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

Artykuł metodologiczny

Zadanie trwałej uwagi (SAT) na ekranie dotykowym dla szczurów

9.8K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/56219

⸱

15 września 2017

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

W tym artykule

Podsumowanie

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

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

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

Wszystkie eksperymenty przeprowadzono zgodnie z wytycznymi National Institutes of Health, a protokół został zatwierdzony przez Temple University Institutional Animal Use and Care Committee. Protokół ten opracowano z wykorzystaniem dorosłych (ok. 60 dni w momencie rozpoczęcia badania) samców i samic szczurów Sprague-Dawley (Charles River).

1. Materiały do testu SAT z ekranem dotykowym

  1. Upewnić się, że każda komora z ekranem dotykowym znajduje się w kabinie tłumiącej dźwięki oraz że komory są wyposażone w oświetlenie pomieszczenia, generator tonów, kamerę umieszczoną nad komorą oraz podajnik peletu z obszarem nagrody (który może być podświetlony) na ścianie przeciwległej do ekranu dotykowego.
  2. W przypadku planowanych implantacji kaniul lub elektrod należy zastosować obszar nagrody z podajnikiem o dużej aperturze. Użyć peletu nagrody o masie 45 mg, przesianego przez sito do mąki w celu zredukowania ilości pyłu, który może zapchać podajnik.
  3. Każdą komorę wyposażyć w czarną maskownicę akrylową (grubość 3,175 mm, matowa), aby ograniczyć obszary odpowiedzi na ekranie dotykowym. Przygotować maskownicę z centralnym okrągłym otworem (średnica 28,58 mm, 107,95 mm od dołu, wycentrowanym między lewą a prawą stroną) dla bodźca świetlnego oraz dwoma kwadratowymi obszarami odpowiedzi (28,57 mm x 28,57 mm), z których każdy znajduje się poniżej i poza centrum (jeden 85,73 mm od lewej strony, drugi 85,73 mm od prawej strony, oba 34,93 mm od dołu). Przedstawienie maskownicy znajduje się w publikacji Wicks, et al.19.
  4. Umieścić maskownicę przed ekranem dotykowym, kierując matową powierzchnią w stronę komory.

2. Projektowanie harmonogramu dla SAT z ekranem dotykowym

UWAGA: Poniższy protokół szczegółowo opisuje sposób ustawiania parametrów harmonogramów kształtowania i testowania dla testu SAT na ekranie dotykowym. Wszystkie te harmonogramy są również dostępne na żądanie. Tabela 1 przedstawia parametry harmonogramu.

  1. Parametry kształtowania reakcji wkładania nosa (Nose Poke).
    1. Skonfiguruj program tak, aby nie wyświetlać żadnych sygnałów, a oświetlenie pomieszczenia pozostawało wyłączone.
    2. Ustaw obszar nagrody w podajniku tak, aby zapalało się światło sygnalizujące obecność peletu, a następnie gasło po pobraniu peletu, co jest wykrywane przez wiązkę podczerwieni w porcie podajnika.
    3. Skonfiguruj program tak, aby wkładanie nosa w dowolny obszar reakcji było nagradzane peletem spożywczym zgodnie z harmonogramem wzmocnień o stałym stosunku 1 (FR1) (t.j. każda odpowiednia reakcja jest nagradzana). Jednakże ustaw program tak, aby w przypadku, gdy różnica stron w liczbie wkładania nosa wynosi pięć lub więcej, szczur musiał włożyć nos w stronę niefaworyzowaną, aby otrzymać nagrodę, co zapobiegnie wykształceniu się preferencji stronnej.
    4. Ustaw zakończenie sesji po 40 min lub 120 nagrodzonych wkładnięć nosa. Przenieś zwierzęta do Harmonogramu Szkolenia 1, jeśli wykonają 120 wkładnięć nosa w ciągu 40 min przez dwa kolejne dni.
  2. Opis wspólnych parametrów dla Harmonogramu Szkolenia 1, Harmonogramu Szkolenia 2 oraz SAT.
    1. Zaprogramuj harmonogramy szkolenia tak, aby oświetlenie pomieszczenia pozostawało włączone w celu zwiększenia wymagań uwagi.
    2. Zaprogramuj każdą sesję tak, aby składała się ze 162 prób, które można podzielić na trzy bloki po 54 próby w każdym, z interwałem międzypróbkowym (ITI) ustawionym na 9 ± 3 s.
    3. Upewnij się, że próby sygnałowe i niesygnałowe są pseudolosowane w taki sposób, aby w każdym z trzech bloków wystąpiła taka sama liczba prób sygnałowych i niesygnałowych.
    4. Ustaw program tak, aby automatycznie podawał pelet spożywczy i włączał światło portu pokarmowego na początku każdej sesji. Gdy przerwanie wiązki podczerwieni wskaże, że szczur wyciągnął głowę z obszaru nagrody, zaprogramuj wyłączenie światła portu pokarmowego i rozpoczęcie pierwszego ITI.
    5. Po każdej próbie (t.j. sygnałowej lub niesygnałowej) ustaw program tak, aby sygnalizował 4-s okno odpowiedzi za pomocą tonu o czasie trwania 200 ms i natężeniu 70 dB (3 kHz).
    6. Jeśli szczur zareaguje prawidłowo, ustaw program tak, aby rozpoczął ITI w momencie wyjęcia głowy przez szczura z obszaru nagrody. Jeśli szczur zareaguje nieprawidłowo, ustaw rozpoczęcie ITI bezpośrednio po reakcji. Jeśli szczur pominie próbę (t.j. nie wykaże żadnej reakcji), ustaw rozpoczęcie ITI po zakończeniu okna odpowiedzi.
    7. W celu zrównoważenia prób opracuj dwie wersje tych harmonogramów: pierwszą, w której prawy obszar reakcji jest wyznaczony dla trafień (Wersja A), oraz drugą, w której lewy obszar reakcji jest wyznaczony dla trafień (Wersja B).
  3. Parametry Harmonogramu Szkolenia 1.
    1. Ustaw wszystkie czasy trwania sygnału na 500 ms.
    2. W próbach sygnałowych ustaw program tak, aby jednocześnie z sygnałem podświetlać wyznaczony obszar reakcji dla trafień z intensywnością 50%, aby zwrócić uwagę szczura na prawidłowy obszar reakcji.
    3. W próbach niesygnałowych pozostaw wyznaczony obszar dla prawidłowych odrzuceń nieoświetlony.
    4. Skonfiguruj program tak, aby nieprawidłowe odpowiedzi wyzwalały próby korekcyjne, w których ponownie prezentowany jest poprzedni typ próby (t.j. sygnałowa lub niesygnałowa). Upewnij się, że prawidłowa odpowiedź lub cztery kolejne nieprawidłowe odpowiedzi kończą serię prób korekcyjnych. Nie wliczaj prób korekcyjnych do łącznej liczby 162 prób wymaganych do ukończenia zadania.
    5. Przenieś zwierzęta do Harmonogramu Szkolenia 2, jeśli przez trzy kolejne dni osiągają co najmniej 70% trafień, co najmniej 70% prawidłowych odrzuceń i mniej niż 20% pominięć.
  4. Parametry Harmonogramu Szkolenia 2.
    1. Ustaw wszystkie czasy trwania sygnału na 500 ms.
    2. W przeciwieństwie do Harmonogramu Szkolenia 1, ustaw program tak, aby obszar reakcji dla trafień pozostawał nieoświetlony w próbach sygnałowych.
    3. W przeciwieństwie do Harmonogramu Szkolenia 1, program nie powinien wykonywać prób korekcyjnych.
    4. Pozostaw wszystkie pozostałe parametry bez zmian, tak jak w Harmonogramie Szkolenia 1.
    5. Przenieś zwierzęta do SAT, jeśli przez trzy kolejne dni osiągają co najmniej 70% trafień, co najmniej 70% prawidłowych odrzuceń i mniej niż 20% pominięć.
  5. Parametry SAT.
    1. Ustaw trzy czasy trwania sygnału: 500 ms, 50 ms oraz 25 ms.
    2. Ustaw program tak, aby prezentować zmienne sygnały w sposób pseudolosowy, tak aby trzy czasy trwania sygnału były prezentowane taką samą liczbę razy w każdym z trzech bloków prób.
    3. Zdefiniuj kryteria wykonania zadania jako co najmniej 70% trafień przy czasie trwania sygnału 500 ms, co najmniej 70% prawidłowych odrzuceń i mniej niż 20% pominięć przez trzy kolejne dni.
Etap szkoleniaMaks. liczba próbCzas trwania sygnału (ms)Warunki szczególneKryteriaMediana liczby dni na etap
Kształt otworu do wkładania nosa120Brak zdarzeńWłącz światło główne120 prób w ciągu 40 minutSamce: 2, Samice: 2
Harmonogram treningowy 1162500Światło pokojowe włączone; Próby korekcyjne; Okno odpowiedzi podświetlone w 50% podczas prób sygnałowych> 70% trafień, > 70% CR, < 20% pominięć przez 3 kolejne dniMężczyźni: 19, Kobiety: 25
Harmonogram szkolenia 2162500Włączyć światło główne> 70% trafień, > 70% CR, < 20% pominięć przez 3 kolejne dniSamce: 13, samice: 21
SAT162500, 50, 25Włączyć światło główne> 70% trafień przy 500 ms, > 70% CR, < 20% pominięć przez 3 kolejne dniMężczyźni: 18, Kobiety: 12

Tabela 1: Harmonogramy treningowe i średni czas nabycia dla każdego harmonogramu.

  1. SAT z dystraktorem.
    1. Zachowaj parametry dla Bloków 1 i 3 identyczne jak w przypadku SAT.
    2. Zaprogramuj światło pokojowe tak, aby migało z częstotliwością 0,5 Hz podczas Bloku 2.
    3. Podczas analizy danych porównaj wyniki między Blokami 1, 2 i 3, aby przeanalizować wydajność przed, w trakcie i po wystąpieniu dystraktora w obrębie tej samej sesji.
  2. Program ekstrakcji danych.
    1. Wyekstrahuj następujące dane dla SAT i SAT z dystraktorem w podziale na bloki prób i każdy czas trwania sygnału (dla VI i procenta trafień):
      1. Oblicz procent trafień, dzieląc liczbę trafień przez łączną liczbę trafień i pominięć, a następnie mnożąc wynik przez 100.
      2. Oblicz procent poprawnych odrzuceń, dzieląc liczbę poprawnych odrzuceń przez łączną liczbę poprawnych odrzuceń i fałszywych alarmów, a następnie mnożąc wynik przez 100.
      3. Oblicz wskaźnik czujności (VI), który jest ogólną miarą wydajności uwagi, korzystając z następującego wzoru: Wzór na VI, schemat, równowaga statyczna, obliczenia bilansu, fizyka, wyrażenie algebraiczne, badania gdzie h i f oznaczają odpowiednio proporcję trafień w próbach z sygnałem oraz 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 z sygnałem od prób bez sygnału. Nie uwzględniaj pominiętych prób w pomiarze VI.
      4. Oblicz procent pominięć, określając odsetek prób, w których nie wystąpiła żadna reakcja.

3. Procedura przeprowadzania szczurów przez test SAT na ekranie dotykowym

  1. Uwagi dotyczące odwróconego cyklu światło/ciemność
    UWAGA: Testujemy szczury podczas ich cyklu ciemnego, jednak w sekcji dyskusji znajdują się uwagi dotyczące testowania w cyklu jasnym.
    1. W przypadku testowania podczas cyklu ciemnego, należy rozpocząć testy behawioralne co najmniej 30 min po rozpoczęciu cyklu ciemnego.
    2. Po przygotowaniu aparatury należy utrzymać w pomieszczeniu do testów behawioralnych ciemność podczas wszystkich procedur treningowych i testowych, aby uniknąć zakłócenia cyklu snu/czuwania szczurów.
    3. Klatki ze szczurami należy przykrywać czarnymi ręcznikami podczas transportu, aby zminimalizować ekspozycję na światło.
    4. Należy używać czołówek z włączonym czerwonym światłem, aby móc pracować w ciemności bez użycia rąk i bez zakłócania cyklu światło/ciemność.
  2. Procedury ograniczania pokarmu i przydzielanie harmonogramów
    1. Przed kontaktem ze szczurami należy założyć odpowiednie środki ochrony indywidualnej (PPE; np. rękawiczki, maseczkę, czepka, fartuch laboratoryjny, ochraniacze na obuwie itp.).
    2. Po przybyciu szczurów do pomieszczenia hodowlanego, należy je kwaterować indywidualnie lub w grupach. Większość szczurów w naszych badaniach zostaje ostatecznie wyposażona w kanule, co wymaga kwaterowania indywidualnego.
    3. Szczury należy oswoić poprzez codzienny kontakt trwający 5 min dziennie przez 5 dni przed rozpoczęciem badania.
    4. Przed wprowadzeniem ograniczeń pokarmowych należy zapisać masę ciała każdego szczura przy wolnym dostępie do pokarmu i obliczyć masę docelową jako 85% tej masy.
    5. Szczury należy poddać ograniczeniu pokarmowemu przez 3 dni przed rozpoczęciem kształtowania zachowania.
    6. Przed kształtowaniem należy podać szczurom 15 granulek pokarmowych w ich klatce domowej w ramach ekspozycji wstępnej.
    7. Po wstępnym ograniczeniu pokarmowym należy dostosować dzienne ilości pokarmu w zależności od potrzeb, aby utrzymać wyniki w zadaniu uwagi oraz masę ciała na poziomie ~85% masy przy wolnym dostępie do pokarmu, dopuszczając niewielki przyrost masy z czasem (patrz wytyczne25). Przed rozpoczęciem nowego harmonogramu należy bardziej ograniczyć pokarm, aby zwiększyć motywację.
    8. W dniu lub dniach tygodnia, w których szczury nie wykonują zadania behawioralnego, należy zwiększyć ilość pokarmu o co najmniej 1,0 g, aby uzupełnić kalorie, które otrzymałyby w formie nagród podczas zadania behawioralnego.
    9. Po zakończeniu sesji należy zapisać masę ciała każdego szczura.
    10. Nie należy karmić szczurów przez co najmniej 30 min po zakończeniu sesji, aby uniknąć skojarzenia między przerwaniem testów behawioralnych a czasem karmienia. W przypadku kwaterowania grupowego każdego szczura należy karmić oddzielnie przez 1 h, a następnie zwrócić szczury do kwaterowania grupowego.
    11. Przed rozpoczęciem badania należy losowo przypisać każdego szczura do jednej z dwóch wersji harmonogramów treningowych (A lub B) i utrzymać je w przypisanej wersji przez wszystkie procedury treningowe i SAT.
  3. Codzienna procedura prowadzenia badań
    1. Założyć odpowiednie środki ochrony indywidualnej.
    2. Włączyć komory operacyjne oraz komputer.
    3. Sprawdzić, czy dozowniki granulek są pełne i czy maska jest włożona przed ekranem dotykowym.
    4. Upewnić się, że każda komora działa prawidłowo, weryfikując, czy podajnik właściwie wydaje pokarm oraz czy ekran, światła i sygnał dźwiękowy działają. W tym celu można napisać prosty harmonogram testowy komory; nasz jest dostępny na życzenie.
    5. Wczytać odpowiedni harmonogram do każdej komory, zwracając szczególną uwagę na właściwą wersję (tzn. A lub B). Wprowadzić istotne informacje dotyczące identyfikatora zwierzęcia, płci, warunku eksperymentalnego, inicjałów użytkownika oraz inne uwagi, jeśli są potrzebne (np. dzień 1. infuzji).
    6. Odebrać szczury z pomieszczenia hodowlanego i umieścić je w odpowiednich komorach.
    7. Rozpocząć sesję.
    8. Przez kilka minut na początku sesji obserwować wyniki za pomocą kamery wideo, aby upewnić się, że wszystko działa prawidłowo. Okresowo sprawdzać przebieg sesji.
    9. Po zakończeniu sesji zapisać dane zbiorcze (np. procent trafień, procent CR, procent pominięć) oraz wszelkie problemy w notatniku.
    10. Przetrzeć każdą komorę 10% etanolem i wymienić ściółkę pomiędzy grupami zwierząt.
    11. Po przebadaniu ostatniej grupy szczurów w danym dniu, dokładnie oczyścić komory 10% etanolem, dbając o to, aby kratka podłogowa była jak najczystsza, i wymienić ściółkę.
    12. wykonać kopię zapasową danych na serwerze w chmurze i wyodrębnić wszelkie krytyczne dane.
    13. Wyłączyć urządzenia.
    14. Badać zwierzęta codziennie o tej samej godzinie w tych samych komorach.
    15. Prowadzić testy szczurów 5–6 dni w tygodniu (my badamy nasze szczury 6 dni w tygodniu).

4. Rozwiązywanie problemów z zachowaniem

UWAGA: Spadek wydajności w momencie przejścia szczurów do kolejnej fazy kształtowania zachowań (np. z kształtowania wkładania nosa do harmonogramu treningowego 1, z harmonogramu treningowego 1 do harmonogramu treningowego 2, z harmonogramu treningowego 2 do SAT) jest zjawiskiem normalnym. Jeśli jednak wydajność nie poprawia się z czasem lub jeśli szczur wcześniej radził sobie dobrze, a następnie nagle przestał to robić, przyczyną najczęściej jest ograniczenie ilości pokarmu.

  1. Rozwiązywanie problemów z ograniczeniem dostępu do pokarmu
    1. Jeśli podejrzewane są problemy z ograniczeniem dostępu do pokarmu, należy obserwować szczura podczas wykonywania zadania, aby pomóc w zdiagnozowaniu przyczyny problemu, oraz sprawdzić liczbę pominięć, szczególnie w obrębie całej sesji.
    2. Jeśli szczur wykazuje dużą liczbę pominięć, zwłaszcza jeśli rośnie ona w Bloku 3, a zwierzę siedzi spokojnie w klatce i nie wykonuje zadania, należy zmniejszyć dzienną porcję pokarmu o 1 g i monitorować sytuację, aby sprawdzić, czy wydajność uległa poprawie.
    3. Jeśli szczur wykazuje dużą liczbę pominięć, niecierpliwie uderza w ekran i biega w przód i w tył do portu z pokarmem przez całą sesję, należy zwiększyć dzienną porcję pokarmu o 1 g i monitorować sytuację, aby sprawdzić, czy wydajność uległa poprawie.
    4. W przypadkach, gdy trudno określić, czy szczur jest przekarmiony, czy niedokarmiony, należy zwiększyć ilość pokarmu przez 2 dni i monitorować wydajność. Jeśli wydajność nie poprawi się lub pogorszy, należy zmniejszyć ilość pokarmu przez 2 dni i monitorować wydajność.
    5. Jeśli wydajność nie poprawi się po skorygowaniu ograniczenia dostępu do pokarmu, należy przenieść szczura do łatwiejszego harmonogramu, zgodnie z poniższymi szczegółami.
  2. Rozwiązywanie problemów z wydajnością przy różnych harmonogramach treningu
    UWAGA: Należy wycofać szczura o słabej wydajności, jeśli czas jego nabywania umiejętności przekracza dwie odchylenia standardowe powyżej średniej liczby dni, jakie zwierzę tej samej płci potrzebuje na osiągnięcie kryteriów w danym harmonogramie. Przedstawiliśmy sugestie dotyczące wartości granicznych dla szczurów Sprague-Dawley w oparciu o nasze dane, ale wartości te mogą wymagać dostosowania dla innych szczepów.
    1. Harmonogram treningowy 1: W przypadku Harmonogramu treningowego 1 należy wycofać samce Sprague-Dawley, jeśli nie nabyją umiejętności po 36 dniach, oraz samice, jeśli nie nabyją ich po 48 dniach.
    2. Harmonogram treningowy 2: Jeśli wydajność szczura w Harmonogramie treningowym 2 stagnuje poniżej kryteriów przez 12 kolejnych dni i wykluczono problem z ograniczeniem dostępu do pokarmu, należy przenieść szczura z powrotem do Harmonogramu treningowego 1 na minimum 5 dni lub do momentu osiągnięcia kryteriów. Jeśli szczur nie osiągnie kryteriów w Harmonogramie treningowym 1 po 12 dniach, należy wycofać go z badania. Jeśli szczur przejdzie Harmonogram treningowy 1 i zostanie przeniesiony z powrotem do Harmonogramu treningowego 2, ale nie wykaże poprawy po odpowiednio 36 dniach (samce) i 42 dniach (samice) od pierwotnego rozpoczęcia Harmonogramu treningowego 2, należy wycofać szczura z badania.
    3. SAT: Jeśli wydajność szczura w SAT stagnuje poniżej kryteriów przez 12 kolejnych dni i wykluczono problem z ograniczeniem dostępu do pokarmu, należy przenieść szczura z powrotem do Harmonogramu treningowego 1 na minimum 5 dni lub do momentu osiągnięcia kryteriów. Jeśli szczur nie osiągnie kryteriów w Harmonogramie 1 w ciągu 12 dni, należy wycofać go z badania. Jeśli szczur przejdzie Harmonogram treningowy 1 i zostanie przeniesiony z powrotem do SAT, ale nie wykaże poprawy po odpowiednio 41 dniach (samce) i 28 dniach (samice) od pierwotnego rozpoczęcia SAT, należy wycofać szczura z badania.
  3. Rozwiązywanie innych problemów
    1. Jeśli szczur wykazuje tendencję do wyboru jednej strony (tj. konsekwentnie uzyskuje >70% trafień i <40% poprawnych odrzucań lub odwrotnie) podczas Harmonogramu treningowego 2 lub SAT, należy przenieść szczura do Fazy treningowej 1, która zawiera próby korygujące zachęcające szczura do reagowania na oba obszary odpowiedzi. Należy utrzymać szczura w Harmonogramie treningowym 1 przez minimum 5 dni lub do momentu osiągnięcia kryteriów. Należy wycofać szczura z badania, jeśli kryteria w Harmonogramie treningowym 1 nie zostaną spełnione po 12 dniach.
    2. Należy niezwłocznie skonsultować się z personelem weterynaryjnym, jeśli szczur przestanie jeść, pojawi się porfiryna lub jeśli zwierzę wykazuje inne oznaki bólu i stresu.

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

Wyniki

W większości badań nad uwagą szczury są trenowane do osiągnięcia kryteriów w teście SAT, a następnie przeprowadza się manipulacje mające na celu zaburzenie lub poprawę uwagi. Dane dotyczące procesu nabywania umiejętności nie są zazwyczaj prezentowane, jednak robimy to tutaj, aby zilustrować tempo uczenia się u samców i samic szczurów Sprague-Dawley. W tym celu określono medianę liczby dni potrzebnych do osiągnięcia kryteriów w teście SAT (poczytając od fazy Nose Poke). Należy zauważyć, że...

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

Dyskusja

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

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

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

  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

Tagi

Operacyjne komory z ekranem dotykowymtestowanie zachowania szczur wpr by detekcji sygna uprezentacja dystraktoraprotok ograniczenia pokarmowegoanaliza miar wydajno cipor wnanie r nic mi dzy p ciamiobliczanie indeksu czujno cikonfiguracja przygotowania komory
Zadanie trwałej uwagi (SAT) na ekranie dotykowym dla szczurów
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.