Login processing...

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

Behavior

Den 5-Choice Serial Reaction Time Oppgave: En oppgave oppmerksomhet og impulskontroll for Gnagere

doi: 10.3791/51574 Published: August 10, 2014

Summary

Denne protokollen beskriver 5-valget serie reaksjonstid oppgave, noe som er en operant basert oppgave som brukes til å studere oppmerksomhet og impulskontroll hos gnagere. Test dag utfordringer som er modifikasjoner av standard oppgave, øke fleksibiliteten av oppgaven, og kan kombineres med andre manipulasjoner for mer fullstendig å karakterisere oppførselen.

Abstract

Denne protokollen beskriver 5-valget serie reaksjonstid oppgave, noe som er en operant basert oppgave som brukes til å studere oppmerksomhet og impulskontroll hos gnagere. Test dag utfordringer, modifikasjoner til standard oppgave, kan brukes til å systematisk skatt neural systemer som kontrollerer enten oppmerksomhet eller impulskontroll. Viktigere, disse utfordringene har konsekvent effekter på atferd på tvers av laboratorier i intakte dyr og kan avsløre enten forbedringer eller underskudd i kognitiv funksjon som ikke er tydelig når rottene er bare testet på standard oppgaven. Variasjonen av atferdstiltak som er samlet inn kan brukes til å avgjøre om andre faktorer (f.eks., Sedasjon, motivasjon underskudd, bevegelses nedskrivninger) bidrar til endringer i ytelse. Allsidigheten til 5CSRTT er ytterligere forbedret fordi det er mottagelig for kombinasjon med farmakologiske, molekylære og genetiske teknikker.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

5-valget serie reaksjonstid oppgave (5CSRTT) ble utviklet av Trevor Robbins og kolleger ved University of Cambridge for å forstå de adferdsmessige mangler som vises av personer diagnostisert med oppmerksomhet Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) 1,2. Den er basert på kontinuerlige ytelse oppgaver benyttes til å studere oppmerksomhet hos mennesker 3; med oppmerksomhet som blir definert som evnen til å fordele og opprettholde fokus på kognitive ressurser på bestemte stimuli eller informasjon, mens de ignorerer andre opplysninger fire. Selv om oppgaven ble opprinnelig utviklet for bruk med rotter 1,2, har en mus versjon også blitt utviklet 5,6.

Den grunnleggende 5CSRTT krever rotter for å skanne en horisontal rekke på fem åpninger for presentasjon av et kort lys stimulus (bakerste) i en av åpningene; når rotten detekterer stimulus det må nesen rote i det opplyste blenderåpning for å motta en sukker pellet belønning. Dermed, Krever oppgaven rotter til begge dele sin oppmerksomhet på tvers av de 5 romlig adskilte åpninger, og for å opprettholde fokus inntil stimulus presentert i en gitt studie og på tvers av flere forsøk i en økt 1,7. Oppmerksomhet er vanligvis vurderes av nøyaktigheten av responser. Selv om 5CSRTT ble opprinnelig utviklet for å vurdere oppmerksomhet, er det også brukes til å vurdere impulsiv atferd eller respons hemming 1,7,8: evnen til å holde tilbake pre-potent eller upassende svarer ni. I løpet av oppgaven, må holde tilbake rotter reagerer for varigheten av inter prøveintervallet (ITI) og bare reagere når stimulus presentert i en av åpningene 1. Dermed premature svar, de som forekommer i løpet av ITI før stimulans presentasjon, gir en nyttig indeks over impulsiv atferd.

Den 5CSRTT er en utrolig fleksibel oppgave-det er en rekke av modifikasjoner av den grunnleggende oppgaven (dvs. test dag utfordringer)som kan iverksettes for å mer nøye undersøke hvordan eksperimentelle manipulasjoner påvirke atferd. For eksempel, å redusere stimulus varighet eller forkorte ITI er forskjellige mekanismer for å øke oppmerksomhets belastningen av oppgaven og kan brukes til å vurdere underdomener systematisk oppmerksomhet 1,7,10-12. I kontrast, økt stimulans varighet minimerer aktsomhet kravene til oppgaven; Dette kan brukes til å bestemme om en manipulasjon interfererer med evnen til å utføre de grunnleggende reaksjons kravene oppgaven 12. Øke varigheten av ITI kan brukes til å avgjøre om en bestemt manipulasjon påvirker impulsive svare 1,7,8,13-15. Videre kan ved hjelp av test dag utfordringer, slik som de som nettopp er beskrevet, viser underskudd 10 eller forbedringer 16,17 oppførsel som ikke er synlig i godt opplærte rotter testet ved bruk av standard testparametere.

Viktigere, er den 5CSRTT mottagelig to kombinasjon med en rekke forskjellige teknikker; for eksempel kognisjon har blitt undersøkt følgende lesjoner av diskrete hjerneområder 10,18-20, eller selektiv neurotransmitter sterk nedbryting 2,21,22. Atferds farmakologiske undersøkelser har brukt enten systemisk 16,17,23-28 eller diskret intrakraniell administrasjon av narkotika 29-32. Videre ytelse er lett vurderes etter akutt 12,16,17,29-32 og kronisk narkotika administrasjon 13,14,23,33. Effektene av oppgaveytelse på neurotransmitterfrigivning 34 og metabolsk aktivitet 35 i diskrete hjerneområder er også vurdert. I tillegg, kan ytelsen på oppgaven bli brukt til å separere rotter i grupper basert på referanseoppmerksomhets-ytelse 30,31 eller nivåer av impulsive 15,32. Til slutt, med bruk av en mus versjon av 5CSRTT 5,6, oppgaven har vært brukt til å undersøke den genetiske bidrag til oppmerksomhet og impUlse kontrollere 5,36-39.

Fordi 5CSRTT vurderer flere kognitive funksjoner samtidig, og er mottagelig for bruk i kombinasjon av en rekke farmakologiske, molekylære og genetiske tilnærminger har vært rutinemessig brukt for å vurdere kognitiv dysfunksjon i forbindelse med dyremodeller for psykiatriske og nevrologiske lidelser. For eksempel har 5CSRTT blitt brukt til å undersøke nevrobiologi bak de kognitive forstyrrelser i oppmerksomhet Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) 37,40,41, schizofreni 23,33,42, narkotikaavhengighet 13,14,43-45, Alzheimers sykdom 18 , 39, 36 Parkinsons sykdom og Huntingtons sykdom 37.

Denne protokollen gir retningslinjer for opplæring rotter på 5CSRTT. Fordi en rekke resultatmål kan samles, vi beskrive hvordan vanlige mønstre av resulbør tolkes ts. I tillegg er flere vanlige modifikasjoner av den grunnleggende protokollen, er test dag utfordringer, er beskrevet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Denne fremgangsmåten krever bruk av dyr; disse prosedyrene ble godkjent av Oberlin College Institutional Animal Care og bruk komité og er i samsvar med Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr 46.

1. 5CSRTT Apparatus

  1. En skjematisk av 5CSRTT anordningen er gitt i figur 1.
    1. Den 5CSRTT apparat består av en operant kondisjonekammer (30,5 x 24,1 x 29,2 cm) med to sidevegger pleksiglass, og en rustfri stålgittergulvet.
    2. Aluminiumsfrontveggen er avrundet og inneholder fem nese rote åpninger (2,5 x 2,2 x 2,2 cm hver); hver åpning er utstyrt med en lysemitterende diode (LED) og en infrarød sensor som kan detektere innsetting av rottenes nese.
    3. Aluminiums bakveggen inneholder maten magasinet; dette er forbundet med en pellet-dispenser, og er utstyrt med en infrarød sensor og en liten incandescent lys.
    4. En gløde huset lys, i stand til å belyse hele kammeret er festet nær toppen av bakveggen.
  2. Huset 5CSRTT apparat innenfor en ventilert, støydempet operant betinging kammeret.
  3. Bruke en PC til å styre operant kammer og å samle inn data.

2. Animal Bolig og klargjøring

  1. Fremgangsmåten krever anvendelse av forsøksdyr; innhente godkjenning fra Institutional Animal Care og bruk komité (IACUC) før du begynner noen eksperimenter.
  2. Hus rotter i par.
    1. Opprettholde rotter på en 14:10 lys / mørke syklus (lysene på på 7:00) i et rom med en konstant temperatur på 22 ± 1 ° C.
    2. Tillat rotter fri tilgang til vann, mens i hjem bur, men mat begrense dem.
    3. Mat begrense rotter til 85-90% av deres gratis fôring vekt to til fem dager før starten av magasinet trening oghele 5CSRTT trening og testing. Mate rotter etter daglige treningsøkter og veie dem daglig for å sikre at de er økende vekt (~ 5 g / uke).

3. 5CSRTT Prosedyre

  1. Generelt 5CSRTT Training Betraktninger
    1. Tog rotter ved en standard tid på dagen minimum 5 dager per uke; opplæring oppstår over mange faser (se tabell 1) og tar flere uker.
    2. Trene og teste rotter i samme operant kammer (se pkt 3.2 til 3.5 nedenfor); små avvik i rottenes miljø kan påvirke resultatene deres.
    3. På slutten av hver økt rent alle overflater av kammeret med vann som inneholder desinfiserende natriumhypokloritt (eller annen desinfiserende etter samråd med veterinæren din).
  2. Magazine Training
    1. Introdusere sukker pellets (45 mg) til rotter i deres hjem buret før den første økten. Dette minimerer neophobia og sikrer rotter vil retRieve sukker pellets fra maten Magazine.
    2. Plasser rotter i operant kammer (fans på) med Aperture hull occluded. Tillat rotter for å tilvenne til kammeret i 5 min.
    3. Lever seksti sukker pellets til magasinet på enten en fast intervall 20 sek (FI-20, dag 1) tidsplan eller en FI-30 tidsplan (dag 2).
      Merk: houselight kan fortsette å lyse for varigheten av økten og magasinet lampen skal lyse ved pellet levering og kan fortsette å lyse inntil pellet hentes.
    4. Ved slutten av sesjonen noten enten sukkerpellets er konsumert; fortsette treningen i minst 2 dager eller inntil alle pelletene forbrukes.
  3. 5CSRTT Training
    1. Figur 2 er et skjema av et enkelt 5CSRTT prøve.
    2. Plasser hver rotte i en operant kammer med vifter på. Tillat rotter for å tilvenne til kammeret i 5 min.
    3. Ved slutten av perioden tilvenning, belyse bladet lett og levere one sukker pellet. Den første rettssaken begynner når denne pellet hentes.
    4. Begynn hver studie med en inter prøveintervall (ITI) Da er det bare huset lyser. Ved slutten av ITI, pseudo tilfeldig belyse en av blender lys for den foreskrevne stimulerings varighet. Tillat rat tid til å reagere på den stimulus presentasjonen; tiden rat tillates å reagere er begrenset hold (LH).
    5. Nese rote svar i den opplyste blender resultat i levering av en sukker pellet til magasinet og belysning av bladet lys; slike svar betraktes riktige svar. Slukk bladet lys og sette i gang neste rettssaken på pellet henting.
    6. Nese rote svar til ubelyst blenderåpninger (feil svar) og feil å svare i løpet av LH (unnlatelser) resultat i en time out (TO). Slukk houselight under TO. Signalisere begynnelsen av den neste prøveperiode ved slutten av TO ved å belyse houselight.
    7. Resultat nese rote svar i løpet av ITI som premature svar; straffe disse svarene med en til periode. Gjenoppta den samme prøveperiode etter en TO forårsaket av en for tidlig reaksjon.
    8. Avslutt hver økt etter 90 forsøk eller 30 min, avhengig av hva som kommer først.
    9. For den første fasen av treningen satt stimulans varighet til 30 sek, LH til 30 sek, ITI til 2 sek og TIL til 2 sek. Justere disse parametrene over opplæring slik at stimulus varighet er 1 sekund og LH, ITI og TO er alle 5 sek (se tabell 1). Flytt rotter til neste trening scenen når de har nådd de foreslåtte opplærings kriterier. Test rotter etter de viser stabil ytelse på den siste etappen.
      Merk: Sprague-Dawley rotter typisk nå kriterium performance (~ 65% nøyaktighet, <20% unnlatelser) innen 4-8 uker hvis trent fem dager per uke. Forskjellige stammer av rotter har imidlertid forskjellige evner til å utføre oppgaven. For eksempel kan Lister Hooded rotter oppnå høye nivåer avnøyaktighet (> 80%) med færre utelatelser (<20%) ved hjelp av en kort stimulans varighet (0,5 sek) (f.eks, Bari et al, 2008;.. Mizra og Bright, 2001). Det anbefales at forskere justere stimuleringsparametere og kriterium ytelse for å reflektere stamme av rotte (eller mus) som brukes.
  4. 5CSRTT Testing
    1. Beregn baseline ytelse (% nøyaktighet,% utelatelser, premature svar) ved gjennomsnitt forestilling på hvert tiltak på tvers av de siste 3-5 økter (se nedenfor). Bruk disse dataene til å dele rotter inn i grupper (hvis nødvendig) eller som enkeltperson rotter 'baseline.
    2. Bruk test dag utfordringer (tabell 2) for ytterligere å sonde atferd.
    3. For innen fagene design, flette treningsøkter med test dagers utfordring økter.
      Merk: Test dag utfordringer kan brukes til å komplettere undersøkelse av oppførselen på standard oppgave. Disse manipulasjoner kan avsløre subtile endringer i atferd som ikke er synlig etter omfattendeopplæring på standard oppgaven og / eller brukes til å få en bedre forståelse av innholdet i en forestilling underskudd.
  5. 5CSRTT ytelsen Tiltak
    1. Bruk en datamaskin for å beregne resultatmålinger.
    2. Nøyaktighet på å svare (% nøyaktighet): Del antall riktige svar av totalen av riktige og gale svar. Dette er det primære mål for oppmerksomhet.
      [# riktige svar / (# riktige svar + # feil svar)] x 100
    3. Utelatelser: Del antall studier hvor rotter ikke responderte med det totale antallet forsøk gjennomført. % utelatelser kan reflektere oppmerksomhet, men kan også være påvirket av sedasjon, motivasjon og motorisk evne, og dermed tolkningen av utelatelser er avhengig av andre resultatmål.
      [# utelatelser / (# utelatelser + # riktige svar + # feil svar)] x 100
    4. Riktige svar: Del antall riktige svar med det totale antallet forsøk completed.
      [# Riktige svar / (# utelatelser + # riktige svar + # feil svar)] x 100
    5. Feil svar: Del antall feil svar med det totale antallet forsøk gjennomført.
      [# Feil svar / (# utelatelser + # riktige svar + # feil svar)] x 100
    6. Premature Responses: Bestem antall svar som ble gjort under ITI. Dette er det primære mål for impulsive oppførsel.
    7. Perseverative Responses: Bestem antall nesen rote svar inn i noen blenderåpning etter at rotta har gjort et riktig svar, men før henting av sukker pellet. Dette er et mål for tvangsmessig oppførsel.
    8. Magazine Entries: Bestem antall nesen rote svar til bladet. Dette er et mål på motivasjon.
    9. Ventetid til riktig svar: Beregn den gjennomsnittlige tiden fra starten av stimulus til et riktig svar; et mål på behandlingshastighet eller beslutninger.
    10. SentNCY til feil svar: Beregn den gjennomsnittlige tiden fra starten av stimulus til et feil svar; et mål på behandlingshastighet eller beslutninger.
    11. Belønn Retrieval Latency: Beregn den gjennomsnittlige tiden for en rotte å hente sukker pellet belønning; kan reflektere motivasjon.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Manipulasjoner av 5CSRTT at Probe visuospatial Attention

En tilnærming for å variere de oppmerksomhets kravene til oppgave å endre varigheten av stimulus. Som stimulus varighet avtar,% nøyaktighet avtar (figur 3A) og utelatelser% økning (figur 3B; tilpasset fra 12). Dermed kortere stimulans varighet øke oppmerksomhets kravene til oppgaven og lengre tiltaksvarig redusere oppmerksomhets kravene til oppgaven. Endre stimulans varighet ikke har en pålitelig påvirke for tidlig å svare, og svarventetider (data ikke vist) 7,10,12.

En annen tilnærming til å øke Oppmerksomheten krav til 5CSRTT er å undersøke ytelsen ved å forkorte ITI og dermed øke 'hendelsesrate ". Den ITI kan enten bli redusert, og for en fast varighet (dvs., forkortet til 1,5 sek), eller det kan være både et redusertnd gjort uforutsigbar (dvs. forkortet 0.5, 1.5, 3.0 eller 4.5 sek med hver ITI forekommer i en pseudo mote). Redusere ITI minsker% nøyaktighet og øker% utelatelser. På grunn av den korte varigheten av ITI, tenderer antall premature svar også å redusere (for hypotetiske data se Figur 4A-C, basert på Paine og Carlezon, upublisert observasjon) 11.

Det er andre endringer i standarden 5CSRTT (innføre bursts av 'forstyrrende' hvit støy, innføring av et blinkende lys, eller dimmestimulanse lys) 1,2,7,10 som kan brukes til å sondere oppmerksomhet. Fordi disse test dag utfordringer som kreves for bruk av ekstra utstyr var de ikke diskutert i detalj her. Når det er sagt, disse utfordringene generelt føre til reduksjoner i nøyaktighet og / eller økt utelatelser 1,2,7,10.

Manipulasjoner av 5CSRTT at Probe main dører strafflse kontroll

Som illustrert i figur 4D-F, kan respons inhibering bli systematisk utfordret i 5CSRTT ved å øke varigheten av ITI. Den ITI kan enten økes, og av en fast varighet (dvs. økt til 7 sek), eller den kan være både økt og gjort uforutsigbar (f.eks. Økte til 4,5, 6,0, 7,5, eller 9,0 sek med hver ITI fore pseudo tilfeldig) . Øke ITI pålitelig øker antallet premature svar begått uten å ha store effekter på andre resultatmål (basert på Paine og Carlezon, upublisert observasjon) 7,10,11,13,14.

Tolkning av Test Day Challenge data

Viktigere er det mulig å kombinere analyse av ytelse på testdagen utfordringsoppgaver med ytelse på standard oppgave for å få en bedre forståelse av naturen av forestillingen underskudd observered å følge en spesiell manipulering. For eksempel, figur 5A og 5B viser at blokkering kortikale GABA syntese med intra prefrontal cortex infusjoner av glutaminsyre decarboxylase (GAD) hemmer L-allylglycine (LAG) øker utelatelser, men påvirker ikke% nøyaktighet, i standard 5CSRTT 12. Økte utelatelser på egen hånd kan være vanskelig å tolke som de kan reflektere oppmerksomhet mangler, sedasjon, motivasjon underskudd eller endret bevegelsesevne. Derfor, for å få en bedre forståelse av betydningen av disse underskuddene brukte vi testdagen utfordringer om økningen i utelatelser reflekterte en oppmerksomhet underskudd eller var et resultat av en annen faktor å avgjøre. Først vurderte vi ytelse på en vanskeligere versjon av oppgaven der stimulans varighet ble redusert 1,0 til 0,5 sek (Tall 5D-5F) og da vi vurderte prestasjoner på en enklere versjon av oppgaven der stimulans varighet varøkte 1,0 til 5 sek (Figurer 5G-5I). Fordi utelatelser ble økt i samme grad (fold økning fra 0,0 mikrogram / ​​mL dose) i alle tre versjoner av oppgaven (Tall 5B, 5E, og 5H) og fordi nøyaktighet var upåvirket av LAG infusjoner i alle tre versjoner av oppgaven ( Tall 5A, 5D, og 5G), konkluderte vi med at økningen i utelatelser sannsynlig ikke gjenspeiler en oppmerksomhet underskudd. Vi utelukket muligheten for at endringen i utelatelser reflektert en nedgang i motivasjon fordi verken belønning henting ventetid (Tall 5C, 5F, og 5I) og heller ikke antall magasinet oppføringer (ikke vist) ble systemisk påvirket av LAG infusjoner. Ved hjelp av et åpent felt vi fastslått at LAG infusjoner sannsynlig økt utelatelser fordi de påvirket bevegelsesevne (data ikke vist) 12.

Figur 1. 5CSRTT apparat. A) Skjematisk av 5CSRTT boksene viser arrangement av åpninger og magasinet fra en luftig utsikt. Hver åpning og maten magasinet er utstyrt med infrarøde sensorer for å oppdage nese kakker. B) En 5CSRTT operant betinging boks (MED-Associates, St. Albans VT). På aluminium fremre vegg av kammeret er de 5 nese rote åpninger, som hver inneholder en LED-lys stimulus (1); aluminium bakveggen inneholder mat magasinet (2), som er koblet til pellet spring (3), og huset lampen (4). Gulvet er laget av rustfritt stål barer (5); under gulvet er en fjernbar avfallsbrett (6). Sideveggene (inkludert døren) er konstruert av klar polykarbonat (7). Kammeret ligger i en lyd-demping kabinetter (8) og en vifte (9) gir maske støy og sirkulerer luft.

Figur 2
Figur 2. Struktur av en rettssak i 5CSRTT. Trials begynne med en intertrial intervall (ITI) under med houselight lyser. Ved slutten av ITI en stimulus lys blir presentert i en av de 5CSRTT åpninger. Dersom en rotte nese stikker i det belyste apertur, blir en mat pellet leveres til magasinet og magasinet lyser. Pellet henting slukker bladet lys og starter neste rettssaken. Feil svar og unnlatelser (unnlatelse av å svare) resultat i en time out (TO), hvor den houselight er slukket. Den neste prøveperiode begynner ved slutten av TO. Premature respons (som opptrer i ITI) også resultere i en TO, men den samme prøveperiode er startes igjen etter en TO utløst av en for tidlig reaksjon.

ve_content "fo: keep-together.within-page =" alltid "> Figur 3
Figur 3. Effekter av manipulere stimulans varighet på oppmerksomhet. Redusere stimulans varighet fører til reduksjon i oppmerksomhet som mål av en nedgang i nøyaktighet (A) og økning i utelatelser (B).

Figur 4
Figur 4. Hypothetical effekter av manipulere varigheten av ITI på 5CSRTT ytelse. Avtagende varigheten av ITI og gjør den uforutsigbare minsker korrektheten (A) og premature responser (C) og øker% unnlatelser (B). Ved å øke varigheten av ITI og gjør jegt uforutsigbar ikke på en pålitelig måte påvirker% presisjon (D) eller% unnlatelser (E) men øker premature responser (f).

Figur 5
Figur 5. Effekter av GABA syntese inhibitor på Standard (AC), Kort (DF), og Long (GI) stimulans varighet versjoner av 5CSRTT. Når stimulansen varighet forkortes (D, E),% nøyaktighet avtar og% unnlatelser øke i forhold til standard oppgaven (A, B). I kontrast, når stimulus varighet forlenges (G, H), økt% nøyaktighet og% unnlatelser redusert i forhold til standard oppgave. (Dette tallet har blitt forandret fra Asinof & Paine 12; gjengitt med tillatelse fra Neuropharmacology).

Trening Stage Trials / Session Stimulus Varighet (SD) ITI Varighet Begrenset vent (LH) Time Out (TO) Criterion
% Riktig % utelatelser
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. Treningstider for Standard 5CSRTT. På hvert opplæringstrinnet, må i rotter utføre ved eller over kriterium for to påfølgende dager før de ble flyttet til neste stadium trening. % Riktig er antall riktige forsøk delt på de totale studier (dvs. riktig, feil og utelatelser) X100 og% unnlatelser er antall utelatelser dividert med totale prøvelser x100. * Angir at ikke alle rotter vil kunneoppnå dette nivået av ytelse, men bedre ytelse deres på disse opplæring iscenesetter jo mer sannsynlig at de vil være å fullføre den siste fasen av opplæringen. Varigheten av stimulus, ITI, LH, og TIL er alle i sekunder.

Training Program Kognitiv funksjon Stimulus Varighet (SD) ITI Varighet Begrenset vent (LH) Time Out (TO)
Kort SD Oppmerksomhet 0.5 5 5 5
Long SD Oppmerksomhet 5-feb 5 5 5
Kort ITI Oppmerksomhet 1 1.5 5 5
Kort Variable ITI Oppmerksomhet 1 0.5,1.5, 3.0, 4.5 5 5
Long ITI Impulsivitet 1 7 eller 9. 5 5
Long Variable ITI Impulsivitet 1 4.5, 6.0, 7.5, 9.0 5 5

Tabell 2. Felles testdagen utfordringer. Den 5CSRTT parametere kan systematisk manipulert for å sondere ulike kognitive funksjoner. Reduksjon av stimulus varighet eller redusere ITI kan begge brukes til å utfordre oppmerksomhets systemer. Hvis en forkortet ITI er brukt, kan den ITI enten være av en fast varighet (f.eks, 1,5 sek), eller være variabel (f.eks., 0,5, 1,5, 3,0, og 4,5 sekunder). Forlenge stimulans varighet reduseres oppmerksomhetsbehov. Impulskontroll kan bli utfordret ved å øke varigheten av ITI. Den ITI kan enten være av en fast varighet (f.eks, 7 sek), eller være variabel (for eksempel 4,5, 6,0, 7,5, 9,0 sekunder). Hvis du bruker en variabel ITI each ITI varighet bør skje pseudo tilfeldig, og hver rotte skal utsettes for like mange forsøk på hvert ITI. Økten lengde og / eller antall forsøk bør økes for å imøtekomme dette. Varigheten av stimulus, ITI, LH og til alle er i sekunder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Den 5CSRTT er en mye brukt oppgave å vurdere oppmerksomhet og impulskontroll hos gnagere. Oppmerksomhet er oftest målt ved nøyaktigheten til å svare 1,7,10. Fordi nøyaktighet reagere inkluderer ikke utelatelser og fordi både riktige og feil svar har samme svar kravet (ie., En nese rote i en blenderåpning), nøyaktighet ikke er påvirket av bevegelsesevne, motivasjon eller sedasjon. De% utelatelser kan også brukes som et mål på oppmerksomhet fordi godt opplærte gnagere ofte vil holde tilbake en reaksjon i stedet for "gjette" hvis de er usikre på hvilke hull ble belyst på en bestemt prøve 1,10. Problematically, sedasjon, redusert motivasjon og bevegelsesvansker kan også forstyrre en rotter 'evne til å reagere, noe som gjør utelatelser vanskelig å tolke. Til en viss grad, kan disse faktorene utelukkes ved å vurdere andre tiltak for ytelse eller ved å implementere testdagen utfordrings. For eksempel kan motiverende svekkelser angis av en nedgang i magasinet oppføringer og en økning i belønnings henting ventetider og sedasjon og / eller bevegelseshemming kan angis med en generell nedgang i å svare (dvs. økt utelatelser, redusert premature svar og redusert magasinet oppføringer ) og en generell økning i responsventetider. Når det er sagt, hvis det ikke er klart om en endring i utelatelser reflekterer en oppmerksomhet underskudd eller er et resultat av en annen faktor, er det tilrådelig å gjennomføre en test dagers utfordring.

Impulsivitet er oftest målt i 5CSRTT hjelp tidlig svar. Premature svar er de svarene som oppstår i løpet av ITI, før stimulus presentasjonen. Det er antatt at disse svarene reflekterer en manglende evne til å holde tilbake den pre potent svar på nesen rote og dermed gjenspeiler en form for impulsivitet preget av en manglende respons hemming 1,9. Premature svar er thburde være analogt til impulsive svar gjort under andre oppgaver motor impulsivitet som go no go oppgaver 1,8. Et annet mål på respons hemming i 5CSRTT er perseverative svar; dette er responser som forekommer i en åpning etter en korrekt respons har blitt gjort, og sukkeret pellet belønning levert. Perseverative responser er antatt å reflektere kompulsiv løpet reagere i stedet for en impulsiv reagere per se 1. Spesielt, er disse to mål respons mediert inhibering, delvis ved forskjellige nerve substrater 11; som tyder på at de er faktisk forskjellige tiltak av respons hemming.

Riktig svar latency (og / eller feil svar latency) brukes til å avgjøre om en manipulasjon fører til en endring i rottenes prosesseringshastighet eller beslutnings tid 1,7. Som med utelatelser imidlertid respons latens kan påvirkes av en rekke andre faktorer, inkludert sedasjon,motivasjon og bevegelsesevne. Dermed må den generelle mønster av resultatene vurderes for å avgjøre om en bestemt manipulasjon påvirker behandling eller beslutningsprosesser hastighet.

Det er flere fordeler med å bruke den 5CSRTT for å måle oppmerksomhet og impulskontroll hos gnagere; disse trolig forklare hvorfor denne oppgaven har blitt adoptert av laboratorier rundt om i verden. For det første tillater den 5CSRTT for samtidig undersøkelse av flere kognitive funksjoner. For det andre, kan opprettholdes på rotter stabile ytelsesnivåer i flere uker til måneder, og kan lett trenes etter en periode av. Fordi utgangspunktet for utviklingen er stabil er det mulig å bruke en i-fag utforming eller for å teste effekten av kronisk manipulasjoner på oppgaver. Tredje, er allsidigheten av oppgaven økt med ulike test dag utfordringer som kan implementeres. Viktigere, disse manipulasjoner resultere i forutsigbare endringer i ytelse, mange av dem har værtkopiert i en rekke laboratorier 1,7,10,12. Utfordringer testdagen at forskerne ytterligere karakteriserer lærevansker (eller forbedringer) observert på standard oppgave eller kan avsløre endringer i ytelse som ikke er observert når rotter blir testet på standard oppgave 16. Fjerde, fordi flere atferdstiltak er samlet samtidig, forskere er i stand til å vurdere påvirkning av andre, potensielt konfunderende, faktorer på oppgaver. Til slutt, fordi driftsavdelingene er kontrollert av en ekstern datamaskin det er forbedret kontroll av stimulus presentasjon, nøyaktig timing av hendelser og objektiv innsamling av data 7.

Til tross for sin styrke, er 5CSRTT ikke uten sine ulemper. Den primære brist av 5CSRTT er at det tar rotter mange uker å fullføre opplæring og oppnå stabile nivåer av ytelse. Dessuten kan forlenget treningstid føre ytelse for å bli "automatic "eller svar vante 10; dette kan gjøre ytelsen på standard oppgave ugjennomtrengelig for spesielle manipulasjoner. Implementering av test dag utfordringer, som øker oppgaven krever eller endre respons eventualiteter, kan minimere påvirkning av automatisk svare på ytelse. Den forlengede trening gjør imidlertid føre til ytelse som er relativt stabil over tid slik at for enkelte fag som skal testes gjentatte ganger og tjene som deres egen kontroll. Således er den tid som kreves for å trene en individuell gjenstand reduseres ved mengden data som hver gjenstand kan generere. En annen ulempe med den 5CSRTT er kravet om å bruke milde mat begrensning som et middel for å motivere oppgaver. Som økten fortsetter og fagene blir mett motivasjon til å svare, kan bli påvirket; dette kan føre til endringer i oppgaveytelse 25. Pre fôring deltakere før testing er et middel for å avgjøre om metthet er medierende effekten av en delicular manipulasjon 7,25,47. Videre kan det være bekymringer om at kronisk mild mat begrensning kan føre til unødig stress til gnagere; men det er økende bevis for det motsatte 48. Kanskje mer problematisk, mild mat begrensning kan endre de aller trasé som forskere prøver å undersøke; dette kan påvirke effekten av narkotika på oppgaven ytelse 49.

Det er viktig å merke seg at forskjellige laboratorier rapporterer forskjeller i referanseytelsesnivå på standard oppgave. Dette kan delvis skyldes forskjeller i driftsavdelingene seg selv, for eksempel enkelte laboratorier bruker 9-hulls bokser og occlude annenhver hull 1,2,7, mens andre laboratorier bruker 5-hulls bokser 12,23. I tillegg stimulus lys i enkelte kamre er en glødelampe 2, mens det i andre utførelser er det en lysemitterende diode (LED) 23. Forskjeller i baseline nivåer av ytelse kan også skyldes to variasjoner i opplæringsstrategi implementert. Endelig kan forskjeller i belastningen av rotte (eller mus) som brukes også ta hensyn til forskjeller i baseline nivåer av ytelse. Bare noen få laboratorier har sammenlignet ytelse på tvers av rottestammer med blandede resultater. For eksempel, Sprague-Dawley rotter har lavere baseline nivåer av ytelse enn gjør Lister hetterotter 28. I kontrast, Auclair og kolleger 50 fant at Sprague-Dawley rotter kjøpt oppgaven raskere (dvs. færre treningsøkter) enn Long-Evans rotter, men begge gruppene til slutt nådd det samme nivået av ytelse. Strain forskjeller har også blitt observert ved bruk av mus; C57BL / 6 mus er mer nøyaktig og gjør færre premature svar enn gjøre DBA / 2 mus når stimulus varighet er forkortet 51.

Selv om oppgaven oppkjøp og ytelse er lik for mus og rotter, små avvik i opplæringsstrategi fra det som er skissert her kan gjenvendig. Først, for å imøtekomme deres mindre størrelse, er musen 5CSRTT apparat mindre enn rotte 5CSRTT 5,6,36-39,51,52. For det andre kan mus krever større tilvenning til driftsavdelingene før start trening 5,6,52. For det tredje er det en større risiko for metning og tap av motivasjon til å svare med mus 5,6,52. For å kunne imøtekomme den risiko for metning mindre mat pellets (for eksempel 12 mg til mus i forhold til 45 mg for rotter) brukes 52. Alternativt flytende forsterkere har også blitt beskrevet 5,6,37. Endelig kan det være nødvendig å kjøre alle økter med houselight av, dette øker diskriminerende egenskaper av stimulans lysene seks.

Oppsummert er det 5CSRTT en mye brukt operant betinging basert oppgaven brukes til å studere oppmerksomhet og impulskontroll hos gnagere. Det er flere fordeler med å bruke oppgaven ikke minst som er muligheten til enkeltmodifisere oppgave å mer nøye undersøke enten oppmerksomhet eller impulskontroll.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noe å avsløre.

Acknowledgments

Dette arbeidet ble støttet av en National Institutes of Health stipend tildelt 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).
Den 5-Choice Serial Reaction Time Oppgave: En oppgave oppmerksomhet og impulskontroll for Gnagere
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

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