Waiting
Login processing...

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

Behavior

Operante prosedyrer for å vurdere Behavioral Fleksibilitet i Rats

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

Eksekutive funksjoner bestå av flere høyt nivå kognitive prosesser som driver regel generasjon og atferds utvalg. En emergent egenskap ved disse prosessene er muligheten til å justere adferd som respons på endringer i ett miljø (dvs. atferds fleksibilitet). Disse prosessene er avgjørende for normal human atferd, og kan være avbrutt i forskjellige nevropsykiatriske tilstander, inkludert schizofreni, alkoholisme, depresjon, slag og Alzheimers sykdom. Forståelse av nevrobiologi av eksekutive funksjoner er blitt sterkt fremmet av tilgjengeligheten av dyre oppgaver for å vurdere diskrete komponenter som atferds fleksibilitet, spesielt strategi skiftende og reversering læring. Selv om flere typer av oppgaver er blitt utviklet, er de fleste ikke-automatisert, arbeidskrevende, og tillater testing av kun ett dyr om gangen. Den siste utviklingen av automatiserte, operante baserte oppgaver for å vurdere atferds fleksibilitet effektiviserer tesTing, standardiserer stimulus presentasjon og dataregistrering, og dramatisk forbedrer gjennomstrømning. Her beskriver vi automatisert strategi giring og reversering oppgaver, ved hjelp av driftsavdelingene kontrollert av tilpassede skriftlige programmer. Ved hjelp av disse oppgavene, har vi vist at den mediale prefrontale cortex styrer strategi forskyvning, men ikke reversering læring hos rotter, tilsvarende dissosiasjon observert hos mennesker. Videre dyr med en neonatal hippocampus lesjon, en nevrologisk modell av schizofreni, selektivt svekket på strategien skiftende oppgave, men ikke reversering oppgave. Strategien skiftende oppgave tillater også identifisering av separate typer ytelsesfeil, som hver er tilskrives forskjellige nevrale underlag. Tilgjengeligheten av disse automatiserte oppgaver, og underbygger informasjonen i dissosierbare bidrag fra separate prefrontale områder, gjør dem spesielt godt egnet analyser for etterforskningen av grunnleggende nevrobiologiske prosesser samt drug oppdagelse og screening i sykdomsmodeller.

Introduction

Høyt nivå kognitive prosesser, inkludert regel generasjon, atferdsvalg, og strategi evaluering er kollektivt referert til som "executive funksjon" eller "atferds fleksibilitet en." Slike prosesser er avgjørende for normal kognitiv funksjon, og kan bli forstyrret i så ulike lidelser som schizofreni , alkoholisme, depresjon, hjerneslag og Alzheimers sykdom 2-7. Regulering av lederfunksjonsprosesser er i hovedsak mediert av områder i frontal cortex, inkludert dorsolateral prefrontal cortex og orbitofrontal cortex hos mennesker 8-10.

Utviklingen av oppgaver å vurdere utøvende funksjon og / eller atferdsmessige fleksibilitet i ikke-menneskelige dyr, spesielt gnagere, har i stor grad økt forståelsen av den nevrobiologi erkjennelses 11-14. Slike oppgaver har gjort det mulig å separat måle forskjellige komponenter som atferds fleksibilitet, inkludertstrategi giring og reversering læring. Strategi skiftende refererer til evnen til å aktivt undertrykke en tidligere lært respons strategi mens anskaffe en ny, konkurrerende strategi, spesielt på tvers av tiltaks dimensjoner (extradimensional skift) - f.eks, bytte fra å utføre et visuelt basert diskriminering (rød vs grønn, hvor rødt er "riktige" og taktile stimuli er irrelevant) for å utføre en følbar diskriminering (glatt vs. grov, hvor glatt er "riktig" og visuelle stimuli er nå irrelevant). På den annen side, reversering læring innebærer også en endring i strategi for respons, men innenfor samme stimulus dimensjon - for eksempel i "rød vs grønn" eksempel, hvis rød var tidligere korrekt, en reversering ville diktere at grønn er nå riktig, mens taktile stimuli ville forbli irrelevant.

Flere oppgaver har blitt utviklet for å undersøke atferds fleksibilitet hos gnagere. Kryss-maze oppgaven krever et dyr å først lære enten en retning baserte regelen (for eksempel "alltid ta til høyre") eller en visuell baserte regelen (for eksempel "alltid vende mot visuelt") til en viss kriterium av ytelse. Deretter blir dyret som kreves for å forskyve uventet enten over modalitet til den motsatte regelen (strategi giring, opprinnelig betegnet som en "nonreversal shift" 15) eller forskyves innenfor modalitet til motsatt beredskaps (reversering læring) 13,14,16. Slike oppgaver er følsomme for forstyrrelser i kortikale og subkortikale nettverk hvor prefrontal cortex, thalamus, og striatum 1,13,14,16-18. En annen type oppmerksomhets set-skiftende oppgave (noen ganger referert til som graving oppgave) krever trening dyr å diskriminere mellom to containere som skiller seg langs to eller tre stimulans dimensjoner (grave media, lukt og / eller ekstern tekstur). Ligner på tvers av labyrintenoppgave er dyr da nødvendig å skifte enten over mål (strategi giring) eller innenfor samme dimensjon (reversering læring), og disse oppgavene er like følsomme for frontal cortex manipulasjoner 11,19. En fordel med denne oppgaven er at under ekstra-dimensjonale strategiskifte, er rotter presenteres med nye sett av stimuli (forbilder), som sikrer at ytelses svekkelser i denne fasen er sannsynlig skyldes forstyrrelser i evnen til å skifte oppmerksomhets sett til ulike aspekter av sammensatte stimuli, snarere enn en svekket evne til å stoppe nærmer seg en bestemt stimulans tidligere assosiert med belønning. Men gjør denne funksjonen også det mer vanskelig å fastslå den spesifikke karakter av et underskudd i løpet av et sett skift.

Selv om de oppgaver som er beskrevet ovenfor, har blitt godt dokumentert i litteraturen, de begge lider av en rekke prosedyremessige ulemper, først og fremst hvor lang tid det tar å teste dyr. I beggekrysslabyrintoppgave og grave oppgave, kan bare ett dyr testes på en gang; Videre må testing administreres i sanntid av en dedikert experimenter, og kan ta opp til flere timer pr dag pr dyr. I tillegg er presentasjonen av stimuli og opptaket av atferdsmessige responser i begge typer av oppgaver manuelt styrt av en experimenter, og er således utsatt for menneskelige feil og subjektiv tolkning.

Her beskriver vi en automatisert metode for å vurdere strategien giring og reversering læring i rotte, ved hjelp av operante prosedyrer som effektiviserer stimuluskontroll og datapresentasjon, og dramatisk forbedre frekvensen av datainnsamling og gjennomstrømming 20,21. Metodene som benyttes for å forme og tog rotter er beskrevet, så vel som komponenter av selve oppgaven og analyse av de resulterende data. Vi har funnet ut at som cross-labyrint og graveoppgaver, disse automatiserte oppgaver er følsomme for forstyrrelser i prefrontalog subkortikale kretser, så vel som til en nevrologisk manipulasjon som modeller schizofreni 20-23.

Protocol

MERK: Alle prosedyrer som er beskrevet her ble godkjent av Institutional Animal Care og bruk Committee (IACUC) ved St. Mary College of Maryland, eller den kanadiske Council on Animal Care ved University of British Columbia.

1. Dyr

  1. Bruk voksen mann Sprague-Dawley eller voksen mannlige Long-Evans rotter.
    MERK: Selv om forskjeller i ytelse på tvers av disse to stammer ikke har blitt formelt testet, Long-Evans rotter har en tendens til å skaffe seg et visuelt diskriminering (beskrevet nedenfor) litt raskere enn Sprague-Dawley rotter (Floresco, upubliserte observasjoner).
  2. Ved ankomst i kolonien, huset voksne rotter enkeltvis eller i grupper, avhengig av behovene til eksperimentet og begrensninger av anlegget. Bruk enkelt bolig for eksperimenter der dyr er mat-begrenset, for å gi bedre kontroll over matinntaket. Tillate dyr å akklimatisere seg til kolonien (uten håndtering eller mat begrensning) i minst tre dager etterankomst.
    MERK: En fersk rapport har antydet at eksperimentator kjønn kan påvirke målinger av smerte og angst atferd 24 funn som kan utvide til andre stressfølsomme atferd inkludert kognisjon. På tvers av våre studier har vi ikke observert noen åpenbare ytelsesforskjeller rotter trent av mannlige kontra kvinnelige handlers, selv om vi ikke har formelt vurdert dette.
  3. Håndtere dyr daglig i ca 3-5 minutter hver, i minst tre dager før du begynner atferds testing. På den første dagen av behandling, oppnå en fri-matevekt for hver rotte. Målvekten for mat begrensning, hvis brukt, vil være 85-90% av dette gratis vekt. Oppmerksom på dette målet vekt, for eksempel i en lab notisbok eller på dyrets bur kort. I noen tilfeller kan mat begrensning ikke være nødvendig dersom forsterkeren som benyttes er meget velsmakende (f.eks søtet melk), selv om dyrene kan bli tilfredsstilt for raskt ved bruk av slike forsterkere.
  4. På each av flyge dager, da hvert dyr håndtering er ferdig, place omtrent 10-20 belønning pellets inne i dyrets hjemmeburet å akklimatisere rotter (som er typisk neophobic) til armeringen som skal brukes i oppgave (se avsnitt 2.1.3 nedenfor).
  5. I løpet av de tre dagene med håndtering, gradvis redusere dyrenes daglige matinntak å bringe dem til sine mål vekter. Sørg for å indikere på buret kort eller annen dokumentasjon på at dyrene er nå på en diett.
    MERK: Mat begrensning i bestemte krever godkjenning av den institusjonelle IACUC eller annet tilsynsorgan før eventuelle prosedyrer kan begynne. De generelle prosedyrene nedenfor ble godkjent av forfatternes respektive institusjonelle etater; sørg for å konsultere noen aktuelle lokale og / eller nasjonale retningslinjer for tilleggskrav i enkeltinstitusjoner.
  6. Veie dyrene minst to ganger i uken for å overvåke helse og sørge for at dyr ikke slippe vesentlig below målet vekt. Pass på at vannet er fritt tilgjengelig til enhver tid.

2. Utstyr og programvare

  1. Bruk driftsavdelingene med (minst) to uttrekk spaker, to stimulus lys, en houselight, og en forsterkning dispenser for disse oppgavene.
    1. Sett spakene på hver side av en sentral forsterkning levering område med en stimulus plassert over hver spak.
    2. Kontroller at houselight lyser hele kammeret mens ikke forstyrrer påvisning av stimulanse lys, for eksempel plassere houselight på veggen motsatt spakene og stimulans lysene.
    3. Bruk spiselig mat (f.eks sukrose pellets 20,21 eller sukrose løsninger 25) for forsterkning. Overalt hvor det er indikert til å "forsterke dyret" nedenfor, gi en 45 mg sukrose pellet eller en foreskrevet mengde av sukrose-løsning.
  2. Kontroll stimulus presentasjon, spaken operatipå, og datainnsamling via et grensesnitt med en datamaskin. Kontakt forfatterne for spesifikk informasjon om oppgaven programmer som er skrevet med MED-PC-programvare, et program spesielt utviklet for atferds testing og datainnsamling.
    MERK: En viktig funksjon av programmene som brukes for adferdstesting er opptaket av viktige variabler på en prøve-ved prøving basis, inkludert plasseringen av signalet lys, hevarmen er valgt av dyret, om dyret har gjort en feil, feil eller ingen respons (unnlatelse) og ventetiden for å gjøre et valg. Disse data er kritisk for vurdering av de spesifikke typer av feil som gjøres under forskjellige deler av valget sekvens, som vil bli beskrevet nedenfor.
  3. I begynnelsen av pre-trening, tildele hvert dyr til en operant kammer hvor det vil bli testet hver dag gjennom hele forsøket. Forsøksdyr på omtrent samme tid på døgnet gjennom hele forsøket.
  4. Ren driftsavdelingene regelmessig (minst en gang i uken) med soap og vann og / eller en antimikrobiell løsning.

3. Pretraining

MERK: Når dyr har nådd sine mål mat-begrenset vekt, kan de begynne å forme i driftsavdelingene. Pretraining prosedyrer vanligvis tar ca 10-20 dager, med betydelig variasjon mellom rotter. Se figur 1C, for en oversikt over fremgangsmåter.

  1. Forme dyrene til spaken pressen.
    1. Tog dyr i henhold til en fast-forhold (FR) -1 tidsplan for forsterkning, dvs. at en forsterkning levert til hver spak trykk. Shaping kan gis enten med begge spakene utvidet (et trykk på enten er forsterket), eller på en spak om gangen (for eksempel ett spak per dag) med pålegg (venstre / høyre) motvekts over dyr og / eller eksperimentelle forhold.
      1. For å forme med begge spaker utvidet, fortsette å forme sesjoner (en 30-min økt per dag) før dyrene oppfyller et minimum kriterium på minst 50-60 presser per økt for to påfølgende dager. Dette tar vanligvis 3-6 dager.
      2. For å forme på hver spak individuelt, fortsetter økter på den første spaken til dyr svare minst 50-60 ganger på den første spaken presentert. Påfølgende shaping økter bør bruke motsatt spaken til rotta igjen oppnår dette kriteriet. Vanligvis er dette andre kriteriet raskt ervervet etter rotter har lært å trykke den første spaken.
        MERK: Shaping på en spak på et tidspunkt vil ta lengre tid (dyret må oppfylle kriteriet to ganger, en gang for hver spak), men vil sørge for at dyrene får erfaring å svare på og vekslende mellom de to spaker, en kritisk komponent av oppgavene som er beskrevet nedenfor .
  2. Gi dyrene trekkes tilbake spaken treninger for å gjøre dem kjent med utskyt- av spakene, og for å sikre at rotter gjør relativt få utelatelser (typisk <5) av den tiden de går videre tilviktigste test faser av oppgaven.
    1. På hvert forsøk, bestemme hvilken spak for å utvide. Alternative spak utvidelser i en pseudo rekkefølge slik at det er 45 venstre spaken forsøk og 45 høyrespaken prøvelser, men ikke mer enn to påfølgende forsøk forlenge den samme spaken.
    2. Forlenge den valgte spaken. Forsterk dyret for et trykk på denne spaken innen 10 sekunder, etter som spaken er trukket tilbake.
    3. Hvis dyret ikke svarer innen 10 sekunder, trekke i spaken og spille inn en unnlatelse.
    4. Begynn prøvelser hver 20 sek gjennom hele økten.
      MERK: Under uttrekkbar spaken trening, pre-eksponering for stimulus lys (belysning av både venstre og høyre stimulans lys ved hver spak forlengelse) kan benyttes for å redusere nyhet og salience panel lys, og dermed øke vanskelighetsgraden av den påfølgende set-skiftende oppgave 20. Ved hjelp av denne prosedyren vil markant øke antall forsøk som kreves for å oppnå kriteriet gjengivelsermance på visuelt diskriminering beskrevet nedenfor, og dyr kan trenge flere dager for å lære denne regelen under disse forholdene.
    5. Fortsett trekkes tilbake spaken kurs (en 30-min økt per dag) for et fast antall dager, eller inntil dyrene oppfyller et krav om minst fem eller færre utelatelser i to påfølgende dager. Dette tar vanligvis 5-10 dager.
      1. For studier med akutte manipulasjoner (f.eks narkotika testing), bruke et fast antall dager (f.eks, 5 dager) for å sikre at alle rottene får lik eksponering til spakene.
  3. Vurdere dyr til side preferanse.
    1. Conduct side preferanse testing umiddelbart etter det siste møtet i uttrekkbar spak trening (på samme dag, se figur 1C). Den siden preferanse oppgave består av syv forsøk, som hver er sammensatt av mellom to og åtte under forsøk separert med en fast 20 sekunders intervall intertrial (ITI).
    2. Påhver sub-rettssaken, strekker begge spakene inn i kammeret for 10 sek eller inntil en spak trykker svar er gjort. Ikke belyse stimulanse lysene i denne fasen av treningen.
    3. Forsterke en reaksjon på enten spak på den første sub-prøveversjon av hvert forsøk, og ta det opp som "første reaksjon."
      1. Ikke forsterke svarene på samme spak på påfølgende under studier innen samme rettssaken. Det kan ta inntil seks påfølgende svarene på samme spak med en rettssak, etter som gir en tvungen sub-rettssaken. En tvungen sub-prøve består av bare den motsatte spak ikke blir utvidet i 10 sekunder eller inntil en reaksjon finner sted.
    4. Etter den første responsen på hvert forsøk, forsterke det første svaret på motsatt spaken, og deretter avslutte det rettssak. Således, i løpet av hvert forsøk (som inneholder opptil åtte sub-studier), er et dyr som kreves for å reagere minst en gang på hver spak.
    5. Definere hver dyrets side preferanse som den siden der majority av første reaksjonene fant sted (minst fire av sju forsøk).
    6. Hvis imidlertid en uforholdsmessig dyr responderer på en spak hele sesjonen (definert som mer enn et 2: 1 forhold), ta opp den siden som dyrets preferanse.
    7. Begynne å teste på neste rad dagen etter side preferanse test.
      MERK: I våre erfaringer, de fleste dyr ikke vise en sterk side preferanse. For de som gjør, at de må trykke spaken motsatt deres skjevhet under respons diskriminering trening sikrer at de lærer de spesifikke respons-belønning situasjoner knyttet til at spaken, snarere enn bare å svare på en foretrukket spak.

4. Testing

NOTE: Dyr kan testes i en av tre sekvenser, hver av hvilke omfatter to forskjellige oppgaver. Strategi giring er vurdert ved hjelp av (1) Sett-Giring fra Cue til Response og / eller (2) Set-Giring fra Response til Cue; reversal læring er vurdert ved hjelp av (3) Tilbakeføring av Response. (En fjerde mulig sekvens, Tilbakeføring av Cue, ikke er anbefalt av grunner diskutert her.)

  1. Generell informasjon om oppgaver og sekvenser.
    1. Gjennomføre hver sekvens på påfølgende dager. Hver sekvens vil ta minst to dager (initial diskriminering læring og deretter skifte eller reversering).
    2. Bruke et maksimum på mellom 150 og 200 forsøk i en enkel oppgave, avhengig av arten av forsøket. (Legg merke til at bruk av høyere tall av forsøkene vil nødvendigvis øke den totale økt tid til 60 min eller mer, som kan være en faktor å vurdere for farmakologiske tester ved hjelp av forbindelser med kortere virkningstider.)
    3. For hver sekvens, forsøksdyr i en oppgave ("Set") etterfulgt av en annen oppgave ("Shift" eller "Tilbakeføring"). Forsøksdyr for maksimalt 3 dager (dvs. 450-600 forsøk) på hver oppgave, for maksimalt 6 dager totalt.
      1. Fjernedyr som ikke når kriterium innen 3 dager på den første oppgaven ("Set") fra forsøket.
      2. For dyr som ikke når kriterium innen 3 dager på den andre oppgaven ("Shift" eller "Tilbakeføring"), tildele en maksimal score for forsøk til kriteriet som representerer antall forsøk opplevde (dvs. 450 prøvelser for 3 dager av 150 studier hver).
      3. Hvis oppgaven parametrene er endret slik at kontrolldyrene kan oppnå kriteriet ytelsen på en enkelt dag, deretter endre oppgaven slik at alle rottene får bare én test session, og gi de som ikke kommer kriterium innenfor den tildelte antall prøver de maksimal score (150-200 studier, avhengig av hvordan oppgaven er konfigurert).
      4. I løpet av skift eller reversering oppgave, har dyrene enten starte en sesjon måtte utføre den nye regelen umiddelbart, eller gi dem 20 "påminnelse" studier der de utfører oppgavenbruker regelen lært i løpet av første fase av trening, og deretter regelen bytter i løpet av økten 22.
        MERK: Denne sistnevnte prosedyre er spesielt nyttig for eksperimenter som vurderer potensielle pro-kognitive forbindelser som kan forbedre fleksibilitet, som det kan brukes til å avklare om bedre ytelse ved et skift / reversering skyldes spesielt til økt fleksibilitet eller svekket gjenfinning av den forrige regelen om at kan legge til rette for læring av en ny en i løpet av skiftet.
  2. Set-skiftende: Cue Task til Response oppgave.
    1. Begynne å teste dyr på Cue oppgaven (se figur 1A), som forsterker dyr for å svare på spaken under den opplyste stimulus lys (cue). Den Cue oppgave er "Set" oppgave i denne sekvensen.
      1. Begynn hvert forsøk med begge spakene tilbaketrukket.
      2. Belyse enten på venstre eller høyre stimulans lys for tre sekunder; deretter utvide begge spakene inn i kammeret for 10sekund eller inntil en reaksjon skjer.
      3. Forsterke bare et riktig svar på signalisert spaken. Ved en reaksjon på enten spak, trekke spakene.
      4. Begynn prøvelser hver 20 sek gjennom hele økten. Pseudo bestemme rekkefølgen av forsøk, slik at ikke mer enn to på hverandre følgende forsøk forekommer med samme stimulus-lys (venstre eller høyre) lyser.
      5. Fortsett prøvelser inntil et dyr har nådd kriteriet (ferdig 10 sammenhengende riktige svar) og har gjennomført minst 30 forsøk, eller inntil 150-200 forsøkene er fullført uten å nå kriterium.
      6. Dersom kriteriet ikke er nådd på den første dagen, teste dyr på Cue oppgave igjen på den andre dagen, men fjerne kravet om å fullføre et minimum av 30 forsøk. Hvis kriteriet ikke er nådd på den andre dagen, teste dyret på den tredje dag etter den samme prosedyre.
    2. På neste dag etter å ha nådd kriteriet på Cue oppgave, skifte dyr til figur 1B), som forsterker dyr for å svare på spaken motsatt sin side preferanse, uavhengig av stimulus lys (cue) belysning. Response oppgave er "Shift" oppgave i denne sekvensen.
      1. Begynn hvert forsøk med begge spakene tilbaketrukket.
      2. Belyse enten på venstre eller høyre stimulans lys for tre sekunder; deretter utvide begge spakene inn i kammeret i 10 sek eller inntil en reaksjon skjer. (Legg merke til at plasseringen av stimulus lyset er uten betydning for denne oppgaven.)
      3. Forsterke bare en respons på riktig posisjon spaken (venstre eller høyre, motsatt av dyrets side preferanse). Ved en reaksjon på enten spak, trekke spakene.
      4. Begynn prøvelser hver 20 sek gjennom hele økten. Pseudo bestemme rekkefølgen av forsøk, slik at ikke mer enn to på hverandre følgende forsøk forekommer med samme stimulus-lys (venstre eller høyre) lyser.
      5. Fortsett prøvelser inntil et dyr har nåddkriterium (ferdig 10 sammenhengende riktige svar) eller inntil 150 studier er gjennomført uten å nå kriterium.
      6. Hvis kriteriet ikke er nådd på den første dagen, teste dyr på Response oppgave igjen på den andre dagen. Hvis kriteriet ikke er nådd på den andre dagen, teste dyret på den tredje dag etter den samme prosedyre.

Figur 1
. Figur 1: Diskriminering Oppgaver brukt i Set-Shifting Sequence viser dette tallet oppgavene som utføres i Cue-til-Response sekvens; oppmerksom på at oppgavene er de samme, bare i motsatt rekkefølge, i Response-til-Cue sekvens. (A) I løpet av visuell-cue diskriminering læring, er dyr forsterket for en respons på spaken under opplyst stimulus lys. (B) Under respons diskriminering læring, enimals er forsterket for å reagere på en spak (enten høyre eller venstre) uavhengig av posisjonen av stimulus lys. (C) Flytdiagram som viser sekvens av treningsfaser for en typisk strategi skiftende eksperiment, fra pretraining til testing. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

  1. Set-skiftende: Response til Cue.
    MERK: Denne sekvensen er den som drar mest nytte av tillegg av den visuelle-cue lys pre-eksponering tilstand til pretraining 20,21 (se trinn 3.2.4 ovenfor). Tidligere studier har vist at pre-eksponere rotter til lysene under uttrekkbar spak trening gjør responsen-til-cue skift vanskeligere og avhengig av medial prefrontal cortex. Omvendt, trenger prefrontale inactivations ikke svekke denne type skift hvis disse pretraining prosedyrer ikke er ansatt 20.
      <li> Begynn dyrenes testing på Response oppgave, som forsterker dyr for å svare på spaken motsatt sin side preferanse, uavhengig av stimulus lys (cue) belysning. Response oppgave er "Set" oppgave i denne sekvensen.
      1. Fortsett med testing som beskrevet i trinn 4.2.2 (Response oppgave) ovenfor.
      2. Har dyr gjennomføre minimum 30 forsøk på denne oppgaven, siden det er på "Set" oppgave.
    1. På neste dag etter å ha nådd kriteriet på Response oppgave, skifte dyr til Cue oppgave, som forsterker dyr for å svare på spaken under den opplyste stimulus lys (cue). Den Cue oppgave er "Shift" oppgave i denne sekvensen.
      1. Fortsett med testing som beskrevet i trinn 4.2.1 (Cue oppgave) ovenfor. Minimum av 30 studier gjennomført er ikke nødvendig når denne oppgaven er "Shift" oppgave.
  2. Reversering av Response.
    1. Begynner dyrenestesting på Response oppgave, som forsterker dyr for å svare på spaken motsatt sin side preferanse, uavhengig av stimulus lys (cue) belysning. Response oppgave er "Set" oppgave i denne sekvensen.
      1. Fortsett med testing beskrevet i trinn 4.2.2 (Response oppgave) ovenfor.
      2. Har dyr gjennomføre minimum 30 forsøk på denne oppgaven, siden det er på "Set" oppgave.
    2. På neste dag etter å ha nådd kriteriet på Response oppgave, forsøksdyr på en reversering av Respons oppgave, som forsterker dyr for å svare på motsatt spak som på den første oppgaven, dvs. spaken i forhold til sitt opprinnelige side preferanse. Denne nye Response oppgave er "Tilbakeføring" oppgave i denne sekvensen.
      1. Fortsett med testing som beskrevet i trinn 4.2.2 ovenfor, med det unntak at den forsterkede vektstangposisjon er nå lik dyrets opprinnelige side preferanse.

5. Atferds Tiltak

  1. Spill prøvelsene til Criterion både på "Set" oppgave og "Shift" oppgave. Trials til kriterier er de viktigste mål på nøyaktigheten, definert som antall prøver kreves for å fullføre 10 etterfølgende forsøk, inkludert de 10 forsøk. Legg merke til at antallet utelatelser bør være priset ut av dette tiltaket (for eksempel hvis en rotte krever 100 forsøk for å oppnå kriteriet og gjør 10 unnlatelser, selve studiene til kriteriet er 90).
  2. Telle antall feil gjort før kriteriet ble nådd både på "Set" oppgave og "Shift" oppgave. Feil til Criterion er en komplementær mål på nøyaktighet som kan være mer følsomme enn Trials å Kriterium og er ikke påvirket av økte unnlatelse priser.
  3. For skiftfeiltyper, videre analysere de typer feil som er gjort på "Shift" oppgaven med en set-skiftende sekvens.
    1. Telle en feil som"Perseverative / regressive type" når et dyr reagerer feil på "Shift" oppgave i henhold til regelen som var riktig på gårsdagens "Set" oppgave. Deretter kan du bruke følgende retningslinjer for å dele feil av denne typen i perseverative og regressiv, henholdsvis.
      1. Fordel "Shift" session i blokker av 16 sammenhengende fullførte studier (inkluderer ikke utelatt studier). Innenfor hver blokk, å identifisere hvilke feil plass i definisjonen av denne typen, dvs. rotte gjort en feil respons som svarer til den "Set" oppgave regelen. Det vil være et maksimum på åtte mulige feil av denne type i hver blokk av 16 forsøk.
      2. Skår identifisert feil som perseverative til mindre enn seks av dem er laget i en blokk.
      3. Som begynner med den neste blokken og fortsetter til slutten av oppgaven, score feil av denne type som regressiv.
      4. Hvis dyret ble testet i "Shift "oppgave på mer enn én dag, fortsetter scorings feil som om blokkene var sammenhengende.
    2. Telle en feil som "aldri forsterket" når et dyr reagerer feil på "Shift" oppgave med et svar som ikke var riktig på enten "Sett" eller "Shift" oppgave.
  4. For reversering feiltyper, videre analysere de typer feil som er gjort på "Tilbakeføring" oppgaven med en reversering læring sekvens. Tilbakeføring feil brytes ned langs to dimensjoner: (1) inn perseverative og regressive feil, og (2) inn mot-Blokker og bort-fra-Blokker feil.
    1. Fordel totalt feil i perseverative og regressiv.
      1. Fordel "Tilbakeføring" session i blokker av 16 sammenhengende fullførte studier. Telle feilene i hver blokk (maksimalt 16 feil er mulig).
      2. Resultat feil som perseverative til færre enn 10 av dem er laget i en blokk. </ Li>
      3. Fra og med neste blokk og fortsetter til slutten av oppgaven, scorer feil som regressive.
      4. Hvis dyret ble testet i "Tilbakeføring" oppgave på mer enn én dag, fortsetter scorings feil som om blokkene var sammenhengende.
    2. Fordel totalt feil inn mot-Blokker (stimulus lys ble tent over feil, trykkes spaken) og borte fra Blokker (stimulus lys ble tent ovenfor riktig, upresset spaken).
  5. Registrere antall utelatte forsøk for å tilveiebringe et bredt mål på dyrets motivasjon nivå.
    1. Undersøke unnlatelse score etter hvert daglig test økt for å utelukke utstyr funksjonsfeil, som kan angis med høye unnlatelse score.
    2. I fravær av feil på utstyr, utelukker unnlatelse data fra dyr med unormalt høye antallet utelatelser (generelt, ≥3 standardavvik over gjennomsnittet) på hver oppgave.
  6. Rekordresponsventetider ved å måle tiden som har gått mellom spak forlengelse og et svar. Ventetider gir et grovt mål på motorisk funksjon og / eller hastigheten på behandlingen.

Representative Results

Akutt, reversible inaktivering av den prefrontale cortex kan oppnås ved tilførsel av lokalbedøvelses bupivakainhydroklorid (0,75%, 0,5 mL) i prelimbic regionen via en kirurgisk implantert infusjons kanylen 20 omtrent 10 min før testing. Videre kan virkningene av inaktivering under enten den første oppgaven ("Set") eller den andre oppgaven ("Shift" eller "Tilbakeføring") vurderes å undersøke mulige generelle effekter på læring. Figur 2 viser resultatene av slike inactivations på dyr utfører Cue-til-Response strategi-skiftende sekvens. Prefrontal inaktivering på den første dagen, Cue / "Set" oppgave, ikke svekke ytelsen (Figur 2A), noe som tyder på at den mediale prefrontale cortex er ikke nødvendig for første diskriminering læring. Men prefrontal inaktivering på den andre dagen, Response / "Shift" oppgave, signifgrad å svekket ytelse ved at dyrene kreves en vesentlig større antall forsøk på å nå kriterium ytelse (figur 2B). Når prefrontal cortex ble inaktivert, gjort dyrene flere perseverative-lignende feil enn aldri-forsterkede feil på Shift oppgaven (figur 2C). Disse funnene gjenskape tidligere data om viktigheten av den mediale prefrontale cortex for strategi skiftende og i særdeleshet i å undertrykke en tidligere lært strategi 13,20.

Derimot virket det ikke dyr opplært i Tilbakeføring av Response sekvens Ikke vis denne prefrontal avhengighet. Dyrene som fikk inaktivering av prefrontal cortex på "Tilbakeføring" dag var ikke forskjellig fra saltvann-tilført dyr på enten den første responsen diskriminering (figur 3A) eller reversering (Figur 3B) 20 .Disse funnene er i tråd med tidligere forskning som viser at the orbitofrontal cortex, ikke den mediale prefrontale cortex, regulerer reversering læring på en rekke oppgaver 12,19,26, inkludert en operant oppgave som ligner på det som er beskrevet her 27.

Figur 2
Figur 2. Inaktivering av prefrontal cortex Svekker Strategy Shifting. A, Trials til Criterion på den innledende Cue diskriminering oppgave ("Set") av rotter som fikk infusjoner av saltvann eller bupivacain (Bupi) i mediale prefrontale cortex på settet dag. Prefrontal inaktive hadde ingen effekt på første oppkjøpet. B, Trials til Criterion på skiftet til Respons oppgaven ("Shift") etter mediale prefrontale infusjoner av enten saltvann eller bupivacain på skift dag. Inaktivering av den prefrontale cortex svekket strategien skift til respons oppgave.C, Typer av feil begått av dyr på skift dag. Prefrontal inaktive før skiftet oppgave ("sal-Bupi" gruppe) førte til en økning i perseverative-lignende feil. * P <0,05 sammenlignet med saltvann-saltløsning. Dette tallet har blitt forandret fra Floresco et al. 20 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. Inaktivering av prefrontal cortex Later Tilbakeføring Læring intakt. A, Trials til Criterion under den første responsen diskriminering trening av rotter som senere skulle få infusjoner av saltvann eller bupivacain (Bupi) i mediale prefrontale cortex før reversering trening. Ingen forskjeller ble sett. B, Trials til Criterion under reversering av responsen diskriminering, etter mediale prefrontale infusjoner av enten saltvann eller bupivacain. Prefrontal inaktive svekket ikke reversering læring. Dette tallet har blitt forandret fra Floresco et al. 20

Data presentert i Figur 4 gir et eksempel på hvordan krever rotter å utføre "påminnelse" prøvelser bruker den gamle regelen før et strategiskifte kan hjelpe i tolking. I denne studien (Enomotor og Floresco, upubliserte observasjoner) ble rotter matchet for ytelse på å anskaffe et blikkfang regel på dag 1 (Figur 4A). På dag 2 fikk rotter kjøretøy eller 0,2 mg / kg haloperidol. Ved starten av dag 2 test session, fikk de 20 studier der de ble pålagt å svare med det visuelle signalet regel kjøpt på dag 1, hvoretter regelen slått mid-session til et svar diskriminering. Som vist i Figur 4B, denne behandlingen svekket gjenfinning av det visuelle signalet regel i løpet av de første 20 påminnelses utprøving av økten. Deretter haloperidolbehandlede rotter kreves færre forsøk for å oppnå kriteriet (Figur 4C) og gjorde færre perseverative feil (Figur 4D) på strategiskifte. Merk at vi ikke hadde brukt de purre prøver før den skiftet, kan ha blitt tolket disse dataene som en forbedring i settet forskyvning av haloperidol. Imidlertid tyder nedskrivningen under regelen henting fasen at disse effektene er bedre forstått som svekket hukommelse for tidligere ervervet regelen, noe som kan ha ført til mindre respons konflikt når rotter ble pålagt å lære en ny regel, og dermed raskere giring.

Figur 4
Figur 4. Nedsatt Rule henting og Tilrettelagt Set-skiftende indusert av Haloperidol Treatment. A, Trials til Criterion på visuelt diskriminering fra rotter som skulle motta kjøretøy (saltvann) eller dopamin D2-antagonist haloperidol (0,2 mg / kg) før strategien skiftende sekvens på den påfølgende dagen. Dyr i begge gruppene viste sammenlignbar pre-medikament ytelse. B, I begynnelsen av testing på dag 2, rotter mottatt 20 påminnelse studier der de ble pålagt å fortsette å svare med det visuelle signalet regel fra dag 1. Behandling med haloperidol betydelig redusert nøyaktighet i løpet av disse påminnelse prøvelser. C, Etter de 20 påminnelses prøvelser, regelen skiftet mid-session til et svar diskriminering. Haloperidol behandlet rotter krevde færre forsøk for å oppnå kriterium i løpet av skiftet. D. Haloperidol behandling også redusert perseverative feil. Selv om disse data kunne foreslå forbedret ytelse, nedskrivning i regelen gjenfinning skjerm i B Enomoto og Floresco, upubliserte observasjoner. *, p <.05 vs. kjøretøy.

Den neonatale ventrale hippocampus lesjon (NVHL) manipulasjon er blitt brukt til å modellere noen aspekter av schizofreni hos rotter 28, spesielt kognitive svekkelser 29,30. I korthet blir en eksitotoksisk lesjon administrert til hippocampus av 7-dager gamle rotter, og testing utføres i voksne (60 + dager postnatal). . Denne modellen den hypotese utviklings banen schizofreni 28 Figur 5 illustrerer ytelse av NVHL og kontrollrotter på pre-eksponerte versjon av Set-Shifting: Response til Cue sekvens NVHL rotter er usvekket ved å lære den første regelen (Response / "Set. ", Figur 5A), men er betydelig svekket ved å skifte til den nye regelen (Cue / "shift") som vist ved økningen i antall forsøk er nødvendige for å oppnå kriteriet (figur 5B). Videre vil dette underskuddet skyldes i hovedsak en økning i perseverative feil, som vist i figur 5C, noe som tyder prefrontale unormalt 20,21. Disse resultatene bekrefter tidligere funn av svekket strategi skiftende i NVHL dyr ved hjelp av kryss-labyrint oppgave 29.

Ligner på data fra prefrontally-inaktivert dyr vist ovenfor, ble NVHL dyrene ikke svekket ved reversering læring (Figur 6A, B), selv om de var tregere til å svare (figur 6C, D). Denne negative funn innebærer at den observerte strategi skiftende underskudd ikke kan tilskrives en enkelt manglende evne til å veksle mellom stimuli 21.

es.jpg "/>
Figur 5. Svekket Set-Shifting i NVHL Modell av schizofreni. Ytelse på pre-eksponerte versjon av set-skiftende sekvens (Response-til-Cue) i NVHL og humbug kontrolldyrene. A, ble NVHL dyr usvekket på Response ("Set") oppgave. B, men NVHL dyr kreves betydelig flere prøvelser enn Shams å nå kriterium på Visual Cue ("Shift") oppgave. C, feil på "Shift" dag. NVHL dyr gjort mer perseverative feil enn narre dyr, men skilte seg ikke på regressive eller aldri-forsterkede feil. *, P <.05 vs. humbug. Dette tallet har blitt forandret fra Placek et al. 21

Figur 6
Figur 6. Mangel på NVHL Verdifall på Reversal Learning. C, D, var NVHL dyr tregere enn Shams å svare på både "Set" og "Reversal" oppgaver. Dette tallet har blitt forandret fra Placek et al. 21

Endelig har pilot testing indikerte at dyr er nesten ute av stand til å lære en reversering av Cue oppgave, dvs. å trykke spaken overfor opplyst stimulus lys. Fem av seks dyr testet fullført 450 reversering studier (3 dager) uten å nå kriterium, og den sjette dyret kreves 418 studier (Brady, upubliserte observasjoner, data ikke vist). Dette er sannsynligvis fordi stimulanse lysene er svært fremtredende og attraktive signaler som gjør det svært vanskelig for rotter å lede svare borte fra dem. Dermed er ikke reco denne testingen sekvensmmended.

Discussion

Utvikling av atferds oppgaver for å måle høyere orden kognitive konstruksjoner i gnagere er avgjørende for å fremme kunnskap om nevrobiologi av kognisjon. Med velkonstruert og validerte oppgaver, kan gnagere vurderes på oppgaver av kompleksitet rivaling de av primater eller mennesker. Her har vi vist hvordan to aspekter av utøvende funksjon, strategi giring og reversering læring, kan undersøkes hos gnagere ved hjelp av automatiserte operante teknikker. Ved hjelp av disse automatiserte oppgaver, har vi kopiert tidligere funn i kryss-labyrint og graveoppgaver vedrørende nevrale substrater av set-giring og reversering læring 11,13,18-21,27,29, noe som tyder på at de operante oppgaver er gyldige vurderinger av disse konstruerer.

Disse automatiserte oppgaver har en rekke fordeler og fordeler fremfor eksisterende ikke-automatisert cross-labyrint og graveoppgaver. Mest oppsiktsvekkende er den overlegen hastighet på datainnsamlingen i den automatiserte operant versjon. Hverdags trening eller prøving tar bare 30-60 minutter, og er fullt datastyrt krever minimalt tilsyn av eksperimentator. Videre kan flere dyr testes samtidig med en flerkammer operant oppsett. Hver oppgave serien, fra forming til endelig testing, kan være ferdig i ca 2-3 uker. En annen viktig fordel ved den automatiserte oppgaver er den nøyaktige kontroll av stimulus-presentasjon, og dermed minimere muligheten for experimenter feil. For eksempel, er rekkefølgen på presentasjonen av kø plassering på hvert forsøk randomisert og styrt av datamaskinen, snarere enn av en eksperimentator manuelt konsultere en prøve-by-rettssaken listen. Timingen mellom studiene er nøyaktig målt og konsistent, og er ikke forvirret av den tiden det tar en eksperimentator til, for eksempel fjerning av en rotte fra korset-labyrint eller omorganisere grave beholdere. Forsterkning levering er automatisk og er ikke gjenstand for eksperimentator feil (f.eks å glemme agnkorrekt arm av en kryss labyrint). Datainnsamlingen er tilsvarende forbedret, med automatisk opptak av reaksjonsmønstrene inkludert måling av nøyaktige responsventetider. I fravær av andre motorfeil, kan endringer i respons latenstid bli brukt til å utlede tegn på endret behandlingshastigheten og / eller for å bedømme nivået av kognitive kompleksiteten av en oppgave 21,22.

De automatiserte oppgaver også beholde en viktig fordel av de kryss-labyrint oppgaver: evnen til å gjennomføre en detaljert analyse av de typer feil som er gjort på skift eller reversering dag. Skille mellom set-skiftende feil som kopierer gårsdagens strategi (perseverative eller regressive feil) og feil som representerer tidligere uprøvde strategier (aldri-forsterkede feil) kan bistå i å karakterisere konkrete underskudd i atferds fleksibilitet. Spesielt perseverative feil oppstår tidlig i testing gjenspeile et dyrs manglende evne til å forlate den forrige strategy, mens senere forekommende regressive feil reflektere et dyrs manglende evne til å opprettholde den nye strategien når perseverasjon har opphørt 20. Never-forsterkede feil kan indikere en unnlatelse av å skaffe seg den nye strategien, eller en manglende evne til å svare systematisk i henhold til regel 20. Tidligere funn 16,17,20 demonstrerer dissosierbare nevroanatomi baser av disse typer feil er også verdifulle i å tolke resultatene av disse oppgavene.

Våre prosedyrer har blitt utviklet og optimalisert for bruk med rotter. Dette blir sagt, andre grupper har brukt lignende prosedyrer for testing av set-evnene hos mus 31. Men visse modifikasjoner må være ansatt med mus for å imøtekomme for forskjeller arter. Disse inkluderer lengre presentasjon av visuelt lys før spaken forlengelse, trening over flere dager ved hjelp av 30 studier / dag og inkorporering av en time-out straff etter gale valg. Although disse modifikasjoner gjør denne analysen mindre mottagelig for bruk med farmakologiske utfordringer, kan det vise seg å være nyttig for å evaluere kognitiv fleksibilitet i genetisk endrede mus (selv om det er uklart om disse modifikasjonene vil bevare den frontale cortex følsomheten av oppgaven).

Selvfølgelig er det også begrensninger for disse oppgavene. Noen av disse begrensninger oppstår fra den automatiske typen av oppgaven, mens andre er relatert til parameterne for oppgaven selv. Med hensyn til den sistnevnte, den satte-skiftende oppgave som beskrives her (så vel som kryss-labyrint set-skiftende oppgave 26) benytter et begrenset sett med stimuli og respons. I motsetning til grave oppgave, på hvilke nye eksemplarer (f.eks ukjente dufter eller gravemateriale) kan benyttes til å konstruere nye oppmerksomhets sett ved hvert trinn 11,19, operant set-skiftende oppgave nødvendigvis trenger å velge mellom to stimuli som er kjent for den dyr - enten venstre vs.riktig kø lys, eller venstre vs høyre posisjon. Dette betyr at operant og cross-labyrint set-skiftende oppgaver involvere respons konflikt samt strategi skiftende, selv om begrepet skiftende ens strategi til en ny, tidligere irrelevant stimulans dimensjon er bevart 20,23. På et beslektet notat, set-giring og reversering operante oppgaver som er beskrevet her ikke tillate en tredje stimulans dimensjon, som i graving oppgave som kan inkludere grave media, lukt og tekstur 11,19. Men vi anser ikke dette en fatal feil, som operant set-skiftende oppgave krever fortsatt dyret å undertrykke den tidligere relevant diskriminering strategi og delta på et tidligere ignorert stimulans dimensjon. I tillegg virker det tenkes at modifikasjoner på utstyret og oppgaveparametere kunne støtte tillegg av en tredje stimulans dimensjon, for eksempel auditive signaler eller lukt, selv om disse tilleggene vil trolig gjøre læringen vanskeligere og mindre amenable til single-dagers farmakologiske tester.

Til slutt, er en potensiell begrensning av enhver operant-basert oppgave tap av direkte informasjon vedrørende rotte oppførsel - det vil si at experimenter ikke lenger se på rotte. Vi føler at fordelene i objektivitet og datainnsamling hastighet tillagt av automatisering mer enn gjør opp for dette tapet, og kameraer montert i driftsavdelingene er en relativt enkel måte å gjenopprette individuelle visuell tilgang hvis ønskelig.

Det finnes en rekke tiltak som kan iverksettes for å maksimere suksess ved hjelp av disse operante oppgaver. Først viktigheten av å håndtere dyrene før treningen begynner kan ikke overvurderes; som med alle atferds oppgave, godt håndtert dyr er lettere å jobbe med, er mindre stresset, og har en tendens til å produsere mindre variable data. For det andre kan noen pilottesting være nødvendig å bestemme den beste tiden på dagen for å gjennomføre testing; vi tester i løpet av lys syklus, og finner ut at performance er optimal når dyrene testes nær slutten av denne syklus (for eksempel omtrent 16:00 for en lett syklus som ender på 7:00). Tredje, omsorg bør tas for å bekrefte at stabil ytelse er etablert på hver pretraining scenen før et dyr er avansert til neste trinn. For eksempel, er konsistent og robust ytelse på uttrekkbar spaken trening scenen en utmerket prediktor for dyktig ytelse på "set" diskriminering oppgave. Når det gjelder utstyr, selv om alle trinn er automatisert, er fortsatt nødvendig for å bekrefte at alle komponenter er i orden eksperimentator intervensjon. For eksempel bør en utstyrssjekk kjøres daglig (eller mer enn en gang om dagen, hvis stort antall dyr blir testet) for å sikre at alle lys, spaker, og belønning levering systemer er operative. Spesielt, kan feil i belønning leveringssystemer (spesielt pellets dispensere) drastisk påvirke ytelsen. Et uvanlig høyt antall forsømmelser påen gitt dag kan indikere et problem med belønning levering utstyr, og dermed data utgang bør sjekkes hver dag av en experimenter kjent med oppgaven og forventede ytelsesnivåer. I fravær av en feil på utstyr, kan et høyt antall utelatelser tyde på andre problemer med motivasjon eller dyrs helse. Dersom et dyr er ellers frisk, kan mat begrensning økes for å ta dyret til 80-85% av det frie foring vekt for en kort tid før ytelse bedres.

Disse set-skiftende og reversering oppgaver kan brukes i en rekke eksperimentelle paradigmer. For eksempel kan effekten av manipulasjoner som lesjoner, utviklings behandlinger, kosttilskudd manipulasjoner, langsiktig farmakologisk behandling, eller genetiske modifikasjoner bli undersøkt. Selv om effekten av en behandling på set-skiftende eller reversering trinn kan være av primær interesse, være oppmerksom på at da slike kroniske eller permanente behandlinger må nødvendigvis bli administrert før training begynner, effekter på flere stadier av ytelse (spesielt på den første diskriminering eller "set") må også undersøkes 21. Bruken av akutte manipulasjoner, slik som farmakologiske behandlinger eller midlertidige nevroanatomi inactivations, er spesielt godt egnet for slike oppgaver. I slike tilfeller er nyttig tillegg av en tredje gruppe (som vist i figur 2); dermed får den primære eksperimentelle gruppen manipulering av interesse på dagen for skift eller reversering, mens en kontrollgruppe mottar manipulasjon på dagen for første diskriminering eller "set" for å teste for brede effekter på læring, og en annen kontrollgruppe mottar ingen manipulasjoner (eller simulert behandlinger) på begge dager 20,22. Merk at for slike akutte manipulasjon studier, er det tilrådelig å matche rotter for ytelse under læring av første sett og fordele dem til den eksperimentelle gruppen og (andre) kontrollgruppe tilsvarende. Dette minimizes muligheten for at behandlingsinduserte forskjeller i ytelse kan bli forvirret av individuelle variasjoner i hvor lett rotter lære å diskriminere mellom stimuli. Videre, hvis et eksperiment krever testing av flere kullene over uker eller måneder, bør hvert kull omfatte dyr fra alle eksperimentgrupper. For eksempel kan en studie teste effekten av akutte farmakologiske manipulasjoner under en forskyvning krever 48 rotter i total og tre eksperimentelle grupper, som ble testet i tre kullene av 16 dyr hver. I dette tilfellet bør hver kohort inneholde 5-6 rotter i hver forsøksgruppe. Ideelt sett bør de statistiske analysene inkluderer en faktor som bekrefter det var ingen forskjell i ytelse på tvers av hver kohort av rotter. Endelig kan disse operant oppgaver være særlig nyttig for påføring in vivo opptak teknikker, inkludert mikrodialyse, voltammetri, og elektrofysiologi, på grunn av komponenter som for eksempel kontrollert miljø, presis timing av stimulus Presention og svar, og begrensede bevegelser av dyr som ikke er tilgjengelig eller praktisk i kryss labyrint eller graveoppgaver.

Disclosures

Publisering av og fri tilgang til dette manuskriptet ble støttet av 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

Atferd utøvende funksjon atferdsmessige fleksibilitet prefrontal cortex strategi skiftende reversering læring Biologisk psykologi schizofreni operant
Operante prosedyrer for å vurdere Behavioral Fleksibilitet i Rats
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