Name: Operacyjne wewnątrz-/zewnątrzwymiarowe zadanie zmiany ustawień dla myszy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-22T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 35 s
Description: Poznaj zautomatyzowaną metodę oceny funkcji wykonawczych u myszy, która naśladuje ludzkie testy neuropsychologiczne. To podejście umożliwia obiektywną analizę zdolności poznawczych i elastyczności uwagi w badaniach nad zaburzeniami psychicznymi.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dziękujemy G. Pruzzo za doskonałą pomoc techniczną oraz warsztatowi mechanicznemu IIT za pomoc w budowie naszego nowego urządzenia. Badania były wspierane przez Istituto Italiano di Tecnologia, grant reintegracyjny nr 268247. programu Marie Curie, a także przez stypendia dla młodych naukowców przyznane przez włoskie Ministerstwo Zdrowia (GR-2010-2315883).

<ol><li>Keeler, J. F., Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translating+cognition+from+animals+to+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Biochemical+pharmacology%22%5BJournal%5D)">Translating cognition from animals to humans.</a> Biochemical pharmacology. 81 (12), 1356-1366 (2011).</li>
<li>Milner, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Different+Brain+Lesions+on+Card+Sorting%5BTitle%5D)+AND+%22Arch+Neurol%22%5BJournal%5D)">Effects of Different Brain Lesions on Card Sorting.</a> Arch Neurol. 9, 100-110 (1963).</li>
<li>Roberts, A. C., Robbins, T. W., Everitt, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+intradimensional+and+extradimensional+shifts+on+visual+discrimination+learning+in+humans+and+non-human+primates%5BTitle%5D)+AND+%22The+Quarterly+journal+of+experimental+psychology.+B%2C+Comparative+and+physiological+psychology%22%5BJournal%5D)">The effects of intradimensional and extradimensional shifts on visual discrimination learning in humans and non-human primates.</a> The Quarterly journal of experimental psychology. B, Comparative and physiological psychology. 40 (4), 321-341 (1988).</li>
<li>Barnett, J. H., Robbins, T. W., Leeson, V. C., Sahakian, B. J., Joyce, E. M., Blackwell, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+cognitive+function+in+clinical+trials+of+schizophrenia%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+and+biobehavioral+reviews%22%5BJournal%5D)">Assessing cognitive function in clinical trials of schizophrenia.</a> Neuroscience and biobehavioral reviews. 34 (8), 1161-1177 (2010).</li>
<li>Hill, E. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Executive+dysfunction+in+autism%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Cognitive+Sciences%22%5BJournal%5D)">Executive dysfunction in autism.</a> Trends in Cognitive Sciences. 8 (1), 26-32 (2004).</li>
<li>Ceaser, A. E., Goldberg, T. E., Egan, M. F., McMahon, R. P., Weinberger, D. R., Gold, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Set-shifting+ability+and+schizophrenia%3A+a+marker+of+clinical+illness+or+an+intermediate+phenotype%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+psychiatry%22%5BJournal%5D)">Set-shifting ability and schizophrenia: a marker of clinical illness or an intermediate phenotype.</a> Biological psychiatry. 64 (9), 782-788 (2008).</li>
<li>Owen, A. M., Roberts, A. C., Hodges, J. R., Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contrasting+mechanisms+of+impaired+attentional+set-shifting+in+patients+with+frontal+lobe+damage+or+Parkinson%27s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Contrasting mechanisms of impaired attentional set-shifting in patients with frontal lobe damage or Parkinson's disease.</a> Brain. 116 (5), 1159-1175 (1993).</li>
<li>Head, D., Bolton, D., Hymas, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deficit+in+cognitive+shifting+ability+in+patients+with+obsessive-compulsive+disorder%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Deficit in cognitive shifting ability in patients with obsessive-compulsive disorder.</a> Biological Psychiatry. 25 (7), 929-937 (1989).</li>
<li>Chamberlain, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Translational+approaches+to+frontostriatal+dysfunction+in+attention-deficit%2Fhyperactivity+disorder+using+a+computerized+neuropsychological+battery%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+psychiatry%22%5BJournal%5D)">Translational approaches to frontostriatal dysfunction in attention-deficit/hyperactivity disorder using a computerized neuropsychological battery.</a> Biological psychiatry. 69 (12), 1192-1203 (2011).</li>
<li>Gilmour, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+the+construct+of+executive+control+in+schizophrenia%3A+Defining+and+validating+translational+animal+paradigms+for+discovery+research%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+and+biobehavioral+reviews%22%5BJournal%5D)">Measuring the construct of executive control in schizophrenia: Defining and validating translational animal paradigms for discovery research.</a> Neuroscience and biobehavioral reviews. , 1-16 (2012).</li>
<li>Barch, D. M., Braver, T. S., Carter, C. S., Poldrack, R. A., Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CNTRICS+final+task+selection%3A+executive+control%5BTitle%5D)+AND+%22Schizophrenia+bulletin%22%5BJournal%5D)">CNTRICS final task selection: executive control.</a> Schizophrenia bulletin. 35 (1), 115-135 (2009).</li>
<li>Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dissociation+in+prefrontal+cortex+of+affective+and+attentional+shifts%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Dissociation in prefrontal cortex of affective and attentional shifts.</a> Nature. 380 (6569), 69-72 (1996).</li>
<li>Birrell, J. M., Brown, V. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Medial+Frontal+Cortex+Mediates+Perceptual+Attentional+Set+Shifting+in+the+Rat%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Medial Frontal Cortex Mediates Perceptual Attentional Set Shifting in the Rat.</a> The Journal of Neuroscience. 20 (11), 4320-4324 (2000).</li>
<li>Bissonette, G. B., Martins, G. J., Franz, T. M., Harper, E. S., Schoenbaum, G., Powell, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double+dissociation+of+the+effects+of+medial+and+orbital+prefrontal+cortical+lesions+on+attentional+and+affective+shifts+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Double dissociation of the effects of medial and orbital prefrontal cortical lesions on attentional and affective shifts in mice.</a> The Journal of Neuroscience. 28 (44), 11124-11130 (2008).</li>
<li>Papaleo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+dissection+of+the+role+of+catechol-O-methyltransferase+in+cognition+and+stress+reactivity+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Genetic dissection of the role of catechol-O-methyltransferase in cognition and stress reactivity in mice.</a> The Journal of Neuroscience. 28 (35), 8709-8723 (2008).</li>
<li>Garner, J. P., Thogerson, C. M., Würbel, H., Murray, J. D., Mench, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+neuropsychology%3A+validation+of+the+Intra-Dimensional+Extra-Dimensional+set+shifting+task+for+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+brain+research%22%5BJournal%5D)">Animal neuropsychology: validation of the Intra-Dimensional Extra-Dimensional set shifting task for mice.</a> Behavioural brain research. 173 (1), 53-61 (2006).</li>
<li>Owen, A. M., Roberts, A. C., Polkey, C. E., Sahakian, B. J., Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extra-dimensional+versus+intra-dimensional+set+shifting+performance+following+frontal+lobe+excisions%2C+temporal+lobe+excisions+or+amygdalo-hippocampectomy+in+man%5BTitle%5D)+AND+%22Neuropsychologica%22%5BJournal%5D)">Extra-dimensional versus intra-dimensional set shifting performance following frontal lobe excisions, temporal lobe excisions or amygdalo-hippocampectomy in man.</a> Neuropsychologica. 29 (10), 993-1006 (1991).</li>
<li>Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+5-choice+serial+reaction+time+task%3A+behavioural+pharmacology+and+functional+neurochemistry%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacology%22%5BJournal%5D)">The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry.</a> Psychopharmacology. 163 (3-4), 362-380 (2002).</li>
<li>Scheggia, D., Bebensee, A., Weinberger, D. R., Papaleo, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ultimate+intra-%2Fextra-dimensional+attentional+set-shifting+task+for+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+psychiatry%22%5BJournal%5D)">The ultimate intra-/extra-dimensional attentional set-shifting task for mice.</a> Biological psychiatry. 75 (8), 660-670 (2014).</li>
<li>Machkintosh, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effects+of+overtraining+on+a+reversal+and+a+nonreversal+shift%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Comparative+and+Physiological+Psychology%22%5BJournal%5D)">The effects of overtraining on a reversal and a nonreversal shift.</a> Journal of Comparative and Physiological Psychology. 55 (4), 555-559 (1962).</li>
<li>Abraham, N. M., Spors, H., Carleton, A., Margrie, T. W., Kuner, T., Schaefer, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maintaining+accuracy+at+the+expense+of+speed%3A+stimulus+similarity+defines+odor+discrimination+time+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Maintaining accuracy at the expense of speed: stimulus similarity defines odor discrimination time in mice.</a> Neuron. 44 (5), 865-876 (2004).</li>
<li>Cools, R., Rogers, R., Barker, R. A., Robbins, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Top-down+attentional+control+in+Parkinson%27s+disease%3A+salient+considerations%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+cognitive+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Top-down attentional control in Parkinson's disease: salient considerations.</a> Journal of cognitive neuroscience. 22 (5), 848-859 (2010).</li>
</ol>

Autorzy oświadczają, że nie mają finansowych konfliktów interesów.

W tym badaniu przedstawiamy nowatorskie zautomatyzowane dwukomorowe zadanie "Operon" ID/ED dla myszy, które jest w stanie wiarygodnie mierzyć elastyczność poznawczą poprzez uczenie się zwrotne, tworzenie zestawów uwagi i przesuwanie. Paradygmat ten jest analogiczny do zadań WCST i ID/ED powszechnie stosowanych u naczelnych u ludzi i zwierząt i przezwycięża główne ograniczenia poprzednich wersji dla gryzoni. Ten paradygmat Operon może być wykorzystany jako nowe skuteczne narzędzie do dużych badań przesiewowych leków i/lub genetycznych istotnych dla funkcji poznawczych (dys)funkcji u myszy o dużym znaczeniu dla medycyny translacyjnej.
To zautomatyzowane zadanie ma następujące zalety w porównaniu z poprzednio używanym zadaniem ID/ED dla gryzoni: (1) ma mniej pracochłonne procedury niż wersje ręczne (np. oprogramowanie reguluje wszystkie fazy zadania, znacznie zmniejszając interwencje eksperymentatora); (2) eliminuje wszelkie źródła subiektywności w mierzonych parametrach (np. eksperymentator nie jest zobowiązany do oceny, czy zwierzę rzeczywiście dokonało odpowiedzi wyboru); (3) eliminuje wszelką możliwość, że myszy mogą podążać za wskazówkami związanymi ze wzmocnieniem w celu udzielenia odpowiedzi (tj. nagroda jest zawsze automatycznie dostarczana do centralnego magazynka); (4) unika arbitralnych warunków środowiskowych (np. korzystanie z labiryntów i aparatury o różnych rozmiarach/materiałach, stosowanie ręcznie przygotowanych bodźców podpowiadających); (5) Umożliwia manipulowanie trzema odrębnymi wymiarami za pomocą szerokiego zakresu różnych bodźców, zgodnie z równoważnymi zadaniami ludzkimi stosowanymi w warunkach klinicznych. Tutaj prezentujemy dane tylko od myszy, ale podobnych korzyści można się spodziewać również w przypadku szczurów.
W zadaniu istnieją krytyczne etapy, które są wewnętrznymi parametrami trafności konstrukcji, które można wykorzystać w celu zidentyfikowania wiarygodnej wydajności zmiany zestawu uwagi: i) gorsza wydajność w EDS w porównaniu z poprzednimi etapami, ii) ogólna poprawa z IDS do IDS2; (iii) specyficzną poprawę w kolejnych etapach odwrócenia, ponieważ im bardziej zwierzę jest szkolone w zakresie odwrócenia wewnątrz zestawu, tym lepiej powinno radzić sobie z kolejnymi odwróceniami wewnątrz zestawu20; (iv) lepsze wyniki w EDSRe w porównaniu z EDS. To nowatorskie zadanie operonowe ID/ED prezentuje wszystkie te cechy, zgodne z wcześniejszymi badaniami na naczelnych przy użyciu zadania CANTAB ID/ED oraz u gryzoni przy użyciu ręcznej wersji "kopania"12,13. Co więcej, każdy etap tego zautomatyzowanego zadania został przebadany w równoważnej liczbie prób, niezależnie od zastosowanego istotnego/nieistotnego wymiaru (tj. zapachu, tekstury i światła)19. Wykazało to, że wszystkie użyte bodźce mają podobną istotność i są odpowiednie do tworzenia nastawienia uwagi i/lub zmiany biegu. Nasze eksperymenty pokazują, że trudność w rozwiązaniu EDS jest również podkreślona przez wzrost opóźnień odpowiedzi. Czas przetwarzania wydłuża się, aby zachować optymalną dokładność podczas ostrzejszych dyskryminacji21. W związku z tym, biorąc pod uwagę opóźnienie w reagowaniu jako wskaźnik szybkości przetwarzania informacji, podejmowania decyzji i rozwiązywania problemów18, wolniejsze opóźnienia podczas EDS mogą odzwierciedlać strategię przyjętą w celu zmierzenia się z trudnościami w rozwiązaniu problemu zmiany zestawu.
Wykazaliśmy, że nasz nowatorski aparat może być skutecznie używany z bardziej "klasycznym" paradygmatem zmiany zestawu uwagi, wykorzystującym tylko dwa wymiary w całym teście (tj. dwuwymiarowym) lub z paradygmatem utkniętym w układzie implikacyjnym, implikującym użycie trzech wymiarów. W zależności od interesującej nas domeny poznawczej możliwe jest wybranie najbardziej odpowiedniego protokołu. Oba te paradygmaty były wcześniej stosowane u ludzi, naczelnych i gryzoni7,12-17. Jednak procedura utknięcia w zestawie jest w stanie rozróżnić różne składniki przesunięcia zestawu i jest bardziej selektywną miarą funkcjonowania płata czołowego u pacjentów7,22. Co więcej, jednym z problemów, który może wystąpić w paradygmacie dwuwymiarowym , jest wyuczona nieistotność , która może zniekształcić wyniki. Wyuczona perseweracja nieistotności odnosi się do niezdolności do zwrócenia uwagi i uczenia się informacji, które wcześniej były nieistotne7. Taka sytuacja może wystąpić w fazie EDS paradygmatu dwuwymiarowego , ponieważ od podmiotu wymaga się przeniesienia uwagi na wymiar wcześniej nieistotny. W tym przypadku w zasadzie niemożliwe jest rozróżnienie, czy deficyt EDS jest spowodowany niezdolnością do odwrócenia uwagi od poprzednio istotnego wymiaru i/lub niemożnością przeniesienia uwagi na wcześniej nieistotny wymiar. Upośledzenie może więc po prostu odzwierciedlać aktywne hamowanie reagowania na wymiar, który wcześniej stał się nieistotny ze względu na jego losowe powiązanie ze wzmacniającą informacją zwrotną. W przeciwieństwie do tego, w stanie utknięcia w ustaleniu , niepowodzenie w przejściu do nowego odpowiedniego wymiaru nie może być przypisane jakiemukolwiek wcześniejszemu uczeniu się o tym wymiarze, ponieważ nie było to wcześniej doświadczane. Porażka odzwierciedla zatem dążenie do wcześniej istotnego wymiaru. Podsumowując, nawet jeśli u normalnych myszy typu dzikiego paradygmaty "utknięcia w zestawie" i "dwuwymiarowej" zmiany zestawu uwagi mogą dawać podobne wyniki, zdecydowanie preferujemy persewerację utkniętą w zestawie z powodów omówionych powyżej.

Zmiana nastawienia uwagi jest miarą elastyczności poznawczej i funkcji wykonawczych1. Odnosi się do zdolności do przełączania się między arbitralnymi regułami wewnętrznymi ("zestawy poznawczo-uważne"). Najpowszechniej stosowanymi zadaniami neuropsychologicznymi do pomiaru zmiany ustawień uwagi i elastyczności poznawczej u ludzi są Test Sortowania Kart Wisconsin (WCST)2 oraz nowsza i bardziej wyrafinowana wersja: wewnątrz- i pozawymiarowa zmiana zestawu uwagi (ID/ED) w Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery (CANTAB)3,4. Zadania te zostały wykorzystane do zidentyfikowania określonych nieprawidłowości poznawczych w szerokim zakresie zaburzeń psychicznych, w tym autyzmu5, schizofrenii6, choroby Parkinsona7, zaburzeń obsesyjno-kompulsywnych8 i zaburzeń z deficytem uwagi/nadpobudliwości9. Znaczenie kliniczne i solidne podejście metodologiczne WCST i testów ID/ED wzbudziły zainteresowanie wdrożeniem podobnych testów w badaniach przedklinicznych10,11. Zadania te pozwalają na selektywny pomiar w obrębie tego samego przedmiotu różnych zdolności poznawczych, takich jak uczenie się dyskryminacyjne, uczenie się odwrócone, tworzenie zestawu uwagi, przesunięcie uwagi w tym samym wymiarze (tj. przesunięcie wewnątrzwymiarowe: IDS) i między różnymi wymiarami percepcyjnymi (tj. przesunięcie pozawymiarowe: EDS). Ma to kluczowe znaczenie, ponieważ odrębne obwody mózgowe, a także neuropatologia mogą zmieniać te różne funkcje poznawcze na różne sposoby. Na przykład, wykazano efekt podwójnej dysocjacji lub specjalizacji funkcjonalnej między bocznymi (u małp i ludzi) / przyśrodkowym (u gryzoni) a orbitalnym regionem PFC w zadaniach zmiany nastawienia uwagi. Podczas gdy kora oczodołowo-czołowa jest bardziej zaangażowana w fazy odwrócenia tych zadań, boczny/przyśrodkowy obszar PFC rządzi etapami przesunięcia pozawymiarowego12-14.
Gryzonie te testy koncentracji uwagi dla naczelnych zostały pomyślnie wygenerowane13-16. Jednak niektóre aspekty tych wersji gryzoni ograniczają ich zastosowanie i zastosowanie. Na przykład zadania te są uruchamiane ręcznie, a zatem są bardzo pracochłonne i trudne do standaryzacji. Co więcej, obecność wzmacniaczy pokarmowych wewnątrz bodźców może skutkować niejednoznaczną interpretacją reakcji zwierząt i potencjalną stronniczością w podejmowaniu wyborów10. Cechy te ograniczyły przepustowość testów i, co ważniejsze, ich zastosowanie w badaniach genetycznych i/lub przesiewowych leków na dużą skalę.
Aby przezwyciężyć te ograniczenia i zwiększyć potencjalne zastosowania paradygmatów zmiany ID/ED u gryzoni, prezentujemy tutaj nowatorskie dwukomorowe zadanie oparte na instrumentach, aby przetestować elastyczność poznawczą u myszy. To nowatorskie zadanie ściśle naśladuje zadanie ID/ED stosowane u naczelnych u ludzi i innych niż ludzie i omija problemy związane z wcześniejszymi wersjami gryzoni.

<table><tbody><tr><td>Ściany z pleksi i podłoga aluminiowa</td><td>Wykonane</td><td></td> na zamówienie <td>(16 x 16 x 16 cm na każdą komorę)</td></tr><tr><td>Drzwi z pleksi&nbsp;</td><td>Komputer PC wykonany na</td><td></td><td></td>zamówienie</tr><tr><td></td><td>Dell Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie MED-PC IV&NBSP;</td><td>(Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>wykonane na zamówienie</td><td>Użyj kodu operacyjnego, aby automatycznie kontrolować prezentację bodźców i sekwencję etapów</td></tr><tr><td>Otwór na nos&nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, Stany Zjednoczone)</td><td>ENV-314M</td><td></td></tr><tr><td>Magazyn żywności&nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, Stany Zjednoczone)</td><td>ENV-303M</td><td></td></tr><tr><td>Dozownik pelletu do wzmacniania żywności&nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, Stany Zjednoczone)</td><td>ENV-203-14P</td><td></td></tr><tr><td>Oświetlenie domowe&nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, Stany Zjednoczone)</td><td>ENV-315M</td><td></td></tr><tr><td>Olfaktometr rozcieńczania&nbsp;</td><td>(Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>PHM-275</td><td></td></tr><tr><td>Płynne substancje zapachowe</td> <td>(Sigma Aldrich, Dorset, Wielka Brytania)</td><td></td> <td>(patrz Tabela 1)</td></tr> <tr><td>Olej mineralny</td> <td>(Sigma Aldrich, Dorset, Wielka Brytania)</td> <td>M5904</td><td></td></tr><tr><td>Pompa powietrza i próżnia</td> <td>(Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td> <td>Próżnia PHM-280</td><td>jest zalecana do usuwania zapachów na koniec każdej próby</td></tr><tr><td>Diody elektroluminescencyjne (LED)</td><td></td><td></td><td>Przezroczysty klejnot o wysokiej intensywności, 3 mm</td></tr><tr><td>Tekstury</td><td></td><td></td> podłogi <td>3x3 cm</td></tr><tr><td>Granulki wzmacniające</td><td>TestDiet</td><td>5TUL 14mg</td><td>Dla myszy</td></tr></tbody></table>

operacyjne wewnątrz-/zewnątrzwymiarowe zadanie zmiany ustawień dla myszy

An Operant Intra-/Extra-dimensional Set-shift Task for Mice

Zmiany w kontroli wykonawczej i elastyczności poznawczej, takie jak zdolność do zmiany nastawienia uwagi, są podstawowymi cechami kilku chorób neuropsychiatrycznych. Najczęściej stosowanymi testami neuropsychologicznymi do oceny zmiany ustawień uwagi u ludzi są Wisconsin Card Sorting Test (WCST) oraz CANTAB Intra-/Extra-dimensional set shift task (ID / ED). Zadania te dowiodły znaczenia klinicznego i zostały zmodyfikowane i z powodzeniem zaadaptowane do badań na modelach zwierzęcych. Jednak obecnie dostępne zadania dla gryzoni mają kilka ograniczeń, głównie ze względu na ich ręczne procedury testowe, które hamują postęp translacyjny w medycynie psychiatrycznej. Aby przezwyciężyć te ograniczenia i lepiej naśladować oryginalną wersję u naczelnych, przedstawiamy opracowanie nowatorskiego, opartego na instrumentach dwukomorowego zadania "Operon" ID/ED dla gryzoni. Wykazaliśmy skuteczność tego nowatorskiego zadania w mierzeniu różnych aspektów elastyczności poznawczej u myszy, w tym tworzenia i zmiany zestawu uwagi oraz uczenia się odwróconego. Co więcej, pokazujemy wysoką elastyczność tego zadania, w którym można manipulować trzema różnymi wymiarami percepcyjnymi za pomocą dużej liczby bodźców dla każdego wymiaru. To nowatorskie zadanie ID/ED Operon może być skutecznym narzędziem przedklinicznym do testowania leków i/lub dużych genetycznych badań przesiewowych istotnych dla badania dysfunkcji wykonawczych i objawów poznawczych występujących w zaburzeniach psychicznych.

Rycina 2 pokazuje przykład zadania ID/ED. Pary bodźców (albo „Dyskryminacja 1”, albo „Dyskryminacja 2”) są prezentowane losowo na każdym etapie, a mysz musi wybrać właściwy bodziec w każdej parze. W poniższej tabeli przykładu prawidłowy egzemplarz zaznaczono pogrubioną czcionką. Na pierwszym etapie (SD lub prosta dyskryminacja) bodźce prezentowane w dwóch otworach do wkładania nosa różniły się w jednym z trzech wymiarów (np. O1: wanilia vs. O2: lawenda) a mysz otrzymuje nagrodę za wybranie prawidłowego egzemplarza (np. O1). Gdy badany osiągnie kryterium na tym etapie, rozpoczyna się kolejny etap (CD lub dyskryminacja złożona), w którym te same egzemplarze istotnego wymiaru są prezentowane z przypadkowo nałożonymi egzemplarzami drugiego, nieistotnego wymiaru, wprowadzonego jako czynnik zakłócający (np.., L1: światło niebieskie vs. L2: światło żółte). Na tym etapie możliwe są dwie różne dyskryminacje („Dyskryminacja 1” lub „Dyskryminacja 2”). W kolejnym etapie (CDRe lub odwrócenie dyskryminacji złożonej), warunki otrzymywania nagrody zostają odwrócone, natomiast egzemplarze i istotny wymiar pozostają niezmienione: mysz musi nauczyć się, że bodziec, który wcześniej był poprawny, teraz jest niepoprawny (np. zapach lawendy jest teraz nagradzany). W następnym etapie (IDS lub przesunięcie wewnątrzwymiarowe) wprowadzane są nowe egzemplarze (zarówno zapachy, jak i światła), jednak istotny wymiar (w tym przykładzie zapach) pozostaje ten sam (np. truskawka jest właściwym wyborem). W kolejnym etapie (IDR lub odwrócenie wewnątrzwymiarowe), warunki nagradzania zostają odwrócone. Po drugim przesunięciu wewnątrzwymiarowym (IDS2 i jego odwróceniu), wprowadza się nowe egzemplarze w celu przetestowania przesunięcia zewnątrzwymiarowego (EDS), w którym zmienia się istotny wymiar. W EDS typu „stuck-in-set” (utknięcie w zbiorze), mysz musi skupić się na nowym wymiarze (np. tekstura, T1: papier ścierny o grubej ziarnistości w porównaniu z T2: drobnoziarnisty papier ścierny), natomiast wcześniej istotny wymiar (w tym przypadku zapach) staje się teraz wymiarem nieistotnym. W przypadku EDS dwuwymiarowego („two-dimension”), wcześniej nieistotny wymiar (w tym przypadku światło) staje się teraz wymiarem istotnym. W końcowej fazie (EDSRe lub odwrócenie ekstrawymiarowe) zależności nagród zostają odwrócone.
Aby uzyskać wiarygodne wyniki, wymiary bodźców wykorzystywane w zadaniu powinny być opanowane w równym stopniu. Jak pokazano na Rysunku 3, dyskryminacje wzrokowa, dotykowa i węchowa w tym nowym aparacie wymagały podobnego czasu (F(2,64)=0.36; p=0.69) oraz podobnej liczby prób (F(2,64)=0.059; p=0.94) do osiągnięcia kryterium, co sugeruje, że zwierzęta są w stanie przeprowadzać proste dyskryminacje niezależnie od prezentowanego wymiaru.
Jeśli w fazach testowania zadania wypracowano niezawodny zestaw uwagi, wyniki normalnej myszy typu dzikiego powinny być gorsze w etapie EDS w porównaniu z etapami poprzedzającymi i następującymi, zgodnie z doniesieniami z wcześniejszych badań na gryzoniach i naczelnych12,13. W szczególności w etapie EDS powinien wystąpić wyraźny wzrost czasu i liczby prób niezbędnych do osiągnięcia kryteriów w porównaniu z etapami IDS. Jak pokazano na Rysunku 4, w naszym eksperymencie z protokołem „stuck-in-set” analiza wyników myszy wykazała efekt dyskryminacji dla liczby prób (F(8,168)=9,23; p&lt;0,0001) oraz czasu (F(8,168)=8,62; p&lt;0,0001) wymaganego do osiągnięcia kryteriów. Rzeczywiście, myszy potrzebowały więcej prób i więcej czasu na rozwiązanie etapu EDS w porównaniu z etapami CD, IDS, IDS2 i EDSRe (p&lt;0,05; Rysunek 4A-B). Podobnie analiza wyników w protokole „two-dimension” (Rysunek 5)) wykazała istotny efekt dyskryminacji dla liczby prób (F(8,72)=3,66; p&lt;0,005) oraz czasu (F(8,72)=4,65; p&lt;0,0005) potrzebnego do osiągnięcia kryteriów. Wykazaliśmy, że myszy wymagały więcej prób (p&lt;0,05) i więcej czasu (p&lt;0,05) na rozwiązanie EDS w porównaniu z CD, IDS, IDS2 i EDSRe (Rysunek 5A-B). Nie powinno być obserwowanych różnic w zdolnościach do zmiany (shifting) między myszami testowanymi przy różnych wymiarach.
U normalnej myszy typu dzikiego pierwsza nauka odwrócenia (i.e., CDRe) jest trudniejsza niż pierwotne rozróżnianie (i.e., CD). Zgodnie z tym, jak wynika z Rysunków 4 i 5, myszy potrzebowały więcej prób (p&lt;0.05; Rysunek 4-5A) i więcej czasu (p&lt;0.05; Rysunek 4-5B), aby ukończyć ten etap. Co więcej, wyniki nauki odwrócenia powinny ulegać poprawie od CDRe przez IDSRe do IDS2Re, co wykazaliśmy w naszym eksperymencie z zastosowaniem protokołów „stuck-in-set” oraz „two-dimension”. Wyniki te dodatkowo wzmacniają dowody na formowanie się zestawu uwagi w trakcie wykonywania zadania.
W trakcie wykonywania zadania myszy powinny zwiększać szybkość reakcji na kolejnych etapach. Odpowiednio, analiza czasu reakcji wykazała istotny efekt dyskryminacji (F(8,200)=42,59; p&lt;0,0001). W szczególności, jak pokazują reprezentatywne wyniki na Rysunku 4C , czas reakcji (poke) na etapie IDS2 uległ skróceniu w porównaniu z etapami IDS, CD i SD (p&lt;0,0005). Co więcej, czas reakcji wydłużył się podczas etapu EDS w porównaniu z poprzednimi etapami IDS2 i IDS2Re oraz następującymi etapami EDSRe (p&lt;0,05). Zgodnie z tymi wynikami, analiza czasu reakcji podczas zadania „dwuwymiarowego” również wykazała istotny efekt dyskryminacji (F(7,63)=9,98; p&lt;0,0005). Jak pokazano na Rysunku 5C, czas dokonania wyboru wydłużył się podczas EDS w porównaniu z wcześniejszymi IDS2 i IDS2Re oraz następującym EDSRe (p&lt;0,05). Ponieważ czas reakcji jest uważany za wskaźnik procesów decyzyjnych18, wyniki te sugerują ponadto, że myszy napotkały trudności w przetwarzaniu nowej reguły dyskryminacyjnej podczas EDS. Na podstawie wyników behawioralnych myszy typu dzikiego (Rysunki 4-5) ustalono, że minimalna liczebność próby (na podstawie analizy mocy R) dla każdej grupy eksperymentalnej powinna wynosić 8.
<img alt="Wykres słupkowy porównujący liczbę prób i czas do osiągnięcia kryterium w zależności od światła, zapachu i tekstury; uwzględniono słupki błędów." src="/files/ftp_upload/53503/53503fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3. Proste dyskryminacje światła, zapachu i tekstury są równoważne. (A) Liczba prób i (B) czas wymagany do osiągnięcia kryterium w prostych dyskryminacjach z wykorzystaniem wyłącznie bodźców świetlnych, zapachowych lub teksturalnych. Wartości reprezentują średnią ± SEM we wszystkich Rysunkach 2-4. Dane pierwotnie opublikowane w 'The ultimate Intra- and Extradimensional Attentional Set-Shifting Task for Mice'19.
<img alt="Wykresy słupkowe wyników behawioralnych; próby, czas, latencja w poszczególnych zadaniach; uwzględniono słupki błędów." src="/files/ftp_upload/53503/53503fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4. Wyniki samców myszy szczepu C57BL6J typu dzikiego w zadaniu ID/ED Operon z modelem „stuck-in-set”. (A) Liczba prób, (B) czas (w minutach) i liczba dni potrzebnych do osiągnięcia kryterium w różnych etapach zadania ID/ED Operon z zastosowaniem paradygmatu ID/ED „stuck-in-set”. (C) Czas (w sekundach), który upłynął od otwarcia drzwi przegrody do reakcji w postaci włożenia nosa do otworu (latencja reakcji) w poszczególnych etapach zadania. Przebadano łącznie 26 myszy; 4 myszy wykluczono, ponieważ nie wkładały nosa w sposób wiarygodny w celu pobrania wzmocnienia pokarmowego podczas treningu lub nie były w stanie ukończyć całej procedury. A: *p &lt;0.05 względem CD, IDS, IDS2, IDS2Re i EDSRe; B: *p &lt;0.05 względem CD, IDS2, IDS2Re i EDSRe. A i B: #p&lt;0.05, ##p&lt;0.005 względem CD, IDSRe i IDS2Re. C: *p &lt;0.05 względem IDS2, IDS2Re i EDSRe. Należy zauważyć, że myszy były w stanie ukończyć całe zadanie w ciągu 5-9 dni we wszystkich eksperymentach przedstawionych na Ryc. 3-4. Dane pierwotnie opublikowane w „The ultimate Intra- and Extradimensional Attentional Set-Shifting Task for Mice”19. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53503/53503fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykresy słupkowe kryteriów wydajności; analiza prób, czasu i latencji w poszczególnych fazach testowania." src="/files/ftp_upload/53503/53503fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 5">
Rysunek 5. Wyniki samców myszy szczepu C57BL6J typu dzikiego w zadaniu ID/ED Operon w wersji dwuwymiarowej. (A) Liczba prób, (B) czas (w minutach) i liczba dni potrzebnych do osiągnięcia kryterium w różnych etapach zadania ID/ED Operon z zastosowaniem paradygmatu dwuwymiarowego. (C)Czas (w sekundach) upływający od otwarcia drzwi dzielnika do reakcji w postaci włożenia nosa w otwór (latencja odpowiedzi) w różnych etapach zadania. Przebadano łącznie 13 myszy; 3 myszy wykluczono, ponieważ nie wkładały nosa w otwór w sposób powtarzalny w celu pobrania wzmocnienia pokarmowego podczas treningu lub nie były w stanie ukończyć całej procedury. A i B: #p&lt;0.05 względem CD i IDS2Re, *p &lt;0.05 względem CD, IDS, IDS2, EDSRe. C: *p &lt;0.05 względem IDS2, IDS2Re i EDSRe. Dane pierwotnie opublikowane w 'The ultimate Intra- and Extradimensional Attentional Set-Shifting Task for Mice'19. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53503/53503fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Schemat osi czasu eksperymentu behawioralnego; obchodzenie się z myszami, waga, spożycie pokarmu, etapy deprywacji." src="/files/ftp_upload/53503/53503fig6.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Rysunek 6"> 
Rysunek 6. Oś czasu całej procedury protokołu do testowania zadania ID/ED.
<table fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Etap</td>
			<td>Opis</td>
			<td>Uwagi dodatkowe</td>
			<td>Literatura</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prosta dyskryminacja (SD)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rozróżnianie związków (CD)</td>
			<td>Bodźce różnią się w dwóch wymiarach percepcyjnych, takich jak kolor i kształt w przypadku bodźców wzrokowych w zadaniu dla ludzi lub tekstura i zapach w przypadku gryzoni.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Uczenie odwracalne (CDRe – IDSRe – IDS2Re – EDSRe)</td>
			<td>Dwa egzemplarze w obrębie wymiaru percepcyjnego mają odwrócone warunki wzmocnienia, tak że to, co wcześniej było poprawne, staje się niepoprawne i na odwrót)</td>
			<td>W seryjnym uczeniu się odwracania (serial reversal learning) wyniki ulegają poprawie wraz z kolejnymi odwróceniami w obrębie jednej serii. Zatem etapy odwracania (t.j.., CDRe, IDSRe, IDS2Re) nie tylko oceniają funkcję różnych obszarów korowych, ale służą również do 1) uformowania zestawu poznawczo-uwagowego badanego na etapie EDS oraz 2) zapobiegania warunkowaniu przesądnemu w odniesieniu do niezamierzonych aspektów bodźca</td>
			<td>- Uszkodzenia kory oczodołowo-czołowej u myszy (Bissonette et al., 2008) i małp (Dias et al., 1996) upośledziły uczenie odwrócenia 
			- fMRI podczas wykonywania zadania uczenia się odwrócenia (reversal learning) wykazało aktywację kory oczodołowej (Hampshire i Owen, 2006)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Przesunięcie wewnątrzwymiarowe (IDS – IDS2)</td>
			<td>Wprowadza się nowe egzemplarze, lecz ten sam wymiar zostaje wzmocniony</td>
			<td>Etapy IDS służą jako kluczowa kontrola wewnętrzna (t.j.., EDS powinno być trudniejsze niż IDS), a także przyczyniać się do ukształtowania poznawczo-uwagowej konfiguracji (cognitive-attentional set)</td>
			<td>Wyczerpanie dopaminy w PFC upośledzało tworzenie zestawu uwagi (Robbins i Roberts, 2007). Małpy z uszkodzeniami wywołanymi przez 6-OHDA nie wykazały klasycznej redukcji liczby błędów od pierwszej (IDS1) do ostatniej (IDS5) dyskryminacji, co powinno odzwierciedlać nabycie zestawu uwagi. </td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="2">Przesunięcie ekstradymentonalne (EDS)</td>
			<td>protokół „stuck-in-set” (utrwalenia schematu): wcześniej nieistotny wymiar bodźca zostaje zastąpiony nowym wymiarem bodźca, który natychmiast staje się istotny</td>
			<td>Brak przełączenia się na nowy istotny wymiar nie może być przypisany do żadnej wcześniejszej nauki dotyczącej tego wymiaru, ponieważ nie był on wcześniej doświadczany. Zatem niepowodzenie to odzwierciedla perseverację w odniesieniu do poprzednio istotnego wymiaru.</td>
			<td>Wykazano, że uszkodzenia mPFC upośledzają EDS u myszy (Bissonette et al., 2008) oraz małp (Dias et al., 1996). 
			- Pacjenci z uszkodzeniami płata czołowego wykazują deficyty w warunkach „perseveracji” (utkwienia w schemacie), ale nie w warunkach „dwuwymiarowych” (Owen et al., 1993) 
			- Dopamina w mPFC modulowała wyniki EDS u myszy (Papaleo et al., 2008; Scheggia et al., 2014) i szczurów (Tunbridge et al., 2004)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>protokół „dwuwymiarowy”: wzmocnienie wcześniej nieistotnego wymiaru</td>
			<td>pozorna niezdolność do zmiany nastawienia uwagi może wystąpić w sytuacji, gdy badany jest w stanie odwrócić uwagę od wymiaru, który był wcześniej istotny (gdy ten staje się nieistotny), lecz mimo to nie potrafi ponownie skoncentrować uwagi na nowym, istotnym wymiarze</td>
			<td>- Uszkodzenie mPFC u szczurów (Birrell and Brown, 2000) upośledziło przesunięcie EDS 
			- fMRI podczas wykonywania EDS wykazało aktywację brzuszno-bocznej części kory przedczołowej (Hampshire i Owen, 2006) </td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 2: Etapy ID/ED Operon Proszę podać tekst źródłowy do tłumaczenia. Opis etapów zadania, w tym odwołania do badań z wykorzystaniem lizek oraz badań farmakologicznych dotyczących roli obszarów mózgu zaangażowanych w poszczególne konstrukty testowane podczas zadania.

Zaburzenia poznawcze związane z uwagą są podstawową cechą wielu chorób psychicznych. W tym miejscu przedstawiamy opracowanie nowatorskiego automatycznego systemu do skutecznego badania zdolności zmiany ustawień uwagi, funkcji wykonawczych i innych zdolności poznawczych u myszy o wysokiej trafności translacyjnej do badań na ludziach.

Operacyjne wewnątrz-/zewnątrzwymiarowe zadanie zmiany ustawień dla myszy

Alterations in executive control and cognitive flexibility, such as attentional set-shifting abilities, are core features of several neuropsychiatric ...

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu jest stworzenie zautomatyzowanego zadania służącego do oceny funkcji wykonawczych u myszy, które jednocześnie naśladuje oryginalne ludzkie testy neuropsychologiczne. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu neuronauki poznawczej. Przykładowo, w jaki sposób selektywne leczenie poznawcze lub farmakologiczne może wpływać na funkcje poznawcze wyższego rzędu, istotne w kontekście zaburzeń psychiatrycznych.Głównymi zaletami tej techniki są pełna automatyzacja oraz wyeliminowanie wszelkich źródeł subiektywizmu. Jest ona bardzo elastyczna, a uzyskane wyniki charakteryzują się wysoką selektywnością.Zastosowanie tej techniki rozszerza się na diagnostykę i leczenie dysfunkcji wykonawczych w zaburzeniach psychiatrycznych, ponieważ umożliwia ona prowadzenie szeroko zakrojonych badań przesiewowych leków i genów istotnych dla objawów poznawczych w tych schorzeniach. Wizualna prezentacja tej metody jest kluczowa, gdyż prawidłowe przygotowanie tego zadania ma decydujące znaczenie dla pomyślnego wyniku eksperymentu. Przygotuj myszy do doświadczenia, aklimatyzując je do indywidualnego kwaterowania i stosując lekkie ograniczenie podaży pokarmu przed testowaniem, zgodnie z opisem w towarzyszącym protokole tekstowym.Przed przystąpieniem do testów należy upewnić się, że każda komora aparatury posiada dwa otwory do wkładania nosa (nose poke) wyposażone w podczerwone wiązki fotoelektryczne, a pomiędzy nimi znajduje się zasobnik na pokarm z wiązkami fotoelektrycznymi, do którego dozownik dostarcza wzmocnienie w postaci granulatu. Następnie należy przygotować wymienne bodźce różniące się w trzech różnych wymiarach percepcyjnych. Listę sugerowanych bodźców można znaleźć w Tabeli 1 dołączonego protokołu tekstowego.Wybierz pięć par egzemplarzy dla każdego wymiaru. W celu podania bodźców węchowych do otworów do wkładania nosa (nose poke holes), użyj olfaktometru rozcieńczającego. Skonfiguruj jeden olfaktometr tak, aby kontrolował dwa otwory do wkładania nosa, a następnie przygotuj go, napełniając buteleczki z zapachami aromatami rozcieńczonymi w oleju mineralnym w stosunku jeden do dwudziestu.Podłącz pompę powietrzną do wlotu olfaktometru, a pompę próżniową do wylotów zamontowanych w urządzeniu do wkładania nosa (nose poke). Następnie podłącz wylot do podawania zapachów do każdego wlotu urządzenia nose poke i ustaw natężenie przepływu na 1.5 liters per minute. W przypadku bodźców wizualnych umieść diody emitujące światło nad każdym otworem nose poke i zamocuj je w metalowym panelu komory.Podłącz każdą diodę do interfejsu wyjściowego. W przypadku bodźców dotykowych, umieść wymienne tekstury podłoża na przesuwnym wsporniku pod otworem o wymiarach trzech na trzy centymetry przed każdym otworem do wkładania nosa. Zamontuj poszczególne tekstury w taki sposób, aby można było je przesuwać za pomocą ramek znajdujących się pod podłożem.Przed rozpoczęciem testów należy przeprowadzić sesje treningowe zgodnie z opisem w towarzyszących protokołach tekstowych, aby oswoić myszy z komorą testową i procedurą. Na każdym etapie właściwego testu należy mierzyć czas potrzebny myszy na dokonanie wyboru w każdej prezentacji, a także czas potrzebny na wykonanie ośmiu poprawnych wyborów w dziesięciu kolejnych próbach w celu ukończenia każdego etapu. Sesję dzienną należy przerwać po 40 minutach lub w przypadku, gdy mysz nie wykaże żadnej reakcji przez pięć kolejnych minut.Zakończ sesję i kontynuuj następnego dnia, pozostawiając mysz na tym samym etapie, na którym przerwały badania. W przypadku prostego testu dyskryminacji, zapoznaj myszy z zapachem, światłem lub teksturą, które są istotne we wszystkich zadaniach aż do momentu przesunięcia ekstrawymiarowego. W tym przykładzie prezentowane są dwa zapachy, wanilia i lawenda, a wanilia została wybrana jako poprawna odpowiedź.W przypadku dyskryminacji złożonej należy wprowadzić drugi wymiar, np. światło, który nie wskazuje lokalizacji poprawnej odpowiedzi. Należy sprawić, aby stan światła był nieistotny dla wyniku, utrzymując wanilię jako poprawną odpowiedź. Testuj tę dyskryminację w taki sposób, aby wanilia była parowana zarówno z niebieskim, jak i żółtym światłem w kolejnych próbach.W celu odwrócenia dyskryminacji związków, należy nauczyć zwierzęta, że bodziec, który wcześniej był poprawny, jest teraz błędny. W tym przykładzie jako poprawną odpowiedź wybierz zapach lawendy, podczas gdy wanilia staje się wyborem błędnym. Ponownie sparuj poprawny zapach zarówno z niebieskim, jak i żółtym światłem w kolejnych testach.Następnie wybierz przesunięcie wewnątrzwymiarowe, w którym następuje całkowita zmiana projektu. Jako zapachy wykorzystaj truskawkę i cynamon, a oświetlenie zmień na pomarańczowe i białe. Upewnij się, że badane osobniki podążają wzdłuż tego samego odpowiedniego wymiaru, aby znaleźć poprawną odpowiedź, którą jest truskawka.W kolejnych testach paruj zapach zarówno z pomarańczowym, jak i białym światłem. Następnie przeprowadź u myszy odwrócenie przesunięcia wewnątrzwymiarowego (intra-dimensional shift), zmieniając prawidłowy zapach na cynamon. Ponownie paruj zapach zarówno z pomarańczowym, jak i białym światłem.W przypadku przesunięcia wewnątrzwymiarowego należy zastosować te same warunki co poprzednio, ale zastąpić pary egzemplarzy nowymi zapachami i światłami. Następnie należy przeprowadzić przesunięcie pozawymiarowe poprzez wprowadzenie tekstur jako nowego istotnego wymiaru. Pod jednym z otworów do wkładania nosa należy umieścić papier ścierny o grubym ziarnie, a pod drugim otworem papier ścierny o drobnym ziarnie.W tym samym czasie przedstaw im dwa nowe zapachy, takie jak cytryna i morela. Wyznacz otwór z odpowiadającym mu szorstkim papierem ściernym jako poprawną odpowiedź. W kolejnych testach sparuj szorstki papier ścierny z zapachami cytryny i moreli.Na koniec odwróć poprawną odpowiedź, tak aby drobnoziarnisty papier ścierny wskazywał miejsce otworu z poprawną odpowiedzią. W kolejnych testach sparuj drobnoziarnisty papier ścierny z zapachami cytryny i moreli. W przypadku protokołu dwuwymiarowego powtórz procedurę utknięcia w zbiorze aż do momentu przesunięcia nadwymiarowego.Zamiast przełączać się w tym momencie na teksturę i zapach, zmień odpowiedni wymiar tak, aby światło było istotne, a zapach nieistotny. Skonfiguruj nowe przesunięcie extradymensjonalne w taki sposób, aby światła były teraz czerwone i zielone, przy czym zielone światło stanowi obecnie poprawną odpowiedź. Zapach jest teraz wymiarem nieistotnym.Przetestuj zielone światło w połączeniu z obydwoma zapachami w kolejnych etapach. W przypadku odwrócenia, użyj tych samych zapachów, ale dokonaj zamiany tak, aby czerwone światło było teraz poprawną odpowiedzią. Połącz czerwone światło z obydwoma zapachami w kolejnych etapach.Po zakończeniu sesji przez mysz, przetrzyj stanowisko 70% etanolem, aby przygotować je dla kolejnego zwierzęcia. Testy zawsze przeprowadzaj w tej samej kolejności, lecz zmieniaj bodźce w poszczególnych testach tak, aby każdy z wybranych bodźców był reprezentowany w badaniu w równym stopniu. Należy również zadbać o równoważne przeciwważenie wymiarów percepcyjnych stosowanych w obrębie każdej grupy eksperymentalnej oraz pomiędzy nimi.Dyskryminacje wizualne, dotykowe i zapachowe w tym nowym aparacie wymagały podobnej ilości czasu i podobnej liczby prób w celu osiągnięcia kryterium, co sugeruje, że zwierzęta są w stanie przeprowadzać proste dyskryminacje niezależnie od prezentowanego wymiaru. Przy zastosowaniu protokołu stuck-in-set analiza wyników myszy wykazała efekt dyskryminacji polegający na tym, że myszy potrzebowały więcej prób i więcej czasu na rozwiązanie etapu przesunięcia ekstrawymiarowego (extra-dimensional shift) w porównaniu do dyskryminacji złożonej, przesunięcia intrawymiarowego (intra-dimensional shift), drugiego przesunięcia intrawymiarowego oraz etapu odwrócenia przesunięcia ekstrawymiarowego. Było to prawdziwe również w przypadku protokołu dwuwymiarowego.Po opanowaniu metody, eksperyment ten można przeprowadzić w ciągu 10 do 12 dni, wliczając w to wszystkie przygotowania oraz sesję szkoleniową.

an-operant-intra-extra-dimensional-set-shift-task-for-mice

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

W niniejszym protokole opisujemy metodę uczenia operacyjnego u myszy, w której w roli wzmocnienia wykorzystuje się bodźce sensoryczne. Metoda ta nie wymaga wcześniejszego treningu ani ograniczeń pokarmowych i umożliwia badanie zachowań motywowanych bez użycia wzmocnień farmakologicznych lub naturalnych, takich jak pokarm.

Poszukiwanie doznań w warunkowaniu instrumentalnym u myszy

Niniejszy artykuł przedstawia protokół testów w labiryncie T z wykorzystaniem zmodyfikowanego zautomatyzowanego aparatu do oceny funkcji uczenia się i pamięci u myszy.

Zadania wymuszonej alternacji w labiryncie T oraz dyskryminacji lewo-prawo w celu oceny pamięci operacyjnej i referencyjnej u myszy

W pełni zautomatyzowany system do pomiaru fizjologicznie istotnych właściwości mechanizmów pośredniczących w lokalizacji przestrzennej, lokalizacji czasowej, czasie trwania, szacowaniu szybkości i prawdopodobieństwa, ocenie ryzyka, impulsywności oraz dokładności i precyzji pamięci, w celu oceny wpływu manipulacji genetycznych i farmakologicznych na podstawowe mechanizmy poznawcze u myszy.

Zautomatyzowane, ilościowe badania poznawczo-behawioralne myszy: do genetyki, farmakologii, poznania zwierząt i nauczania na studiach licencjackich

Celem tego protokołu jest przeprowadzenie testu behawioralnego, takiego jak zadanie zmiany nastawienia uwagi (AST), aby ocenić elastyczność poznawczą za pośrednictwem kory przedczołowej u myszy.

Zadanie zmiany zestawu uwagi: miara elastyczności poznawczej u myszy

Zdolność do oceny funkcji wykonawczych, takich jak elastyczność behawioralna u szczurów, jest przydatna do badania neurobiologii funkcji poznawczych zarówno u nienaruszonych zwierząt, jak i w modelach chorób. W tym miejscu opisujemy zautomatyzowane zadania do oceny zmiany strategii i odwróconego uczenia się, które są szczególnie wrażliwe na zakłócenia w sieciach kory przedczołowej.

Procedury instrumentalne do oceny elastyczności behawioralnej u szczurów

Zmiana zestawu, forma elastyczności behawioralnej, wymaga przeniesienia uwagi z jednego wymiaru bodźca na drugi. Rozszerzyliśmy znane zadanie zmiany ustawienia gryzoni1, wymagając zwrócenia uwagi na różne bodźce w zależności od kontekstu. Zadanie połączono z konkretnymi zmianami chorobowymi w celu zidentyfikowania podtypów neuronów leżących u podstaw udanej zmiany.

Nowe warianty zmiany zestawu strategii u Szczura

Tutaj prezentujemy dwa łatwe do naśladowania protokoły krok po kroku dla paradygmatów preferencji miejsca z wykorzystaniem optogenetyki u myszy. Korzystając z tych dwóch różnych konfiguracji, zachowania związane z preferencjami i unikaniem mogą być solidnie oceniane w ramach tego samego aparatu z wysoką selektywnością przestrzenną i czasową oraz w prosty sposób.

Dwa różne paradygmaty preferencji miejsca w czasie rzeczywistym wykorzystujące optogenetykę w brzusznym obszarze nakrywki myszy

Dzięki optogenetycznej manipulacji określonych populacji neuronów lub obszarów mózgu, zachowanie może być modyfikowane z wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną u swobodnie poruszających się zwierząt. Stosując różne narzędzia optogenetyczne w połączeniu z przewlekle wszczepionymi światłowodami, można przeprowadzić różnorodne modulacje neuronalne i testy behawioralne.

Optogenetyczna manipulacja aktywnością neuronalną w celu modulacji zachowania u swobodnie poruszających się myszy

Zadanie bariery labiryntu Y to test zachowania, który bada motywację do wydatkowania wysiłku na nagrodę. W tym miejscu omawiamy testowanie wielu dobrze zweryfikowanych przewlekłych stresorów, w tym przewlekłego kortykosteronu i stresu porażki społecznej z tym zachowaniem, a także nowego przewlekłego niedyskryminującego stresu porażki społecznej (CNSDS), który jest skuteczny u kobiet.

Przewlekły stres zmienia zachowania związane z wysiłkiem w zadaniu bariery Y-Maze u myszy

Ten artykuł zawiera szczegółowy opis nowego protokołu błędu oceny myszy. Przedstawiono również dowody na wrażliwość tego zadania węchowego na stan afektywny i omówiono jego użyteczność w różnych dziedzinach badawczych.

Ocena błędu oceny myszy za pomocą zadania kopania węchowego

Większość eksperymentów behawioralnych dla gryzoni została pierwotnie opracowana dla szczurów. Ze względu na różnice behawioralne między szczurami a myszami, czasami wymagane są modyfikacje dla myszy. Przedstawiamy metodę badania przestrzennej pamięci roboczej u myszy, minimalizującą stres podczas zadania pamięci roboczej.

Zadanie związane z przestrzenną pamięcią roboczą dla myszy w półautomatycznym 8-ramiennym labiryncie promieniowym, zmniejszające skojarzenia pamięci lękliwej w labiryncie

Poznaj zautomatyzowaną metodę oceny funkcji wykonawczych u myszy, która naśladuje ludzkie testy neuropsychologiczne. To podejście umożliwia obiektywną analizę zdolności poznawczych i elastyczności uwagi w badaniach nad zaburzeniami psychicznymi.

Operacyjne wewnątrz-/zewnątrzwymiarowe zadanie zmiany ustawień dla myszy

Przeglądaj więcej filmów