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Behavior

Die 5-Wahl Serienreaktionszeit-Aufgabe: Eine Aufgabe der Aufmerksamkeit und Impulskontrolle für Nager

doi: 10.3791/51574 Published: August 10, 2014

Summary

Dieses Protokoll beschreibt die 5-Choice-Serienreaktionszeit-Aufgabe, die eine operante basierend Aufgabe verwendet werden, um Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagetieren zu studieren ist. Testtag Herausforderungen, die Änderungen der Standardaufgabe sind, erhöhen die Flexibilität der Aufgabe und kann mit anderen kombiniert werden, um Manipulationen mehr vollständig zu charakterisieren Verhalten werden.

Abstract

Dieses Protokoll beschreibt die 5-Choice-Serienreaktionszeit-Aufgabe, die eine operante basierend Aufgabe verwendet werden, um Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagetieren zu studieren ist. Testtag Herausforderungen, Änderungen an der Standardaufgabe können verwendet werden, um systematisch zu besteuern, die neuronalen Systeme steuern entweder Aufmerksamkeit oder Impulskontrolle werden. Wichtig ist, dass diese Herausforderungen konsequent Auswirkungen auf das Verhalten in Labors in intakten Tieren und kann entweder Erweiterungen oder Defizite in der kognitiven Funktion, die nicht erkennbar sind, wenn Ratten werden nur auf der Standardaufgabe getestet offenbaren. Die Vielfalt der Verhaltensmaßnahmen, die gesammelt werden, können verwendet werden, um festzustellen, ob andere Faktoren (dh., Sedierung, Motivation Defizite, Bewegungsstörungen) auf Veränderungen in der Leistung beitragen. Die Vielseitigkeit der 5CSRTT weiter verbessert, da sie zugänglich Kombination mit pharmakologischer, molekularen und genetischen Techniken.

Introduction

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Die 5-Wahl serielle Reaktionszeit-Aufgabe (5CSRTT) wurde von Trevor Robbins und Kollegen an der Universität von Cambridge, um die Verhaltensdefizite von Menschen mit Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) diagnostiziert 1,2 angezeigt verstehen, entwickelt. Es basiert auf kontinuierliche Leistungsaufgaben eingesetzt, um die Aufmerksamkeit des Menschen 3-Studie; mit Aufmerksamkeit, als die Fähigkeit, sich auf bestimmte Reize oder Informationen bereitstellen und erhalten den Fokus der kognitiven Ressourcen und ignorieren andere Informationen 4 definiert. Obwohl die Aufgabe wurde ursprünglich für den Einsatz mit Ratten 1,2 entwickelt wurde, hat eine Maus-Version auch entwickelt 5,6.

Die Grund 5CSRTT erfordert Ratten, um eine horizontale Anordnung von fünf Öffnungen für die Präsentation von einer kurzen Lichtreiz (cue) in eine der Öffnungen zu scannen; Sobald die Ratte erkennt den Reiz muss Nase stecken in dem beleuchteten Blende auf eine Zucker Pellet Lohn empfangen. SoDie Aufgabe erfordert Ratten sowohl teilen ihre Aufmerksamkeit auf den räumlich getrennten Öffnungen 5 und die Aufmerksamkeit zu erhalten, bis der Stimulus in einem gegebenen Versuch und über mehrere Versuche in einer Sitzung 1,7 dargestellt. Aufmerksamkeit wird typischerweise durch die Genauigkeit der Antworten bewertet. Obwohl die 5CSRTT wurde ursprünglich entworfen, um Aufmerksamkeit zu beurteilen, ist es auch verwendet werden, um impulsives Verhalten oder Reaktion Hemmung 1,7,8 beurteilen: die Fähigkeit zur Zurückhaltung vorge potent oder unangemessen reagiert 9. Während der Aufgabe muß Ratten einzubehalten Reaktion für die Dauer der Studie unter Intervalls (ITI) und nur reagieren, wenn der Stimulus in einer der Öffnungen 1 dargestellt. So vorzeitige Reaktionen, die während des ITI vor Stimuluspräsentation stattfindet, einen nützlichen Index der impulsives Verhalten.

Die 5CSRTT ist ein unglaublich flexibles aufgaben gibt es eine Reihe von Änderungen des Grundaufgabe (dh Testtag Herausforderungen)das kann implementiert werden, um genauer zu untersuchen, wie experimentelle Manipulationen Verhalten beeinflussen werden. B. Verringern der Stimulationsdauer und Verringerung der ITI sind verschiedene Mechanismen, um das Aufmerksamkeits Last der Aufgabe erhöht und kann verwendet werden, systematisch zu analysieren Subdomänen Aufmerksamkeit 1,7,10-12 werden. Im Gegensatz, die Erhöhung der Reizdauer minimiert die Aufmerksamkeits Anforderungen der Aufgabe; Dies kann verwendet werden, um festzustellen, ob eine Manipulation stört die Fähigkeit, die Grundreaktions Anforderungen der Task 12 ausgeführt werden. Erhöhen der Dauer des ITI kann ermittelt werden, ob eine bestimmte Manipulation beeinflusst treibend reagiert 1,7,8,13-15 werden. Darüber hinaus können mit Hilfe von Test Tag Herausforderungen, wie die eben beschriebene, 10 oder Defizite Verbesserungen 16,17 von Verhalten, das nicht offensichtlich in gut ausgebildeten Ratten getestet mit den Standard-Testparameter zu offenbaren.

Wichtig ist, dass die 5CSRTT zugänglich to Kombination mit einer Anzahl verschiedener Techniken; beispielsweise Erkenntnis wurde untersucht nach Läsionen von diskreten Hirnareale 10,18-20, oder selektive Neurotransmitter Abreicherungen 2,21,22. Verhaltens pharmakologische Untersuchungen haben entweder systemisch oder diskrete 16,17,23-28 intrakranielle Verabreichung von Medikamenten 29-32. Außerdem Leistung ist leicht nach akuten und chronischen 12,16,17,29-32 Drug Administration 13,14,23,33 bewertet. Die Auswirkungen der Aufgabenerfüllung auf die Freisetzung von Neurotransmittern 34 und 35 Stoffwechselaktivität in einzelnen Bereichen des Gehirns haben auch untersucht worden. Darüber hinaus kann die Leistung von der Aufgabe verwendet, um Ratten in Gruppen basierend auf Ausgangsaufmerksamkeitsleistung 30,31 oder Ebenen Impulsivität 15,32 abzutrennen. Schließlich, mit dem Aufkommen von einer Maus-Version des 5CSRTT 5,6, die Aufgabe wurde verwendet, um die genetischen Beitrag zur Aufmerksamkeit und imp untersuchenUlse steuern 5,36-39.

Weil die 5CSRTT beurteilt mehreren kognitiven Funktionen gleichzeitig und zugänglich ist, die in Kombination aus einer Vielzahl von pharmakologischen, molekulare und genetische Ansätze wurde routinemäßig verwendet, um die kognitive Dysfunktion in Zusammenhang mit Tiermodellen von psychiatrischen und neurologischen Störungen beurteilen zu verwenden. Zum Beispiel die 5CSRTT wurde verwendet, um die zugrunde liegenden Neurobiologie untersuchen die kognitiven Störungen bei Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) 37,40,41, 23,33,42 Schizophrenie, Drogenabhängigkeit 13,14,43-45, Alzheimer-Krankheit 18 , 39, Parkinson 36 und Huntington-Krankheit 37.

Dieses Protokoll enthält Richtlinien für die Ausbildung Ratten auf der 5CSRTT. Weil eine Reihe von Performance-Maßnahmen gesammelt werden können, beschreiben wir, wie gemeinsame Muster von Results sollte interpretiert werden. Neben mehreren gemeinsamen Modifikationen an der Basisprotokoll, die Test Tag Herausforderungen, werden beschrieben.

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Protocol

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Dieses Verfahren erfordert die Verwendung von Tieren; Diese Verfahren wurden von der Oberlin College Institutional Animal Care und Use Committee genehmigt und stehen im Einklang mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren 46.

1. 5CSRTT Apparat

  1. Ein Schema des 5CSRTT Vorrichtung ist in Figur 1 vorgesehen.
    1. Die 5CSRTT Gerät besteht aus einer operanten Konditionierung Kammer (30,5 x 24,1 x 29,2 cm) mit 2 Plexiglasseitenwände und einer Edelstahlgitterboden.
    2. Die Aluminium-Vorderwand ist abgerundet und enthält fünf Nase Sack Öffnungen (2,5 x 2,2 x 2,2 cm je); Jede Öffnung ist mit einer Leuchtdiode (LED) und einem Infrarotsensor, der Erfassung des Einsetzens des Ratten Nase ausgestattet.
    3. Die Aluminium-Rückwand enthält die Nahrungsmittelzeitschrift; Dies wird zu einer Pelletspender verbunden ist und mit einem Infrarotsensor und einem kleinen incandescen ausgestattett Licht.
    4. Eine Glühlampe Haus Licht, in der Lage, die Beleuchtung des gesamten Kammer liegt in der Nähe der Spitze der Rückwand angebracht.
  2. Haus der 5CSRTT Geräte in einem gut belüfteten, klingen abgeschwächten operante Konditionierung Kammer.
  3. Verwenden Sie einen PC-Computer, die operante Kammer zu steuern und Daten zu sammeln.

2. Tierhaltung und Vorbereitung

  1. Das Verfahren erfordert die Verwendung von Versuchstieren; erhalten die Genehmigung der Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) vor der Aufnahme von Experimenten.
  2. Hausratten in Paaren.
    1. Pflegen Ratten auf einem 14.10 Licht / Dunkel-Zyklus (Licht an um 7.00 Uhr) in einem Raum mit einer konstanten Temperatur von 22 ± 1 ° C
    2. Ermöglichen Ratten freien Zugang zu Wasser, während in ihre Käfige, aber das Essen beschränken sie.
    3. Lebensmittel beschränken Ratten auf 85-90% ihrer freien Fütterung Gewicht zwei bis fünf Tage vor dem Beginn der Ausbildung und Magazinganz 5CSRTT Ausbildung und Prüfung. Feed-Ratten nach täglichen Training und wiegen sie täglich, um sicherzustellen, dass sie an Gewicht zunehmen (~ 5 g / Woche).

3. 5CSRTT Vorgehens

  1. Allgemeine Überlegungen 5CSRTT Ausbildung
    1. Zug Ratten bei einer Standard-Tageszeit mindestens 5 Tage pro Woche; Ausbildung erfolgt über viele Stufen (siehe Tabelle 1) und dauert mehrere Wochen.
    2. Bahn und Testratten in der gleichen operante Kammer (siehe Abschnitte 3.2-3.5 unten); kleine Abweichungen in der Ratten-Umgebung kann die Leistung beeinträchtigen.
    3. Am Ende jeder Sitzung alle Oberflächen der Kammer mit Wasser, das Desinfektionsmittel Natriumhypochlorit (oder ein anderes Desinfektionsmittel nach Rücksprache mit Ihrem Tierarzt).
  2. Magazin Ausbildung
    1. Einführung Zuckerpellets (45 mg) bei Ratten in ihren Heimatkäfig vor der ersten Sitzung. Dies minimiert neophobia und sorgt für Ratten retRieve Zuckerpellets aus der Lebensmittelmagazin.
    2. Ort Ratten in der operanten Kammer (Fans) mit der Öffnung Löcher verschlossen. Ratten zu ermöglichen Kammer für 5 min zu gewöhnen.
    3. Liefern sechzig Zucker Pellets Magazin entweder auf einem festen Intervall 20 s (FI-20, Tag 1) Zeitplan oder ein FI-30 Plan (Tag 2).
      Hinweis: Die houselight kann für die Dauer der Sitzung und dem Magazin beleuchtet bleiben sollte auf Pelletzuführrohr beleuchtet werden und beleuchtet bleiben, bis das Pellet wird wieder aufgerufen.
    4. Am Ende der Sitzung zur Kenntnis, ob Zuckerpellets verbraucht werden; weiterhin Ausbildung für mindestens 2 Tage, oder bis alle Pellets verbraucht.
  3. 5CSRTT Ausbildung
    1. Abbildung 2 zeigt eine schematische Darstellung einer einzelnen 5CSRTT Studie.
    2. Platzieren Sie jede Ratte in einer operanten Kammer mit den Fans auf. Ratten zu ermöglichen Kammer für 5 min zu gewöhnen.
    3. Am Ende der Eingewöhnungszeit, beleuchten die Zeitschrift Licht und liefern one Zucker Pellets. Der erste Prozess beginnt, wenn diese Pellet wird abgerufen.
    4. Beginnen Sie jeden Versuch mit einer interTestIntervall (ITI), während dem nur das Haus Licht leuchtet. Am Ende des ITI, pseudozufällig beleuchten eine der Öffnung Lichter für die vorgeschriebenen Stimulusdauer. Ermöglichen die Ratte Zeit, um die Stimuluspräsentation entsprechen; die Zeit, die Ratte ist erlaubt, zu reagieren, ist die begrenzte halten (LH).
    5. Nase Sack Antworten in die beleuchtete Öffnung Ergebnis in der Lieferung einer Zuckerpellets mit dem Magazin und der Magazinbeleuchtungslicht; solche Antworten sind korrekt Antworten. Löschen das Licht und die Zeitschrift nächsten Versuch auf Pellet Abruf initiieren.
    6. Nase Sack Antworten in unbeleuchteten Öffnungen (falsche Antworten) und Misserfolge während des LH (Unterlassungen) führen zu einer Auszeit (TO) reagieren. Löschen Sie die houselight während der ZU. Signalisieren den Beginn der nächsten Verhandlung am Ende der TO durch Beleuchtung des houselight.
    7. Ergebnis Nase Sack Reaktionen während des ITI als verfrüht Antworten; bestrafen diese Reaktionen mit einer Periode. Reinitiate den gleichen Versuch nach einer durch eine vorzeitige Reaktion verursacht.
    8. Ende jeder Sitzung nach 90 Versuchen oder 30 Minuten, je nachdem, was zuerst eintritt.
    9. Für die erste Stufe der Ausbildung setzen Sie die Reizdauer auf 30 sec, die LH 30 sec, die ITI bis 2 s und die auf 2 Sekunden. Passen Sie diese Parameter über Ausbildung, so dass die Reizdauer ist 1 s und die LH, ITI und TO sind alle 5 sec (siehe Tabelle 1). Ratten bewegen auf die nächste Trainingsstufe, sobald sie die vorgeschlagenen Ausbildungskriterien erreicht haben. Test Ratten nach zeigen sie eine stabile Leistung auf der letzten Etappe.
      Hinweis: Sprague-Dawley Ratten erreichen in der Regel Kriterium Leistung (~ 65% Genauigkeit, <20% Auslassungen) innerhalb von 4-8 Wochen, wenn trainiert 5 Tage pro Woche. Verschiedene Stämme von Ratten jedoch unterschiedliche Fähigkeiten, um die Aufgabe auszuführen. Zum Beispiel kann Lister Haubenratten hohe erreichenGenauigkeit (> 80%) mit weniger Auslassungen (<20%) mit einem kurzen Reizdauer (0,5 s) (zB Bari et al, 2008;.. Mizra und Bright, 2001). Es wird empfohlen, dass die Forscher einstellen Stimulationsparameter und Kriterium Leistung Rattenstamm (oder Maus) spiegeln verwendet.
  4. 5CSRTT Testing
    1. Berechnen Basisleistung (% Genauigkeit,% Auslassungen, vorzeitige Reaktionen) durch Mittelung Leistung auf die einzelnen Maßnahmen in den letzten 3-5 Sitzungen (siehe unten). Nutzen diese Daten, um Ratten in Gruppen einzuteilen (falls erforderlich) oder als Einzel Ratten Grundlinie.
    2. Mit Test Tag Herausforderungen (Tabelle 2), weitere Sonde Verhalten.
    3. Für innerhalb der Subjekte Designs, durchsetzen Trainings mit Testtag Herausforderung Sitzungen.
      Hinweis: Test Tag Herausforderungen kann zur Prüfung des Verhaltens auf der Standardaufgabe zu ergänzen. Diese Manipulationen können subtile Veränderungen im Verhalten, die nicht offensichtlich sind nach umfangreichen zeigenTraining auf der Standardaufgabe und / oder verwendet werden, um ein besseres Verständnis der Art eines Leistungsdefizits zu gewinnen.
  5. 5CSRTT Performance-Kennzahlen
    1. Verwenden Sie einen Computer, um die Leistung Maßnahmen zu berechnen.
    2. Genauigkeit reagiert (% Genauigkeit): Teilen Sie die Anzahl der richtigen Antworten durch die Summe der richtigen und falschen Antworten. Dies ist die primäre Maßnahme der Aufmerksamkeit.
      [# Richtigen Antworten / (# + # richtigen Antworten falsche Antwort)] x 100
    3. Auslassungen: Teilen Sie die Anzahl der Studien, in denen die Ratte nicht durch die Gesamtzahl der Versuche abgeschlossen reagieren. % Auslassungen kann die Aufmerksamkeit zu reflektieren, sondern kann auch durch Sedierung, Motivation und motorischen Fähigkeiten beeinflusst werden, was die Interpretation der Auslassungen hängt von anderen Performance-Maßnahmen.
      [# Auslassungen / (# + # Auslassungen richtigen Antworten + # falsche Antworten)] x 100
    4. Korrekte Antworten: Teilen Sie die Anzahl der richtigen Antworten durch die Gesamtzahl der Versuche herunterladenge- löscht.
      [# Richtigen Antworten / (# + # Auslassungen richtigen Antworten + # falsche Antworten)] x 100
    5. Falsche Antworten: Teilen Sie die Anzahl der falschen Antworten durch die Gesamtzahl der Versuche abgeschlossen.
      [# Falschen Antworten / (# + # Auslassungen richtigen Antworten + # falsche Antworten)] x 100
    6. Vorzeitige Antworten: Bestimmen Sie die Anzahl der Antworten bei der ITI gemacht. Dies ist die primäre Maß für impulsives Verhalten.
    7. Perseverative Antworten: Bestimmen Sie die Anzahl der Nase Sack Antworten in jede Öffnung, nachdem die Ratte hat eine richtige Antwort, aber vor Abruf der Zucker Pellets. Dies ist ein Maß für Zwangsverhalten.
    8. Magazin-Einträge: Bestimmen Sie die Anzahl der Nase Sack Antworten in das Magazin. Dies ist ein Maß der Motivation.
    9. Latenz Aktion Korrigieren: Berechnen der Durchschnittszeit zwischen dem Beginn der Impulse für eine korrekte Antwort; ein Maß für die Verarbeitungsgeschwindigkeit oder der Entscheidungsfindung.
    10. SpätNCY um falsche Reaktion: Berechnen der Durchschnittszeit zwischen dem Beginn des Reizes an eine falsche Antwort; ein Maß für die Verarbeitungsgeschwindigkeit oder der Entscheidungsfindung.
    11. Belohnen Retrieval Latenz: Berechnen Sie die durchschnittliche Zeit für eine Ratte, um den Zucker Pellet Belohnung abrufen; kann die Motivation zu reflektieren.

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Representative Results

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Manipulationen der 5CSRTT, die Probe Visuospatial Achtung

Ein Ansatz zur Veränderung der Aufmerksamkeitsanforderungen der Aufgabe besteht darin, die Dauer des Stimulus zu ändern. Da die Stimulusdauer abnimmt, nimmt% Genauigkeit (3A) und% Auslassungen Erhöhung (3B, 12 angepasst). Damit kürzere Laufzeiten erhöhen die Reizaufmerksamkeits Anforderungen der Aufgabe und mehr Reiz Dauer verringern die Aufmerksamkeits Anforderungen der Aufgabe. Veränderung der Reizdauer nicht zuverlässig beeinflussen vorzeitigen reagiert und Antwortlatenzen 7,10,12 (Daten nicht gezeigt).

Ein weiterer Ansatz zur Erhöhung der Aufmerksamkeits Anforderungen des 5CSRTT ist, um die Leistung durch die Verkürzung der ITI und damit die Erhöhung der "Ereignisrate" zu untersuchen. Der ITI entweder verringert werden, und der eine feste Zeitdauer (dh auf 1,5 sec verkürzt) oder es kann sowohl eine verringerteNd unberechenbar (dh verkürzt 0.5, 1.5, 3.0 oder 4.5 sec mit jedem ITI in einer pseudo-zufälligen Weise auftreten). Verringerung der ITI abnimmt% Genauigkeit und erhöht% Auslassungen. Wegen der kurzen Dauer des ITI, tendiert die Zahl der vorzeitigen Reaktionen auch zur Senkung (für hypothetische Daten siehe Abbildung 4A-C; basierend auf Paine und Carlezon, unveröffentlichte Beobachtung) 11.

Es gibt noch andere Änderungen an der Standard 5CSRTT (Einführung Ausbrüche von 'störend' weißes Rauschen, die Einführung einer Blinkleuchte oder Dimmen der Leuchten Stimulus) 1,2,7,10, die verwendet werden können, um die Aufmerksamkeit zu untersuchen. Da diese Test Tag Herausforderungen erforderte den Einsatz von Zusatzgeräten wurden sie nicht im Detail diskutiert hier. Das heißt, diese Herausforderungen Regel zu Preissenkungen in der Richtigkeit und / oder Erhöhungen der Auslassungen 1,2,7,10 führen.

Manipulationen der 5CSRTT dass Probe ImpuLSE Steuer

Wie in Figur 4D-F dargestellt, Reaktionsinhibition systematisch im 5CSRTT durch Erhöhung der Dauer des ITI in Frage gestellt werden. Das ITI kann entweder erhöht werden, und einer festen Laufzeit (dh erhöhte sich auf 7 sec) oder beide erhöht werden kann und gemacht unberechenbar (dh., Erhöhte sich auf 4.5, 6.0, 7.5, 9.0 oder sec mit jedem ITI auftretenden Pseudozufallsprinzip) . Erhöhung der ITI die Anzahl der vorzeitigen Antworten, ohne große Auswirkungen auf andere Kennzahlen verpflichtet zuverlässig erhöht (basierend auf Paine und Carlezon, unveröffentlichte Beobachtung) 7,10,11,13,14.

Interpretation der Testdaten-Tage-Challenge

Wichtig ist, ist es möglich, Analyse der Leistung am Testtag Herausforderung Aufgaben mit Leistung auf der Standardaufgabe, um ein besseres Verständnis der Natur des Leistungsdefizits gewinnen beobachten kombinierend nach einem bestimmten Manipulation. Beispielsweise zeigen die 5A und 5B zeigt, dass die Blockierung kortikalen GABA-Synthese mit intra präfrontalen Kortex Infusionen von Glutaminsäure-Decarboxylase (GAD)-Inhibitor L-Allylglycin (LAG) erhöht Auslassungen, aber keinen Einfluss auf die Genauigkeit%, im Standard 5CSRTT 12. Erhöhte Auslassungen auf ihren eigenen können schwer zu interpretieren, da sie Aufmerksamkeitsdefizite, Sedierung, Motivation Defizite oder geändert Bewegungsfähigkeit reflektieren kann. So, um ein besseres Verständnis der Bedeutung dieser Defizite gewinnen wir verwendet die Test Tag Herausforderungen, um festzustellen, ob die Zunahme der Auslassungen reflektiert eine Aufmerksamkeitsdefizit-oder war das Ergebnis einer anderen Faktor. Zunächst untersuchten wir die Leistung auf einem schwierigere Version der Aufgabe, in der die Reizdauer von 1,0 auf 0,5 Sekunden (5D-5F) reduziert und dann beurteilt wir Leistung auf eine leichtere Version der Aufgabe, in der die Reizdauer betrugerhöht von 1,0 bis 5 sec (5G-5I). Da Auslassungen wurden im gleichen Maße erhöht (fachen Anstieg von 0,0 ug / ul Dosis) in allen drei Versionen der Aufgabe (5B, 5E und 5H) und weil die Genauigkeit war unbeeinflusst von LAG-Infusionen in allen drei Versionen der Aufgabe ( 5A, 5D und 5G), schlossen wir, dass die Zunahme der weggelassen wurde, was nicht eine Aufmerksamkeitsdefizit zu reflektieren. Wir schlossen die Möglichkeit, dass die Änderung der reflektierten Auslassungen eine Abnahme der Motivation, weil weder die Belohnung Abruf Latenz (5C, 5F und 5I), noch die Anzahl der Einträge Magazin (nicht gezeigt) wurden systemisch LAG Infusionen betroffen. Verwendung eines offenen Feldes bestimmt, dass wir LAG Infusionen wahrscheinlich erhöhte Auslassungen, weil sie Bewegungsfähigkeit (Daten nicht gezeigt) 12 betroffen.

Abbildung 1. Die 5CSRTT Gerät. A) Schematische Darstellung der 5CSRTT Boxen, die die Anordnung von Öffnungen und das Magazin aus der Vogelperspektive. Jede Öffnung und das Essen Magazin sind mit Infrarot-Sensoren, um die Nase stochert. B) A 5CSRTT operante Konditionierung Feld (Med-Associates, St. Albans VT) erkennen ausgestattet. Auf der Aluminium-Frontwand der Kammer sind die 5 Nase Sack Öffnungen, von denen jede eine LED-Lichtreiz (1) enthält; die Aluminium-Rückwand enthält die Nahrung Magazin (2), die an der Pelletspender (3) verbunden ist, und das Haus Licht (4). Der Boden ist aus Edelstahlstäben (5) gemacht; unter dem Boden ist eine herausnehmbare Auffangschale (6). Die Seitenwände (einschließlich der Tür) sind aus klarem Polycarbonat (7) ausgebildet ist. Die Kammer befindet sich in einem schalldämpfenden Kabine (8) und einem Ventilator (9) untergebracht und liefert Geräuschabdeckungs zirkuliert Luft.

Figur 2
Abbildung 2. Aufbau einer Studie in den 5CSRTT. Trials beginnen mit einem intertrial Intervall (ITI) bei mit der houselight leuchtet. Am Ende des ITI ein Reiz Licht in eine der Öffnungen 5CSRTT dargestellt. Wenn eine Ratte Nase steckt in dem beleuchteten Öffnung wird ein Futterpellet der Zeitschrift geliefert und das Magazin Licht leuchtet. Pellet Abruf löscht das Magazin Licht und startet den nächsten Versuch. Falsche Antworten und Auslassungen (nicht reagiert) führen zu einer Auszeit (TO), während der die houselight erlischt. Der nächste Versuch beginnt mit dem Ende des AN. Vorzeitige Antworten (während des ITI auftreten) auch in einem TO führen, aber die gleiche Studie wird nach einer wieder eingeleitet durch eine vorzeitige Reaktion ausgelöst.

ve_content "fo: keep-together.within-page =" always "> Figur 3
Abbildung 3. Einfluss der Manipulation Reizdauer auf Aufmerksamkeit. Verringerung der Reizdauer führt zu in der Aufmerksamkeit als Maßnahme durch eine Abnahme der Genauigkeit (A) und der Erhöhung der Auslassungen (B) ab.

Figur 4
Abbildung 4. Hypothetische Einfluss der Manipulation der Dauer des ITI auf 5CSRTT Leistung. Verringern der Dauer des ITI und es unvorhersehbar verringert Genauigkeit (A) und vorzeitiger Reaktionen (C) und erhöht Auslassungen% (B). Erhöhen der Dauer des ITI und macht it unvorhersehbare nicht zuverlässig beeinflussen% Genauigkeit (D) oder Auslassungen% (E), sondern erhöht vorzeitigen Reaktionen (F).

Figur 5
Abbildung 5. Wirkungen der GABA-Synthese-Inhibitor auf dem Standard (AC), kurz (DF) und Long (GI) Stimulusdauer Versionen des 5CSRTT. Wenn der Reizdauer wird verkürzt (D, E), nimmt% Genauigkeit und Auslassungen% erhöhen bezogen auf die Standardaufgabe (A, B). Im Gegensatz dazu, wenn der Stimulusdauer verlängert wird (G, H), erhöhte Genauigkeit und%% Auslassungen verringert relativ zu der Standardaufgabe. (Diese Zahl hat sich von Asinof & Paine 12 geändert worden; mit Genehmigung der Neuropharmakologie abgedruckt).

Ausbildung Bühnen Studien / Session Reizdauer (SD) ITI Dauer Begrenzte Hold (LH) Time Out (TO) Kriterium
Korrekte% % Auslassungen
TR-1 90 oder 30 Minuten 30 2 30 2 > 75 <10
TR-2 90 oder 30 Minuten 15 2 15 2 > 75 <10
TR-3 90 oder 30 Minuten 15 3 15 3 > 75 <10
TR-4 90 oder 30 Minuten 5 3 10 3 > 75 <15
TR-5 90 oder 30 Minuten 2 3 5 3 > 70 * <15 *
TR-6 90 oder 30 Minuten 2 5 5 5 > 65 * <15 *
TR-7 90 oder 30 Minuten 1 5 5 5 > 50 <20

Tabelle 1. Schulungsplan für Standard-5CSRTT. Bei jeder Trainingsstufe muss Ratten bei oder oberhalb Kriterium für 2 aufeinanderfolgende Tage, bevor sie zu der nächsten Trainingsstufe bewegt zuführen. % Richtig ist die Anzahl der richtigen Studien, geteilt durch die Gesamt Studien (dh, richtig, falsch und Unterlassungen) x100% und Auslassungen ist die Anzahl der Auslassungen geteilt durch die Gesamt Studien x100. * Zeigt, dass nicht alle Ratten in der Lage,erreichen dieses Niveau der Leistung, aber umso besser ihre Leistung bei dieser Trainingsstufen desto eher wird es sein, die letzte Stufe der Ausbildung erfolgreich abzuschließen. Die Dauer des Reizes, ITI, LH, und TO sind alle in Sekunden.

Schulungsprogramm Kognitive Funktion Reizdauer (SD) ITI Dauer Begrenzte Hold (LH) Time Out (TO)
Kurz SD Aufmerksamkeit 0,5 5 5 5
Lange SD Aufmerksamkeit 5-Feb 5 5 5
Kurz ITI Aufmerksamkeit 1 1,5 5 5
Short Variable ITI Aufmerksamkeit 1 0.5,1.5, 3.0, 4.5 5 5
Lange ITI Impulsivität 1 7 oder 9 5 5
Lange Variable ITI Impulsivität 1 4.5, 6.0, 7.5, 9.0 5 5

Tabelle 2. Gemeinsame Test Day Herausforderungen. 5CSRTT Die Parameter lassen sich systematisch um die verschiedenen kognitiven Funktionen Sonde manipuliert werden. Verringerung der Reizdauer oder Verringerung der ITI kann sowohl zur Aufmerksamkeitssysteme herausfordern werden. Wenn eine verkürzte ITI verwendet wird, kann das ITI entweder einer festen Zeitdauer (beispielsweise 1,5 sec) oder variabel (beispiels., 0,5, 1,5, 3,0 und 4,5 Sekunden). Verlängerung der Reizdauer verringert Aufmerksamkeitsanforderungen. Impulssteuerung durch Erhöhen der Dauer des ITI in Frage gestellt werden. Der ITI kann entweder von einer festen Dauer (beispielsweise 7 Sekunden) oder variabel (beispielsweise 4,5, 6,0, 7,5, 9,0 sec). Wenn Sie einen variablen ITI each ITI Dauer sollte pseudozufällig auftreten und jede Ratte sollte die gleiche Anzahl von Versuchen an jedem ITI ausgesetzt werden. Die Sitzungsdauer und / oder die Anzahl der Versuche sollte, um dem Rechnung zu erhöhen. Die Dauer des Reizes, ITI, LH und für alle sind in Sekunden.

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Discussion

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Die 5CSRTT ist eine weit verbreitete Aufgabe, Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagetieren zu bewerten. Aufmerksamkeit wird am häufigsten durch die Genauigkeit der Reaktion 1,7,10 gemessen. Da die Genauigkeit der Beantwortung nicht enthalten Auslassungen und weil beide richtigen und falschen Antworten die gleiche Antwort Bedarf haben (dh., Eine Nase stecken in einer Öffnung), Genauigkeit ist nicht durch Bewegungsfähigkeit, Motivation oder Sedierung beeinflusst. Die Auslassungen% kann auch als Maß der Aufmerksamkeit verwendet werden, da gut ausgebildete Nagetiere häufig eine Antwort zurückzuhalten und nicht "erraten", wenn sie nicht sicher sind welches Loch auf einem bestimmten Versuch 1,10 beleuchtet wurde gestellt sind. Problematisch, Sedierung, verminderte Motivation und Bewegungsstörungen können auch mit einem Ratten die Fähigkeit zu reagieren stören, so dass Lücken schwer zu interpretieren. Zum Teil können diese Faktoren durch die Beurteilung anderer Maßnahmen der Leistung oder durch die Umsetzung Testtag Herausforderung ausgeschlossen werdens. Zum Beispiel kann Motivationsstörungen durch eine Abnahme der Zeitschrift Einträgen und einer Erhöhung der Belohnung Abruf Latenzen und Sedierung und / oder Bewegungsstörung bei der Reaktion (dh erhöht Auslassungen verringert vorzeitigen Antworten angegeben werden kann durch eine allgemeine Abnahme angezeigt und verringert Magazin Einträgen ) und einem Gesamtanstieg der Latenzzeiten. Das heißt, wenn es nicht klar ist, ob eine Änderung in Auslassungen spiegelt ein Aufmerksamkeitsdefizit oder ist das Ergebnis von einem anderen Faktor, ist es ratsam, einen Testtag Herausforderung umzusetzen.

Impulsivität wird am häufigsten in der 5CSRTT mit vorzeitiger Reaktionen gemessen. Vorzeitige Reaktionen sind jene Reaktionen, die während des ITI, vor der Stimuluspräsentation auftreten. Es wird vermutet, dass diese Antworten spiegeln eine Unfähigkeit, die vor starken Reaktion auf die Nase Sack zurückzuhalten und spiegeln damit eine Form der Impulsivität gekennzeichnet durch eine fehlende Reaktion Hemmung 1,9. Vorzeitige Antworten sind thsollte analog zu impulsiv Reaktionen während andere Aufgaben der Motor Impulsivität wie gehen keine Aufgaben unterwegs 1,8 gemacht zu sein. Eine weitere Maßnahme der Reaktion Hemmung in der 5CSRTT ist perseverative Antworten; Das sind Antworten, die in einer Öffnung auftreten, nachdem eine korrekte Antwort erfolgt ist und der Zucker Pellet Belohnung ausgeliefert. Perseverative Antworten dachte eher zwang über reagiert als eine impulsive Reaktion an sich zu reflektieren 1. Bemerkenswert ist, werden diese beiden Maßnahmen der Reaktion Hemmung vermittelt wird, zum Teil durch unterschiedliche neuronale Substrate 11; was darauf hindeutet, dass sie in der Tat verschiedene Maßnahmen Reaktionsinhibition sind.

Richtige Antwort Latenz (und / oder falsche Antwort Latenz) wird verwendet, um festzustellen, ob eine Manipulation bewirkt eine Änderung in der Ratten Verarbeitungsgeschwindigkeit oder die Entscheidungsfindung Zeit 1,7. Wie bei Auslassungen jedoch Latenz kann durch eine Anzahl von anderen Faktoren, einschließlich Sedierung beeinflusst werden,Motivation und Bewegungsfähigkeit. Somit muß die Gesamtergebnismuster bewertet, um zu bestimmen, ob eine bestimmte Manipulation beeinflusst Verarbeitung oder Entscheidungsfindung zu beschleunigen.

Es gibt mehrere Vorteile der Verwendung der 5CSRTT, um die Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagern zu messen; diese wahrscheinlich erklären, warum diese Aufgabe wurde von Labors auf der ganzen Welt übernommen worden. Erstens ermöglicht die 5CSRTT für gleichzeitige Untersuchung mehrerer kognitiver Funktionen. Zweitens können Ratten bei stabilen Leistungsniveau für mehrere Wochen bis Monate gehalten werden und kann nach einer gewissen Zeit sich leicht umgeschult werden. Da Basisleistung ist stabil es ist möglich, eine Innersubjekt Design zu verwenden oder die Auswirkungen von chronischem Manipulationen an Aufgabenerfüllung zu testen. Drittens wird die Vielseitigkeit der Aufgabe durch die Vielzahl von Test-Tag Herausforderungen, die implementiert werden können, erhöht. Wichtig ist, führen diese Manipulationen in vorhersehbare Veränderungen in der Leistung, von denen vielein einer Reihe von Labors 1,7,10,12 repliziert. Die Test Tag Herausforderungen ermöglichen es Forschern, weiter zu charakterisieren Leistungsdefizite (oder Verbesserungen) auf der Standardaufgabe beobachtet oder kann Veränderungen in der Leistung, die nicht eingehalten werden, wenn Ratten auf der Standardaufgabe 16 getestet offenbaren. Viertens, weil mehrere Verhaltensmaßnahmen werden gleichzeitig gesammelt, sind Forscher in der Lage, den Einfluss von anderen, potenziell verwirrende, Faktoren auf Aufgabenleistung zu beurteilen. Schließlich, weil die operanten Kammern werden von einem externen Rechner gesteuert wird eine verbesserte Steuerung des Stimuluspräsentation, genaue Timing von Ereignissen und objektive Erfassung der Daten 7.

Trotz seiner Stärken ist die 5CSRTT nicht ohne Nachteile. Der primäre Nachteil der 5CSRTT ist, dass es viele Wochen, um Ratten Ausbildung abzuschließen und zu erreichen, stabile Leistungsniveau. Darüber hinaus kann die Ausbildungszeit verlängert zu Leistungs auf 'auto gewordenmatic 'oder Antworten gewöhnlichen 10; Dies kann die Leistung auf der Standardaufgabe unempfindlich gegen bestimmte Manipulationen zu machen. Umsetzung Testtag Herausforderungen, die Aufgabenanforderungen erhöhen oder Antwort Eventualitäten zu verändern, kann der Einfluss der automatischen Reaktion auf die Leistung zu minimieren. Die verlängerte Ausbildung ist jedoch in der Leistung, die über die Zeit hinweg relativ stabil so dass für einzelne Fächer wiederholt getestet werden und dienen als ihre eigene Kontrolle führen. Somit wird die erforderliche Zeit, um einen einzelnen Gegenstand zu trainieren, indem die Menge der Daten, die jeweils Gegenstand erzeugen kann gemildert. Ein weiterer Nachteil der 5CSRTT ist die Anforderung, mild Nahrungsmittelbeschränkung als Mittel der Motivation der Aufgabenerfüllung zu verwenden. Als die Sitzung fortgesetzt und Themen werden satt, die Motivation zu reagieren kann beeinflusst werden; Dies kann zu Veränderungen in der Aufgabenleistungs 25 führen. Vor Zuführung Probanden vor der Prüfung ist ein Mittel zur Bestimmung, ob Sättigung ist die Vermittlung der Wirkung einer Teilicular Manipulation 7,25,47. Darüber hinaus kann es Bedenken, dass chronische milde Nahrung Beschränkung kann unnötigen Stress zu Nagetieren verursachen; jedoch gibt es immer mehr Beweise für das Gegenteil 48. Vielleicht noch problematischer ist, milde Nahrung Einschränkung können die Wege, die sehr Forscher versuchen, zu untersuchen, zu verändern; Dies kann die Wirkung von Medikamenten auf die Aufgabenausführung 49 beeinflussen.

Es ist wichtig zu beachten, dass verschiedene Labors berichten Unterschiede in der Baseline-Niveau der Leistung auf der Standardaufgabe. Dies kann zum Teil auf Unterschiede in den operante Kammern selbst, zum Beispiel einige Labors verwenden 9-Loch-Boxen und verschließen jede andere Loch 1,2,7, während andere Labore verwenden 5-Loch-Boxen 12,23 sein. Außerdem ist die Stimulations-Licht in einigen Kammern eine Glühlampe 2, während in anderen Konfigurationen ist eine Leuchtdiode (LED) 23. Unterschiede in den Ausgangswerten der Leistung kann auch aufgrund t seino Veränderungen in der Bildungsstrategie umgesetzt. Schließlich können Unterschiede in der Rattenstamm (oder Maus) verwendet auch erklären Unterschiede in den Ausgangswerten der Leistung. Nur wenige Labore Leistung über Rattenstämmen mit gemischten Ergebnissen verglichen. Zum Beispiel haben Sprague-Dawley Ratten niedrigeren Ausgangsleistungsniveau als zu tun Lister Kapuze Ratten 28. Im Gegensatz dazu Auclair und Kollegen fanden heraus, dass 50 Sprague-Dawley Ratten erwarb die Aufgabe schneller (dh in weniger Trainingseinheiten) als tat Long-Evans-Ratten, aber beide Gruppen erreicht letztendlich das gleiche Leistungsniveau. Stamm Unterschiede wurden auch bei der Verwendung von Mäusen beobachtet; C57BL / 6 Mäuse sind genauer und machen weniger vorzeitigen Reaktionen als dies DBA / 2 Mäuse, wenn die Stimulationsdauer verkürzt wird 51.

Obwohl Aufgabe Erwerb und Leistung ähnlich für Maus und Ratten, leichte Abweichungen in der Bildungsstrategie aus, dass hier aufgeführten können wiedererforderlich. Erstens, um ihre geringere Größe aufnehmen, kleiner als die Ratte 5CSRTT 5,6,36-39,51,52 ist die Maus 5CSRTT Vorrichtung. Zweitens kann Mäusen größere Gewöhnung an die operante Kammern vor Beginn der Ausbildung 5,6,52 erfordern. Drittens gibt es ein erhöhtes Risiko der Sättigung und Motivationsverlust bei Mäusen 5,6,52 reagieren. Um die Gefahr der Sättigung kleiner Futterpellets aufzunehmen (beispielsweise 12 mg bei Mäusen im Vergleich zu 45 mg für Ratten) verwendet 52 werden. Alternativ Flüssigkeit Verstärker sind ebenfalls beschrieben worden 5,6,37. Schließlich kann es notwendig sein, alle Sitzungen mit dem houselight ablaufen, dies erhöht die diskriminierenden Eigenschaften der Reiz Lichter 6.

Zusammenfassend ist die 5CSRTT eine weit verbreitete operante Konditionierung basiert Aufgabe verwendet werden, um Aufmerksamkeit und Impulskontrolle bei Nagetieren zu studieren. Es gibt mehrere Vorteile, die mit der Aufgabe von denen nicht zuletzt die Möglichkeit, auf einfacheändern die Aufgabe, genauer zu untersuchen, entweder Aufmerksamkeit oder Impulskontrolle.

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Disclosures

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Acknowledgments

Diese Arbeit wurde durch ein National Institutes of Health Zuschuss an TAP (R15MH098246) unterstützt.

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

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Die 5-Wahl Serienreaktionszeit-Aufgabe: Eine Aufgabe der Aufmerksamkeit und Impulskontrolle für Nager
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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).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).

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