Artykuł metodologiczny

Zadanie trwałej uwagi (SAT) na ekranie dotykowym dla szczurów

DOI:

10.3791/56219

⸱

15 września 2017

 ,  ,  , 
1Psychology Department, Temple University, 2Neuroscience Program, Temple University

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ciągła uwaga, czyli ciągłe monitorowanie sytuacji pod kątem sporadycznych i nieprzewidywalnych zdarzeń, jest krytycznym aspektem poznania. Tutaj szczegółowo opisujemy, jak przetestować ciągłą uwagę u szczurów za pomocą komór operacyjnych z ekranem dotykowym. Wykazujemy porównywalną wydajność u samców i samic szczurów, co czyni to zadanie przydatnym do badania uwagi u obu płci.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ciągła uwaga to zdolność do monitorowania sporadycznych i nieprzewidywalnych zdarzeń przez dłuższy okres czasu. Ten proces uwagi służy innym aspektom poznania i jest zakłócony w niektórych zaburzeniach neurorozwojowych, neuropsychiatrycznych i neurodegeneracyjnych. Dlatego klinicznie ważne jest zidentyfikowanie mechanizmów, które upośledzają i poprawiają trwałą uwagę. Takie mechanizmy są często po raz pierwszy odkrywane przy użyciu modeli gryzoni. W związku z tym opracowano kilka procedur behawioralnych do testowania aspektów długotrwałej uwagi dla gryzoni. Jeden, po raz pierwszy opisany przez McGaughy'ego i Sartera (1995), zwany zadaniem długotrwałej uwagi (SAT), szkoli szczury do rozróżniania między sygnałem (tj. krótką prezentacją światła) a próbami bez sygnału. Sygnały są krótkie i dlatego wymagają szczególnej uwagi, aby zostały dostrzeżenie. Wymagania dotyczące uwagi można dodatkowo zwiększyć, wprowadzając rozpraszacz (np. światło w domu). Zmodyfikowaliśmy to zadanie dla komór operacyjnych z ekranem dotykowym, które są skonfigurowane z ekranem dotykowym na jednej ścianie, który może prezentować bodźce i rejestrować odpowiedzi. Tutaj szczegółowo opisujemy nasz protokół dla SAT w komorach z ekranem dotykowym. Dodatkowo przedstawiamy standardowe miary wydajności samców i samic szczurów Sprague-Dawley. Porównywalne wyniki w tym zadaniu u obu płci podkreślają jego zastosowanie w badaniach nad uwagą, zwłaszcza że coraz więcej badaczy uwzględnia samice gryzoni w swoim projekcie eksperymentalnym. Co więcej, łatwa implementacja SAT dla coraz bardziej popularnych studzienek z ekranem dotykowym zwiększa jego użyteczność.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zaburzenia od zespołu nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD) przez schizofrenię do choroby Alzheimera, dzielą upośledzenie uwagi jako cechę1,2,3. Deficyty w długotrwałej uwadze – zdolności do ciągłego monitorowania sytuacji pod kątem sporadycznych i nieprzewidywalnych zdarzeń – są szczególnie destrukcyjne, ponieważ ciągła uwaga ma kluczowe znaczenie dla selektywnej i podzielonej uwagi, a także innych procesów poznawczych4,5. Nawet u zdrowych osób trudności z utrzymaniem uwagi negatywnie wpływają na funkcje poznawcze, upośledzając codzienne funkcjonowanie6. Tak więc zrozumienie neurobiologicznych podstaw długotrwałej uwagi i tego, w jaki sposób ulega ona rozregulowaniu, może prowadzić do interwencji mających na celu poprawę funkcji poznawczych, które przyniosłyby korzyści wielu ludziom.

W celu nakreślenia obwodów i procesów molekularnych, które przyczyniają się do prawidłowej i zakłóconej uwagi, wielu badaczy zwróciło się ku modelom zwierzęcym niebędącym ludźmi, gdzie możliwe jest manipulowanie określonymi populacjami komórek i procesami molekularnymi podczas zadań związanych z uwagą. Wysiłek ten doprowadził do opracowania różnych zadań koncentracji instrumentalnej, które mogą oceniać zdolność do utrzymania uwagi7,8,9,10. Jeden z takich paradygmatów, opracowany przez McGaughy'ego i Sartera (1995), jest znany jako zadanie ciągłej uwagi (SAT). Gryzonie wyszkolone w SAT muszą odróżniać próby sygnałowe, w których lampka sygnalizacyjna krótko, od prób bez sygnału. Wymagania dotyczące uwagi można zwiększyć, wprowadzając wizualny dystraktor (światło domu)10. Parametry krytyczne dla oceny uwagi w SAT są dobrze udokumentowane, a zadanie to zostało zweryfikowane u samców i samic szczurów i myszy10,11,12. Wersja została nawet dostosowana do potrzeb ludzi, podkreślając użyteczność translacyjną SAT13. Co ważne, zastosowanie tego zadania pomogło w uwikłaniu podstawnego układu korowo-ogonowego przodomózgowia w ciągłą uwagę4. W szczególności neurony cholinergiczne w jądrze podstawnym obszaru Meynert (NBM) / istoty wewnętrznej (SI) podstawy przodomózgowia, które rzutują na korę przedczołową, mają kluczowe znaczenie dla trafień, które są dokładnymi odpowiedziami na próby sygnałowe14,15. W przeciwieństwie do tego, uważa się, że neurony GABA-ergiczne w tym regionie pośredniczą w wydajności podczas prawidłowych odrzutów (CR), które są dokładnymi odpowiedziami w próbach bez sygnału16. Po ustaleniu podstawowego obwodu dla tego zadania zidentyfikowano czynniki, które modulują ten obwód w celu upośledzenia uwagi, począwszy od hormonów stresu, a skończywszy na białkach neurotoksycznych17,18. Podsumowując, badania te podkreślają użyteczność SAT.

Jednym z ograniczeń implementacji SAT w laboratorium jest to, że oryginalna procedura wymaga komór operacyjnych na stałe skonfigurowanych do tego zadania, z centralnym oświetleniem panelu i dwiema wysuwanymi dźwigniami, jedną przeznaczoną do uderzeń i jedną dla CRs10. Podczas próby sygnału lampka panelu zapala się na chwilę, a następnie dźwignie wysuwają się, wskazując 4-sekundowe okno reakcji. W tym oknie, jeśli zostanie naciśnięta wyznaczona dźwignia trafienia, szczur otrzymuje nagrodę (jedzenie lub wodę). Nieprawidłowe naciśnięcia dźwigni podczas prób sygnału, znane jako chybienia, nie są nagradzane. W przypadku prób bez sygnalizacji lampka panelu pozostaje wyłączona, a następnie dźwignie są wysuwane. Podczas gdy CR jest nagradzany, nieprawidłowe naciśnięcia dźwigni w niesygnalizowanych próbach, znane jako fałszywe alarmy, nie są nagradzane. Brak odpowiedzi w oknie odpowiedzi liczy się jako pominięcie. Aby zwiększyć dostępność SAT, niedawno zmodyfikowaliśmy zadanie dla komór operacyjnych z ekranem dotykowym, w których jedna ściana jest ekranem dotykowym, który może zarówno wyświetlać bodźce wizualne, jak i rejestrować reakcje szturchania nosem19. Komory z ekranem dotykowym stają się coraz bardziej popularne ze względu na ich wszechstronność w wykonywaniu różnych zadań (np. uczenie się w parach, uczenie odwrócone itp.) za pomocą jednego elementu wyposażenia20. Podobnie jak w przypadku innych procedur związanych z ekranami dotykowymi20,21,22, nasza adaptacja SAT wymaga użycia nieprzezroczystej plastikowej osłony ekranu dotykowego, zwanej maską, z wyciętymi w niej otworami. Centralny, okrągły otwór pozwala na prezentację sygnału poprzez prezentację białego bodźca na ekranie za nim, a dwa kwadratowe obszary odpowiedzi, jeden przeznaczony dla trafień, a drugi dla CR, pozwalają szczurowi na udzielanie odpowiedzi dotykowych19. W tradycyjnych komorach okno odpowiedzi 4-s jest zwykle sygnalizowane prezentacją dźwigni, ale poprzednie badanie wykazało, że ton może być również używany do sygnalizowania okna odpowiedzi23. W SAT z ekranem dotykowym podobnie sygnalizujemy okno odpowiedzi krótkim dźwiękiem. Inne parametry treningu (np. liczba prób, interwał między próbami itp.) są podobne między tradycyjnym a dotykowym SAT. Wcześniej oceniliśmy wydajność między tradycyjną wersją SAT a wersją SAT z ekranem dotykowym i stwierdziliśmy, że jest ona porównywalna, co sugeruje, że SAT z ekranem dotykowym jest prawidłowym sposobem pomiaru trwałej uwagi19. Modyfikacja ekranu dotykowego sprawia, że SAT jest bardziej wszechstronny, ponieważ można go teraz dostosować do powszechnego użytku w skrzynkach sterowniczych z ekranem dotykowym.

Obecny protokół szczegółowo opisuje, jak uruchomić SAT z ekranem dotykowym w laboratorium. Harmonogramy treningowe zostały nieznacznie zmienione w stosunku do naszego poprzedniego raportu z zadania19 w celu optymalizacji czasu akwizycji u samic szczurów, które, w przeciwieństwie do samców, miały trudności z przejściem przez poprzednie harmonogramy24. Dołączono wyniki ilustrujące typowe wyniki u samców i samic szczurów, wraz ze wskazówkami dotyczącymi rozwiązywania problemów z zadaniem.

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

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi National Institutes of Health i zostały zatwierdzone przez Temple University Institutional Animal Use and Care Committee. Protokół ten został opracowany z udziałem dorosłych (w wieku ~60 dni na początku badania) samców i samic szczurów Sprague-Dawley (Charles River).

1. Materiały do SAT z ekranem dotykowym

  1. Upewnij się, że każda komora z ekranem dotykowym jest otoczona kabiną tłumienia dźwięku i że komory są wyposażone w oświetlenie domu, generator tonów, kamerę umieszczoną nad komorą oraz dozownik peletów z obszarem nagrody podajnika (który można podświetlić) na ścianie naprzeciwko ekranu dotykowego.
  2. Użyj obszaru nagrody podajnika z dużą aperturą, jeśli planowane są implanty kaniuli lub elektrod. Użyj 45 mg granulek nagrody, które zostały przesiane za pomocą przesiewacza mąki, aby zmniejszyć kurz, który może zatkać podajnik.
  3. Wyposaż każdą komorę w czarną maskę akrylową (o grubości 3,175 mm, matowa), aby ograniczyć obszary reakcji na ekranie dotykowym. Przygotuj maskę z centralnym okrągłym otworem (średnica 28,58 mm, 107,95 mm od dołu, wyśrodkowany między lewą a prawą stroną) na bodziec świetlny i dwa kwadratowe obszary odpowiedzi (28,57 mm x 28,57 mm), z których każdy znajduje się poniżej i poza środkiem (jeden 85,73 mm od lewej strony i jeden 85,73 mm od prawej strony, i oba 34,93 mm od dołu). Przedstawienie maski można znaleźć w publikacji Wicks i wsp.19.
  4. Umieść maskę przed ekranem dotykowym z matowym wykończeniem skierowanym w stronę komory.

2. Projektowanie harmonogramu dla SAT z ekranem dotykowym

UWAGA: Poniższy protokół szczegółowo opisuje, jak ustawić parametry dla harmonogramów kształtowania i testowania dla SAT z ekranem dotykowym. Wszystkie te harmonogramy są również dostępne na życzenie. W tabeli 1 przedstawiono parametry harmonogramu.

  1. Parametry kształtowania szturchnięcia nosa.
    1. Ustaw program tak, aby nie były wyświetlane żadne sygnały, a światło w domu pozostawało wyłączone.
    2. Ustaw obszar nagrody podajnika tak, aby świecił się, aby wskazać obecność osadu i aby to światło wyłączało się po wyjęciu granulki, zgodnie z wiązką podczerwieni portu podajnika.
    3. Ustaw program tak, aby szturchanie nosa w dowolnym obszarze odpowiedzi było nagradzane granulkami żywności zgodnie z harmonogramem wzmocnienia o stałym stosunku 1 (FR1) (tj. każda odpowiednia reakcja jest nagradzana). Ustaw jednak program tak, że jeśli różnica boczna dla szturchnięć nosem wynosi pięć lub więcej, szczur musi szturchnąć stronę niefaworyzowaną, aby otrzymać nagrodę, aby zapobiec rozwojowi stronniczości bocznej.
    4. Ustaw sesję tak, aby kończyła się po 40 minutach lub 120 nagrodzonych szturchnięciach. Przechodzą do Harmonogramu Szkolenia 1, jeśli wykonają 120 szturchnięć nosem w ciągu 40 minut przez dwa kolejne dni.
  2. Opis parametrów współdzielonych dla Harmonogramu szkolenia 1, Harmonogramu szkolenia 2 i SAT.
    1. Zaprogramuj harmonogramy treningowe tak, aby światło w domu pozostało włączone, aby zwiększyć wymagania uwagi.
    2. Zaprogramuj każdą sesję tak, aby składała się ze 162 prób, które można podzielić na trzy bloki po 54 próby na blok z interwałem międzytrialowym (ITI) ustawionym na 9 ± 3 s.
    3. Upewnij się, że próby sygnałowe i niesygnałowe są pseudorandomizowane w taki sposób, aby w każdym z trzech bloków wystąpiła taka sama liczba prób sygnałowych i niesygnałowych.
    4. Ustaw program tak, aby dostarczał granulki żywności i automatycznie włączaj światło portu żywnościowego na początku każdej sesji. Gdy przerwanie wiązki podczerwieni wskazuje, że szczur usunął głowę z obszaru nagrody, ustaw program tak, aby wyłączał światło portu pokarmowego i rozpoczynał pierwsze ITI.
    5. Po każdej próbie (tj. sygnałowej lub bezsygnałowej) ustaw program tak, aby wskazywał 4-sekundowe okno odpowiedzi z tonem 200 ms, 70 dB (3 kHz).
    6. Jeśli szczur zareaguje poprawnie, ustaw program tak, aby inicjował ITI, gdy szczur usunie głowę z obszaru nagrody. Jeśli szczur zareaguje niepoprawnie, ustaw ITI tak, aby zaczął podążać za odpowiedzią. Jeśli szczur pominie (tj. nie udzieli odpowiedzi), ustaw ITI tak, aby rozpoczynał się po zakończeniu okna odpowiedzi.
    7. W celu zrównoważenia należy opracować dwie wersje tych harmonogramów, pierwszą z prawym obszarem odpowiedzi przeznaczonym dla trafień (wersja A), a drugą z lewym obszarem odpowiedzi przeznaczonym dla trafień (wersja B).
  3. Parametry Harmonogramu Treningowego 1.
    1. Ustaw czas trwania wszystkich sygnałów na 500 ms.
    2. Podczas prób sygnału ustaw program tak, aby jednocześnie oświetlał obszar odpowiedzi przeznaczony dla trafień z intensywnością 50%, wraz z sygnałem, aby zwrócić uwagę szczura na właściwy obszar odpowiedzi.
    3. Wyznaczony obszar do prawidłowych odrzutów powinien być nieoświetlony podczas prób bez sygnału.
    4. Ustaw program tak, aby nieprawidłowe odpowiedzi wywoływały próby korekcyjne, w których poprzedni typ próby (tj. sygnałowy lub niesygnałowy) jest ponownie prezentowany. Upewnij się, że prawidłowa odpowiedź lub cztery następujące po sobie niepoprawne odpowiedzi kończą serię prób korekcyjnych. Nie należy wliczać prób korekcyjnych do całkowitej liczby 162 prób wymaganych do wykonania zadania.
    5. Przechodzą do Harmonogramu Treningowego 2, jeśli mają co najmniej 70% trafień, co najmniej 70% poprawnych odrzuceń i mniej niż 20% pominięć przez trzy kolejne dni.
  4. Parametry Harmonogramu Treningowego 2.
    1. Ustaw czas trwania wszystkich sygnałów na 500 ms.
    2. W przeciwieństwie do Harmonogramu Treningu 1, program powinien być ustawiony tak, aby obszar odpowiedzi na trafienia nie był podświetlony podczas prób sygnału.
    3. W przeciwieństwie do Harmonogramu Szkolenia 1, program nie powinien wykonywać prób korekcyjnych.
    4. Zachowaj wszystkie inne parametry takie same, jak w Harmonogramie treningowym 1.
    5. Awansuj osoby do SAT, jeśli mają co najmniej 70% trafień, co najmniej 70% poprawnych odrzuceń i mniej niż 20% pominięć przez trzy kolejne dni.
  5. Parametry SAT.
    1. Ustaw trzy czasy trwania sygnału: 500 ms, 50 ms i 25 ms.
    2. Ustaw program tak, aby prezentował sygnały zmiennych w sposób pseudolosowy, tak aby trzy czasy trwania sygnałów były prezentowane równą liczbę razy podczas każdego z trzech bloków próbnych.
    3. Zdefiniuj kryteria wydajności jako co najmniej 70% trafień przy czasie trwania sygnału 500 ms, co najmniej 70% poprawnych odrzuceń i mniej niż 20% pominięć przez trzy kolejne dni.
szt. szt. szt.
Etap szkoleniaMax. PróbyCzas trwania sygnału (ms)Warunki specjalneKryteriaMediana dni na etap
Kształt szturchańca nosa120Brak wydarzeńŚwiatło domowe włączone120 prób w 40 minutPsy: 2, Suki: 2
Harmonogram szkolenia 1Rozdział 162500Światło domowe włączone; Próby korekcyjne; Okno odpowiedzi podświetlone na 50% podczas prób sygnału> 70% trafień, > 70% CR, < 20% nieobecności przez 3 kolejne dniMężczyźni: 19, Kobiety: 25
Harmonogram szkoleń 2Rozdział 162500Światło domowe włączone> 70% trafień, > 70% CR, < 20% nieobecności przez 3 kolejne dniMężczyźni: 13, Kobiety: 21
sobotaRozdział 162500, 50, 25Światło domowe włączone> 70% trafień przy 500 ms, > 70% CR, < 20% nieobecności przez 3 kolejne dniMężczyźni: 18, Kobiety: 12

Tabela 1: Harmonogramy treningów i średni czas nauki dla każdego harmonogramu.

  1. Dystraktor SAT.
    1. Parametry dla bloków 1 i 3 powinny być identyczne z SAT.
    2. Zaprogramuj światło domowe tak, aby migało z częstotliwością 0.5 Hz podczas bloku 2.
    3. Analizując dane, porównaj wydajność między blokami 1, 2 i 3, aby przeanalizować wydajność przed, w trakcie i po użyciu dystraktora w tej samej sesji.
  2. Program do ekstrakcji danych.
    1. Wyodrębnij następujące dane dla SAT i dystraktora SAT z podziałem na blok próbny i czas trwania każdego sygnału (dla trafień VI i procentowych):
      1. Oblicz procent trafień, dzieląc liczbę trafień przez łączną liczbę trafień i chybień, a następnie mnożąc przez 100.
      2. Oblicz procent prawidłowych odrzuceń, dzieląc liczbę prawidłowych odrzuceń przez łączną liczbę prawidłowych odrzuceń i fałszywych alarmów, a następnie mnożąc przez 100.
      3. Oblicz wskaźnik czujności (VI), ogólną miarę skuteczności uwagi, używając następującego wzoru: figure-protocol-1 gdzie h i f są odpowiednio proporcją trafień w próbach sygnału i fałszywych alarmów w próbach bez sygnału. Wartości VI mieszczą się w zakresie od -1 do +1, przy czym wartość 0 wskazuje, że szczur nie jest w stanie odróżnić prób sygnałowych i niesygnałowych. Nie należy uwzględniać pominiętych badań w pomiarze VI.
      4. Oblicz odsetek pominięć, określając odsetek badań, w których nie wystąpiła żadna odpowiedź.

3. Procedura uruchamiania szczurów w SAT z ekranem dotykowym

  1. Uwagi dotyczące odwróconego cyklu światła/ciemności
    UWAGA: Testujemy nasze szczury podczas ich ciemnego cyklu, ale zobacz sekcję dyskusji, aby zapoznać się z rozważaniami dotyczącymi testowania w cyklu światła.
    1. W przypadku testowania podczas ciemnego cyklu, rozpocznij testowanie zachowania co najmniej 30 minut po rozpoczęciu ciemnego cyklu.
    2. Po ustawieniu sprzętu utrzymuj pomieszczenie do testów behawioralnych w ciemności podczas wszystkich procedur treningowych i testowych, aby uniknąć zakłócania cyklu snu / czuwania szczurów.
    3. Przykryj klatki dla szczurów czarnymi ręcznikami podczas transportu, aby zminimalizować ekspozycję na światło.
    4. Używaj reflektorów z włączonymi czerwonymi światłami, aby pracować bez użycia rąk w ciemności bez zakłócania cyklu światła/ciemności.
  2. Procedury ograniczania żywności i przydzielanie harmonogramów
    1. Załóż odpowiednie środki ochrony osobistej (PPE; np. rękawiczki, maska, czepek, fartuch laboratoryjny, ochraniacze na buty itp.) przed kontaktem ze szczurami.
    2. Kiedy szczury przybywają do pomieszczenia kolonijnego, szczury domowe są trzymane pojedynczo lub w grupach. Większość szczurów w naszych badaniach jest ostatecznie wszczepiana w kaniule, co wymaga indywidualnego trzymania.
    3. Ze szczurami należy obchodzić się codziennie przez 5 minut dziennie, 5 dni przed rozpoczęciem badania.
    4. Przed ograniczeniem pożywienia zapisz masę wolnego karmienia każdego szczura i oblicz jego wagę docelową na poziomie 85% masy wolnego pokarmu.
    5. Szczury ograniczają pokarm przez 3 dni przed rozpoczęciem kształtowania.
    6. Przed kształtowaniem należy wstępnie wystawić szczury na działanie 15 granulek nagrody w postaci pokarmu w ich domowej klatce.
    7. Po początkowym ograniczeniu pokarmu, dostosuj dzienne ilości pokarmu zgodnie z potrzebami, aby utrzymać wydajność w zadaniu koncentracji i ~85% masy ciała każdego szczura podczas swobodnego karmienia, co pozwala na niewielki przyrost masy ciała w czasie (patrz wytyczne25). Przed rozpoczęciem nowego harmonogramu ogranicz szczury bardziej niż zwykle, aby zwiększyć motywację.
    8. W dniu tygodnia, w którym szczury nie zachowują się, zwiększ ich pożywienie o co najmniej 1,0 g, aby zrekompensować kalorie, które otrzymałyby podczas nagradzania podczas zadania behawioralnego.
    9. Zapisz wagę każdego szczura po zakończeniu sesji.
    10. Nie karm szczurów przez co najmniej 30 minut po zakończeniu sesji, aby uniknąć związku między zaprzestaniem testów behawioralnych a czasem karmienia. Jeśli szczury są trzymane w grupie, karm każdego szczura osobno przez 1 godzinę, a następnie umieść szczury z powrotem w warunkach trzymania grupowego.
    11. Przed rozpoczęciem badania losowo przypisz każdego szczura do jednej z dwóch wersji harmonogramów treningowych (A lub B) i utrzymuj je w wyznaczonej wersji przez cały czas trwania szkolenia i procedur SAT.
  3. Codzienna procedura biegania
    1. Załóż odpowiednie środki ochrony osobistej.
    2. Włącz komory operacyjne i komputer.
    3. Sprawdź, czy dozowniki granulek są wypełnione granulkami i czy maska jest włożona przed ekran dotykowy.
    4. Upewnij się, że każde pudełko działa prawidłowo, sprawdzając, czy podajnik prawidłowo dozuje żywność, a ekran, światła i dźwięk działają. W tym celu można napisać prosty harmonogram testów pudełkowych, a nasz jest dostępny na żądanie.
    5. Załaduj prawidłowy harmonogram do każdego pola, zwracając szczególną uwagę na odpowiednią wersję (tj. A lub B). W razie potrzeby wprowadź istotne informacje dotyczące identyfikatora zwierzęcia, płci, warunków doświadczalnych, inicjałów użytkownika i innych notatek (np. 1. dzień infuzji).
    6. Zabierz szczury z pokoju kolonijnego i umieść je w odpowiednim pudełku.
    7. Rozpocznij sesję.
    8. Oglądaj występ przez kamerę wideo ustawioną na początku sesji przez kilka minut, aby upewnić się, że wszystko działa poprawnie. Okresowo sprawdzaj wydajność.
    9. Po zakończeniu sesji zapisz dane podsumowujące (np. procent trafień, procent CR, procent pominięć) i wszelkie problemy w notatniku.
    10. Przetrzyj każdą komorę 10% etanolem i wymień ściółkę między zestawami zwierząt.
    11. Po uruchomieniu ostatniego zestawu szczurów na dany dzień, dokładnie wyczyść komory 10% etanolem, upewniając się, że kratka podłogowa jest tak czysta, jak to tylko możliwe, i wymień ściółkę.
    12. Utwórz kopię zapasową danych na serwerze w chmurze i wyodrębnij wszelkie krytyczne dane.
    13. Wyłącz sprzęt.
    14. Biegaj ze zwierzętami o tej samej porze w tych samych boksach każdego dnia.
    15. Biegamy ze szczurami 5 - 6 dni w tygodniu (biegamy nasze szczury 6 dni w tygodniu).

4. Rozwiązywanie problemów z zachowaniem

UWAGA: To normalne, że wydajność spada, gdy szczury przechodzą do następnej fazy kształtowania (np. Kształt Szturchnięcia Nosa do Harmonogramu Treningu 1, Harmonogram Treningu 1 do Harmonogramu Treningu 2, Harmonogram Treningu 2 do SAT). Jeśli jednak wydajność nie poprawia się z czasem lub jeśli szczur radził sobie dobrze, a następnie nagle przestaje dobrze działać, najczęściej problemem jest ograniczenie jedzenia.

  1. Rozwiązywanie problemów z ograniczeniami żywieniowymi
    1. Jeśli podejrzewasz, że ograniczenie jedzenia jest problemem, obserwuj, jak szczur wykonuje zadanie, aby pomóc zdiagnozować, gdzie leży problem i sprawdzić liczby pominięć, szczególnie podczas sesji.
    2. Jeśli szczur ma duże pominięcia, zwłaszcza jeśli zwiększają się one w bloku 3 i siedzi spokojnie w pudełku, nie wykonując ćwiczeń, zmniejsz dzienną ilość pokarmu o 1 g i monitoruj sytuację, aby określić, czy wydajność uległa poprawie.
    3. Jeśli szczur ma duże pominięcia, niecierpliwie szturcha ekran i biega tam iz powrotem do portu pokarmowego przez całą sesję, zwiększ dzienną ilość pokarmu o 1 g i monitoruj sytuację, aby określić, czy wydajność uległa poprawie.
    4. W przypadkach, gdy trudno jest stwierdzić, czy szczur jest przekarmiony czy niedożywiony, zwiększ ilość pokarmu przez 2 dni i monitoruj wydajność. Jeśli wydajność nie poprawia się lub pogarsza się, zmniejsz ilość jedzenia przez 2 dni i monitoruj wydajność
    5. Jeśli wydajność nie poprawi się po dostosowaniu ograniczeń żywieniowych, przenieś szczura do łatwiejszego harmonogramu, jak opisano poniżej.
  2. Rozwiązywanie problemów z wydajnością w różnych harmonogramach treningu
    UWAGA: Upuść słabo radzącego sobie szczura, jeśli jego czas nabycia przekracza dwa odchylenia standardowe powyżej średniej liczby dni, w których zwierzę tej samej płci potrzebuje osiągnięcia kryteriów w tym harmonogramie. Na podstawie naszych danych przedstawiliśmy sugestie dotyczące wartości granicznych dla szczurów Sprague-Dawley, ale liczby te mogą wymagać dostosowania dla różnych szczepów.
    1. Harmonogram treningowy 1: W przypadku Harmonogramu treningu 1 upuść samce Sprague-Dawley, jeśli nie mogą nabyć po 36 dniach, i upuść samice, jeśli nie nabyły po 48 dniach.
    2. Harmonogram treningowy 2: Jeśli wyniki szczura w Harmonogramie Treningu 2 stoją w miejscu poniżej kryteriów przez 12 dni z rzędu, a problem z ograniczeniami żywieniowymi został wykluczony, przenieś szczura z powrotem do Harmonogramu Treningu 1 na co najmniej 5 dni lub do momentu, gdy spełni kryteria. Jeśli szczur nie spełni kryteriów określonych w Schemacie Szkolenia 1 po 12 dniach, należy usunąć go z badania. Jeśli szczur przejdzie Schemat Treningu 1 i zostanie przeniesiony z powrotem do Harmonogramu Treningu 2, ale nie poprawi się po 36 i 42 dniach odpowiednio u samców i samic, po początkowym rozpoczęciu Harmonogramu Treningu 2, należy usunąć szczura z badania.
    3. SAT: Jeśli wyniki szczura w SAT stagnują poniżej kryteriów przez 12 dni z rzędu, a problem z ograniczeniami żywieniowymi został wykluczony, przenieś szczura z powrotem do Harmonogramu Treningu 1 na co najmniej 5 dni lub do momentu, gdy osiągnie kryteria. Jeśli szczur nie spełni kryteriów określonych w Harmonogramie 1 w ciągu 12 dni, należy usunąć go z badania. Jeśli szczur przejdzie Harmonogram Treningowy 1 i zostanie przeniesiony z powrotem do SAT, ale nie poprawi się po 41 i 28 dniach odpowiednio dla samców i samic, po początkowym rozpoczęciu SAT, należy usunąć szczura z badania.
  3. Rozwiązywanie innych problemów
    1. Jeśli u szczura rozwinie się stronniczość boczna (tj. konsekwentne zdobywanie >70% trafień i <40% przy prawidłowych odrzuceniach lub odwrotnie) podczas korzystania z Harmonogramu Treningowego 2 lub SAT, przenieś szczura do Fazy Treningu 1, która ma próby korekcyjne, które zachęcają szczura do reagowania na oba obszary odpowiedzi. Trzymaj szczura w Harmonogramie Treningu 1 przez co najmniej 5 dni lub do momentu, gdy spełni kryteria. Usuń szczura z badania, jeśli kryteria dotyczące harmonogramu szkolenia 1 nie zostaną spełnione po 12 dniach.
    2. Natychmiast skonsultuj się z personelem weterynaryjnym, jeśli szczur przestanie jeść, rozwija się porfiryna lub w inny sposób wykazuje oznaki bólu i niepokoju.

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

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

W większości badań nad uwagą, szczury są szkolone do kryteriów SAT, a następnie wykonywane są manipulacje mające na celu zakłócenie lub poprawę uwagi. Dane dotyczące akwizycji nie są zwykle prezentowane, ale robimy to tutaj, aby zilustrować tempo nabywania u samców i samic szczurów Sprague-Dawley. W tym celu określiliśmy ilościowo medianę liczby dni do spełnienia kryteriów SAT (zaczynając od fazy Nose Poke). Zauważ, że kilka szczurów nigdy nie spełniło kryteriów (n = 5 samców i n = 1 sami...

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

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deficyty w długotrwałej uwadze są zgłaszane w zaburzeniach neuropsychiatrycznych, neurorozwojowych i neurodegeneracyjnych 1,2,3, ale procesy, które przyczyniają się do optymalnej i zakłóconej uwagi, są niedostatecznie zbadane. Dzieje się tak po części dlatego, że specjalistyczny sprzęt ogranicza łatwą adaptację zadań uwagi gryzoni. Jednak komory z ekranem dotykowym rozwiązują ten problem, zapewniając elastyczność w wykonywaniu r...

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

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Chcielibyśmy podziękować Joy Bergmann, Attilio Ceretti, Sarah Cohen, Ninie Duncan, Arronowi Hallowi, Hannie Lefebo i Madeleine Salvatore za pomoc w tym zachowaniu, a także dr Vinay Parikh, dr Brittney Yegla i Robowi Cole'owi za ich rady dotyczące parametrów SAT. Chcielibyśmy podziękować dr Jill McGaughy za wskazówki dotyczące procedury treningowej. Praca ta była wspierana przez grant National Institutes of Health, NIMH 092438 oraz grant National Science Foundation IOS 1552416 dla D.A.B.

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

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Komory z ekranem dotykowym Bussey-Saksida Rat System łatwej instalacjiLafayette Instrument80604-20Zawiera: ekran dotykowy, podstawę komory z perforowaną podłogą, duży obszar nagrody podajnika (44,5 mm szerokości x 92,5 mm wysokości), głośnik, oświetlenie domowe, generator tonów, SAC; Trapezoidalny obszar roboczy dla zwierząt ma szerokość 126 mm przy karmniku, 240 mm szerokości i 332 mm głębokości przy ekranie oraz 300 mm wysokości
Kabiny tłumienia dźwięku (SAC)Lafayette Instrument80604-20Tłumienie do około 35 dB; 38 kg wagi; Wymiary zewnętrzne: 600 mm szerokości x 670 mm wysokości x 352 mm głębokości; Wymiary wewnętrzne: 540 mm szerokości x 610 mm wysokości x 532 mm głębokości
Oprogramowanie Abet II do ekranów dotykowychLafayette Instrument89505Wersja 2.19
Whisker MultimediaLafayette Instrument80698-1Wymagany do obsługi dotykowej Abet II
Dozownik granulekLafayette Instrument80209-4545 mg Wymienny rozmiar granulki Kamera
Lafayette Instrument80600-CAMFiltrowany i skoncentrowany dla światła podczerwonego
Microsoft WindowsWindows 7-64-bitowy
Kontroler Komory z ekranem dotykowymLafayette Instrument88530Dwurdzeniowy procesor Pentinum; 2,5 GHz lub szybszy; klawiatura, mysz i monitor; Zainstalowana karta PCI, i rozszerzenie; Cztery porty RS232; Cztery porty VGA
Bezpyłowe precyzyjne peletyBioServeF016545 mg
maska akrylowaWszystko PlastikProdukt niestandardowypoliwęglan z jednym matowym wykończeniem o grubości 3,18 mm; Centralny okrągły otwór o średnicy 28,58 mm, 107,95 mm od dołu, wyśrodkowany między lewą a prawą stroną; Dwa kwadratowe obszary odpowiedzi, 28,57 mm x 28,57 mm każdy umieszczony poniżej i poza środkiem, jeden 85,725 mm od lewej i jeden 85,725 mm od prawej strony i oba 34,925 mm od dołu.
Wózek użytkowyFisher Scientific11-954-75430,75 cala x 18,38 cala x 33 cala
ręcznikWystarczająco duży, aby przykryć klatki do transportu zwierząt
Reflektory z czerwonymi światłamiEnergizerHDL33A2ELED białe i czerwone światło
kołowa Zalecany system Microsoft

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Cornblatt, B. A., Keilp, J. G. Impaired attention, genetics, and the pathophysiology of schizophrenia. Schizphr Bull. 20 (1), 31-46 (1994).
  2. Gmehlin, D., et al. Attentional Lapses of Adults with Attention Deficit Hyperactivity Disorder in Tasks of Sustained Attention. Arch Clin Neuropsychol. 31 (4), 343-357 (2016).
  3. Perry, R. J., Hodges, J. R. Attention and executive deficits in Alzheimer's disease. A critical review. Brain. 122 (Pt 3), 383-404 (1999).
  4. Sarter, M., Givens, B., Bruno, J. P. The cognitive neuroscience of sustained attention: where top-down meets bottom-up. Brain Res Rev. 35 (2), 146-160 (2001).
  5. Smilek, D., Carriere, J. S. A., Cheyne, J. A. Failures of sustained attention in life, lab, and brain: Ecological validity of the SART. Neuropsychologia. 48 (9), 2564-2570 (2010).
  6. Becker, J. B., Prendergast, B. J., Liang, J. W. Female rats are not more variable than male rats: a meta-analysis of neuroscience studies. Biol Sex Differ. 7 (1), 34(2016).
  7. Cope, Z. A., Young, J. W. The Five-Choice Continuous Performance Task (5C-CPT): A Cross-Species Relevant Paradigm for Assessment of Vigilance and Response Inhibition in Rodents. Curr Protoc Neurosci. 4, 9-56 (2017).
  8. Kim, C. H., et al. The continuous performance test (rCPT) for mice: a novel operant touchscreen test of attentional function. Psychopharmacology (Berl). 232 (21-22), 3947-3966 (2015).
  9. Robbins, T. W. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology (Berl). 163 (3-4), 362-380 (2002).
  10. McGaughy, J., Sarter, M. Behavioral vigilance in rats: task validation and effects of age, amphetamine, and benzodiazepine receptor ligands. Psychopharmacology (Berl). 117 (3), 340-357 (1995).
  11. McGaughy, J., Sarter, M. Effects of ovariectomy, 192 IgG-saporin-induced cortical cholinergic deafferentation, and administration of estradiol on sustained attention performance in rats. Behav neurosci. 113 (6), 1216-1232 (1999).
  12. St Peters, M., Cherian, A. K., Bradshaw, M., Sarter, M. Sustained attention in mice: expanding the translational utility of the SAT by incorporating the Michigan Controlled Access Response Port (MICARP). Behav Brain Res. 225 (2), 574-583 (2011).
  13. Demeter, E., Sarter, M., Lustig, C. Rats and humans paying attention: cross-species task development for translational research. Neuropsychology. 22 (6), 787-799 (2008).
  14. McGaughy, J., Kaiser, T., Sarter, M. Behavioral vigilance following infusions of 192 IgG-saporin into the basal forebrain: selectivity of the behavioral impairment and relation to cortical AChE-positive fiber density. Behav neurosci. 110 (2), 247-265 (1996).
  15. Gritton, H. J., et al. Cortical cholinergic signaling controls the detection of cues. Proc Natl Acad Sci. 113 (8), E1089-E1097 (2016).
  16. Burk, J. A., Sarter, M. Dissociation between the attentional functions mediated via basal forebrain cholinergic and GABAergic neurons. Neuroscience. 105 (4), 899-909 (2001).
  17. Parikh, V., Bernard, C. S., Naughton, S. X., Yegla, B. Interactions between Aβ oligomers and presynaptic cholinergic signaling: Age-dependent effects on attentional capacities. Behav Brain Res. 274, 30-42 (2014).
  18. Cole, R. D., Kawasumi, Y., Parikh, V., Bangasser, D. A. Corticotropin releasing factor impairs sustained attention in male and female rats. Behav Brain Res. 296, 30-34 (2016).
  19. Wicks, B., et al. Method for testing sustained attention in touchscreen operant chambers in rats. J Neurosci Meth. 277, 30-37 (2017).
  20. Hvoslef-Eide, M., Nilsson, S. R., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Cognitive Translation Using the Rodent Touchscreen Testing Approach. Curr Top Behav Neurosci. 28, 423-447 (2016).
  21. Bussey, T. J., et al. The touchscreen cognitive testing method for rodents: how to get the best out of your rat. Learn Mem. 15 (7), 516-523 (2008).
  22. Mar, A. C., et al. The touchscreen operant platform for assessing executive function in rats and mice. Nat Protoc. 8 (10), 1985-2005 (2013).
  23. Gill, T. M., Sarter, M., Givens, B. Sustained visual attention performance-associated prefrontal neuronal activity: evidence for cholinergic modulation. J Neurosci. 20 (12), 4745-4757 (2000).
  24. Mazure, C. M., Jones, D. P. Twenty years and still counting: including women as participants and studying sex and gender in biomedical research. BMC Womens Health. 15 (1), 94(2015).
  25. Toth, L. A., Gardiner, T. W. Food and Water Restriction Protocols: Physiological and Behavioral Considerations. J Am Assoc Lab Anim Sci. 39 (6), 9-17 (2000).
  26. Nuechterlein, K. H., Luck, S. J., Lustig, C., Sarter, M. CNTRICS Final Task Selection: Control of Attention. Schizo Bull. 35 (1), 182-196 (2009).
  27. Burk, J. A., Herzog, C. D., Porter, M. C., Sarter, M. Interactions between aging and cortical cholinergic deafferentation on attention. Neurobiol Aging. 23 (3), 467-477 (2002).
  28. St Peters, M., Demeter, E., Lustig, C., Bruno, J. P., Sarter, M. Enhanced control of attention by stimulating mesolimbic-corticopetal cholinergic circuitry. J Neurosci. 31 (26), 9760-9771 (2011).
  29. Turchi, J., Holley, L. A., Sarter, M. Effects of nicotinic acetylcholine receptor ligands on behavioral vigilance in rats. Psychopharmacology. 118 (2), 195-205 (1995).
  30. Newman, L. A., McGaughy, J. Attentional effects of lesions to the anterior cingulate cortex: How prior reinforcement influences distractibility. Behav neurosci. 125 (3), 360-371 (2011).
  31. Gritton, H. J., Stasiak, A. M., Sarter, M., Lee, T. M. Cognitive Performance as a Zeitgeber: Cognitive Oscillators and Cholinergic Modulation of the SCN Entrain Circadian Rhythms. PLOS ONE. 8 (2), e56206(2013).
  32. Newman, L. A., McGaughy, J. Cholinergic deafferentation of prefrontal cortex increases sensitivity to cross-modal distractors during a sustained attention task. J Neurosci. 28 (10), 2642-2650 (2008).
  33. Yu, A., Dayan, P. Uncertainty, Neuromodulation, and Attention. Neuron. 46 (4), 681-692 (2005).
  34. Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats. Nat Protoc. 3 (5), 759-767 (2008).
  35. Bhandari, J., Daya, R., Mishra, R. K. Improvements and important considerations for the 5-choice serial reaction time task-An effective measurement of visual attention in rats. J Neurosci Meth. 270, 17-29 (2016).
  36. Bangasser, D. A., Shors, T. J. The hippocampus is necessary for enhancements and impairments of learning following stress. Nat Neurosci. 10 (11), 1401-1403 (2007).
  37. Wiersielis, K. R., et al. Sex differences in corticotropin releasing factor-evoked behavior and activated networks. Psychoneuroendocrinology. 73, 204-216 (2016).
  38. Parikh, V., et al. Diminished trkA receptor signaling reveals cholinergic-attentional vulnerability of aging. Eur J Neurosci. 37 (2), 278-293 (2013).
  39. Prusky, G. T., Harker, K. T., Douglas, R. M., Whishaw, I. Q. Variation in visual acuity within pigmented, and between pigmented and albino rat strains. Behav Brain Res. 136 (2), 339-348 (2002).
  40. Peters, M., Cherian, A. K., Bradshaw, M., Sarter, M. Sustained attention in mice: Expanding the translational utility of the SAT by incorporating the Michigan Controlled Access Response Port (MICARP). Behav Brain Research. 225 (2), 574-583 (2011).
  41. Romberg, C., Mattson, M. P., Mughal, M. R., Bussey, T. J., Saksida, L. M. Impaired Attention in the 3xTgAD Mouse Model of Alzheimer's Disease: Rescue by Donepezil (Aricept). J Neurosci. 31 (9), 3500-3507 (2011).
  42. Clayton, J. A., Collins, F. S. NIH to balance sex in cell and animal studies. Nature. 509 (7500), 282-283 (2014).

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

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Sustained Attention TaskTouchscreen Operant ChambersRat Behavior TestingSignal Detection TrialsDistractor PresentationFood Restriction ProtocolPerformance Measures AnalysisSex Differences ComparisonVigilance Index CalculationChamber Preparation Setup

Powiązane artykuły