Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Test czujności psychomotorycznej gryzoni (rPVT): metoda oceny sprawności neurobehawioralnej u szczurów i myszy

11.9K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54629

⸱

29 grudnia 2016

 ,  , 
1Division of Behavioral Biology, Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, The Johns Hopkins University School of Medicine, 2Applied Behavior Biology Unit, Institutes for Behavior Resources

W tym artykule

Podsumowanie

Opisana jest szczurza wersja ludzkiego Testu Czujności Psychomotorycznej (PVT), która mierzy aspekty uwagi podobne do tych mierzonych za pomocą ludzkiego PVT, w tym aspekty ludzkiej czujności, takie jak dokładność działania, szybkość motoryczna, przedwczesne reagowanie i spadki uwagi.

Streszczenie

Test Czujności Psychomotorycznej (PVT) jest powszechnie stosowaną procedurą pomiaru zmian w zmęczeniu i długotrwałej uwadze. Niniejszy artykuł opisuje wersję PVT dla gryzoni - określaną jako "rPVT" - która mierzy podobne aspekty uwagi (tj. dokładność działania, prędkość silnika, przedwczesne reagowanie i spadki uwagi). Przedstawiono dane, które wskazują zarówno na krótko-, jak i długoterminową przydatność rPVT w przypadku stosowania u szczurów laboratoryjnych. Szczury z łatwością uczą się rPVT, a nauka wykonywania podstawowej procedury zajmuje mniej niż dwa tygodnie treningu. Po uzyskaniu, wyniki szczurów w rPVT wykazują wysoki stopień podobieństwa do tych samych wskaźników wydajności w ludzkim PVT, w tym podobieństwa, braki w uwadze, czasy reakcji, spadki czujności w czasie sesji (tj. Efekty "czasu na zadanie" u ludzi) oraz efekt interwału odpowiedzi i bodźca (RSI) opisany dla ludzi. W związku z tym rPVT może być niezwykle cennym narzędziem do oceny wpływu szerokiego zakresu zmiennych na długotrwałą uwagę, podobnie jak w przypadku ludzkich wyników PVT, a zatem może być przydatne do opracowywania nowych metod leczenia dysfunkcji neurobehawioralnych.

Wprowadzenie

Test ludzkiej czujności psychomotorycznej (PVT) jest szeroko stosowanym, dobrze sprawdzonym narzędziem do pomiaru czujności i długotrwałej uwagi u ludzi, i został pierwotnie opracowany przez Dinges et al. 1-3 do oceny stabilności czasu reakcji i uwagi (np. błędy w zakresie przedwczesnych reakcji i utraty uwagi), zarówno w sesjach jako całości, jak i w czasie w ramach poszczególnych sesji. Z biegiem lat ludzki PVT był modyfikowany i aktualizowany4-11 w celu śledzenia czasowych zmian w różnych aspektach uwagi i wykazano, że jest wrażliwy na zmiany w braku snu i zmęczeniu, a wpływ na nie ma zażywanie narkotyków i wiek badanych12,13. PVT to pozornie prosta procedura, w której badany na krótko dotyka ekranu, gdy bodziec (zwykle wyświetlacz numeryczny LED) pojawia się losowo w czasie, zwykle po 2 - 10 sekundach. W wersji dla ludzi wyświetlanie liczb jest zwiększane w ms i zatrzymywane po dotknięciu ekranu, wskazując w ten sposób czas reakcji obiektu (RT). Na zmniejszenie czujności wskazują 1) spowolniony czas reakcji, 2) wzrost liczby uchybień (określanych jako "błędy pominięcia" w literaturze dotyczącej ludzi i zwykle definiowanych jako RT o długości > 500 ms) oraz 3) wzrost liczby przedwczesnych reakcji (określanych w literaturze dotyczącej ludzi jako "błędy komisji" lub "falstarty"). Za pomocą PVT można również uzyskać inne miary w celu zbadania takich zmiennych, jak różnice płci i wieku; w celu zapoznania się z przeglądem tych środków zob. Basner i Dinges4. Wreszcie, PVT został zastosowany w ogólnym obszarze oceny ryzyka dla ludzi i jest z powodzeniem stosowany w szerokim zakresie obszarów operacyjnych, w tym w wojsku, przemyśle lotniczym i kolejowym, służbach ratowniczych i ekstremalnych środowiskach, takich jak NASA Extreme Environment Missions Operations (NEEMO), międzynarodowy Mars500 Project14oraz na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS). Na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) PVT nazywa się "Reaction Self-Test" i służy do dostarczania astronautom zindywidualizowanych informacji zwrotnych związanych ze zmęczeniem (np. zmian w RT lub spadków uwagi).

Ludzki PVT jest używany od dziesięcioleci, podobnie jak gryzonie wersje prostych zadań związanych z czasem reakcji (które są nieco podobne). Jednak dopiero niedawno w literaturze opisano bezpośredni odpowiednik PVT u gryzoni u ludzi. Christie i współpracownicy opisali wersję ludzkiego PVT dla szczurów i zgłosili spadek czujności po deprywacji snu15,16. Dodatkowe niedawne badania wykazały wersje rPVT17-19. Raporty te opisywały zmiany w długotrwałej uwadze po zastosowaniu różnych technik deprywacji snu; Jednak dane z tych badań wskazują również na wysoki poziom przedwczesnych odpowiedzi (np. w niektórych przypadkach ponad 40% całkowitej liczby odpowiedzi); takie występy są zupełnie niepodobne do jakichkolwiek występów PVT z ludźmi. Tak duża różnica w wydajności gryzoni i ludzi jest prawdopodobnie spowodowana różnicami w określonych parametrach stosowanych w wersjach PVT dla ludzi i gryzoni; na przykład w badaniu Christie i wsp. zastosowano losowo zmieniający się okres przednia 3 - 7 s, podczas gdy ludzki PVT zwykle stosuje okres przedni 2 - 10 s (chociaż patrz Basner i wsp.5 dla 3-minutowej wersji ludzkiego PVT, która wykorzystuje okres przedawnienia 1 - 4 s). Stosowanie stosunkowo krótkich wartości okresu przedwczesnego może często prowadzić do tego, że zwierzęta "synchronizują" swoje reakcje, a tym samym mogą sprzyjać, poprzez przypadkowe wzmocnienie, zwiększonej liczbie przedwczesnych reakcji, jak to stwierdzono w obecnych badaniach rPVT na gryzoniach.

Wersja opisanego tutaj rPVT jest oparta na naszym poprzednio opublikowanym artykule20 i zawiera szczegółowy opis stosowanych technik i procedur. Różni się od wcześniej opublikowanych wersji rPVT pod następującymi względami: 1) szczury były trenowane ze zmiennymi wartościami okresu przedwczesnego wynoszącymi 3 - 10 s, oraz 2) szczury musiały reagować szybko, ponieważ wzmacniały się tylko odpowiedzi w krótkim oknie odpowiedzi (zwanym również "ograniczonym wstrzymaniem") po nadejściu bodźca (1,5 s w niniejszym badaniu; 3,0 s w poprzednio opublikowanych wersjach rPVT). Stosowanie tych modyfikacji, jak również krótkich przerw w przypadku nieprawidłowych reakcji, skutkowało wyższym poziomem kontroli bodźców, na co wskazuje znaczna poprawa dokładności i zmniejszenie poziomu przedwczesnych reakcji. Niniejszy raport opisuje również przewidywalne zmiany w zmiennych wydajności (np. braki uwagi, RT), które są równoległe do zmian obserwowanych u ludzi podczas badania spadku czujności21 oraz podczas badania innych miar wydajności, w tym efektu "czasu na zadanie" u człowieka i efektu interwału reakcji-bodźca (RSI), który obserwuje się u człowieka PVT22.

Ostateczna wersja opisanego tutaj rPVT zaczyna się od włączenia światła w domu (zobacz Rysunek 1). Po upływie zmiennego interwału (okresu wstępnego) wynoszącego 3 - 10 s, szturchania nosa jest podświetlany na maksymalnie 1,5 s. (Aby zapewnić równy rozkład czasu trwania okresów poprzedzających, wartości są generowane losowo bez zastępowania z listy 36 możliwych wartości, które mieszczą się w zakresie od 3 do 10 s, w oparciu o przyrosty co 200 ms.) Podświetlenie klucza nosepoke jest sygnałem dla zwierzęcia do reakcji, a reakcja, która następuje między 150 a 1500 ms po nadejściu światła, jest wzmacniana granulką 45 mg. Po wzmocnionej odpowiedzi, zarówno lampka z nosem, jak i światło w domu są wyłączane i następuje 1-sekundowy interwał między próbami (ITI; house light off). Szturchanie nosa przed nadejściem światła powoduje 8-sekundowy limit czasu (TO) od eksperymentalnych sytuacji awaryjnych, który jest sygnalizowany przez zgaszenie światła w domu. Jeśli w ciągu 1,5 sekundy nie wystąpią żadne odpowiedzi, zarówno światło nosepoke, jak i światło domu są wyłączane i następuje 1-sekundowy ITI. Następna zaplanowana wartość okresu wcześniejszego dla następnego badania rozpoczyna się po 1 s ITI lub 8 s TO, w zależności od tego, co miało miejsce podczas poprzedniego badania. Sesje odbywają się codziennie (5 dni w tygodniu), zwykle składają się z około 200 prób i kończą się po 30 minutach. Wynika z tego, że każda próba trwa średnio około 7,5 s.

Kształtowanie stabilnej wydajności wyjściowej na rPVT osiąga się poprzez: 1) wstępne przystosowanie szczura do wyjmowania granulek jedzenia z tacki na karmę w komorze, 2) ręczne kształtowanie szczura tak, aby reagował na szturchnięcia nosem, wzmacniając kolejne przybliżenia do końcowej reakcji na szturchanie nosem, oraz 3) prowadzenie codziennych sesji, podczas których parametry procedury rPVT (tj., czas przedawnienia, ITI, TO i podświetlenia) są stopniowo dostosowywane w trakcie sesji, w zależności od tego, jak dobrze każdy szczur radzi sobie podczas każdej sesji (opisanej szczegółowo poniżej).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Opieka nad zwierzętami laboratoryjnymi była zgodna z Polityką Publicznej Służby Zdrowia (PHS) dotyczącą humanitarnej opieki i wykorzystywania zwierząt laboratoryjnych. Wszystkie procedury zostały przeprowadzone w ścisłej zgodności z zaleceniami zawartymi w Przewodniku dotyczącym opieki i użytkowania zwierząt laboratoryjnych Narodowych Instytutów Zdrowia. Instytucjonalny Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa zatwierdził protokół i wszystkie procedury. Johns Hopkins utrzymuje również akredytację swojego programu przez Association for the Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care (AAALAC).

1. Zwierzęta

  1. Używaj dorosłych samców szczurów Long Evans (w wieku około 10-12 tygodni na początku treningu behawioralnego), chociaż odpowiednie są inne szczepy, w tym szczury wsobne.
  2. Po przybyciu do kolonii szczury domowe umieszcza się pojedynczo w zatwierdzonych klatkach i pomieszczeniach, ze względu na potrzeby związane z ograniczeniami żywieniowymi opisane poniżej. Należy przyzwyczaić zwierzęta do warunków bytowych, a także obchodzenia się z nimi przez kilka dni przed rozpoczęciem procedury ograniczania karmy (około 7 dni).
  3. Zapewnij szczurom karmę ad libitum przez 1-2 tygodnie, aby umożliwić szczurom osiągnięcie wagi "swobodnie żerującej". Po osiągnięciu tej wagi ogranicz dostęp do pokarmu, aby zmniejszyć wagę szczurów w ciągu 1-2 tygodni do 85-90% wagi swobodnie karmionej. Utrzymuj zwierzęta na poziomie 85 - 90% ich wagi podczas treningu behawioralnego i testów. Zacznij od 15 - 18 g karmy dziennie i dostosuj tę ilość w zależności od tego, czy dawka utrzymuje swoją docelową wagę, czy nie.
    nuta: Ograniczenie żywności zwykle wymaga zgody instytucji ACUC lub innego organu regulacyjnego przed rozpoczęciem ograniczenia.
  4. Codziennie waż zwierzęta i zapisuj ich wagę na wykresówkach. Upewnij się, że ważenie odbywa się w tym samym czasie i na tej samej wadze każdego dnia przed rozpoczęciem jakiegokolwiek treningu behawioralnego lub karmienia.
    nuta: Rozpocznij trening wstępny (poniżej) dopiero wtedy, gdy zwierzęta osiągną swoją docelową wagę. Praktyka ta pozwala na natychmiastową korektę ilości pokarmu dla zwierząt, które są poniżej lub powyżej ich docelowej wagi. Zapewnia również metodę określania, czy szczury utrzymują wagę w odstępach 24-godzinnych. Unikaj również ważenia szczurów o różnych porach dnia; Spowoduje to dramatyczne różnice w wadze, nieprawidłowe karmienie i słabe wyniki behawioralne.
  5. Zapewnij świeżą wodę przez cały czas w klatce domowej za pomocą szklanych lub plastikowych butelek z gumowymi nakrętkami i rurkami do spijania.
  6. Kiedy sesje nie są prowadzone (np. w weekendy, święta), podawaj szczurom ich normalną porcję karmy dla szczurów, aby utrzymać stabilność wagi. Zważ szczury, aby określić, czy potrzeba więcej jedzenia, aby utrzymać wagę w tym czasie.

2. Sprzęt i oprogramowanie

  1. Używaj standardowych modułowych komór operacyjnych wyposażonych w jeden klucz do szturchania nosa, oświetlenie domu i dozownik pelletu (tj. Podajnik).
  2. Umieść modułowy klucz do szturchania nosa po obu stronach centralnie umieszczonego dozownika granulek; upewniając się, że to rozmieszczenie pozostaje spójne w innych komorach operacyjnych i we wszystkich badaniach. Tutaj do szturchania w nos znajduje się po lewej stronie dozownika pelletu.
  3. Umieść modułową lampę domową wysoko na tylnej ścianie komory, aby nie przeszkadzać w innych zachowaniach.
  4. Do wzmocnienia należy używać granulek karmy dla szczurów (np. granulek Noyes 45 mg lub podobnych). Model karmnika określa rozmiar granulek pokarmu, ale większość karmników dla szczurów używa granulek pokarmowych 45 mg (karmniki dla myszy zwykle używają granulek pokarmu 20 mg). Używaj standardowych granulek chow, ale można kupić inne granulki (np. Sacharozy) do różnych manipulacji eksperymentalnych.
  5. Kontroluj prezentacje bodźców, dane wejściowe odpowiedzi na szturchanie nosem, dostarczanie wzmocnienia i gromadzenie danych za pomocą interfejsu podłączonego do komputera. Skontaktuj się z autorami, aby uzyskać szczegółowe informacje na temat programów behawioralnych napisanych w języku programowania specjalnie zaprojektowanym do testów behawioralnych (patrz Tabela materiałów i odczynników).
    nuta: Ważne jest, aby rejestrować zmienne niezależne i zależne dla każdej próby, w tym typy odpowiedzi zwierząt (np. prawidłowe odpowiedzi, przedwczesne odpowiedzi, chybienia), opóźnienie odpowiedzi i liczbę przedstawionych badań. W przypadku stosowania różnych szczepów, płci lub gatunków, zmienne te można łatwo zmienić, aby zmaksymalizować trening u prawie każdego rodzaju gryzoni.

3. Trening wstępny

  1. Przypisz każde zwierzę do komory operacyjnej, gdzie będzie testowane każdego dnia, mniej więcej o tej samej porze dnia, przez cały czas trwania eksperymentu.
  2. Zważ szczura i umieść go w specjalnej komorze operacyjnej z granulkami żywności w dozowniku granulek. Umieść 10 - 20 granulek jedzenia w pojemniku, aby szczur mógł je zjeść.
  3. W przypadku trenowania wstępnego ustaw następujące parametry na niskie, stałe wartości: wartość okresu wstępu = 2 s, wartość limitu czasu = 2 s, ograniczone wstrzymanie = 10 s.
  4. Uruchom program komputerowy, aby sterować prezentacją światła w domu, podświetleniem nosepoke i automatycznym podawaniem granulatu spożywczego.
    nuta: Najlepiej jest ustawić program behawioralny na poziomie, który pozwala na częste wzmacnianie większości reakcji wytwarzanych przez zwierzę, tak aby szturchania nosa był podświetlony przez stosunkowo długi czas (np. 10 sekund). Zwiększa to prawdopodobieństwo, że szczur szturchnie klucz, gdy jest on podświetlony, co spowoduje dostarczenie przez program komputerowy wzmacniacza żywności.
  5. Gdy szczur skończy granulki jedzenia, rozpocznij proces kształtowania, wzmacniając szczura, gdy zbliża się do pojemnika na jedzenie lub klucza do szturchnięcia nosa. Tutaj ręcznie kształtuj każdego szczura, co oznacza, że eksperymentator obserwuje zachowanie szczura (pozostawiając otwarte drzwi kabiny tłumiącej dźwięk) i dostarcza granulki z karmnika tak szybko, jak to możliwe, po tym, jak szczur wyemituje pożądane zachowanie. Dostarczaj granulki za pomocą przycisku na samym podajniku, za pomocą ręcznego przełącznika, który jest podłączony do podajnika, lub za pomocą oprogramowania komputerowego używanego do kontrolowania nieprzewidzianych sytuacji behawioralnych, klikając odpowiednie wyjście w interfejsie.
  6. Korzystając z metody kształtowania przez kolejne przybliżenia, zapewnij wzmacniacz żywności dla zmian zachowania, które są kolejnymi przybliżeniami do ostatecznego pożądanego zachowania23. Na przykład, gdy szczur niezawodnie pobiera granulki pokarmu z pojemnika na żywność, zacznij wzmacniać tylko ruch w kierunku lub wokół szturchnięcia nosa i nie wzmacniaj już podejść do pojemnika na żywność. Tutaj uformuj szczury tak, aby poruszały się w lewo po wyjęciu granulki jedzenia, ponieważ do szturchania nosa znajduje się po lewej stronie pojemnika na żywność w komorach operacyjnych.
    nuta: Mimo, że eksperymentator dostarcza wzmacniacze pokarmu na początku treningu wstępnego, program komputerowy nadal działa i kontroluje światło w domu, klucz do nosa i karmnik. Jeśli szczur szturchnie klucz, program komputerowy automatycznie go wzmocni. Zachowania wzmocnione przez eksperymentatora to tylko te, które prowadzą szczura do szturchnięcia podświetlonego klucza, takie jak wąchanie klucza lub wokół niego, przesuwanie głowy w pobliżu klucza lub w jego kierunku itp.
  7. Określ ilość jedzenia zdobytego podczas sesji treningowej, licząc liczbę granulek dostarczonych ręcznie oraz wszelkie granulki dostarczone automatycznie przez oprogramowanie komputerowe (tj. granulki dostarczone, ponieważ szczur szturchnął podświetlany klucz). Pomnóż tę liczbę przez 0,045 g, aby określić całkowitą ilość zdobytej żywności (np. 30 granulek x 0,045 g = 1,35 g).
  8. Usuń szczura i umieść go z powrotem w jego domowej klatce. Odejmij ręcznie ilość pożywienia zdobytego (patrz 3.7) podczas sesji behawioralnej od dziennego przydziału pokarmu szczura. Nakarm szczura pozostałą częścią przydziału pokarmu po sesji treningu behawioralnego. Karm co najmniej 30 minut po zakończeniu sesji behawioralnej, aby uniknąć wzmacniania pokarmu w klatce domowej bezpośrednio po sesjach nieproduktywnych.
  9. Komorę operacyjną należy codziennie czyścić delikatnym środkiem dezynfekującym (np. wodą z mydłem). Używaj 70% EtOH oszczędnie, biorąc pod uwagę, że może to uszkodzić komory operacyjne. Codziennie sprawdzaj klucz do szturchania nosa, aby utrzymać odpowiedni stan pracy i w razie potrzeby wyczyść środkiem dezynfekującym, ponieważ klucz, który się przyklei lub zostanie zablokowany, zakłóci działanie zwierzęcia, jeśli nie zostanie szybko naprawiony.
  10. Uformuj każdego szczura w ten sposób, aż szczur wyemituje 40 - 50 prawidłowych, wzmocnionych komputerowo (nie ręcznie lub eksperymentalnie) odpowiedzi na podświetlany, wyjmuje każdą kulkę jedzenia i wraca do i szturcha do nosa bez dodatkowego kształtowania. Zazwyczaj szczury potrzebują około 2 - 3 30-minutowych sesji, aby osiągnąć te kryteria (patrz rysunek 2).
    nuta: Ręczne dostarczanie granulek pokarmowych nie jest potrzebne, gdy szczur niezawodnie szturcha klucz i otrzymuje wzmocnienie pokarmu dostarczane przez program komputerowy.

4. Szkolenie rPVT

  1. Po ukształtowaniu rozpocznij szczura w stałym, stosunkowo krótkim odstępie czasu i wartości TO (np. 2 s) podczas następnej 30-minutowej sesji, aż szczur ukończy 8 z 10 prawidłowych prób. Dla każdej z tych prób podczas treningu podświetl szturchnięcia nosa na wystarczająco długi czas, aby szczur mógł zareagować. Tutaj trzymaj klucz podświetlony przez 9 sekund; to okno odpowiedzi jest również nazywane ograniczonym wstrzymaniem (LH).
  2. Użyj stosunkowo krótkiej przerwy (DO; Np. 2 s) jako karę za przedwczesne reakcje, lub reagowanie przed zapaleniem do szturchania nosa. Podczas TO szczury nie mają możliwości zarabiania na pożywienie. W tym przypadku wartość TO i foreperiod mają ten sam czas trwania podczas tych sesji treningowych i zmieniają się w tym samym tempie.
  3. Gdy szczur wykona 8 z 10 prawidłowych prób, zwiększ okres wstępny i TO o 0,1 s (tj. do 2,1), jednocześnie skracając LH o 0,1 s (tj. do 8,9). Najlepiej jest korzystać z programu komputerowego, który może automatycznie dokonywać tych zmian podczas sesji.
    nuta: Podczas szkolenia myszy na rPVT stosuje się dłuższy ITI, ponieważ myszy potrzebują więcej czasu na spożycie granulek pokarmowych. W tym przypadku użyj 30-sekundowego ITI do treningu i testowania męskiego C57BL/6J. Dodatkowo, ponieważ mysz może ważyć ~ 20 g, podczas sesji zużyje znacznie mniej granulek. Dlatego skróć typową sesję, kończąc ją, gdy zdobędziesz maksymalnie 50 granulek; kryterium zwiększania okresu przedniego i TO również zostaje zmienione na 4 z 5 prawidłowych prób przed zwiększeniem okresu przedniego i TO o 0,1 s.
  4. Po zakończeniu 30-minutowej sesji zapisz końcowy okres przygotowawczy, jaki szczur osiągnął podczas sesji treningowej (np. 4,2 s), w arkuszu kalkulacyjnym lub ręcznie na karcie danych, oraz ilość zdobytego jedzenia, która jest obliczana przez pomnożenie liczby prawidłowych prób razy 0,045 g (np. 100 prawidłowych prób x 0,045 g = 4,5 g). Odejmij tę ilość pokarmu od dziennego przydziału szczura i nakarm go pozostałym pokarmem w klatce domowej.
    nuta: Dzienne pliki danych rejestrują końcowy okres wstępny osiągnięty przez każdego szczura. Obliczenia mające na celu określenie ilości jedzenia zarobionego podczas sesji mogą być wykonane automatycznie przez program komputerowy lub ręcznie przy użyciu powyższego równania. Zdobyte jedzenie jest odejmowane ręcznie od dziennego przydziału pożywienia każdego szczura.
  5. Następnego dnia rozpocznij 30-minutową sesję treningową z okresem wstępnym, który jest o 300 ms krótszy niż wartość, na której szczur zakończył poprzednią sesję. Na przykład, jeśli szczur zakończył po 4,2 s, ta sesja zaczyna się po 3,9 s. Kontynuuj zwiększanie okresu wstępnego o 0,1 s, gdy szczur wykona 8 z 10 prawidłowych prób w każdym okresie wstępnym, aż szczury osiągną okres wstępny 10 s. W ten sposób szczury doświadczą wszystkich możliwych okresów wstępnych.
    nuta: Kiedy szczury osiągają okres wstępny 9,7 - 10 s, TO pozostaje na poziomie 8 s, a LH wynosi 1,5 s.
  6. Pod koniec każdej sesji sprawdź codzienną wydajność szczura w tym czasie, badając procent prawidłowych prób, przedwczesnych prób i chybień. Szczury zwykle utrzymują średnio 40-90% poprawnych odpowiedzi podczas tych sesji treningowych, przy czym średni odsetek poprawnych odpowiedzi stale rośnie podczas treningu. Tutaj wyeksportuj dzienne dane dla każdego szczura do arkusza kalkulacyjnego, który oblicza te wartości procentowe w celu śledzenia dziennej wydajności sesji.
  7. Gdy szczur osiągnie okres wstępny 10 s, rozpocznij następną kolejną 30-minutową sesję z okresami wstępnymi przedstawionymi w losowych odstępach czasu, zaczynając od okresów wstępnych między 7 - 10 s. Upewnij się, że TO i LH pozostają odpowiednio na poziomie 8 i 1,5 s. W tym przypadku program komputerowy kontrolujący nieprzewidziane sytuacje behawioralne automatycznie przełącza się z prezentowania rosnących okresów wstępnych na zmienne okresy wstępu, gdy każdy szczur osiągnie kryterium 8 na 10 w okresie 10 sekund.
  8. Gdy szczur utrzyma co najmniej 70% poprawności z losowo prezentowanymi okresami wstępnymi między 7 a 10 sekundami, zmień program tak, aby prezentował okresy wstępne w losowych odstępach czasu, zaczynając od okresów wstępnych między 5 a 10 sekundami. Zbadaj codzienną wydajność każdego szczura w tym czasie, ponieważ ta zmiana często zachodzi w trakcie sesji.
  9. Po tym, jak szczur utrzyma 70% poprawności, ponownie zmień program, aby przedstawić pełny zakres okresów wstępnych (3 - 10 s) w losowych odstępach czasu podczas 30-minutowej sesji. W sposób podobny do punktu 4.8 zbadaj codzienną wydajność każdego szczura w tym czasie, ponieważ ta zmiana często zachodzi w trakcie sesji.
    nuta: Oprogramowanie komputerowe kontrolujące sytuacje behawioralne automatycznie wprowadza te zmiany w oparciu o wydajność każdego szczura (np. 4,7 - 4,9). Ważne jest, aby wprowadzić zmianę w 4.9 tylko wtedy, gdy wskaźnik sukcesu szczura jest wysoki (>70% poprawnie), ponieważ szczury często przyjmują strategię losowego reagowania w czasie, zamiast właściwie czekać i zajmować się bodźcem. Jeśli sukces szczura jest niski, powtórz 4,7 - 4,9.
  10. W przypadku kryteriów akwizycji zdefiniuj wyjściowe wyniki jako stabilne, gdy w 4 z 5 codziennych sesji w ciągu tygodnia odsetek prawidłowych odpowiedzi szczurów wynosi 75% lub więcej podczas sesji, a odsetek przedwczesnych odpowiedzi jest mniejszy niż 30%.

5. Analiza danych dla podstawowych miar reagowania

  1. Aby ocenić wyniki behawioralne podczas akwizycji, użyj ANOVA z powtarzającymi się pomiarami, z powtarzającym się czynnikiem sesji, wartości czasu wykonania zadania lub wartości okresu przedwczesnego dla każdej miary wydajności opisanej poniżej.
    nuta: W tym przypadku w badaniach stosuje się zarówno projekty wewnątrz-, jak i międzyobiektowe, w których porównujemy wszystkie zwierzęta do ich własnych punktów wyjściowych po warunkach eksperymentalnych i porównujemy zwierzęta doświadczalne ze zwierzętami kontrolnymi po tej samej manipulacji. Kiedy zostaną osiągnięte stabilne behawioralne linie bazowe, zastosowanie projektów wewnątrzobiektowych ograniczy liczbę potrzebnych szczurów.
  2. Zdefiniuj przedwczesne reakcje jako reakcje przed pojawieniem się lampki kluczowej lub w ciągu pierwszych 150 miesięcy od włączenia lampki kluczowej.
  3. Zdefiniuj poprawne odpowiedzi jako odpowiedzi udzielone po zapaleniu się lampki klucza, z minimalnym opóźnieniem większym niż 150 ms i maksymalnym opóźnieniem długości okna odpowiedzi; w tym przypadku 1,500 ms.
  4. Zdefiniuj chybienia (lub pominięcia) jako próby, na które badany nie udziela odpowiedzi.
  5. Zdefiniuj opóźnienia odpowiedzi jako czas, jaki upłynął (w ms) od początku światła do wciśnięcia szturchnięcia nosa; zwany również czasem reakcji (RT).
  6. Zdefiniuj łączną liczbę prób jako liczbę przedwczesnych odpowiedzi plus poprawne odpowiedzi plus chybienia.
    nuta: W przypadku występów PVT u ludzi, przedwczesne reagowanie i spadki uwagi mogą być dość rzadkie, a badacze najczęściej podają tylko rzeczywiste surowe częstotliwości tych pomiarów. Nie dotyczy to jednak występów ze szczurami. Aby umożliwić porównania między różnymi wersjami rPVT w literaturze, miary wydajności szczurów są tutaj przedstawione jako procent wszystkich prób. Preferowane jest użycie programu komputerowego, który może rejestrować i oznaczać każdy z tych elementów na zasadzie próba po próbie w celu późniejszej analizy, ponieważ szczury wykonują ponad 200 prób w ciągu 30-minutowej sesji i często spełniają kryteria przejścia do kolejnego etapu procedury treningowej w ramach sesji.

6. Dodatkowe miary wydajności obliczeniowej

  1. W przypadku 30-minutowej sesji behawioralnej zdefiniuj lapsy jako poprawne odpowiedzi, w których RT był większy niż dwukrotność średniego czasu reakcji dla każdej sesji szczura (wykonanej po sesji); uwzględnij również pominięte próby w obliczeniach laps.
    nuta: W ludzkim PVT wygaśnięcia są zwykle definiowane jako czasy reakcji (RT) > 500 ms4. W przypadku gryzoni najlepiej jest przeprowadzić porównania post hoc ze średnią RT każdego szczura - uzyskaną z analizy prób po próbach opisanej powyżej - zamiast porównywać je z wartością progową, ze względu na zmienność RT u poszczególnych szczurów. Metoda ta jest podobna do wygaśnięcia w innych opublikowanych wersjach rPVT15,16. W tym przypadku i w innych opublikowanych wersjach, pominięte próby obejmują również pominięte próby (lapsy = odpowiedzi z RT > dwukrotność średniej RT dla sesji, plus chybienia), ponieważ pominięte próby w ludzkim PVT są również rejestrowane jako uchybienia.
  2. Określ szacowany wskaźnik fałszywych alarmów, obliczając procent przedwczesnych reakcji, które występują w rzeczywistym przedziale 3 - 10 sekund, kiedy mógł pojawić się bodziec.
    nuta: Miara ta wykorzystuje podzbiór przedwczesnych reakcji, które występują tylko w czasie, gdy bodziec może wystąpić, tj. Przedwczesne reakcje, które występują w okresie przedokresowym 3 - 10 s. Miara ta nie obejmuje przedwczesnych reakcji przed 3 s, ponieważ światło bodźca nigdy nie byłoby oświetlone w tym czasie. W tym przypadku ten podzbiór przedwczesnych odpowiedzi jest automatycznie sortowany od wszystkich przedwczesnych odpowiedzi w programie komputerowym arkusza kalkulacyjnego.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Wyniki bazowe szczurów w teście rPVT

Przy parametrach opisanych w niniejszym dokumencie, 86,7% z 122 samców szczurów osiągnęło końcowe parametry rPVT w ciągu średnio 9,0 (SD = 10,13; n = 122) komputerowo zautomatyzowanych sesji treningowych (opisanych w sekcjach 4.1 - 4.9 Trening rPVT; w naszym doświadczeniu tylko około 2% szczurów nie opanuje rPVT). Stosując obecną metodologię, szczury uzyskały średnio 73,4% poprawnych odpowiedzi,...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Opisana w niniejszym dokumencie metodologia skutkuje wynikami rPVT u szczurów, które pod wieloma względami wypadają korzystnie w porównaniu z typową wydajnością PVT opisywaną w literaturze dotyczącej ludzi. Korzystając z obecnych technik, można szybko wyszkolić szczury do wykonywania rPVT, a wyniki uzyskane za pomocą tych technik charakteryzują się wyraźną dyskryminacją (tj. wysoki poziom prawidłowej reakcji, niski poziom zarówno przedwczesnej reakcji, jak i zaników). Co więcej, rozkłady czasu reakcji uzyskane z...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Te badania były wspierane przez NASA (NNX15AC17G do CMD) oraz przez umowę o współpracy NASA NCC 9-58 (E000010 do CMD, NBPF02802 i NBPF04201 do RDH) z National Space Biomedical Research Institute.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Modułowa komora operacyjna dla szczurów z podłogą siatkową ze stali nierdzewnejMed AssociatesENV-008Med Associates Inc.
PO Box 319
St. Albans, Vermont 05478,
USA
Telefon: (802) 527-2343
Komora dźwiękochłonna Med AssociatesENV-022MDDomy komory operacyjnej dla szczurów
Lampa domowa dla szczuraMed AssociatesENV-215M
Klucz odpowiedzi na szturchanie nosa szczura o średnicy 1"Med AssociatesENV-119M-1
Pojemnik na pellet, typ korytaMed AssociatesENV-200R2M
Modułowy dozownik pelletu dla szczura, 45 mgMed AssociatesENV-203M-45
PCI Pakiet operacyjny dla maksymalnie 8 komór operacyjnychMed AssociatesMED-SYST-8
SmartCtrlMed AssociatesDIG-716P1Ten numer katalogowy ma 8 wyjść i 4 wejścia, co jest minimum potrzebne do uruchomienia rPVT; SmartCtrl można również zakupić z 16 wyjściami i 8 wejściami dla większej elastyczności
Oprogramowanie Med-PC IVKomputer PC Med AssociatesSOF-735
z gniazdem karty PCIDowolny producent (np. , Dell)Korzystanie z pakietu operacyjnego PCI wymaga komputera z gniazdem karty PCI. Dostępne są systemy korzystające z PCIe. Skontaktuj się z Med Associates, aby uzyskać szczegółowe informacje.
Bezpyłowe granulki precyzyjne 45 mg diety na bazie ziarna gryzoniBio ServFO165Bio-Serv
One 8th Street, Suite 1
Frenchtown, NJ 08825, USA
Telefon: (800)-996-9908;     Powszechnie stosowane są standardowe granulki chow. Różne granulki (np. , sacharoza) można nabyć w Bio Serv.

Bibliografia

  1. Dinges, D. F., Orne, M. T., Whitehouse, W. G., Orne, E. C. Temporal placement of a nap for alertness: contributions of circadian phase and prior wakefulness. Sleep. 10, 313-329 (1987).
  2. Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analyses of performance on a portable, simple visual RT task during sustained operations. Behav Res Method Inst Comp. 17, 652-655 (1985).
  3. Kribbs, N. B., et al. Effects of one night without nasal CPAP treatment on sleep and sleepiness in patients with obstructive sleep apnea. Am Rev Respir Dis. 147, 1162-1168 (1993).
  4. Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34, 581-591 (2011).
  5. Basner, M., Mollicone, D., Dinges, D. F. Validity and Sensitivity of a Brief Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) to Total and Partial Sleep Deprivation. Acta Astronaut. 69, 949-959 (2011).
  6. Dinges, D. F., et al. Cumulative sleepiness, mood disturbance, and psychomotor vigilance performance decrements during a week of sleep restricted to 4-5 hours per night. Sleep. 20, 267-277 (1997).
  7. Drummond, S. P., et al. The neural basis of the psychomotor vigilance task. Sleep. 28, 1059-1068 (2005).
  8. Jewett, M. E., Dijk, D. J., Kronauer, R. E., Dinges, D. F. Dose-response relationship between sleep duration and human psychomotor vigilance and subjective alertness. Sleep. 22, 171-179 (1999).
  9. Lim, J., Dinges, D. Sleep deprivation and vigilant attention. Ann N Y Acad Sci. 1129, 305-322 (2008).
  10. Van Dongen, H. P., Dinges, D. F. Sleep, circadian rhythms, and psychomotor vigilance. Clin Sports Med. 24 (2), 237-249 (2005).
  11. Van Dongen, H. P., et al. Caffeine eliminates psychomotor vigilance deficits from sleep inertia. Sleep. 24 (7), 813-819 (2001).
  12. Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168 (2), 312-317 (2006).
  13. Lim, J., Dinges, D. F. Sleep deprivation and vigilant attention. Annals of the New York Academy of Sciences. 1129, 305-322 (2008).
  14. Basner, M., et al. Mars 520-d mission simulation reveals protracted crew hypokinesis and alterations of sleep duration and timing. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 2635-2640 (2013).
  15. Christie, M. A., et al. Microdialysis elevation of adenosine in the basal forebrain produces vigilance impairments in the rat psychomotor vigilance task. Sleep. 31, 1393-1398 (2008).
  16. Christie, M. A., McKenna, J. T., Connolly, N. P., McCarley, R. W., Strecker, R. E. 24 hours of sleep deprivation in the rat increases sleepiness and decreases vigilance: introduction of the rat-psychomotor vigilance task. J. Sleep Res. 17, 376-384 (2008).
  17. Oonk, M., Davis, C. J., Krueger, J. M., Wisor, J. P., Van Dongen, H. P. Sleep deprivation and time-on-task performance decrement in the Rat Psychomotor Vigilance Task. Sleep. 38, 445-451 (2015).
  18. Loomis, S., McCarthy, A., Edgar, D., Tricklebank, M., Gilmour, G. Behavioural evidence that modafinil and amphetamine do not produce equivalent qualities of wake promotion in sleep-restricted rats. Sleep Medicine. 14, Supplement 1 185(2013).
  19. Deurveilher, S., Bush, J. E., Rusak, B., Eskes, G. A., Semba, K. Psychomotor vigilance task performance during and following chronic sleep restriction in rats. Sleep. 38, 515-528 (2015).
  20. Davis, C. M., Roma, P. G., Hienz, R. D. A rodent model of the human psychomotor vigilance test: Performance comparisons. J Neurosci Methods. 259, 57-71 (2016).
  21. Lim, J., et al. Imaging brain fatigue from sustained mental workload: an ASL perfusion study of the time-on-task effect. Neuroimage. 49, 3426-3435 (2010).
  22. Tucker, A. M., Basner, R. C., Stern, Y., Rakitin, B. C. The variable response-stimulus interval effect and sleep deprivation: an unexplored aspect of psychomotor vigilance task performance. Sleep. 32, 1393-1395 (2009).
  23. Skinner, B. F. The behavior of organisms: an experimental analysis. , Appleton-Century-Crofts. (1938).
  24. Warm, J. S., Parasuraman, R., Matthews, G. Vigilance requires hard mental work and is stressful. Hum Factors. 50, 433-441 (2008).
  25. Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168, 312-317 (2006).
  26. Raymann, R. J., Van Someren, E. J. Time-on-task impairment of psychomotor vigilance is affected by mild skin warming and changes with aging and insomnia. Sleep. 30, 96-103 (2007).
  27. Beijamini, F., Silva, A. G., Peixoto, C. A., Louzada, F. M. Influence of gender on psychomotor vigilance task performance by adolescents. Braz J Med Biol Res. 41, 734-738 (2008).
  28. Davis, C. M., DeCicco-Skinner, K. L., Hienz, R. D. Deficits in Sustained Attention and Changes in Dopaminergic Protein Levels following Exposure to Proton Radiation Are Related to Basal Dopaminergic Function. PLoS One. 10, 0144556(2015).
  29. Stebbins, W. C. Response latency as a function of amount of reinforcement. J Exp Anal Behav. 5, 305-307 (1962).
  30. Stebbins, W. C., Lanson, R. N. Response latency as a function of reinforcement schedule. J Exp Anal Behav. 5, 299-304 (1962).
  31. Christie, M. A., McCarley, R. W., Strecker, R. E. Twenty-four hours, or five days, of continuous sleep deprivation or experimental sleep fragmentation do not alter thirst or motivation for water reward in rats. Behav Brain Res. 214, 180-186 (2010).
  32. Koban, M., Sita, L. V., Le, W. W., Hoffman, G. E. Sleep deprivation of rats: the hyperphagic response is real. Sleep. 31, 927-933 (2008).
  33. Moody, D. B. Animal Psychophysics, The Design and Conduct of Sensory Experiments. Stebbins, W. C. , Appleton-Century-Crofts. 277-302 (1970).
  34. Pfingst, B. E., Hienz, R. D., Kimm, J., Miller, J. M. Reaction-time procedure for measurement of hearing I. Suprathreshold functions. J Acoust Soc Am. 57, 421-430 (1975).
  35. Stebbins, W. C. Auditory reaction time and the derivation of equal loudness contours for the monkey. J Exp Anal Behav. 9, 135-142 (1966).
  36. Hienz, R. D., Weerts, E. M. The Baboon in Biomedical Research. VandeBerg, J. L., Williams-Blanger, S., Tardif, S. D. , Springer. (2009).
  37. May, B. J., Huang, A. Y., Aleszczyk, C. M., Hienz, R. D. Methods of Comparative Acoustics. Klump, G. M., Dooling, R. J., Fay, R. R. , Birkhauser Verlag. 95-108 (1995).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Ocena sprawno ci neurobehawioralnejPomiar uwagi trwa e jTrening w komorze operacyjnejWzmocnienie w postaci peletu pokarmowegoReakcja polegaj ca na wk adaniu nosa w otw rAnaliza interwa u przedbod cowegoPomiar czasu reakcjiledzenie spadku czujno ciMonitorowanie reakcji przedwczesnych
Test czujności psychomotorycznej gryzoni (rPVT): metoda oceny sprawności neurobehawioralnej u szczurów i myszy
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.