Protokoły operacyjne do oceny analizy kosztów i korzyści podczas wzmocnionego procesu decyzyjnego przez gryzonie
10 września 2018
Analiza kosztów i korzyści to podejście oparte na skali ważenia, które mózg wykonuje w trakcie podejmowania decyzji. W tym miejscu proponujemy protokół szkolenia szczurów w zakresie paradygmatu podejmowania decyzji opartego na instrumentach, w którym szczury wybierają wyższe nagrody kosztem czekania przez 15 sekund, aby je otrzymać.
Technika ta może odpowiedzieć na kluczowe pytania w neuronaukach poznawczych, takie jak to, jak porównywanie konsekwencji i przyczyn może wpływać na podejmowanie decyzji. Główną zaletą tej techniki jest to, że specjalne elementy, takie jak położenie deski, nie wpływają na decyzję zwierzęcia. Zacznij od ograniczenia dostępu do pożywienia dorosłym samcom szczurów w pomieszczeniu z 12-godzinnym cyklem światła/ciemności.
W dniach od pierwszego do trzeciego należy obchodzić się ze zwierzętami przez pięć minut dwa razy dziennie. Następnie zważ zwierzęta po każdej sesji przenoszenia, aby określić ilość swobodnego karmienia. Następnie zdobądź labirynt T wyposażony w trzy przegrody lub ramiona, dwa głośniki bodźców, pięć chowanych drzwi i pięć czujników ruchu na podczerwień lub czujników podczerwieni lub IRB.
Skopiuj eksperymentalny kod oprogramowania do komputera. Następnie pobierz eksperymentalne oprogramowanie i zainstaluj je na komputerze. Podłącz mikrokontroler do komputera za pomocą portu USB.
Następnie na komputerze kliknij ikonę oprogramowania, przejdź do Narzędzia, a następnie wybierz Port. Z menu rozwijanego wybierz port COM, który łączy oprogramowanie z komputerem. Przejdź do Narzędzia i wybierz Tablice.
Z menu rozwijanego wybierz typ oprogramowania, które steruje labiryntem T. Następnie kliknij Prześlij w lewym górnym rogu okna interfejsu. Wybierz eksperymentalny kod oprogramowania i poczekaj, aż proces się zakończy.
Po zakończeniu procesu kliknij Monitor szeregowy w prawym górnym rogu okna interfejsu. Następnie w nowym wyskakującym okienku zmień szybkość transmisji na 115 200. Przez pięć dni poprzedzających dzień doświadczalny należy przyprowadzać zwierzęta do pomieszczenia doświadczalnego na co najmniej jedną godzinę.
Zostaw 10 granulek cukru na każdym ramieniu bramki i pozostaw wszystkie drzwi otwarte. W dniach od pierwszego do trzeciego umieszczaj zwierzęta pojedynczo w labiryncie na okres 10 minut raz dziennie, aby odkrywać labirynt bez ograniczeń. W dniach od czwartego do piątego umieść zwierzęta pojedynczo w labiryncie.
Zostaw dwa granulki w każdym ramieniu i pozwól im pobrać próbkę jedzenia z obu stron. Usuń zwierzę z labiryntu natychmiast po zjedzeniu granulek z obu stron lub po pięciu minutach przebywania w labiryncie. Na koniec, po każdej sesji habituacji, wyczyść podłogi labiryntu 70% etanolem i upewnij się, że etanol wyparował przed umieszczeniem następnego zwierzęcia w labiryncie.
Szóstego dnia przyprowadź zwierzęta do sali doświadczalnej co najmniej godzinę przed eksperymentem. Uruchom program i ustaw numer próby na 14, z czego pierwsze cztery próby będą próbami wymuszonego wyboru, a pozostałe będą próbami wyboru. Przed rozpoczęciem każdej próby umieść cztery granulki w ramieniu celu, które ma być oznaczone jako ramię o wysokiej nagrodzie, HRA, i dwie kulki w drugim ramieniu, które jest ramieniem o niskiej nagrodzie, LRA.
W przypadku treningu próbnego wymuszonego wyboru, pseudolosowo blokuj jedną rękę przed każdą próbą, tak aby zwierzę było zmuszone do wybrania drugiej ręki. Umieść zwierzę w polu startowym. Po pięciu do siedmiu sekundach jednocześnie otwórz bramkę startową i kliknij Start w oknie interfejsu oprogramowania.
Zbierz zwierzę natychmiast po zjedzeniu granulek lub po pięciu minutach przebywania w labiryncie i pozostaw zwierzę w domowej klatce na dwie minuty. Przed każdym badaniem należy zamknąć drzwiczki B w ramieniu, które zostało wybrane przez oprogramowanie jako HRA. Pozostaw otwarte drzwi A w przeciwległym ramieniu, LRA.
Następnie umieść zwierzę w polu startowym. Po pięciu do siedmiu sekundach jednocześnie otwórz bramkę startową i kliknij Start. Pozwól zwierzęciu swobodnie wybrać jedno ramię.
Jeśli zwierzę wybierze HRA, otwórz drzwi A, pozwól zwierzęciu wejść do komory, zamknij drzwi A i natychmiast otwórz drzwi B, aby umożliwić zwierzęciu dostęp do wybranego pokarmu. Jeśli zwierzę wybierze LRA, należy otworzyć drzwi B, aby zapewnić zwierzęciu dobry dostęp do pokarmu. Następnie usuń zwierzę po zjedzeniu całego pokarmu z wybranego pokarmu i pozostaw je w klatce domowej na dwie minuty.
Ukończ 10 prób wyboru dla każdego zwierzęcia i zapisz wybór zwierzęcia, HRA lub LRA w każdym badaniu. Oblicz procent High Reward Choice, HRC, dla wszystkich prób wyboru po każdej sesji treningowej. Na koniec, po tym, jak każde zwierzę osiągnie 80% HRC w treningu dyskryminacji, zakończ trening opóźnienia, otwierając drzwi B po pięciu sekundach opóźnienia, gdy zwierzę wybierze HRA.
Przeprowadzaj 10 prób dziennie dla każdego zwierzęcia. Wyniki wskazały, że nastąpił spadek zarówno mocy niskiej, jak i wysokiej częstotliwości w ACC od początku do końca bodźca. Porównując czas spędzony na zewnątrz komory z czasem spędzonym w komorze, analiza spektralna nie wykazała żadnych zmian w aktywności oscylacyjnej w ACC.
Co więcej, aktywność w pasmach średnich i wysokich częstotliwości w OFC wzrosła po rozpoczęciu stymulacji. Nie zaobserwowano istotnych zmian w oknach czasowych przed komorą i w komorze po ich porównaniu. Podczas próby wykonania tej procedury ważne jest, aby usunąć wszelkie źródła niepokoju, ponieważ może to wpłynąć na decyzję zwierzęcia i pogorszyć wiarygodność wyniku.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
To badanie proponuje protokół treningu dorosłych samców szczurów w paradygmacie podejmowania decyzji opartym na operacji, aby zbadać analizy koszt-korzyść podczas podejmowania decyzji. Celem jest zbadanie, jak mózg waży nagrody i czas oczekiwania, podkreślając behawioralne i poznawcze neuronaukowe wnioski.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauki poznawcze
- Psychologia behawioralna
Tło
- Ocenienie procesów podejmowania decyzji u szczurów.
- Priorytetyzacja wyższych nagród wobec czasu oczekiwania.
- Wpływ środowiska na podejmowanie decyzji.
Cel badania
- Aby zrozumieć procesy poznawcze leżące u podstaw podejmowania decyzji.
- Aby ocenić, jak różne struktury nagród wpływają na wybory.
- Aby opracować wiarygodny protokół analizy behawioralnej u gryzoni.
Stosowane metody
- Zadania podejmowania decyzji oparte na operacji były przeprowadzane przy użyciu labiryntu T.
- Dorosłe samce szczurów były trenowanie po ograniczeniu dostępu do jedzenia.
- Zwierzęta przeszły fazę przyzwyczajania przed rozpoczęciem formalnych prób.
- Kluczowe kroki obejmowały manipulowanie, eksplorację labiryntu i serię prób wyboru.
Główne wyniki
- Procedury wskazały zmiany w częstotliwości w korze obręczy przedniej (ACC).
- Nie zaobserwowano istotnych zmian w aktywności oscylatorowej w różnych oknach czasowych.
- Wyniki behawioralne podkreśliły preferencje zwierząt dla wyższych nagród z zaobserwowanymi wzorcami wyboru.
Wnioski
- Protokół umożliwia systematyczne badanie procesów podejmowania decyzji u gryzoni.
- Wyniki dostarczają wglądu w neuronowe korelaty podejmowania decyzji.
- To badanie pomaga zrozumieć mechanizmy neuronowe zaangażowane w oceny poznawcze.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
This protocol enables automated assessment of cost-benefit decision-making in rodents, providing a standardized platform for evaluating neural mechanisms underlying reward valuation and impulse control. By quantifying behavioral choices and correlating them with electrophysiological readouts, it supports target validation in neuropsychiatric drug discovery, particularly for disorders involving impaired decision-making such as addiction and depression. The automation and reproducibility enhance translational confidence in early-stage mechanistic de-risking.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of neural circuits involved in reward-cost tradeoffs, supporting target hypothesis testing in prefrontal cortical regions.
- Operational Value: Automated T-maze system reduces variability and labor, improving throughput for pharmacological screening.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative choice preference data (High Reward Choice percentage) as a translatable readout for compound effects on decision-making.
- Operational Value: Standardized stimulus delivery and automated data collection improve assay reliability and cross-lab comparability.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links behavior to neural activity (ACC and OFC LFP changes), enabling biomarker-aligned target engagement assessment.
- Operational Value: Supports dose-response and time-course studies to de-risk CNS targets before advanced preclinical investment.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery biology phase, where it informs target selection by modeling cognitive endophenotypes relevant to psychiatric indications.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic probing of cortical-striatal circuits involved in valuation and impulse control.
- Screening: Enables automated, repeatable measurement of decision biases under varying reward delays or magnitudes.
- Analytics: Provides electrophysiological (LFP power shifts) and behavioral outputs for multimodal target validation.
- Translational Research: Aligns with clinical endpoints in cognitive flexibility and reward processing, supporting go/no-go decisions.
- Enterprise Reuse: Protocol standardization allows reuse across multiple target classes and therapeutic areas in neuropsychiatry.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence in target modulation effects on complex cognitive processes.
- Operational Value: Automation via microcontroller reduces operator dependency and increases experimental consistency.
- Strategic Value: Enables early detection of cognitive side effects, reducing late-stage attrition in CNS drug development.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of targets based on functional impact on decision-making networks.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavior, electrophysiology, and microcontroller-based automation.
- Dependent on stable hardware setup including IR sensors, retractable doors, and synchronized software.
- Needs cross-team alignment between behavioral, electrophysiology, and data analysis teams for standardized protocols.
- Adaptation to other models (e.g., mice) may require maze resizing and sensitivity adjustments.
- Environmental controls (e.g., anxiety reduction) are critical to maintain data validity, as noted in source material.
