Waiting
Login processing...

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

Behavior

إجراءات استثابي لتقييم المرونة السلوكية في الفئران

Published: February 15, 2015 doi: 10.3791/52387
Automatic Translation
1, 2
1Department of Psychology, St. Mary's College of Maryland, 2Department of Psychology, University of British Columbia

Abstract

تتكون المهام التنفيذية من العمليات المعرفية على مستوى عال متعددة التي تدفع الجيل حكم واختيار السلوكية. خاصية الناشئة من هذه العمليات هي القدرة على ضبط السلوك في استجابة للتغيرات في بيئة واحدة (أي المرونة والسلوكية). هذه العمليات ضرورية لسلوك الإنسان العادي، ويمكن أن تتعطل في ظروف نفسية وعصبية متنوعة، بما في ذلك الفصام وإدمان الكحول والاكتئاب والسكتة الدماغية، ومرض الزهايمر. فهم بيولوجيا الأعصاب من الوظائف التنفيذية قد تقدمت بشكل كبير من قبل توافر المهام الحيوان لتقييم مكونات منفصلة من المرونة السلوكية، وخاصة التحول استراتيجية والتعلم انعكاس. بينما عدة أنواع من المهام قد وضعت معظمها غير الآلي، وعمالة كثيفة، والسماح اختبار حيوان واحد فقط في كل مرة. التطورات الأخيرة في والمهام على أساس استثابي الآلي لتقييم المرونة السلوكية يبسط قسم التدريب والامتحاناتتينغ، توحد عرض الحوافز وتسجيل البيانات، ويحسن بشكل كبير الإنتاجية. هنا، نحن تصف الآلي تحول استراتيجية والمهام انعكاس، وذلك باستخدام غرف استثابي التي تسيطر عليها برامج مخصصة مكتوب. باستخدام هذه المهام، لقد أظهرنا أن قشرة الفص الجبهي وسطي تحكم تحول استراتيجية ولكن ليس عكس التعلم في الفئران، على غرار التفكك التي لوحظت في البشر. وعلاوة على ذلك، والحيوانات مع آفة قرن آمون حديثي الولادة، وهذا نموذج النمو العصبي الفصام، يتم تخفيض قيمة انتقائي على المهمة تحول استراتيجية ولكن ليس من مهمة انعكاس. مهمة استراتيجية التحول كما يسمح بتحديد أنواع منفصلة من أخطاء الأداء، كل منها أن ينسب إلى ركائز العصبية متميزة. توافر هذه المهام الآلي، والأدلة المؤيدة للمساهمات غير إجتماعي المناطق الفص الجبهي منفصلة، ​​ويجعل لهم فحوصات ولا سيما جيدا مناسبة للتحقيق في العمليات العصبية الحيوية الأساسية وكذلك الدكتوراكتشاف ميكروغرام والفرز في نماذج المرض.

Introduction

ويشار إلى العمليات المعرفية رفيعة المستوى بما في ذلك توليد الحكم، واختيار السلوكية، وتقييم استراتيجية مجتمعة ب "وظيفة تنفيذية" أو "المرونة السلوكية 1." مثل هذه العمليات ذات أهمية حاسمة لالوظيفة الإدراكية العادية، ويمكن أن تضعف في مثل هذه الاضطرابات متنوعة مثل الفصام وإدمان الكحول والاكتئاب والسكتة الدماغية، ومرض الزهايمر 2-7. وتوسط في تنظيم العمليات وظيفة تنفيذية في المقام الأول من قبل مناطق في القشرة الأمامية، بما في ذلك قشرة الفص الجبهي الظهرية الوحشية والقشرة الأمامية المدارية في البشر 8-10.

تطوير المهام لتقييم الوظيفة التنفيذية و / أو المرونة السلوكية في الحيوانات غير البشرية، وخاصة القوارض، وقد تقدمت كثيرا في فهم بيولوجيا الأعصاب من الإدراك 11-14. جعلت هذه المهام من الممكن قياس حدة مكونات متميزة من المرونة السلوكية، بما في ذلكتحول استراتيجية والتعلم انعكاس. يشير استراتيجية التحول إلى القدرة على قمع بنشاط استراتيجية استجابة تعلمت سابقا حين الحصول على وضع استراتيجية جديدة المتنافسة، ولا سيما عبر أبعاد التحفيز (التحول extradimensional) - على سبيل المثال، والتحول من إجراء تمييز على بصريا (الأحمر مقابل الأخضر، حيث الأحمر هو "الصحيحة" واللمس المحفزات ليست ذات صلة) لإجراء التمييز عن طريق اللمس (سلس مقابل الخام، حيث نحو سلس هو "الصحيح" والمحفزات البصرية الآن غير ذي صلة). من جهة أخرى، ينطوي على التعلم انعكاس أيضا تغييرا في الاستراتيجية ردا على ذلك، ولكن ضمن نفس البعد التحفيز - على سبيل المثال، في "حمراء مقابل الأخضر" سبيل المثال، إذا كان الأحمر الصحيح سابقا، عكس ستأمر بأن اللون الأخضر هو الصحيح الآن، بينما المنبهات اللمسية ستبقى غير ذي صلة.

وقد وضعت عدة مهام للتحقيق المرونة السلوكية في القوارض. للأماه عبرمهمة تتطلب زي حيوان لمعرفة أولا إما الحكم القائم على الاتجاه (على سبيل المثال، "تتحول دائما على حق") أو قاعدة تستند البصرية (على سبيل المثال، "تتحول دائما نحو جديلة البصرية") لمعيار معين من الأداء. ثم، هناك حاجة الحيوان إلى التحول بشكل غير متوقع إما عبر طريقة لحكم المعاكس (تحول استراتيجية، وأشار في الأصل على أنها "تحول nonreversal" 15) أو التحول داخل طريقة للطوارئ المعاكس (التعلم انعكاس) 13،14،16. مثل هذه المهام حساسة للاضطرابات في الشبكات القشرية وتحت القشرية، التي تنطوي على قشرة الفص الجبهي، المهاد، والمخطط 1،13،14،16-18. نوع آخر من الإنتباه المهام تحويل مجموعة (يشار إليها أحيانا على أنها مهمة الحفر) يتطلب الحيوانات التدريب على التمييز بين حاويتين التي تختلف على طول اثنين أو ثلاثة أبعاد التحفيز (حفر وسائل الإعلام، ورائحة، و / أو الملمس الخارجي). وعلى غرار-متاهة عبرالمهمة، ثم يتم المطلوبة الحيوانات إلى التحول إما عبر أبعاد (التحول استراتيجية) أو ضمن نفس البعد (التعلم الانعكاس)، وهذه المهام حساسة على غرار التلاعب القشرة الأمامية 11،19. ميزة هذه المهمة هي أنه خلال التحول من خارج الأبعاد الاستراتيجية، يتم عرض الفئران مع مجموعات جديدة من المحفزات (النماذج)، والذي يضمن أن ضعف الأداء خلال هذه المرحلة من المرجح تعزى إلى اضطرابات في القدرة على تحويل مجموعة الإنتباه إلى جوانب مختلفة من المحفزات المجمع، بدلا من ضعف القدرة على وقف تقترب من التحفيز محددة مرتبطة سابقا مع مكافأة. ومع ذلك، هذه الميزة أيضا يجعل الأمر أكثر صعوبة للتأكد من طبيعة معينة من العجز خلال تحول مجموعة.

على الرغم من أن المهام المذكورة أعلاه قد تم توثيقها جيدا في الأدب، وكلاهما يعاني من عدد من العيوب الإجرائية، في المقام الأول طول الوقت الذي يستغرقه لاختبار الحيوانات. في كلمهمة عبر متاهة ومهمة الحفر، ويمكن اختبار حيوان واحد فقط في كل مرة. علاوة على ذلك، يجب أن تدار اختبار في الوقت الحقيقي من قبل المجرب مخصص، وقد يستغرق فترة تصل إلى عدة ساعة يوميا لكل حيوان. وبالإضافة إلى ذلك، عرض المحفزات وتسجيل الاستجابات السلوكية في كلا النوعين من المهام يتم التحكم يدويا من قبل المجرب، وبالتالي فهي عرضة للخطأ البشري والتفسير الذاتي.

هنا، نحن تصف أسلوب مؤتمت لتقييم استراتيجية التحول وانعكاس التعلم في الفئران، وذلك باستخدام الإجراءات استثابي التي تسهل السيطرة التحفيز وعرض البيانات، ويحسن بشكل كبير من معدل جمع البيانات والإنتاجية 20،21. الطرق المستخدمة لتشكيل وتم وصفها الفئران القطار، وكذلك مكونات مهمة نفسها وتحليل البيانات الناتجة عن ذلك. لقد وجدنا أن مثل عبر متاهة وحفر المهام، هذه المهام الآلي حساسة للاضطرابات في الفص الجبهيوالدوائر تحت القشرية، وكذلك إلى التلاعب النمو العصبي أن النماذج الفصام 20-23.

Protocol

ملاحظة: جميع الإجراءات الموضحة هنا وافقت عليها اللجنة المؤسسية رعاية الحيوان واستخدام (IACUC) في كلية سانت ماري في ماريلاند، أو المجلس الكندي للرعاية الحيوان في جامعة كولومبيا البريطانية.

1. الحيوانات

  1. استخدام الذكور البالغين سبراغ داولي أو الذكور البالغين فئران لونغ إيفانس.
    ملاحظة: على الرغم من الاختلافات في الأداء عبر هذه السلالات اثنين لم يتم اختبارها رسميا والجرذان لونغ-إيفانز تميل إلى الحصول على التمييز جديلة البصرية (موضح أدناه) أسرع قليلا من الفئران سبراغ داولي (Floresco والملاحظات غير منشورة).
  2. ولدى وصوله في المستعمرة والجرذان الكبار منزل منفردة أو في مجموعات، اعتمادا على احتياجات التجربة والقيود المفروضة على المنشأة. استخدام الإسكان واحد لإجراء التجارب في الحيوانات التي هي مقيدة الغذاء وتوفير تحكم أفضل من تناول الطعام. تسمح الحيوانات حتى يتأقلم إلى مستعمرة (بدون معالجة أو تقييد الغذاء) لمدة 3 أيام على الأقل بعدصولهم.
    ملاحظة: لقد اقترح تقرير صدر مؤخرا أن المجرب بين الجنسين يمكن أن تؤثر سلبا على تدابير من الألم والقلق السلوك 24، والنتائج التي قد تمتد إلى غيرها من السلوكيات حساسة من التوتر بما في ذلك الإدراك. عبر الدراسات دينا، ونحن لم يلاحظ أي اختلافات واضحة في أداء الفئران المدربة من قبل الذكور مقابل الإناث معالجات، على الرغم من أننا لم تقييمها رسميا بذلك.
  3. التعامل مع الحيوانات يوميا لحوالي 3-5 دقائق لكل منهما، لمدة 3 أيام على الأقل قبل البدء في الاختبار السلوكي. في اليوم الأول من المناولة، والحصول على الوزن تغذية خالية من كل الفئران. الوزن المستهدف لتقييد الغذاء، إذا ما استخدمت، وسوف تكون 85-90٪ من هذا الوزن الحر. ملاحظة هذا الوزن الهدف، على سبيل المثال، في دفتر المختبر أو على بطاقة قفص الحيوان. في بعض الحالات، وتقييد الغذاء قد لا تكون مطلوبة إذا كان معزز المستخدم هو مستساغا للغاية (على سبيل المثال، الحليب المحلاة)، على الرغم من أن الحيوانات قد تصبح الاشباع بسرعة كبيرة جدا مع استخدام هذه المعززات.
  4. على EACح من الأيام المناولة، كما يعالج كل حيوان الانتهاء، ومكان ما يقرب من 10-20 الكريات مكافأة داخل قفص المنزل الحيوان للتأقلم الفئران (الذين هم عادة رهوب الجديد) إلى تعزيز التي سيتم استخدامها في المهمة (انظر القسم 2.1.3 أدناه).
  5. على مدى الأيام الثلاثة من التعامل، والحد تدريجيا من الاستهلاك الغذائي اليومي الحيوانات لتقديمهم إلى الأوزان المستهدفة. ومن المؤكد أن تشير على بطاقات قفص أو وثائق أخرى أن الحيوانات هي الآن على نظام غذائي مقيدة.
    ملاحظة: قيود الغذائية على وجه الخصوص يتطلب موافقة IACUC المؤسسي أو هيئة تنظيمية أخرى قبل أي إجراءات قد تبدأ. الإجراءات العامة أدناه تمت الموافقة من قبل وكالات المؤسسية، والمؤلفين. تأكد من استشارة أي مبادئ توجيهية المحلية و / أو وطنية مناسبة لمتطلبات إضافية في المؤسسات الفردية.
  6. وزن الحيوانات على الأقل مرتين في الأسبوع لمراقبة الصحية والتأكد من أن الحيوانات لا تسقط بيل إلى حد كبيرآه الوزن المستهدف. التأكد من أن الماء هو متاح مجانا في جميع الأوقات.

2. المعدات والبرمجيات

  1. استخدام غرف استثابي مجهزة (على الأقل) اثنين من العتلات قابل للسحب، وهما أضواء التحفيز، وhouselight، وموزع التعزيز لهذه المهام.
    1. ضع العتلات على جانبي منطقة تسليم التعزيز المركزية مع التحفيز واحدة تقع فوق كل ذراع.
    2. تأكد من أن houselight ينير الغرفة بأكملها بينما لا تتدخل مع الكشف عن أضواء التحفيز، على سبيل المثال، ضع houselight على الجدار المقابل للروافع وأضواء التحفيز.
    3. استخدام الطعام مستساغا (على سبيل المثال، والكريات السكروز 20،21 أو حلول السكروز 25) لالتعزيز. أينما يشار إليه ب "تعزيز الحيوان" أدناه، وتقديم واحدة 45 ملغ بيليه السكروز أو واحد المبلغ المحدد من محلول السكروز.
  2. عرض الحوافز السيطرة، operati رافعةعلى، وجمع البيانات عن طريق واجهة مع جهاز الكمبيوتر. الاتصال المؤلفين للحصول على معلومات محددة بشأن برامج مهمة مكتوبة مع برنامج MED-PC، وهو برنامج مصمم خصيصا لاختبار السلوكي وجمع البيانات.
    ملاحظة: ميزة حاسمة من البرامج المستخدمة لاختبار السلوكي هو تسجيل المتغيرات الرئيسية على أساس تجريبي للمحاكمة من قبل، بما في ذلك موقف ضوء جديلة، رافعة اختيارهم من قبل الحيوان، سواء كان الحيوان قدم صحيحة أو غير صحيحة أو أي رد (الإغفال) والكمون لجعل خيار. وهذه البيانات هي حاسمة لتقييم أنواع معينة من الأخطاء التي قدمت خلال أجزاء مختلفة من تسلسل الاختيار، كما سيتم موضح أدناه.
  3. في بداية مرحلة ما قبل التدريب، وتعيين كل حيوان إلى غرفة استثابي حيث سيتم اختباره كل يوم في كافة مراحل التجربة. حيوانات الاختبار في نفس الوقت تقريبا من اليوم في كافة مراحل التجربة.
  4. غرف استثابي نظيفة بانتظام (مرة واحدة في الأسبوع على الأقل) مع الخدميةp و المياه و / أو حلا المضادة للجراثيم.

3. قبل التدرب

ملاحظة: عندما وصلت إلى الحيوانات المستهدفة الوزن المقيدة طعامهم، وأنها قد تبدأ في تشكيل غرف استثابي. إجراءات ما قبل التدرب عادة يستغرق حوالي 10-20 يوما، مع التباين الكبير بين الفئران. انظر الشكل 1C لمحة عامة عن الإجراءات.

  1. شكل الحيوانات إلى الصحافة رافعة.
    1. قطار الحيوانات تحت لنسبة ثابتة (FR) -1 جدول التعزيز، أي يتم تسليم التعزيز واحد لكل الصحافة رافعة. تشكيل يمكن أن تدار إما مع كل من العتلات تمديد (ويتعزز الصحافة على أي)، أو على ذراع واحدة في وقت واحد (على سبيل المثال، رافعة واحدة يوميا) مع النظام (يسار / يمين) وازنت بين الحيوانات و / أو الظروف التجريبية.
      1. لتشكيل مع كل من العتلات الموسعة، مواصلة تشكيل الدورات (دورة واحدة 30 دقيقة في اليوم) حتى تلبي الحيوانات الحد الأدنى للمعيار لا يقل عن 50-60 المطابع في كل دورة لمدة يومين متتاليين. هذا وعادة ما يستغرق حوالي 3-6 أيام.
      2. لتشكيل على كل ذراع على حدة، ومواصلة جلسات على رافعة الأولى حتى الحيوانات تستجيب 50-60 مرات على الأقل على رافعة الأولى المقدمة. يجب تشكيل جلسات لاحقة استخدام رافعة المعاكس حتى الفئران تحقق مرة أخرى هذا المعيار. عادة، يتم الحصول على هذا المعيار الثاني بسرعة بعد تعلمت الفئران للضغط على ذراع الأولى.
        ملاحظة: سوف تشكيل على ذراع واحدة في وقت يستغرق وقتا أطول (الحيوان يجب أن تستوفي معيار مرتين، مرة واحدة لكل رافعة)، ولكن تأكد من أن الحيوانات الحصول على تجربة الاستجابة على وبالتناوب بين دعامتين هما، وهو عنصر حاسم من المهام هو موضح أدناه .
  2. إعطاء الحيوانات دورات تدريبية ذراع قابل لتعريفهم التمديد وتراجع من العتلات، وضمان أن الفئران التي تبذل قليلة نسبيا السهو (عادة <5) في الوقت الذي انتقل إلىمراحل الاختبار الرئيسية للمهمة.
    1. على كل محاكمة، تحديد أي ذراع تمديد. ملحقات ذراع بديلة في ترتيب المزيف مثل أن هناك 45 محاكمات اليسار رافعة و 45 محاكمات الأيمن رافعة، ولكن أكثر من تجربتين متتاليتين تمتد نفس رافعة.
    2. تمديد ذراع المحدد. تعزيز الحيوان للصحافة على هذه الرافعة في غضون 10 ثانية، وبعد ذلك يتم تراجع ذراع.
    3. إذا لم يستجب الحيوان في غضون 10 ثانية، والتراجع عن رافعة وتسجيل سهو.
    4. تبدأ التجارب كل 20 ثانية طوال الدورة.
      ملاحظة: أثناء التدريب ذراع قابل للطي، قبل التعرض للأضواء التحفيز (الإضاءة في كل من أضواء التحفيز اليسرى واليمنى علي كل ملحق رافعة) يجوز استخدام لتقليل الجدة وبروز للأضواء لوحة، وبالتالي زيادة صعوبة لاحقا ضبط تحويل المهام 20. يمكنك استخدام هذا الإجراء زيادة ملحوظة في عدد من التجارب اللازمة لتحقيق المعيار PERFOوصف rmance على التمييز جديلة البصرية أدناه، وقد يتطلب الحيوانات عدة أيام لمعرفة هذه القاعدة في ظل هذه الظروف.
    5. تواصل دورات تدريبية ذراع قابل للطي (دورة واحدة 30 دقيقة يوميا) لعدد محدد من الأيام، أو حتى تلبي الحد الأدنى الحيوانات معيارا من خمسة أو أقل السهو لمدة يومين متتاليين. هذا عادة ما يستغرق حوالي 5-10 أيام.
      1. للدراسات باستخدام التلاعب الحادة (على سبيل المثال، اختبار المخدرات)، واستخدام عدد محدد من الأيام (على سبيل المثال، 5 أيام) للتأكد من أن جميع الفئران تتلقى التعرض مماثل لالعتلات.
  3. تقييم الحيوانات لتفضيل الجانب.
    1. سلوك تفضيل الجانب اختبار مباشرة بعد الدورة الأخيرة للتدريب ذراع قابل للطي (في نفس اليوم، وانظر الشكل 1C). وتتكون هذه المهمة تفضيل جانب من سبع تجارب، كل منها يتكون من بين اثنين وثمانية محاكمات شبه مفصولة 20 ثانية فاصل intertrial ثابت (ITI).
    2. فيكل محاكمة الفرعية، وتمتد كل من العتلات في غرفة لمدة 10 ثانية أو حتى يتم الاستجابة الصحافة رافعة. لا تضيء أضواء التحفيز خلال هذه المرحلة من التدريب.
    3. تعزيز استجابة على أي رافعة في أول محاكمة فرعية من كل محاكمة، وسجل باسم "الاستجابة الأولية".
      1. لا تعزز الردود على نفس رافعة على التجارب اللاحقة الفرعية داخل نفس المحاكمة. السماح تصل الى ستة الردود اللاحقة على نفس رافعة مع محاكمة، وبعد ذلك إعطاء القسري محاكمة الفرعية. تتكون القسري محاكمة الفرعية فقط ذراع المعاكس يجري تمديدها لمدة 10 ثانية أو حتى يتم الرد.
    4. بعد الاستجابة الأولية على كل محاكمة، وتعزيز الاستجابة الأولى على رافعة المعاكس، ومن ثم إنهاء تلك المحاكمة. وهكذا، في كل محاكمة (التي تحتوي على ما يصل إلى ثمانية محاكمات الفرعية)، مطلوب حيوان للرد مرة واحدة على الأقل في كل ذراع.
    5. تحديد تفضيل الجانب كل حيوان باعتبارها الجانب الذي على الاغلبيهاستغرق ذ الاستجابات الأولية مكان (أربع من سبع تجارب على الأقل).
    6. ومع ذلك، إذا حيوان يستجيب بشكل غير متناسب على ذراع واحدة طوال الدورة (التي تعرف بأنها أكبر من نسبة 2: 1)، وسجل هذا الجانب كما تفضيل الحيوان.
    7. بدء اختبار في اليوم التالي على التوالي بعد الاختبار تفضيل الجانب.
      ملاحظة: في تجاربنا، معظم الحيوانات لا تعرض تفضيل فريق قوي. لتلك التي تفعل، والتي تتطلب منهم للضغط على ذراع العكس تحيزهم خلال التدريب التمييز استجابة يضمن أنها تعلم الطارئة استجابة مكافأة محددة مرتبطة بتلك رافعة، بدلا من مجرد الاستجابة على رافعة المفضلة.

4. اختبار

ويمكن اختبار الحيوانات في واحدة من ثلاث متواليات، كل منها ينطوي على اثنين من المهام المختلفة: ملاحظة. ويتم تقييم استراتيجية التحول باستخدام (1) من جديلة إلى الاستجابة التحول تعيين و / أو (2) من ردا على جديلة التحول تعيين؛ صويتم تقييم التعلم باستخدام eversal (3) عكس الاستجابة. (A تسلسل الممكن الرابع، عكس جديلة، فمن غير المستحسن للأسباب التي ذكرناها أدناه).

  1. معلومات عامة عن المهام ومتواليات.
    1. إجراء كل تسلسل في أيام متتالية. وسيكون لكل تسلسل تأخذ يومين على الأقل (التعلم التمييز الأولي ومن ثم تحول أو انقلاب).
    2. استخدام أقصى ما بين 150 و 200 المحاكمات في مهمة واحدة، وهذا يتوقف على طبيعة التجربة. (لاحظ أن استخدام أرقام أعلى من المحاكمات سيزيد بالضرورة إجمالي وقت الجلسة لمدة 60 دقيقة أو أكثر، والتي قد تكون عاملا للنظر في الاختبارات الدوائية باستخدام مركبات مع فترات أقصر من الإجراء).
    3. لكل التسلسل، حيوانات الاختبار في مهمة واحدة ("مجموعة")، يليه مهمة الثانية ("التحول" أو "عكس"). حيوانات الاختبار لمدة أقصاها 3 أيام (أي 450-600 تجارب) على كل مهمة، لمدة أقصاها مجموعه 6 أيام.
      1. نزعالحيوانات التي لا تصل إلى معيار غضون 3 أيام على المهمة الأولى ("تعيين") من التجربة.
      2. للحيوانات التي لا تصل إلى معيار غضون 3 أيام على المهمة الثانية ("التحول" أو "عكس")، تعيين على درجة القصوى للمحاكمات على المعيار الذي يمثل عدد من التجارب من ذوي الخبرة (أي 450 المحاكمات لمدة 3 أيام 150 محاكمات لكل منهما).
      3. إذا تم تعديل المعلمات المهمة بحيث الحيوانات السيطرة يمكن أن يحقق أداء المعيار في يوم واحد، ثم تعديل المهمة بحيث يتم إعطاء كل الفئران جلسة اختبار واحدة فقط، وتعطي تلك التي لا تصل إلى معيار ضمن عدد المخصص للمحاكمات الدرجة القصوى (150-200 محاكمات، اعتمادا على كيفية تم تكوين المهمة).
      4. خلال التحول أو انعكاس مهمة، لديها الحيوانات إما بدء جلسة الحاجة إلى إجراء القاعدة الجديدة على الفور، أو منحهم 20 المحاكمات "تذكير" حيث تنفيذ المهمةباستخدام قاعدة المستفادة خلال المرحلة الأولى من التدريب، ومن ثم حكم مفاتيح خلال الدورة 22.
        ملاحظة: هذا الإجراء الأخير هو مفيدة بشكل خاص للتجارب تقييم المركبات الموالية للالمعرفية المحتملة التي قد تحسين مرونة، كما أنها يمكن أن تستخدم لتوضيح ما إذا كانت أداء أفضل أثناء تحولا / انعكاس المقرر خصيصا لتعزيز المرونة أو ضعاف استرجاع سيادة السابقة التي قد تسهل التعلم واحدة جديدة خلال هذا التحول.
  2. جديلة المهام لمهام الاستجابة: تحويل مجموعة.
    1. بدء اختبار الحيوانات على المهمة جديلة (انظر الشكل 1A)، الذي يعزز الحيوانات للرد على رافعة تحت ضوء التحفيز مضيئة (جديلة). مهمة جديلة هي "تعيين" مهمة في هذا التسلسل.
      1. تبدأ كل محاكمة مع كل من العتلات تراجع.
      2. إلقاء الضوء إما اليسار أو ضوء التحفيز المناسب ل3 ثانية؛ ثم تمديد كل من العتلات في غرفة لمدة 10ثانية أو حتى تحدث استجابة.
      3. تعزيز سوى الرد الصحيح على رافعة أشار. بناء على استجابة على أي رافعة، التراجع عن العتلات.
      4. تبدأ التجارب كل 20 ثانية طوال الدورة. Pseudorandomly تحديد الترتيب من التجارب مثل أن تحدث أكثر من تجربتين متتاليتين مع نفس ضوء التحفيز (اليمين أو اليسار) مضيئة.
      5. مواصلة التجارب حتى وصلت حيوان المعيار (أنجزت 10 الإجابات الصحيحة على التوالي) وأكملت ما لا يقل عن 30 المحاكمات، أو حتى يتم الانتهاء من 150-200 المحاكمات دون التوصل المعيار.
      6. إذا لم يتم التوصل إلى المعيار في اليوم الأول، واختبار الحيوان على المهمة جديلة مرة أخرى في اليوم الثاني، ولكن إزالة شرط لاستكمال ما لا يقل عن 30 المحاكمات. إذا لم يتم التوصل إلى المعيار في اليوم الثاني، واختبار الحيوان في اليوم الثالث باتباع نفس الإجراء.
    2. في اليوم التالي بعد التوصل المعيار على المهمة جديلة، وتحول الحيوانات إلى الشكل 1B)، الذي يعزز الحيوانات للرد على رافعة العكس تفضيل جانبهم، بغض النظر عن ضوء التحفيز (جديلة) الإضاءة. مهمة الاستجابة هي "التحول" مهمة في هذا التسلسل.
      1. تبدأ كل محاكمة مع كل من العتلات تراجع.
      2. إلقاء الضوء إما اليسار أو ضوء التحفيز المناسب ل3 ثانية؛ ثم تمديد كل من العتلات في غرفة لمدة 10 ثانية أو حتى تحدث استجابة. (لاحظ أن موقف ضوء التحفيز غير ذي صلة لهذه المهمة.)
      3. تعزيز فقط ردا على رافعة الموضع الصحيح (من اليسار أو اليمين، مقابل تفضيل الجانب الحيوان). بناء على استجابة على أي رافعة، التراجع عن العتلات.
      4. تبدأ التجارب كل 20 ثانية طوال الدورة. Pseudorandomly تحديد الترتيب من التجارب مثل أن تحدث أكثر من تجربتين متتاليتين مع نفس ضوء التحفيز (اليمين أو اليسار) مضيئة.
      5. مواصلة التجارب حتى وصلت حيوانالمعيار (اكتمل 10 الإجابات الصحيحة على التوالي) أو حتى يتم الانتهاء من 150 المحاكمات دون التوصل المعيار.
      6. إذا لم يتم التوصل إلى المعيار في اليوم الأول، واختبار الحيوان على المهمة الاستجابة مرة أخرى في اليوم الثاني. إذا لم يتم التوصل إلى المعيار في اليوم الثاني، واختبار الحيوان في اليوم الثالث باتباع نفس الإجراء.

الشكل (1)
. الشكل 1: مهام التمييز المستخدم في تسلسل مجموعة-التحول يعرض هذا الرقم المهام كما تؤدى في تسلسل جديلة إلى الاستجابة؛ نلاحظ أن المهام هي نفسها، وذلك ببساطة من أجل الآخر، في تسلسل الاستجابة إلى جديلة. (A) خلال البصرية جديلة تعلم التمييز، وتتعزز الحيوانات للحصول على رد على رافعة تحت ضوء التحفيز مضيئة. (B) خلال الاستجابة لتعلم التمييز، وهووتتعزز imals للرد على ذراع واحدة (إما اليمين أو اليسار) بغض النظر عن موقف ضوء التحفيز. (C) مخطط تصور تسلسل مراحل التدريب لاستراتيجية نموذجية تحويل التجربة، من قبل التدرب على الاختبار. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

  1. تحويل مجموعة: ردا على جديلة.
    ملاحظة: هذا التسلسل هو الذي يستفيد منه أكثر من إضافة ضوء البصرية جديلة حالة ما قبل التعرض لقبل التدرب 20،21 (انظر الخطوة 3.2.4 أعلاه). وقد أظهرت دراسات سابقة أن الفئران إلى الأضواء قبل تعريض خلال التدريب ذراع قابل للطي يجعل التحول استجابة إلى جديلة أكثر صعوبة وتعتمد على قشرة الفص الجبهي وسطي. على العكس، inactivations الفص الجبهي لا يضعف هذا النوع من التحول إذا لم يتم توظيف هذه الإجراءات قبل التدرب 20.
      <لى> بيغن اختبار الحيوانات على المهمة استجابة، مما يعزز الحيوانات للرد على رافعة العكس تفضيل جانبهم، بغض النظر عن ضوء التحفيز (جديلة) الإضاءة. مهمة الرد عن "تعيين" مهمة في هذا التسلسل.
      1. المضي قدما في الاختبار على النحو المفصل في الخطوة 4.2.2 (مهمة الاستجابة) أعلاه.
      2. هل لديك حيوانات إكمال ما لا يقل عن 30 تجربة على هذه المهمة، لأنه هو "تعيين" المهمة.
    1. في اليوم التالي بعد التوصل المعيار على المهمة الاستجابة، وتحول الحيوانات إلى مهمة جديلة، الذي يعزز الحيوانات للرد على رافعة تحت ضوء التحفيز مضيئة (جديلة). مهمة جديلة هي "التحول" مهمة في هذا التسلسل.
      1. المضي قدما في الاختبار على النحو المفصل في الخطوة 4.2.1 (مهمة جديلة) أعلاه. ليست هناك حاجة الحد الأدنى من 30 محاكمات الانتهاء عند هذه المهمة هي "التحول" المهمة.
  2. عكس الاستجابة.
    1. تبدأ الحيواناتاختبار على المهمة استجابة، مما يعزز الحيوانات للرد على رافعة العكس تفضيل جانبهم، بغض النظر عن ضوء التحفيز (جديلة) الإضاءة. مهمة الرد عن "تعيين" مهمة في هذا التسلسل.
      1. المضي قدما في الاختبار المفصلة في الخطوة 4.2.2 (مهمة الاستجابة) أعلاه.
      2. هل لديك حيوانات إكمال ما لا يقل عن 30 تجربة على هذه المهمة، لأنه هو "تعيين" المهمة.
    2. في اليوم التالي بعد التوصل المعيار على المهمة الاستجابة، حيوانات الاختبار على عكس مهمة للاستجابة، مما يعزز الحيوانات للرد على رافعة المعاكس كما في المهمة الأولى، أي رافعة المقابلة لتفضيل الجانب الأصلي. هذه المهمة الاستجابة جديدة هي "عكس" مهمة في هذا التسلسل.
      1. المضي قدما في الاختبار على النحو المفصل في الخطوة 4.2.2 أعلاه، باستثناء أن موقف رافعة عززت هو الآن يساوي تفضيل الجانب الأصلي الحيوان.

5. التدابير السلوكية

  1. تسجيل التجارب لبمعيار كل من "تعيين" المهمة و"التحول" المهمة. التجارب لمعيار هو المقياس الرئيسي للدقة، الذي يعرف بأنه عدد من التجارب المطلوبة لإكمال 10 محاكمات متتالية، بما في ذلك تلك المحاكمات 10. لاحظ أن عدد السهو يجب أن يؤخذ من هذا الإجراء (على سبيل المثال، إذا كان الجرذ يتطلب 100 محاكمات لتحقيق معيار ويجعل 10 السهو، والتجارب الفعلية لمعيار 90).
  2. عد تم التوصل إلى عدد من الأخطاء التي قبل المعيار على كل من "تعيين" المهمة و"التحول" المهمة. الأخطاء إلى المعيار هو تدبير مكمل من الدقة التي يمكن أن تكون أكثر حساسية من المحاكمات لمعيار ولا تتأثر زيادة معدلات الإغفال.
  3. لأنواع الخطأ التحول، ومواصلة تحليل أنواع الأخطاء التي على "التحول" مهمة في تسلسل تحويل مجموعة.
    1. عدد خطأ كما"مواظب / نوع رجعية" عندما يستجيب الحيوان بشكل غير صحيح على "التحول" مهمة وفقا لقاعدة أن كان صحيحا على "تعيين" مهمة في اليوم السابق. ثم، استخدم الإرشادات التالية لتقسيم أخطاء من هذا النوع إلى مواظب ورجعية، على التوالي.
      1. تقسيم الدورة "التحول" إلى كتل من 16 تجربة الانتهاء متتالية (لا تشمل المحاكمات حذف). داخل كل كتلة، وتحديد الأخطاء التي تناسب تعريف هذا النوع، أي جعل الفئران استجابة غير صحيحة الذي يتوافق مع "تعيين" حكم المهمة. سوف يكون هناك حد أقصى قدره 8 الأخطاء المحتملة من هذا النوع في كل كتلة من 16 المحاكمات.
      2. النتيجة أخطاء كما مواظب التي تم تحديدها حتى تتم تقل عن ستة منهم داخل كتلة.
      3. بدءا من كتلة المقبل وتستمر حتى نهاية المهمة، والنتيجة أخطاء من هذا النوع رجعية.
      4. إذا تم اختباره على الحيوانات في "الشيخالتحويل غير الرسمية "مهمة على أكثر من يوم واحد، وتستمر الأخطاء التهديف كما لو كانت كتل متجاورة.
    2. عدد خطأ باسم "أبدا عززت" عندما يستجيب الحيوان بشكل غير صحيح على "التحول" مهمة مع الرد الذي كان غير صحيح على إما "تعيين" أو "التحول" المهمة.
  4. لأنواع الخطأ انعكاس، مواصلة تحليل أنواع الأخطاء التي على "عكس" مهمة من سلسلة التعلم انعكاس. يتم تقسيم الأخطاء انعكاس أسفل على طول بعدين: (1) في مواظب والأخطاء رجعية، و (2) في نحو لافت للانتباه، وبعيدا من الأخطاء للانتباه.
    1. تقسيم مجموع الأخطاء في مواظب ورجعية.
      1. تقسيم الدورة "عكس" إلى كتل من 16 تجربة الانتهاء متتالية. عدد الأخطاء في كل كتلة (بحد أقصى 16 أخطاء ممكن).
      2. تسجيل الأخطاء كما مواظب حتى تتم يقل عن 10 منهم داخل كتلة. </ لى>
      3. بدءا من كتلة المقبل وتستمر حتى نهاية المهمة، والنتيجة أخطاء رجعية.
      4. إذا تم اختباره على الحيوانات في "عكس" مهمة على أكثر من يوم واحد، ومواصلة أخطاء التهديف كما لو كانت كتل متجاورة.
    2. تقسيم مجموع الأخطاء في نحو لافت للانتباه، (كانت مضاءة ضوء التحفيز فوق غير صحيحة، رافعة ضغط) وبعيدا من لافت للانتباه (ضوء التحفيز كانت مضاءة فوق الصحيحة، رافعة unpressed).
  5. تسجيل عدد من التجارب حذفت لتوفير قدر كبير من مستوى الدافعية الحيوان.
    1. فحص عشرات إغفال بعد كل جلسة اختبار اليومية لاستبعاد عطل المعدات، والتي يمكن أن تشير إليه عشرات إغفال عالية.
    2. في حالة عدم وجود عطل المعدات، واستبعاد البيانات الإغفال من الحيوانات مع أعداد كبيرة بشكل غير طبيعي من السهو (عموما، ≥3 الانحرافات المعيارية فوق المتوسط) على أي مهمة.
  6. الإختفاء استجابة قياسية عن طريق قياس الوقت المنقضي بين الإرشاد رافعة واستجابة. تقدم الإختفاء مقياسا تقريبيا وظيفة الحركة و / أو سرعة المعالجة.

Representative Results

الحادة، وتثبيط عكسها من قشرة الفص الجبهي ويمكن تحقيق ذلك عن طريق التسريب من هيدروكلوريد مخدر بوبيفكين المحلي (0.75٪، و 0.5 ميكرولتر) في منطقة الحوف عبر ضخ قنية مزروع جراحيا 20 حوالي 10 دقيقة قبل الاختبار. وعلاوة على ذلك، فإن آثار تعطيل إما خلال المهمة الأولى ("تعيين") أو المهمة الثانية ("التحول" أو "عكس") يمكن تقييم للتحقيق في الآثار العامة المحتملة على التعلم. الشكل 2 يوضح نتائج هذه inactivations على الحيوانات أداء تسلسل جديلة إلى الاستجابة-تحويل الاستراتيجية. تعطيل الفص الجبهي في اليوم الأول، وجديلة / "تعيين" المهمة، لم تنل من الأداء (الشكل 2A)، مما يشير إلى أن قشرة الفص الجبهي وسطي ليست ضرورية للتعلم التمييز الأولي. ومع ذلك، تعطيل قبل الجبهي في اليوم الثاني، والاستجابة / "التحول" المهمة، signifضعاف icantly الأداء في أن الحيوانات يتطلب عددا أكبر بكثير من التجارب للوصول إلى الأداء المعيار (الشكل 2B). عندما تم المعطل قشرة الفص الجبهي، جعلت الحيوانات المزيد من الأخطاء مثل مواظب من أخطاء عززت أبدا على مهمة التحول (الشكل 2C). هذه النتائج تكرار البيانات السابقة فيما يتعلق بأهمية قشرة الفص الجبهي وسطي للتحول استراتيجية، وعلى وجه الخصوص، في قمع استراتيجية تعلمت سابقا 13،20.

على العكس، لم الحيوانات المدربة في عكس تسلسل الاستجابة لا تظهر هذه التبعية الفص الجبهي. لم حيوانات تلقي تعطيل من قشرة الفص الجبهي على "عكس" اليوم لا تختلف عن الحيوانات التي غرست المالحة إما على التمييز الأولي استجابة (الشكل 3A) أو انعكاس لاحقة (الشكل 3B) 20 .هذه النتائج تتفق مع تبين الأبحاث السابقة أن عشرالبريد القشرة الأمامية المدارية، وليس قشرة الفص الجبهي وسطي، تنظم عكس التعلم على مجموعة متنوعة من المهام 12،19،26، بما في ذلك مهمة استثابي مماثلة لتلك الموصوفة هنا 27.

الشكل 2
الشكل 2. التعطيل للتحول استراتيجية يضعف القشرة قبل الجبهية. A، المحاكمات إلى المعيار على المهمة الأولية التمييز جديلة ("تعيين") من قبل الفئران التي كانت تتلقى دفعات من المياه المالحة أو بوبيفكين (Bupi) في قشرة الفص الجبهي وسطي في اليوم المحدد. كان تعطيل الفص الجبهي أي تأثير على اكتساب الأولي. B، المحاكمات لمعيار على التحول إلى مهمة الاستجابة ("التحول") بعد ضخ الفص الجبهي وسطي إما مالحة أو بوبيفكين يوم التحول. إهماد من قشرة الفص الجبهي انخفاض قيمة التحول استراتيجية لهذه المهمة الاستجابة.C، أنواع الأخطاء التي ارتكبت من قبل الحيوانات في يوم التحول. تعطيل الفص الجبهي مسبق لهذه المهمة التحول (مجموعة "SAL-bupi") أدى إلى زيادة في أخطاء مثل مواظب. *، P <.05 مقابل المالحة المالحة. تم تعديل هذا الرقم من Floresco وآخرون 20 الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. التعطيل من القشرة قبل الجبهية يترك انعكاس تعلم سليمة. A، المحاكمات إلى بالمعيار خلال التدريب التمييز استجابة الأولية التي كتبها الفئران التي من شأنها أن تلقي دفعات من المياه المالحة أو بوبيفكين (Bupi) لاحقا في قشرة الفص الجبهي وسطي قبل التدريب انعكاس. لم تظهر أية اختلافات. B، المحاكمات إلى المعيار خلال انعكاس للتمييز ردا على ذلك، بعد ضخ الفص الجبهي وسطي إما مالحة أو بوبيفكين]. لم الفص الجبهي تعطيل لا يضعف التعلم انعكاس. تم تعديل هذا الرقم من Floresco وآخرون 20

البيانات الواردة في الشكل (4) تقدم مثالا لكيفية تتطلب الفئران لإجراء المحاكمات "تذكير" باستخدام القاعدة القديمة السابقة إلى تحول استراتيجية يمكن أن تساعد في تفسير البيانات. في هذه الدراسة (Enomotor وFloresco والملاحظات غير منشورة)، كانت مطابقة الفئران لأداء على الحصول على قاعدة جديلة البصرية في يوم 1 (الشكل 4A). في يوم 2، تلقت الفئران السيارة أو 0.2 ملغ / كغ هالوبيريدول. في بداية الدورة اختبار يوم 2، انها منحت 20 محاكمات حيث طلب منهم للرد باستخدام قاعدة جديلة البصرية المكتسبة في يوم 1، وبعد ذلك حكم تحولت منتصف الدورة إلى التمييز استجابة. كما هو معروض في الشكل (4)B، وهذا العلاج ضعاف استرجاع سيادة جديلة البصرية خلال أول 20 محاكمات تذكير الدورة. وفي وقت لاحق، الفئران المعالجة هالوبيريدول المطلوبة أقل محاكمات لتحقيق المعيار (الشكل 4C) وجعلت عددا أقل من الأخطاء مواظب (الشكل 4D) على تحول استراتيجية. لاحظ أن نحن لم تستخدم المحاكمات تذكير قبل التحول، قد تم تفسير هذه البيانات كما تحسنا في مجموعة متغيرة من قبل هالوبيريدول. ومع ذلك، فإن الانخفاض في القيمة خلال مرحلة استرجاع الحكم يشير إلى أن هذه الآثار مفهومة بشكل أفضل كما ضعف الذاكرة لحكم المكتسبة سابقا، والتي قد أدت إلى الصراع استجابة أقل عندما كان مطلوبا الفئران لمعرفة قاعدة جديدة، وبالتالي أسرع التحول.

الشكل (4)
الشكل 4. ضعاف القاعدة استرجاع والميسر مجموعة-التحول المستحث بواسطة Halopعلاج eridol. A، المحاكمات إلى المعيار على التمييز جديلة البصرية من الفئران التي كانت لاستقبال سيارة (المالحة) أو الدوبامين D2 خصم هالوبيريدول (0.2 ملغم / كغم) قبل استراتيجية التحول تسلسل في اليوم التالي. وأظهرت الحيوانات في كلا المجموعتين مقارنة الأداء قبل المخدرات. B، في بداية الاختبار في يوم 2، تلقت الفئران 20 محاكمات تذكير حيث طلب منهم مواصلة الاستجابة باستخدام قاعدة جديلة البصرية من يوم 1. المعاملة مع هالوبيريدول انخفضت بشكل ملحوظ دقة خلال هذه تذكير المحاكمات. C، وبعد محاكمات تذكير 20، تحولت القاعدة منتصف الدورة إلى التمييز استجابة. هالوبيريدول الفئران المعالجة المطلوبة أقل محاكمات لتحقيق المعيار خلال التحول. كما خفضت D. العلاج هالوبيريدول أخطاء مواظب. ورغم أن هذه البيانات يمكن أن تشير إلى تحسين الأداء، وضعف في القاعدة عرض في استرجاع B Enomoto وFloresco والملاحظات غير منشورة. *، ف <.05 مقابل السيارة.

وقد استخدم الأطفال حديثي الولادة الآفة الحصين البطنية (NVHL) التلاعب لنموذج بعض جوانب الفصام في الفئران 28، ولا سيما إدراكيا 29،30. لفترة وجيزة، وتدار آفة excitotoxic المواد إلى الحصين من الفئران القديمة لمدة 7 أيام، ويجرى الاختبار في البالغين (60+ أيام بعد الولادة). . هذه نماذج مسار التنموي افترض الفصام 28 الشكل 5 توضح أداء NVHL والسيطرة على الفئران النسخة المكشوفة قبل من مجموعة المكره: الاستجابة لجديلة تسلسل وايتأثر الفئران NVHL في تعلم القاعدة الأولى (الرد / "تعيين. "، 5A الشكل)، ولكن يعانون من ضعف بشكل كبير في التحول إلى القاعدة الجديدة (جديلة / "التحول") كما هو مبين من خلال الزيادة في عدد المحاكمات المطلوبة للوصول إلى معيار (الشكل 5B). وعلاوة على ذلك، وكان هذا العجز يرجع في المقام الأول إلى زيادة في أخطاء مواظب، كما هو مبين في الشكل 5C، مما يشير إلى تشوهات الفص الجبهي 20،21. هذه النتائج تؤكد النتائج السابقة من ضعاف استراتيجية التحول في الحيوانات NVHL باستخدام مهمة عبر متاهة 29.

وعلى غرار البيانات من الحيوانات المعطل prefrontally-هو مبين أعلاه، لم ضعاف الحيوانات NVHL في انعكاس التعلم (الشكل 6A، B)، على الرغم من أنها كانت أبطأ للرد (الشكل 6C، D). ويعني هذا الاكتشاف السلبي الذي الاستراتيجية المرصودة تحويل العجز لا تعزى إلى عدم قدرة بسيطة للتبديل بين محفزات 21.

es.jpg "/>
الشكل 5. ضعاف مجموعة-التحول في نموذج NVHL من الفصام. الأداء على النسخة المكشوفة مسبقا من الحيوانات السيطرة التسلسل (الاستجابة إلى جديلة) في NVHL-تحويل مجموعة وصورية. A، وايتأثر الحيوانات NVHL على الاستجابة ("تعيين") مهمة باء، ومع ذلك، والحيوانات NVHL المطلوبة أكثر بكثير من التجارب شمس للوصول إلى المعيار على جديلة البصرية ("التحول") المهمة. C، أخطاء على "التحول" اليوم. الحيوانات NVHL أخطاء أكثر مواظب من الحيوانات صورية، ولكن لم تختلف عن أخطاء رجعية أو عززت أبدا. *، P <.05 مقابل صورية. تم تعديل هذا الرقم من Placek وآخرون (21).

الشكل (6)
الشكل 6. عدم وجود NVHL انخفاض قيمة التعلم عكس. C، D، كانت الحيوانات NVHL أبطأ من شمس للرد على كل من "مجموعة" والمهام "عكس". تم تعديل هذا الرقم من Placek وآخرون (21).

وأخيرا، فقد أشار الاختبار التجريبي أن الحيوانات غير قادرة عمليا لمعرفة انعكاس المهمة جديلة، أي الضغط على رافعة قبالة ضوء التحفيز مضيئة. خمسة من ستة الحيوانات المختبرة أكملت 450 محاكمات عكس (3 أيام) دون التوصل المعيار، والحيوان السادس المطلوب 418 المحاكمات (برادي، والملاحظات غير منشورة، لا تظهر البيانات). وهذا هو المرجح لأن الأضواء التحفيز هي العظة البارزة جدا وجذابة تجعل من الصعب للغاية بالنسبة للفئران لتوجيه الاستجابة بعيدا عنهم. وهكذا، وهذا تسلسل الاختبار ليس ريكوmmended.

Discussion

تطوير المهام السلوكية لقياس العليا البنى المعرفية في القوارض ضرورية لدفع عجلة المعرفة للبيولوجيا الأعصاب من الإدراك. مع المهام التي شيدت بشكل جيد والتحقق من صحتها والقوارض يمكن تقييم على المهام من التعقيد تنافس تلك من الرئيسيات أو حتى البشر. نحن هنا أظهرت كيف جانبين من جوانب وظيفة تنفيذية، تحول استراتيجية والتعلم انعكاس، يمكن التحقيق في القوارض باستخدام تقنيات استثابي الآلي. باستخدام هذه المهام الآلي، ونحن قد منسوخة النتائج السابقة في عبر متاهة والمهام حفر بشأن ركائز العصبية للمجموعة-التحول وانعكاس التعلم 11،13،18-21،27،29، مما يشير إلى أن المهام استثابي هي تقديرات صحيحة لهذه يبني.

هذه المهام الآلي لديها عدد من الفوائد والمزايا على المهام الحالية غير الآلي عبر متاهة والحفر. الأكثر إلحاحا هو معدل أعلى من جمع البيانات في النسخة هواء فعال الآلي. كلالتدريب أو الاختبار اليوم يأخذ دقائق فقط 30-60، وهي التي تتطلب الحد الأدنى من الإشراف من قبل المجرب الكمبيوتر التي تسيطر عليها بشكل كامل. وعلاوة على ذلك، يمكن اختبار العديد من الحيوانات في وقت واحد مع غرفة متعددة-الإعداد استثابي. كل سلسلة المهمة، من تشكيل لاختبار النهائي، يمكن أن تكتمل في حوالي 2-3 أسابيع. وثمة ميزة أخرى مهمة من المهام الآلي هي مراقبة دقيقة من عرض الحوافز، مما يقلل من احتمال الخطأ المجرب. على سبيل المثال، عشوائية ترتيب العرض من موقع جديلة على كل محاكمة والتي تسيطر عليها الكمبيوتر، بدلا من مجرب استشارة محاكمة من قبل المحاكمة القائمة يدويا. يتم قياس التوقيت بين التجارب بدقة ومتسقة، وليس مرتبك من الوقت الذي يستغرقه مجرب ل، على سبيل المثال، وإزالة الفئران من-متاهة عبر أو إعادة ترتيب الحاويات الحفر. تسليم التعزيز هو تلقائي وغير خاضع لالمجرب خطأ (على سبيل المثال، متناسين أن الطعمالذراع الصحيح ل-متاهة عبر). تم تحسين جمع البيانات على نحو مماثل، مع تسجيل التلقائي لأنماط استجابة بما في ذلك قياس الإختفاء استجابة بالضبط. في حالة عدم وجود تشوهات السيارات الأخرى، والتغيرات في الإختفاء استجابة يمكن استخدامها لاستنتاج الأدلة على تغييرها سرعة المعالجة و / أو للحكم على مستوى التعقيد المعرفي للمهمة 21،22.

المهام الآلي أيضا الاحتفاظ ميزة واحدة مهمة من المهام عبر متاهة: القدرة على إجراء تحليل مفصل لأنواع الأخطاء التي على التحول أو عكس اليوم. يمكن التمييز بين أخطاء تحويل مجموعة التي تحاكي في اليوم السابق للاستراتيجية (مواظب أو أخطاء الرجعية) والأخطاء التي تمثل سابقا استراتيجيات مجربة (أخطاء عززت أبدا) مساعدة في تشخيص العجز محددة في المرونة السلوكية. على وجه الخصوص، أخطاء مواظب التي تحدث في اختبار مبكر تعكس عدم قدرة الحيوان على التخلي عن الحادي السابقrategy، بينما التي تحدث في وقت لاحق تعكس أخطاء رجعية عدم قدرة الحيوان للحفاظ على استراتيجية جديدة بمجرد توقف الاجتهاد 20. قد يشير أخطاء عززت أبدا الفشل في الحصول على استراتيجية جديدة، أو عدم القدرة على الاستجابة بشكل منتظم وفقا لأحكام المادة 20. النتائج السابقة 16،17،20 يدل قواعد تشريحي عصبي غير إجتماعي من هذه الأنواع من الأخطاء هي أيضا قيمة في تفسير نتائج هذه المهام.

وقد وضعت إجراءات لدينا والأمثل للاستخدام مع الفئران. يقال هذا، وقد استخدمت مجموعات أخرى إجراءات مماثلة لاختبار التحول المنصوص-قدراتهم في الفئران 31. ومع ذلك، تحتاج بعض التعديلات لاستخدامها مع الفئران لاستيعاب الاختلافات بين الأنواع. وتشمل هذه أطول عرض ضوء جديلة البصرية مسبق للتمديد ذراع، والتدريب على مدى أيام متعددة باستخدام 30 محاكمات / يوم وإدراج عقوبة المهلة بعد اختيارات صحيحة. AlthouGH هذه التعديلات تجعل هذا الاختبار أقل قابلية للاستخدام مع التحديات الدوائية، ويمكن أن تكون مفيدة لتقييم المرونة الإدراكية لدى الفئران المعدلة وراثيا (على الرغم من أنه من غير الواضح ما إذا كانت هذه التعديلات من شأنه الحفاظ على حساسية القشرة الأمامية المهمة).

بالطبع، هناك أيضا قيود على هذه المهام. بعض من هذه القيود تنشأ من طبيعة الآلية المهمة، في حين أن آخرين ترتبط المعلمات المهمة نفسها. وفيما يتعلق الأخيرة، والمهام تحويل مجموعة الموصوفة هنا (وكذلك عبر متاهة التحول المنصوص-المهمة 26) الاستفادة من مجموعة محدودة من المحفزات والاستجابات. وخلافا للمهمة حفر، والتي النماذج الجديدة (على سبيل المثال، الروائح غير مألوفة أو حفر وسائل الإعلام) يمكن استخدامها لبناء مجموعات الإنتباه جديدة في كل مرحلة 11،19، والمهام تحويل مجموعة استثابي يتطلب بالضرورة اختيار بين اثنين من المنبهات التي هي مألوفة ل الحيوان - إما مقابل تركالصحيح ضوء جديلة، أو اليسار مقابل الموقف الصحيح. وهذا يعني أن استثابي وعبر متاهة-تحويل مجموعة المهام تشمل الصراع استجابة وكذلك تحول استراتيجية، على الرغم من أن مفهوم التحول استراتيجية واحدة لذلك، البعد التحفيز غير ذي صلة سابقا الجديد هو الحفاظ 20،23. وعلى صعيد متصل، مجموعة-التحول وانعكاس المهام استثابي كما هو موضح هنا لا تسمح بعدا التحفيز الثالث، كما هو الحال في مهمة الحفر والتي قد تشمل حفر وسائل الإعلام، ورائحة، والملمس 11،19. ومع ذلك، فإننا لا نعتبر هذا خطأ فادح، لأن المهام تحويل مجموعة استثابي لا يزال يحتاج الحيوان إلى قمع الاستراتيجية ذات الصلة التمييز سابقا وحضور لالبعد التحفيز تجاهلها سابقا. بالإضافة إلى ذلك، يبدو المتصور أن التعديلات على المعدات ومهمة المعلمات أن تدعم إضافة بعد التحفيز ثالث، مثل الاشارات السمعية أو رائحة، على الرغم من أن هذه الإضافات من المرجح أن تجعل التعلم أكثر صعوبة وأقل AMEnable لاختبارات الدوائية في يوم واحد.

وأخيرا، وجود قيود المحتمل لأية مهمة القائم على استثابي هو فقدان معلومات مباشرة حول سلوك الفئران - أي المجرب لم يعد يراقب الفئران. ونحن نرى أن مزايا في الموضوعية وجمع البيانات السرعة التي يمنحها أتمتة أكثر من تعويض عن هذه الخسارة، وشنت الكاميرات في غرف استثابي هي طريقة سهلة نسبيا لاستعادة الوصول البصرية الفردية اذا شئت.

وهناك عدد من الخطوات التي يمكن اتخاذها لتحقيق أقصى قدر من النجاح باستخدام هذه المهام استثابي. أولا، على أهمية التعامل مع الحيوانات قبل أن يبدأ التدريب لا يمكن المبالغة. كما هو الحال مع أي مهمة السلوكية والحيوانات التعامل معها بشكل جيد، هي أسهل للعمل مع، هي أقل شددت، وتميل إلى إنتاج بيانات أقل المتغيرة. ثانيا، قد تكون بعض الاختبار التجريبي ضروري لتحديد أفضل وقت من اليوم لإجراء الاختبار؛ ونحن اختبار خلال دورة الخفيفة، وتجد أن الاداءم هو الأمثل عندما يتم اختبار الحيوانات قرب نهاية هذه الدورة (على سبيل المثال، حوالي 16:00 لدورة الخفيفة تنتهي في الساعة 7:00 مساء). ينبغي أن تؤخذ الثالثة والرعاية للتأكد من أن أداء مستقر ينشأ في كل مرحلة قبل التدرب قبل حيوان متقدمة إلى الخطوة التالية. على سبيل المثال، أداء ثابت وقوي في مرحلة التدريب ذراع قابل للسحب هو مؤشرا ممتازا على أداء بارعا على "مجموعة" مهمة التمييز. وفيما يتعلق المعدات، وعلى الرغم من ومؤتمتة جميع الخطوات، لا يزال تدخل مجرب ضروري للتأكد من أن جميع المكونات هي من أجل العمل. على سبيل المثال، يجب تشغيل الاختيار المعدات يوميا (أو أكثر من مرة في اليوم، إذا كان يتم اختبار عدد كبير من الحيوانات) لضمان أن كل الأضواء، والعتلات، ونظم تقديم مكافأة جاهزة للعمل. على وجه الخصوص، يمكن أن الأعطال في نظم تقديم مكافأة (خاصة موزعات بيليه) يؤثر بشكل كبير على الأداء. عدد عالية بشكل غير عادي من السهو علىيوم معين قد تشير إلى مشكلة مع المعدات تسليم مكافأة، وبالتالي يجب أن يتم التحقق إخراج البيانات كل يوم من قبل المجرب دراية المهمة ومستويات الأداء المتوقع. في حالة عدم وجود عطل المعدات، وعدد كبير من السهو قد يشير إلى مشاكل أخرى مع الدافع أو الصحة الحيوانية. إذا كان الحيوان هو الأصحاء، ويمكن زيادة تقييد الغذاء لاتخاذ الحيوان إلى 80-85٪ من وزن التغذية الحرة لفترة قصيرة حتى يتعافى الأداء.

هذه مجموعة-التحول وانعكاس المهام يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من النماذج التجريبية. على سبيل المثال، يمكن أن يتم التحقيق في آثار التلاعب مثل الآفات وعلاجات التنموية، التلاعب الغذائية، والعلاج الدوائي طويل الأجل، أو التعديلات الجينية. في حين أن تأثير العلاج على مجموعة-التحول أو عكس المرحلة قد يكون من مصلحة الأولية، نلاحظ أنه منذ يجب بالضرورة أن تدار مثل هذه العلاجات المزمنة أو الدائمة قبل ترينينغ يبدأ، والآثار على مراحل متعددة من الأداء (وخاصة على التمييز الأولي أو "مجموعة") كما يجب فحص 21. استخدام التلاعب الحادة، مثل العلاجات الدوائية أو inactivations تشريحي عصبي مؤقتة، بشكل خاص مناسبة تماما لهذه المهام. في مثل هذه الحالات، إضافة مجموعة ثالثة (كما هو موضح في الشكل رقم 2) هي مفيدة؛ وبالتالي، وتتلقى المجموعة التجريبية الأولية التلاعب الفائدة يوم تحول أو انقلاب، في حين تستقبل المجموعة الضابطة واحد التلاعب في يوم التمييز الأولي أو "مجموعة" لاختبار آثار واسعة على التعلم، ويتلقى مجموعة التحكم الثاني لا التلاعب (أو العلاجات الزائفة) على كلا أيام 20،22. لاحظ أن لمثل هذه الدراسات التلاعب الحادة، فإنه من المستحسن أن تطابق الفئران لأداء خلال التعلم من مجموعة أولية وتخصيصها لصالح المجموعة التجريبية و (الثانية) المجموعة الضابطة وفقا لذلك. هذه قطرةizes احتمال أن الخلافات الناجمة عن العلاج في الأداء قد تكون مشوشة الاختلافات الفردية في كيفية بسهولة تعلم الجرذان على التمييز بين المحفزات. وعلاوة على ذلك، إذا تتطلب تجربة اختبار الأفواج متعددة على مدى أسابيع أو أشهر، ويجب على كل فوج تشمل الحيوانات من جميع المجموعات التجريبية. على سبيل المثال، دراسة اختبار آثار التلاعب الدوائية حادة خلال التحول قد تتطلب 48 الفئران في المجموع و 3 مجموعات تجريبية، واختبارها في ثلاثة أفواج من 16 الحيوانات لكل منهما. في هذه الحالة، يجب أن يحتوي كل فوج 5-6 الفئران في كل مجموعة التجريبية. من الناحية المثالية، ينبغي أن تشمل التحليلات الإحصائية أحد العوامل التي تؤكد وجود فروق في الأداء عبر كل فوج من الفئران. وأخيرا، قد تكون هذه المهام استثابي مفيدة بشكل خاص للتطبيق في تقنيات التسجيل الجسم الحي، بما في ذلك microdialysis، القياس الفولطي، والكهربية، وذلك بسبب مكونات مثل بيئة تسيطر عليها، والتوقيت الدقيق لpresentat التحفيزأيون والاستجابات، والحركات المحظورة من الحيوانات التي لا تتوفر أو عملي في-متاهة عبر حفر أو المهام.

Disclosures

وأيد نشر وحرية الوصول إلى هذه المخطوطة التي كتبها ميد شركاه، وشركة

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Behavioral Chamber Package with Retractable Levers Med Associates, Inc. MED-008-B2 Required components include two retractable levers, two stimulus lights, houselight, and reinforcement delivery system
MED-PC software Med Associates, Inc. SOF-735
MPC2XL software Med Associates, Inc. SOF-731 Data transfer utility for importing raw data into Excel format
Dustless precision pellets, 45 mg, sugar Bio-Serv F0042

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Floresco, S. B., Zhang, Y., Enomoto, T. Neural circuits subserving behavioral flexibility and their relevance to schizophrenia. Behav Brain Res. 204, 396-409 (2009).
  2. McKirdy, J., et al. Set shifting and reversal learning in patients with bipolar disorder or schizophrenia. Psychological medicine. 39, 1289-1293 (2009).
  3. Leeson, V. C., et al. Discrimination learning, reversal, and set-shifting in first-episode schizophrenia: stability over six years and specific associations with medication type and disorganization syndrome. Biol Psychiatry. 66, 586-593 (2009).
  4. Sullivan, E. V., Rosenbloom, M. J., Pfefferbaum, A. Pattern of motor and cognitive deficits in detoxified alcoholic men. Alcoholism, clinical and experimental research. 24, 611-621 (2000).
  5. Snyder, H. R. Major depressive disorder is associated with broad impairments on neuropsychological measures of executive function: a meta-analysis and review. Psychological bulletin. 139, 81-132 (2013).
  6. Cumming, T. B., Marshall, R. S., Lazar, R. M. Stroke, cognitive deficits, and rehabilitation: still an incomplete picture. International journal of stroke : official journal of the International Stroke Society. 8, 38-45 (2013).
  7. Weintraub, S., Wicklund, A. H., Salmon, D. P. The neuropsychological profile of Alzheimer disease. Cold Spring Harbor perspectives in medicine. 2, a006171 (2012).
  8. Lie, C. H., Specht, K., Marshall, J. C., Fink, G. R. Using fMRI to decompose the neural processes underlying the Wisconsin Card Sorting Test. NeuroImage. 30, 1038-1049 (2006).
  9. Smith, A. B., Taylor, E., Brammer, M., Rubia, K. Neural correlates of switching set as measured in fast, event-related functional magnetic resonance imaging. Human brain mapping. 21, 247-256 (2004).
  10. Fellows, L. K., Farah, M. J. Ventromedial frontal cortex mediates affective shifting in humans: evidence from a reversal learning paradigm. Brain. 126, 1830-1837 (2003).
  11. Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set shifting in the rat. Journal of Neuroscience. 20, 4320-4324 (2000).
  12. Bissonette, G. B., et al. Double dissociation of the effects of medial and orbital prefrontal cortical lesions on attentional and affective shifts in mice. J Neurosci. 28, 11124-11130 (2008).
  13. Ragozzino, M. E., Detrick, S., Kesner, R. P. Involvement of the prelimbic-infralimbic areas of the rodent prefrontal cortex in behavioral flexibility for place and response learning. Journal of Neuroscience. 19, 4585-4594 (1999).
  14. Floresco, S. B., Magyar, O., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Tse, M. T. Multiple dopamine receptor subtypes in the medial prefrontal cortex of the rat regulate set-shifting. Neuropsychopharmacology. 31, 297-309 (2006).
  15. Mackintosh, N. J., Holgate, V. Serial reversal training and nonreversal shift learning. Journal of comparative and physiological psyhology. 67, 89-93 (1969).
  16. Floresco, S. B., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Magyar, O. Dissociable roles for the nucleus accumbens core and shell in regulating set shifting. Journal of Neuroscience. 26, 2449-2457 (2006).
  17. Block, A. E., Dhanji, H., Thompson-Tardif, S. F., Floresco, S. B. Thalamic-prefrontal cortical-ventral striatal circuitry mediates dissociable components of strategy set shifting. Cereb Cortex. 17, 1625-1636 (2007).
  18. Stefani, M. R., Moghaddam, B. Systemic and prefrontal cortical NMDA receptor blockade differentially affect discrimination learning and set-shift ability in rats. Behav.Neurosci. 119, 420-428 (2005).
  19. McAlonan, K., Brown, V. J. Orbital prefrontal cortex mediates reversal learning and not attentional set shifting in the rat. Behav. Brain Res. 146, 97-103 (2003).
  20. Floresco, S. B., Block, A. E., Tse, M. T. Inactivation of the medial prefrontal cortex of the rat impairs strategy set-shifting, but not reversal learning, using a novel, automated procedure. Behav Brain Res. 190, 85-96 (2008).
  21. Placek, K., Dippel, W. C., Jones, S., Brady, A. M. Impairments in set-shifting but not reversal learning in the neonatal ventral hippocampal lesion model of schizophrenia: Further evidence for medial prefrontal deficits. Behav Brain Res. 256C, 405-413 (2013).
  22. Enomoto, T., Tse, M. T., Floresco, S. B. Reducing prefrontal gamma-aminobutyric acid activity induces cognitive, behavioral, and dopaminergic abnormalities that resemble schizophrenia. Biol Psychiatry. 69, 432-441 (2011).
  23. Haluk, D. M., Floresco, S. B. Ventral striatal dopamine modulation of different forms of behavioral flexibility. Neuropsychopharmacology. 34, 2041-2052 (2009).
  24. Sorge, R. E., et al. Olfactory exposure to males, including men, causes stress and related analgesia in rodents. Nature methods. 11, 629-632 (2014).
  25. Trantham-Davidson, H., et al. Chronic alcohol disrupts dopamine receptor activity and the cognitive function of the medial prefrontal cortex. J Neurosci. 34, 3706-3718 (2014).
  26. Ghods-Sharifi, S., Haluk, D. M., Floresco, S. B. Differential effects of inactivation of the orbitofrontal cortex on strategy set-shifting and reversal learning. Neurobiol Learn Mem. 89, 567-573 (2008).
  27. Boulougouris, V., Dalley, J. W., Robbins, T. W. Effects of orbitofrontal, infralimbic and prelimbic cortical lesions on serial spatial reversal learning in the rat. Behav Brain Res. 179, 219-228 (2007).
  28. Tseng, K. Y., Chambers, R. A., Lipska, B. K. The neonatal ventral hippocampal lesion as a heuristic neurodevelopmental model of schizophrenia. Behavioral Brain Research. 204, 295-305 (2009).
  29. Brady, A. M. Neonatal ventral hippocampal lesions disrupt set-shifting ability in adult rats. Behav Brain Res. 205, 294-298 (2009).
  30. Brady, A. M., Saul, R. D., Wiest, M. K. Selective deficits in spatial working memory in the neonatal ventral hippocampal lesion rat model of schizophrenia. Neuropharmacology. 59, 605-611 (2010).
  31. Ortega, L. A., Tracy, B. A., Gould, T. J., Parikh, V. Effects of chronic low- and high-dose nicotine on cognitive flexibility in C57BL/6J mice. Behav Brain Res. 238, 134-145 (2013).

Tags

السلوك، العدد 96، وظيفة تنفيذية، والمرونة السلوكية، وقشرة الفص الجبهي، تحول استراتيجية، والتعلم انعكاس وعلم الأعصاب السلوكي، والفصام، استثابي
إجراءات استثابي لتقييم المرونة السلوكية في الفئران
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Brady, A. M., Floresco, S. B.… More

Brady, A. M., Floresco, S. B. Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats. J. Vis. Exp. (96), e52387, doi:10.3791/52387 (2015).

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