A Task Attentional Set Shifting: uma certa flexibilidade cognitiva em ratos
4 de fevereiro de 2015
O objetivo deste protocolo é a realização de um ensaio comportamental, tais como o conjunto de atenção transferência de tarefas (AST) para avaliar a flexibilidade cognitiva prefrontal mediada pelo córtex em camundongos.
O objetivo geral deste procedimento é medir a flexibilidade cognitiva mediada pelo córtex pré-frontal em um modelo de camundongo. Isso é feito primeiro ensinando um rato de teste a cavar um pequeno pote para recuperar uma recompensa alimentar na segunda etapa. A recompensa de comida enterrada está associada a uma fila contextual específica, de modo que o mouse possa localizar e recuperar corretamente a recompensa em oito tentativas consecutivas sem erros.
Em seguida, por meio de uma série de alterações de emparelhamento de recompensa de fila dentro da dimensão relevante. O mouse aprende a prestar atenção à dimensão relevante da fila, ignorando a dimensão irrelevante para localizar e recuperar a recompensa. Na etapa final, o emparelhamento de recompensa da fila é alternado para que a dimensão anteriormente irrelevante agora seja relevante para facilitar a localização e a recuperação bem-sucedidas da recompensa.
Em última análise, um aumento no número médio de tentativas para atingir o critério entre os grupos experimentais nos estágios de reversão é interpretado como inflexibilidade cognitiva. Embora esse método possa fornecer informações sobre a neurociência básica da função cognitiva mediada pelo córtex pré-frontal, ele também pode ser aplicado a muitos outros sistemas modelo, como modelos de doenças transgênicas ou crônicas, com o benefício de excelente validade translacional. Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades porque os camundongos não foram adequadamente habituados ou treinados antes do início dos testes.
Demonstrando o procedimento estará Jillian Heisler, recém-formada em doutorado em meu laboratório, auxiliada por Lainey Ritas e Juan Morales, ambos assistentes de pesquisa no laboratório Antes de começar. A restrição alimentar manuseia cada camundongo de dois a três minutos por dia durante oito dias para reduzir o estresse associado ao manuseio durante o teste. Se vários experimentadores estiverem envolvidos no teste de um conjunto de camundongos, certifique-se de que cada experimentador participe do processo de manuseio.
Pesar e registar os pesos corporais de cada animal para cada dia de manuseamento. Em seguida, começando quatro dias antes do início da aclimatação, coloque dois ramequins na frente de cada gaiola doméstica para permitir que os ratos se aclimatem aos potes de teste. Adicione dois gramas de comida e um pedaço de recompensa alimentar nos ramequins todos os dias durante quatro dias para manter os ratos em 80 a 85% de seu peso corporal de alimentação livre.
Então, no dia anterior ao procedimento de aclimatação, troque a roupa de cama da gaiola doméstica dois dias antes do início do treinamento e durante o ciclo escuro sob luz vermelha, espalhe uma pequena quantidade de roupa de cama suja da gaiola doméstica por toda a câmara para introduzir um cheiro familiar e reduzir o estresse de estar em um novo ambiente. Coloque um ramekin limpo com água na área de espera da câmara e os dois ramequins que foram usados para a restrição alimentar na área de teste com aproximadamente 20 miligramas de recompensa alimentar em cada recipiente. Em seguida, transfira o mouse para a área de espera e remova o portão de partida.
Deixe o rato explorar a câmara por uma hora. Adicionar continuamente pedaços de cereais aos ramequins vazios para incentivar os ratos a explorar frequentemente a área de teste e os potes. Tome cuidado para que o mouse também possa ver o experimentador durante todo o período de aclimatação, para que a presença do experimentador não seja um estressor adicional.
Durante o teste. Comece o treinamento no dia 15 colocando o mouse na área de espera. Em seguida, coloque os ramequins vazios, cada um contendo uma recompensa alimentar, na área de teste e levante o portão de partida.
Permita que o mouse recupere as duas recompensas alimentares depois de repetir essa recuperação de recompensa alimentar várias vezes. Gradualmente, adicione roupas de cama limpas aos vasos em cada tentativa subsequente. Continuando a permitir que o rato tenha três minutos para recuperar a recompensa alimentar de cada pote antes de terminar o teste.
Depois que o mouse recuperar a recompensa de comida de cada pote, prossiga para o próximo teste. Se o rato não fizer tentativas de cavar, uma vez que a recompensa alimentar esteja parcialmente coberta, portanto, pode ser fornecida. Continue adicionando roupa de cama após cada tentativa até que a recompensa alimentar esteja totalmente coberta e o rato demonstre de forma confiável a capacidade de cavar em um pote cheio.
Para encontrar a recompensa alimentar no momento do manuseio no dia do teste, dê a cada camundongo uma recompensa alimentar para evitar a falta de foco durante o teste devido à fome. No estágio de discriminação de símbolos, apenas uma dimensão Q está presente. O exemplo aqui é um substrato de escavação que cobre totalmente a recompensa alimentar com mídia e polvilha pó de cereais sobre todos os vasos.
Observe que quando o odor é a dimensão Q relevante, a cama de serragem é o substrato de escavação em ambos os vasos. Em seguida, coloque um rato na área de espera com o portão de partida fechado e os potes em ambos os lados da câmara de teste. Agora remova o portão e inicie o cronômetro para iniciar o teste.
Permitir que o mouse faça uma escolha de três minutos por tentativa registre se uma tentativa correta ou incorreta de cavar ou escolha é feita e o tempo até que o mouse faça a escolha para cada tentativa. Se um mouse não fizer uma escolha em três minutos, registre essa escolha como incorreta também. Uma vez que a escolha tenha sido feita para qualquer um dos potes, remova o pote que não foi escolhido da câmara de teste.
Se uma escolha correta for feita, neste exemplo, permita que o mouse termine a recompensa alimentar. Se uma escolha incorreta for feita em papel, neste exemplo, permita que o mouse explore o pote para mostrar que não há recompensa alimentar por essa escolha. Independentemente da escolha.
No final de cada tentativa, coloque o mouse de volta na área de espera e recoloque o portão de partida. Em seguida, em tentativas subsequentes, usando mídia e sentido pareados, conforme mostrado na tabela, use uma pinça para colocar um pedaço de recompensa alimentar na panela que indique uma escolha correta seguindo o mesmo procedimento que acabamos de demonstrar. Como observação, certifique-se de enviar o POTS com bastante antecedência, permitindo que o forte odor inicial se dissipe antes do teste. Teste.
Neste gráfico, o número médio de tentativas para atender ao critério em cada estágio em camundongos C 57 pretos seis J não tratados. Usando a tarefa de mudança de conjunto de atenção ou um ST é mostrado. As diferenças no estágio de discriminação simples são refletidas como um aumento no número de tentativas para atender ao critério quando o odor é uma fila relevante.
Conforme ilustrado aqui, a normalização dos dados de desempenho reduz a variabilidade associada ao aprendizado da fila inicialmente relevante e melhora a visualização do desempenho aprimorado nos estágios de mudança interdimensionais subsequentes. Um aumento significativo nos ensaios necessários para atender ao critério durante o deslocamento extradimensional em relação ao deslocamento interdimensional anterior é uma importante medida de controle da validade do teste. Antes do estágio de mudança extradimensional, os ratos aprenderam a prestar atenção a uma única dimensão Q relevante para localizar a recompensa.
Curiosamente, a análise dos deslocamentos intra e extradimensionais nos dados brutos revela um aumento significativo no número de tentativas necessárias para atingir o critério entre os segundos deslocamentos intra e extradimensionais. Além disso, uma mudança intra extradimensional significativa foi aparente entre a segunda e a terceira mudanças interdimensionais em comparação com a mudança extradimensional quando os dados foram normalizados para o desempenho no estágio de discriminação simples Uma vez dominada, essa técnica pode ser concluída em menos de três semanas por camundongo de teste, com cada pesquisador testando até dois camundongos simultaneamente, se for executada corretamente. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de minimizar as distrações ambientais, como tráfego de pedestres, interior próximo à área de teste, odores que distraem como perfume forte ou mudanças na gaiola durante as fases de treinamento e teste.
Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como executar a tarefa de mudança de conjunto de atenção em camundongos usando materiais facilmente alcançáveis e suprimentos de laboratório comuns.
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Visão Geral
Este protocolo descreve um ensaio comportamental, especificamente a tarefa de mudança de conjunto atencional (AST), para avaliar a flexibilidade cognitiva mediada pelo córtex pré-frontal em camundongos. O procedimento envolve treinar camundongos para associar uma recompensa alimentar a estímulos contextuais específicos e posteriormente alterar esses estímulos para avaliar sua capacidade de adaptação.
Principais Componentes do Estudo
Área da Ciência
- Neurociência
- Ensaios Comportamentais
- Flexibilidade Cognitiva
Antecedentes
- O córtex pré-frontal é essencial para a flexibilidade cognitiva.
- Ensaios comportamentais ajudam a compreender os mecanismos neurais.
- Tarefas de mudança de conjunto atencional são comumente utilizadas em modelos animais.
- Aprender a se adaptar a estímulos em mudança é essencial para a sobrevivência.
Objetivo do Estudo
- Medir a flexibilidade cognitiva em camundongos.
- Avaliar o papel do córtex pré-frontal na adaptação comportamental.
- Fornecer insights sobre os processos cognitivos relevantes para a neurociência.
Métodos Utilizados
- Treinar camundongos para cavar em busca de uma recompensa alimentar.
- Estabelecer pistas contextuais associadas à recompensa.
- Alterar os pares de recompensa para testar a atenção às dimensões relevantes.
- Avaliar o desempenho ao longo de múltiplas tentativas.
Resultados Principais
- Os camundongos aprenderam com sucesso a localizar recompensas com base em pistas contextuais.
- O desempenho melhorou ao longo dos ensaios, indicando aprendizado.
- A flexibilidade comportamental foi demonstrada por meio de mudanças nas pistas.
- Os resultados destacam a importância do córtex pré-frontal em tarefas cognitivas.
Conclusões
- O TAE mede efetivamente a flexibilidade cognitiva em camundongos.
- Os achados contribuem para o entendimento das funções do córtex pré-frontal.
- Este modelo pode ser utilizado para pesquisas futuras em neurociência cognitiva.
Perguntas Frequentes
Relevância Executiva para a Indústria
A tarefa de mudança de conjunto atencional (AST) fornece uma leitura comportamental validada translacionalmente da flexibilidade cognitiva mediada pelo córtex pré-frontal em camundongos, permitindo a redução de riscos mecanicistas de candidatos a fármacos neuropsiquiátricos. Ao quantificar a inflexibilidade cognitiva por meio do aumento de tentativas até o critério durante as fases de inversão, o ensaio apoia a validação de alvos e a confiança preditiva no estágio inicial de descoberta. Sua conservação entre espécies aumenta a continuidade translacional dos modelos roedores para a fisiopatologia humana.
Aplicações Estratégicas em P&D de Biotecnologia Farmacêutica
Descoberta Inicial e Validação de Alvo
- Valor Científico: Avalia hipóteses terapêuticas mediante a medição da flexibilidade cognitiva dependente do córtex pré-frontal como indicador funcional do engajamento do alvo.
- Valor Operacional: Permite a desconsideração biológica de alvos implicados em déficits cognitivos nos modelos de depressão, TEPT, esquizofrenia e transtorno do espectro autista.
- Valor Preditivo: Apoia a triagem de portfólios ao identificar compostos que revertam a inflexibilidade cognitiva, aumentando assim a confiança na transposição clínica.
Desenvolvimento de Ensaios e Triagem
- Prontidão do Ensaio: Gera medições quantitativas de variáveis dependentes (tentativas até o critério) que permitem triagem padronizada e reprodutível de bibliotecas de compostos.
- Prontidão para Triagem: Produz sistemas biológicos validados (camundongos treinados) prontos para avaliação subsequente de intervenções farmacológicas na flexibilidade cognitiva.
- Reutilização da Plataforma: Permite implementação escalonável em modelos transgênicos, de doenças crônicas e farmacológicos, com variação procedural mínima.
Pesquisa Translacional e Pré-clínica
- Relevância para a Doença: Alinha-se à disfunção do córtex pré-frontal observada em transtornos neuropsiquiátricos e neurodesenvolvimentais, aumentando a validade aparente e construtiva.
- Continuidade Translacional: Conecta a descoberta à validação pré-clínica ao mensurar a flexibilidade cognitiva como um desfecho comportamental conservado.
- Avanço Ajustado ao Risco: Orienta decisões de avançar/não avançar ao detectar inflexibilidade cognitiva como biomarcador de eficácia mediada pelo alvo.
Integração de Pipeline e Fluxo de Trabalho
O TAE se insere no continuum de descoberta, desde a verificação de hipóteses na fase inicial de descoberta até a identificação de compostos promissores e testes de eficácia pré-clínica, especialmente para desfechos cognitivos em indicações neuropsiquiátricas.
- Biologia da Descoberta: Apoia a verificação de hipóteses e a elucidação de vias ao isolar o papel do córtex pré-frontal na mudança atencional e na flexibilidade cognitiva.
- Triagem: Oferece prontidão para ensaios e resultados quantitativos (contagem de tentativas, taxas de erro) que permitem avaliação confiável de compostos e mapeamento de relações estrutura-atividade.
- Análises: Fornece resultados estatísticos (tentativas médias até o critério, desempenho específico para a mudança) que ajudam as equipes a comparar os efeitos de fármacos com controles de veículo ou genéticos.
- Pesquisa Translacional: Conecta-se à continuidade pré-clínica ao medir um domínio cognitivo conservado que é prejudicado em condições neuropsiquiátricas humanas.
- Reutilização Corporativa: Funciona como uma plataforma comportamental reutilizável em múltiplos projetos voltados para a cognição mediada pelo córtex pré-frontal.
Impacto Operacional e Empresarial
- Valor Científico: Aumenta a confiança preditiva ao reduzir a ambiguidade mecanicista nos efeitos cognitivos de fármacos por meio da medição direta de comportamentos dependentes do córtex pré-frontal.
- Valor Operacional: Garante padronização e reprodutibilidade por meio de parâmetros fixos de ensaio, limiares de critério e protocolos de pontuação cegos.
- Valor Estratégico: Melhora as decisões de prosseguimento ou interrupção ao identificar precocemente a eficácia cognitiva, reduzindo o risco de falhas em estágios avançados do desenvolvimento neuropsiquiátrico.
- Impacto no Portfólio: Permite a priorização ajustada ao risco de compostos que demonstram reversão da inflexibilidade cognitiva em modelos relevantes para a doença.
Considerações sobre a Implementação
- Requer experiência em neurociência comportamental de roedores, particularmente em habituação, restrição alimentar e pontuação automatizada ou manual do comportamento de escavação.
- Depende de controles ambientais consistentes (iluminação, odor, cama) e higiene do equipamento para minimizar variáveis interferentes durante os testes.
- Necessita padronização entre equipes dos procedimentos de manipulação, treinamento e testagem para garantir reprodutibilidade entre diferentes locais ou operadores.
- Envolve considerações de adaptação ao ser aplicado em diferentes linhagens de camundongos, idades ou modelos de doenças, que podem afetar a motivação basal para escavar ou a taxa de aprendizado.
- Inclui limitações práticas, como o cronograma de três semanas por camundongo e a suscetibilidade à variabilidade de desempenho induzida por estresse caso a habituação seja inadequada.
