Waiting
Login processing...

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

Behavior

Operant procedurer til vurdering Behavioral Fleksibilitet i rotter

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

Executive funktioner består af flere højt niveau kognitive processer, der driver regel generation og adfærdsmæssige valg. En emergent egenskab af disse processer er evnen til at justere adfærd som reaktion på ændringer i en miljø (dvs. adfærdsmæssige fleksibilitet). Disse processer er afgørende for normal human adfærd og kan afbrydes i forskellige neuropsykiatriske tilstande, herunder skizofreni, alkoholisme, depression, slagtilfælde og Alzheimers sygdom. Forståelse af neurobiologi af udøvende funktioner er blevet væsentligt fremført af tilgængeligheden af ​​animalske opgaver til vurdering diskrete komponenter i adfærdsmæssige fleksibilitet, især strategi gearskift og tilbageførsel læring. Mens flere typer af opgaver er blevet udviklet, de fleste er ikke-automatiserede, arbejdskrævende og tillader afprøvning af kun et dyr ad gangen. Den seneste udvikling af automatiserede, operant-baserede opgaver til vurdering adfærdsmæssige fleksibilitet strømliner tesTing, standardiserer stimulus præsentation og dataregistrering, og dramatisk forbedrer gennemløb. Her beskriver vi automatiseret strategi gearskift og vending opgaver, hjælp operantkamre kontrolleres af brugerdefinerede skriftlige softwareprogrammer. Ved hjælp af disse opgaver har vi vist, at den mediale præfrontale cortex regulerer strategi skiftende, men ikke omvendt læring i rotter, svarende til dissociation observeret i mennesker. Desuden dyr med en neonatal hippocampal læsion, en neurologisk model af skizofreni, selektivt svækket om strategien skiftende opgave, men ikke tilbageførsel opgave. Strategien skiftende opgave tillader også identifikation af forskellige typer af ydeevne fejl, som hver især kan henføres til forskellige neurale substrater. Tilgængeligheden af ​​disse automatiserede opgaver, og dokumentation for dissocierbare bidrag separate præfrontale områder, gør dem særligt velegnede analyser til undersøgelse af basale neurobiologiske processer samt drUG opdagelse og screening i sygdomsmodeller.

Introduction

Højt niveau kognitive processer, herunder reglen generation, adfærdsmæssige udvælgelse og strategi evaluering under ét benævnt "udøvende funktion" eller "adfærdsmæssige fleksibilitet 1." Sådanne processer er afgørende for normal kognitiv funktion, og kan være nedsat i så forskellige lidelser som skizofreni , alkoholisme, depression, slagtilfælde og Alzheimers sygdom 2-7. Reguleringen af udøvende funktion processer medieres primært af områder i den frontale cortex, herunder dorsolaterale præfrontale cortex og orbitofrontal cortex hos mennesker 8-10.

Udviklingen af opgaver at vurdere udøvende funktion og / eller adfærdsmæssige fleksibilitet i ikke-humane dyr, især gnavere, i høj grad har fremmet forståelsen af neurobiologi af kognition 11-14. Disse opgaver har gjort det muligt at særskilt måle forskellige komponenter af adfærdsmæssige fleksibilitet, herunderstrategi gearskift og tilbageførsel læring. Strategi skiftende refererer til evnen til aktivt at undertrykke en tidligere lært svar strategi, mens erhverve en ny, konkurrerende strategi, især på tværs stimulus dimensioner (extradimensional skift) - f.eks, skifte fra at udføre et visuelt baseret diskrimination (rød vs. grøn, hvor rød er "rigtige" og taktile stimuli er irrelevante) til at udføre en taktil diskrimination (glat vs. ru, hvor glat er "korrekt" og visuelle stimuli er nu irrelevant). På den anden side, tilbageførsel læring indebærer også en ændring i reaktion strategi, men inden for samme stimulus dimension - fx i eksemplet "røde vs grønne", hvis rød var tidligere rigtig, en vending vil diktere, at grøn er nu korrekt, mens taktile stimuli forbliver irrelevant.

Flere opgaver er blevet udviklet til at undersøge adfærdsmæssige fleksibilitet i gnavere. På tværs af maze opgave kræver et dyr først lære enten en retning baseret regel (fx "altid drej til højre"), eller et visuelt baseret regel (fx "altid vende mod det visuelle cue") til en bestemt kriterium ydeevne. Derefter dyret skal uventet skifte enten tværs modalitet til den modsatte regel (strategi gearskift, der oprindeligt omtalt som en "nonreversal skift" 15), eller skift i modalitet til den modsatte uforudsete (tilbageførsel læring) 13,14,16. Disse opgaver er følsomme over for forstyrrelser i subkortikale netværk, der involverer det præfrontale cortex, thalamus og striatum 1,13,14,16-18. En anden type af opmærksomhedsgraden set-skiftende opgave (undertiden benævnt grave opgave) kræver træning dyr til at skelne mellem to beholdere, der afviger langs to eller tre stimulus dimensioner (grave medier, lugt og / eller ekstern konsistens). Svarende til cross-labyrintopgave, er dyrene herefter forpligtet til at flytte enten på tværs af dimensioner (strategi shifting) eller inden for samme dimension (tilbageførsel læring), og disse opgaver er ligeledes følsomme over for frontale cortex manipulationer 11,19. En fordel ved denne opgave er, at under den ekstra-dimensionelle strategi skift er rotter præsenteret med nye sæt af stimuli (forbilleder), som sikrer, at ydeevnen nedskrivninger i denne fase vil sandsynligvis tilskrives forstyrrelser i evnen til at flytte opmærksomhedsgraden sæt til forskellige aspekter af sammensatte stimuli, snarere end en nedsat evne til at holde op med henvendelse til en bestemt stimulus tidligere forbundet med belønning. Men denne funktion gør det også vanskeligere at fastslå den særlige karakter af et underskud i et sæt skift.

Selv om de ovenfor beskrevne opgaver er veldokumenteret i litteraturen, de begge lider af en række proceduremæssige ulemper, primært længden af ​​tid, det tager at teste dyr. I beggecross-labyrint opgave og grave opgave, kan kun ét dyr testes på et tidspunkt; Endvidere skal test administreres i realtid af en dedikeret experimenter, og kan tage op til flere timer per dag per dyr. Desuden er præsentationen af ​​stimuli og registrering af adfærdsmæssige reaktioner i begge typer opgaver manuelt styret af en eksperimentator, og er således sårbar over for menneskelige fejl og subjektive fortolkning.

Her beskriver vi en automatiseret metode til vurdering af strategi gearskift og vending læring i rotter, ved hjælp af operant procedurer, der strømliner stimulus kontrol og data præsentation, og dramatisk forbedre hastigheden af dataindsamling og throughput 20,21. De metoder, der anvendes til at forme og tog rotter er beskrevet, såvel som dele af selve opgaven og analyse af de resulterende data. Vi har fundet, at ligesom cross-labyrint og gravere opgaver disse automatiserede opgaver er følsomme over for forstyrrelser i præfrontaleog subkortikale kredsløb, samt en neurologisk manipulation at modeller skizofreni 20-23.

Protocol

BEMÆRK: Alle procedurer er beskrevet her blev godkendt af Institutional Animal Care og brug Udvalg (IACUC) på St. Marys College of Maryland, eller den canadiske Rådet om Animal Care på University of British Columbia.

1. Dyr

  1. Brug voksne Sprague-Dawley eller voksen mandlige Lang Evans rotter.
    BEMÆRK: Selvom forskelle i præstation på tværs af disse to stammer ikke formelt har testet, Long-Evans-rotter har tendens til at erhverve en visuel cue forskelsbehandling (beskrevet nedenfor) lidt hurtigere end Sprague-Dawley rotter (Floresco, upublicerede observationer).
  2. Ved ankomsten til kolonien, hus voksne rotter enkeltvis eller i grupper, alt efter behov forsøget og begrænsningerne faciliteten. Brug enkelt hus til eksperimenter, hvor dyr mad-begrænset, til bedre overvågning af fødeindtagelse. Tillad dyr at akklimatisere sig til kolonien (uden håndtering eller mad begrænsning) i mindst 3 dage efterankomst.
    BEMÆRK: En nylig rapport har foreslået, at forsøgslederen køn negativt kan påvirke foranstaltninger af smerte og angst adfærd 24 fund, som kan brede sig til andre stress-sensitive adfærd, herunder kognition. På tværs af vores undersøgelser, har vi ikke observeret nogen tydelige resultater forskelle i rotter uddannet af mandlige vs. kvindelige handlere, selv om vi ikke har formelt vurderet dette.
  3. Håndtag dyr dagligt i ca. 3-5 min hver, i mindst 3 dage, før adfærdsmæssige test. På den første dag i håndtering, få en gratis-fodring vægt for hver rotte. Målet vægt for fødebegrænsning, hvis den anvendes, vil være 85-90% af den frie vægt. Bemærk dette mål vægt, fx i et laboratorium notesbog eller på dyrets bur kort. I nogle tilfælde kan fødebegrænsning ikke påkrævet, hvis forstærker anvendte meget velsmagende (f.eks sødet mælk), selv om dyrene kan blive mæt for hurtigt med anvendelsen af sådanne forstærkere.
  4. På ØKh af håndtering dage, som hvert dyr håndtering er færdig, sted cirka 10-20 belønning træpiller i dyrets hjem bur at akklimatisere rotter (som typisk er neophobic) til forstærkning, der skal bruges i opgaven (se afsnit 2.1.3 nedenfor).
  5. I løbet af de tre dage af håndtering, gradvis at nedbringe dyrenes daglige fødeindtagelse at bringe dem til deres mål vægt. Sørg for at angive de bur kort eller anden dokumentation, at dyrene er nu på en diæt.
    BEMÆRK: Mad begrænsning navnlig forudsætter godkendelse af den institutionelle IACUC eller andet tilsynsorgan før eventuelle procedurer kan begynde. De generelle procedurer nedenfor blev godkendt af forfatternes respektive institutionelle organer; være sikker på at høre alle relevante lokale og / eller nationale retningslinjer for yderligere krav på de enkelte institutioner.
  6. Dyr veje mindst to gange om ugen til at overvåge sundhed og sikre, at dyr ikke falde væsentligt below målvægten. Sørg for, at vandet er frit tilgængelig på alle tidspunkter.

2. Udstyr og software

  1. Brug operantkamre udstyret med (mindst) to optrækkelige håndtag, to stimulus lys, en houselight og en forstærkning dispenser til disse opgaver.
    1. Placer håndtagene på hver side af en central forstærkning levering med en stimulus placeret over hver arm.
    2. Sørg for, at houselight lyser hele kammeret uden at forstyrre detektering af de stimulerende lys, fx placere houselight på væggen modsat håndtagene og stimulus lys.
    3. Brug spiselig mad (f.eks, saccharose pellets 20,21 eller saccharose løsninger 25) til armering. Hvor det er angivet til "styrke dyret" nedenfor, leverer en 45 mg saccharose pellet eller en foreskrevne mængde saccharoseopløsning.
  2. Kontrol stimulus præsentation, håndtag operatipå, og dataindsamling via et interface med en computer. Kontakt forfatterne til specifikke oplysninger om task programmer skrevet med MED-pc-software, et program specielt designet til adfærdsmæssige test og dataindsamling.
    BEMÆRK: Et afgørende element i de programmer, der anvendes til adfærdsmæssige test er optagelsen af ​​vigtige variabler på forsøgsbasis-by forsøgsbasis, herunder placeringen af ​​cue lys, valgt af dyret håndtaget, om dyret foretaget en korrekt, ukorrekt eller ingen reaktion (udeladelse), og latenstiden til at foretage et valg. Disse data er afgørende for vurdering af de specifikke typer af fejl under forskellige dele af valget sekvens, som vil blive beskrevet nedenfor.
  3. I begyndelsen af ​​forberedende uddannelse, tildele hvert dyr en operant kammer, hvor det vil blive testet hver dag i hele forsøget. Forsøgsdyr på omtrent samme tid på dagen under hele forsøget.
  4. Clean operantkamre regelmæssigt (mindst en gang om ugen) med SOAp og vand og / eller en antimikrobiel opløsning.

3. Pretraining

BEMÆRK: Når dyr er nået deres mål mad-begrænset vægt, kan de begynde at forme i operantkamre. Pretraining procedurer typisk tage omkring 10-20 dage, med betydelig variation mellem rotter. Se figur 1C for en oversigt over procedurer.

  1. Shape dyr til håndtaget pressen.
    1. Tog dyr under en fast forhold (FR) -1 tidsplan for forstærkning, dvs. at en forstærkning leveres til hver arm presse. Shaping kan indgives enten med begge arme udvidet (en presse på enten forstærkes), eller på en løftestang ad gangen (f.eks en løftestang per dag) med ordren (venstre / højre) modsvares tværs dyr og / eller eksperimentelle betingelser.
      1. Til formning med begge håndtag forlænget fortsætte forme sessioner (en 30-min session per dag), indtil dyr opfylder mindst kriterium på mindst 50-60 presser per session for to på hinanden følgende dage. Det tager typisk omkring 3-6 dage.
      2. For at forme på hver arm individuelt fortsætter sessioner på første arm indtil dyrene reagerer mindst 50-60 gange på den første arm fremlagt. Efterfølgende forme sessioner bør bruge den modsatte arm, indtil rotten igen opnår dette kriterium. Typisk er dette andet kriterium hurtigt erhvervet efter rotter har lært at trykke på den første arm.
        BEMÆRK: Shaping på en løftestang på et tidspunkt vil tage længere tid (dyret skal opfylde kriterium to gange, en gang for hver arm), men vil sikre, at dyrene får erfaring med at reagere på og vekslende mellem de to håndtag, et afgørende element i de opgaver, der er beskrevet nedenfor .
  2. Giv dyr optrækkelige håndtag træningssessioner at gøre dem bekendt med udvidelse og tilbagetrækning af armene, og sikre, at rotter gør relativt få udeladelser (typisk <5), når de går videre tilvigtigste testfaser af opgaven.
    1. , Fastlægge for hvert forsøg, som løftestang til at udvide. Alternative håndtag lokalnumre i en pseudorandom rækkefølge sådan, at der er 45 venstre håndtag forsøg og 45 højre håndtag forsøg, men ikke mere end to på hinanden følgende forsøg forlænge samme håndtag.
    2. Udvid det valgte håndtag. Styrke dyret til et tryk på denne arm inden for 10 sekunder, hvorefter armen trækkes tilbage.
    3. Hvis dyret ikke reagerer inden 10 sek, trække i håndtaget og indspille en udeladelse.
    4. Begynd forsøg hver 20 sek i hele sessionen.
      BEMÆRK: Under optrækkelige håndtag træning, før udsættelse for stimulus lys (belysning af både venstre og højre stimulus lys ved hver arm extension) kan anvendes til at mindske nyhed og prominens af lyser, og dermed gøre det sværere for den efterfølgende sæt skiftende opgave 20. Brug af denne procedure vil markant øge antallet af forsøg, der kræves for at opnå kriterium Performance på det visuelle cue diskrimination beskrevet nedenfor, og dyr kan kræve flere dage til at lære denne regel under disse betingelser.
    5. Fortsæt optrækkelige håndtag træningssessioner (en 30-min session per dag) for et fast antal dage, eller indtil dyr opfylder mindst kriterium om fem eller færre undladelser to på hinanden følgende dage. Det tager typisk omkring 5-10 dage.
      1. For undersøgelser med anvendelse af akutte manipulationer (f.eks test af lægemidler), skal du bruge et fast antal dage (f.eks, 5 dage) for at sikre, at alle rotter får eksponering svarende til håndtagene.
  3. Vurdere dyr til præference side.
    1. Conduct side præference teste umiddelbart efter det sidste møde i optrækkelige håndtag uddannelse (samme dag, se figur 1C). Præferencen side opgave består af syv forsøg, som hver er sammensat af mellem to og otte undergrupper forsøg adskilt af en fast 20-sec interforsøgsinterval interval (ITI).
    2. Påhver sub-forsøg, udvide begge håndtag ind i kammeret i 10 sek, eller indtil en løftestang presse respons er lavet. Må ikke belyse de stimulerende lys i denne fase af uddannelsen.
    3. Styrke en reaktion på begge håndtag på den første sub-forsøg med hvert forsøg, og optage det som den "første svar".
      1. Må ikke styrke svar på det samme håndtag på efterfølgende sub-forsøg inden for samme retssag. Tillad op til seks efterfølgende reaktioner på den samme arm med en retssag, efter at der giver en tvungen sub-forsøg. En tvungen sub-forsøg består af kun den modsatte arm udvides til 10 sek, eller indtil en reaktion er foretaget.
    4. Efter den første reaktion på hvert forsøg, styrke den første reaktion på den modsatte arm, og derefter afslutte retssagen. Således inden for hvert forsøg (indeholder op til otte under-forsøg), er et dyr skal reagere mindst én gang på hver arm.
    5. Definer hvert dyr side præference som den side, på hvilken majority af indledende reaktioner fandt sted (mindst fire af syv forsøg).
    6. Men hvis et dyr uforholdsmæssigt reagerer på en løftestang i hele sessionen (defineret som mere end et 2: 1 forhold), registrerer den side som dyrets præference.
    7. Begynd at teste den næste dag i træk, efter præference side test.
      BEMÆRK: I vores erfaringer, de fleste dyr ikke vise en stærk præference side. For dem, der gør, at de skal trykke på håndtaget modsat deres partiskhed under træning diskrimination respons sikrer, at de er ved at lære de specifikke svar-belønning uforudsete forbundet med dette håndtag, frem for blot at reagere på en foretrukken løftestang.

4. Test

NOTE: Dyr kan testes på en af ​​tre sekvenser, som hver især indeholder to forskellige opgaver. Strategi gearskift vurderes ved anvendelse (1) Set-Shifting fra Cue til reaktion og / eller (2) Indstil skiftende fra Reaktion på Cue; rrets tilbageførte læring vurderes ved anvendelse (3) Tilbageførsel af respons. (En fjerde mulig sekvens, Tilbageførsel af Cue, anbefales ikke til grunde diskuteres her under.)

  1. Generel information om opgaver og sekvenser.
    1. Gennemføre hver sekvens på hinanden følgende dage. Hver sekvens vil tage mindst to dage (første indlæring diskrimination og derefter flytte eller tilbageførsel).
    2. Brug et maksimum mellem 150 og 200 forsøg i en enkelt opgave, afhængigt af arten af ​​eksperimentet. (Bemærk, at anvendelse af højere antal forsøg nødvendigvis vil øge den samlede behandlingstid til 60 min eller mere, hvilket kan være en faktor til at overveje for farmakologiske forsøg med forbindelser med kortere varighed af handlingen.)
    3. For hver sekvens, forsøgsdyr i en opgave ("Set") efterfulgt af en anden opgave ("Shift" eller "Reversal"). Forsøgsdyr i højst 3 dage (dvs. 450-600 forsøg) på hver opgave, i højst seks dage i alt.
      1. Fjernedyr, der ikke når kriterium inden for 3 dage på den første opgave ("Set") fra forsøget.
      2. For dyr, der ikke når kriterium inden for 3 dage på den anden opgave ("Shift" eller "Reversal"), tildele en maksimal score for forsøg på kriterium, der repræsenterer antallet af forsøg oplevede (dvs. 450 forsøg for 3 dage af 150 forsøg hver).
      3. Hvis opgaven parametre er blevet ændret, så kontroldyr kan opnå kriterium ydeevne på en enkelt dag, så ændre opgaven, så alle rotterne får kun en test session, og give dem, der ikke nå kriterium inden for den tildelte antal forsøg de maksimale score (150-200 forsøg, afhængigt af, hvordan opgaven er blevet konfigureret).
      4. Under skiftet eller tilbageførsel opgave, har dyrene enten starte en session skulle udføre den nye regel med det samme, eller give dem 20 "påmindelse" forsøg, hvor de udfører opgavenved hjælp af reglen lært i den første fase af uddannelse, og den regel skifter under sessionen 22.
        BEMÆRK: Denne sidstnævnte procedure er særlig nyttig til forsøg vurderer potentielle pro-kognitive forbindelser, der kan forbedre fleksibilitet, da det kan bruges til at afklare, om en bedre ydeevne under et skift / vending skyldes specifikt til større fleksibilitet eller svækket hentning af den tidligere regel om, at kan fremme indlæringen af ​​et nyt i løbet af skiftet.
  2. Set-shifting: Cue Opgave til respons Opgave.
    1. Begynd at teste dyr på Cue opgave (se figur 1A), som forstærker dyr til at svare på armen under belyste stimulus lys (cue). Den Cue opgave er den "Set" opgave i denne sekvens.
      1. Begynd hvert forsøg med begge håndtag tilbagetrukket.
      2. Oplys enten venstre eller højre stimulus lys for 3 sek; så udvide begge håndtag ind i kammeret i 10sek eller indtil en reaktion finder sted.
      3. Styrke kun et korrekt svar på det signalerede håndtag. Ved et svar på begge håndtag, trække håndtagene.
      4. Begynd forsøg hver 20 sek i hele sessionen. Pseudo bestemme rækkefølgen af ​​forsøg, således at ikke mere end to på hinanden følgende forsøg forekomme med samme stimulus lys (venstre eller højre) lyser.
      5. Fortsæt forsøg indtil et dyr har nået kriterium (afsluttet 10 på hinanden følgende korrekte svar) og har gennemført mindst 30 forsøg, eller indtil 150-200 forsøg er afsluttet uden at nå kriterium.
      6. Hvis kriteriet ikke er nået på den første dag, teste dyret på Cue opgaven igen på andendagen, men fjerne kravet om at udfylde et minimum på 30 forsøg. Hvis kriteriet ikke er nået på den anden dag, teste dyret på tredjedagen efter samme procedure.
    2. Den næste dag efter at kriteriet vedrørende Cue opgave, skift dyr til figur 1 B), som forstærker dyr til at svare på håndtaget modsat deres præference side, uanset stimulus lys (cue) belysning. Opgaven er udtryk for en "Shift" opgave i denne sekvens.
      1. Begynd hvert forsøg med begge håndtag tilbagetrukket.
      2. Oplys enten venstre eller højre stimulus lys for 3 sek; så udvide begge håndtag ind i kammeret i 10 sekunder eller indtil en reaktion finder sted. (Bemærk, at placeringen af ​​stimulus lys er irrelevant for denne opgave.)
      3. Styrke kun et svar på den korrekte position håndtaget (venstre eller højre, modsat af dyrets side præference). Ved et svar på begge håndtag, trække håndtagene.
      4. Begynd forsøg hver 20 sek i hele sessionen. Pseudo bestemme rækkefølgen af ​​forsøg, således at ikke mere end to på hinanden følgende forsøg forekomme med samme stimulus lys (venstre eller højre) lyser.
      5. Fortsæt forsøg indtil et dyr har nåetkriterium (afsluttet 10 på hinanden følgende korrekte svar), eller indtil 150 forsøg er afsluttet uden at nå kriterium.
      6. Hvis kriteriet ikke er nået på den første dag, teste dyret på svar opgaven igen på andendagen. Hvis kriteriet ikke er nået på den anden dag, teste dyret på tredjedagen efter samme procedure.

Figur 1
. Figur 1: Diskrimination Opgaver Brugt i Set-Shifting Sequence Dette tal viser de opgaver, der udføres i Cue-til-reaktion sekvens; opmærksom på, at opgaverne er de samme, blot i modsat rækkefølge, i Reaktion-til-Cue sekvens. (A) I visuel-cue læring diskrimination dyrene forstærket til et svar på håndtaget under den oplyste stimulus lys. (B) Under svar learning diskrimination, enimals er forstærket til at reagere på en stang (enten venstre eller højre), uanset placeringen af stimulus lys. (C) Flowdiagram sekvens af uddannelse faser for en typisk strategi skiftende forsøg, fra pretraining til test. Klik her for at se en større udgave af dette tal.

  1. Set-shifting: Reaktion på stikord.
    BEMÆRK: Denne sekvens er den, der gavner mest fra tilsætning af den visuelle-cue lys pre-eksponering betingelse for pretraining 20,21 (se trin 3.2.4 ovenfor). Tidligere undersøgelser har vist, at præ-udsætte rotter til lysene i optrækkelige håndtag træning gør respons-til-cue skift vanskeligere og afhængig af den mediale præfrontale cortex. Omvendt behøver præfrontale inaktivering ikke forringe denne type skift, hvis disse pretraining procedurer ikke er ansat 20.
      <li> Begynd dyrenes forsøg på svar opgave, som forstærker dyr til at svare på håndtaget modsat deres præference side, uanset stimulus lys (cue) belysning. Opgaven er udtryk for en "Set" opgave i denne sekvens.
      1. Fortsæt med prøvning, som beskrevet i trin 4.2.2 (Reaktion opgave) ovenfor.
      2. Har dyr fuldføre mindst 30 forsøg på denne opgave, da det er den "Set" opgave.
    1. Den næste dag efter at kriteriet vedrørende reaktion opgave, skifte dyr til Cue opgave, som forstærker dyr til at svare på armen under belyste stimulus lys (cue). Den Cue opgave er "Shift" opgave i denne sekvens.
      1. Fortsæt med prøvning, som beskrevet i trin 4.2.1 (Cue opgave) ovenfor. Den mindste af 30 forsøg afsluttet er ikke nødvendigt, når denne opgave er "Shift" opgave.
  2. Tilbageførsel af respons.
    1. Begin dyrenesafprøvning på svar opgave, som forstærker dyr til at svare på håndtaget modsat deres præference side, uanset stimulus lys (cue) belysning. Opgaven er udtryk for en "Set" opgave i denne sekvens.
      1. Fortsæt med test beskrevet i trin 4.2.2 (Reaktion opgave) ovenfor.
      2. Har dyr fuldføre mindst 30 forsøg på denne opgave, da det er den "Set" opgave.
    2. Den næste dag efter at kriteriet vedrørende reaktion opgave, forsøgsdyr på en vending i respons opgave, som forstærker dyr til at reagere på den modsatte arm som på den første opgave, dvs. armen, der svarer til deres oprindelige side præference. Denne nye reaktion opgave er "Reversal" opgave i denne sekvens.
      1. Fortsæt med prøvning, som beskrevet i trin 4.2.2 ovenfor, med den undtagelse, at den forstærkede håndtag position er nu lig med dyrets oprindelige side præference.

5. adfærdsmæssige tiltag

  1. Optag forsøgene kriterium på både "Set" opgave og "Shift" opgave. Forsøg til kriterium er det vigtigste mål for nøjagtighed, der defineres som det antal forsøg, der er nødvendige for at fuldføre 10 på hinanden følgende forsøg, herunder de 10 forsøg. Bemærk, at antallet af udeladelser bør indregnes ud af denne foranstaltning (f.eks hvis en rotte kræver 100 forsøg på at opnå kriterium og gør 10 udeladelser, den faktiske forsøg til kriterium 90).
  2. Tæl antallet af fejl begået før kriterium blev opnået enighed om både "Set" opgave og "Shift" opgave. Fejl på Criterion er en supplerende foranstaltning af nøjagtighed, der kan være mere følsomme end Trials til kriterium og er ikke påvirket af øgede undladelse satser.
  3. For skift fejltyper, yderligere at analysere de typer af fejl begået på "Shift" opgave af en set-skiftende sekvens.
    1. Tæl en fejl"Perseverative / regressiv type", når et dyr reagerer forkert på "Shift" opgave i henhold til reglen, der var rigtigt på den foregående dags "Set" opgave. Brug derefter følgende retningslinjer for at opdele fejl af denne type i perseverative og regressive hhv.
      1. Opdel "Shift" session i blokke af 16 på hinanden følgende gennemførte forsøg (omfatter ikke udeladt forsøg). Inden for hver blok, identificere, hvilke fejl passer definitionen af denne type, dvs. rotten foretaget en forkert svar, der svarer til "Set" opgave regel. Der vil være et maksimum på 8 mulige fejl af denne type i hver blok på 16 forsøg.
      2. Score identificeret fejl som perseverative indtil mindre end seks af dem er lavet inden for en blok.
      3. Fra og med den næste blok og fortsætter til slutningen af ​​opgaven, score fejl af denne type som regressive.
      4. Hvis dyret i "ShIFT "opgave på mere end én dag, fortsætte scoring fejl, som om blokkene var sammenhængende.
    2. Tæl en fejl som "aldrig-forstærket", når et dyr reagerer forkert på "Shift" opgave med et svar, der ikke var korrekt på enten "Set" eller "Shift" opgave.
  4. For tilbageførsel fejltyper, yderligere at analysere de typer af fejl begået på "Reversal" opgave en vending læringsforløb. Tilbageførsel fejl er opdelt langs to dimensioner: (1) i perseverative og regressive fejl, og (2) ind mod-distraktoren og væk-fra-distraktoren fejl.
    1. Opdel samlede fejl i perseverative og regressive.
      1. Opdel "Reversal" session i blokke af 16 på hinanden følgende gennemførte forsøg. Tæl fejlene i hver blok (højst 16 fejl er muligt).
      2. Score fejl som perseverative indtil færre end 10 af dem er lavet inden for en blok. </ Li>
      3. Fra og med den næste blok og fortsætter til slutningen af ​​opgaven, score fejl som regressiv.
      4. Hvis dyret i "Reversal" opgave på mere end én dag, fortsætte scoring fejl, som om blokkene var sammenhængende.
    2. Opdel samlede fejl i retning af-distraktoren (stimulus lys blev belyst over den forkerte, presset håndtaget) og væk-fra-distraktoren (stimulus lys blev belyst over den korrekte, upresset håndtag).
  5. Registrere antallet af udeladte forsøg at give en bred måling af dyrets motivation niveau.
    1. Undersøg undladelse scorer efter hver daglig testsession at udelukke udstyr funktionsfejl, der kan angives med høje undladelse scores.
    2. I mangel af udstyr funktionsfejl udelukke undladelse data fra dyr med unormalt højt antal udeladelser (almindeligvis ≥3 standardafvigelser over gennemsnittet) på hver opgave.
  6. Optag respons latenstider ved at måle tidsrummet mellem håndtag udvidelse og et svar. Ventetid giver et groft mål for motorisk funktion og / eller hastighed forarbejdning.

Representative Results

Akut, reversibel inaktivering af det præfrontale cortex kan opnås ved infusion af lokalbedøvelse bupivacain-hydrochlorid (0,75%, 0,5 pi) i prelimbic region via en indopereret infusionskanyle 20 ca. 10 minutter før testning. Desuden kan virkningerne af inaktivering under enten den første opgave ("Set"), eller den anden opgave ("Shift" eller "Reversal") vurderes at undersøge mulige generelle virkninger på indlæring. Figur 2 illustrerer resultaterne af sådanne inaktivering på dyr udførelse af strategien skiftende sekvens Cue-til-reaktion. Præfrontale inaktivering på den første dag, den Cue / "Set" opgave, ikke forringe ydeevnen (figur 2A), hvilket tyder på, at den mediale præfrontale cortex er ikke nødvendig for første indlæring diskrimination. Men præfrontale inaktivering på andendagen, svaret / "Shift" opgave, betyicantly forringet præstation i at dyr kræves en væsentligt større antal forsøg på at nå kriterium ydeevne (figur 2B). Når den præfrontale cortex blev inaktiveret, dyr gjort flere perseverative-lignende fejl end aldrig-forstærkede fejl på Shift opgave (Figur 2C). Disse resultater replikere tidligere data vedrørende betydningen af den mediale præfrontale cortex til strategi gearskift og især i at undertrykke en tidligere lært strategi 13,20.

Omvendt havde dyr uddannet i Tilbageførsel af Reaktionskæde Vis ikke denne præfrontale afhængighed. Dyr, der fik inaktivering af det præfrontale cortex på "Reversal" dag adskilte sig ikke fra saltvand-infused dyr på enten den oprindelige diskrimination respons (figur 3A) eller den efterfølgende vending (figur 3B) 20 .Disse resultater stemmer overens med tidligere forskning der viser, at the orbitofrontal cortex, ikke den mediale præfrontale cortex, regulerer tilbageførsel læring på en række forskellige opgaver 12,19,26, herunder en operant opgave svarende til den her 27 beskrevet.

Figur 2
Figur 2. Inaktivering af det præfrontale Cortex forringer Strategy Shifting. A, Trials kriterium om den første opgave Cue diskrimination ("Set") ved rotter, der fik infusioner af saltvand eller bupivacain (Bupi) i mediale præfrontale cortex på skæringsdatoen. Præfrontale inaktivering havde ingen effekt på første erhvervelse. B, at Trials kriterium skiftet til svarskriftet opgave ("Shift") efter mediale præfrontale infusioner med enten saltvand eller bupivacain på skift dag. Inaktivering af det præfrontale cortex forringet strategien skift til opgaven respons.C, Typer af fejl begået af dyr på skift dag. Præfrontale inaktivering før skiftet opgave ("SAL-Bupi" gruppe) førte til en stigning i perseverative-lignende fejl. *, P <.05 vs saltvand-saltvand. Dette tal er blevet ændret fra Floresco et al. 20 Klik her for at se en større udgave af dette tal.

Figur 3
Figur 3. Inaktivering af det præfrontale Cortex Blade Tilbageførsel Learning intakt. A, forsøg kriterium i den indledende træning diskrimination reaktion fra rotter, der efterfølgende ville modtage infusioner af saltvand eller bupivacain (Bupi) i mediale præfrontale cortex før tilbageførsel uddannelse. Ingen forskelle blev set. B, At Trials kriterium under omvendt diskrimination reaktion, efter mediale præfrontale infusioner med enten saltvand eller bupivacain. Præfrontale inaktivering nedsatte ikke vending læring. Dette tal er blevet ændret fra Floresco et al. 20

Data præsenteret i figur 4 giver et eksempel på, hvordan der kræver rotter til at udføre "påmindelse" forsøg ved hjælp af den gamle regel forud for en strategi skift kan støtte i data fortolkning. I denne undersøgelse (Enomotor og Floresco, upublicerede observationer) blev rotter matchet til ydeevne på at erhverve en visuel cue regel på dag 1 (figur 4A). På dag 2 rotter fik køretøj eller 0,2 mg / kg haloperidol. Ved starten af ​​dag 2 testsession, fik de 20 forsøg, hvor de var forpligtet til at reagere ved hjælp af den visuelle cue reglen erhvervet på dag 1, hvorefter reglen skiftet medio session til en forskelsbehandling svar. Som vist i figur 4B, denne behandling forringes hentning af den visuelle cue reglen i de første 20 påmindelse forsøg med sessionen. Efterfølgende haloperidol-behandlede rotter, der kræves færre forsøg på at opnå kriterium (figur 4C) og gjort færre perseverative fejl (figur 4D) om strategien skift. Bemærk, at havde vi ikke brugt påmindelse forsøg forud for skiftet, kan disse oplysninger er blevet fortolket som en forbedring i sæt gearskift ved haloperidol. Nedskrivningen i reglen hentning fase tyder dog på, at sådanne effekter bliver bedre forstået som svækket hukommelse for tidligere erhvervet regel, hvilket kan have ført til mindre respons konflikt, når rotterne var forpligtet til at lære en ny regel og dermed hurtigere gearskift.

Figur 4
Figur 4. Nedsat Regel Retrieval og forenklede Set-shifting induceret af Haloperidol behandling. A, Trials kriterium på visuel cue diskrimination fra rotter, der skulle modtage køretøj (saltvand) eller dopamin D2-antagonist haloperidol (0,2 mg / kg) før den strategi skiftende sekvens den følgende dag. Dyr i begge grupper viste sammenlignelig præ-drug ydeevne. B, i begyndelsen af forsøg på dag 2, rotter modtaget 20 påmindelse forsøg, hvor de var forpligtet til fortsat at reagere ved hjælp af den visuelle cue reglen fra dag 1. Behandling med haloperidol faldt betydeligt nøjagtighed under disse påmindelse forsøg. C, efter de 20 påmindelse forsøg reglen skiftede midt session til en forskelsbehandling svar. Haloperidol rotter kræves færre forsøg for at opnå kriterium i løbet af skiftet. D. Haloperidol behandling også reduceret perseverative fejl. Selvom disse data kunne tyde på forbedret ydelse, nedskrivningen i reglen hentning display i B Enomoto og Floresco, upublicerede observationer. *, p <.05 vs. køretøj.

Den neonatale ventrale hippocampale læsion (NVHL) manipulation er blevet anvendt til at modellere visse aspekter af skizofreni hos rotter 28, især kognitive svækkelser 29,30. Kort fortalt er en excitotoksisk læsion administreres til hippocampus af 7 dage gamle rotter, og der udføres forsøg i voksne (60 + dage postnatal). . Dette modeller den hypotese udviklingsmæssige bane skizofreni 28 Figur 5 illustrerer ydeevne af NVHL og kontrol rotter på den præ-eksponerede version af Set-Shifting: Reaktion på Cue sekvens NVHL rotter usvækket ved at lære den første regel (Svar / "Set. "figur 5A), men dramatisk Hæmmede ved at skifte til den nye regel (Cue / "Shift") som vist ved stigningen i antallet af forsøg, der er nødvendige for at nå kriterium (figur 5B). Endvidere var dette underskud skyldes primært en stigning i perseverative fejl, som vist i figur 5C, hvilket tyder præfrontale abnormiteter 20,21. Disse resultater bekræfter tidligere fund af forringet strategi skiftende i NVHL dyr ved hjælp af cross-labyrint opgave 29.

I lighed med data fra prefrontally-inaktiverede dyr er vist ovenfor, blev NVHL dyr, der ikke forringes ved vending læring (figur 6A, B), selv om de var langsommere til at reagere (figur 6C, D). Denne negative fund indebærer, at den observerede strategi skiftende underskud ikke kan henføres til et enkelt manglende evne til at skifte mellem stimuli 21.

es.jpg "/>
Figur 5. Nedsat Set-Shifting i NVHL Model af skizofreni. Præstation på forhånd udsat version af de indstillede skiftende sekvens (Svar-til-Cue) i NVHL og fingeret kontroldyr. A, blev NVHL dyr usvækket på svar ("Set") opgave. B, dog NVHL dyr kræves betydeligt flere forsøg end Shams at nå kriteriet vedrørende Visual Cue ("Shift") opgave. C, fejl på "Shift" dag. NVHL dyr gøres mere perseverative fejl end sham dyr, men adskilte sig ikke om regressive eller aldrig-forstærkede fejl. *, P <.05 vs. humbug. Dette tal er blevet ændret fra Placek et al. 21

Figur 6
Figur 6. Manglende NVHL Nedskrivninger på Tilbageførsel Learning. C, D, var NVHL dyr langsommere end Shams at reagere på. både "Set" og "Tilbageførsel" opgaver. Dette tal er blevet ændret fra Placek et al. 21

Endelig har pilottest viste, at dyrene er næsten ude af stand til at lære en vending i Cue opgave, dvs at trykke armen modsat den oplyste stimulus lys. Fem af seks dyr testede afsluttet 450 vending forsøg (3 dage) uden at nå kriterium, og den sjette dyr krævede 418 forsøg (Brady, upublicerede observationer data ikke vist). Det er sandsynligt, fordi de stimulerende lys er meget iøjnefaldende og attraktive tidskoder, der gør det meget vanskeligt for rotter at dirigere reagere væk fra dem. Således er denne testsekvens ikke recommended.

Discussion

Udviklingen af ​​adfærdsmæssige opgaver at måle højere ordens kognitive konstruktioner i gnavere er afgørende for at fremme viden om neurobiologi af kognition. Med godt bygget og validerede opgaver, kan gnavere vurderes på opgaver kompleksitet rivaliserende dem af primater eller endda mennesker. Her har vi vist, hvordan to aspekter af udøvende funktion, strategi gearskift og vending læring, kan undersøges i gnavere ved hjælp af automatiserede operant teknikker. Ved hjælp af disse automatiserede opgaver, har vi gentaget tidligere resultater på tværs af labyrinten og gravere opgaver vedrørende de neurale substrater af set-shifting og vending læring 11,13,18-21,27,29, hvilket tyder på, at de operant opgaver er gyldige vurderinger af disse konstruktioner.

Disse automatiserede opgaver har en række fordele og fordele i forhold til eksisterende ikke-automatiseret tværs labyrint og gravere opgaver. Mest overbevisende er den overlegne sats for indsamling af data i automatiseret operant version. Hverdags træning eller testning tager kun 30-60 minutter, og er fuldt computerstyret kræver minimal tilsyn fra forsøgslederen. Desuden kan flere dyr testes samtidigt med en multi-kammer operant setup. Hver opgave serie, fra udformningen til endelig afprøvning, kan være afsluttet i ca. 2-3 uger. En anden vigtig fordel ved de automatiserede opgaver er præcis styring af stimulus præsentation, hvilket minimerer muligheden for forsøgslederen fejl. For eksempel er rækkefølgen af ​​præsentationen af ​​cue placering på hvert forsøg randomiseret og kontrolleret af computeren, snarere end ved en eksperimentator manuelt hørt en trial-by-forsøg listen. Timingen mellem forsøg præcist måles og konsekvent, og er ikke forvirret af den tid det tager en eksperimentator til fx fjerne en rotte fra på tværs af labyrinten eller omarrangere grave containere. Forstærkning levering er automatisk og er ikke omfattet af forsøgslederen fejl (fx til at glemme agnkorrekt arm af en cross-labyrint). Dataindsamlingen er ligeledes forbedret, med automatisk registrering af reaktionsmønstre, herunder måling af eksakte respons ventetid. I mangel af andre motoriske abnormiteter, kan ændringer i respons latenstider bruges til at udlede tegn på ændret behandling hastighed og / eller at bedømme omfanget af kognitiv kompleksitet af en opgave 21,22.

De automatiserede opgaver også bevare en vigtig fordel af de cross-labyrint opgaver: evnen til at foretage en detaljeret analyse af de typer af fejl begået på skift eller tilbageførsel dag. Skelne mellem set-skiftende fejl som kopierer den foregående dags strategi (perseverative eller regressive fejl) og fejl, der repræsenterer tidligere uprøvede strategier (aldrig-forstærkede fejl) kan hjælpe med at karakterisere specifikke underskud i adfærdsmæssige fleksibilitet. Især perseverative fejl forekommer tidligt i test afspejler et dyrs manglende evne til at opgive den tidligere strategy, mens senere forekommende regressive fejl afspejler et dyrs manglende evne til at opretholde den nye strategi, når perseveration er ophørt 20. Never-forstærkede fejl kan indikere en manglende erhvervelse af den nye strategi, eller en manglende evne til at reagere systematisk efter en regel 20. Tidligere fund 16,17,20 demonstrerer dissocierbare neuroanatomiske baser af disse typer af fejl er også værdifulde i fortolkning af resultaterne af disse opgaver.

Vores procedurer er udviklet og optimeret til brug med rotter. Når dette er sagt, andre grupper har brugt lignende procedurer til test set-skiftende evner i mus 31. Brug visse ændringer dog at være ansat med mus til at rumme for artsforskelle. Disse omfatter længere præsentation af visuelle cue lys før løftestang udvidelse, uddannelse over flere dage ved hjælp 30 forsøg / dag og inkorporering af en time-out straf efter forkerte valg. Although disse ændringer gør dette assay mindre medgørlige til brug med farmakologiske udfordringer, kan det vise sig nyttige ved vurderingen kognitiv fleksibilitet i genetisk ændrede mus (selvom det er uklart, om disse ændringer vil bevare den frontale cortex følsomhed af opgaven).

Selvfølgelig er der også begrænsninger for disse opgaver. Nogle af disse begrænsninger skyldes den automatiske karakter af den opgave, mens andre er relateret til parametre selve opgaven. Med hensyn til sidstnævnte, den indstillede skiftende opgave beskrevet her (samt på tværs af labyrinten sæt skiftende opgave 26) anvende et begrænset sæt af stimuli og reaktioner. I modsætning til den grave opgave, hvor nye forbilleder (f.eks ukendte dufte eller grave medier) kan anvendes til at konstruere nye koncentrationsproblemer sæt på hvert trin 11,19, nødvendigvis kræver operant set-skiftende opgave at vælge mellem to stimuli, der er kendt af dyr - enten venstre vs.højre cue lys, eller den venstre vs. rigtige position. Det betyder, at operant og cross-labyrint set-skiftende opgaver involverer svar konflikt samt strategi gearskift, selv om begrebet flytte en strategi om at en ny, hidtil irrelevant stimulus dimension bevares 20,23. På et beslægtet note, set-shifting og vending operant opgaver som beskrevet her ikke mulighed for en tredje stimulus dimension, som i grave opgave, som kan omfatte grave medier, lugt og tekstur 11,19. Men vi ikke overveje dette en fatal fejl, da den operant set-skiftende opgave kræver stadig dyret at undertrykke den tidligere relevante strategi diskrimination og deltage i en tidligere ignoreret stimulus dimension. Derudover ser det ud tænkeligt, at ændringer af udstyr og task parametre kunne støtte tilføjelsen af ​​en tredje stimulus dimension, såsom auditive signaler eller lugt, selv om disse tilføjelser sandsynligvis ville gøre læring mere vanskelig og mindre amebende, at single-dages farmakologiske forsøg.

Endelig er en potentiel begrænsning af en operant-baserede opgave er tabet af direkte information vedrørende rotte adfærd - dvs. at forsøgslederen ikke længere ser rotter. Vi føler, at fordelene i objektivitet og dataindsamling hastighed knyttet automation mere end kompensere for dette tab, og kameraer monteret i operantkamre er en forholdsvis nem måde at genoprette individuelle visuel adgang, hvis det ønskes.

Der er en række skridt, der kan tages for at maksimere succes ved hjælp af disse operant opgaver. For det første er vigtigt at håndtere dyrene før træning begynder kan ikke overvurderes; Som med enhver adfærdsmæssig opgave, er godt håndteres dyr nemmere at arbejde med, er mindre stressede og tendens til at producere mindre variable data. For det andet kan nogle pilotforsøg være nødvendigt at bestemme den bedste tid på dagen til at udføre test; Vi tester i lyset cyklus, og opdager, at performance er optimal, når dyrene testes i slutningen af denne cyklus (f.eks ca. 4:00 til en lys cyklus slutter 7:00 PM). Bør tages tredje omhu for at bekræfte, at stabile præstationer etableres på hver pretraining stadium, før et dyr er avanceret til næste trin. For eksempel, konsekvent og robust ydeevne på det optrækkelige håndtag uddannelse fase er en glimrende indikator for dygtige resultater på "set" opgave diskrimination. Med hensyn til udstyr, selv om alle trin er automatiseret, er fortsat nødvendigt eksperimentator intervention for at bekræfte, at alle komponenter er i orden. For eksempel bør et udstyr kontrol køres dagligt (eller mere end en gang om dagen, hvis store antal dyr testes) for at sikre, at alle lys, håndtag og belønning levering er operationelle. Især kan fejlfunktioner i belønning administrationssystemer (især pellets dispensere) drastisk påvirke ydeevnen. Et usædvanligt højt antal undladelseren given dag kan indikere et problem med belønning levering udstyr, og dermed data output bør kontrolleres hver dag af en eksperimentator kender opgaven og forventede ydeevne. I mangel af en funktionsfejl i udstyret, kan et stort antal udeladelser tyder andre problemer med motivation og dyrs sundhed. Hvis et dyr er ellers sundt, kan mad begrænsning forhøjes for at tage dyret til 80-85% af prisen frit fodring vægt for en kort tid, indtil ydeevne bedres.

Disse fastsatte skiftende og vending opgaver kan bruges i en række forskellige eksperimentelle paradigmer. For eksempel kan virkningen af ​​manipulationer, såsom læsioner, udviklingsmæssige behandlinger, kosten manipulationer, langsigtet farmakologisk behandling eller genetiske modifikationer undersøges. Mens effekten af ​​en behandling på set-shifting eller tilbageførsel fase kan være af primær interesse, opmærksom på, at da sådanne kroniske eller permanente behandlinger nødvendigvis skal administreres før Training begynder, effekter på flere stadier af ydeevne (især om den oprindelige diskrimination eller "sæt"), skal også undersøges 21. Anvendelsen af ​​akutte manipulationer, såsom farmakologiske behandlinger eller midlertidige neuroanatomiske inaktivering, er særligt velegnet til disse opgaver. I sådanne tilfælde, tilsætning af en tredje gruppe (som illustreret i figur 2) er nyttig; således, den primære forsøgsgruppe modtager manipulation af renter på dagen for skift eller tilbageførsel, mens en kontrolgruppe modtager manipulation på dagen for første forskelsbehandling eller "set" at teste for brede effekter på indlæring, og en anden kontrolgruppe modtager ingen manipulationer (eller falske behandlinger) på begge dage 20,22. Bemærk, at sådanne akutte manipulation studier, er det tilrådeligt at matche rotter for ydeevne under indlæringen af ​​det første sæt og tildele dem til forsøgsgruppen og (anden) kontrolgruppe i overensstemmelse hermed. Denne minimizes muligheden for, at behandling-inducerede forskelle i præstation kan blive beskæmmet af individuelle variationer i, hvor let rotter lærer at skelne mellem stimuli. Desuden, hvis et forsøg kræver afprøvning af flere kohorter over uger eller måneder, bør hver kohorte omfatte dyr fra alle forsøgsgrupper. For eksempel kan en undersøgelse teste virkningerne af akutte farmakologiske manipulationer under et skift kræver 48 rotter i alt 3 forsøgsgrupper, testet i tre grupper af 16 dyr hver. I dette tilfælde skal hver kohorte indeholde 5-6 rotter i hver forsøgsgruppe. Ideelt set bør de statistiske analyser omfatter en faktor, der bekræfter, at der ikke var nogen forskel i ydelse på tværs af hver kohorte af rotter. Endelig kan disse operant opgaver være særlig nyttig for anvendelse in vivo optagelse teknikker, herunder mikrodialyse, voltammetri, og elektrofysiologi, forårsaget af bestanddele såsom kontrolleret miljø, præcis timing af stimulus Præsention og svar, og begrænsede bevægelser af dyr, som ikke er til rådighed eller praktisk i cross-labyrint eller grave opgaver.

Disclosures

Offentliggørelse af og fri adgang til dette manuskript blev støttet af Med Associates, Inc.

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

Behavior udøvende funktion adfærdsmæssige fleksibilitet præfrontale cortex strategi gearskift tilbageførsel læring Biologisk psykologi skizofreni operant
Operant procedurer til vurdering Behavioral Fleksibilitet i rotter
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