowiedniego wymiaru nie może być przypisane żadnemu wcześniejszemu poznaniu tego wymiaru, ponieważ nie było to wcześniej doświadczone. Porażka odzwierciedla zatem dążenie do wcześniej istotnego wymiaru
- Wykazano, że zmiany w mPFC upośledzają EDS u myszy (Bissonette i wsp., 2008) i mokeys (Dias i wsp., 1996)
- Pacjenci z płatem czołowym są upośledzeni w stanie "perseweracji", ale nie w stanie "dwuwymiarowym" (Owen i wsp., 1993)
- Dopamina w wydajności EDS modulowanej mPFC u myszy (Papaleo i wsp., 2008; Scheggia i wsp., 2014) i szczury (Tunbridge i wsp., 2004)
Protokół "dwóch wymiarów": wzmocniono wymiar, który wcześniej był nieistotny
Pozorny brak zmiany zestawu uwagi może powstać, gdy badany jest w stanie przenieść uwagę z poprzednio istotnego wymiaru (gdy staje się on nieistotny), ale mimo to nie jest w stanie ponownie skupić uwagi na nowo istotnym wymiarze
- Uszkodzenie mPFC u szczurów (Birrell i Brown, 2000) upośledzone przesunięcie EDS
- Wykazano aktywację fMRI podczas wykonywania na EDS (Hampshire i Owen, 2006)
Tabela 2: Etapy zadania ID/ED Operon. Opis etapów zadania, w tym odniesienia do zmian chorobowych i badań farmakologicznych dotyczących roli obszarów mózgu zaangażowanych w różne konstrukty badane podczas zadania.