Nowe warianty zmiany zestawu strategii u Szczura

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.

Elastyczność zachowania ma kluczowe znaczenie dla przetrwania w tym zmieniającym się świecie. Jednym z paradygmatów behawioralnych testujących tę zdolność jest zadanie zmiany zestawu, które jest stosowane zarówno w przypadku naczelnych, jak i gryzoni. To zadanie wymaga przeniesienia uwagi z jednego wymiaru bodźca na drugi w celu zmiany strategii behawioralnej.

W typowej wersji zadania polegającego na zmianie układu szczurów, zwierzęta muszą zająć się wcześniej nieistotnym wymiarem bodźca. Jednak w realnej sytuacji życiowej często zmieniamy strategię działania, zwracając uwagę nie tylko na nieistotny wcześniej wymiar bodźca, ale także na inne bodźce, takie jak zupełnie nowa i historycznie istotna wskazówka. W tym artykule przedstawiamy nową odmianę zadania polegającego na zmianie zestawu szczurów.

Potrzebujemy trzech różnych warunków dla ustalonej zmiany. We wszystkich trzech warunkach wymagana jest ta sama zmiana w strategii behawioralnej, która obejmuje dwie fazy, strategię początkowej reakcji i późniejsze przejście na strategię wskazówek wizualnych. Podczas strategii odpowiedzi nagroda jest przyznawana za naciśnięcie właściwej dźwigni

Dźwignia pozostaje taka sama przez całą tę fazę. Następnie, gdy stosowana jest nowa reguła w celu uzyskania nagrody, następuje zmiana w strategii wizualnej, ponieważ zwierzęta są zobowiązane do wybrania dźwigni, na której świeci się wskazówka wizualna. W warunku pierwszym nie jest podawane światło w początkowej odpowiedzi, a zwierzęta muszą zwracać uwagę na nową wskazówkę świetlną.

W Warunku Drugim, lekka wskazówka wskazuje właściwą stronę w strategii początkowej reakcji, ale ta wskazówka niekoniecznie jest używana do dokonania wyboru. W tym przypadku zwierzęta zwracają uwagę na historycznie istotną wskazówkę. W Warunku trzecim wskazówka wizualna pojawia się losowo nad dowolną dźwignią, niezależnie od tego, czy jest poprawna, czy nie, więc należy ją zignorować.

W tym przypadku zwierzęta muszą zwrócić uwagę na wcześniej nieistotną wskazówkę w następnej strategii wizualnej wskazówki. Po przybyciu zwierząt grupy składające się z dwóch lub trzech szczurów są trzymane razem. Po tygodniu każde z nich jest przenoszone do indywidualnych klatek i ograniczane jest jedzenie.

Pięć dni przed eksperymentami dotyka się ich delikatnie codziennie przez pięć minut. Każda komora operacyjna składa się z oświetlenia domu, generatora czystego tonu, dwóch identycznych wizualnych wskaźników podpowiedzi, dwóch dźwigni i tacki na żywność. W pierwszym dniu eksperymentów zwierzęta umieszcza się w komorze operacyjnej na 20 minut przyzwyczajenia.

Po przypisaniu zwierząt do konkretnej komory, wszystkie zadania behawioralne są tam wykonywane. Po przyzwyczajeniu, po powrocie do domowej klatki podaje się 10-15 granulek, co pozwala zwierzętom zapoznać się z nagrodą. Następnego dnia rozpoczyna się szkolenie z magazynkiem.

W tym przypadku każdemu zwierzęciu podaje się łącznie 20 granulek w tempie jednego granulatu na minutę. Kolejnym etapem jest ciągły harmonogram zbrojenia. Tutaj zwierzęta mogą uzyskać jedną kulkę, naciskając raz dźwignię.

Trwa to do momentu, gdy otrzymają 60 nagród lub 40 minut przepustki w każdej sesji. Gdy zwierzęta zakończą sesję przez co najmniej dwa kolejne dni, przechodzą do następnej fazy. Tutaj zwierzęta są szkolone na próbie prasy dźwigniowej.

Proces rozpoczyna się trzysekundowym dźwiękiem. Dwie sekundy po ustaniu sygnału prezentowana jest lewa lub prawa dźwignia. Zwierzęta muszą nacisnąć dźwignię w ciągu dziesięciu sekund, aby otrzymać nagrodę.

Wykonują 80 prób na sesję w odstępach między próbami wynoszącymi 20-30 sekund. Kiedy dokonają mniej niż dziesięciu pominięć na 80 prób, przechodzą do ostatniej sesji treningowej. Test odchylenia bocznego określa preferencje zwierzęcia dotyczące którejkolwiek z dźwigni.

Udana próba ma miejsce, gdy na każdej z lewych i prawych dźwigni znajdują się co najmniej dwa naciśnięcia dźwigni. Po pierwsze, zwierzęta muszą wybrać jedną dźwignię, aby otrzymać nagrodę. Ta wybrana strona jest liczona.

W następnej próbie muszą wybrać stronę przeciwną do pierwszego wyboru, aby otrzymać nagrodę. Jeśli zareagują na tę samą stronę, nie przyznaje się nagrody, a próba jest kontynuowana, dopóki zwierzęta nie przyciśnią drugiej strony. Ten test składa się z siedmiu prób i pozwala nam określić preferencje boczne każdego zwierzęcia.

Od tego momentu rozpoczyna się sesja testowa. Codzienna sesja składa się z 80 prób. W tej sesji zwierzęta muszą zareagować na jedną stronę dźwigni, która jest przeciwieństwem ich preferencji.

Podobnie jak w przypadku treningu próbnego wyciskania dźwigni, dwie sekundy po wydaniu tonu prezentowane są dwie dźwignie, a zwierzęta mogą dokonać wyboru. Jeśli jest poprawny, otrzymują nagrodę. Jeśli odpowiedzą drugiej stronie, próba jest liczona jako nieprawidłowa i nie jest przyznawana żadna nagroda.

Jeśli zwierzęta nie zareagują w ciągu dziesięciu sekund, próba jest liczona jako pominięcie. Wstępne poznawanie strategii reagowania jest kontynuowane przez cztery dni. W tej fazie istnieją trzy różne warunki, które różnią się sposobem prezentacji wskazówki wizualnej.

W Warunku pierwszym nie jest podawana żadna wskazówka świetlna. W Warunku Drugim, po właściwej stronie świeci się wskazówka świetlna, ale zwierzęta nie muszą jej używać, ponieważ uczą się tej strategii na podstawie położenia dźwigni. W Warunku Trzecim, lekka wskazówka jest losowo prezentowana po lewej lub prawej stronie, co jest nieistotną wskazówką świetlną.

Po tym, jak zwierzęta nauczą się strategii reagowania w oparciu o położenie dźwigni, reguła behawioralna zmienia się w strategię wskazówek wizualnych. W warunku pierwszym zwierzęta muszą zająć się zupełnie nowym bodźcem. W Warunku Drugim muszą zwrócić uwagę na poprzednio istotną wskazówkę.

W warunku trzecim zwierzęta muszą zwrócić uwagę na poprzednią nieistotną wskazówkę. Co ważne, wszystkie warunki wymagają takiej samej zmiany strategii behawioralnej. W tym wizualnym uczeniu się wskazówek szczegółowo analizowana jest liczba i rodzaj błędów.

Po pierwsze, biorąc pod uwagę wszystkie próby, w których wskazówka świetlna jest zapalana po przeciwnej stronie poprzednio prawidłowej dźwigni, jeśli zwierzęta reagują na poprzednio poprawną dźwignię, błąd ten jest klasyfikowany jako błąd perseweracyjny lub regresywny. Aby oddzielić te błędy, liczba błędów w ruchomym oknie dziesięciu prób jest zliczana poprzez przesuwanie okna o jedną próbę na raz. Błędy perseweracyjne są oceniane do momentu, gdy zwierzęta popełnią mniej niż osiem błędów na dziesięć w oknie próbnym.

Po tym momencie kolejne błędy są traktowane jako błędy regresywne. W przeciwieństwie do tego, nigdy nie wzmocnione błędy są oceniane, gdy zwierzęta reagują na poprzednio nieprawidłową dźwignię, w której nie było świetlnej wskazówki. Korzystając z tych nowych wariantów behawioralnego projektu eksperymentalnego, w naszym niedawnym badaniu porównaliśmy nienaruszone szczury ze szczurami z selektywnymi zmianami w cholinergicznych interneuronach prążkowia.

Zwierzęta, u których stwierdzono zmianę, pozostały nienaruszone w nabywaniu strategii początkowej reakcji. Nie wykazali również znaczącego spadku odsetka prawidłowych odpowiedzi w trzech stanach i w jakimkolwiek leczeniu po zmianie zestawu. Jednak dokładna analiza typów błędów wskazała na różnice.

Kiedy interneurony cholinergiczne brzusznego prążkowia zostały usunięte, zwierzęta popełniały więcej błędów perseweratywnych, gdy musiały przenieść swoją uwagę na nowy bodziec. Z drugiej strony, zwierzęta z utratą cholinergicznych interneuronów prążkowia grzbietowego przyśrodkowego były bardziej wytrwałe w starej strategii, gdy musiały zająć się wcześniej nieistotnym bodźcem. Ponadto zaobserwowano ten warunek i związaną z nim utratę zmniejszonej liczby nigdy nie wzmocnionych błędów.

W przeciwieństwie do tego, żadna zmiana nie wpłynęła na zmianę zachowania, w której lekka wskazówka pozostała istotna. Wyniki te wskazują, że brzuszny układ cholinergiczny wydaje się być potrzebny, gdy wymagana jest uwaga na nowy bodziec, podczas gdy grzbietowy przyśrodkowy układ cholinergiczny może być ważny, gdy potrzebna jest uwaga na wcześniej nieistotną wskazówkę. Tutaj wprowadziliśmy nową odmianę zadania zmiany zestawu do testowania elastyczności behawioralnej u szczura.

Wierzymy, że zastosowanie tych nowych paradygmatów umożliwi lepsze zrozumienie mechanizmu neuronalnego leżącego u podstaw elastycznej kontroli działań po zmianie reguł zachowania.