Waiting
Login processing...

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

Behavior

Procedimentos operantes para avaliar a flexibilidade comportamental em ratos

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

As funções executivas consistem em vários processos cognitivos de alto nível que impulsionam a geração de regras e seleção comportamental. Uma propriedade emergente desses processos é a capacidade de ajustar o comportamento em resposta a mudanças no seu ambiente (flexibilidade ou seja, comportamental). Estes processos são essenciais para o comportamento humano normal, e pode ser interrompido em diversas condições neuropsiquiátricas, incluindo esquizofrenia, alcoolismo, depressão, acidente vascular cerebral e doença de Alzheimer. Compreensão da neurobiologia das funções executivas foi muito avançado pela disponibilidade de tarefas animais para avaliar componentes discretos de flexibilidade comportamental, especialmente mudança de estratégia e aprendizagem reversa. Embora vários tipos de funções têm sido desenvolvidos, a maioria são não-automatizado, de trabalho intensivo, e permitir o teste de somente um animal de cada vez. O recente desenvolvimento de tarefas automatizadas, baseadas em operantes para avaliar a flexibilidade comportamental agiliza testing, padroniza a apresentação do estímulo e registro de dados, e melhora a taxa de transferência de forma dramática. Aqui, descrevemos automatizado de mudança de estratégia e tarefas de reversão, usando câmaras operativas controlados por programas de software personalizado escrito. Utilizando estas funções, que têm demonstrado que o córtex pré-frontal medial regula estratégia deslocamento mas não inversão de aprendizagem em ratos, semelhante à observada em humanos dissociação. Além disso, os animais com uma lesão hipocampal neonatal, um modelo de desenvolvimento neurológico da esquizofrenia, são prejudicadas de forma selectiva no tarefa estratégia de deslocamento, mas não com a tarefa de reversão. A tarefa estratégia deslocando também permite a identificação de tipos distintos de erros de desempenho, cada um dos quais pode ser atribuída a substratos neurais distintas. A disponibilidade dessas tarefas automatizadas, e os elementos comprovativos das contribuições dissociáveis ​​de áreas pré-frontais separados, torna-os ensaios particularmente adequado para a investigação de processos neurobiológicos básicos, bem como drdescoberta ug e rastreio em modelos de doenças.

Introduction

Processos cognitivos de alto nível, incluindo a geração de regras, seleção comportamental, e avaliação da estratégia são colectivamente referidos como "função executiva" ou "flexibilidade comportamental 1." Tais processos são cruciais para a função cognitiva normal, e pode ser prejudicada em tão diversos transtornos como a esquizofrenia , alcoolismo, depressão, acidente vascular cerebral e doença de Alzheimer 2-7. A regulação dos processos de funções executivas é mediado principalmente por áreas no córtex frontal, incluindo o córtex pré-frontal dorsolateral eo córtex orbitofrontal em humanos 8-10.

O desenvolvimento de tarefas para avaliar a função executiva e / ou flexibilidade comportamental em animais não-humanos, em particular roedores, tem avançado muito na compreensão da neurobiologia da cognição 11-14. Tais tarefas tornaram possível medir separadamente componentes distintos de flexibilidade comportamental, incluindomudança de estratégia e aprendizagem reversa. Mudança de estratégia refere-se à capacidade de suprimir ativamente uma estratégia de resposta previamente aprendido enquanto a aquisição de uma nova estratégia concorrentes, particularmente através das dimensões de estímulo (shift extradimensional) - por exemplo, a mudança de execução de uma discriminação baseada em visualmente (vermelho vs. verde, onde o vermelho é "corretas" e estímulos táteis são irrelevantes) para a execução de uma discriminação tátil (liso vs. áspero, liso, onde é "correta" e estímulos visuais agora são irrelevantes). Por outro lado, a aprendizagem de reversão também envolve uma mudança na estratégia de resposta, mas dentro da mesma dimensão de estímulo - por exemplo, no exemplo "red vs. verde", se antes era vermelho correto, uma reversão ditaria que o verde agora está correta, enquanto estímulos táteis permaneceria irrelevante.

Várias tarefas foram desenvolvidos para investigar a flexibilidade comportamental em roedores. O cross-maze tarefa requer um animal que primeiro aprender ou uma regra baseada em direção (por exemplo, "sempre vire à direita") ou uma regra baseada no visual (por exemplo, "sempre se voltam para a pista visual") para um determinado critério de desempenho. Em seguida, o animal é obrigado a mudar de forma inesperada, quer através de modalidade à regra oposta (estratégia de deslocamento, originalmente chamado de "mudança nonreversal" 15) ou deslocar dentro modalidade à contingência oposto (aprendizagem reversa) 13,14,16. Tais tarefas são sensíveis a interrupções em redes corticais e subcorticais, envolvendo o córtex pré-frontal, o tálamo, e striatum 1,13,14,16-18. Outro tipo de-shifting conjunto de tarefas de atenção (por vezes referido como a tarefa de escavação) exige que os animais de formação para discriminar entre dois recipientes que diferem ao longo de duas ou três dimensões de estímulo (cavando media, odor e / ou textura externa). Semelhante ao cross-mazetarefa, os animais são então obrigados a mudar, quer através das dimensões (mudança de estratégia) ou dentro da mesma dimensão (aprendizagem reversa), e essas tarefas são igualmente sensíveis às manipulações córtex frontal 11,19. Uma vantagem dessa tarefa é que, durante a mudança de estratégia extra-dimensional, os ratos são apresentados com novos conjuntos de estímulos (exemplares), o que garante que as deficiências de desempenho durante este estágio provavelmente atribuível a interrupções na capacidade de mudar conjunto de atenção a diferentes aspectos de estímulos compostos, em vez de uma diminuição da capacidade de parar de se aproximar de um estímulo específico anteriormente associado com a recompensa. No entanto, esse recurso também torna mais difícil para verificar a natureza específica de um déficit durante um turno set.

Embora as funções descritas acima têm sido bem documentadas na literatura, que tanto apresentam um certo número de desvantagens processuais, principalmente o período de tempo necessário para testar animais. Em ambosa tarefa de labirinto em cruz e a tarefa de escavação, apenas um animal pode ser testada ao mesmo tempo; Além disso, o teste deve ser administrado em tempo real por um experimentador dedicado, e pode levar até várias horas por dia por animal. Além disso, a apresentação de estímulos e a gravação das respostas de comportamento em ambos os tipos de tarefas são controlados manualmente por um experimentador, e portanto, são vulneráveis ​​a erros humanos e interpretação subjectiva.

Aqui, descrevemos um método automatizado para avaliar a estratégia de mudança e aprendizado reverso no rato, utilizando procedimentos operantes que agilizam o controle de estímulos e apresentação de dados, e melhorar drasticamente a taxa de coleta de dados e throughput 20,21. Os métodos utilizados para moldar e ratos do trem são descritos, bem como os componentes do próprio tarefa e a análise dos dados resultantes. Descobrimos que, como as tarefas cross-labirinto e escavação, essas tarefas automatizadas são sensíveis às interrupções no pré-frontale circuitos subcorticais, bem como para uma manipulação do neurodesenvolvimento que os modelos de esquizofrenia 20-23.

Protocol

NOTA: Todos os procedimentos aqui descritos foram aprovados pelo Comitê de Cuidados e Uso do animal Institucional (IACUC) da Faculdade de Maryland de Santa Maria, ou Canadian Council on Animal Care, da Universidade de British Columbia.

1. Animais

  1. Use adulto masculino Sprague-Dawley ou adultos do sexo masculino ratos Long-Evans.
    NOTA: Embora as diferenças de desempenho entre essas duas estirpes não ter sido formalmente testado, ratos Long-Evans tendem a adquirir uma discriminação indicação visual (descrito abaixo) ligeiramente mais rápido do que os ratos Sprague-Dawley (Floresco, observações não publicadas).
  2. Após a chegada na colônia, os ratos casa adultos isolados ou em grupos, dependendo das necessidades do experimento e as limitações das instalações. Use o alojamento individual para experimentos em que os animais estão com restrição de alimentos, para proporcionar um melhor controle da ingestão alimentar. Permitir que os animais para se aclimatar à colônia (sem manipulação ou restrição alimentar) por pelo menos 3 dias apóschegada.
    NOTA: Um relatório recente sugeriu que o género experimentador pode prejudicar medidas de dor e ansiedade comportamento 24, descobertas, que podem se estender a outros comportamentos sensíveis ao estresse, incluindo cognição. Do outro lado os nossos estudos, não observamos diferenças de desempenho óbvias em ratos treinados pelo masculino vs. manipuladores do sexo feminino, embora não tenhamos avaliado formalmente isso.
  3. Lidar com animais diariamente por cerca de 3-5 minutos cada, por pelo menos 3 dias antes de iniciar o teste comportamental. No primeiro dia de tratamento, se obter um peso-alimentação livre para cada rato. A meta de peso para a restrição alimentar, se for utilizado, será 85-90% desse peso livre. Nota esta meta de peso, por exemplo, em um caderno de anotações ou no cartão jaula do animal. Em alguns casos, a restrição alimentar pode não ser necessária se o reforçador utilizado é altamente saborosa (por exemplo, leite adoçado), embora os animais podem tornar-se demasiado rapidamente saciado com o uso de tais reforços.
  4. Em each dos dias de manipulação, como a movimentação de cada animal é terminado, lugar aproximadamente 10-20 peletes de recompensa dentro de casa gaiola do animal para aclimatar os ratos (que são tipicamente neofóbicas) para o reforço que vai ser usado na tarefa (ver Secção 2.1.3 abaixo).
  5. Ao longo dos três dias de tratamento, reduzir gradualmente a ingestão diária de alimentos dos animais para trazê-los para os seus pesos-alvo. Certifique-se de indicar nos cartões de gaiola ou outra documentação que os animais estão agora em uma dieta restrita.
    NOTA: A restrição alimentar, em particular, exige aprovação do IACUC institucional ou outro órgão regulador antes de qualquer procedimento pode começar. Os procedimentos gerais a seguir foram aprovadas pelos respectivos órgãos institucionais dos autores; não se esqueça de consultar todas as diretrizes locais e / ou nacionais competentes para as exigências adicionais em instituições individuais.
  6. Pesar animais, pelo menos duas vezes por semana para monitorar a saúde e garantir que os animais não cair substancialmente below o peso alvo. Certifique-se de que a água está disponível livremente em todos os momentos.

2. Equipamentos e Software

  1. Use câmaras operativas equipados com (pelo menos) duas alavancas retráteis, duas luzes de estímulo, uma houselight, e um distribuidor de reforço para essas tarefas.
    1. Coloque as alavancas em ambos os lados de uma área de entrega de reforço central com um estímulo localizado por cima de cada alavanca.
    2. Certifique-se de que o houselight ilumina toda a câmara sem interferir com a detecção das luzes de estímulo, por exemplo, coloque o houselight na parede oposta as alavancas e luzes de estímulo.
    3. Use alimentos saborosos (por exemplo, pastilhas de sacarose 20,21 ou soluções de sacarose 25) para o reforço. Onde quer que seja indicado para "reforçar o animal" abaixo, entregar um 45 mg pellet sacarose ou uma quantidade prescrita de solução de sacarose.
  2. Apresentação do estímulo de controle, operati alavancano, e a recolha de dados através de uma interface com um computador. Contato com os autores para obter informações específicas sobre os programas de tarefas escritas com software MED-PC, um programa projetado especificamente para o teste comportamental e coleta de dados.
    NOTA: A característica essencial dos programas utilizados para o teste comportamental é a gravação de variáveis-chave, numa base experimental julgamento-by, incluindo a posição da luz de sinalização, a alavanca selecionado pelo animal, se o animal fez um correto, incorreto ou nenhuma resposta (omissão) ea latência de fazer uma escolha. Estes dados são essenciais para a avaliação dos tipos específicos de erros cometidos durante diferentes porções da sequência de escolha, tal como será descrito abaixo.
  3. No início da pré-formação, atribua a cada animal a uma câmara operante onde ele vai ser testada a cada dia durante todo o experimento. Os animais de teste, aproximadamente à mesma hora do dia durante todo o experimento.
  4. Câmaras Limpo operantes regularmente (pelo menos uma vez por semana), com SOAp e água e / ou uma solução antimicrobiana.

3. pré-treinamento

NOTA: Uma vez que os animais tenham atingido sua meta de peso com restrição de alimentos, eles podem começar a moldar nas câmaras operantes. Procedimentos pré-treinamento geralmente levam cerca de 10-20 dias, com uma variabilidade substancial entre ratos. Veja a Figura 1C para uma visão geral dos procedimentos.

  1. Forma animais a alavanca de imprensa.
    1. Animais treinar sob uma proporção fixa (FR) -1 esquema de reforço, ou seja, um reforço é entregue para cada pressão da alavanca. Shaping podem ser administrados quer com ambas as alavancas estendida (uma prensa de ambos é reforçado), ou sobre uma alavanca de cada vez (por exemplo, uma alavanca por dia) com a ordem (esquerda / direita) contrabalançada entre os animais e / ou as condições experimentais.
      1. Para moldar com as duas alavancas estendidas, continuam moldando sessões (uma sessão de 30 min por dia) até que os animais atendem a um critério mínimo de pelo menos 50-60 prensas por sessão, por dois dias consecutivos. Isso normalmente leva cerca de 3-6 dias.
      2. Para moldar em cada alavanca individualmente, continue sessões sobre a primeira alavanca até que os animais respondem pelo menos 50-60 vezes na primeira alavanca apresentados. Sessões para modelar subsequentes devem usar a alavanca no lado oposto até o rato novamente alcança esse critério. Normalmente, esse segundo critério é rapidamente adquirida após ratos aprenderam a pressionar a primeira alavanca.
        NOTA: Shaping em uma alavanca de cada vez vai demorar mais tempo (o animal deve atender critério duas vezes, uma para cada alavanca), mas irá garantir que os animais obtêm experiência de responder em e alternando entre as duas alavancas, um componente crítico das tarefas descritas abaixo .
  2. Dê animais sessões de treinamento alavanca retrátil para familiarizá-los com a extensão e retração das alavancas, e para garantir que os ratos estão fazendo relativamente poucas omissões (normalmente <5) no momento em que proceda àfases de teste principais da tarefa.
    1. Em cada tentativa, determinar qual alavanca para ampliar. Extensões alavanca alternativo em uma ordem pseudo-aleatório de tal forma que há 45 ensaios por alavanca esquerda e 45 ensaios por alavanca direita, mas não mais de duas tentativas consecutivas estender a mesma alavanca.
    2. Estender a alavanca selecionado. Reforçar o animal para uma imprensa nesta alavanca dentro de 10 segundos, após o que a alavanca está recolhida.
    3. Se o animal não responder dentro de 10 segundos, retirar a alavanca e gravar uma omissão.
    4. Começar os testes a cada 20 segundos durante toda a sessão.
      NOTA: Durante o treinamento alavanca retrátil, pré-exposição a luzes de estímulo (iluminação de ambos os esquerda e direita luzes de estímulo no momento de cada extensão da alavanca) podem ser utilizados para diminuir a novidade e relevância das luzes do painel, e, assim, aumentar a dificuldade da subsequente set-deslocando tarefa 20. Utilizando este procedimento vai aumentar significativamente o número de ensaios necessários para alcançar critério performance sobre a discriminação sugestão visual descrito abaixo, e animais podem necessitar de vários dias para aprender essa regra nestas condições.
    5. Continue sessões de treinamento alavanca retrátil (uma sessão de 30 min por dia) para um número fixo de dias, ou até animais atendem a um critério mínimo de cinco ou menos omissões por dois dias consecutivos. Isso normalmente leva cerca de 5-10 dias.
      1. Para os estudos utilizando manipulações agudas (por exemplo, o teste de drogas), utilizar um número fixo de dias (por exemplo, 5 dias) para assegurar que todos os ratos receberam uma exposição semelhante às alavancas.
  3. Avaliar os animais para a preferência lateral.
    1. Preferência lado realizar testes imediatamente após a última sessão de treinamento alavanca retrátil (no mesmo dia, ver Figura 1C). A tarefa preferência lado consiste de sete ensaios, cada um dos quais é composto por entre dois e oito sub-ensaios separados por um intervalo inter-seg 20 fixo (ITI).
    2. Emcada sub-julgamento, estender as duas alavancas para a câmara durante 10 segundos ou até que uma resposta alavanca imprensa é feita. Não acender as luzes de estímulo durante esta fase de treinamento.
    3. Reforçar a resposta de cada alavanca no primeiro sub-julgamento de cada julgamento, e gravá-lo como a "resposta inicial".
      1. Não reforçar as respostas no mesmo alavanca no sub-julgamentos subsequentes no mesmo julgamento. Aguarde até seis respostas subsequentes sobre o mesmo alavanca com um julgamento, após o que dá uma sub-julgamento forçado. A sub-julgamento forçado consiste em apenas a alavanca no lado oposto a ser prorrogado por 10 segundos ou até que uma resposta é feita.
    4. Na sequência da resposta inicial em cada tentativa, reforçar a primeira resposta na alavanca oposto, e, em seguida, pôr termo a esse julgamento. Assim, dentro de cada ensaio (contendo até oito sub-ensaios), um animal é obrigado a responder pelo menos uma vez em cada alavanca.
    5. Definir preferência lado de cada animal, tal como o lado em que o majority de respostas iniciais teve lugar (pelo menos quatro dos sete ensaios).
    6. No entanto, se um animal desproporcionalmente responde a uma alavanca ao longo da sessão (definido como maior do que uma relação de 2: 1), registar esse lado da preferência do animal.
    7. Comece a testar no próximo dia consecutivo após o teste de preferência lado.
      NOTA: Em nossas experiências, a maioria dos animais não apresentam uma preferência lado forte. Para aqueles que o fazem, obrigando-os a pressionar a alavanca em frente a sua parcialidade durante o treinamento discriminação resposta garante que eles estão aprendendo as contingências resposta de recompensa específicos associados a essa alavanca, em vez de simplesmente responder em uma alavanca preferido.

4. Teste

NOTA: Os animais podem ser testados em um de três sequências, cada uma das quais envolve duas tarefas diferentes. Mudança de estratégia é avaliada através de (1) Ajuste-Shifting de Cue a resposta e / ou (2) Set-Mudando de Resposta ao Cue; reversal aprendizagem é avaliada através de (3) Reversão de Response. (A quarta seqüência possível, Reversão de Cue, não é recomendável por razões discutidas abaixo.)

  1. Informações gerais sobre as tarefas e sequências.
    1. Realizar cada sequência em dias consecutivos. Cada seqüência vai demorar pelo menos dois dias (aprendizagem discriminação inicial e, em seguida, mudar ou reversão).
    2. Usar um máximo de entre 150 e 200 ensaios em uma única tarefa, dependendo da natureza do experimento. (Note-se que usando os números mais altos de ensaios será necessariamente aumentar o tempo total da sessão de 60 minutos ou mais, o que pode ser um fator a ser considerado para ensaios farmacológicos utilizando compostos com durações mais curtas de ação.)
    3. Para cada seqüência, animais de teste em uma tarefa ("Set") seguido por uma segunda tarefa ("Shift" ou "Reversão"). Animais de ensaio para um máximo de 3 dias (ou seja, 450-600 ensaios) em cada tarefa, para um máximo de 6 dias total de.
      1. Removeranimais que não atingem critério dentro de 3 dias sobre a primeira tarefa ("Set") a partir do experimento.
      2. Para os animais que não atingem critério dentro de 3 dias sobre a segunda tarefa ("Shift" ou "inversão"), atribuir uma pontuação máxima para os ensaios a critério que representa o número de ensaios experientes (ou seja, 450 ensaios para 3 dias de 150 ensaios cada).
      3. Se os parâmetros da tarefa foram modificadas para que os animais de controle pode atingir um desempenho critério em um único dia, em seguida, modificar a tarefa de modo que todos os ratos são dadas apenas uma sessão de teste, e dar aqueles que não atingem critério dentro do número atribuído de ensaios os pontuação máxima (150-200 ensaios, dependendo de como a tarefa foi configurado).
      4. Durante a tarefa de mudança ou reversão, ter os animais, quer iniciar uma sessão de ter que realizar a nova regra imediatamente, ou dar-lhes 20 ensaios "lembrete", onde eles realizam a tarefausando a regra aprendida durante a primeira fase de treinamento, e, em seguida, a regra muda durante a sessão de 22.
        NOTA: Este último procedimento é particularmente útil para experimentos que avaliam o potencial de compostos pró-cognitivas que podem melhorar a flexibilidade, como ele pode ser usado para esclarecer se um melhor desempenho durante um turno / reversão é devido especificamente para uma flexibilidade acrescida ou diminuída recuperação da regra anterior, que podem facilitar a aprendizagem de um novo durante o turno.
  2. Defina-shifting: Cue uma tarefa para outra Response.
    1. Comece a testar animais na tarefa Cue (ver Figura 1A), o que reforça os animais para responder sobre a alavanca abaixo da luz estímulo iluminado (cue). A tarefa Cue é a tarefa "Set" nesta seqüência.
      1. Comece cada ensaio com as duas alavancas retraídos.
      2. Iluminar a esquerda ou luz estímulo certo para 3 seg; em seguida, estender as duas alavancas para dentro da câmara para 10s ou até que uma resposta ocorre.
      3. Reforçar apenas uma resposta correta na alavanca sinalizado. Após uma resposta de cada alavanca, retrair as alavancas.
      4. Começar os testes a cada 20 segundos durante toda a sessão. Pseudorandomly determinar a ordem dos ensaios de tal forma que não há mais de dois ensaios consecutivos ocorrer com a mesma luz estímulo (esquerda ou direita) iluminado.
      5. Continue ensaios até que o animal atinge o critério (completou 10 acertos consecutivos) e ter completado um mínimo de 30 ensaios, ou até 150-200 ensaios são concluídos sem atingir critério.
      6. Se critério não é atingido no primeiro dia, o animal em testar a tarefa Cue novamente no segundo dia, mas remover o requisito para completar um mínimo de 30 testes. Se não for atingida critério no segundo dia, testar o animal no terceiro dia a seguir ao mesmo procedimento.
    2. No dia seguinte, depois de chegar a critério na tarefa Cue, deslocar animais para a Figura 1B), o que reforça os animais para responder sobre a alavanca em frente a sua preferência lado, independentemente da luz estímulo (cue) iluminação. A tarefa de resposta é a tarefa "Shift" nesta seqüência.
      1. Comece cada ensaio com as duas alavancas retraídos.
      2. Iluminar a esquerda ou luz estímulo certo para 3 seg; em seguida, estender as duas alavancas para a câmara durante 10 segundos ou até que uma resposta ocorre. (Note-se que a posição da luz de estímulo não é relevante para esta tarefa).
      3. Reforçar apenas uma resposta sobre a alavanca de posição correcta (esquerda ou direita, em frente da preferência do lado do animal). Após uma resposta de cada alavanca, retrair as alavancas.
      4. Começar os testes a cada 20 segundos durante toda a sessão. Pseudorandomly determinar a ordem dos ensaios de tal forma que não há mais de dois ensaios consecutivos ocorrer com a mesma luz estímulo (esquerda ou direita) iluminado.
      5. Continuar ensaios até que o animal atingecritério (completou 10 acertos consecutivos) ou até 150 ensaios são concluídos sem atingir critério.
      6. Se critério não é atingido no primeiro dia, testar o animal na tarefa de resposta novamente no segundo dia. Se não for atingida critério no segundo dia, testar o animal no terceiro dia a seguir ao mesmo procedimento.

Figura 1
. Figura 1: tarefas de discriminação utilizados na sequência Set-Shifting Esta figura mostra as tarefas executadas na sequência Cue-a-resposta; notar que as tarefas são o mesmo, simplesmente na ordem inversa, em resposta a sequência para Cue. (A) Durante visual cue discriminação aprendizagem, os animais são reforçados por uma resposta na alavanca sob o estímulo de luz iluminada. (B) Durante a aprendizagem resposta discriminação, umaanimais produtores são reforçados para responder em uma alavanca (esquerda ou direita), independentemente da posição da luz estímulo. (C) Fluxograma representando seqüência de fases de treinamento para uma estratégia típica mudando experiência, a partir de pré-treinamento para o teste. Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

  1. Defina-shifting: Resposta ao Cue.
    NOTA: Esta seqüência é a que mais se beneficia com a adição da luz visual-cue condição de pré-exposição ao pré-treinamento 20,21 (ver Passo 3.2.4). Estudos anteriores mostraram que a pré-exposição de ratos para as luzes durante a formação retráctil alavanca torna a mudança de resposta-a-cue mais difícil e dependente do córtex pré-frontal medial. Por outro lado, inativações pré-frontal não prejudica este tipo de mudança, se estes procedimentos pré-treinamento não são empregados 20.
      <li> começar os testes dos animais na tarefa de resposta, o que reforça os animais para responder sobre a alavanca em frente a sua preferência lado, independentemente da luz estímulo (cue) iluminação. A tarefa de resposta é a tarefa "Set" nesta seqüência.
      1. Prossiga com o teste conforme detalhado no Passo 4.2.2 (tarefa Response) acima.
      2. Ter animais completar um mínimo de 30 ensaios sobre esta tarefa, uma vez que é a tarefa "Set".
    1. No dia seguinte, depois de chegar a critério na tarefa de Resposta, shift animais para a tarefa Cue, o que reforça os animais para responder sobre a alavanca abaixo da luz estímulo iluminado (cue). A tarefa Cue é a tarefa "Shift" nesta seqüência.
      1. Prossiga com o teste conforme detalhado no Passo 4.2.1 (tarefa Cue) acima. O mínimo de 30 ensaios completos não é necessário quando essa tarefa é a tarefa "Shift".
  2. Reversão de Response.
    1. Begin animais 'testando na tarefa de resposta, o que reforça os animais para responder sobre a alavanca em frente a sua preferência lado, independentemente da luz estímulo (cue) iluminação. A tarefa de resposta é a tarefa "Set" nesta seqüência.
      1. Prossiga com o teste detalhado no Passo 4.2.2 (tarefa Response) acima.
      2. Ter animais completar um mínimo de 30 ensaios sobre esta tarefa, uma vez que é a tarefa "Set".
    2. No dia seguinte, depois de atingir o critério de tarefa de resposta, os animais de teste sobre a inversão da tarefa de resposta, o que reforça os animais para a resposta na alavanca oposta, como na primeira tarefa, ou seja, o braço de alavanca correspondente a sua preferência lado original. Esta tarefa nova resposta é a tarefa "Inversão" nesta seqüência.
      1. Prosseguir com o teste como descrito no passo 4.2.2, supra, com a excepção de que a posição da alavanca é reforçada agora igual a preferência do lado original do animal.

5. medidas comportamentais

  1. Grave os julgamentos ao critério tanto no "Set" tarefa ea tarefa "Shift". Trials a critério é a principal medida de precisão, definida como o número de ensaios necessários para completar 10 ensaios consecutivos, incluindo as 10 tentativas. Note-se que o número de omissões devem ser levados para fora desta medida (por exemplo, se um rato requer 100 ensaios para atingir critério e faz 10 omissões, os julgamentos reais para critério é 90).
  2. Contar o número de erros cometidos antes critério foi alcançado em ambos o "Set" tarefa ea tarefa "Shift". Erros a Criterion é uma medida complementar de precisão que pode ser mais sensível do que Trials ao Critério e não é afetado pelo aumento das taxas de omissão.
  3. Para os tipos de erro turno, aprofundar a análise dos tipos de erros cometidos na tarefa "Shift" de uma sequência de mudança de set.
    1. Conte um erro como"Perseverative / tipo regressivo" quando um animal responde incorretamente na tarefa "Shift" de acordo com a regra de que estava correto em "Set" tarefa do dia anterior. Em seguida, use as seguintes diretrizes para dividir os erros deste tipo em perseverantes e regressivo, respectivamente.
      1. Divida a sessão "Shift" em blocos de 16 ensaios completos consecutivos (não incluem ensaios omitidos). Dentro de cada bloco, identificar quais os erros se encaixam na definição deste tipo, ou seja, o rato fez uma resposta incorreta que corresponde ao "Set" regra tarefa. Haverá um máximo de 8 possíveis erros deste tipo em cada bloco de 16 ensaios.
      2. Pontuação erros como perseverative identificado até menos do que seis deles são feitos dentro de um bloco.
      3. Começando com o bloco seguinte e continuando até o fim da tarefa, marcar erros deste tipo como regressivo.
      4. Se o animal foi testado no "Shift "tarefa em mais de um dia, continue erros de pontuação, como se os blocos eram contíguas.
    2. Conte um erro como "nunca reforçado" quando um animal responde incorretamente na tarefa "Shift" com uma resposta que não estava correto em ambos o "Set" ou a tarefa de "Shift".
  4. Para os tipos de erro de reversão, aprofundar a análise dos tipos de erros cometidos na tarefa "inversão" de uma sequência de aprendizagem reversa. Erros de reversão são repartidos ao longo de duas dimensões: (1) em perseverantes e erros regressivos, e (2) na direção-distracção e fora-de-distractor erros.
    1. Divida erros totais para perseverative e regressivo.
      1. Divida a sessão de "inversão" em blocos de 16 ensaios completos consecutivos. Conte os erros em cada bloco (um máximo de 16 erros é possível).
      2. Pontuação erros como perseverative até menos do que 10 deles são feitos dentro de um bloco. </ Li>
      3. Começando com o próximo bloco e continuando até o final da tarefa, marcar erros como regressivo.
      4. Se o animal foi testado na tarefa de "inversão" em mais do que um dia, continuar erros de pontuação como se os blocos eram contíguos.
    2. Divida erros totais em direção-distractor (luz estímulo foi iluminado acima da, alavanca pressionada incorreta) e longe de distracção (luz estímulo foi iluminado acima da, alavanca unpressed correto).
  5. Anote o número de ensaios omitidos para fornecer uma ampla medida do nível de motivação do animal.
    1. Examine os escores de omissão depois de cada sessão de testes diariamente para afastar mau funcionamento do equipamento, que pode ser indicado por pontuações mais altas de omissão.
    2. Na ausência de mau funcionamento do equipamento, excluir os dados de omissão de animais com níveis anormalmente elevados de omissões (geralmente, ≥3 desvios padrão acima da média), seja no tarefa.
  6. Latências de resposta recorde ao medir o tempo decorrido entre a extensão da alavanca e uma resposta. Latências de fornecer uma medida aproximada da função motora e / ou a velocidade de processamento.

Representative Results

Inactivação aguda, reversível do córtex pré-frontal pode ser conseguida pela infusão do anestésico cloridrato de bupivacaína local (0,75%, 0,5 ul) para a região prelimbic através de uma infusão de cânula implantada cirurgicamente 20 aproximadamente 10 min antes do teste. Além disso, os efeitos da inativação durante tanto a primeira tarefa ("Set") ou a segunda tarefa ("Shift" ou "Reversão") pode ser avaliada para investigar possíveis efeitos gerais sobre a aprendizagem. A figura 2 ilustra os resultados de tais inativações em animais executar a sequência de mudança de estratégia Cue-a-resposta. Inativação pré-frontal, no primeiro dia, o Cue / "Set" tarefa, não comprometeu o desempenho (Figura 2A), sugerindo que o córtex pré-frontal medial não é necessária para a aprendizagem discriminação inicial. No entanto, a inativação pré-frontal, no segundo dia, a resposta / tarefa "Shift", signifdesempenho prejudicado vamente em que os animais necessária uma substancialmente maior número de tentativas para alcançar o desempenho critério (Figura 2B). Quando o córtex pré-frontal foi inativada, animais cometeram mais erros perseverativos-like do que os erros nunca reforçado com especificações Shift (Figura 2C). Estes resultados replicar dados anteriores sobre a importância do córtex pré-frontal medial para a estratégia de deslocamento e, em particular, na supressão de uma estratégia previamente aprendido 13,20.

Por outro lado, animais treinados na reversão da seqüência de resposta não mostrou essa dependência pré-frontal. Os animais que receberam a inactivação do córtex pré-frontal sobre o dia "inversão" não diferiu em animais com infusão de solução salina ou em resposta a discriminação inicial (Figura 3A) ou a inversão subsequente (Figura 3B) 20 .Estes resultados são consistentes com estudos anteriores mostrando que the córtex orbitofrontal, não o córtex pré-frontal medial, regula reversão aprendizagem em uma variedade de tarefas 12,19,26, incluindo uma tarefa operante semelhante ao descrito aqui 27.

Figura 2
Figura 2. A inativação do Shifting Estratégia danifica córtex pré-frontal. A, Trials ao critério na tarefa inicial discriminação Cue ("Set") por ratos que receberam infusões de bupivacaína (Bupi) salina ou para o córtex pré-frontal medial no dia determinado. Inativação pré-frontal não teve efeito sobre a aquisição inicial. B, Trials ao critério sobre a mudança para a tarefa de resposta ("Shift") após as perfusões pré-frontal medial de solução salina ou bupivacaína no dia turno. Inactivação do córtex pré-frontal prejudicada a mudança de estratégia para a tarefa de resposta.C, Tipos de erros cometidos pelos animais no dia turno. Inactivação prefrontal antes da tarefa deslocamento (grupo de "sal-Bupi") conduziu a um aumento em erros perseverativos semelhante. *, P <0,05 vs soro fisiológico salino. Este valor foi modificado a partir Floresco et al. 20 Por favor, clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 3
Figura 3. A inativação do córtex pré-frontal Deixa Reversão Aprender intacta. A, Trials ao critério durante a formação inicial de discriminação resposta por ratos que, posteriormente, receber infusões de bupivacaína (Bupi) salina ou para o córtex pré-frontal medial antes do treino reversão. Não foram observadas diferenças. BTrials ao critério durante a inversão da discriminação resposta, após as perfusões medial prefrontal de solução salina ou bupivacaína. Prefrontal inativação não prejudicar o aprendizado reversão. Este valor foi modificado a partir Floresco et al 20.

Os dados apresentados na Figura 4 fornece um exemplo de como exigindo a realização de ensaios para ratos "lembrete" usando a regra de idade antes de uma mudança de estratégia pode ajudar na interpretação de dados. Neste estudo (Enomotor e Floresco, observações não publicadas), os ratos foram pareados por desempenho na aquisição de uma regra de indicação visual no Dia 1 (Figura 4A). No dia 2, os ratos receberam veículo ou 0,2 mg / kg haloperidol. No início da sessão de testes Dia 2, eles receberam 20 ensaios em que eles eram obrigados a responder usando a regra de sinalização visual adquirida no dia 1, após o qual a regra ligado a meio da sessão para a discriminação de resposta. Como apresentado na Figura 4B, este tratamento prejudicada recuperação da regra sugestão visual durante os primeiros 20 ensaios lembrete da sessão. Posteriormente, os ratos tratados com haloperidol necessários menos ensaios para alcançar o critério (Figura 4C) e cometeram menos erros perseverativos (Figura 4D) sobre a mudança de estratégia. Note-se que se não tivéssemos usado os ensaios lembrete antes da mudança, esses dados podem ter sido interpretadas como uma melhoria na mudança do set por haloperidol. No entanto, o comprometimento durante a fase de recuperação de regra sugere que estes efeitos são melhor compreendidos como memória prejudicada para a regra previamente adquiridos, o que pode ter levado a menos conflito resposta quando os ratos foram obrigados a aprender uma nova regra e, portanto, mais rápido mudando.

Figura 4
Figura 4. Prejudicada Rule Retrieval e Facilitado Set-deslocando Induzida por Haloperidol tratamento. Um, Ensaios com o critério de discriminação indicação visual de ratos que estavam a receber veículo (solução salina) ou o antagonista de receptores D2 da dopamina haloperidol (0,2 mg / kg) antes da estratégia deslocando sequência no dia seguinte. Animais de ambos os grupos apresentaram desempenho pré-droga comparáveis. B, No início de testes no dia 2, os ratos receberam 20 ensaios lembrete onde foram necessários para continuar a responder usando a regra de indicação visual do dia 1. O tratamento com haloperidol diminuiu significativamente a precisão durante estes lembrete ensaios. C, depois dos testes de lembrete 20, a regra mudou no meio da sessão para a discriminação de resposta. Haloperidol ratos tratados necessários menos ensaios para atingir critério durante o turno. D. tratamento Haloperidol também reduziu erros perseverativos. Embora estes dados poderiam sugerir um melhor desempenho, o comprometimento em exibição recuperação regra em B Enomoto e Floresco, observações não publicadas. *, p <0,05 vs. veículo.

A manipulação lesão do hipocampo ventral neonatal (NVHL) tem sido utilizado para modelar alguns aspectos da esquizofrenia em ratos 28, particularmente disfunções cognitivas 29,30. Resumidamente, uma lesão excitotóxica é administrado para o hipocampo de ratos com 7 dias de idade, e o teste é realizado em adultos (60+ dias pós-parto). . Estes modelos a trajetória de desenvolvimento hipótese de esquizofrenia 28 Figura 5 ilustra o desempenho de ratos NVHL e controle sobre a versão de pré-exposta do Set-Shifting: Resposta ao Cue sequência ratos NVHL não sejam prejudicadas em aprender a primeira regra (Response / "Set. ", Figura 5A), mas são drasticamente prejudicada a mudar para a nova regra (Cue / "Shift"), como mostrado pelo aumento do número de ensaios necessários para atingir o critério (Figura 5B). Além disso, este défice foi devido principalmente a um aumento na perseverativos erros, como mostrado na Figura 5C, sugerindo anomalias pré-frontal 20,21. Esses resultados confirmam os achados de estratégia prejudicada deslocando em animais NVHL usando a tarefa de cross-labirinto 29.

Semelhante aos dados de animais prefrontally-inativadas mostradas acima, animais NVHL não foram prejudicados pelo aprendizado reverso (Figura 6A, B), apesar de terem sido mais lento para responder (Figura 6C, D). Este achado negativo implica que a estratégia observada deslocando déficits não são atribuíveis a uma simples incapacidade para alternar entre estímulos 21.

es.jpg "/>
Figura 5. prejudicada Set-Shifting no Modelo NVHL de Esquizofrenia. Desempenho da versão de pré-exposição dos animais de controlo sequência (Response-to-Cue) em NVHL de mudança de set e sham. A, animais NVHL se mostravam íntegras na Response ("Set") tarefa. B, porém, os animais NVHL necessários significativamente mais testes do que Shams para chegar a critério da Cue Visual ("Shift") tarefa. C, erros no dia "Shift". Animais NVHL mais erros perseverativos que os animais sham, mas não diferiu em erros regressivos ou nunca reforçados. *, P <0,05 vs. farsa. Este valor foi modificado a partir Placek et al 21.

Figura 6
Figura 6. Falta de NVHL Imparidade de aprendizagem reversa. C, D, animais NVHL eram mais lentos que Shams para responder tanto no "Set" e as tarefas de "inversão". Este valor foi modificado a partir Placek et al 21.

Finalmente, o teste piloto indicou que os animais são praticamente incapazes de aprender uma reversão da tarefa Cue, ou seja, para pressionar a alavanca no lado oposto à luz estímulo iluminado. Cinco dos seis animais testados completou 450 testes de reversão (3 dias) sem atingir critério, eo sexto animal necessária 418 tentativas (Brady, observações não publicadas; dados não mostrados). Isto é provavelmente porque as luzes de estímulo são pistas muito importantes e atrativos que tornam muito difícil para os ratos para dirigir responder longe deles. Assim, esta seqüência de testes não é recommended.

Discussion

O desenvolvimento de tarefas comportamentais para medir construtos cognitivos de alta ordem em roedores é essencial para o avanço do conhecimento da neurobiologia da cognição. Com tarefas bem construídos e validados, os roedores podem ser avaliados em tarefas de complexidade que rivalizam com os dos primatas ou mesmo seres humanos. Aqui nós mostramos como dois aspectos da função executiva, a estratégia de mudança e aprendizagem reversa, pode ser investigado em roedores usando técnicas operantes automatizadas. Usando essas tarefas automatizadas, temos replicado achados anteriores em cross-labirinto e as tarefas de escavação em relação aos substratos neurais do set-shifting e aprendizado reverso 11,13,18-21,27,29, sugerindo que as tarefas operantes são avaliações válidas destes constrói.

Estas tarefas automatizadas têm uma série de benefícios e vantagens sobre tarefas não automatizada cross-labirinto existentes e escavação. Mais convincente é a taxa superior de coleta de dados na versão operante automatizado. Cadaformação ou de ensaio do dia leva apenas 30-60 minutos, e é totalmente exigindo o mínimo de supervisão pelo experimentador controlado por computador. Além disso, vários animais podem ser testados simultaneamente com uma configuração operante multi-câmara. Cada série de tarefas, de dar forma a um teste final, pode ser concluído em cerca de 2-3 semanas. Outra vantagem importante das tarefas automatizadas é o controle preciso de apresentação do estímulo, minimizando assim a possibilidade de erro de experimentador. Por exemplo, a ordem de apresentação da localização de sinalização em cada tentativa é randomizado e controlado pelo computador, em vez de por um experimentador consulta manualmente um julgamento-a-julgamento lista. O tempo entre ensaios é medido com precisão e consistente, e não se confunde por o tempo que leva para um experimentador, por exemplo, retirar um rato da cruz-maze ou reorganizar os recipientes de escavação. Reforço de entrega é automática e não está sujeita a experimentador erro (por exemplo, esquecendo-se de isca dabraço correta de um cross-labirinto). A coleta de dados é igualmente melhorada, com a gravação automática de padrões de resposta, incluindo a medição das latências de resposta exatas. Na ausência de outras anormalidades motoras, alterações nas latências de resposta pode ser usada para inferir a evidência de velocidade de processamento alterada e / ou para avaliar o nível de complexidade de uma tarefa cognitiva 21,22.

As tarefas automatizadas também manter uma vantagem importante das tarefas cross-labirinto: a capacidade de realizar uma análise detalhada dos tipos de erros cometidos no turno ou reversão dia. A distinção entre erros de mudança de set que reproduzem o dia anterior estratégia (perseverative ou erros regressivos) e erros que representam anteriormente estratégias inexperiente (erros nunca reforçados) pode auxiliar na caracterização de déficits específicos em termos de flexibilidade comportamental. Em particular, os erros perseverativos ocorridos no início de testes refletem a incapacidade de um animal para abandonar o st anteriorrategy, enquanto mais tarde ocorrem erros regressivos refletir a incapacidade de um animal para manter a nova estratégia, uma vez perseveration deixou 20. Erros Never-armado pode indicar uma falha de adquirir a nova estratégia, ou uma incapacidade para responder sistematicamente de acordo com a regra 20. Descobertas anteriores 16,17,20 demonstrando bases neuroanatômicas dissociáveis ​​desses tipos de erros também são valiosos para a interpretação dos resultados destas tarefas.

Os nossos procedimentos foram desenvolvidos e optimizados para utilização com ratos. Dito isto, outros grupos têm utilizado procedimentos semelhantes para testar definidos de mudança de habilidades em camundongos 31. No entanto, determinadas modificações devem ser empregues com ratos para acomodar as diferenças de espécies. Estes incluem mais apresentação da luz sugestão visual antes da extensão da alavanca, a formação ao longo de vários dias, utilizando 30 ensaios / dia e incorporação de uma punição de tempo após escolhas incorretas. Although essas modificações fazem deste ensaio menos propícios para uso com desafios farmacológicos, poderá ser útil para avaliar a flexibilidade cognitiva em ratos geneticamente alterados (embora não esteja claro se essas alterações iria preservar a sensibilidade córtex frontal da tarefa).

Claro, também há limitações para essas tarefas. Algumas destas limitações surgem da natureza da tarefa automatizada, enquanto outras estão relacionadas com os parâmetros da própria tarefa. No que diz respeito a esta última, a tarefa de mudança de conjunto descrito aqui (bem como da cruz-labirinto definido deslocando-tarefa 26) utilizam um conjunto restrito de estímulos e respostas. Ao contrário da tarefa de escavação, em que novos exemplares (por exemplo, aromas estranhos ou mídia cavando) podem ser usados ​​para construir novos conjuntos de atenção em cada etapa 11,19, a tarefa de mudança de set operante requer, necessariamente, a escolha entre dois estímulos que são familiares para o animais - ou a esquerda vs.luz de sinalização direita, ou à esquerda vs. posição correta. Isto significa que os conjuntos de mudança de tarefas operantes e trans-maze envolvem conflito resposta bem como a estratégia de deslocamento, embora o conceito de mudança de uma estratégia para uma nova dimensão estímulo previamente irrelevante é preservada 20,23. Em uma nota relacionada, o set-shifting e reversão tarefas operantes como descritos aqui não permitem uma terceira dimensão de estímulo, como na tarefa de escavação que pode incluir meios de escavação, odor e textura 11,19. No entanto, não consideramos esta uma falha fatal, como a tarefa de mudança de set operante ainda requer o animal para suprimir a estratégia de discriminação anteriormente relevante e assistir a uma dimensão estímulo previamente ignorado. Além disso, parece concebível que modificações no equipamento e tarefas parâmetros poderia apoiar a adição de uma terceira dimensão estímulo, tais como sinais auditivos ou odor, embora estes acréscimos provavelmente tornar o aprendizado mais difícil e menos amenable para testes farmacológicos em um único dia.

Finalmente, uma limitação potencial de qualquer tarefa com base em operante é a perda de informação direta sobre o comportamento dos ratos - ou seja, o experimentador não está mais olhando o rato. Nós sentimos que as vantagens em objetividade e coleta de dados de velocidade conferidas pela automação mais do que compensar essa perda, e câmeras montadas nas câmaras operantes são uma maneira relativamente fácil de restaurar o acesso visual individual, se desejar.

Há um número de passos que podem ser tomados para maximizar o sucesso usando estas tarefas operantes. Em primeiro lugar, a importância de lidar com os animais antes do treino começa não pode ser exagerada; como acontece com qualquer tarefa comportamental, animais bem tratados são mais fáceis de trabalhar, são menos estressados, e tendem a produzir dados menos variáveis. Em segundo lugar, alguns testes piloto pode ser necessária para determinar a melhor hora do dia para realizar testes; testamos durante o ciclo de luz, e achar que performance é óptima quando os animais são testados perto do fim do ciclo (por exemplo, cerca de 4:00 para um ciclo de luz terminando às 7:00 pm). Em terceiro lugar, deve ser tomado cuidado para confirmar que o desempenho estável é estabelecido em cada fase pré-treinamento antes de um animal é avançado para a próxima etapa. Por exemplo, um desempenho consistente e robusta na fase de formação alavanca retrátil é um excelente preditor do desempenho proficiente no "set" tarefa de discriminação. Em relação ao equipamento, apesar de todas as etapas são automatizadas, a intervenção do experimentador continua a ser necessário para confirmar que todos os componentes estão em pleno funcionamento. Por exemplo, teste de equipamento deve ser executado diariamente (ou mais do que uma vez por dia, se grande número de animais estão sendo testados) para garantir que todas as luzes, alavancas e sistemas de distribuição de recompensa estão operacionais. Em particular, as avarias em sistemas de distribuição de recompensa (especialmente dispensadores peletizada) pode afetar drasticamente o desempenho. Um invulgarmente elevado número de omissõesum determinado dia pode indicar um problema com o equipamento de fornecimento de recompensa, e, portanto, a saída de dados deve ser verificado todos os dias por um experimentador familiarizado com a tarefa e os níveis de desempenho esperados. Na ausência de um mau funcionamento do equipamento, um elevado número de omissões podem indicar outros problemas com a motivação ou a saúde animal. Se um animal é saudável, restrição alimentar pode ser aumentada para levar o animal para 80-85% do peso-feeding livre por um curto período de tempo até que o desempenho se recupera.

Estas tarefas definidas de mudança e de reversão pode ser usado em uma variedade de paradigmas experimentais. Por exemplo, os efeitos das manipulações, tais como lesões, tratamentos de desenvolvimento, manipulações dietéticas, terapêutica farmacológica de longa duração, ou modificações genéticas poderiam ser investigados. Embora o efeito de um tratamento sobre o palco-deslocamento conjunto ou inversão podem ser de interesse primário, notar que uma vez que tais tratamentos crónicos ou permanentes deve, necessariamente, ser administrados antes training começa, os efeitos em vários estágios de desempenho (em particular sobre a discriminação inicial ou "set") também devem ser examinados 21. O uso de manipulações agudas, tais como tratamentos farmacológicos ou inativações neuroanatómicos temporárias, são particularmente bem adequados para estas tarefas. Em tais casos, a adição de um terceiro grupo (como ilustrado na Figura 2) é útil; Assim, o grupo experimental primário recebe a manipulação dos juros sobre o dia da mudança ou reversão, enquanto um grupo de controle recebe a manipulação no dia da discriminação inicial ou "set" para testar grandes efeitos na aprendizagem, e um segundo grupo de controle recebe sem manipulação (ou tratamentos sham) em ambos os dias 20,22. Note-se que para tais estudos agudos de manipulação, é aconselhável combinar ratos para o desempenho durante o aprendizado do conjunto inicial e alocá-los para o grupo experimental e (segundo) grupo de controlo em conformidade. Este minimtruir a possibilidade de que as diferenças induzidas pelo tratamento no desempenho podem ser confundidos por variações individuais em quão prontamente ratos aprender a discriminar entre estímulos. Além disso, se um experimento requer testes de vários grupos ao longo de semanas ou meses, cada coorte deve incluir os animais de todos os grupos experimentais. Por exemplo, um estudo para testar os efeitos das manipulações farmacológicas agudas durante um turno pode requerer de 48 ratos no total e três grupos experimentais testadas, em três grupos de 16 animais cada. Neste caso, cada coorte deve conter 5-6 ratos em cada grupo experimental. O ideal é que as análises estatísticas devem incluir um fator que confirma que não havia diferenças no desempenho através de cada coorte de ratos. Finalmente, essas tarefas operantes pode ser particularmente útil para a aplicação de técnicas de gravação em vivo, incluindo microdialysis, voltametria, e eletrofisiologia, devido a componentes como o ambiente controlado, data precisa de estímulo Apresention e respostas, e os movimentos restritos dos animais que não estão disponíveis ou prática no labirinto cruz ou tarefas de escavação.

Disclosures

Publicação e acesso livre a este manuscrito foi apoiado pela 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

Comportamento Edição 96 função executiva a flexibilidade comportamental córtex pré-frontal a estratégia de mudança aprendizagem reversa neurociência comportamental esquizofrenia operante
Procedimentos operantes para avaliar a flexibilidade comportamental em ratos
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