Abstract
Executieve functies bestaan uit meerdere hoog niveau cognitieve processen die regel generatie en gedragsproblemen selectie rijden. Een opkomende eigenschap van deze werkwijzen is de mogelijkheid om gedrag aan te passen aan veranderingen in zijn omgeving (bijv gedrags flexibiliteit). Deze processen zijn essentieel voor normale menselijke gedrag en kunnen worden verstoord in diverse neuropsychiatrische aandoeningen, waaronder schizofrenie, alcoholisme, depressie, beroerte en de ziekte van Alzheimer. Begrip van de neurobiologie van executieve functies is sterk bevorderd door de beschikbaarheid van dierlijke taken voor de beoordeling van discrete componenten van gedragsproblemen flexibiliteit, met name de strategie verschuiven en omkering leren. Terwijl verschillende soorten taken zijn ontwikkeld, de meeste zijn niet geautomatiseerd, arbeidsintensief en laat het testen van slechts één dier tegelijk. De recente ontwikkeling van geautomatiseerde, op operante gebaseerde taken voor de beoordeling van gedragsproblemen flexibiliteit stroomlijnt testing, standaardiseert stimulus presentatie en gegevensregistratie en drastisch verbetert doorzet. We beschrijven hier geautomatiseerde strategie verschuiven en omkering taken, met behulp van operante kamers aangestuurd door op maat geschreven software programma's. Met deze taken hebben wij aangetoond dat de mediale prefrontale cortex regelt strategie verschuiven maar niet omkering leren bij ratten, vergelijkbaar met de dissociatie waargenomen bij mensen. Bovendien mogen ook dieren met een neonatale hippocampus laesie, een neurologische model van schizofrenie, selectief verminderde over de strategie verschuiven taak, maar niet de omkering taak. De strategie verschuiven taak maakt ook de identificatie van afzonderlijke soorten fouten optreden, die elk toegeschreven aan verschillende neurale substraten. De beschikbaarheid van deze geautomatiseerde taken, en de gegevens die de dissocieerbaar bijdragen van afzonderlijke prefrontale gebieden, maakt ze bijzonder geschikt assays voor de studie van de fundamentele neurobiologische processen, alsmede drug ontdekking en screening bij de ziekte van modellen.
Introduction
Hoog niveau cognitieve processen, waaronder regel generatie, gedrags- selectie en evaluatie van deze strategie worden gezamenlijk aangeduid als "uitvoerende functie" of "behavioral flexibiliteit 1." Dergelijke processen zijn cruciaal om de normale cognitieve functie, en kunnen worden gehinderd in zulke uiteenlopende aandoeningen zoals schizofrenie , alcoholisme, depressie, beroerte en de ziekte van Alzheimer 2-7. De regulering van de uitvoerende functie processen wordt voornamelijk gemedieerd door gebieden in de frontale cortex, met inbegrip van de dorsolaterale prefrontale cortex en de orbitofrontale cortex bij mensen 8-10.
De ontwikkeling van taken aan uitvoerende functie en / of gedragsproblemen flexibiliteit in de niet-menselijke dieren, vooral knaagdieren te beoordelen, is sterk aan het inzicht in de neurobiologie van cognitie 11-14. Dergelijke taken hebben het mogelijk om verschillende onderdelen van gedragsproblemen flexibiliteit afzonderlijk te meten gemaakt, met inbegrip vanstrategie verschuiven en omkering leren. Strategie verschuiven verwijst naar het vermogen om actief te onderdrukken een eerder aangeleerde reactie strategie, terwijl het verwerven van een nieuwe, concurrerende strategie, in het bijzonder tegenover stimulus afmetingen (extradimensional shift) - bijvoorbeeld het overschakelen van het uitvoeren van een visueel-gebaseerde discriminatie (rood vs. groen, waar rood is "correct" en tactiele stimuli zijn niet relevant) tot het uitvoeren van een tactiele discriminatie (glad versus ruw, waar glad is "correct" en visuele prikkels zijn nu niet relevant). Aan de andere kant, omkering leren impliceert ook een verandering in de strategie van aanpak, maar binnen dezelfde stimulus dimensie - bijvoorbeeld in de "rood vs. groen" Bijvoorbeeld, als rood was vroeger juist, een omkering zou dat groene dicteren is nu juist, terwijl tactiele stimuli irrelevant zou blijven.
Verschillende taken zijn ontwikkeld gedragsproblemen flexibiliteit knaagdieren onderzoeken. De cross-maZe taak vereist een dier om eerst ofwel een-richting gebaseerde regel (bijvoorbeeld: 'altijd rechts ") of een visuele basis regel (bijvoorbeeld," altijd keren naar de visuele cue ") naar een bepaald criterium van de prestaties te leren. Vervolgens wordt het dier verplicht onverwacht verschuiven van hetzij modaliteit naar de andere regel (strategie verschuiven, oorspronkelijk aangeduid als een "nonreversal shift" 15) of verschuiven binnen modaliteit naar de andere onvoorziene (reversal learning) 13,14,16. Dergelijke taken zijn gevoelig voor storingen in corticale en subcorticale netwerken, waarbij de prefrontale cortex, thalamus, en striatum 1,13,14,16-18. Een ander type van aandachtstraining-set verschuiven taak (soms aangeduid als het graven taak) nodig om dieren te trainen om onderscheid te maken tussen twee containers die verschillen langs twee of drie stimulus dimensies (graven media, geur en / of externe textuur). Vergelijkbaar met de cross-doolhoftaak, worden de dieren dan verplicht om ofwel heel afmetingen (strategie shifting) verschuiven of binnen dezelfde dimensie (omkering leren), en deze taken zijn eveneens gevoelig voor frontale cortex manipulaties 11,19. Een voordeel van deze taak is dat tijdens de extra-dimensionale strategie shift, ratten worden met nieuwe sets van stimuli (voorbeelden), die ervoor zorgt dat de prestaties impairments tijdens deze fase zijn waarschijnlijk toe te schrijven aan verstoringen in het vermogen om aandachtsproblemen set aan verschillende aspecten verschuiven verbinding stimuli plaats van een verminderd vermogen om te stoppen naderen van een specifieke stimulus eerder geassocieerd met beloning. Echter, deze functie maakt het ook moeilijker om de specifieke aard van een tekort vast te stellen tijdens een set shift.
Hoewel de hierboven beschreven taken goed gedocumenteerd in de literatuur, beiden lijden aan een aantal procedurele nadelen, vooral de tijd die het duurt om proefdieren. In beidede cross-doolhof taak en het graven taak, kan slechts één dier worden getest in een tijd; Bovendien moet het testen in real time worden toegediend door een toegewijd experimentator en kan tot verschillende hr per dag per dier. Bovendien, de presentatie van stimuli en de registratie van gedragsreacties in beide soorten taken handmatig gecontroleerd door een experimentator, en dus gevoelig voor menselijke fouten en subjectieve interpretatie.
Hier beschrijven we een geautomatiseerde methode voor het beoordelen van de strategie schakelen en omkering leren in de rat, met behulp van operante procedures die stimulus controle en presentatie van gegevens te stroomlijnen, en drastisch verbeteren van de snelheid van het verzamelen van gegevens en doorvoer 20,21. De methodes voor het vormen en treinratten beschreven, alsmede de componenten van de taak zelf en de analyse van de verkregen gegevens. We hebben gevonden dat als de cross-doolhof en graafmachines taken deze geautomatiseerde taken gevoelig voor verstoringen in prefrontaleen subcorticale circuits, alsmede een neurologische manipulatie die modellen schizofrenie 20-23.
Protocol
OPMERKING: Alle procedures die hier beschreven werden goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comite (IACUC) in het St. Mary's College van Maryland, of de Canadese Raad over Animal Care aan de Universiteit van British Columbia.
1. Dieren
- Gebruik volwassen mannelijke Sprague-Dawley of volwassen mannelijke Long-Evans ratten.
OPMERKING: Hoewel de verschillen in prestaties in deze twee stammen zijn niet formeel getest, Long-Evans ratten hebben de neiging om een visuele discriminatie cue (hieronder beschreven) iets sneller dan Sprague-Dawley ratten (Floresco, ongepubliceerde waarnemingen) te verwerven. - Bij aankomst in de kolonie, huis volwassen ratten afzonderlijk of in groepen, afhankelijk van de behoeften van het experiment en de beperkingen van de inrichting. Gebruik enkele behuizing voor experimenten waarbij dieren zijn voedsel beperkt, om een betere controle van de voedselinname te bieden. Laat dieren wennen aan de kolonie (zonder behandeling of voedselrestrictie) gedurende ten minste 3 dagen naaankomst.
OPMERKING: Een recent rapport heeft gesuggereerd dat experimentator geslacht nadelig kan beïnvloeden maatregelen van pijn en angst gedrag 24, bevindingen die kan worden uitgebreid naar andere stress-gevoelige gedrag waaronder cognitie. Aan de overkant van onze studies hebben we niet gezien geen duidelijke verschillen in prestaties bij ratten getraind door mannelijke versus vrouwelijke handlers, hoewel we dat niet formeel hebben beoordeeld. - Handvat dieren dagelijks gedurende ongeveer 3-5 minuten elk, tenminste 3 dagen voor het begin gedragstesten. Op de eerste dag van de behandeling, het verkrijgen van een gratis borstvoeding gewicht voor elke rat. Het streefgewicht voor voedselrestrictie, indien gebruikt, zal 85-90% van deze gratis gewicht. Noteer deze streefgewicht, bijvoorbeeld in een laboratorium notebook of kooi kaart van het dier. In sommige gevallen kan voedselrestrictie niet vereist indien de bekrachtiger gebruikte zeer smakelijke (bijv gezoete melk), hoewel dieren raken verzadigd te snel met het gebruik van dergelijke bekrachtiging.
- Op each van het hanteren dagen voor afhandeling elk dier is voltooid, plaats ongeveer 10-20 beloning pellets in huis het dier kooi ratten (die gewoonlijk neophobic) de versterking die wordt gebruikt voor de taak acclimatiseren (zie paragraaf 2.1.3 hieronder).
- Over de drie dagen van de behandeling, geleidelijk te verminderen dieren 'dagelijkse inname van voedsel aan hen om hun doel gewicht te brengen. Zorg ervoor om aan te geven op de kooi kaarten of andere documentatie die de dieren zijn nu op een beperkt dieet.
OPMERKING: beperking Eten in het bijzonder vereist de goedkeuring van de institutionele IACUC of andere regelgevende instantie voordat er procedures kan beginnen. De algemene procedures hieronder werden goedgekeurd door de auteurs 'respectieve institutionele agentschappen; zorg ervoor dat alle passende lokale en / of nationale richtlijnen te raadplegen voor bijkomende eisen op individuele instellingen. - Weeg de dieren ten minste twee keer per week te controleren gezondheid en ervoor te zorgen dat dieren niet substantieel bel laten vallenow het streefgewicht. Zorg ervoor dat het water is vrij beschikbaar op alle tijden.
2. Apparatuur en Software
- Gebruik operante kamers uitgerust met (minimaal) twee intrekbare hendels, twee stimulus lichten, een houselight, en een versterking dispenser voor deze taken.
- Plaats de hendels aan weerszijden van een centrale versterking leveren met een stimulus boven elke hendel.
- Zorg ervoor dat de houselight verlicht de hele kamer, terwijl niet interfereren met de detectie van de stimulus lichten, bijvoorbeeld, plaatst u de houselight aan de muur tegenover de hendels en stimulans lichten.
- Gebruik verteerbaar voedsel (bijvoorbeeld, sucrose pellets 20,21 of sucrose oplossingen 25) voor versterking. Voorzover wordt aangegeven op "versterken het dier" hieronder, leveren een 45 mg sucrose pellet of een voorgeschreven hoeveelheid sucrose-oplossing.
- Controle stimulus presentatie, hefboom operatiop en gegevensverzameling via een interface met een computer. Neem contact op met de auteurs voor specifieke informatie met betrekking tot taak programma's geschreven met MED-pc-software, een programma speciaal ontworpen voor gedrags- testen en het verzamelen van gegevens.
OPMERKING: Een cruciaal kenmerk van de gebruikte voor gedragsverandering testprogramma's is de opname van de belangrijkste variabelen op een trial-door bij wijze van proef, met inbegrip van de positie van de cue licht, de door het dier geselecteerde hendel, of het dier maakte een juiste, onjuiste of geen respons (nalaten) en de latentie om een keuze te maken. Deze gegevens zijn essentieel voor de beoordeling van de specifieke soorten fouten tijdens verschillende delen van de keuze sequentie, zoals hieronder zal worden beschreven. - Aan het begin van pre-training toewijzen elk dier operant kamer waar het elke dag worden getest gedurende het experiment. Proefdieren op ongeveer hetzelfde tijdstip gedurende het experiment.
- Schoon operante kamers regelmatig (minstens één keer per week) met soap en water en / of een antimicrobiële oplossing.
3. vooropleiding
OPMERKING: Als dieren eenmaal hun doel-food beperkte gewicht hebben bereikt, kunnen ze beginnen vormgeven in de operante kamers. Vooropleiding procedures duren meestal ongeveer 10-20 dagen, met aanzienlijke verschillen tussen de ratten. Zie figuur 1C voor een overzicht van de procedures.
- Vorm dieren hendel drukt.
- Trein dieren in het kader van een vaste verhouding (FR) -1 schema van wapening, dat wil zeggen, is een versterking geleverd voor elke hefboom pers. Vorming kan worden toegediend ofwel met beide hefbomen verlengd (een druk op ofwel wordt versterkt), of op een hefboom tegelijk (bijvoorbeeld één hefboom per dag) met de bestelling (links / rechts) vorkheftruck over dieren en / of experimentele omstandigheden.
- Bij bewerking met beide hefbomen verlengd blijven vormen sessies (een 30 minuten sessie per dag) tot dieren aan een minimum eis van ten minste 50-60 persen per sessie voor twee opeenvolgende dagen. Dit duurt meestal ongeveer 3-6 dagen.
- Voor het vormgeven van elke hefboom individueel, blijven sessies op de eerste hefboom tot dieren reageren minstens 50-60 keer op de eerste hefboom gepresenteerd. Daaropvolgende vormgeving sessies moet het tegenovergestelde hendel te gebruiken totdat de rat weer bereikt dit criterium. Doorgaans wordt dit tweede criterium snel verworven nadat ratten hebben geleerd om op de eerste hefboom.
OPMERKING: Vormgeven aan een hendel in een tijd zal het langer duren (het dier moet criterium tweemaal, eenmaal voor elke hefboom), maar zal ervoor zorgen dat dieren ervaring reageren op en het wisselen tussen de twee hendels te verkrijgen, een essentieel onderdeel van de taken die hieronder beschreven .
- Trein dieren in het kader van een vaste verhouding (FR) -1 schema van wapening, dat wil zeggen, is een versterking geleverd voor elke hefboom pers. Vorming kan worden toegediend ofwel met beide hefbomen verlengd (een druk op ofwel wordt versterkt), of op een hefboom tegelijk (bijvoorbeeld één hefboom per dag) met de bestelling (links / rechts) vorkheftruck over dieren en / of experimentele omstandigheden.
- Geef dieren intrekbare hendel trainingen om hen vertrouwd te maken met de uitbreiding en terugtrekking van de hendels, en ervoor te zorgen dat ratten maken relatief weinig omissies (meestal <5) tegen de tijd dat ze gaan naar debelangrijkste testfasen van de taak.
- Op elke proef, bepalen welke hendel uit te breiden. Alternatieve hendel extensies in een pseudo-willekeurige volgorde zodanig dat er 45 links-hendel proeven en 45 rechts-hendel proeven, maar niet meer dan twee opeenvolgende proeven uit te breiden dezelfde hendel.
- Verleng de geselecteerde hendel. Versterk het dier voor een druk op deze knop binnen 10 seconden, waarna de hendel wordt ingetrokken.
- Als het dier niet binnen 10 seconden reageert, trek de hendel en het opnemen van een omissie.
- Begin proeven elke 20 seconden tijdens de sessie.
OPMERKING: Bij intrekbare hendel training vóór blootstelling aan licht stimulus (verlichting van zowel de linker en rechter stimulus verlichting voor elke hendelverlenging) kunnen worden toegepast om de nieuwheid en belang van de lampjes te verlagen en daarmee de moeilijkheid van het daaropvolgende set-verschuiven taak 20. Met behulp van deze procedure zal sterk toenemen van het aantal onderzoeken die nodig zijn om criterium perfo bereikenrmance op de visuele discriminatie cue hieronder beschreven, en dieren kunnen meerdere dagen nodig hebben op deze regel onder deze omstandigheden te leren. - Doorgaan intrekbare hendel trainingen (een 30-min-sessie per dag) voor een vast aantal dagen of totdat de dieren voldoen aan een minimum criterium van vijf of minder verzuimen gedurende twee opeenvolgende dagen. Dit duurt meestal ongeveer 5-10 dagen.
- Voor studies met acute manipulaties (bijv drug testen) gebruiken een vast aantal dagen (bijvoorbeeld 5 dagen) dat alle ratten ontvang soortgelijke blootstelling aan de hefbomen.
- Beoordelen van dieren voor kant voorkeur.
- Gedragscode kant voorkeur direct testen na de laatste sessie van de intrekbare hendel training (op dezelfde dag; zie figuur 1C). De zijkant voorkeur taak bestaat uit zeven proeven, die elk uit twee tot acht sub-studies gescheiden door een vaste 20 sec interval tussen (ITI).
- Opelke sub-proces, uit te breiden beide hendels in de kamer gedurende 10 seconden of totdat een hefboom drukt reactie wordt gemaakt. Laat de stimulus lampjes niet branden tijdens deze fase van de opleiding.
- Versterken van een reactie op ofwel hendel op de eerste sub-trial van elk proces, en noteer het als de "eerste reactie."
- Geen reacties op dezelfde hendel op latere sub-studies binnen hetzelfde proces te versterken. Het kan tot zes daaropvolgende reacties op dezelfde hendel met een proefperiode, waarna geven een geforceerde sub-trial. Een geforceerde sub-proces bestaat uit slechts het tegenovergestelde hendel wordt verlengd gedurende 10 seconden of totdat een antwoord wordt gemaakt.
- Naar aanleiding van de eerste reactie op elke proef, versterken de eerste reactie op de tegenoverliggende hendel en beëindigen dat proces. Zo is binnen elke proef (met maximaal acht sub-trials), is een dier verplicht om ten minste een keer reageren op elke hefboom.
- Definieer side voorkeur elk dier als de zijde waarop de majority van de eerste reacties plaatsvond (ten minste vier van de zeven trials).
- Indien een dier onevenredig reageert op een hefboom gehele zitting (gedefinieerd als meer dan een 2: 1 verhouding) opnemen die zijde preferente het dier.
- Beginnen met het testen op de volgende opeenvolgende dag na de zijkant voorkeur test.
LET OP: In onze ervaringen, hebben de meeste dieren geen sterke kant de voorkeur te geven. Voor degenen die dat doen, hen te verplichten om druk op de hendel tegenover hun vooringenomenheid tijdens de training discriminatie reactie zorgt ervoor dat ze leren van de specifieke respons-reward onvoorziene uitgaven in verband met die hendel, in plaats van alleen maar te reageren op een geprefereerde hendel.
4. Testen
OPMERKING: dieren kunnen worden getest in drie reeksen, waarvan elk bestaat uit twee verschillende taken. Strategie verschuiving wordt beoordeeld met behulp van (1) Set-Shifting van Cue te Response en / of (2) Set-Shifting van Reactie op Cue; reversal leren wordt beoordeeld met behulp van (3) Omkering van de respons. (Een vierde mogelijke volgorde, Omkering van Cue, wordt niet aanbevolen voor redenen die hieronder besproken.)
- Algemene informatie over taken en sequenties.
- Voeren elke sequentie op opeenvolgende dagen. Elke reeks zal minstens twee dagen duren (initiële discriminatie leren en vervolgens verschuiven of omkering).
- Gebruik maximaal 150 tot 200 onderzoeken met een enkele taak, afhankelijk van de aard van het experiment. (Merk op dat het gebruik van hogere aantallen proeven zal noodzakelijkerwijs verhoging van de totale sessie tijd tot 60 min of meer, die een factor om te overwegen voor farmacologische tests met verbindingen met kortere looptijden van de actie kan zijn.)
- Voor elke reeks, proefdieren in één taak ("Set") gevolgd door een tweede taak ("Shift" of "Reversal"). Proefdieren maximaal 3 dagen (dwz 450-600 trials) op elke taak gedurende maximaal 6 dagen.
- Verwijderendieren die geen criterium binnen 3 dagen niet bereiken op de eerste taak ("Set") uit het experiment.
- Voor dieren die geen criterium binnen 3 dagen op de tweede taak ("Shift" of "Reversal") niet halen, wijs een maximale score voor proeven om criterium dat het aantal proeven ervaren vertegenwoordigt (dwz 450 trials voor 3 dagen van 150 trials elk).
- Als de taak parameters zijn gewijzigd zodat controledieren criterium prestatie kan bereiken op een dag, dan wijzigt de taak zodat alle ratten worden slechts één testsessie en geven die niet criterium binnen het toegewezen aantal pogingen het niet halen maximale score (150-200 onderzoeken afhankelijk van de taak is ingesteld).
- Tijdens de shift of omkering taak, hebben de dieren ofwel start een sessie met de nieuwe regel onmiddellijk uit te voeren, of geef ze 20 "herinnering" proeven waar ze de taak uit te voerenmet behulp van de regel geleerd tijdens de eerste fase van de opleiding, en dan schakelt de regel tijdens de sessie 22.
Opmerking: Deze laatste procedure is bijzonder bruikbaar voor experimenten beoordeling van potentiële pro-cognitieve verbindingen die flexibiliteit kan verbeteren, omdat het kan worden gebruikt om te verduidelijken of betere prestaties tijdens overschakeling / omkering bijzonder dankzij de grotere flexibiliteit en verminderde ophalen van de voorgaande regel dat kan leren van een nieuw tijdens de verschuiving vergemakkelijken.
- Set-verschuivende: Cue taak om Response Taak.
- Begint het testen van dieren op de Cue taak (zie figuur 1A), die dieren versterkt om te reageren op de hendel onder de verlichte stimulus licht (cue). De Cue taak is de "Set" taak in deze volgorde.
- Begin elke proef met beide hendels ingeschoven.
- Verlichten, hetzij links of rechts stimulus licht voor 3 sec; vervolgens uit te breiden beide hendels in de kamer voor 10sec of totdat een respons optreedt.
- Versterken slechts een juiste reactie op de gesignaleerde hendel. Bij een reactie op ofwel hendel, trek de hendels.
- Begin proeven elke 20 seconden tijdens de sessie. Pseudo bepalen de volgorde van de proeven zodanig dat niet meer dan twee achtereenvolgende studies zich met dezelfde stimulus licht (links of rechts) brandt.
- Doorgaan proeven tot een dier criterium heeft bereikt (afgerond 10 opeenvolgende juiste antwoorden) en heeft een minimum van 30 studies afgerond, of tot 150-200 studies zijn afgerond zonder het bereiken criterium.
- Als criterium niet wordt bereikt op de eerste dag, het testen van de dieren op de Cue taak opnieuw op de tweede dag, maar verwijder de verplichting om een minimum van 30 studies te voltooien. Als criterium niet wordt bereikt op de tweede dag, het testen van de dieren op de derde dag volgens dezelfde procedure.
- Op de volgende dag na het bereiken van criterium inzake de Cue taak, verschuiven dieren naar de figuur 1B), welke dieren versterkt om in te spelen op de hefboom tegenover hun kant voorkeur, ongeacht de stimulus licht (cue) verlichting. De taak Response is de "Shift" taak in deze volgorde.
- Begin elke proef met beide hendels ingeschoven.
- Verlichten, hetzij links of rechts stimulus licht voor 3 sec; vervolgens uit te breiden beide hendels in de kamer voor 10 sec of totdat een reactie optreedt. (De positie van de stimulus licht niet relevant voor deze taak.)
- Versterken slechts een reactie op de juiste positie hendel (links of rechts, tegenover zijde voorkeur van het dier). Bij een reactie op ofwel hendel, trek de hendels.
- Begin proeven elke 20 seconden tijdens de sessie. Pseudo bepalen de volgorde van de proeven zodanig dat niet meer dan twee achtereenvolgende studies zich met dezelfde stimulus licht (links of rechts) brandt.
- Verder onderzoek tot een dier bereiktcriterium (afgerond 10 opeenvolgende juiste antwoorden) of tot 150 onderzoeken zijn afgerond zonder het bereiken criterium.
- Als criterium niet wordt bereikt op de eerste dag, het testen van de dieren op de Response taak opnieuw op de tweede dag. Als criterium niet wordt bereikt op de tweede dag, het testen van de dieren op de derde dag volgens dezelfde procedure.
- Begint het testen van dieren op de Cue taak (zie figuur 1A), die dieren versterkt om te reageren op de hendel onder de verlichte stimulus licht (cue). De Cue taak is de "Set" taak in deze volgorde.
. Figuur 1: Discriminatie Taken Gebruikt in het Set-Shifting Sequence Dit cijfer geeft de taken zoals uitgevoerd in de Cue-to-Response volgorde; mee dat de taken hetzelfde, alleen in omgekeerde volgorde, in het antwoord naar Cue sequentie. (A) Bij visuele cue discriminatie leren, worden de dieren versterkt om een antwoord op de hendel onder de verlichte stimulus licht. (B) Tijdens de reactie discriminatie leren, eenij dieren worden versterkt om te reageren op een hendel (links of rechts), ongeacht de positie van de stimulus licht. (C) Stroomschema beeltenis opeenvolging van training fasen voor een typische strategie verschuiven experiment, van vooropleiding aan het testen. Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
- Set-verschuiven: Reactie op Cue.
LET OP: Deze reeks is degene die het meest van de toevoeging van de visueel-cue licht pre-exposure conditie te vooropleiding 20,21 ten goede komt (zie Stap 3.2.4 hierboven). Eerdere studies hebben aangetoond dat pre-ratten blootgesteld aan het licht tijdens terugtrekbare hendel training maakt de respons naar cue shift moeilijker en afhankelijk van de mediale prefrontale cortex. Omgekeerd hoeft prefrontale inactiveringen geen afbreuk dit soort verschuiving als deze vooropleiding procedures niet in dienst 20.- <li> Begin testen van dieren op de Response taak, die dieren versterkt om in te spelen op de hefboom tegenover hun kant voorkeur, ongeacht de stimulus licht (cue) verlichting. De taak Response is de "Set" taak in deze volgorde.
- Ga verder met het testen zoals beschreven in stap 4.2.2 (Response taak) hierboven.
- Hebben dieren te voltooien een minimum van 30 proeven op deze taak, want het is de "Set" taak.
- Op de volgende dag na het bereiken van criterium inzake de Response taak, verschuiven dieren naar de Cue taak, die dieren versterkt om in te spelen op de hendel onder de verlichte stimulus licht (cue). De Cue taak is de "Shift" taak in deze volgorde.
- Ga verder met het testen zoals beschreven in stap 4.2.1 (Cue taak) hierboven. Het minimum van 30 studies voltooid is niet nodig wanneer deze taak is de "Shift" taak.
- Begin dieren 'testen op de Response taak, die dieren versterkt om te reageren op de hefboom tegenover hun kant voorkeur, ongeacht de stimulus licht (cue) verlichting. De taak Response is de "Set" taak in deze volgorde.
- Ga verder met het testen beschreven in stap 4.2.2 (Response taak) hierboven.
- Hebben dieren te voltooien een minimum van 30 proeven op deze taak, want het is de "Set" taak.
- Op de volgende dag na het bereiken van criterium inzake de Response taak, proefdieren op een omkering van de Response taak, die dieren versterkt om in te spelen op de andere hendel Op de eerste taak, dat wil zeggen, de hendel die overeenkomen met de oorspronkelijke zijde voorkeur. Deze nieuwe Response taak is het "Reversal" taak in deze volgorde.
- Ga verder met het testen zoals beschreven in stap 4.2.2, behalve dat de versterkte hendelpositie is nu gelijk aan origineelkant voorkeur het dier.
5. gedragsmaatregelen
- Noteer de proeven tot criterium op zowel de "Set" taak en de "Shift" taak. Praktijkproeven criterium is de belangrijkste maat voor de nauwkeurigheid, gedefinieerd als het aantal pogingen vereist 10 opeenvolgende processen, waaronder 10 proeven voltooien. Merk op dat het aantal omissies moeten worden meegewogen uit deze maatregel (bijvoorbeeld, als een rat vereist 100 proeven om criterium te bereiken en maakt 10 omissies, de eigenlijke proeven aan criterium is 90).
- Tel het aantal gemaakte fouten voordat criterium bereikt over zowel de "Set" taak en de "Shift" taak. Fouten bij Criterion is een aanvullende maatregel van nauwkeurigheid die gevoeliger zijn dan Trials tot het tweede criterium en wordt niet beïnvloed door een verhoogde omissie tarieven kan zijn.
- Voor de types shift fout, verder te analyseren de verschillende fouten gemaakt op de "Shift" taak van een ingestelde verschuiven volgorde.
- Graaf een fout als"Perseverative / regressieve" wanneer een dier niet goed reageert op de "Shift" taak volgens de regel dat was juist op de vorige dag "Set" taak. Gebruik dan de volgende richtlijnen om fouten van dit type respectievelijk verdelen in perseverative en regressief.
- Verdeel de sessie "Shift" in blokken van 16 opeenvolgende volledige onderzoeken (niet inbegrepen weggelaten trials). Binnen elk blok, identificeren welke fouten de definitie van dit type, dat wil zeggen passen, de rat maakte een verkeerde reactie die overeenkomt met de "Set" taak regel. Er zal een maximum van 8 mogelijke fouten van dit type in elk blok van 16 trials zijn.
- Score geïdentificeerd fouten perseverative tot minder dan zes van hen zijn gemaakt binnen een blok.
- Beginnend met het volgende blok en verder door het einde van de taak score fouten van dit type als regressief.
- Als het dier werd getest in de "Shift "taak op meer dan één dag, blijven scoren fouten alsof de blokken waren aaneengesloten.
- Graaf een fout als "nooit-versterkte" wanneer een dier niet goed reageert op de "Shift" taak met een reactie die niet juist is op ofwel de "Set" of de "Shift" taak was.
- Graaf een fout als"Perseverative / regressieve" wanneer een dier niet goed reageert op de "Shift" taak volgens de regel dat was juist op de vorige dag "Set" taak. Gebruik dan de volgende richtlijnen om fouten van dit type respectievelijk verdelen in perseverative en regressief.
- Voor de types omkering fout, verder te analyseren de verschillende fouten gemaakt op de "Omkering" taak van een omkering leervolgorde. Omkering fouten worden afgebroken langs twee dimensies: (1) in perseverative en regressieve fouten, en (2) in de richting van-afleider en weg-van-afleider fouten.
- Verdeel totale fouten in perseverative en regressief.
- Verdeel de sessie "Reversal" in blokken van 16 opeenvolgende voltooide studies. Tel de fouten in elk blok (maximaal 16 fouten mogelijk).
- Fouten scoren perseverative tot minder dan 10 van hen zijn gemaakt binnen een blok. </ Li>
- Beginnend met het volgende blok en verder door het einde van de taak score fouten regressief.
- Als het dier werd getest in de "omkering" taak meer dan één dag, verder scoren fouten als de blokken zijn aaneengesloten.
- Verdeel totale fouten in de richting van-afleider (stimulus licht verlicht werd boven de onjuiste, geperst hendel) en weg-van-afleider (stimulus licht werd boven de juiste, ongeperst hendel verlicht).
- Verdeel totale fouten in perseverative en regressief.
- Noteer het aantal weggelaten proeven om een ruime mate van motivatie niveau van het dier te voorzien.
- Onderzoeken omissie scores na elke dagelijkse testsessie uit te sluiten defect aan de apparatuur, die kan worden aangegeven door hoge verzuim scores.
- Bij afwezigheid van storingen apparatuur uitsluiten weglating gegevens van dieren die abnormaal hoge aantallen omissies (algemeen ≥3 standaarddeviaties boven het gemiddelde) aan beide taak.
- Record reactietijden door het meten van de tijd die is verstreken tussen de hendel uitbreiding en een reactie. Latencies bieden een ruwe maatstaf van motorische functie en / of de snelheid van verwerking.
Representative Results
Acute, reversibele inactivatie van de prefrontale cortex kan worden bewerkstelligd door infusie van het lokale verdovingsmiddel bupivacaine hydrochloride (0,75%, 0,5 pi) in de prelimbische gebied via een chirurgisch geïmplanteerde infusie canule 20 ongeveer 10 minuten voor de test. Bovendien kan het effect van inactivering zowel gedurende de eerste taak ("Set") of de tweede taak ("Shift" of "Omkering") worden beoordeeld om eventuele algemene effecten op het leren onderzocht. Figuur 2 illustreert de resultaten van dergelijke inactiveringen op dieren het uitvoeren van de Cue-to-Response-strategie verschuiven volgorde. Prefrontal inactivering op de eerste dag, de Cue / "Set" taak niet prestatie (Figuur 2A) beïnvloeden, wat suggereert dat de mediale prefrontale cortex niet noodzakelijk voor initiële discriminatie leren. Echter, prefrontale inactivatie op de tweede dag, de Response / "Shift" taak, significantly verminderde prestaties in dat dieren vereist een aanzienlijk groter aantal proeven om criterium prestaties (Figuur 2B) te bereiken. Toen de prefrontale cortex werd geïnactiveerd, dieren maakte meer perseverative-achtige fouten dan nooit versterkte fouten op de Shift-taak (figuur 2C). Deze bevindingen repliceren eerdere gegevens over het belang van de mediale prefrontale cortex van de strategie schakelen en in het bijzonder onderdrukken een eerder geleerde strategie 13,20.
Omgekeerd dieren getraind in de Omkering van Response sequence niet deze prefrontale afhankelijkheid tonen. Dieren die inactivatie van de prefrontale cortex van de "omkering" dag verschilde niet van zoutoplossing toegediend dieren op discriminatie ofwel de eerste reactie (Figuur 3A) of de daaropvolgende omkering (Figuur 3B) 20 .Deze bevindingen komen overeen met eerder onderzoek waaruit blijkt dat the orbitofrontale cortex, niet de mediale prefrontale cortex, regelt omkering leren op een verscheidenheid van taken 12,19,26, waaronder een operante taak lijkt op de hier 27 beschreven.
Figuur 2. inactivatie van de prefrontale cortex schaadt Strategy Shifting. A, Trials criterium op de initiële discriminatie Cue taak ("Set") door ratten die infusies van zoutoplossing of bupivacaïne (Bupi) in de mediale prefrontale cortex op de ingestelde dag. Prefrontale inactivatie had geen effect op de initiële aanschaf. B, Trials criterium op de verschuiving naar de Response taak ("Shift") volgende mediale prefrontale infusies van zoutoplossing of bupivacaïne op de verschuiving dag. Inactivatie van de prefrontale cortex slechtzienden de strategie verschuiving naar de respons taak.C, Soorten fouten begaan door dieren op de verschuiving dag. Prefrontale inactivatie voorafgaand aan de verschuiving taak ("sal-Bupi" groep) heeft geleid tot een toename van de perseverative-achtige fouten. *, P <.05 vs. zoutoplossing zoutoplossing. Dit cijfer is gewijzigd van Floresco et al. 20 Klik hier om een grotere versie van deze afbeelding te bekijken.
Figuur 3. inactivatie van de prefrontale cortex Takken Reversal Learning Intact. A, Trials criterium tijdens de initiële opleiding discriminatie reactie door ratten die vervolgens infusies van zoutoplossing of bupivacaïne (Bupi) zou ontvangen in de mediale prefrontale cortex voorafgaand aan omkering training. Er werden geen verschillen gezien. B, Trials criterium tijdens de omkering van discriminatie de respons, volgende mediale prefrontale infusies van ofwel zoutoplossing of bupivacaïne. Prefrontale inactivatie niet aantasten omkering leren. Dit cijfer is gewijzigd van Floresco et al. 20
De gegevens in figuur 4 geeft een voorbeeld van die ratten "herinnering" proeven uitvoeren met het oude regel voor een strategie verschuiving helpen bij interpretatie van gegevens. In deze studie (Enomotor en Floresco, ongepubliceerde waarnemingen), werden ratten op elkaar afgestemd voor de prestaties op het verwerven van een visuele cue regel op dag 1 (Figuur 4A). Op dag 2, ontvangen ratten voertuig of 0,2 mg / kg haloperidol. Aan het begin van de dag 2 testsessie, kregen ze 20 onderzoeken waarbij ze verplicht werden om te reageren met behulp van de visuele cue regel verworven op dag 1, waarna de regel geschakelde helft van de sessie om discriminatie een reactie. Zoals weergegeven in figuur 4B, deze behandeling verminderde het ophalen van de visuele cue regel gedurende de eerste 20 herinnering proeven van de sessie. Vervolgens-haloperidol behandelde ratten vereist minder proeven om criterium (figuur 4C) te bereiken en maakte minder perseverative fouten (Figuur 4D) over de strategie shift. Merk op dat hadden we niet gebruikt de herinnering proeven voorafgaand aan de verschuiving, kunnen deze gegevens zijn geïnterpreteerd als een verbetering in set verschuiven door haloperidol. Echter, de waardevermindering tijdens het bewind ophalen fase suggereert dat deze effecten beter worden opgevat als aantasting van het geheugen voor de eerder verworven regel, die kunnen hebben geleid tot minder respons conflict bij ratten werden verplicht om een nieuwe regel te leren en dus sneller verschuiven.
Figuur 4. Verminderde Regel Retrieval en vereenvoudigde set-shifting geïnduceerd door Haloperidol Behandeling. A, Trials criterium over discriminatie visuele aanwijzing van ratten die waren aan de auto (zoutoplossing) of de dopamine D2-antagonist haloperidol (0,2 mg / kg) voorafgaand aan de strategie verschuiven volgorde op de volgende dag ontvangen. Dieren in beide groepen had vergelijkbaar met pre-drug prestaties. B, aan het begin van het testen op dag 2, ontvangen ratten 20 herinnering proeven waar ze nodig waren om door te gaan om te reageren met behulp van de visuele cue regel vanaf dag 1. De behandeling met haloperidol aanzienlijk gedaald nauwkeurigheid Tijdens deze herinnering proeven. C, na de herinnering proeven 20, de regel verschoven helft van de sessie om discriminatie een reactie. Haloperidol behandelde ratten vereist minder proeven om criterium te bereiken tijdens de shift. D. Haloperidol behandeling ook verminderd perseverative fouten. Hoewel deze gegevens verbeterde prestaties, de bijzondere waardevermindering in regel retrieval-display in B zou kunnen suggereren Enomoto en Floresco, ongepubliceerde waarnemingen. *, p <.05 vs. voertuig.
De neonatale ventrale hippocampus laesie (NVHL) manipulatie is gebruikt om enkele aspecten van schizofrenie model in ratten 28 bijzonder cognitieve stoornissen 29,30. In het kort wordt een excitotoxisch laesie toegediend aan de hippocampus van 7 dagen oude ratten, en proeven worden uitgevoerd bij volwassenen uitgevoerd (60+ dagen postnatale). . Deze modellen de hypothese ontwikkelingstraject van schizofrenie 28 Figuur 5 illustreert de prestaties van NVHL en controle ratten op de pre-belichte versie van de Set-Shifting: Reactie op volgorde Cue NVHL ratten worden onaangetast bij het leren van de eerste regel (Response / "Set. 'figuur 5A), maar zijn enorme schade bij verschuiving naar de nieuwe regel (Cue / "Shift") zoals getoond door de toename van het aantal pogingen nodig criterium (figuur 5B) te bereiken. Bovendien, dit tekort was voornamelijk te wijten aan een toename perseverative fouten, zoals getoond in figuur 5C, suggereert prefrontale afwijkingen 20,21. Deze resultaten bevestigen eerdere bevindingen van verminderde strategie verschuiving in NVHL dieren met behulp van de cross-doolhof taak 29.
Net als de gegevens van prefrontally geïnactiveerd dieren bovenstaande werden NVHL dieren beïnvloed bij omkering leren (Figuur 6A, B), hoewel zij langzamer reageren (figuur 6C, D) waren. Deze negatieve bevinding impliceert dat de waargenomen strategie verschuiven tekorten zijn niet te wijten aan een eenvoudige onvermogen om te schakelen tussen stimuli 21.
ES.jpg "/>
Figuur 5. Verminderde Set-Shifting in de NVHL Model van schizofrenie. Prestaties op de pre-belichte versie van de ingestelde verschuiven sequence (Response-to-Cue) in NVHL en sham controle dieren. A, NVHL dieren werden onaangetast op de Response ("Set") taak. B, echter NVHL dieren vereist aanzienlijk meer proeven dan Shams aan criterium te bereiken op het visuele cue ("Shift") taak. C, Fouten op de "Shift" dag. NVHL dieren maakte meer perseverative fouten dan sham dieren, maar verschilde niet op regressief of nooit-versterkte fouten. *, P <.05 vs. schijnvertoning. Dit cijfer is gewijzigd van Placek et al. 21
Figuur 6. Gebrek aan NVHL Waardevermindering op Reversal Learning.
Ten slotte heeft proefafnames aangegeven dat de dieren zijn vrijwel niet in staat om een omkering van de Cue taak, namelijk leren, om druk op de hendel tegenover de verlichte stimulus licht. Vijf van de zes geteste dieren afgerond 450 omkering trials (3 dagen) zonder het bereiken criterium, en de zesde dier vereiste 418 trials (Brady, ongepubliceerde waarnemingen; data niet getoond). Dit komt waarschijnlijk omdat de prikkel lichten zijn zeer opvallende en aantrekkelijke signalen dat maakt het erg moeilijk voor ratten aan direct reageren weg van hen. Zo, dit testen volgorde is niet recommended.
Discussion
De ontwikkeling van gedragsproblemen taken aan hogere orde cognitieve constructies bij knaagdieren te meten is essentieel om de kennis van de neurobiologie van cognitie te bevorderen. Met goed geconstrueerde en gevalideerde taken, kan knaagdieren worden beoordeeld op taken van complexiteit rivaliserende die van primaten of zelfs mensen. Hier hebben we laten zien hoe twee aspecten van de uitvoerende functie, strategie verschuiven en omkering leren, kan worden onderzocht in knaagdieren met behulp van geautomatiseerde operante technieken. Met behulp van deze geautomatiseerde taken, hebben we gerepliceerd eerdere bevindingen in cross-doolhof en het graven van taken met betrekking tot de neurale substraten van set-shifting en omkering leren 11,13,18-21,27,29, wat suggereert dat de operante taken zijn geldig evaluaties van deze construeert.
Deze geautomatiseerde taken hebben een aantal voordelen en de voordelen ten opzichte van bestaande niet-geautomatiseerde cross-doolhof en het graven taken. Meest dwingende is de superieure snelheid van het verzamelen van gegevens in de geautomatiseerde operante versie. Elkdag training of test duurt slechts 30-60 minuten, en is volledig computergestuurd vereisen minimale begeleiding door de experimentator. Bovendien kunnen meerdere dieren gelijktijdig worden getest met een multi-chamber operante setup. Elke taak serie, van de vormgeving tot de uiteindelijke testen, kunnen worden in ongeveer 2-3 weken afgerond. Een ander belangrijk voordeel van de geautomatiseerde taken is de nauwkeurige controle van de stimulus, waardoor dus experimentator fout minimaliseren. Zo wordt de volgorde van de presentatie van de cue locatie op elke proef gerandomiseerd en gecontroleerd door de computer, in plaats van door een experimentator handmatig raadpleging van een trial-by-proef lijst. De timing tussen de proeven wordt nauwkeurig gemeten en consistent, en wordt niet verstoord door de tijd die het kost een experimentator om, bijvoorbeeld, verwijderen van een rat uit de cross-doolhof of de volgorde van de graven containers. Versterking levering is automatisch en is niet onderworpen aan fout experimentator (bijvoorbeeld vergeten om het aasjuiste arm van een cross-doolhof). Het verzamelen van gegevens is eveneens verbeterd, met automatische registratie van respons patronen waaronder het meten van de exacte reactietijden. In afwezigheid van andere auto afwijkingen kunnen veranderingen in reactietijden worden gebruikt om bewijs van veranderde verwerkingssnelheid afleiden en / of het niveau van cognitieve complexiteit van een taak 21,22 beoordelen.
De geautomatiseerde taken behouden ook een belangrijk voordeel van de cross-doolhof taken: de mogelijkheid om een gedetailleerde analyse van de verschillende fouten gemaakt op de shift of omkering dag uit te voeren. Onderscheid te maken tussen-set verschuiven fouten die de vorige dag strategie (perseverative of regressieve fouten) te repliceren en fouten die eerder onbeproefd strategieën (nog nooit versterkte fouten) vertegenwoordigen kan helpen bij het karakteriseren van specifieke tekorten in behavioral flexibiliteit. In het bijzonder, perseverative fouten die in het begin van het testen reflecteren onvermogen van een dier af te zien van de vorige strategy, terwijl later voorkomende regressieve fouten weerspiegelen onvermogen van een dier om de nieuwe strategie te handhaven zodra perseveratie heeft opgehouden 20. Nooit-versterkte fouten kan een storing aan de nieuwe strategie, of een onvermogen om systematisch te reageren volgens de regel 20 te verwerven geven. Eerdere bevindingen 16,17,20 demonstreren scheidbaar neuroanatomical bases van deze soorten fouten zijn ook waardevol in het interpreteren van de resultaten van deze taken.
De procedures ontwikkeld en geoptimaliseerd voor gebruik met ratten. Dit gezegd zijnde, andere groepen hebben soortgelijke procedures die worden gebruikt voor het testen van de set-verschuivende vaardigheden bij muizen 31. Echter, moeten bepaalde wijzigingen worden ingezet met muizen om tegemoet te komen voor soorten verschillen. Deze omvatten langer presentatie van de visuele cue licht voorafgaand aan hendelverlenging, opleiding over meerdere dagen met behulp van 30 trials / dag en de integratie van een time-out straf na verkeerde keuzes. Although deze wijzigingen maken deze test minder geschikt voor gebruik met farmacologische uitdagingen, kan het nuttig zijn voor de beoordeling van cognitieve flexibiliteit in genetisch gemanipuleerde muizen (hoewel het onduidelijk is of deze wijzigingen de frontale cortex gevoeligheid van de taak zou behouden) te bewijzen.
Natuurlijk zijn er ook beperkingen voor deze taken. Sommige van deze beperkingen voortvloeien uit de geautomatiseerde aard van de taak, terwijl andere zijn gerelateerd aan de parameters van de taak zelf. Met betrekking tot dat laatste, de hier beschreven-set verschuiven taak (evenals de cross-doolhof set-verschuivende taak 26) maken gebruik van een beperkte set van stimuli en reacties. In tegenstelling tot de graven taak, waarop nieuwe exemplaren (bijvoorbeeld, onbekende geuren of graven media) kan worden gebruikt om nieuwe aandachtsproblemen sets te bouwen in elke fase 11,19, de operante-set verschuiven taak noodzakelijkerwijs de keuze tussen twee stimuli die vertrouwd zijn met het zijn dier - ofwel de links vs.juiste cue licht, of de linker versus juiste positie. Dit betekent dat de operante en cross-doolhof-set verschuiven taken betrekken respons conflict evenals strategie verschuiven, hoewel het concept van het verschuiven van de eigen strategie om een nieuwe, voorheen irrelevante stimulus dimensie wordt bewaard 20,23. Op een verwante nota, de set-shifting en omkering operante taken zoals hier beschreven staan niet toe dat voor een derde stimulus dimensie, zoals in het graven taak die graven media, geur en textuur 11,19 kan omvatten. Dat doen we echter niet dit een fatale fout beschouwen, als de operante-set verschuiven taak vereist nog steeds het dier naar de eerder relevante strategie discriminatie te onderdrukken en te wonen om een eerder genegeerd stimulus dimensie. Bovendien lijkt het denkbaar dat wijzigingen aan de apparatuur en taakparameters de toevoeging van een derde dimensie stimulus, zoals auditieve signalen of geur kunnen ondersteunen, hoewel deze toevoegingen waarschijnlijk het leren moeilijker en minder amenable om eendaagse farmacologische proeven.
Ten slotte een mogelijke beperking van eventueel operante gebaseerde taak is het verlies van rechtstreekse informatie over gedrag rat - dwz dat de onderzoeker niet meer kijken naar de rat. We hebben het gevoel dat de voordelen in de objectiviteit en het verzamelen van gegevens snelheid door automatisering verleend meer dan make-up voor dit verlies, en camera's gemonteerd in de operante kamers zijn een relatief eenvoudige manier om individuele visuele toegang te herstellen indien gewenst.
Er zijn een aantal stappen die genomen kunnen worden om succes te maximaliseren met deze operant taken. Ten eerste, het belang van de behandeling van de dieren voor de training begint kan niet worden overschat; net als bij elke gedragstaak, goed behandeld dieren zijn makkelijker om mee te werken, zijn minder gestrest, en hebben de neiging om minder variabele data te produceren. Ten tweede, sommige piloottesten nodig om de beste tijdstip om testen uit te voeren bepalen; testen we tijdens het licht cyclus, en vinden dat performance is optimaal wanneer dieren worden getest bij het einde van deze cyclus (bijvoorbeeld ongeveer 16:00 een lichtcyclus eindigt op 7:00). Ten derde, zorg moeten worden genomen om die stabiele prestaties wordt vastgesteld op elke vooropleiding stadium te bevestigen voordat een dier is gevorderd met de volgende stap. Bijvoorbeeld, consistente en robuuste prestaties op de intrekbare hendel training podium is een uitstekende voorspeller van performante prestaties op de "set" discriminatie taak. Met betrekking tot de uitrusting, hoewel alle stappen zijn geautomatiseerd, experimentator ingrijpen blijft noodzakelijk om te bevestigen dat alle componenten zijn in orde. Zo moet een uitrusting check dagelijks worden uitgevoerd (of meer dan een keer per dag, als groot aantal dieren worden getest) om ervoor te zorgen dat alle lichten, hendels en beloning levering operationeel zijn. In het bijzonder kunnen storingen in beloning afgiftesystemen (vooral pellet dispensers) drastisch beïnvloeden. Een ongewoon hoog aantal omissies opeen bepaalde dag kan een probleem zijn met beloning levering apparatuur aan te geven, en dus data-uitgang moet dagelijks worden gecontroleerd door een experimentator vertrouwd met de taak en verwachte prestaties. Bij het ontbreken van een apparaat defect, kan een groot aantal omissies andere problemen met de motivatie of de gezondheid van dieren te geven. Als een dier verder gezond kan voedselrestrictie worden verhoogd om het dier naar 80-85% van de vrije voeding gewicht voor een korte tijd totdat prestaties hersteld.
Deze set-shifting en omkering taken kunnen worden gebruikt in een verscheidenheid van experimentele paradigma. Bijvoorbeeld zou de effecten van manipulaties zoals laesies, ontwikkelings behandelingen, de voeding, de langdurige farmacologische behandeling, of genetische modificaties worden onderzocht. Hoewel het effect van een behandeling op de set-shifting of omkering stadium van primaire belang kunnen zijn, er rekening mee dat aangezien dergelijke chronische of permanente behandelingen per se vóór trai moet worden toegediendning begint, effecten op meerdere stadia van prestaties (met name op de eerste discriminatie of "set") moet ook worden onderzocht 21. Het gebruik van acute manipulaties, zoals farmacologische behandelingen of tijdelijke neuroanatomisch inactiveringen, zijn bijzonder goed geschikt voor deze taken. In dergelijke gevallen is de toevoeging van een derde groep (zie figuur 2) bruikbaar; Zo is de primaire experimentele groep krijgt de manipulatie van de rente op de dag van de shift of omkering, terwijl een controlegroep ontvangt de manipulatie op de dag van de initiële discriminatie of "set" om te testen op een brede effecten op het leren, en een tweede controlegroep ontvangt geen manipulaties (of sham behandelingen) op beide dagen 20,22. Merk op dat voor een dergelijke acute manipulatie studies, is het raadzaam om ratten voor de prestaties overeenkomen bij het leren van de eerste set en toe te wijzen aan de experimentele groep en de (tweede) controlegroep dienovereenkomstig. Dit minimIZES de mogelijkheid dat behandeling geïnduceerde verschillen in prestaties kunnen worden vertroebeld door individuele verschillen in hoe gemakkelijk ratten leren om onderscheid te maken tussen stimuli. Bovendien, als een experiment vereist het testen van meerdere cohorten gedurende weken of maanden, moet elk cohort behoren dieren uit alle experimentele groepen. Bijvoorbeeld kan een studie, waarbij de effecten van acute farmacologische manipulaties tijdens overschakeling 48 ratten in totaal 3 experimentele groepen getest in drie cohorten van 16 dieren elk vereist. In dit geval moet elk cohort 5-6 ratten in elke experimentele groep bevatten. Idealiter zou de statistische analyses factor die bevestigt er geen verschillen in prestaties over elk cohort ratten omvatten. Tenslotte kunnen die operante taken bijzonder bruikbaar voor toepassing in vivo opname technieken waaronder microdialyse, voltammetrie en elektrofysiologie, door componenten zoals de gecontroleerde omgeving precieze timing van stimulus Presentation en reacties, en beperkte bewegingen van de dieren die niet beschikbaar zijn of praktisch in de cross-doolhof of graven taken zijn.
Disclosures
Publicatie van en gratis toegang tot dit manuscript werd ondersteund door 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 |
References
- Floresco, S. B., Zhang, Y., Enomoto, T. Neural circuits subserving behavioral flexibility and their relevance to schizophrenia. Behav Brain Res. 204, 396-409 (2009).
- McKirdy, J., et al. Set shifting and reversal learning in patients with bipolar disorder or schizophrenia. Psychological medicine. 39, 1289-1293 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Weintraub, S., Wicklund, A. H., Salmon, D. P. The neuropsychological profile of Alzheimer disease. Cold Spring Harbor perspectives in medicine. 2, a006171 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set shifting in the rat. Journal of Neuroscience. 20, 4320-4324 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- Mackintosh, N. J., Holgate, V. Serial reversal training and nonreversal shift learning. Journal of comparative and physiological psyhology. 67, 89-93 (1969).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Haluk, D. M., Floresco, S. B. Ventral striatal dopamine modulation of different forms of behavioral flexibility. Neuropsychopharmacology. 34, 2041-2052 (2009).
- Sorge, R. E., et al. Olfactory exposure to males, including men, causes stress and related analgesia in rodents. Nature methods. 11, 629-632 (2014).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Brady, A. M. Neonatal ventral hippocampal lesions disrupt set-shifting ability in adult rats. Behav Brain Res. 205, 294-298 (2009).
- 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).
- 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).
