Методическая статья

Новые вариации для Strategy Set сдвига в Крыса

DOI:

10.3791/55005

⸱

23 января 2017 г.

 ,  ,  ,  , 
1Neurobiology Research Unit, Okinawa Institute of Science and Technology

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Set-смещение, форма поведенческой гибкости, требует сосредоточения внимания переход от одного измерения стимула к другому. Мы расширили установленный грызун комплект сдвига задачу 1, требуя внимания на различные стимулы в зависимости от контекста. Задача была в сочетании со специфическими поражениями для выявления нейрон подтипы, лежащие в основе успешного перехода.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Поведенческая гибкость имеет решающее значение для выживания в изменяющейся среде. В широком смысле, поведенческая гибкость требует изменения стратегии поведения, основанную на изменении действующих правил. Мы опишем стратегию задачу, которая требует перехода от сосредоточения внимания одного измерения стимула к другой смены набора. Парадигма часто используется для тестирования когнитивной гибкости в приматах. Тем не менее, версия грызун не была так широко развита. Мы недавно продлили установленный смены поставленной задачи у крыс 1, требуя внимания на различные стимулы в зависимости от контекста. Все экспериментальные условия, необходимые для животных выбрать либо левый или правый рычаг. Изначально все животные должны были выбрать на основе расположения рычага. Впоследствии изменения в правиле произошло, что потребовало изменения в наборе от местоположения на основе правила к правилу, в которых правильный рычаг указывало легким реплике. Мы сравнили производительность на Автошоуе различные варианты выполнения этой задачи, в которой световой стимул был либо новым, ранее актуальной, или ранее не имеет значения. Мы обнаружили, что специфические нейрохимические поражения избирательно снижало способность принимать определенные типы заданного сдвига, как измеряется производительность на различных версиях задачи.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Поведенческая гибкость является ключевым требованием для выживания в меняющемся мире. Один из установленных поведенческих парадигм для тестирования этой способности устанавливается с сдвига, при котором смещение внимания от одного измерения стимула к другому необходимо для изменения стратегии действий после изменения правила. В некоторых регионах мозга , таких как префронтальной коры и стриатума участвуют в набор сдвига 2, 3, 4, 5. Нейронные механизмы этой функции были исследованы на нескольких видов , включая человека, обезьян 5 6 и крыс 1, 7, 8, 9. Тем не менее, версии крысиной сдвига поставленных задач не была так широко развиты. Эффективность затрат крыс, их соответствующее размер для стереотаксической хирургии, а также наличие недавно разработанных методов генетической 10, стимулировать дальнейшее развитие сдвига набора парадигм для использования у крыс.

Типичный набор сдвига парадигмы для крыс требует изменения между двумя стратегиями поведения: например, стратегия реагирования и стратегия зрительно-кий. Крысы сначала должны выбрать один из двух возможных вариантов (например, левый или правый рычаги в качестве оперантного автоматизированной версии 1 или левой или правой руки в Т-лабиринте версии 7, 8, 9, 11). После заданного сдвига, они должны переключиться на использование стратегии визуально-Кью, такие как легкий кий, указывающий правильную сторону. В этих обычных сдвига поставленных задач, необходимо переключить внимание с одного аспекта стимула к другому измерению, которые ранее были неуместны.

ontent "> В дополнение к изменению к измерению, которое ранее не имеет значения, есть также логическая возможность того, что стимул был ранее актуальной, или ранее отсутствовали, и теперь роман. реальных жизненных ситуациях в природе может повлечь за собой внимание к новому, или исторически актуальным , но не имеет решающего значения кия. Таким образом, мы рассмотрели эти подтипы установленного сдвига, в новом варианте грызуна установить сдвига на основе ранее созданной автоматизированной смены поставленной задачи 1.

Недавно мы продемонстрировали использование новой версии сдвига набора парадигм в эксперименте , чтобы определить влияние нейрохимически специфических поражений стриатуме 12. В нашем предыдущем исследовании мы ориентировались холинергических интернейронов рилизинг ацетилхолин (АХ) от дорзомедиальном или вентральном стриатуме, так как ацетилхолин и эти подобласти были вовлечены в поведенческой гибкости. Все экспериментальные условия требовали те же стратегические BU сдвигат каждой участвующей различные типы сдвига сосредоточения внимания: к новому, ранее соответствующей или ранее значения метки. Мы опишем здесь подробные процедуры парадигм, и выделить репрезентативные результаты , предполагающие , что полосатого холинергические системы играют фундаментальную роль в множестве перекладывания, которая разъединимый между различными стриатальных субрегионов в зависимости от поведенческих контекстах 12.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Все процедуры использования животных были одобрены уходу и использованию животных комитета на Окинаве института науки и техники.

1. Животные

  1. Получить мужские Лонг-Эванс крыс (250-300 г по прибытии).
  2. По прибытии, дом группу из двух или трех крыс вместе в течение недели, а затем разделить их на отдельные клетки. Следует отметить, что эта конструкция включает в себя экспериментальный пищевой ограничению и должен держать животное в каждой клетке, чтобы контролировать количество потребляемой пищи.
  3. Обеспечить всех животных с пищей и водой вволю, и разместить их в стандартных условиях (12 ч / 12 ч цикл свет / темнота, при 23 ° C).
  4. За 5 дней до начала поведенческих экспериментов, пищевых животных ограничивают приблизительно 85% от их среднего веса при свободном доступе к воде в течение экспериментов.
  5. Ручка животных в течение 5 мин в день в течение как минимум 5 дней до начала экспериментов с целью ознакомления тподшить с экспериментатором.

2. Аппаратные средства и программное обеспечение для поведенческих тестов и анализов

  1. аппаратные средства
    1. Используйте оперантное камеру, снабженную звукопоглощающий коробкой.
    2. Камера объединена с несколькими дополнительными вложениями: два сосудов под рычаги на передней панели, два световых сигналы непосредственно над рычагами, журнал пятно с датчиком для обнаружения входа головки между двумя рычагами, пищевой дозатором, чистый генератор тон и дом свет на задней панели.
  2. Программного обеспечения
    1. Контроль всех поведенческих событий в соответствии с запрограммированным кодом, написанным программным обеспечением Trans IV. С помощью программного обеспечения Med-PC IV для сигнализации и обнаружить все поведенческие события во время тренировки и испытания.
    2. Используйте Trans IV для написания кода для тестирования поведения. Откройте новый файл для записи.
    3. После того, как программа написана, переводить и компилировать его в программном обеспечении. Измените код, если ошибкиобнаружен и повторите попытку.
    4. После успешной отладки программы, проверьте код пользователя работает должным образом путем проведения пробного работай до фактического начала экспериментов.
    5. Использование MED-PC IV, запускать поведенческие эксперименты. Откройте программу, нажмите кнопку "Открыть сеанс" и назначить одну программу для каждой коробки.
    6. После того как все программы были назначены должным образом на каждый бокс, посылать сигналы, необходимые для начала экспериментов.
    7. После завершения задачи, сохранить данные, как нажать "Сохранить данные" или код записи для автоматического сохранения данных (для получения дополнительной информации обратитесь к руководству по программированию для MED-PC IV).
    8. После того как данные экспортируются в указанную папку, переименовывать данные, дату приобретения и количества животных ID для последующего использования. Собранные данные импортируются в Matlab для анализа поведения, описанных ниже (Протокол, 3.7).

3. Поведенческие Обучение и тестирование

  1. Привыкание и обучение Журнал.
    1. не представляют никаких рычагов для животных во время этих фаз.
    2. Во время фазы привыкания, поместить животных в оперантного камере в течение 20 минут в день. В тот же день, дают 10 таблеток сахарозы (45 мг) животным в их родной клетке, которые ознакомлению их в награду сахарозы.
    3. Затем начать журнал обучение. Поместите животных в камере и дают 20 таблеток сахарозы (1 гранул в минуту) к животным, предоставляя возможность узнать местоположение пищевой лоток и приобретение гранул.
      Примечание: Эти фазы могут быть пропущены из-за возможной путаницы животных по получению гранул без оперантного ответ, даже если мы приняли их, чтобы сделать животных ознакомились с камерой и едят из лотка пищи.
  2. Непрерывного подкрепления
    1. Поезд животных на режим непрерывного подкрепления, чтобы получить награду, нажимая на рычаг. Сессия этого тренинга длится до 60 гранул не имеют пчелып получил (60 рычажного пресса) или 40 мин прошло.
    2. Присутствует либо левый или правый рычаг в течение первой половины сессии (до тех пор, пока не будут получены 30 гранул), с последующим представлением противоположного рычага во второй половине. Заказ чередовались на ежедневной основе.
    3. Продолжайте этот график подкрепления, пока животные не успешно получили 60 наград в течение по крайней мере 2-х дней подряд. Обратите внимание, что может быть высокой изменчивости среди животных, как быстро они делают первый нажатие рычага, и это может повлиять на ход арматуры. В этом случае, положить несколько гранул сахарозы на представленном рычагом, чтобы мотивировать их подойти к рычагу, когда никакого ответа не было сделано в течение первой сессии.
      Примечание: Возможная альтернатива положить гранулы сахарозы, когда рычаг впервые представлен животных для того, чтобы завершение этой фазы быстрее.
  3. График работы для испытания в рычажно-пресс - обучения и тестирования.
    1. Начало одного испытания с тоном 3 сек (ов).
    2. 2 сек после прекращения тона, представляют два рычага и позволяют животным нажать или рычаг в течение 10 секунд. В случае, если ответ не будет произведена в течение 10 секунд, убирается оба рычага и считать это испытание как упущение суда.
    3. В случае пресс-тренинга рычага, присутствует только одним рычагом, с обеих сторон.
    4. В большинстве условий эксперимента, был световой раздражитель над одним из рычагов. Включите свет реплику сразу же после того, как тональный сигнал прекращается, и выключается, когда животные либо сделали ответ или через 10 секунд после введения рычага при отсутствии ответа не было сделано.
    5. Установите между пробные интервалы при 20 ~ 30 сек.
  4. Рычаг-пресс обучения
    1. В этом тренировочном этапе, не представляют никакого света по отношению к животным.
    2. Тренируйте животных под рычагом пресса тренировки в течение 5-8 сеансов с тем же графиком времени для судебного разбирательства в качестве испытательных сессий, описанных ниже.
    3. В гоявляется обучение, присутствует левый или правый рычаг в случайном порядке, а рычаг должен быть нажата в течение 10 секунд после того, как рычаг представлен, или суд считается как упущение без ответа. Сеанс для рычага пресс обучения состоит из 80 испытаний.
    4. После того, как животные набрали менее 10% пропусков из 80 испытаний, перенести их на следующий тест бокового смещения.
  5. Тест бокового смещения
    1. Выполните проверку бокового смещения , чтобы определить предпочтения животного либо левого или правого рычага 1. Судебный процесс влечет за собой два рычага прессов с обеих сторон.
    2. Поместите животных в оперантного камеры и дать им возможность выбрать либо рычаг. В следующей попытке, животные должны выбрать противоположный рычаг, чтобы получить вознаграждение. Если вторая попытка животного находится на той же стороне первого ответа, не дают никакого вознаграждения и продолжают испытание пока ответ не будет сделано на противоположной стороне.
    3. Проведение в общей сложности 7 испытанийопределить предпочтения на стороне животного.
  6. Тестирование.
    1. Ежедневная сессия состоит из 80 испытаний.
    2. Подготовьте три различные условия для сдвига набора процедур , как показано на рисунке 1.
    3. Все три условия требуют животных, чтобы аналогичным образом изменить поведенческие стратегии от выбора одного рычага, который последовательно на той же стороне (Фаза 1, стратегия реагирования), чтобы после световой реплику, что указывает на правильную сторону (фаза 2, визуальная стратегия разметки).
    4. Начнем с начального обучения стратегии реагирования (1 этап) для 4-х сессий, в которых животные должны нажать на рычаг на основе расположения рычагов. На этом этапе установить правильную сторону рычага, противоположной их предпочтения, основанных на предварительном испытании бокового смещения, как указано выше.
    5. Затем приступают к обучению визуальный сигнал (фаза 2) в течение 10 сеансов. Световой кий освещен выше либо рычага указывает на правильный рычаг. В этой фазе переключения, три диfferent закономерности сдвигов сосредоточения внимания можно сравнить между трех экспериментальных условиях, как описано ниже (3.3.6-3.3.8).
    6. В комплект смены состояния 1 (рис 1А), не дают никакого света в фазе 1, но легкий кий указывает на правильную сторону в фазе 2. В состоянии 1, поэтому животные должны присутствовать к новому стимулу.
    7. В комплект смены состояния 2 (рис 1B), представляют собой легкий кий выше правильный рычаг в фазе 1, и снова в фазе 2. В этом состоянии, свет реплика была актуальна, но не обязательно требуется для изготовления выбор в фазе 1. Таким образом, животные должны присутствовать на ранее соответствующего реплике.
    8. В комплект смены состояния 3 (рис 1C), включить свет кия случайным образом выше левого или правого канала рычага в фазе 1. Таким образом , он должен быть проигнорирован. В фазе 2 животных необходимо обратить внимание на световой раздражитель, который ранее не имеет значения.
  7. Поведенческий анализ.
    1. На протяжении сессий, измерить процент правильных ответов на ежедневной основе, за исключением бездействием испытаний.
    2. Количество ошибок , накопленных за 10 сеансов визуального изучения кий и классифицировать их в персеверативного, регрессивные или никогда не армированные ошибок , как описано в предыдущем исследовании 1. Там, подробный анализ типов ошибок предполагает отдельные функции в установленном перекладывания.
    3. Определение персеверативного ошибки, неверные ответы на ранее правильный рычаг в то время как производительность животного была еще ниже уровня шанс 4, 6, 13, 14, 15. Аналогичные критерии были использованы в предыдущих исследованиях 1, 3, 7, 11.
    4. На основе принципиального пути, определить критерийразделить между персеверативного и регрессивных ошибок как точка, в которой животное первой забитый менее 8 из 10 неправильных ответов (вероятность принятия 8/10 ошибок или более = 0,054, на основе биномиального распределения) в скользящем окне 10 испытаний ,
    5. Для того чтобы найти эту точку, начните расчета скользящего среднего окна 10 пробного с 1 - го судебного процесса , а затем продвигать его на одном испытании в то время , пока <8/10 ошибки не измеряются. Провести этот анализ во всех испытаниях, в которых свет кий освещаемых над ранее некорректного рычагом во время визуальной стратегии метки.
    6. Определить все последующие ошибки, совершенные после этого момента в качестве регрессивных ошибок.
    7. Во время визуального обучения кия, граф никогда не армированные ошибок, когда животные ответили на ранее некорректного рычага, на котором свет реплика не была освещена. Разделите их на ранней или поздней части, основанной на стадии обучения; Ошибки, сделанные в первой половине 10 сеансов (Sessиона 1-5) рассматриваются рано и те, во второй половине (сессии 6-10) рассматриваются как поздние.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы использовали стратегию, описанную выше задачу исследовать роль холинергических интернейронов в поведенческой гибкости смены набора. Мы сравнили влияние на задачи иммунотоксина-индуцированного селективного поражения холинергических интернейронов в дорсомедиального (DMS), вентральном стриатуме (VS) и физиологический раствор вводят контроль. Все животные были вынуждены перейти от выбора рычаг, основанный на стороне (слева или справа), по выбору на основании кий света над правильным рычагом. Мы использовали три экспериме...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Мы разработали новые вариации установленного сдвига парадигмы набора для использования в крыс. С помощью этих парадигм, были обнаружены холинергические поражения стриатуме ухудшать установки сдвига, что указывает на специфическую роль полосатой холинергических интернейронов в установленном перекладывания: подавление старого правила и облегчения исследования для нового правила. Эффекты различались между дорзомедиальной и вентральном стриатуме, в соответствии с различной роли этих структур в процессе обучения.

<...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам нечего раскрывать.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Это исследование было поддержано программой Human Frontier Science Program и грантом на научные исследования Сасакавы от Японского научного общества.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Стандартная модульная испытательная камераMed AssociatesENV-008
Низкопрофильный выдвижной рычаг реагированияMed AssociatesENV-112CM
Стимульный свет для крысMed AssociatesENV-221M
Переключаемый двойной контейнер для гранул / ковша для крысMed AssociatesENV-202RM-S
Детектор входа в голову для крысMed AssociatesENV-254-CB
; 45 мг для RatMed AssociatesENV-203M-45
Модуль Sonalert для RatMed AssociatesENV-223AM4,5 кГц (ENV-223HAM)
Домашний свет для крысиных камерMed AssociatesENV-215M
Модуль интерфейса SmartCtrl, 8 входов/16 выходовMed AssociatesDIG-716B
Панель подключения SmartCtrl, 8 входов/16 выходовMed AssociatesSG-716B
45 мг Таблетка-фруктовый пуншТестДиета1811255Доступно несколько вкусов
Модульный дозатор гранул

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Floresco, S. B., Block, A. E., Tse, M. T. L. Inactivation of the medial prefrontal cortex of the rat impairs strategy set-shifting, but not reversal learning, using a novel, automated procedure. Behavioural Brain Research. 190, 85-96 (2008).
  2. Nicolle, M. M., Baxter, M. G. Glutamate receptor binding in the frontal cortex and dorsal striatum of aged rats with impaired attentional set-shifting. European Journal of Neuroscience. 18, 3335-3342 (2003).
  3. Ragozzino, M. E., Ragozzino, K. E., Mizumori, S. J. Y., Kesner, R. P. Role of the dorsomedial striatum in behavioral flexibility for response and visual cue discrimination learning. Behavioral Neuroscience. 116, 105-115 (2002).
  4. Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Dissociation in prefrontal cortex of affective and attentional shifts. Nature. 380, 69-72 (1996).
  5. Monchi, O., Petrides, M., Petre, V., Worsley, K., Dagher, A. Wisconsin Card Sorting Revisited: Distinct Neural Circuits Participating in Different Stages of the Task Identified by Event-Related Functional Magnetic Resonance Imaging. The Journal of Neuroscience. 21, 7733-7741 (2001).
  6. Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Dissociable Forms of Inhibitory Control within Prefrontal Cortex with an Analog of the Wisconsin Card Sort Test: Restriction to Novel Situations and Independence from "On-Line" Processing. The Journal of Neuroscience. 17, 9285-9297 (1997).
  7. Floresco, S. B., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Magyar, O. Dissociable Roles for the Nucleus Accumbens Core and Shell in Regulating Set Shifting. The Journal of Neuroscience. 26, 2449-2457 (2006).
  8. Ragozzino, M. E., Detrick, S., Kesner, R. P. Involvement of the Prelimbic-Infralimbic Areas of the Rodent Prefrontal Cortex in Behavioral Flexibility for Place and Response Learning. The Journal of Neuroscience. 19, 4585-4594 (1999).
  9. Ragozzino, M. E., Jih, J., Tzavos, A. Involvement of the dorsomedial striatum in behavioral flexibility: role of muscarinic cholinergic receptors. Brain Research. 953, 205-214 (2002).
  10. Witten, I. B., et al. Recombinase-Driver Rat Lines: Tools, Techniques, and Optogenetic Application to Dopamine-Mediated Reinforcement. Neuron. 72, 721-733 (2011).
  11. Floresco, S. B., Magyar, O., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Tse, M. T. L. Multiple Dopamine Receptor Subtypes in the Medial Prefrontal Cortex of the Rat Regulate Set-Shifting. Neuropsychopharmacology. 31, 297-309 (2006).
  12. Aoki, S., Liu, A. W., Zucca, A., Zucca, S., Wickens, J. R. Role of Striatal Cholinergic Interneurons in Set-Shifting in the Rat. The Journal of Neuroscience. 35, 9424-9431 (2015).
  13. Dias, R., Aggleton, J. P. Effects of selective excitotoxic prefrontal lesions on acquisition of nonmatching- and matching-to-place in the T-maze in the rat: differential involvement of the prelimbic-infralimbic and anterior cingulate cortices in providing behavioural flexibility. European Journal of Neuroscience. 12, 4457-4466 (2000).
  14. Hunt, P. R., Aggleton, J. P. Neurotoxic Lesions of the Dorsomedial Thalamus Impair the Acquisition But Not the Performance of Delayed Matching to Place by Rats: a Deficit in Shifting Response Rules. The Journal of Neuroscience. 18, 10045-10052 (1998).
  15. Jones, B., Mishkin, M. Limbic lesions and the problem of stimulus-Reinforcement associations. Experimental Neurology. 36, 362-377 (1972).
  16. Chen, K. C., Baxter, M. G., Rodefer, J. S. Central blockade of muscarinic cholinergic receptors disrupts affective and attentional set-shifting. European Journal of Neuroscience. 20, 1081-1088 (2004).
  17. Bradfield, L. A., Bertran-Gonzalez, J., Chieng, B., Balleine, B. W. The thalamostriatal pathway and cholinergic control of goal-directed action: interlacing new with existing learning in the striatum. Neuron. 79, 153-166 (2013).
  18. Okada, K., et al. Enhanced flexibility of place discrimination learning by targeting striatal cholinergic interneurons. Nat Commun. 5, (2014).
  19. Ragozzino, M. E. Acetylcholine actions in the dorsomedial striatum support the flexible shifting of response patterns. Neurobiology of Learning and Memory. 80, 257-267 (2003).
  20. Ravizza, S. M., Carter, C. S. Shifting set about task switching: Behavioral and neural evidence for distinct forms of cognitive flexibility. Neuropsychologia. 46, 2924-2935 (2008).
  21. Rushworth, M. F. S., Hadland, K. A., Paus, T., Sipila, P. K. Role of the Human Medial Frontal Cortex in Task Switching: A Combined fMRI and TMS Study. Journal of Neurophysiology. 87, 2577-2592 (2002).
  22. Bissonette, G. B., Roesch, M. R. Rule encoding in dorsal striatum impacts action selection. European Journal of Neuroscience. 42, 2555-2567 (2015).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

Похожие статьи