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-valg Seriel Reaction Time Opgave: En opgave opmærksomhed og Impulse Control til Gnavere

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

Summary

Denne protokol beskriver 5-valg seriel reaktionstid opgave, hvilket er en operant baseret opgave anvendes til at studere opmærksomhed og impulskontrol i gnavere. Testdag udfordringer, som er modifikationer af standard opgave, øge fleksibiliteten af ​​opgaven og kan kombineres med andre manipulationer til mere fuldt ud at karakterisere adfærd.

Abstract

Denne protokol beskriver 5-valg seriel reaktionstid opgave, hvilket er en operant baseret opgave anvendes til at studere opmærksomhed og impulskontrol i gnavere. Testdag udfordringer, ændringer til standard opgave, kan bruges til systematisk at beskatte de neurale systemer, der styrer enten opmærksomhed eller impulskontrol. Vigtigere er det, disse udfordringer har konsistente effekter på adfærd på tværs af laboratorier i intakte dyr og kan afsløre enten forbedringer eller underskud i kognitiv funktion, som ikke er synlige, når rotter kun testet på standard opgave. De mange forskellige adfærdsmæssige foranstaltninger, der indsamles kan bruges til at afgøre, om andre faktorer (dvs.., Sedation, motivation underskud, lokomotoriske impairments) bidrager til ændringer i ydeevne. Alsidigheden i 5CSRTT er yderligere forbedret, fordi det er muligt at foretage en kombination med farmakologiske, molekylære og genetiske teknikker.

Introduction

Den 5-valg seriel reaktionstid opgave (5CSRTT) blev udviklet af Trevor Robbins og kolleger ved University of Cambridge i for at forstå de adfærdsmæssige underskud vises af mennesker diagnosticeret med Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) 1,2. Det er baseret på kontinuerlig ydeevne opgaver anvendes til at studere opmærksomhed i mennesker 3; med opmærksomhed defineres som evnen til at tildele og opretholde fokus på kognitive ressourcer på bestemte stimuli eller information samtidig ignorerer andre oplysninger 4. Selvom opgaven oprindeligt blev designet til brug med rotter 1,2, har en mus-version også blevet udviklet 5,6.

Den grundlæggende 5CSRTT kræver rotter til at scanne en vandret række af fem åbninger til præsentation af en kort lys stimulus (cue) i en af ​​åbningerne; når rotten registrerer stimulus skal næse stikke i det oplyste åbning til at modtage en sukker pille belønning. SåledesDen opgave kræver rotter til både dele deres opmærksomhed på tværs af de 5 rumligt adskilte åbninger og at opretholde opmærksomhed indtil stimulus præsenteres i en given retssag og på tværs af flere forsøg i en session 1,7. Opmærksomheden er typisk vurderet af nøjagtigheden af ​​svarene. Selvom 5CSRTT oprindeligt var designet til at vurdere opmærksomhed, er det også anvendes til at vurdere impulsiv adfærd eller respons hæmning 1,7,8: evnen til at tilbageholde præ-potent eller uhensigtsmæssig reagere 9. Under opgave, skal rotter tilbageholde reagere for varigheden af den inter forsøg interval (ITI), og kun reagere, når stimulus præsenteres i en af åbningerne 1. Således tidlige reaktioner, der opstår under ITI før stimulus præsentation, et nyttigt indeks for impulsiv adfærd.

Den 5CSRTT er en utrolig fleksibel opgave-der er en række ændringer af den grundlæggende opgave (dvs. testdag udfordringer)der kan gennemføres til mere omhyggeligt at undersøge, hvordan eksperimentelle manipulationer påvirker adfærd. For eksempel faldende stimulus varighed eller forkorte ITI er forskellige mekanismer til at øge opmærksomhedskravet belastning af opgaven og kan bruges til systematisk at vurdere underdomæner af opmærksomhed 1,7,10-12. I modsætning øge stimulus varighed minimerer opmærksomhedskrav krav opgaven; dette kan anvendes til at afgøre, om en manipulation interfererer med evnen til at udføre de grundlæggende krav om hurtig reaktion opgaven 12. Øge varigheden af ITI kan bruges til at afgøre, om en bestemt manipulation påvirker impulsiv reagere 1,7,8,13-15. Desuden kan ved hjælp testdag udfordringer, såsom de netop beskrevne, afslører underskud 10 eller forbedringer 16,17 adfærd, som ikke er synlige i veluddannede rotter testet ved hjælp af standard test parametre.

Vigtigere er det, 5CSRTT er modtagelig to kombination med en række forskellige teknikker; for eksempel kognition er blevet undersøgt efter læsioner af diskrete hjerneområder 10,18-20, eller selektiv neurotransmitter udtynding 2,21,22. Adfærdsmæssige farmakologiske undersøgelser har brugt enten systemisk 16,17,23-28 eller diskret intrakraniel administration af lægemidler 29-32. Desuden ydeevne let vurderes efter akut 12,16,17,29-32 og kronisk Drug Administration 13,14,23,33. Virkningerne af opgaveløsningen på neurotransmitterfrigivelse 34 og metabolisk aktivitet 35 i diskrete områder i hjernen er også blevet vurderet. Hertil kommer, kan ydeevnen på opgaven skal bruges til at adskille rotter i grupper baseret på baseline opmærksomhedsgraden ydeevne 30,31 eller niveauer af impulsivitet 15,32. Endelig, med fremkomsten af en mus version af 5CSRTT 5,6 opgaven er blevet anvendt til at undersøge den genetiske bidrag til opmærksomhed og impUlse kontrollerer 5,36-39.

Fordi 5CSRTT vurderer flere kognitive funktioner samtidigt og er modtagelig at bruge i kombination af en række farmakologiske, molekylære og genetiske metoder er blevet rutinemæssigt anvendt til at vurdere kognitive dysfunktion i forbindelse med dyremodeller af psykiatriske og neurologiske sygdomme. For eksempel har 5CSRTT blevet brugt til at undersøge neurobiologi bag de kognitive forstyrrelser i Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) 37,40,41, skizofreni 23,33,42, narkomani 13,14,43-45, Alzheimers sygdom 18 , 39, Parkinsons sygdom 36, og Huntingtons sygdom 37.

Denne protokol indeholder retningslinjer for uddannelse rotter på 5CSRTT. Fordi en række resultatmål kan opsamles, beskriver vi, hvordan almindelige mønstre af results skal fortolkes. Derudover flere fælles modifikationer til grundlæggende protokol, testdagen udfordringer beskrives.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne procedure kræver brug af dyr; disse procedurer blev godkendt af Oberlin College Institutional Animal Care og brug udvalg og er i overensstemmelse med vejledningen for pleje og anvendelsen af forsøgsdyr 46.

1. 5CSRTT Apparat

  1. En skematisk af 5CSRTT apparatet er tilvejebragt i figur 1.
    1. Den 5CSRTT Apparatet består af et operant betingning kammer (30,5 x 24,1 x 29,2 cm) med 2 plexiglas sidevægge og en rustfri stål gitter gulv.
    2. Den aluminium front væg er afrundet, og indeholder fem næse poke åbninger (2,5 x 2,2 x 2,2 cm hver); hver åbning er forsynet med en lysemitterende diode (LED) og en infrarød sensor stand til at detektere indsættelsen af ​​rotternes næse.
    3. Aluminium bagvæg indeholder bladet fødevarer; dette er forbundet til en pellet dispenser og er udstyret med en infrarød sensor og en lille incandescent lys.
    4. En glødelampe hus lys, kan belyse hele kammeret er anbragt nær toppen af ​​bagvæggen.
  2. Hus 5CSRTT apparatet inden for et ventileret, lyd svækket operant betingning kammer.
  3. Brug en pc til at styre operant kammer og til at indsamle data.

2. Animalsk Boliger og klargøring

  1. Proceduren kræver brug af forsøgsdyr; indhente godkendelse fra Institutional Animal Care og brug Udvalg (IACUC) før påbegyndelse af nogen eksperimenter.
  2. Hus rotter i par.
    1. Oprethold rotter på en 14:10 lys / mørke-cyklus (lys på kl 7:00) i et rum med en konstant temperatur på 22 ± 1 ° C.
    2. Tillad rotter fri adgang til vand, mens i deres bure, men fødevarer begrænse dem.
    3. Mad begrænse rotter til 85-90% af deres fri fodring vægt to til fem dage før starten af ​​magasinet uddannelse oghele 5CSRTT træning og test. Feed rotter efter daglig træning og vejes dagligt for at sikre, at de tager på i vægt (~ 5 g / uge).

3. 5CSRTT Procedure

  1. Generelt 5CSRTT Training Overvejelser
    1. Tog rotter ved en standard tid på dagen mindst 5 dage om ugen; uddannelse sker over mange faser (se tabel 1) og tager flere uger.
    2. Tog og test rotter i samme operant kammer (se pkt 3,2-3,5 nedenfor); små afvigelser i rotternes miljø kan påvirke deres præstationer.
    3. Ved afslutningen af ​​hver session Rengør alle overflader i kammeret med vand tilsat desinfektionsmiddel natriumhypochlorit (eller et andet desinfektionsmiddel efter samråd med din dyrlæge).
  2. Magasin Træning
    1. Indførelse af sukker piller (45 mg) til rotter i deres hjem bur forud for den første session. Dette minimerer neophobia og sikrer rotter vil RETRieve sukker piller fra magasinet fødevarer.
    2. Placer rotter i operant kammer (fans på) med blænde huller tilstoppet. Tillad rotter at vænne til kammer i 5 min.
    3. Lever tres sukker piller til magasin om enten et fast interval 20 sek (FI-20, dag 1) tidsplan eller et FI-30 skema (dag 2).
      Bemærk: Det houselight kan forblive tændt under hele sessionen og magasinet lyset skal være tændt efter pille levering og kan forblive tændt indtil pillen hentes.
    4. I slutningen af ​​notatet session hvorvidt sukker pellets forbruges; fortsat træning i mindst 2 dage, eller indtil alle pellets forbruges.
  3. 5CSRTT Træning
    1. Figur 2 indeholder en skematisk af et enkelt 5CSRTT retssag.
    2. Placer hver rotte i en operant kammer med fans på. Tillad rotter at vænne til kammer i 5 min.
    3. Ved udgangen af ​​tilvænningsperiode, belyse magasinet lys og levere one sukker pille. Den første retssag begynder, når denne pille hentes.
    4. Begynd hver forsøg med en inter retssag interval (ITI), hvor kun huset lys lyser. Ved udgangen af ​​ITI pseudo tilfældigt belyse en af ​​blænden lys for den foreskrevne stimulus varighed. Lad rotte tid til at reagere på stimulus præsentation; tidspunktet rotten får lov til at reagere, er den begrænsede venteposition (LH).
    5. Næse poke svar til den oplyste åbning resultat i leveringen af ​​en sukker pille til magasinet og belysning af magasinet lys; sådanne reaktioner anses for korrekte svar. Sluk magasinet lys og indlede næste forsøg på træpiller hentning.
    6. Næse poke svar til uoplyste åbninger (forkerte svar) og fiaskoer til at reagere i løbet af LH (udeladelser) resulterer i en time-out (TO). Sluk houselight under TO. Signalere begyndelsen af ​​næste forsøg i slutningen af ​​TO ved at belyse houselight.
    7. Score næse poke reaktioner under ITI som for tidlige reaktioner; straffe disse svar med en til periode. Reinitiere samme forsøg efter en TO forårsaget af en for tidlig reaktion.
    8. Afslut hver session efter 90 forsøg eller 30 minutter, alt efter hvad der kommer først.
    9. For første fase af træningssættet stimulus varighed på 30 sek, LH til 30 sek, ITI til 2 sek og TO til 2 sek. Juster disse parametre tværs uddannelse, således at stimulus varighed er 1 sek og LH ITI og AT er alle 5 sek (se tabel 1). Flyt rotter til den næste træning fase, når de har nået de foreslåede kriterier uddannelse. Test rotter efter de udviser stabile præstationer på den afsluttende fase.
      Bemærk: Sprague-Dawley rotter typisk nå kriterium ydeevne (~ 65% nøjagtighed, <20% udeladelser) inden for 4-8 uger, hvis trænet 5 dage om ugen. Forskellige stammer af rotter har dog forskellige evner til at udføre opgaven. For eksempel kan Lister Hooded rotter opnå høje niveauer afnøjagtighed (> 80%) med færre udeladelser (<20%) med en kort stimulus varighed (0,5 sek) (f.eks Bari et al, 2008;.. Mizra og Bright, 2001). Det anbefales, at forskere justere stimulus parametre og kriterium ydeevne til at afspejle stamme af rotte (eller mus), der anvendes.
  4. 5CSRTT Test
    1. Beregn baseline ydeevne (% nøjagtighed,% udeladelser, præmature respons) ved at midle resultater på de enkelte foranstaltninger på tværs af de seneste 3-5 sessioner (se nedenfor). Brug disse data til at opdele rotter i grupper (hvis påkrævet), eller som en individuel rotters baseline.
    2. Brug testdag udfordringer (tabel 2) til yderligere sonde adfærd.
    3. For inden for fag design, intersperse træningssessioner med testdag udfordring sessioner.
      Bemærk: testdagen udfordringer kan bruges til at supplere behandlingen af ​​adfærd på standard opgave. Disse manipulationer kan afsløre subtile ændringer i adfærd, der ikke er synlige efter omfattendeuddannelse på den standard opgave og / eller bruges til at få en bedre forståelse af karakteren af ​​en performance underskud.
  5. 5CSRTT resultater Foranstaltninger
    1. Brug en computer til at beregne resultatmål.
    2. Nøjagtighed på at reagere (% nøjagtighed): Del antallet af korrekte svar med de samlede rigtige og forkerte svar. Dette er det primære mål for opmærksomhed.
      [# korrekte svar / (# korrekte svar + # forkert svar)] x 100
    3. Udeladelser: Opdel antallet af forsøg, hvor rotten ikke responderede med det samlede antal forsøg afsluttet. % udeladelser kan afspejle opmærksomhed, men kan også være påvirket af sedation, motivation og motorisk evne, og dermed fortolkningen af ​​udeladelser afhænger af andre resultatmål.
      [# udeladelser / (# udeladelser + # korrekte svar + # forkerte svar)] x 100
    4. Korrekte svar: Opdel antallet af korrekte svar med det samlede antal forsøg compniveau, slettes.
      [# Korrekte svar / (# udeladelser + # korrekte svar + # forkerte svar)] x 100
    5. Forkerte svar: Opdel antallet af forkerte svar med det samlede antal forsøg afsluttet.
      [# Forkerte svar / (# udeladelser + # korrekte svar + # forkerte svar)] x 100
    6. Præmatur Responses: Bestem antallet af besvarelser foretaget under ITI. Dette er det primære mål for impulsiv adfærd.
    7. Perseverative Responses: Bestem antallet af næsen poke reaktioner i nogen åbning, efter at rotten har foretaget et korrekt svar, men før hentning af sukkeret pellet. Dette er et mål for kompulsiv adfærd.
    8. Magazine Entries: Bestem antallet af næsen poke svar i magasinet. Dette er et mål for motivation.
    9. Latens til rigtige svar: Beregn den gennemsnitlige tid fra starten af ​​stimulus til et korrekt svar; et mål for behandlingen hastighed eller beslutningstagning.
    10. SentNCY til Forkert svar: Beregn den gennemsnitlige tid fra starten af ​​stimulus til en forkert reaktion; et mål for behandlingen hastighed eller beslutningstagning.
    11. Beløn ​​Retrieval Latency: Beregn den gennemsnitlige tid for en rotte at hente sukker pille belønning; kan afspejle motivation.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Manipulationer af 5CSRTT at Probe Visuospatial Attention

En metode til at variere opmærksomhedsforstyrrelser krav opgaven er at ændre varigheden af ​​stimulus. Som stimulus varighed falder,% nøjagtighed aftager (figur 3A) og% udeladelser stigning (figur 3B, tilpasset fra 12). Således kortere stimulus varigheder øge opmærksomhedskrav krav opgaven og længere stimulus varigheder mindske opmærksomhedskrav krav opgaven. Ændring af stimulus varighed ikke pålideligt påvirker tidligt at reagere, og respons latenstider (data ikke vist) 7,10,12.

En anden tilgang til at øge opmærksomhedskrav krav fra 5CSRTT er at sonden ydeevne ved at forkorte ITI og derved øge den "hændelse sats". ITI kan enten reduceres, og en fast varighed (dvs. forkortet til 1,5 sek), eller det kan være både nedsat ennd gjort uforudsigelige (dvs. forkortet 0,5, 1,5, 3,0 eller 4,5 sekunder med hver ITI forekommer i en pseudotilfældig mode). Faldende ITI nedsætter% nøjagtighed og øger% udeladelser. På grund af den korte varighed af ITI, at antallet af for tidlige reaktioner også tendens til at falde (for hypotetiske data se figur 4A-C, baseret på Paine og Carlezon, upubliceret observation) 11.

Der er andre modifikationer af standard 5CSRTT (indførelse byger af 'distraherende' hvid støj, som indfører et blinkende lys, eller dæmpning de stimulerende lys) 1,2,7,10, der kan bruges til at undersøge opmærksomhed. Fordi disse testdag udfordringer kræves brug af ekstra udstyr, de ikke blev drøftet i detaljer her. Når det er sagt, disse udfordringer generelt føre til en reduktion i nøjagtighed og / eller stigninger i udeladelser 1,2,7,10.

Manipulationer af 5CSRTT at Probe ImpuLSE Kontrol

Som illustreret i figur 4D-F, kan reaktion hæmning systematisk udfordret i 5CSRTT ved at øge varigheden af ITI. ITI kan enten øges, og en fast varighed (dvs. øget til 7 sek), eller det kan både øges og gøres uforudsigelig (dvs.., Steg til 4,5, 6,0, 7,5, eller 9,0 sek med hver ITI forekommende pseudo tilfældigt) . Forøgelse af ITI pålideligt øger antallet af for tidlige reaktioner begået uden at have væsentlige virkninger på andre resultatmål (baseret på Paine og Carlezon, upubliceret observation) 7,10,11,13,14.

Fortolkning af testdagen Challenge data

Vigtigere er det, er det muligt at kombinere analyse af performance på testdagen udfordring opgaver med performance på den standard opgave med henblik på at opnå en bedre forståelse af karakteren af ​​underskuddet ydeevne observered efter en bestemt manipulation. For eksempel 5A og 5B viser, at blokering af kortikal GABA-syntese med intra præfrontale cortex infusioner af glutaminsyre-decarboxylase (GAD)-inhibitor L-allylglycine (LAG) øger udeladelser, men påvirker ikke% nøjagtighed, i standard 5CSRTT 12. Øgede udeladelser på egen hånd kan være svært at tolke, da de kan afspejle opmærksomhed underskud, sløvhed, motivation underskud eller ændret locomotor evne. Således, for at opnå en bedre forståelse af betydningen af ​​disse underskud, vi brugte testdagen udfordringer at afgøre, om stigningen i udeladelser afspejlede en opmærksomhed underskud eller var resultatet af en anden faktor. Først skal vi vurderede ydeevne på en sværere version af opgaven, hvor stimulus varighed blev reduceret fra 1,0 til 0,5 sekunder (figur 5D-5F), og derefter vi vurderede præstation på en lettere version af den opgave, som var stimulus varighedsteg fra 1,0 til 5 sek (figur 5G-5I). Fordi udeladelser blev forhøjet i samme grad (fold stigning fra 0,0 ug / ul dosis) i alle tre versioner af opgaven (figur 5B, 5E, og 5H), og fordi nøjagtighed var upåvirket af LAG infusioner i alle tre versioner af opgaven ( 5A, 5D, og 5G), konkluderede vi, at stigningen i udeladelser sandsynligvis ikke afspejler en opmærksomhed underskud. Vi udelukkede muligheden for, at ændringen i udeladelser afspejlede et fald i motivation, fordi hverken belønning hentning latency (figur 5C, 5F, og 5I), blev heller ikke antallet af magasin poster (ikke vist) systemisk påvirket af LAG infusioner. Ved hjælp af en åben mark vi fastslået, at LAG infusioner sandsynligvis øgede undladelser, fordi de påvirkede locomotor evne (data ikke vist) 12.

Figur 1. 5CSRTT apparatet. A) Skematisk af 5CSRTT kasserne viser arrangementet af åbninger og magasinet fra et luftfoto. Hver åbning og magasinet mad er udstyret med infrarøde sensorer for at detektere næse stikker. B) En 5CSRTT operant betingning box (MED-Associates, St. Albans VT). På aluminium forreste væg i kammeret er 5 næse poke åbninger, som hver indeholder en LED stimulus lys (1); aluminium bagvæggen indeholder fødevarer magasinet (2), som er forbundet til pelleten dispenseren (3), og huset lys (4). Gulvet er lavet af stænger af rustfrit stål (5); under gulvet er en udtagelig spildbakke (6). Sidevæggene (herunder døren) er konstrueret af klart polycarbonat (7). Kammeret har til huse i en lyddæmpende aflukke (8) og en ventilator (9) bestemmer maskering støj og cirkulerer luft.

Figur 2
Figur 2. Strukturen i en retssag i 5CSRTT. Trials begynde med en intertrial interval (ITI) under med houselight lyser. Ved udgangen af ​​ITI en stimulus lys er præsenteret i et af de 5CSRTT åbninger. Hvis en rotte næse stikker i det oplyste åbning er en foderpille leveret til magasinet og magasinet lampe lyser. Pille hentning slukker magasinet lys og starter næste forsøg. Forkerte svar og undladelser (manglende svar) resulterer i en time-out (TO), hvorunder houselight er slukket. Det næste forsøg begynder ved slutningen af ​​TO. Præmatur reaktioner (opstået under ITI) også resultere i en til, men det samme forsøg genoptages efter en TO udløst af en for tidlig reaktion.

ve_content "FO: keep-together.within-page =" altid "> Figur 3
Figur 3. Virkninger af manipulere stimulus varighed på opmærksomhed. Faldende stimulus varighed fører til fald i opmærksomhed som foranstaltning ved et fald i nøjagtighed (A) og stigning i udeladelser (B).

Figur 4
Figur 4. Hypotetiske virkninger manipulere varigheden af ITI på 5CSRTT ydeevne. Aftagende varighed af ITI og gøre det uforudsigelige falder nøjagtighed (A) og for tidlige reaktioner (C) og øger% udeladelser (B). Øge varigheden af ​​ITI og gøre it uforudsigelig ikke pålideligt påvirker% nøjagtighed (D) eller% udeladelser (E), men øger præmature responser (F).

Figur 5
Figur 5. Virkninger af GABA synteseinhibitoren på Standard (AC), Kort (DF), og Long (GI) stimulus varighed versioner af 5CSRTT. Når stimulus varighed forkortes (D, E),% nøjagtighed falder og% udeladelser stige i forhold til den standard opgave (A, B). I modsætning hertil, når stimulus varighed forlænges (G, H),% nøjagtighed øges og% udeladelser reduceret i forhold til standard opgave. (Dette tal er blevet ændret fra Asinof & Paine 12, genoptrykt med tilladelse fra Neuropharmacology).

Træning Stage Forsøg / Session Stimulus Varighed (SD) ITI Varighed Begrænset Hold (LH) Time Out (TO) Kriterium
% Korrekt % Udeladelser
TR-1 90 eller 30 minutter 30 2 30 2 > 75 <10
TR-2 90 eller 30 minutter 15 2 15 2 > 75 <10
TR-3 90 eller 30 minutter 15 3 15 3 > 75 <10
TR-4 90 eller 30 minutter 5 3 10 3 > 75 <15
TR-5 90 eller 30 minutter 2 3 5 3 > 70 * <15 *
TR-6 90 eller 30 minutter 2 5 5 5 > 65 * <15 *
TR-7 90 eller 30 minutter 1 5 5 5 > 50 <20

Tabel 1. Uddannelse Tidsplan for Standard 5CSRTT. På hvert uddannelse fase skal rotter udføre på eller over kriterium for 2 på hinanden følgende dage, inden de flyttes til den næste træning fase. % Korrekt er antallet af rigtige forsøg divideret med de samlede forsøg (dvs. korrekte, forkerte og udeladelser) x100 og% udeladelser er antallet af udeladelser divideret med samlede forsøg x100. * Viser, at ikke alle rotter vil være i stand tilnå dette niveau af ydeevne, men bedre deres præstationer på disse uddannelse iscenesætter mere sandsynligt, de vil blive at færdiggøre den sidste fase af uddannelse. Varigheden af ​​stimulus, ITI, LH, og AT er alle i sekunder.

Training Program Kognitiv funktion Stimulus Varighed (SD) ITI Varighed Begrænset Hold (LH) Time Out (TO)
Kort SD Opmærksomhed 0,5 5 5 5
Lang SD Opmærksomhed 5-feb 5 5 5
Short ITI Opmærksomhed 1 1.5 5 5
Kort Variabel ITI Opmærksomhed 1 0.5,1.5, 3.0, 4.5 5 5
Lang ITI Impulsivitet 1 7 eller 9 5 5
Lang Variabel ITI Impulsivitet 1 4,5, 6,0, 7,5, 9,0 5 5

Tabel 2. Fælles testdagen udfordringer. De 5CSRTT parametre kan systematisk manipuleres for at undersøge forskellige kognitive funktioner. Reducering stimulus varighed eller faldende ITI kan både bruges til at udfordre opmærksomhedsforstyrrelser systemer. Hvis der anvendes en forkortet ITI kan ITI enten være af en fast varighed (fx 1,5 sek), eller være variabel (f.eks., 0,5, 1,5, 3,0 og 4,5 sek). Forlængelse stimulus varigheden falder koncentrationsproblemer krav. Impuls kontrol kan blive udfordret ved at øge varigheden af ​​ITI. ITI kan enten være af en fast varighed (f.eks 7 sekunder), eller være variabel (f.eks, 4,5, 6,0, 7,5, 9,0 sek). Hvis du bruger en variabel ITI eACH ITI varighed skulle opstå pseudo tilfældigt og hver rotte bør udsættes for samme antal forsøg ved hver ITI. Længde sessionen og / eller antallet af forsøg bør øges for at imødekomme dette. Varigheden af ​​stimulus, ITI, LH og TO alle er i sekunder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den 5CSRTT er et udbredt opgave at vurdere opmærksomhed og impulskontrol i gnavere. Opmærksomheden er mest almindeligt måles ved rigtigheden af at reagere 1,7,10. Fordi nøjagtighed reagere omfatter ikke udeladelser og fordi begge rigtige og forkerte svar har det samme krav respons (dvs.., En næse stikke i en åbning), nøjagtighed er ikke påvirket af locomotor evne, motivation eller sedation. De udeladelser% kan også bruges som et mål for opmærksomhed, fordi veluddannede gnavere ofte vil tilbageholde en reaktion snarere end "gætte", hvis de er usikre på hvilket hul blev belyst på en bestemt retssag 1,10. Problematisk, sedation, nedsat motivation, og bevægeapparatet nedskrivninger kan også forstyrre en rotternes evne til at reagere, hvilket gør udeladelser svære at fortolke. Til en vis grad, kan disse faktorer udelukkes ved at vurdere andre foranstaltninger af funktionsdygtighed eller ved at gennemføre test dages udfordringensek. For eksempel kan motiverende nedskrivninger angives af et fald i magasin poster og en stigning i belønning hentning ventetid og smertestillende midler og / eller motorisk svækkelse kan angives med et generelt fald i at reagere (dvs. øget udeladelser, nedsat præmature svarene og faldt magasin poster ) og en generel stigning i respons latenstider. Når det er sagt, hvis det ikke er klart, om en ændring i udeladelser afspejler en opmærksomhed underskud eller er resultatet af en anden faktor, er det tilrådeligt at gennemføre en test dag udfordring.

Impulsivitet er mest almindeligt måles i 5CSRTT hjælp tidlige reaktioner. Præmatur reaktioner er de reaktioner, der forekommer under ITI forud for stimulus præsentation. Det menes, at disse reaktioner afspejler en manglende evne til at tilbageholde pre potente reaktion på næsen sækken og afspejler således en form for impulsivitet er karakteriseret ved en manglende reaktion hæmning 1,9. Præmatur reaktioner er thburde være analog med impulsive reaktioner foretaget under andre opgaver for motorisk impulsivitet såsom gå no go opgaver 1,8. Et andet mål for respons hæmning i 5CSRTT er perseverative reaktioner; disse reaktioner, der opstår i en åbning efter et korrekt svar er blevet gjort, og sukker pille belønning leveret. Perseverative svar menes at afspejle kompulsiv løbet reagere snarere end en impulsiv reaktion i sig selv 1. Især er disse to mål for respons hæmning medieret dels af forskellige neurale substrater 11; tyder på, at de er i virkeligheden forskellige foranstaltninger for respons hæmning.

Korrekt svar latency (og / eller forkert reaktion latenstiden) bruges til at afgøre, om en manipulation medfører en ændring i rotternes processorhastighed eller beslutningstagning tid 1,7. Som med udeladelser dog svar latenstid kan blive påvirket af en række andre faktorer, herunder sedation,motivation og lokomotorisk evne. Således skal det overordnede mønster af resultater vurderes for at fastslå, om en bestemt manipulation påvirker forarbejdning eller beslutningstagning hastighed.

Der er flere fordele ved at bruge den 5CSRTT for at måle opmærksomhed og impulskontrol i gnavere; disse sandsynligvis forklare, hvorfor denne opgave er blevet vedtaget af laboratorier over hele verden. Først 5CSRTT tillader samtidig undersøgelse af flere kognitive funktioner. For det andet kan rotter holdes på en stabil ydeevne i flere uger til måneder, og kan nemt genoptrænes efter en periode fra. Da baseline ydeevne er stabil, er det muligt at anvende en indenfor-fag design eller at afprøve virkningerne af kroniske manipulationer på opgaveløsningen. For det tredje er alsidigheden af ​​opgaven øges ved forskellige testdagen udfordringer, som kan gennemføres. Vigtigere er det, disse manipulationer medfører forudsigelige ændringer i ydeevne, hvoraf mange har væretreplikeres i en række laboratorier 1,7,10,12. Testdagen udfordringer gør det muligt for forskerne at yderligere at karakterisere ydeevnen underskud (eller forbedringer) observeret på standard opgave eller kan afsløre ændringer i ydelsen, som ikke er overholdt, når rotter testet på standard opgave 16. For det fjerde, fordi flere adfærdsmæssige foranstaltninger indsamles samtidig er forskerne i stand til at vurdere, hvilken indflydelse andre potentielt forstyrrende, faktorer på opgaveløsningen. Endelig fordi de operantkamre styres af en ekstern computer der er forbedret styring af stimulus præsentation, præcis timing af begivenheder og uvildig indsamling af data 7.

Trods sine styrker, den 5CSRTT er ikke uden ulemper. Den primære ulempe ved 5CSRTT er, at det tager rotter mange uger til at gennemføre en uddannelse og opnå stabile ydeevne. Desuden kan langvarig træning tid forårsage ydeevne til at blive "automatic 'eller svar vanemæssige 10; dette kan gøre performance på standard opgave uigennemtrængeligt for bestemte manipulationer. Gennemførelsesbestemmelser testdag udfordringer, som øger opgave krav eller ændre respons uforudsete udgifter, kan mindske virkningen af ​​automatiske reagere på præstationen. Den forlængede uddannelse betyder imidlertid resultere i ydeevne, som er relativt stabil over tid giver mulighed for enkelte fag, der skal testes gentagne gange og fungere som deres egen kontrol. Således er den nødvendige tid til at træne et individ afbødes af mængden af ​​data, som hvert individ kan generere. En anden ulempe ved den 5CSRTT er kravet om at anvende mild mad begrænsning som et middel til at motivere opgaveløsning. Da sessionen fortsætter og emner bliver mæt motivationen til at reagere, kan blive påvirket; dette kan føre til ændringer i opgaveløsningen 25. Pre fodring emner inden testen er et af midlerne til at bestemme, om mæthed mægle virkningerne af en delicular manipulation 7,25,47. Desuden kan der være bekymring for, at kronisk mild mad begrænsning kan forårsage unødig stress til gnavere; men der er stadig flere beviser på det modsatte. 48 Måske mere problematisk, mild mad begrænsning kan ændre selve veje, som forskerne forsøger at undersøge; dette kan påvirke effekten af lægemidler på opgaveløsningen 49.

Det er vigtigt at bemærke, at forskellige laboratorier rapporterer forskelle i baseline niveau af ydeevne på den standard opgave. Dette kan til dels skyldes forskelle i operantkamre selv, for eksempel nogle laboratorier anvender 9-hullers kasser og der lukker hver anden hul 1,2,7, mens andre laboratorier anvender 5-huls kasser 12,23. Desuden stimulus lys i nogle kamre er en glødepære 2, mens i andre konfigurationer er en lysemitterende diode (LED) 23. Forskelle i baseline niveauer af ydeevne kan også skyldes to variationer i uddannelsesstrategi implementeret. Endelig kan forskelle i stammen af ​​rotter (eller mus), der anvendes også tegner sig for forskelle i baseline niveauer af ydeevne. Kun få laboratorier har sammenlignet resultater på tværs af rottestammer med blandede resultater. For eksempel, Sprague-Dawley rotter har lavere baseline niveauer af ydeevne end at gøre Lister hætteklædte rotter 28. I modsætning hertil Auclair og kolleger 50 fandt, at Sprague-Dawley rotter erhvervede opgaven hurtigere (dvs. i færre træningssessioner) end Long Evans rotter, men begge grupper i sidste ende nået det samme niveau af ydeevne. Strain forskelle er også blevet observeret ved brug af mus; C57BL / 6 mus er mere nøjagtige og gøre færre tidlige responser end lave DBA / 2 mus, når stimulus varighed forkortes 51.

Selv om erhvervelse og ydeevne opgave er ens for mus og rotter, små afvigelser i uddannelsen strategi fra at her skitserede kan genanvendesefter behov. Først, for at imødekomme deres mindre størrelse, mus 5CSRTT apparatet er mindre end rotte 5CSRTT 5,6,36-39,51,52. For det andet, kan mus kræve større tilvænning til de operantkamre inden påbegyndelse af træning 5,6,52. For det tredje, er der en større risiko for mæthed og tab af motivation til at reagere med mus 5,6,52. For at imødekomme risikoen for mæthed mindre foderpiller (f.eks 12 mg for mus i forhold til 45 mg for rotter), bør anvendes 52. Alternativt flydende forstærkere er også blevet beskrevet 5,6,37. Endelig kan det være nødvendigt at køre alle sessioner med houselight fra dette øger diskriminerende egenskaber af de stimulerende lys 6.

Sammenfattende 5CSRTT er en udbredt operant betingning baseret opgave anvendes til at studere opmærksomhed og impulskontrol i gnavere. Der er flere fordele ved at bruge opgaven ikke mindst som er evnen til nemtændre opgaven til mere omhyggeligt at undersøge enten opmærksomhed eller impulskontrol.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at afsløre.

Acknowledgments

Dette arbejde blev støttet af en National Institutes of Health tilskud til 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

Neuroscience opmærksomhed impulskontrol neurovidenskab kognition gnaver
Det 5-valg Seriel Reaction Time Opgave: En opgave opmærksomhed og Impulse Control til Gnavere
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