Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Det 5-val Serial reaktionstid Uppgift: Uppgift uppmärksamhet och impulskontroll för Gnagare

Published: August 10, 2014 doi: 10.3791/51574
Automatic Translation
1, 1
1Department of Neuroscience, Oberlin College

Summary

Detta protokoll beskriver 5-valet serie reaktionstid uppgift, som är en operant baserad uppgift används för att studera uppmärksamhet och impulskontroll hos gnagare. Testdag utmaningar, vilka är modifikationer av standard uppgift, öka flexibiliteten för uppgiften och kan kombineras med andra manipulationer för att mer fullständigt karakterisera beteendet.

Abstract

Detta protokoll beskriver 5-valet serie reaktionstid uppgift, som är en operant baserad uppgift används för att studera uppmärksamhet och impulskontroll hos gnagare. Testdag utmaningar, ändringar av standard uppgiften, kan användas för att systematiskt beskatta de neurala system som styr antingen uppmärksamhet eller impulskontroll. Viktigt är dessa utmaningar har konsekventa effekter på beteendet över laboratorier i intakta djur och kan avslöja antingen förbättringar eller underskott i kognitiv funktion som inte är uppenbara när råttor enbart testas på funktionen standard. Mångfalden av beteendemätningar som samlas in kan användas för att bestämma om andra faktorer (dvs.., Sedering, motivation underskott, rörelseapparaten, netto) bidrar till förändringar i prestanda. Mångsidigheten av 5CSRTT förbättras ytterligare, eftersom det är mottaglig för kombination med farmakologiska, molekylära och genetiska tekniker.

Introduction

Det 5-Valet serie reaktionstid uppgift (5CSRTT) utvecklades av Trevor Robbins och kollegor vid University of Cambridge för att förstå de beteendestörningar som visas av personer som diagnostiserats med ADHD (ADHD) 1,2. Den bygger på kontinuerliga prestandauppgifter som används för att studera uppmärksamheten hos människor 3; med uppmärksamhet definieras som förmågan att fördela och behålla fokus för kognitiva resurser på specifika stimuli eller information och bortse från andra uppgifter 4. Trots att uppgiften var ursprungligen avsedd för att användas med råttor 1,2, har en mus-version också utvecklats 5,6.

Den grundläggande 5CSRTT kräver råttor för att skanna en horisontell rad av fem öppningar för att presentera en kort ljus stimulus (kö) i en av öppningarna; när råttan känner stimulans måste näsan peta i det belysta öppningen för att få en sockerpellets belöning. SålundaKräver uppgiften råttor både dela sin uppmärksamhet mellan de 5 rumsligt skilda öppningar och att behålla uppmärksamheten tills stimulus presenteras i en viss rättegång och över flera försök i en session 1,7. Uppmärksamheten riktas typiskt bedömas av noggrannheten av svaren. Trots att 5CSRTT var ursprungligen avsedd att bedöma uppmärksamhet, är det också används för att bedöma impulsivt beteende eller svar inhibition 1,7,8: förmågan att hålla inne förhands potent eller olämpligt svarar 9. Under uppgiften ska råttor inne svara under hela den inter försöksintervallet (ITI) och endast reagerar när stimulus presenteras i en av öppningarna 1. Således tidigt födda svar, de som förekommer under ITI före stimulans presentation, ett användbart index för impulsivt beteende.

Den 5CSRTT är en otroligt flexibel uppgift-det finns ett antal ändringar av den grundläggande uppgiften (dvs. testdag utmaningar)som kan genomföras för att mer noggrant undersöka hur experimentella manipulationer påverka beteendet. Till exempel minskar stimulans varaktighet eller förkorta ITI är olika mekanismer för att öka uppmärksamhets belastningen av uppgiften och kan användas för att systematiskt bedöma domäner av uppmärksamhet 1,7,10-12. Däremot ökar stimulusduration minimerar uppmärksamhets krav uppgiften; detta kan användas för att bestämma om en manipulation stör förmågan att exekvera de grundläggande svars krav som uppgiften 12. Öka längden på ITI kan användas för att avgöra om en viss manipulation påverkar impulsiv svara 1,7,8,13-15. Dessutom kan med hjälp testdag utmaningar, såsom de som just beskrivits, avslöjar underskott 10 eller förbättringar 16,17 av beteende som inte är uppenbara i väl utbildade råttor testade med hjälp av vanliga testparametrar.

Viktigt är 5CSRTT mottaglig to kombination med ett antal olika tekniker; exempelvis kognition har undersökts efter skador diskreta hjärnområden 10,18-20, eller selektiv signalsubstans uttömning 2,21,22. Beteende farmakologiska undersökningar har använt antingen system 16,17,23-28 eller diskret intrakraniell administrering av läkemedel 29-32. Dessutom prestanda enkelt utvärderas efter akut 12,16,17,29-32 och kronisk läkemedelsadministrering 13,14,23,33. Effekterna av uppgiften prestanda på neurotransmittorfrisättning 34 och metabolisk aktivitet 35 i diskreta hjärnområden har också bedömts. Dessutom kan prestanda på den uppgift användas för att separera råttor in i grupper baserat på baslinjen uppmärksamhets prestanda 30,31 eller nivåer av impulsivitet 15,32. Slutligen med tillkomsten av en mus version av 5CSRTT 5,6, uppgiften har använts för att undersöka de genetiska bidragen till uppmärksamhet och impulse styra 5,36-39.

Eftersom 5CSRTT bedömer multipla kognitiva funktioner samtidigt och är mottaglig för att använda i kombination av en mängd olika farmakologiska, molekylära och genetiska tillvägagångssätt har det rutinmässigt för att bedöma kognitiv dysfunktion i samband med djurmodeller av psykiatriska och neurologiska sjukdomar. Till exempel har 5CSRTT använts för att undersöka neurobiologi bakom de kognitiva störningar i ADHD (ADHD) 37,40,41, 23,33,42 schizofreni, drogmissbruk 13,14,43-45, Alzheimers sjukdom 18 , 39, Parkinsons sjukdom 36 och Huntingtons sjukdom 37.

Detta protokoll ger riktlinjer för utbildning råttor på 5CSRTT. Eftersom ett antal nyckeltal kan samlas, beskriver vi hur vanliga mönster av results ska tolkas. Dessutom flera gemensamma ändringar av grundprotokoll, test dag utmaningar, beskrivs.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Detta förfarande kräver användning av djur; dessa förfaranden godkändes av Oberlin College Institutional Animal Care och användning kommittén och är i enlighet med handledningen för skötsel och användning av försöksdjur 46.

1. 5CSRTT Apparat

  1. En schematisk bild av 5CSRTT anordningen ges i figur 1.
    1. Den 5CSRTT Apparaten består av en operant betingkammare (30,5 x 24,1 x 29,2 cm) med 2 plexiglassidoväggar och ett rostfritt stålnät golv.
    2. Aluminiumframvägg är rundad och innehåller fem näsa peta öppningar (2,5 x 2,2 x 2,2 cm vardera); varje öppning är försedd med en Ijusemitterande diod (LED) och en infraröd sensor med förmåga att detektera insättning av råttornas näsa.
    3. Aluminium bakvägg innehåller maten tidningen; denna är ansluten till en pellet dispensern och är utrustad med en infraröd sensor och en liten incandescent ljus.
    4. En glödande hus ljus, som kan belysa hela kammaren är fäst nära toppen av den bakre väggen.
  2. Hus i 5CSRTT apparat i ett ventilerat, låter försvagat operant betingkammaren.
  3. Använd en PC-dator för styrning av operant kammaren och för att samla in data.

2. Djur Bostäder och beredning

  1. Förfarandet kräver användning av försöksdjur; erhålla godkännande från Institutional Animal Care och användning kommittén (IACUC) innan du påbörjar några experiment.
  2. Hus råttor i par.
    1. Upprätthålla råttor på en ljus / mörker-cykel 14:10 (ljus på vid 7:00) i ett rum med en konstant temperatur på 22 ± 1 ° C.
    2. Tillåt råttor fri tillgång till vatten när man är i deras hem burar, men mat begränsar dem.
    3. Mat begränsa råttor till 85-90% av sin matning vikt två till fem dagar före starten av tidningen utbildning ochhela 5CSRTT utbildning och prov. Feed råttor efter daglig träning och väga dem dagligen för att se till att de går upp i vikt (~ 5 g / vecka).

3. 5CSRTT Procedur

  1. Allmänt 5CSRTT Training Överväganden
    1. Tåg råttor vid en vanlig tid på dagen minst 5 dagar per vecka; utbildning sker över flera steg (se tabell 1) och tar flera veckor.
    2. Tåg och testråttor i samma operant kammare (se avsnitt 3.2-3.5 nedan); små avvikelser i råttornas miljö kan påverka deras prestanda.
    3. Vid slutet av varje session ren alla ytor i kammaren med vatten som innehåller desinfektionsmedel natriumhypoklorit (eller annat desinfektionsmedel efter samråd med din veterinär).
  2. Magasin Träning
    1. Införa socker pellets (45 mg) och råttor i deras hem buren innan den första sessionen. Detta minimerar neofobi och säkerställer råttor kommer retRieve socker pellets från livsmedels tidningen.
    2. Placera råttor i operant kammare (fläktar på) med bländar hål tilltäppt. Låt råttor för att vänja till kammaren i 5 min.
    3. Leverera sextio socker pellets till tidningen på antingen ett fast intervall 20 sek (FI-20, dag 1) schema eller en FI-30 schema (dag 2).
      Obs! Houselight kan lysa under hela sessionen och tidningen ljuset bör belysas vid pelletsleverans och kan förbli tänd tills pelleten hämtas.
    4. Vid slutet av sessionen notera huruvida socker pellets förbrukas; fortsätta träna minst 2 dagar eller tills alla pellets förbrukas.
  3. 5CSRTT Träning
    1. Figur 2 ger en schematisk bild av en enda 5CSRTT försöket.
    2. Placera varje råtta i en operant kammare med fans. Låt råttor för att vänja till kammaren i 5 min.
    3. I slutet av tillvänjning perioden, belysa tidningen ljus och leverera one socker pellet. Den första rättegången börjar när denna pellet hämtas.
    4. Börja varje prövning med en interprovintervall (ITI) under vilken bara huset ljuset lyser. I slutet av ITI, pseudoslumpmässigt belysa en av bländar ljus för den föreskrivna stimulans varaktighet. Låt råttan tid att svara på den stimulans presentation; tiden råttan tillåts reagera är den begränsade hold (LH).
    5. Näsa peta svar till belysta öppningsresultatet i leveransen av en socker pellet till tidningen och belysning av tidningen ljus; sådana svar anses korrekta svar. Släck tidningen ljuset och inleda nästa rättegång vid pellets hämtning.
    6. Näsa peta svar till obelysta öppningar (felaktiga svar) och misslyckanden att svara under LH (utelämnanden) resulterar i en time out (TO). Släck houselight under TO. En början till nästa rättegång i slutet av TO genom att belysa houselight.
    7. Betyg näsa peta svar under ITI som för tidigt födda svar; straffa dessa svar med en till period. Återinitiera samma prov efter en TO orsakas av en för tidig reaktion.
    8. Avsluta varje session efter 90 försök eller 30 minuter, beroende på vilket som inträffar först.
    9. För det första steget av övningsuppsättningen stimulus varaktighet till 30 sek, LH till 30 sek, ITI till 2 sek och TO till 2 sek. Justera dessa parametrar över utbildningen så att den stimulans längd är 1 sekund och LH, ITI och TO är alla 5 sek (se tabell 1). Flytta råttor till nästa träningsstadiet när de har nått de föreslagna kriterierna utbildning. Test råttor efter de uppvisar stabil prestanda på den sista etappen.
      Obs: Sprague-Dawley når vanligtvis kriteriet prestanda (~ 65% noggrannhet, <20% utelämnanden) inom 4-8 veckor om tränade 5 dagar i veckan. Olika stammar av råttor har dock olika förmåga att utföra uppgiften. Till exempel kan Lister Hooded råttor uppnå höga nivåer avnoggrannhet (> 80%) med färre försummelser (<20%) med en kort stimulans varaktighet (0,5 sek) (t.ex. Bari et al, 2008;.. Mizra och Bright, 2001). Det rekommenderas att forskarna justera stimulansparametrar och kriterium prestanda att reflektera stam av råtta (eller mus) användas.
  4. 5CSRTT Testning
    1. Beräkna baslinje prestanda (% noggrannhet,% utelämnanden, prematura svar) som genomsnittet prestanda på varje åtgärd inom de senaste 3-5 sessioner (se nedan). Använd dessa data för att dela upp råttorna i grupper (om det behövs) eller som en enskild råttornas baslinjen.
    2. Använd testdag utmaningar (tabell 2) till ytterligare sond beteende.
    3. För inom ämnen designer, blanda träningspass med testdag utmaningssessioner.
      Obs: testdag utmaningar kan användas för att komplettera undersökningen av beteende på funktionen standard. Dessa manipulationer kan avslöja subtila förändringar i beteende som inte är uppenbara efter omfattandeutbildning på standarden uppgift och / eller användas för att få en bättre förståelse av karaktären av ett prestationsunderskott.
  5. 5CSRTT mäter prestanda
    1. Använd en dator för att beräkna nyckeltal.
    2. Noggrannhet svara (% noggrannhet): Dela antalet korrekta svar med summan av korrekta och felaktiga svar. Detta är den primära åtgärden för uppmärksamheten.
      [# rätta svar / (# korrekta svar + # felaktiga svar)] x 100
    3. Underlåtenhet: Dela antalet prövningar där råttan inte svarade med det totala antalet försök förda. % försummelser kan spegla uppmärksamhet, men kan också påverkas av sedering, motivation och motorik, därmed tolkningen av försummelser beror på andra nyckeltal.
      [# utelämnanden / (# utelämnanden + # korrekta svar + # felaktiga svar)] x 100
    4. Rätt svar: Dela antalet korrekta svar med det totala antalet försök compborttagna.
      [# Rätta svar / (# utelämnanden + # korrekta svar + # felaktiga svar)] x 100
    5. Felaktiga svar: Dela antalet felaktiga svar med det totala antalet försök förda.
      [# Felaktiga svar / (# utelämnanden + # korrekta svar + # felaktiga svar)] x 100
    6. För tidigt födda Svar: Bestäm antalet svar som gjorts under ITI. Detta är den primära åtgärden för impulsivt beteende.
    7. Perseverative Svar: Bestäm antalet näsan peta svar i någon öppning efter råttan har gjort ett korrekt svar men före hämtning av socker pellets. Detta är ett mått på tvångsmässigt beteende.
    8. Magazine Inlägg: Bestäm antalet näsan peta svar till tidningen. Detta är ett mått på motivation.
    9. Latens till rätt åtgärd: Beräkna den genomsnittliga tiden från starten av stimulus till ett korrekt svar; ett mått på processorhastighet eller beslutsfattande.
    10. SenNCY till Felaktig åtgärd: Beräkna den genomsnittliga tiden från starten av stimulans till ett felaktigt svar; ett mått på processorhastighet eller beslutsfattande.
    11. Belöning Retrieval Latency: Beräkna den genomsnittliga tiden för en råtta att hämta sockerpellets belöning; kan spegla motivation.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Manipulationer av 5CSRTT att Probe visuospatial Attention

Ett sätt att variera uppmärksamhets krav uppgift är att ändra längden på stimulans. Som stimulans tiden minskar,% noggrannhet minskar (Figur 3A) och% utelämnanden ökning (Figur 3B, anpassad från 12). Alltså kortare stimulans löptider ökar uppmärksamhets krav uppgiften och längre stimulans löptider minskar uppmärksamhets krav uppgiften. Ändra stimulusduration inte tillförlitligt påverkar för tidigt att svara och svars latenser (data visas ej) 7,10,12.

En annan metod för att öka uppmärksamhets krav 5CSRTT är att sondera prestanda genom att förkorta ITI och därmed öka "händelsetakten". ITI kan antingen minskas och en visstidsanställning (dvs förkortas till 1,5 sek) eller det kan vara både minskade ennd gjorde oförutsägbar (dvs förkortad 0,5, 1,5, 3,0 eller 4,5 sek med var ITI inträffar i en pseudoslump mode). Minskning av ITI minskar% noggrannhet och ökar% utelämnanden. På grund av den korta tid som ITI, tenderar antalet för tidigt födda svar också att minska (för hypotetiska uppgifter se Figur 4A-C; baserad på Paine och Carlezon, opublicerad observation) 11.

Det finns andra förändringar i standarden 5CSRTT (införa skurar av "störande" vitt brus, som inför ett blinkande ljus eller ljusreglering stimulans ljus) 1,2,7,10 som kan användas för att sondera uppmärksamhet. Eftersom dessa testdag utmaningar krävs användning av extra utrustning de inte diskuteras i detalj här. Som sagt, dessa utmaningar leder vanligtvis till nedskärningar av noggrannhet och / eller ökningar utelämnanden 1,2,7,10.

Manipulationer av 5CSRTT att Probe ImpuLSE Kontroll

Som visas i figur 4D-F, kan utmanas svarshämning systematiskt i 5CSRTT genom att öka varaktigheten av ITI. ITI kan antingen ökas och en visstidsanställning (dvs, ökade till 7 sek) eller den kan både ökas och göras oförutsägbar (dvs., Ökade till 4,5, 6,0, 7,5 eller 9,0 sek med var ITI förekommande pseudoslumpmässigt) . Ökning av ITI tillförlitligt ökar antalet förtida svar begåtts utan att ha stora effekter på andra nyckeltal (baserat på Paine och Carlezon, opublicerad observation) 7,10,11,13,14.

Tolkning av test Day Challenge Data

Viktigt är det möjligt att kombinera analys av prestanda på testdag utmaning uppgifter med prestanda på standard uppgift för att få en bättre förståelse av den typ av prestanda underskottet iakttadagarna efter en viss manipulering. Till exempel, figurerna 5A och 5B visar att blockering av kortikalt GABA-syntes med intra prefrontala cortex infusioner av glutaminsyradekarboxylas (GAD)-inhibitor L-allylglycin (LAG) ökar utelämnanden, men påverkar inte% noggrannhet, i standarden 5CSRTT 12. Ökade försummelser på egen hand kan vara svåra att tolka eftersom de kan spegla ReMemo, sedering, motivation underskott eller förändrade rörelseförmåga. Således, för att få en bättre förståelse för innebörden av dessa underskott som vi använde test dag utmaningar för att avgöra om den ökade utelämnanden återspeglade en bristande uppmärksamhet eller var resultatet av en annan faktor. Först vi bedömt resultat på en svårare version av uppgiften där stimulusduration sänktes från 1,0 till 0,5 sek (figur 5D-5F) och sedan vi bedömt prestanda på en enklare version av uppgiften där stimulans varadeökat från 1,0 till 5 sekunder (figur 5G-5I). Eftersom utelämnanden höjdes i samma grad (faldig ökning från 0,0 mikrogram / ​​l dos) i alla tre versioner av uppgiften (figur 5B, 5E, och 5H) och eftersom noggrannheten var opåverkad av LAG infusioner i alla tre versioner av uppgiften ( Figurerna 5A, 5D, och 5G), drog vi slutsatsen att ökningen av försummelser sannolikt inte återspeglar en bristande uppmärksamhet. Vi uteslöt möjligheten att ändringen av utelämnanden speglade en minskning av motivation eftersom varken belöningen hämtning latency (figur 5C, 5F och 5I) eller antalet tidskriftsposter (visas ej) har system påverkats av LAG infusioner. Med hjälp av ett öppet fält som vi fastställt att LAG infusioner sannolikt ökade utelämnanden eftersom de påverkade rörelseförmåga (data visas ej) 12.

Figur 1. 5CSRTT apparat. A) Schematisk bild av de 5CSRTT rutorna visar arrangemanget av öppningar och tidningen från ett flygfoto. Varje öppning och maten tidningen är utrustade med infraröda sensorer för att upptäcka näsa petar. B) En 5CSRTT operant beting box (Medel Associates, St Albans VT). Å aluminium främre väggen i kammaren är de 5 näsa peta öppningar, var och en innehåller en LED stimulus ljus (1); aluminium bakvägg innehåller magasinet livsmedel (2), som är ansluten till pelleten dispensern (3), och huset ljus (4). Golvet är gjort av stänger av rostfritt stål (5); under golvet är en löstagbar spillfacket (6). Sidoväggarna (inklusive dörren) är konstruerade av klar polykarbonat (7). Kammaren är inrymt i ett ljuddämpande skåp (8) och en fläkt (9) ger maskeringsbrus och cirkulerar luft.

Figur 2
Figur 2 Struktur för en rättegång i 5CSRTT. Försök börja med en intertrial intervallet (ITI) under med houselight lyser. Vid slutet av ITI en stimulans ljus presenteras i en av de 5CSRTT öppningarna. Om en råtta näsa petar i den belysta öppningen, är ett livsmedel pellets levereras till tidningen och tidningen ljuset lyser. Pellets hämtning släcker tidningen ljus och startar nästa rättegång. Felaktiga svar och försummelser (underlåtenhet att svara) resulterar i en time out (TO), under vilken houselight släcks. Nästa prov börjar vid slutet av TO. Förhastade reaktioner (inträffar under ITI) resulterar också i en TO, men samma rättegång återupptas efter en TO utlöstes av en för tidig respons.

ve_content "fo: keep-together.within-page =" always "> Figur 3
Figur 3. Effekter av manipulera stimulans varaktighet på uppmärksamhet. Minska stimulusduration leder till minskningar av uppmärksamhet som åtgärd av en minskning av noggrannhet (A) och ökning av försummelser (B).

Figur 4
Figur 4. Hypotetiska effekter av manipulering varaktighet ITI på 5CSRTT prestanda. Minskning av varaktigheten av ITI och göra det oförutsägbara minskar noggrannheten (A) och prematura responser (C) och ökar% utelämnanden (B). Öka längden på ITI och göra it oförutsägbara inte tillförlitligt påverkar% noggrannhet (D) eller% utelämnanden (E) men ökar förtida svar (F).

Figur 5
Figur 5. Effekter av GABA synteshämmare på Standard (AC), Short (DF), och Long (GI) stimulans varaktighet versioner av 5CSRTT. När stimulus tiden förkortas (D, E), minskar% noggrannhet och% utelämnanden ökar i förhållande till standard uppgiften (A, B). Däremot när stimulus varaktighet förlänges (G, H), ökad% noggrannhet och% utelämnanden minskade relativt funktionen standard. (Denna siffra har modifierats Asinof & Paine 12; återges med tillstånd från Neuropharmacology).

Träning Stage Trials / Session Stimulus Varaktighet (SD) ITI Varaktighet Begränsad Hold (LH) Time Out (TO) Kriterium
% Korrekt % försummelser
TR-1 90 eller 30 min 30 2 30 2 > 75 <10
TR-2 90 eller 30 min 15 2 15 2 > 75 <10
TR-3 90 eller 30 min 15 3 15 3 > 75 <10
TR-4 90 eller 30 min 5 3 10 3 > 75 <15
TR-5 90 eller 30 min 2 3 5 3 > 70 * <15 *
TR-6 90 eller 30 min 2 5 5 5 > 65 * <15 *
TR-7 90 eller 30 min 1 5 5 5 > 50 <20

Tabell 1 träningsschema för Standard 5CSRTT. Vid varje tränings skede måste råttor prestera på eller över kriterium för 2 dagar i följd innan de flyttas till nästa träningsstadiet. % Korrekt är antalet korrekta rättegångar genom totalt studierna (dvs korrekt, felaktiga och försummelser) x100 och% utelämnanden är antalet försummelser dividerat med totala försök x100. * Anger att inte alla råttor kommer att kunnauppnå denna nivå av prestanda, men desto bättre prestanda på dessa utbildningsstegen desto mer sannolikt att de kommer att vara för att klara den sista etappen av utbildningen. Varaktigheten av stimulus, ITI, LH, och TO är alla i sekunder.

Träningsprogram Kognitiv funktion Stimulus Varaktighet (SD) ITI Varaktighet Begränsad Hold (LH) Time Out (TO)
Kort SD Uppmärksamhet 0,5 5 5 5
Lång SD Uppmärksamhet 5-februari 5 5 5
Kort ITI Uppmärksamhet 1 1,5 5 5
Kort Variabel ITI Uppmärksamhet 1 0.5,1.5, 3.0, 4.5 5 5
Lång ITI Impulsivitet 1 7 eller 9 5 5
Lång Variabel ITI Impulsivitet 1 4.5, 6.0, 7.5, 9.0 5 5

De 5CSRTT parametrarna kan manipuleras Tabell 2 Vanliga testdag utmaningar. Systematiskt för att undersöka olika kognitiva funktioner. Minskning av stimulans varaktighet eller minska ITI kan både användas för att utmana uppmärksamhetssystem. Om en förkortad ITI används kan ITI antingen vara av en fast varaktighet (t.ex. 1,5 sek) eller vara variabel (t ex., 0,5, 1,5, 3,0 och 4,5 sek). Förlänga stimulusduration minskar uppmärksamhetskrav. Impulskontroll kan utmanas genom att öka varaktigheten av ITI. ITI kan antingen vara av en fast varaktighet (t.ex. 7 sek) eller vara variabel (t.ex. 4,5, 6,0, 7,5, 9,0 sek). Om du använder en variabel ITI each ITI duration skulle inträffa pseudoslumpmässigt och varje råtta ska utsättas för lika många försök vid varje ITI. Sessionen längd och / eller antal försök bör ökas för att tillgodose detta. Längden på stimulans, ITI, LH och TO alla är i sekunder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den 5CSRTT är en allmänt använd uppgift att bedöma uppmärksamhet och impulskontroll hos gnagare. Uppmärksamhet är oftast mäts med noggrannhet svara 1,7,10. Eftersom noggrannhet svara omfattar inte utelämnanden och eftersom både korrekta och felaktiga svar har samma krav på svaret (dvs., En näsa peta i en öppning), noggrannhet inte påverkas av rörelseförmåga, motivation eller sedering. De% underlåtenhet kan även användas som ett mått på uppmärksamhet eftersom välutbildade gnagare ofta undanhålla ett svar snarare än "gissa" om de är osäkra på vilket hål belystes på en viss rättegång 1,10. Problematiskt, sedering, minskad motivation, och rörelseapparaten nedsättningar kan också störa ett råttor förmåga att reagera, vilket gör utelämnanden svåra att tolka. Till viss del kan dessa faktorer uteslutas genom att utvärdera andra åtgärder av prestanda eller genom att genomföra testdagen utmaningar. Exempelvis kan motiverande nedsättningar indikeras genom en minskning i magasinanteckningar och en ökning i belöningsinhämtnings latenser och sedation och / eller motorisk försämring kan indikeras med en allmän minskning i svara (dvs ökad utelämnanden, minskad prematura svaren och minskade magazine anteckningar ) och en allmän ökning av svars latenser. Som sagt, om det inte är klart om en förändring av försummelser speglar en bristande uppmärksamhet eller är resultatet av någon annan faktor, är det lämpligt att genomföra en testdag utmaning.

Impulsivitet är oftast mäts i 5CSRTT hjälp av för tidigt födda svar. För tidigt svar är dessa svar som inträffar under ITI, innan stimulus presentation. Man tror att dessa svar avspeglar en oförmåga att hålla inne pre potent svar på näsan poke och motsvarar således en form av impulsivitet som kännetecknas av en brist på svar inhibition 1,9. För tidigt födda svar är thborde vara analog med impulsiva reaktioner som gjorts under övriga uppgifter motor impulsivitet exempel går ingen gå uppgifter 1,8. Ett annat mått på svarshämning i 5CSRTT är perseverative svar; dessa är reaktioner som uppträder i en öppning efter ett korrekt svar har gjorts och socker pelleten belöning levereras. Perseverative svar tros spegla tvångs över reagera snarare än en impulsiv svarar i sig 1. Noterbart är dessa två mått på svars hämning medierad, delvis av olika neurala substrat 11; vilket tyder på att de är i själva verket olika åtgärder för respons inhibition.

Rätt svar latens (och / eller felaktig respons latens) används för att avgöra om en manipulation orsakar en förändring i råttornas processorhastighet eller beslutstiden 1,7. Som med utelämnanden emellertid responslatens kan påverkas av ett antal andra faktorer innefattande sedering,motivation och rörelseförmåga. Således måste det övergripande mönstret av resultaten bedömas för att avgöra om en viss manipulation påverkar bearbetning eller beslutsfattande hastighet.

Det finns flera fördelar med att använda 5CSRTT för att mäta uppmärksamhet och impulskontroll hos gnagare; dessa sannolikt förklara varför denna uppgift har antagits av laboratorier runt om i världen. För det första medger den 5CSRTT för samtidig undersökning av flera kognitiva funktioner. För det andra kan råttor hållas på stabila nivåer av prestanda i flera veckor till månader och kan lätt omskolas efter en period av ledighet. Eftersom baslinjen prestanda är stabil är det möjligt att använda en inom-ämnen design eller för att testa effekterna av kroniska manipulationer på uppgiften prestanda. För det tredje, är mångsidigheten hos den uppgift ökas genom variation av testdag utmaningar som kan genomföras. Viktigt är dessa manipulationer medföra förutsebara förändringar av prestanda, av vilka många har varitreplikeras i ett antal labs 1,7,10,12. Testdagen utmaningarna ge forskarna möjlighet att ytterligare karakterisera resultatunderskott (eller förbättringar) observerades på standarden uppgift eller kan avslöja förändringar i prestanda som inte observeras när råttorna testas på standarden uppgiften 16. Fjärde, eftersom flera beteende åtgärder samlas samtidigt, forskarna har möjlighet att bedöma påverkan av andra, potentiellt störande, faktorer på uppgiften prestanda. Slutligen därför operant kamrarna styrs av en extern dator där är förbättrad styrning av stimulus presentation, exakt tidpunkt för händelser och opartisk insamling av uppgifter 7.

Trots sina starka sidor, är 5CSRTT inte utan dess nackdelar. Den primära bristen i 5CSRTT är att det tar råttor många veckor att slutföra utbildningen och uppnå stabila nivåer av prestanda. Dessutom kan långvarig träningstid orsaka prestanda för att bli "automatic "eller svar vane 10; detta kan göra resultat på standarden uppgiften ogenomtränglig för vissa manipulationer. Genomförande testdag utmaningar som ökar uppgiften kräver eller ändra svarsutsedda, kan minimera inverkan av automatiska svara på prestation. Den förlängda utbildningen innebär dock leda till resultat som är relativt stabil över tiden möjliggör för enskilda ämnen som ska testas upprepade gånger och fungera som deras egen kontroll. Sålunda är den tid som krävs för att träna en individ föremål mildras av den mängd data som varje ämne kan generera. En annan nackdel med 5CSRTT är kravet att använda mild mat begränsning som ett sätt att motivera uppgift prestanda. Som sessionen fortsätter och ämnen blir mätta motivationen att svara kan påverkas; Detta kan leda till förändringar i uppgift prestanda 25. Pre utfodring ämnen före testning är ett sätt att avgöra om mättnadskänslan är att förmedla effekterna av en delicular manipulering 7,25,47. Dessutom kan det finnas farhågor att kronisk mild mat begränsning kan orsaka onödig stress för gnagare; men det finns växande bevis för motsatsen 48. Kanske mer problematiskt, mild mat begränsning kan förändra just de vägar som forskarna försöker undersöka; Detta kan påverka effekten av läkemedel på uppgiften prestanda 49.

Det är viktigt att notera att olika laboratorier rapporterar skillnader i grundnivån för prestanda på standard uppgiften. Detta kan delvis bero på skillnader i operant kamrarna själva, till exempel vissa laboratorier använder nio hål lådor och täppa varannan hål 1,2,7, medan andra labb använder 5-håls lådor 12,23. Dessutom är den stimulans ljus i vissa kamrar en glödlampa 2, medan i andra konfigurationer är en Ijusemitterande diod (LED) 23. Skillnader i baslinjen prestanda kan också bero på to variationer i utbildningsstrategi implementeras. Slutligen kan skillnader i stam av råtta (eller mus) används också hänsyn till skillnader i baseline prestanda. Endast ett fåtal laboratorier har jämfört resultat mellan råttstammar med blandat resultat. Till exempel, Sprague-Dawley-råttor har lägre baslinjenivåer av prestanda än göra Lister Hooded råttor 28. Däremot Auclair och kollegor 50 fann att Sprague-Dawley förvärvade uppgiften snabbare (dvs färre kurser) än Long-Evans-råttor, men båda grupperna till slut uppnått samma nivå av prestanda. Strain skillnader har också observerats vid användning av möss; C57BL / 6 möss är mer exakt och göra färre förtida svar än gör DBA / 2 möss när stimulusduration förkortas 51.

Även uppgiften förvärv och prestanda är liknande för mus och råtta, små avvikelser i utbildningsstrategi från den som beskrivs här får återERFORDRAS. Först, för att tillgodose deras mindre storlek, är musen 5CSRTT apparaten mindre än råtta 5CSRTT 5,6,36-39,51,52. För det andra, kan möss kräva större tillvänjning till operant kamrarna innan man inleder tränings 5,6,52. För det tredje finns det en större risk för mättnad och en förlust av motivation att svara med möss 5,6,52. För att tillgodose risken för mättnad mindre mat pellets (t ​​ex 12 mg för möss versus 45 mg för råttor) användas 52. Alternativt flytande förstärkare har även beskrivits 5,6,37. Slutligen kan det vara nödvändigt att köra alla sessioner med houselight off, detta ökar diskriminerande egenskaper stimulansljus 6.

Sammanfattningsvis är 5CSRTT en allmänt använd operant betingbaserad uppgift används för att studera uppmärksamhet och impulskontroll hos gnagare. Det finns flera fördelar med att använda den uppgift inte minst som är möjligheten att enkeltändra uppgiften att mer noggrant undersöka antingen uppmärksamhet eller impulskontroll.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna har ingenting att lämna ut.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes av en National Institutes of Health bidrag som beviljas till TAP (R15MH098246).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Five Hole Nose Poke Wall Chamber Package Med-Associates MED-NP5L-D1 Alternatively one could use the standard package (Catalog #:MED-NP5L-B1)
Deluxe
Dustless Precision Pellet Bio-Serv F0021 45 mg Purified

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Robbins, T. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology (Berl). 163, 362-380 (2002).
  2. Carli, M., Robbins, T. W., Evenden, J. L., Everitt, B. J. Effects of lesions to ascending noradrenergic neurones on performance of a 5-choice serial reaction task in rats; implications for theories of dorsal noradrenergic bundle function based on selective attention and arousal. Behav. Brain. Res. 9, 361-380 (1983).
  3. Leonard, J. A. 5 choice serial reaction apparatus. Med. Res. Council. Appl. Psychol. Res. , 326-359 (1959).
  4. Muir, J. L. Attention and stimulus processing in the rat. Brain. Res. Cogn. Brain. Res. 3, 215-225 (1996).
  5. Humby, T., Laird, F. M., Davies, W., Wilkinson, L. S. Visuospatial attentional functioning in mice: interactions between cholinergic manipulations and genotype. Eur. J. Neurosci. 11, 2813-2823 (1999).
  6. Humby, T., Wilkinson, L., Dawson, G. Assaying aspects of attention and impulse control in mice using the 5-choice serial reaction time task. Curr. Protoc. Neurosci. (8), Unit 8.5H (2005).
  7. Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats. Nat. Protoc. 3, 759-767 (2008).
  8. Dalley, J. W., Mar, A. C., Economidou, D., Robbins, T. W. Neurobehavioral mechanisms of impulsivity: Fronto-striatal systems and functional neurochemistry. Pharm. Biochem. Behav. 90, 250-260 (2008).
  9. Evenden, J. L. Varieties of Impulsivity. Psychopharmacology (Berl). 146, 348-361 (1999).
  10. Amitai, N., Markou, A. Comparative effects of different test day challenges on performance in the 5-choice serial reaction time task. Behav. Neurosci. 125, 764-774 (2011).
  11. Chudasama, Y., Passetti, F., Rhodes, S. E., Lopian, D., Desai, A., Robbins, T. W. Dissociable aspects of performance on the 5-choice serial reaction time task following lesions of the dorsal anterior cingulate, infralimbic and orbitofrontal cortex in the rat: differential effects on selectivity, impulsivity and compulsivity. Behav. Brain. Res. (146), 105-119 (2003).
  12. Asinof, S. K., Paine, T. A. Inhibition of GABA synthesis in the prefrontal cortex increases locomotor activity but does not affect attention in the 5-choice serial reaction time task. Neuropharmacology. 65, 39-47 (2013).
  13. Dalley, J. W., Lääne, K., Pena, Y., Theobald, D. E., Everitt, B. J., Robbins, T. W. Attentional and motivational deficits in rats withdrawn from intravenous self-administration of cocaine or heroin. Psychopharmacology (Berl). 182, 579-587 (2005).
  14. Dalley, J. W., et al. Cognitive sequelae of intravenous amphetamine self-administration in rats: evidence for selective effects on attentional performance. Neuropsychopharmacology. 30, 525-537 (2005).
  15. Moreno, M., et al. Divergent effects of D2/3 receptor activation in the nucleus accumbens core and shell on impulsivity and locomotor activity in high and low impulsive rats. Psychopharmacology (Berl). (228), 19-30 (2013).
  16. Lambe, E. K., Olausson, P., Horst, N. K., Taylor, J. R., Aghajanian, G. K. Hypocretin and nicotine excite the same thalamocortical synapses in prefrontal cortex: correlation with improved attention in rat. J. Neurosci. 25, 5225-5229 (2005).
  17. Navarra, R., et al. Effects of atomoxetine and methylphenidate on attention and impulsivity in the 5-choice serial reaction time test. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 32, 34-41 (2008).
  18. Maddux, J. M., Holland, P. C. Effects of dorsal or ventral medial prefrontal cortical lesions on five-choice serial reaction time performance in rats. Behav. Brain. Res. 221, 63-74 (2011).
  19. Inglis, W. L., Olmstead, M. C., Robbins, T. W. Selective deficits in attentional performance on the 5-choice serial reaction time task following pedunculopontine tegmental nucleus lesions. Behav. Brain. Res. 123, 117-131 (2001).
  20. Baunez, C., Robbins, T. W. Bilateral lesions of the subthalamic nucleus induce multiple deficits in an attention task in rats. Eur. J. Neurosci. 9, 2086-2099 (1997).
  21. Cole, B. J., Robbins, T. W. Effects of 6-hydroxydopamine lesions of the nucleus accumbens septi on performance of a 5-choice serial reaction time task in rats: implications for theories of selective attention and arousal. Behav. Brain. Res. 33, 165-179 (1989).
  22. Harrison, A. A., Everitt, B. J., Robbins, T. W. Doubly dissociable effects of median- and dorsal-raphé lesions on the performance of the five-choice serial reaction time test of attention in rats. Behav. Brain. Res. 89, 135-149 (1997).
  23. Paine, T. A., Tomasiewicz, H. C., Zhang, K., Carlezon, W. A. Jr Sensitivity of the five-choice serial reaction time task to the effects of various psychotropic drugs in Sprague-Dawley rats. Biol. Psychiatry. 62, 687-693 (2007).
  24. Paine, T. A., Carlezon, W. A. Jr Effects of antipsychotic drugs on MK-801-induced attentional and motivational deficits in rats. Neuropharmacology. 56, 788-797 (2009).
  25. Grottick, A. J., Higgins, G. A. Assessing a vigilance decrement in aged rats: effects of pre-feeding, task manipulation, and psychostimulants. Psychopharmacology (Berl). 164, 33-41 (2002).
  26. Hahn, B., Shoaibm, M., Stolerman, I. P. Nicotine-induced enhancement of attention in the five-choice serial reaction time task: the influence of task demands. Psychopharmacology (Berl). 162, 129-137 (2002).
  27. Pattij, T., Schetters, D., Schoffelmeer, A. N., van Gaalen, M. M. On the improvement of inhibitory response control and visuospatial attention by indirect and direct adrenoceptor agonists. Psychopharmacology (Berl). 219, 327-340 (2012).
  28. Mirza, N. R., Bright, J. L. Nicotine-induced enhancements in the five-choice serial reaction time task in rats are strain-dependent. Psychopharmacology (Berl). 154, 8-12 (2001).
  29. Pezze, M. A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. Remediation of attentional dysfunction in rats with lesions of the medial prefrontal cortex by intra-accumbens administration of the dopamine D2/3 receptor antagonist sulpiride. Psychopharmacology (Berl). 202, 307-313 (2009).
  30. Granon, S., Passetti, F., Thomas, K. L., Dalley, J. W., Everitt, B. J., Robbins, T. W. Enhanced and impaired attentional performance after infusion of D1 dopaminergic receptor agents into rat prefrontal cortex. J. Neurosci. 20, 1208-1215 (2000).
  31. Paine, T. A., Neve, R. L., Carlezon, W. A. Jr Attention deficits and hyperactivity following inhibition of cAMP-dependent protein kinase within the medial prefrontal cortex of rats. Neuropsychopharmacology. 34, 2143-2155 (2009).
  32. Besson, M., et al. Dissociable control of impulsivity in rats by dopamine d2/3 receptors in the core and shell subregions of the nucleus accumbens. Neuropsychopharmacology. 35, 560-569 (2010).
  33. Amitai, N., Markou, A. Chronic nicotine improves cognitive performance in a test of attention but does not attenuate cognitive disruption induced by repeated phencyclidine administration. Psychopharmacology (Berl). 202, 275-286 (2009).
  34. Dalley, J. W., Theobald, D. E., Eagle, D. M., Passetti, F., Robbins, T. W. Deficits in impulse control associated with tonically-elevated serotonergic function in rat prefrontal cortex. Neuropsychopharmacology. 26, 716-728 (2002).
  35. Barbelivien, A., Ruotsalainen, S., Sirviö, J. Metabolic alterations in the prefrontal and cingulate cortices are related to behavioral deficits in a rodent model of attention-deficit hyperactivity disorder. Cereb. Cortex. 11, 1056-1063 (2001).
  36. Peña-Oliver, Y., et al. Deletion of alpha-synuclein decreases impulsivity in mice. Genes. Brain. Behav. 11, 137-146 (2012).
  37. Trueman, R. C., Dunnett, S. B., Jones, L., Brooks, S. P. Five choice serial reaction time performance in the HdhQ92 mouse model of Huntington's disease. Brain. Res. Bull. 88, 163-170 (2012).
  38. Pattij, T., Janssen, M. C., Loos, M., Smit, A. B., Schoffelmeer, A. N., van Gaalen, M. M. Strain specificity and cholinergic modulation of visuospatial attention in three inbred mouse strains. Genes Brain Behav. 6, 579-587 (2007).
  39. Romberg, C., Mattson, M. P., Mughal, M. R., Bussey, T. J., Saksida, L. M. Impaired attention in the 3xTgAD mouse model of Alzheimer's disease: rescue by donepezil (Aricept). J. Neurosci. 31, 3500-3507 (2011).
  40. Paterson, N. E., Ricciardi, J., Wetzler, C., Hanania, T. Sub-optimal performance in the 5-choice serial reaction time task in rats was sensitive to methylphenidate, atomoxetine and d-amphetamine, but unaffected by the COMT inhibitor tolcapone. Neurosci. Res. 69, 41-50 (2011).
  41. Puumala, T., Ruotsalainen, S., Jäkälä, P., Koivisto, E., Riekkinen, P. Jr, Sirviö, J. Behavioral and pharmacological studies on the validation of a new animal model for attention deficit hyperactivity disorder. Neurobiol. Learn. Mem. (66), 198-211 (1996).
  42. Amitai, N., Markou, A. Disruption of performance in the five-choice serial reaction time task induced by administration of N-methyl-D-aspartate receptor antagonists: Relevance to cognitive dysfunction in schizophrenia. Biol. Psychiatry. 68, 5-16 (2010).
  43. Winstanley, C. A., et al. Increased impulsivity during withdrawal from cocaine self-administration: role for DeltaFosB in the orbitofrontal cortex. Cereb. Cortex. 19, 435-444 (2009).
  44. Shoaib, M., Bizarro, L. Deficits in a sustained attention task following nicotine withdrawal in rats. Psychopharmacology (Berl). 178, 211-222 (2005).
  45. Semenova, S., Stolerman, I. P., Markou, A. Chronic nicotine administration improves attention while nicotine withdrawal induces performance deficits in the 5-choice serial reaction time task in rats. Pharmacol. Biochem. Behav. 87, 360-368 (2007).
  46. National Academy Press. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. National Academy Press. , Washington, DC. (1996).
  47. Nemeth, C. L., et al. Role of kappa-opioid receptors in the effects of salvinorin A and ketamine on attention in rats. Psychopharmacology (Berl). 210, 263-274 (2010).
  48. Rowland, N. E. Food or fluid restriction in common laboratory animals: balancing welfare considerations with scientific inquiry. Comp. Med. 57, 149-160 (2007).
  49. Carr, K. D. Chronic food restriction: enhancing effects on drug reward and striatal cell signaling. Physiol. Behav. 91, 459-472 (2007).
  50. Auclair, A. L., Besnard, J., Newman-Tancredi, A., Depoortère, R. The five choice serial reaction time task: comparison between Sprague-Dawley and Long-Evans rats on acquisition of task, and sensitivity to phencyclidine. Pharmacol. Biochem. Behav. 92, 363-369 (2009).
  51. Patel, S., Stolerman, I. P., Asherson, P., Sluyter, F. Attentional performance of C57BL/6 and DBA/2 mice in the 5-choice serial reaction time task. Behav. Brain Res. (170), 197-203 (2006).
  52. Higgins, G. A., Breysse, N. Rodet model of attention: The 5-choice serial reaction time task. Current Protocols in Pharmacology. (5), Unit 5.49 (2008).

Tags

Neurovetenskap uppmärksamhet impulskontroll neurovetenskap kognition gnagare
Det 5-val Serial reaktionstid Uppgift: Uppgift uppmärksamhet och impulskontroll för Gnagare
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Asinof, S. K., Paine, T. A. The… More

Asinof, S. K., Paine, T. A. The 5-Choice Serial Reaction Time Task: A Task of Attention and Impulse Control for Rodents. J. Vis. Exp. (90), e51574, doi:10.3791/51574 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter