-1::1
Simple Hit Counter
Skip to content

Products

Solutions

×
×
Sign In

RU

EN - EnglishCN - 简体中文DE - DeutschES - EspañolKR - 한국어IT - ItalianoFR - FrançaisPT - Português do BrasilPL - PolskiHE - עִבְרִיתRU - РусскийJA - 日本語TR - TürkçeAR - العربية
Sign In Start Free Trial

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

Behavior
Biochemistry
Bioengineering
Biology
Cancer Research
Chemistry
Developmental Biology
View All
JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

Biological Techniques
Biology
Cancer Research
Immunology
Neuroscience
Microbiology
JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduate courses

Analytical Chemistry
Anatomy and Physiology
Biology
Calculus
Cell Biology
Chemistry
Civil Engineering
Electrical Engineering
View All
JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

Advanced Biology
Basic Biology
Chemistry
View All
JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

Biology
Chemistry

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

Accounting
Finance
Macroeconomics
Marketing
Microeconomics

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Authors

Teaching Faculty

Librarians

K12 Schools

Biopharma

Products

RESEARCH

JoVE Journal

Peer reviewed scientific video journal

JoVE Encyclopedia of Experiments

Video encyclopedia of advanced research methods

JoVE Visualize

Visualizing science through experiment videos

EDUCATION

JoVE Core

Video textbooks for undergraduates

JoVE Science Education

Visual demonstrations of key scientific experiments

JoVE Lab Manual

Videos of experiments for undergraduate lab courses

BUSINESS

JoVE Business

Video textbooks for business education

OTHERS

JoVE Quiz

Interactive video based quizzes for formative assessments

Solutions

Authors
Teaching Faculty
Librarians
K12 Schools
Biopharma

Language

ru_RU

EN

English

CN

简体中文

DE

Deutsch

ES

Español

KR

한국어

IT

Italiano

FR

Français

PT

Português do Brasil

PL

Polski

HE

עִבְרִית

RU

Русский

JA

日本語

TR

Türkçe

AR

العربية

    Menu

    JoVE Journal

    Behavior

    Biochemistry

    Bioengineering

    Biology

    Cancer Research

    Chemistry

    Developmental Biology

    Engineering

    Environment

    Genetics

    Immunology and Infection

    Medicine

    Neuroscience

    Menu

    JoVE Encyclopedia of Experiments

    Biological Techniques

    Biology

    Cancer Research

    Immunology

    Neuroscience

    Microbiology

    Menu

    JoVE Core

    Analytical Chemistry

    Anatomy and Physiology

    Biology

    Calculus

    Cell Biology

    Chemistry

    Civil Engineering

    Electrical Engineering

    Introduction to Psychology

    Mechanical Engineering

    Medical-Surgical Nursing

    View All

    Menu

    JoVE Science Education

    Advanced Biology

    Basic Biology

    Chemistry

    Clinical Skills

    Engineering

    Environmental Sciences

    Physics

    Psychology

    View All

    Menu

    JoVE Lab Manual

    Biology

    Chemistry

    Menu

    JoVE Business

    Accounting

    Finance

    Macroeconomics

    Marketing

    Microeconomics

Start Free Trial
Loading...
Home
JoVE Journal
Behavior
Оперантное внутри- / Дополнительное одномерное множество сдвиг задача для мышей

Research Article

Оперантное внутри- / Дополнительное одномерное множество сдвиг задача для мышей

DOI: 10.3791/53503

January 22, 2016

Diego Scheggia1, Francesco Papaleo1

1Department of Neuroscience and Brain Technologies,Istituto Italiano di Tecnologia

Cite Watch Download PDF Download Material list
AI Banner

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

In This Article

Summary Abstract Introduction Protocol Representative Results Discussion Disclosures Acknowledgements Materials References Reprints and Permissions

Erratum Notice

Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice

Retraction Notice

The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice

Summary

Когнитивные аномалии, приводящие к изменению набора внимания, являются основной особенностью многих психических заболеваний. В данной работе мы представляем разработку новой автоматической системы для эффективного изучения способностей к переключению множества внимания, исполнительных функций и других когнитивных способностей у мышей с высокой трансляционной валидностью для исследований на людях.

Abstract

Изменения в исполнительном контроле и когнитивной гибкости, такие как способность к переключению внимания, являются основными особенностями нескольких нейропсихиатрических заболеваний. Наиболее широко используемыми нейропсихологическими тестами для оценки смещения набора внимания у людей являются Висконсинский тест сортировки карт (WCST) и задание CANTAB на внутри-/экстрамерный сдвиг набора (ID/ED). Эти задачи доказали свою клиническую актуальность и были модифицированы и успешно адаптированы для исследований на животных моделях. Тем не менее, доступные в настоящее время задачи для грызунов имеют ряд ограничений, в основном из-за их ручных процедур тестирования, которые препятствуют трансляционному прогрессу в психиатрической медицине. Чтобы преодолеть эти ограничения и лучше имитировать оригинальную версию у приматов, мы представляем разработку новой оперантной двухкамерной задачи ID/ED «Оперон» для грызунов. Мы продемонстрировали эффективность этой новой задачи по измерению различных аспектов когнитивной гибкости у мышей, включая формирование и переключение набора внимания, а также обратное обучение. Более того, мы демонстрируем высокую гибкость этой задачи, в которой можно манипулировать тремя различными измерениями восприятия с большим количеством стимулов для каждого измерения. Эта новая задача ID/ED Operon может быть эффективным доклиническим инструментом для тестирования наркотиков и/или большого генетического скрининга, имеющего отношение к изучению исполнительной дисфункции и когнитивных симптомов, обнаруженных при психических расстройствах.

Introduction

К вниманию набор-смещение является мерой когнитивной гибкости и исполнительных функций 1. Это относится к способности переключения между произвольными внутренними правилами ("когнитивно-к вниманию наборы"). Наиболее широко используемые нейропсихологические задачи для измерения к вниманию установку переключение передач и познавательную гибкость в человека являются Висконсин тест сортировки карточек (WCST) 2 и более поздние и более изысканный вариант: внутри- и экстра-мерном к вниманию набор смены (ID / ЭД) из Кембриджского нейропсихологических тестов автоматизированной батарея (Кембриджский) 3,4. Эти задачи были использованы для идентификации конкретных когнитивных нарушений у широкого круга психических расстройств, включая аутизм, шизофрения 5 6, болезнь Паркинсона 7, обсессивно-компульсивные расстройства 8 и дефицита внимания / гиперактивности расстройства 9. Клиническая значимость и твердые методологический подход WCST и ID / ED тесты имеют ATTracted интерес к реализации подобных тестов в доклинических исследований 10,11. Эти задачи позволяют для селективного измерения в той же теме различных когнитивных способностей, таких как дискриминационный обучения, разворота обучения, формирования к вниманию набор, смещение внимания в той же размерности (т. Е, внутри сдвиг измерений: IDS) и между различными восприятия размеры (т.е. экстра-мерном сдвиг:. EDS). Это важно, потому что различные участки мозга, а также невропатологии может изменить эти различные когнитивные функции по-разному. Например, двойной диссоциации или функциональный эффект специализации была продемонстрирована между боковыми (у обезьян и человека) / медиальной (у грызунов) и орбитальных областей ПФУ в заданных к вниманию сдвига задач. В то время как орбитофронтальную кора более активное участие в повороте фаз этих задач, боковая / медиальная область ПФК регулирует этапы экстра-размерные сдвига12-14.

Грызунов версии этих сосредоточения внимания набор смены тестов для приматов были успешно создана 13-16. Тем не менее, некоторые аспекты этих версий грызунов были ограничения их применения и использования. Например, эти задачи вручную запустить и, следовательно, весьма трудоемкий и трудно стандартизировать. Кроме того, наличие пищевых подкреплений внутри стимулов может привести к неоднозначной интерпретации ответов на животных и потенциального смещения в выборе решений 10. Эти характеристики ограничивают пропускную способность тестирования и, что более важно, их применение в крупномасштабных генетических и / или наркотиков скрининг-исследований.

Чтобы преодолеть эти ограничения и повысить потенциальные применения ID / ED смены парадигм в грызунов, мы представляем здесь новый двухпалатный оперантного основе задачу для проверки когнитивной гибкости у мышей. Эта задача роман точно имитирует задачу ID / ED используется в человеческой и не-приматов и обходит проблемы ранних версий. грызунов

Protocol

Все процедуры были одобрены Министерством здравоохранения Италии и комитета местного использования животных и были проведены в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных директив Совета Европейского Сообщества.

Примечание: На рисунке 6 показан график всей процедуры протокола проверки ID / задачи ED.

1. Устройство

Рисунок 1

Рисунок 1. двухкамерный аппарат "Оперон". (А) Вид сверху всего устройства и (б) вид спереди одного камере, имитирующей мыши точки зрения в ходе испытания. 1: визуальные стимулы (LED); 2: журнал пищи; 3: нос совать отверстия-; 4: тактильные стимулы (текстуры); 5: обонятельные стимулы; 6: автоматические раздвижные двери; 7: Дом -легкий; 8: инфракрасный photobeam для контроля двери. Камеры (16 х 16 х 16 см 3) отделены друг от друга прозрачной пластиковой двери (6). Инфракрасные photobeams (8) отслеживали перемещения животных и контролировать открытие / закрытие автоматической дверью, чтобы позволить мышь для изменения камеры. Каждая камера представляет два носа совать отверстия (3) с инфракрасными photobeams, и между ними, питание журнал (2) с photobeams где осадок диспенсер доставил пищевое подкрепление. Дом света (7) расположена над каждой из двух журналов питания. Каждый нос совать отверстия-оснащен сменными серии стимулов, которые могли бы меняться в трех различных размеров (восприятия запаха, вид, такт). Первоначально опубликовано в "The конечной внутри- и внепространственной к вниманию набор-Shifting задача для мышей» 19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Содержание "> Примечание: Устройство Оперон (Рисунок 1) состоит из двух идентичных камер с плексигласа стенами и алюминиевой этаже (16 х 16 х 16 см 3 для каждой камеры) Камеры разделены прозрачной оргстекла разделительной дверью, которая может быть автоматически. контролируется, чтобы мышь, чтобы получить доступ к любой камере. Каждая камера имеет два носа совать отверстия с инфракрасными photobeams, и между ними, питание журнал с photobeams где осадок диспенсер доставил пищевое подкрепление. Вентилятор и дом света находятся Над каждым из двух журналов питания.
  1. Одета каждый нос совать отверстие с рядом изменчивых раздражителей (таблица 1), которые различаются в трех различных размеров восприятия (например, запах, зрение, тактильные). Примечание: Стимулы, предложенные в таблице 1, были выбраны так, чтобы избежать какого-либо сбивающий фактор и / или смещения из-за предотвращения или предпочтений. Пять пар экземпляров для каждого измерения позволяют св-субъект тестирование всех сдвигов, с новыми стимулами в каждую смену.
    1. Чтобы доставить обонятельные стимулы в нос совать отверстия, используйте разбавления ольфактометра, какое условие входящего воздуха к носу-совать отверстия, автоматически высушивания, фильтрации, повторной гидратации и контроля презентация пар ароматов.
      1. Используйте одну ольфактометра контролировать два отверстия носа тыкать. Регулировать поток воздуха с помощью воздушного насоса и вакуум для удаления запаха в нос совать отверстия. Подключение воздушный насос к входному отверстию ольфактометра и вакуума к выходам установленных на нос совать устройства. Затем подключите выход для доставки запах каждого входе нос совать. Отрегулируйте расход до 1,5 л в минуту.
      2. Развести Запах Запахи 1:20 в минеральном масле и заполнения бутылок ольфактометра.
    2. Для визуальных раздражителей, место светоизлучающих диодов (LED) на верхней части каждой носом тыкают отверстие и закрепите их в металлической рАнель камеры (подробности см на рисунке 1 и в таблице 1). Подключение их в выходной интерфейс.
    3. Для тактильных раздражителей, крепление сменных текстуры пола перед каждым нос совать отверстия. Установите различные текстуры на раздвижных поддержку и перемещать их с помощью кадров под полом, так что они будут представлены в соответствие с небольшим отверстием (3 х 3 см 2) на полу перед каждым носом тыкают отверстие.
  2. Управление презентация стимулов с использованием программного обеспечения в соответствии с инструкциями завода-изготовителя с целью автоматического изменения стимулы разных размеров во время эксперимента.
  3. Поставьте камеру на верхней части аппарата для записи базальной чередование и двигательную активность, используя программное обеспечение для мониторинга поведения (например,., Ethovision, Anymaze), которые могли бы помочь устранить животных, которые имеют проблемы, не связанные с когнитивными функциями.
Запахов ТЕКСТУРЫ ОГНИ
персик против мудрец липучке против фильма огни на V погаснет.
ванильного против лаванды грубая наждачная бумага против мелкой наждачной бумагой красный против зеленого
клубника против корицы гладкой картон против коньковый картон синий v. желтый
грейпфрут против орегано Губка v. гладкого пластика оранжевый против белый
лимон против абрикос honeycАБУ бумага против алюминиевой фольги исправить огни ст. мигалками

Таблица 1. экземпляров, используемые в ID / ED Operon задачи. Составные дискриминация на основе фиксированных комбинаций пар экземпляров (рисунок 2 для примера последовательности дискриминации). Для образца пары из разных размеров представлены в случайных сочетаниях. Нейтральные стимулы для различных размерностей: поток воздуха с запахом не; белая бумага; нет света раздражители. Таблица первоначально опубликован в "The Ultimate внутри- и внепространственной к вниманию набор-Shifting задача для мышей» 19.

2. Подготовка животных

Примечание: представитель результаты, представленные здесь, были получены от мужчин C57BL / 6J, от 3 ​​до 7 месяцев, в течение световой фазы.

  1. Взвесьте мышей, однократно дом, а потом обработать в течение 1 мин на тричерез день.
  2. После одной недели акклиматизации к одной-корпус, записи массы тела и потребления пищи 24-часовой в течение трех дней подряд для определения базового веса и потребление пищи.
  3. Применить небольшое режим голодания в течение 1 недели перед тренировкой для теста. Проверка веса животных ежедневно в то время как еда ограничены в течение всего эксперимента, чтобы сохранить около 90% от их базового уровня свободного вскармливания массы тела. За три дня подряд перед фазой привыкание подготовки, дают мышей в их доме клетку также ≈20 пищевое подкрепление гранул. Эти пищевые гранулы, которые будут использоваться в последующих испытаний.
    Примечание: ограничение продуктов питания используется для повышения мотивации животных на работу в задаче, однако, на любом этапе всей процедуры не превышает 10% потери веса, как это может привести к неправильным поведением и чрезмерного напряжения для мышей, которые может повлиять на результаты.
    1. Кроме того, во избежание единый корпус, лепр мышей группу-размещенный (от 2 до 4, каждый клетка) и давать доступ к вволю пищи в течение определенного периода времени после тестирования. Проверка веса животных ежедневно в то время как еда ограничены в течение всего эксперимента, чтобы сохранить около 90% от их базового уровня свободного вскармливания массы тела.

3. Привыкание

  1. Поезд мышей в 1-й день сессии 40 мин перемещения внутри аппарата без делителя двери, где нос-мешке в любых нос-мешке отверстий приводит к доставке гранул в пищевой емкости. Во время этой фазы, использовать только нейтральные стимулы (таблица 1) для всех различных размеров (привыкания 1).
  2. На следующий день, обучать животных в течение 40 мин, чтобы перейти от одной камеры в другую в конце каждого испытания (привыкания 2). Используйте только нейтральные стимулы для всех различных размеров. Кроме того, в этой фазе, нос-совать в любом из носа совать отверстия приводит к доставке гранул в пищевой журнала.Когда мышь получает награду в пищевой журнала, снизить разделительную дверь, чтобы дать доступ к мыши в другую камеру для следующего испытания.
  3. На третий день (привыкания 3), обучать животных выполнять два простых дискриминацию (SD1 и SD2;. Например, на липучке против фильма;. Свет кий на против света реплику от; персик против шалфея.) С критерием 8 правильных ответов из 10 последовательных испытаний. Не используйте эти экземпляры снова в течение следующих этапах теста.
    1. Для начала, поместите мышь в одной камере с нейтральными стимулами, в то время как в другой камере раздражителей сигналы включены; затем опустите дверцу, чтобы дать доступ к мыши камеры с активированным стимулов киев. Мышь должна научиться выбирать нос совать-отверстие, где правильный стимул представлено. Сессии длиться в течение 40 мин.
    2. Награда нос совать в-правильное отверстие с доставкой гранул и, когда мышь попадает в пищевую журнал, снизить разделительную дверьдать доступ мыши в другую камеру для следующего испытания. Не вознаградить нос совать-в неправильном отверстие и включить дома свет в течение 5 сек. Затем опустите дверцу, чтобы дать доступ к мыши в другую камеру для следующего испытания.
    3. Провести первые десять испытания каждой сцене, как формирование испытания: если мышь выбирает неправильный отверстие, записать ошибку, но не прекратить судебное разбирательство до тех пор, пока мышь тычет также в правильное отверстие. В последующие испытания, если мышь тычет в неправильном отверстие, записать ошибку и отключить все размерные стимулы для прекращения судебного разбирательства.
    4. Завершить каждую сессию после 40 минут или если мышь не в состоянии сделать любой ответ в течение пяти минут подряд, в зависимости от того пришел первым. Если мышь не достигает критерия в одной сессии, по-прежнему тест на следующий день.
    5. Если мышь не может достичь критерий в SD1 SD2 или в Привыкание 3 после 5 сеансов, остановить тестирование мышь и устранить ее из исследования, потому что этоне в состоянии надежно выполнять основные дискриминацию, которые могут в дальнейшем повлиять на результаты задачи ID / Под ред.

фигура 2

Рисунок 2. Пример задачи ID / Под ред. Пример ID / ED "застрял-в-установите 'и' два 'парадигмы измерения показан. Взято из «Окончательное внутри- и внепространственной к вниманию набор-Shifting задача для мышей» 19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

4. «Застрял в-установите" ID / ED Процедура парадигма

Примечание: Для этой процедуры, которые ранее использовались в обоих приматов и грызунов 7,15,16, необходимо, чтобы манипулировать три различных восприятия размеров длякаждый отдельный мыши испытания. Что касается этапов привыкания, все тестирования ежедневных сеансов начать путем размещения мыши в одном из двух камер, где все стимулы нейтральным. Перед началом пробы, стимул сигналы включены в противоположном камере. Затем делением дверь опускается, чтобы дать доступ мыши в другую камеру, где стимула реплики на.

  1. Чтобы обучить животное разработать набор, или уклон, к конкретной восприятия размерности (. Например, запах, свет или пол текстуры), выставить мышей следующих дискриминации, представленных в этом порядке (см также пример на рисунке 2):
    1. По той простой дискриминации (SD), ввести мышей в размерности (запах, свет или текстуры, рисунок 2), который соответствует во всех задачах, пока ЭЦП. То есть, соответствующая размерность один, указывающий, где правильным ответом является. Следуя примеру рисунке 2, представляют два запахи, такие как ваnilla (О1) и лаванды (О2), и выберите O1, как правильный ответ.
    2. Для дискриминации соединение (CD), ввести второе измерение, например, свет, который не имеет значения (то есть, не указывая были правильным ответом является). Нынешние два фонари (L1 и L2) вместе с запахами (O1 и O2), чтобы иметь два возможных дискриминацию (см пример на рисунке 2). В правильные и неправильные экземпляры такие же, как в SD.
    3. Для разворота соединения дискриминации (CDRe), оставьте экземпляры и соответствующую единицу измерения без изменений, но есть животные, узнав, что ранее правильно стимулом теперь неверен. Например, выберите лаванду, как реагировать, с ванильным быть теперь неправильный выбор. Эти же условия будут найдены другие фазы разворота (т.е. IDSRe, IDS2Re и EDSRe).
    4. После этого, выберите Intra-сдвиг измерений (IDS), в которых новые экземпляры используются как для актуальныи неуместные размеры (общая конструкция изменить). Например, можно использовать клубнику и корицу (O3 и O4) в качестве запахов и синими и желтыми огнями (L3 и L4), как свет. Однако, убедитесь, что субъекты испытаний держать в том же измерении соответствующей для того, чтобы найти правильный ответ. Эти же условия будут найдены для другого intradimensional сдвига (т.е. IDS2).
    5. Как и в предыдущем дискриминации, есть мыши выполнить разворот в Intra-мерного сдвига (IDSRe). Используйте те же условия, как и в CDRe.
    6. Для Intra-мерного сдвига 2 (IDS2), использовать те же условия, как и в IDS.
    7. Точно так же, использовать те же условия, как и в CDRe для разворота внутри одномерной сдвига 2 (IDSRe2).
    8. В экстра-мерном сдвига (EDS), имеют мышей выбрать правильный отверстие после недавно представленного измерении стимула. Представьте пару стимулов с новое измерение, которое является текстуры. Например использовать грубой шкуркой (T1) в качестве правильных разрешенииПонсе и мелкой наждачной бумагой (Т2), как неправильно, и представить их с двух новых запахов, например, лимона и абрикоса (O7 и O8). Ранее соответствующий размер в настоящее время становятся неактуальными. Не представить ранее ненужную измерение больше.
    9. Для Экстра-мерном разворота (EDSRe), ​​использовать те же условия, как и в CDRe.
  2. Измерение производительности мышей, пока они не достигнут критерий 8 правильных выборов из 10 последовательных испытаний для завершения каждого этапа. Установите программу (см таблицу материалов), чтобы автоматически перейти к следующей стадии после критерием будет достигнута. Стоп ежедневный сеанс после 40 мин, или, если мышь не в состоянии сделать любой ответ в течение 5 минут подряд, завершить сеанс и продолжить на следующий день с помощью мыши на той же сцене, где она была остановлена.
    1. Для каждого этапа, измерения времени, чтобы достичь критерий. Если мышь не достигает критерия в одной сессии, суммировать общее время в последовательных сессий. Длякаждое испытание, измерять время от предъявления стимулов (запахов, света, текстуры) в ответ нос совать (Задержка реагировать).
  3. В конце каждой сессии, протрите аппарат с 70% алкоголя.
  4. Используйте всегда один и тот же порядок дискриминации. Тем не менее, случайно изменить размеры стимулирующих и пары экземпляров, используемых и в равной степени представляют их в экспериментальных группах и уравновесить их между группами.
  5. Убедитесь, что в равной степени уравновесить восприятия размеров, используемых внутри и между каждой экспериментальной группе, так что каждый можно ЭД сдвиг представлена ​​(т.е. свет запах, свет текстуры, запаха к свету, благоухание текстуры, текстуры к свету, текстура на запах) , Комбинации экземпляров слишком многочисленны, чтобы разрешить полный уравновешивания; Поэтому, чтобы уменьшить число степеней свободы, всегда используют экземпляры в парах; например, ваниль стимулом лаванды и т.д. (см таблицу 1).

Примечание: Еще одно условие для измерения к вниманию набор смены способность, используются как в приматов и грызунов 12,17 13, является "двумерный" парадигма. В этом случае, только два восприятия размеры используются во время испытания.

  1. Для этого протокола, использовать порядок дискриминации и порядок, чтобы следовать, как описано для «застрял-в-SET 'протокола до стадии EDS (см пример на рисунке 2):
    1. Для SD и следующих этапов, не использовать те же пары в "застрял-в-набора", до IDS2Re. Как показано в примере на фиг.2, используют два запахи (O1 и O2, O1 использовать как правильный стимул).
    2. Для компакт-диска, а в протоколе "застрял-в-набора", ввести новое измерение (например, света L1 и L2), что не имеет значения, и будет служить в качестве confounder.
    3. CDRe похож, как ян протокол "застрял-в-набора", таким образом, оставить экземпляры и соответствующую единицу измерения без изменений, но есть животные, узнав, что ранее правильно стимулом теперь неверен (например, О1).
    4. В IDS, всегда использовать новые пары стимулов для обоих размеров (O3 и O4, L3 и L4, где О3 является правильным стимулом).
    5. Для IDSRe, есть мыши выполнить разворот в IDS. Выберите правильный образец, который является тот, который был неправильно во время IDS (например, О4).
    6. Для IDS2, внедрять новые пары стимулов для обоих размеров (O5 и O6, L5 и L6).
    7. Как и в предыдущих этапах разворота, в IDS2Re, есть животные, узнав, что ранее правильно стимулом теперь неверен (например, O5).
    8. Для "двумерной" протокола, СЭД, мыши должны выбрать правильный ответ после того, как ранее значения размеров теперь становится уместным измерение. Таким образом, свет новый актуальны измерение, бееч показывает правильный ответ. В частности, красный свет (L7) является правильным ответом. С другой стороны, ранее отношение размера (в примере, запах) в настоящее время является одним значения.
    9. После EDS, для разворота (EDSRe), ​​использовать одни и те же условия, как в CDRe. Соответствующий размер такой же, как в EDS но правильные и неправильные экземпляры инвертированы. Так, например, зеленый свет (L8) в настоящее время является правильным ответом.

Анализ 6. Данные

  1. Измерение производительности по: количество испытаний для достижения критерия; Время достижения критерия (в минутах); Время от представления стимулов к ответ нос совать (Задержка ответить).
  2. Для статистического анализа используют ANOVAs с разных этапах (SD, CD, CDRe, IDS, IDSRe, IDS2, IDSRe2, EDS, и EDSRe) как фактор в-субъект изучить ряд испытаний, необходимых для достижения критериев, сроки необходимы для завершения каждого этапа и задержки, чтобы ответить. Противканал ретроспективном анализе с помощью теста Ньюмана-Keuls. Примечание: допустимое значение для значения р <0,05.

Representative Results

Рисунок 2 показывает пример задачи ID / Под ред. Пары стимулов (или "Дискриминация 1 'или' 2 различения») случайно представлены на каждом этапе, и мышь должны выбрать правильный стимул в каждой паре. В этом примере таблицы, правильный образец Сообщается, жирным шрифтом. На первом этапе (SD или просто дискриминация), стимулы, представленные в два отверстия носа мешке отличались в одном из трех измерений (например, О1: Ваниль против O2: Лаванда) и мышь вознаграждены за выбор правильного образцом (например, О1). После того, как объект достигнет критерий в этой стадии, на следующий этап (CD или соединение дискриминация) начинается, где одни и те же образцами соответствующей размерности подарил обложил наугад экземпляров секунды, но ненужную измерение, введенный в сбивающий фактор ( например, L1:. синий свет vs.L2: желтый свет). Два разных дискриминация возможны в этой стадии (eitheR 'дискриминация 1 "или" 2 различения'). На следующем этапе (CDRe или соединение дискриминация разворота), награда непредвиденные вспять, но экземпляры и соответствующая размерность остаются неизменными: мышь имеет, чтобы узнать, что ранее правильно стимулом теперь неверен (например, лаванды запах теперь вознаграждены). На следующем этапе (IDS или внутри мерного сдвига), новые экземпляры (оба запахи и огни) вводятся, но соответствующая размерности (запах в данном примере) остается тем же (например, клубника является правильный выбор). На следующем этапе (РДЭ или внутри мерного разворот), награда непредвиденные вспять. После второго внутри сдвига измерений (IDS2 и его разворота), новые экземпляры введены, чтобы проверить экстра-сдвиг измерений (EDS), в котором изменяется соответствующая измерение. В «застрял-в-набора" EDS, мышь должна сосредоточиться на новом измерении (например, текстуры, T1: грубой шкуркой против T2: прекрасный SAndpaper), в то время как ранее отношение размера (в данном случае, запах) в настоящее время является значения измерения. В 'двухмерной "EDS, ранее значения измерения (в данном случае свет) теперь соответствующее измерение. На заключительном этапе (EDSRe или экстра-мерном разворота), награда непредвиденные вспять.

Для того чтобы получить достоверные результаты, размеры стимулирующих используемые в задаче должны быть одинаково хорошо научились. Как показано на рисунке 3, визуальная, тактильная и запах дискриминация в этом нового устройства требуется одинаковое время (F (2,64) = 0,36; р = 0,69) и аналогичное число испытаний (F (2,64) = 0,059; р = 0.94), чтобы достичь критерий, предполагая, что животные способны выполнять простые дискриминацию вне зависимости от размера подарил.

Если надежным к вниманию набор был разработан в течение тестирования этапов задачи, рнаилучших показателей нормального мыши дикого типа должны быть беднее на стадии EDS по сравнению с предыдущими и следующими этапами, как сообщалось в предыдущих исследованиях грызунов и приматов 12,13. В частности, надежная увеличение времени и испытаний, необходимых для достижения критериев должно быть найдено в СЭД по сравнению с стадиях IDS. Как показано на рисунке 4, в нашем эксперименте с протоколом "застрял-в-установите", анализ выполнения мышей показало, эффект дискриминации по количеству испытаний (F (8,168) = 9.23, P <0,0001) и время ( F (8168) = 8,62, р <0,0001), необходимое для достижения критериев. В самом деле, мышей, необходимые больше испытаний и больше времени, чтобы решить этап EDS по сравнению с стадиях CD, IDS, IDS2 и EDSRe (р <0,05; рис 4A-B). Аналогично, анализ производительности тестируемого с "двумерный" протокола (рисунок 5) показал значительное влияние дискриминации по количеству испытаний (F (8,72) = 3.66; р <0,005) и время (F (8,72) = 4,65; р <0,0005), которые необходимы для достижения критериев. В самом деле, мы показываем, что необходимые мышей больше испытаний (р <0,05) и более раз (р <0,05), чтобы решить EDS по сравнению с компакт-диска, IDS, IDS2 и EDSRe (5А-Б). Никаких различий в меняющихся возможностей не должно наблюдаться между мышами протестированы с различными размерами.

В нормальном мыши дикого типа, обучение первой разворот (т.е.., CDRe) сложнее, чем начальная дискриминации (т.е., CD). В соответствии, как видно из рис 4 и 5, мыши требуется больше испытаний (р <0,05; рис 4-5a) и больше времени (р <0,05; рис 4-5B), чтобы завершить эту стадию. Кроме того, производительность разворот должны улучшить от CDRe в IDSRe в IDS2Re, как мы покажем в нашем эксперименте с обеих «застрял-в-набора» и протоколов "двумерных". Эти ResulTS дальнейшего укрепления доказательства формирования к вниманию набор через задачи.

На протяжении задачи, мыши должны улучшить свою скорость, чтобы ответить в течение нескольких последовательных этапов. Соответственно, анализ задержки реагирования показали существенное влияние дискриминации (F (8200) = 42,59, р <0,0001). В частности, как показали результаты репрезентативных на рисунке 4C задержка тыкать в стадии IDS2 уменьшается по сравнению с, что в стадии IDS, CD и SD (р <0,0005). Кроме того, задержка реагировать в увеличилась на стадии EDS по сравнению с предыдущим IDS2 и IDS2Re и последовательных этапов EDSRe (р <0,05). В соответствии с этими результатами, анализ задержки отвечать во время «двумерной» задачи также показали значительное влияние дискриминации (F (7,63) = 9,98, р <0,0005). Как показано на рисунке 5С, задержка сделать выбор ша увеличилась за EDS по сравнению с предыдущим IDS2 и IDS2Re и последовательного EDSRe (р <0,05). Поскольку задержка в ответ был рассмотрен индекс принятия решения обработки 18, эти результаты позволяют предположить, что мыши возникли некоторые проблемы обработки новой отличительной правило в течение ЭЦП. На основании поведенческой производительности мышей дикого типа (Рисунок 4-5), мы определили, что минимальное количество размера выборки (по анализу мощности R) для каждой экспериментальной группы должен быть 8.

Рисунок 3
Рисунок 3. Простые дискриминация света, запаха и текстуры эквивалентны. (А) Количество испытаний и (Б) время, необходимое для достижения критерия на простых дискриминации с только света, запах или текстуры раздражители. Значения представляют среднее ± SEM по всему рисунках 2-4. Ори данныхзавод е опубликованы в «The конечной внутри- и внепространственной к вниманию набор-Shifting задача для мышей» 19.

Рисунок 4
Рисунок 4. дикого типа C57BL6J производительность самцов мышей в «застрял-в-установите" ID / ED OPERON задача. (А) испытаний, (Б) время (в минутах) и дни, необходимые для достижения критерия в различных стадиях идентификатор / ED Оперон задача, используя 'застрял-в-установите "ID / ED парадигму. (С) Время (в секундах), прошедшее между открытием делителя двери и ответ нос совать (Задержка ответить) во время различных этапов задачи. В общей сложности 26 мышей были протестированы; 4 мыши были исключены, потому что они не были надежно тыкать, чтобы получить пищевое подкрепление во время обучения или не смогли закончить еntire процедура. A: * р <0,05 по сравнению с CD, IDS, IDS2, IDS2Re и EDSRe; B: * р <0,05 по сравнению с CD, IDS2, IDS2Re и EDSRe. А и Б: #p <0,05, ## р <0,005 по сравнению с CD, IDSRe и IDS2Re. С: * р <0,05 по сравнению с IDS2, IDS2Re и EDSRe. Обратите внимание, что мыши смогли завершить всю задачу в 5-9 дней во всех экспериментах на рисунках 3-4. Данные впервые опубликована в "The конечной внутри- и внепространственной к вниманию набор-Shifting задача для мышей» 19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 5

Рисунок 5. Дикого типа C57BL6J производительность самцов мышей в «двумерных» ID / EDОперон задача. (A) испытания, (Б) время (в минутах) и дни, необходимые для достижения критерия в разных стадиях ID / ED Operon задачи с использованием двумерную парадигму. (С) Время (в секундах), прошедшее между открытием делителя двери и ответ нос совать (Задержка ответить) во время различных этапов задачи. В общей сложности 13 мышей были испытаны; 3 мыши были исключены, потому что они не были надежно тыкать, чтобы получить пищевое подкрепление во время обучения или не смогли закончить всю процедуру. А и Б: #p <0,05 в сравнении с CD и IDS2Re * р <0,05 по сравнению с компакт-диска, IDS, IDS2, EDSRe. С: * р <0,05 по сравнению с IDS2, IDS2Re и EDSRe. Данные впервые опубликована в "The конечной внутри- и внепространственной к вниманию набор-Shifting задача для мышей» 19. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобыпросмотреть большую версию этой фигуры.

Рисунок 6
Рисунок 6. Хронология всей процедуры протокола, чтобы проверить ID / ED задачу.

стадия Описание Дополнительные замечания Рекомендации
Простой Дискриминация (SD)
Соединение Дискриминация (CD) Стимулы различаются в двух измерениях восприятия, такие как цвет и форма для зрительных стимулов в человеческом задачи, или между текстурными и запах стимулов для грызунов
Восстановление обучения (CDRe - IDSRe - IDS2Re - EDSRe) Два образцомс в пределах восприятия размера у их армирование условные повернут так, что то, что было ранее правильно, то неправильно это, и наоборот) В серийное обучения разворота, повышает производительность с последовательными в пределах съемочной разворотов. Таким образом, этапы разворота (т.е.., CDRe, IDSRe, IDS2Re) не только оценить функцию различных областей коры, но и служить 1) с образованием когнитивно к вниманию набор оспорены стадии EDS, и 2) для предотвращения суеверный кондиционирования для непреднамеренное аспекты стимула - Поражения орбитофронтальную коры у мышей (Bissonette др., 2008) и monkyes обесценения Восстановление обучения (Диас и др., 1996)
- МРТ во время выступления на обучение разворота показали активацию орбитофронтальную коры (Хэмпшир и Оуэн, 2006)
Intradimensional сдвига (IDS - IDS2) Новые экземпляры введены, но то же самое измерение усиливается IDS этапы сЭрве в качестве важнейшего внутреннего контроля (т.е.., EDS должен быть сложнее, чем IDS), а также внести свой ​​вклад, чтобы сформировать когнитивно-к вниманию набор Допамин истощение в ПФУ обесценения образование к вниманию набор (Роббинс и Робертс, 2007). 6-OHDA повреждениями обезьяны не показать классическую сокращение сокращение ошибок с первого (idS1) до последнего (IDS5) дискриминации, которые должны отражать приобретение в наборе к вниманию
Внепространственной сдвиг (EDS) "застрял-в-установите" Протокол: ранее размер не имеет значения стимула заменен новое измерение стимулов, которые сразу же становится актуальным Неспособность перейти к новой соответствующей размерности, не могут быть отнесены к какой-либо предварительной Узнав об этом измерении, так как он ранее не испытывал. Отказ, следовательно, отражает персеверации к ранее соответствующей размерности - Поражения от гепатита mPFCе было показать ухудшить EDS у мышей (Bissonette и др., 2008), и mokeys (Диас и др., 1996)
- Фронтальные пациентов лепестков обесценились в застрял-в-набора "персеверации" состоянии, но не в «два измерения» состоянии (. Оуэн и др, 1993)
- Допамин в mPFC модулируется EDS производительность у мышей (Papaleo др., 2008;. Scheggia др 2014) и крыс (Танбридж др., 2004)
Протокол 'двух измерениях »: ранее значения измерение усиливается очевидный провал переложить к вниманию набор может возникнуть, когда субъект способен отвлечь внимание от ранее соответствующей размерности (когда она становится не имеет значения), но, тем не менее, не в состоянии переориентировать внимание на недавно соответствующего размера - Поражение в mPFC у крыс (Birrell и Браун, 2000) нарушена EDS сдвиг
- МРТ во время выступления на EDS было показано активации вентро-боковая PFC (Гемпшире и Оуэн, 2006 г.)60;

Таблица 2: Этапы ID / ED О Перон задача Описание этапов задачи, в том числе ссылок на поражения и фармакологических исследований, рассматривающих роль областях мозга, участвующих в различных конструкций проверенных в ходе задачи..

Discussion

Авторы заявляют, что у них нет финансовых конфликтов интересов.

Disclosures

Когнитивные аномалии, приводящие к изменению набора внимания, являются основной особенностью многих психических заболеваний. В данной работе мы представляем разработку новой автоматической системы для эффективного изучения способностей к переключению множества внимания, исполнительных функций и других когнитивных способностей у мышей с высокой трансляционной валидностью для исследований на людях.

Acknowledgements

Мы благодарим Г. Пруццо за его прекрасную техническую помощь и механическую мастерскую ИИТ за помощь в создании нашего нового оборудования. Это исследование было поддержано Итальянским институтом технологии, грантом Марии Кюри FP7-Reintegration-Grant N°268247 и грантами Министерства здравоохранения Италии для молодых исследователей (GR-2010-2315883).

Materials

Ольфактометр разбавления Жидкие одоранты пола
Стены из плексигласа и алюминиевый полна заказ (16 x 16 x 16 см для каждой камеры)
Дверь из плексигласа Индивидуальный
ПКDell Inc.
Программное обеспечение MED-PC IV&NBSP;(Med Associates, Сент-Олбанс, Вермонт, США) изготовленна заказ Используйте оперантный код для автоматического управления предъявлением стимулов и последовательностью этапов
Nose-poke hole Med Associates, Сент-Олбанс, Вермонт, США)ENV-314M
Пищевой журнал Med Associates, Сент-Олбанс, Вермонт, США)ENV-303M
Дозатор пеллет для армирования пищевых продуктов Med Associates, Сент-Олбанс, Вермонт, США)ENV-203-14P
Бытовый фонарь Med Associates, Сент-Олбанс, Вермонт, США)ЭНВ-315М
 (Med Associates, Сент-Олбанс, Вермонт, США)PHM-275
(Sigma Aldrich, Дорсет, Великобритания) (см. Таблицу 1)
Минеральное масло (Sigma Aldrich, Дорсет, Великобритания) M5904
Воздушный насос и пылесос (Med Associates, Сент-Олбанс, Вермонт, США)Вакуум PHM-280рекомендуется для удаления запахов в конце каждого испытания
Светоизлучающие диоды (LED)Высокоинтенсивный, прозрачный драгоценный камень, 3 мм
Текстуры3x3 см
Армирующие гранулыTestDiet5TUL 14мгДля мышей

References

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

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission

Play Video

Оперантное внутри- / Дополнительное одномерное множество сдвиг задача для мышей
JoVE logo
Contact Us Recommend to Library
Research
  • JoVE Journal
  • JoVE Encyclopedia of Experiments
  • JoVE Visualize
Business
  • JoVE Business
Education
  • JoVE Core
  • JoVE Science Education
  • JoVE Lab Manual
  • JoVE Quizzes
Solutions
  • Authors
  • Teaching Faculty
  • Librarians
  • K12 Schools
  • Biopharma
About JoVE
  • Overview
  • Leadership
Others
  • JoVE Newsletters
  • JoVE Help Center
  • Blogs
  • JoVE Newsroom
  • Site Maps
Contact Us Recommend to Library
JoVE logo

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. All rights reserved

Privacy Terms of Use Policies
WeChat QR code