Abstract
Las funciones ejecutivas se componen de múltiples procesos cognitivos de alto nivel que impulsan la generación de reglas y la selección de comportamiento. Una propiedad emergente de estos procesos es la capacidad de ajustar el comportamiento en respuesta a los cambios en uno de medio ambiente (es decir, flexibilidad, de comportamiento). Estos procesos son esenciales para el comportamiento humano normal, y pueden ser interrumpidos en diversas condiciones neuropsiquiátricas, como la esquizofrenia, el alcoholismo, la depresión, los accidentes cerebrovasculares y la enfermedad de Alzheimer. La comprensión de la neurobiología de las funciones ejecutivas se ha avanzado mucho gracias a la disponibilidad de las tareas de animales para evaluar los componentes discretos de flexibilidad de comportamiento, particularmente estrategia de cambio y el aprendizaje de reversión. Aunque se han desarrollado varios tipos de tareas, la mayoría son no automatizados, mano de obra intensiva, y permiten realizar pruebas de sólo un animal a la vez. El reciente desarrollo de tareas automatizadas y basadas en operantes para la evaluación de la flexibilidad conductual agiliza testing, estandariza la presentación del estímulo y el registro de datos, y mejora considerablemente el rendimiento. A continuación, describimos automatizamos estrategia de cambios y las tareas de reversión, utilizando cámaras operantes controlados por programas de software escrito personalizado. El uso de estas tareas, hemos demostrado que la corteza prefrontal medial gobierna estrategia de cambio, pero no el aprendizaje inverso en la rata, similar a la disociación observada en los seres humanos. Además, los animales con una lesión del hipocampo neonatal, un modelo del neurodesarrollo de la esquizofrenia, están alteradas selectivamente en la tarea estrategia de cambio, pero no la tarea de reversión. La tarea estrategia cambiando también permite la identificación de los tipos separados de errores de actuación, cada uno de los cuales es atribuible a los sustratos neurales distintas. La disponibilidad de estas tareas automatizadas, y la evidencia que respalda las contribuciones disociables de áreas prefrontales separados, los convierte en los ensayos particularmente bien adaptado para la investigación de procesos neurobiológicos básicos, así como drdescubrimiento ug y el cribado en modelos de enfermedad.
Introduction
Procesos cognitivos de alto nivel, incluyendo generación de reglas, la selección de comportamiento, y evaluación de la estrategia se conocen colectivamente como "función ejecutiva" o "flexibilidad conductual 1." Tales procesos son cruciales para la función cognitiva normal, y puede verse afectada en diversos trastornos tales como la esquizofrenia , el alcoholismo, la depresión, los accidentes cerebrovasculares y la enfermedad de Alzheimer 2-7. La regulación de los procesos de la función ejecutiva está mediada principalmente por áreas en la corteza frontal, incluyendo la corteza prefrontal dorsolateral y la corteza orbitofrontal en humanos 10.8.
El desarrollo de tareas para evaluar la función ejecutiva y / o flexibilidad de comportamiento en los animales no humanos, en particular los roedores, se ha avanzado en gran medida la comprensión de la neurobiología de la cognición 11-14. Estas tareas han hecho posible medir por separado los distintos componentes de la flexibilidad del comportamiento, incluyendoestrategia de cambio y el aprendizaje de reversión. Cambio de estrategia se refiere a la capacidad de suprimir activamente una estrategia de respuesta aprendida previamente, mientras que la adquisición de una nueva estrategia de la competencia, en particular a través de dimensiones de estímulo (turno extradimensional) - por ejemplo, el cambio de la realización de una discriminación basada visual (rojo vs. verde, donde el rojo es estímulos "correctas" y táctiles son irrelevantes) para llevar a cabo una discriminación táctil (liso vs. áspero, donde el liso es "correcto" y estímulos visuales ahora son irrelevantes). Por otra parte, el aprendizaje de inversión también implica un cambio en la estrategia de respuesta, pero dentro de la misma dimensión de estímulo - por ejemplo, en el ejemplo "rojo vs. verde", si el rojo era previamente correcta, una inversión dictaría que el verde es ahora correcta, mientras que los estímulos táctiles permanecerían irrelevante.
Varias tareas se han desarrollado para investigar flexibilidad de comportamiento en los roedores. La cruz-matarea ze requiere un animal para conocer de primera sea una regla basada en la dirección (por ejemplo, "siempre gire a la derecha") o una norma basada visual (por ejemplo, "gire siempre hacia la pista visual") a un determinado criterio de rendimiento. Entonces, se requiere que el animal desplazarse inesperadamente ya sea a través de la modalidad a la regla opuesta (estrategia de cambio, inicialmente denominado un "cambio nonreversal" 15) o cambiar dentro de la modalidad de la contingencia opuesto (aprendizaje reversión) 13,14,16. Estas tareas son sensibles a interrupciones en las redes corticales y subcorticales, que implica la corteza prefrontal, el tálamo y el cuerpo estriado 1,13,14,16-18. Otro tipo de juego que cambia de tarea atencional (a veces conocido como la tarea de excavación) requiere el entrenamiento de animales para discriminar entre dos contenedores que difieren a lo largo de dos o tres dimensiones de estímulo (cavar medios, olor y / o textura externa). Al igual que en la cruz-laberintotarea, los animales son entonces obligados a cambiar, ya sea a través de dimensiones (estrategia de cambio) o dentro de la misma dimensión (aprendizaje de inversión), y estas tareas son igualmente sensibles a las manipulaciones de la corteza frontal 11,19. Una ventaja de esta tarea es que durante el cambio de estrategia extra-dimensional, las ratas son presentados con nuevos conjuntos de estímulos (EJEMPLARES), que garantiza que las deficiencias de rendimiento durante esta etapa son probablemente atribuible a trastornos en la capacidad de cambiar conjunto de atención a diferentes aspectos de estímulos compuestos, en lugar de un deterioro de la capacidad para detener acercarse a un estímulo específico previamente asociadas con la recompensa. Sin embargo, esta característica también hace que sea más difícil determinar la naturaleza específica de un déficit durante un turno de juego.
Aunque las tareas descritas anteriormente han sido bien documentados en la literatura, ambos adolecen de una serie de desventajas de procedimiento, principalmente la longitud de tiempo que se necesita para los animales de ensayo. En tantola tarea transversal laberinto y la tarea de excavación, sólo un animal se pueden ensayar a la vez; Además, la prueba se debe administrar en tiempo real por un experimentador dedicado, y puede tomar hasta varias horas por día por animal. Además, la presentación de los estímulos y el registro de las respuestas de comportamiento en ambos tipos de tareas se controlan manualmente por un experimentador, y por tanto son vulnerables a errores humanos y la interpretación subjetiva.
Aquí se describe un método automatizado para la evaluación de la estrategia de cambio y aprendizaje inverso en la rata, utilizando procedimientos operantes que simplifican el control de estímulos y la presentación de los datos, y mejorar dramáticamente la tasa de recogida de datos y rendimiento 20,21. Los métodos utilizados para dar forma y ratas tren se describen, así como los componentes de la propia tarea y el análisis de los datos resultantes. Hemos encontrado que al igual que las tareas de cross-laberinto y excavación, estas tareas automatizadas son sensibles a las interrupciones en prefrontaly los circuitos subcortical, así como a una manipulación del neurodesarrollo que los modelos de esquizofrenia 20-23.
Protocol
NOTA: Todos los procedimientos descritos aquí fueron aprobados por el Cuidado y Uso de Animales Comité Institucional (IACUC) en la universidad de Maryland de Santa María, o el Consejo Canadiense de los Animales de la Universidad de Columbia Británica.
1. Los animales
- Utilice adulto ratas Sprague-Dawley o adulto ratas macho Long-Evans.
NOTA: Aunque las diferencias en el rendimiento a través de estas dos cepas no se han probado formalmente, ratas Long-Evans tienden a adquirir una discriminación señal visual (descrito a continuación) ligeramente más rápido que las ratas Sprague-Dawley (Floresco, observaciones no publicadas). - A su llegada a la colonia, las ratas adultas casa solos o en grupos, en función de las necesidades del experimento y las limitaciones de las instalaciones. Utilice solo bloque para experimentos en los que los animales están restringidos los alimentos, para proporcionar un mejor control de la ingesta de alimentos. Permitir que los animales se aclimaten a la colonia (sin manipulación o la restricción de alimentos) durante al menos 3 días despuésllegada.
NOTA: Un informe reciente ha sugerido que el género experimentador puede afectar negativamente a las medidas de dolor y ansiedad comportamiento 24, resultados que pueden extenderse a otras conductas sensibles al estrés, incluyendo la cognición. A través de nuestros estudios, no hemos observado ninguna diferencia de rendimiento evidentes en ratas entrenadas por varón contra los manipuladores de mujeres, aunque no hemos evaluado formalmente esto. - Manipular los animales diariamente durante aproximadamente 3-5 minutos cada uno, durante al menos 3 días antes de comenzar las pruebas de comportamiento. En el primer día de tratamiento, obtener un peso de la alimentación libre para cada rata. El peso ideal para la restricción de alimentos, si se usa, será el 85-90% de este peso libre. Nota este peso objetivo, por ejemplo, en un cuaderno de laboratorio o en la tarjeta de la jaula del animal. En algunos casos, la restricción de alimentos puede no ser necesaria si el reforzador utilizado es muy palatable (por ejemplo, leche azucarada), aunque los animales pueden quedar saciado demasiado rápidamente con el uso de tales reforzadores.
- En each de los días de manipulación, como el manejo de cada animal se terminó, lugar aproximadamente 10-20 gránulos de recompensa dentro de la jaula hogar del animal para aclimatar ratas (que son típicamente neophobic) al refuerzo que se utiliza en la tarea (véase la Sección 2.1.3 a continuación).
- Durante los tres días de manejo, reducir gradualmente la ingesta diaria de alimentos animales para llevarlos a sus pesos objetivo. Asegúrese de indicar en las tarjetas de jaulas u otra documentación que los animales están ahora en una dieta restringida.
NOTA: La restricción alimenticia en particular, requiere la aprobación del IACUC institucional u otro organismo regulador antes de cualquier procedimiento puede comenzar. Los procedimientos generales a continuación fueron aprobados por los respectivos organismos institucionales de los autores; asegúrese de consultar las normas locales y / o nacionales apropiadas para las necesidades adicionales en las distintas instituciones. - Pesar animales al menos dos veces por semana para controlar la salud y asegurar que los animales no bajan sustancialmente below el peso objetivo. Asegúrese de que el agua es de libre acceso en todo momento.
2. Equipos y Software
- Utilice cámaras operantes equipados con (como mínimo) dos palancas retráctiles, dos luces de estímulo, un houselight, y un dispensador de refuerzo para estas tareas.
- Coloque las palancas a ambos lados de una zona de entrega de refuerzo central con un estímulo situado por encima de cada palanca.
- Asegúrese de que el houselight ilumina toda la cámara mientras que no interfiere con la detección de las luces de estímulo, por ejemplo, colocar el houselight en la pared opuesta de las palancas y las luces de estímulo.
- Utilice alimento sabroso (por ejemplo, bolitas de sacarosa 20,21 o soluciones de sacarosa 25) para el refuerzo. Dondequiera que se indica a "reforzar el animal" a continuación, entregar uno 45 mg de pellets de sacarosa o de una cantidad prescrita de solución de sacarosa.
- Presentación del estímulo de control, operati palancaen, y la recopilación de datos a través de una interfaz con un ordenador. Póngase en contacto con los autores para obtener información específica sobre los programas de tareas escritas con el software de MED-PC, un programa diseñado específicamente para las pruebas de comportamiento y la recogida de datos.
NOTA: Una característica crucial de los programas existentes para las pruebas de comportamiento es el registro de las variables clave a modo de prueba por prueba, incluyendo la posición de la luz blanca, la palanca seleccionado por el animal, si el animal hizo un correcto, incorrecto o no hay respuesta (omisión) y la latencia para hacer una elección. Estos datos son críticos para la evaluación de los tipos específicos de errores cometidos durante diferentes porciones de la secuencia de elección, como se describe a continuación. - A principios de pre-entrenamiento, asignar a cada animal a un cámara operante donde se pondrá a prueba cada día durante todo el experimento. Los animales de ensayo a aproximadamente la misma hora del día durante todo el experimento.
- Cámaras operantes Limpie regularmente (al menos una vez a la semana) con soap y el agua y / o una solución antimicrobiana.
3. pre-entrenamiento
NOTA: Una vez hayan alcanzado su peso con restricción alimentaria objetivo, pueden comenzar a dar forma a las cámaras operantes. Procedimientos de pre-entrenamiento suelen tardar unos 10-20 días, con una variabilidad sustancial entre las ratas. Ver Figura 1C para una visión general de los procedimientos.
- Forma animales a empujar la palanca.
- Animales Tren bajo una razón fija (FR) -1 programa de reforzamiento, es decir, un refuerzo se entrega para cada presión de la palanca. La conformación puede administrarse bien con las dos palancas extendidas (una prensa a ambos se refuerza), o en una de las palancas a la vez (por ejemplo, una palanca por día) con la orden (izquierda / derecha) contrapeso a través de los animales y / o condiciones experimentales.
- Para dar forma con las dos palancas extendidos, seguir la conformación de sesiones (una sesión de 30 minutos por día) hasta que los animales cumplen un criterio mínimo de por lo menos 50-60 pulsaciones por sesión de dos días consecutivos. Esto toma generalmente cerca de 3-6 días.
- Para dar forma en cada palanca individualmente, continuar sesiones sobre la primera palanca hasta que los animales responden al menos 50-60 veces en la primera palanca presentado. Sesiones de conformación subsiguientes deben usar la palanca opuesta hasta que de nuevo la rata alcanza este criterio. Normalmente, este segundo criterio se adquiere rápidamente después de las ratas aprendieron a presionar la primera palanca.
NOTA: Formar en una palanca a la vez tomará más tiempo (el animal debe cumplir con el criterio dos veces, una para cada palanca), pero se asegurará de que los animales obtienen experiencia de responder en y alterna entre las dos palancas, un componente crítico de las tareas que se describen a continuación .
- Animales Tren bajo una razón fija (FR) -1 programa de reforzamiento, es decir, un refuerzo se entrega para cada presión de la palanca. La conformación puede administrarse bien con las dos palancas extendidas (una prensa a ambos se refuerza), o en una de las palancas a la vez (por ejemplo, una palanca por día) con la orden (izquierda / derecha) contrapeso a través de los animales y / o condiciones experimentales.
- Dé animales entrenamientos palanca retráctil que se familiaricen con la extensión y retracción de las palancas, y para asegurar que las ratas están haciendo relativamente pocas omisiones (<5) por el tiempo que proceden a laprincipales fases de prueba de la tarea.
- En cada ensayo, determinar qué palanca para extender. Extensiones de palanca alternos en un orden pseudoaleatorio de tal manera que hay 45 ensayos izquierda-palanca y 45 ensayos derecha de la palanca, pero no más de dos ensayos consecutivos extienden la misma palanca.
- Extienda la palanca seleccionado. Reforzar el animal para una prensa de esta palanca a los 10 segundos, después de lo cual se retira la palanca.
- Si el animal no responde en 10 segundos, retraer la palanca y grabar una omisión.
- Comience ensayos cada 20 segundos durante la sesión.
NOTA: Durante el entrenamiento palanca retráctil, antes de la exposición a las luces de estímulo (iluminación de las luces de estímulo ambos izquierdo y derecho sobre cada extensión de la palanca) se puede emplear para disminuir la novedad y la prominencia de las luces del panel, y por lo tanto aumentar la dificultad de la subsiguiente establecer que cambia de tarea 20. El uso de este procedimiento aumentar notablemente el número de ensayos requeridos para lograr perfo criteriormance sobre la discriminación señal visual se describe a continuación, y los animales puede requerir varios días para aprender esta regla en estas condiciones. - Continuar retráctiles entrenamientos palanca (una sesión de 30 minutos por día) para un número fijo de días, o hasta que los animales cumplen un criterio mínimo de cinco o menos omisiones durante dos días consecutivos. Esto toma generalmente cerca de 5-10 días.
- Para los estudios que utilizan manipulaciones agudas (por ejemplo, pruebas de drogas), use un número fijo de días (por ejemplo, 5 días) para asegurarse de que todas las ratas reciben una exposición similar a las palancas.
- Evaluar los animales para la preferencia lateral.
- Conducta lado preferencia prueba inmediatamente después de la última sesión de entrenamiento palanca retráctil (en el mismo día; véase la Figura 1C). La tarea preferencia laterales consta de siete ensayos, cada uno de los cuales está compuesto de entre dos y ocho sub-pruebas separadas por un intervalo entre 20 seg fijo (ITI).
- Encada sub-prueba, se extienden las dos palancas en la cámara durante 10 segundos o hasta que se tome una respuesta palanca de prensa. No iluminar las luces de estímulo durante esta fase de la formación.
- Reforzar una respuesta en cualquiera de las palancas en la primera sub-ensayo de cada ensayo, y grabarlo como la "respuesta inicial".
- No refuerce las respuestas en la misma palanca en posteriores sub-pruebas dentro del mismo juicio. Permitir hasta seis respuestas posteriores sobre la misma palanca con un juicio, después de lo cual dan un sub-juicio forzado. Un sub-juicio forzada consiste sólo la palanca opuesta se extienda durante 10 segundos o hasta que se tome una respuesta.
- Después de la respuesta inicial en cada ensayo, reforzar la primera respuesta de la palanca opuesta, y luego terminar ese juicio. Por lo tanto, dentro de cada ensayo (que contiene hasta ocho sub-ensayos), se requiere un animal para responder al menos una vez en cada palanca.
- Definir preferencia lado de cada animal como el lado en el que la majority de las respuestas iniciales se llevó a cabo (al menos cuatro de siete ensayos).
- Sin embargo, si un animal responde de manera desproporcionada a una palanca durante toda la sesión (definido como mayor que una relación 2: 1), grabar ese lado a la preferencia del animal.
- Comience evaluando el siguiente día consecutivo después de la prueba de preferencia lateral.
NOTA: En nuestra experiencia, la mayoría de los animales no muestran una fuerte preferencia lateral. Para aquellos que lo hacen, que tengan que presionar la palanca opuesta sus prejuicios durante el entrenamiento de la discriminación respuesta asegura que están aprendiendo las contingencias específicas respuesta-recompensa asociados con esa palanca, y no sólo de responder en una palanca preferido.
4. Prueba
NOTA: Los animales pueden ser probados en una de tres secuencias, cada una de las cuales implica dos tareas diferentes. Cambio de estrategia se evaluó a través de (1) Set-Pasar de Cue a la respuesta y / o (2) Set-Pasar de Respuesta a Cue; raprendizaje eversal se evaluó a través de (3) Inversión de la respuesta. (Una cuarta secuencia posible, Inversión de Cue, no se recomienda por las razones expuestas a continuación.)
- Información general acerca de las tareas y secuencias.
- Realizar cada secuencia en días consecutivos. Cada secuencia se tardará al menos dos días (aprendizaje inicial discriminación y luego cambiar o inversión).
- Utilice un máximo de entre 150 y 200 ensayos en una sola tarea, dependiendo de la naturaleza del experimento. (Tenga en cuenta que el uso de los números más altos de los ensayos necesariamente aumentar el tiempo total de la sesión de 60 min o mayor, que puede ser un factor a considerar para ensayos farmacológicos que utilizan los compuestos con duraciones de acción más corta.)
- Para cada secuencia, los animales de prueba en una tarea ("Set") seguido de una segunda tarea ("Shift" o "Reversal"). Los animales de ensayo para un máximo de 3 días (es decir, 450 a 600 ensayos) en cada tarea, para un máximo de 6 días en total.
- Quitaranimales que no llegan a criterio plazo de 3 días en la primera tarea ("Set") a partir del experimento.
- Para los animales que no llegan a criterio dentro de 3 días en la segunda tarea ("Shift" o "reversión"), asignar una puntuación máxima para los ensayos a criterio de que representa el número de ensayos con experiencia (es decir, 450 juicios por 3 días de 150 ensayos cada uno).
- Si los parámetros de la tarea han sido modificados para que los animales de control pueden lograr un rendimiento criterio en un solo día, a continuación, modifique la tarea de modo que todas las ratas se les da sólo una sesión de pruebas, y dar a los que no llegan a criterio dentro del número asignado de ensayos los puntuación máxima (150-200 ensayos, dependiendo de cómo se haya configurado la tarea).
- Durante la tarea de cambio o inversión, tienen los animales, ya sea iniciar una sesión de tener que realizar la nueva regla de inmediato, o darles 20 ensayos de "recuerdo" en el que desempeña la tareausando la regla aprendido durante la primera fase de formación, y luego la regla cambia durante la sesión 22.
NOTA: Este último procedimiento es particularmente útil para los experimentos de evaluación de compuestos pro-cognitivas potenciales que pueden mejorar la flexibilidad, ya que puede ser usado para aclarar si un mejor rendimiento durante un turno / reversión se debe específicamente a la flexibilidad mejorada o alterada recuperación de la regla anterior que puede facilitar el aprendizaje de uno nuevo durante el turno.
- Establecer cambiante: Cue tareas para Respuesta de tareas.
- Comience evaluando los animales en la tarea Cue (ver Figura 1 A), lo que refuerza los animales para responder en la palanca debajo de la luz estímulo luminoso (cue). La tarea Cue es la tarea "Set" en esta secuencia.
- Comience cada ensayo con ambas palancas retraídos.
- Ilumine la izquierda o la luz estímulo adecuado durante 3 segundos; luego extender ambas palancas en la cámara de 10sec o hasta que se produce una respuesta.
- Reforzar sólo una respuesta correcta en la palanca señalado. Tras una respuesta en cualquiera de las palancas, retraer las palancas.
- Comience ensayos cada 20 segundos durante la sesión. Determinar seudo el orden de los ensayos de tal manera que no más de dos ensayos consecutivos ocurren con la misma luz estímulo (izquierda o derecha) iluminada.
- Continuar ensayos hasta que un animal ha alcanzado el criterio (completado 10 respuestas correctas consecutivas) y ha completado un mínimo de 30 ensayos, o hasta que se hayan completado 150 a 200 ensayos sin llegar criterio.
- Si este criterio no se alcanza en el primer día, probar el animal en la tarea Cue de nuevo en el segundo día, pero eliminar el requisito de completar un mínimo de 30 ensayos. Si este criterio no se alcanza en el segundo día, probar el animal en el tercer día siguiente el mismo procedimiento.
- Al día siguiente, después de alcanzar el criterio de la tarea Cue, trasladar animales al la Figura 1B), lo que refuerza los animales para responder en la palanca opuesta su preferencia lado, independientemente de la luz de estímulo (localización) iluminación. La tarea de respuesta es la tarea "Shift" en esta secuencia.
- Comience cada ensayo con ambas palancas retraídos.
- Ilumine la izquierda o la luz estímulo adecuado durante 3 segundos; luego extender ambas palancas en la cámara durante 10 segundos o hasta que se produce una respuesta. (Tenga en cuenta que la posición de la luz estímulo es irrelevante para esta tarea.)
- Reforzar sólo una respuesta en la palanca de posición correcta (izquierda o derecha, enfrente de la preferencia lateral del animal). Tras una respuesta en cualquiera de las palancas, retraer las palancas.
- Comience ensayos cada 20 segundos durante la sesión. Determinar seudo el orden de los ensayos de tal manera que no más de dos ensayos consecutivos ocurren con la misma luz estímulo (izquierda o derecha) iluminada.
- Continuar ensayos hasta que ha llegado a un animalcriterio (completó 10 respuestas correctas consecutivas) o hasta que se completan 150 ensayos sin llegar criterio.
- Si este criterio no se alcanza en el primer día, probar el animal en la tarea de respuesta de nuevo en el segundo día. Si este criterio no se alcanza en el segundo día, probar el animal en el tercer día siguiente el mismo procedimiento.
- Comience evaluando los animales en la tarea Cue (ver Figura 1 A), lo que refuerza los animales para responder en la palanca debajo de la luz estímulo luminoso (cue). La tarea Cue es la tarea "Set" en esta secuencia.
. Figura 1: tareas de discriminación y usados en la secuencia-Shifting Esta figura muestra las tareas que realiza en la secuencia-Cue-respuesta; tenga en cuenta que las tareas son las mismas, sólo con el fin opuesto, en la secuencia de respuesta-a-Cue. (A) Durante visual-cue aprendizaje discriminación, los animales se ven reforzadas por una respuesta en la palanca bajo el estímulo luminoso iluminado. (B) Durante respuesta aprendizaje discriminación, unaimals están reforzadas para responder en una palanca (izquierda o derecha) independientemente de la posición de la luz de estímulo. (C) Diagrama de flujo que muestra la secuencia de fases de entrenamiento para una estrategia típica cambiando experimento, desde pre-entrenamiento de la prueba. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
- Establecer cambiante: Respuesta a Cue.
NOTA: Esta secuencia es la que más se beneficia de la adición de la condición pre-exposición a la luz visual-señal para pre-entrenamiento 20,21 (consulte el paso 3.2.4). Estudios anteriores han demostrado que las ratas a las luces de pre-exposición durante el entrenamiento palanca retráctil hace el cambio de respuesta a cue más difícil y depende de la corteza prefrontal medial. Por el contrario, inactivaciones prefrontales no menoscaben este tipo de cambio, si no se emplean estos procedimientos pre-entrenamiento 20.- <li> Comienza la prueba de los animales en la tarea de respuesta, lo que refuerza los animales para responder en la palanca opuesta su preferencia lado, independientemente de la luz de estímulo (localización) iluminación. La tarea de respuesta es la tarea "Set" en esta secuencia.
- Proceda con la prueba como se detalla en el paso 4.2.2 (tarea de Respuesta) anterior.
- Haga que los animales completan un mínimo de 30 ensayos en esta tarea, ya que es la tarea "Set".
- Al día siguiente, después de alcanzar criterio relativo a la tarea de respuesta, desplazar los animales a la tarea Cue, lo que refuerza los animales para responder en la palanca debajo de la luz estímulo luminoso (cue). La tarea Cue es la tarea "Shift" en esta secuencia.
- Proceda con la prueba como se detalla en el paso 4.2.1 (tarea Cue) anterior. El mínimo de 30 ensayos completos no es necesaria cuando esta tarea es la tarea "Shift".
- Comience animalesprueba en la tarea de respuesta, lo que refuerza los animales para responder en la palanca opuesta su preferencia lado, independientemente de la luz de estímulo (localización) iluminación. La tarea de respuesta es la tarea "Set" en esta secuencia.
- Proceda con la prueba se detalla en el paso 4.2.2 (tarea de Respuesta) anterior.
- Haga que los animales completan un mínimo de 30 ensayos en esta tarea, ya que es la tarea "Set".
- Al día siguiente después de alcanzar criterio relativo a la tarea de respuesta, los animales de prueba en una inversión de la tarea de respuesta, lo que refuerza animales para responder en la palanca opuesto como en la primera tarea, es decir, la palanca correspondiente a su preferencia lado original. Esta nueva tarea de respuesta es la tarea "Reversión" en esta secuencia.
- Proceder con la prueba tal como se detalla en el Paso 4.2.2 anteriormente, con la excepción de que la posición de la palanca reforzada es ahora igual a la preferencia lado original del animal.
5. Medidas de comportamiento
- Registre los ensayos con el criterio tanto en el "Ajuste" tarea y la tarea "Shift". Ensayos a criterio es la principal medida de precisión, definida como el número de ensayos necesarios para completar 10 ensayos consecutivos, incluidos los 10 ensayos. Tenga en cuenta que el número de omisiones debe tenerse en cuenta de esta medida (por ejemplo, si una rata requiere 100 ensayos para lograr criterio y hace 10 omisiones, los ensayos reales a criterio es de 90).
- El conde se alcanzó el número de errores cometidos antes de criterio tanto en el "Ajuste" tarea y la tarea "Shift". Errores a criterio es una medida complementaria de precisión que pueden ser más sensibles que los ensayos con el criterio y no se ve afectado por el aumento de las tasas de omisión.
- Para los tipos de error turno, analizando los tipos de errores en la tarea "Shift" de una secuencia de conjunto cambiante.
- Cuente un error como"Perseverative / tipo regresivo" cuando un animal responde incorrectamente en la tarea "Shift" de acuerdo a la regla de que era correcto en "Set" tarea del día anterior. A continuación, utilice las siguientes directrices para dividir los errores de este tipo en perseverante y regresiva, respectivamente.
- Divida la sesión "Shift" en bloques de 16 ensayos completos consecutivos (no incluyen pruebas omitidas). Dentro de cada bloque, identificar qué errores se ajusta a la definición de este tipo, es decir, la rata hizo una respuesta incorrecta que se corresponde con el "Ajuste" regla tarea. Habrá un máximo de 8 posibles errores de este tipo en cada bloque de 16 ensayos.
- Score errores como perseverative identificado hasta menos de seis de ellos se realizan dentro de un bloque.
- A partir de la siguiente manzana y continuando hasta el final de la tarea, la puntuación de los errores de este tipo como regresivo.
- Si el animal se puso a prueba en el "Shift "tarea en más de un día, continúan los errores de puntuación, como si los bloques eran contiguas.
- Cuente un error como "nunca reforzado" cuando un animal responde incorrectamente en la tarea "Shift" con una respuesta que no era correcto ya sea en el o la tarea "Set", "Shift".
- Cuente un error como"Perseverative / tipo regresivo" cuando un animal responde incorrectamente en la tarea "Shift" de acuerdo a la regla de que era correcto en "Set" tarea del día anterior. A continuación, utilice las siguientes directrices para dividir los errores de este tipo en perseverante y regresiva, respectivamente.
- Para los tipos de error reversión, analizando los tipos de errores en la tarea "Inversión" de una secuencia de aprendizaje reversión. Errores de reversión se desglosan en dos dimensiones: (1) en perseverante y errores regresivos, y (2) en dirección-distractor y lejos del distractor errores.
- Divida errores totales en perseverative y regresivo.
- Divida la sesión "Reversión" en bloques de 16 ensayos completos consecutivos. Cuenta los errores en cada bloque (un máximo de 16 errores es posible).
- Puntuación errores como perseverante hasta menos de 10 de ellos se realizan dentro de un bloque. </ Li>
- A partir de la siguiente manzana y continuando hasta el final de la tarea, la puntuación de los errores como regresivo.
- Si el animal se probó en la tarea "Reversal" en más de un día, continúe errores de puntuación como si los bloques eran contiguas.
- Divida errores totales en hacia-distractor (luz estímulo fue iluminado por encima de la palanca pulsada incorrecta) y lejos del distractor (luz estímulo se iluminó encima de la palanca correcta, sin prensar).
- Divida errores totales en perseverative y regresivo.
- Anote el número de ensayos omitidos para proporcionar una amplia medida del nivel de motivación del animal.
- Examinar las puntuaciones de omisión después de cada sesión de prueba diariamente para descartar mal funcionamiento del equipo, que puede ser indicado por las puntuaciones altas de omisión.
- En ausencia de mal funcionamiento del equipo, excluir los datos de omisión de animales con números anormalmente altos de omisiones (generalmente, ≥3 desviaciones estándar por encima de la media) a cada tarea.
- Latencias de respuesta de registro midiendo el tiempo transcurrido entre la extensión de la palanca y una respuesta. Latencias proporcionan una medida aproximada de la función y / o la velocidad de procesamiento de motor.
Representative Results
Inactivación aguda, reversible de la corteza prefrontal se puede lograr mediante la infusión de clorhidrato de bupivacaína anestésico local (0,75%, 0,5 l) en la región prelimbic a través de una cánula de infusión implantado quirúrgicamente 20 aproximadamente 10 min antes de la prueba. Por otra parte, los efectos de la inactivación durante ya sea la primera tarea ("Set") o la segunda tarea ("Shift" o "reversión") pueden ser evaluados para investigar los posibles efectos generales sobre el aprendizaje. La figura 2 muestra los resultados de tales inactivaciones sobre animales llevar a cabo la secuencia de estrategias que cambia-Cue a la respuesta. Inactivación prefrontal en el primer día, el / "Set" tarea Cue, no afectó el rendimiento (Figura 2), lo que sugiere que la corteza prefrontal medial no es necesaria para el aprendizaje inicial de la discriminación. Sin embargo, la inactivación prefrontal en el segundo día, la respuesta / tarea "Shift", signifproblemas en su funcionamiento vamente en que los animales requiere un número sustancialmente mayor de ensayos para llegar a criterio de rendimiento (Figura 2B). Cuando se inactivó la corteza prefrontal, animales cometieron más errores de perseveración-como que los errores no reforzados en la tarea Shift (Figura 2C). Estos resultados replican los datos anteriores con respecto a la importancia de la corteza prefrontal medial de la estrategia de cambio y, en particular, en la supresión de una estrategia aprendida previamente 13,20.
Por el contrario, los animales entrenados en la Inversión de la secuencia de respuesta no mostraron esta dependencia prefrontal. Los animales que recibieron la inactivación de la corteza prefrontal en el día "Reversión" no difieren de los animales con solución salina infundido a ambos la discriminación de respuesta inicial (Figura 3A) o la reversión posterior (Figura 3B) 20 .Estos resultados son consistentes con anteriores investigaciones que muestran que ºe corteza orbitofrontal, no la corteza prefrontal medial, regula el aprendizaje inverso en una variedad de tareas, incluyendo 12,19,26 una tarea operante similar a la descrita aquí 27.
Figura 2. La inactivación del Shifting Estrategia Deteriora corteza prefrontal. A, ensayos al criterio de la tarea inicial discriminación Cue ("Set") por las ratas que recibieron inyecciones de solución salina o bupivacaína (Bupi) en la corteza prefrontal medial en la fecha fijada. Inactivación prefrontal no tuvo efecto en la adquisición inicial. B, Ensayos de criterio en el turno a la tarea de respuesta ("Shift") tras medial prefrontal infusiones de solución salina o de bupivacaína en el turno de día. La inactivación de la corteza prefrontal deteriora el cambio de estrategia a la tarea de respuesta.C, Tipos de errores cometidos por los animales en el turno de día. Inactivación prefrontal antes de la tarea de cambio ("sal-Bupi" grupo) condujo a un aumento de los errores de perseveración-similares. *, P <0,05 vs. solución salina-solución salina. Esta cifra ha sido modificado desde Floresco et al. 20 Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3. Inactivación de la corteza prefrontal Hojas aprendizaje inverso intacto. A, ensayos al criterio durante el entrenamiento en discriminación respuesta inicial por las ratas que posteriormente recibir infusiones de solución salina o bupivacaína (Bupi) en la corteza prefrontal medial antes de la fase de inversión. No se observaron diferencias. B, Pruebas de criterio durante la inversión de la discriminación respuesta, siguiendo medial prefrontal infusiones de solución salina o de bupivacaína. Prefrontal inactivación no perjudicó aprendizaje reversión. Esta cifra ha sido modificado desde Floresco et al. 20
Los datos presentados en la figura 4 proporciona un ejemplo de cómo las ratas que requiere para llevar a cabo los ensayos de "recuerdo" usando la vieja regla antes de un cambio de estrategia puede ayudar en la interpretación de los datos. En este estudio (Enomotor y Floresco, observaciones no publicadas), las ratas fueron agrupados por el rendimiento en la adquisición de una regla señal visual en el Día 1 (Figura 4A). En el día 2, las ratas recibieron vehículo o 0,2 mg / kg de haloperidol. Al inicio de la sesión de pruebas el día 2, se les dio 20 ensayos en los que se les pidió que responder usando la regla señal visual adquirida en el día 1, después de lo cual la regla cambió a mitad de sesión a una discriminación de respuesta. Como se muestra en la Figura 4B, este tratamiento con problemas de recuperación de la regla señal visual durante los primeros 20 ensayos de recordatorios de la sesión. Posteriormente, las ratas tratados con haloperidol requieren menos ensayos para alcanzar el criterio (Figura 4C) y cometieron menos errores de perseveración (Figura 4D) en el cambio de estrategia. Tenga en cuenta que si no hubiéramos utilizado los ensayos de recordatorios antes del cambio, estos datos pueden haber sido interpretados como una mejora en el conjunto de desplazamiento por haloperidol. Sin embargo, el deterioro durante la fase de recuperación de la regla sugiere que estos efectos se entienden mejor como deterioro de la memoria para la regla previamente adquiridos, lo que puede haber dado lugar a una menor respuesta de los conflictos cuando se requerían ratas para aprender una regla novedosa y por lo tanto más rápido desplazamiento.
Figura 4. Deterioro Regla Recuperación y Facilitada Set-desplazamiento inducido por Haloperidol Tratamiento. A, ensayos al criterio de discriminación señal visual de ratas que habían de recibir el vehículo (solución salina) o la dopamina D2 haloperidol antagonista (0,2 mg / kg) antes de la estrategia de cambio de secuencia en el día siguiente. Animales en ambos grupos mostraron un rendimiento pre-droga comparable. B, Al comienzo de la prueba en el día 2, las ratas recibieron 20 ensayos de recordatorios, donde fueron obligados a seguir respondiendo con la regla de señal visual a partir del día 1. El tratamiento con haloperidol disminuyó significativamente la precisión durante estos recordatorio ensayos. C, Después de los ensayos de recordatorios 20, la regla cambió a mitad de sesión a una discriminación de respuesta. Haloperidol ratas tratadas requieren menos ensayos para lograr criterio durante el turno. D. El tratamiento con haloperidol también reduce los errores de perseveración. Aunque estos datos podrían sugerir un mejor rendimiento, el deterioro en la pantalla de recuperación regla en B Enomoto y Floresco, observaciones no publicadas. *, p <0,05 vs. vehículo.
La lesión del hipocampo ventral neonatal (NVHL) la manipulación ha sido utilizado para modelar algunos aspectos de la esquizofrenia en ratas 28, en particular los deterioros cognitivos 29,30. Brevemente, una lesión excitotóxica se administra al hipocampo de 7 días de edad ratas, y las pruebas se lleva a cabo en adultos (más de 60 días después del parto). . Este modelos de la trayectoria de desarrollo planteado la hipótesis de la esquizofrenia 28 La Figura 5 ilustra el rendimiento de NVHL y control de ratas en la versión pre-expuesta del Set-Shifting: Respuesta a Cue secuencia ratas NVHL se irreprochable en el aprendizaje de la primera regla (Respuesta / "Set. ", la Figura 5A), pero se deterioran drásticamente en cambio a la nueva regla (Cue / "Shift") como se muestra por el aumento en el número de ensayos requeridos para alcanzar el criterio (Figura 5B). Por otra parte, este déficit se debió principalmente a un aumento de los errores de perseveración, como se muestra en la Figura 5C, lo que sugiere anomalías prefrontales 20,21. Estos resultados confirman los hallazgos previos de estrategia con problemas de desplazamiento en los animales NVHL mediante la tarea transversal laberinto 29.
De manera similar a los datos de los animales prefrontalmente inactivadas se muestran arriba, animales NVHL no fueron perjudicados en el aprendizaje inverso (Figura 6 A, B), aunque eran más lentos en responder (Figura 6C, D). Este resultado negativo indica que la estrategia observado déficits desplazamiento no son atribuibles a una simple incapacidad para cambiar entre los estímulos 21.
es.jpg "/>
Figura 5. Deterioro Set-Shifting en el Modelo NVHL de la esquizofrenia. El rendimiento en la versión pre-expuesta de los animales de control conjunto que cambia de secuencia (Respuesta-to-Cue) en NVHL y la falsa. A, los animales fueron NVHL no deteriorado en la Respuesta ("Set") tarea. B, sin embargo, los animales NVHL necesarios muchos más ensayos de fundas para llegar criterio relativo a la señal visual ("Shift") tarea. C, errores en el día "Shift". Animales NVHL cometieron errores más perseverantes que los animales sham, pero no fueron diferentes en los errores regresivos o nunca reforzadas. *, P <0,05 vs. farsa. Esta cifra ha sido modificado desde Placek et al. 21
Figura 6. La falta de NVHL Deterioro sobre Aprendizaje Reversión.
Finalmente, las pruebas piloto ha indicado que los animales son prácticamente incapaces de aprender una inversión de la tarea Cue, es decir, para presionar la palanca frente a la luz de estímulo iluminada. Cinco de los seis animales analizados completaron 450 ensayos de reversión (3 días) sin alcanzar criterio, y el sexto de los animales requiere 418 ensayos (Brady, observaciones no publicadas; datos no presentados). Esto es probablemente porque las luces de estímulo son señales muy destacados y atractivos que hacen que sea muy difícil para las ratas para dirigir la respuesta de ellos. Por lo tanto, esta secuencia de pruebas no es recommended.
Discussion
El desarrollo de las tareas de comportamiento para medir de orden superior constructos cognitivos en los roedores es esencial para avanzar en el conocimiento de la neurobiología de la cognición. Con tareas bien construidos y validados, los roedores pueden ser evaluados en tareas de complejidad que rivalizan con los de los primates o incluso los seres humanos. Aquí hemos demostrado cómo dos aspectos de la función ejecutiva, la estrategia de cambio y el aprendizaje de inversión, pueden ser investigados en roedores utilizando técnicas operantes automatizados. El uso de estas tareas automatizadas, hemos replicado los hallazgos previos en cross-laberinto y las tareas de excavación con respecto a los sustratos neurales de la puesta a punto de cambio y aprendizaje inverso 11,13,18-21,27,29, lo que sugiere que las tareas operantes son evaluaciones válidas de estos construye.
Estas tareas automatizadas tienen una serie de beneficios y ventajas con respecto a las tareas no automatizado cruzada laberinto existentes y excavación. Lo más convincente es la tasa superior de la recopilación de datos en la versión operante automatizado. Cadaformación o prueba el día de toma sólo 30-60 minutos, y es totalmente controlado por ordenador que requiere un mínimo de supervisión por el experimentador. Por otra parte, varios animales se pueden probar de forma simultánea con una configuración operante de múltiples cámaras. Cada serie de tareas, de la conformación de hasta el ensayo final, se puede completar en aproximadamente 2-3 semanas. Otra ventaja importante de las tareas automatizadas es el control preciso de la presentación del estímulo, minimizando así la posibilidad de error del experimentador. Por ejemplo, el orden de presentación de la ubicación de referencia en cada ensayo es aleatorio y controlado por el ordenador, y no por un experimentador consultar manualmente un juicio por juicio lista. El tiempo entre los ensayos se mide de forma precisa y consistente, y no se confunde por el tiempo que tarda un experimentador que, por ejemplo, eliminar una rata de la cruz-laberinto o reorganizar los contenedores de excavación. Entrega El refuerzo es automática y no está sujeta a experimentador error (por ejemplo, olvidándose de cebo lacorrecta brazo de una cruz-laberinto). La recolección de datos se mejora de manera similar, con el registro automático de los patrones de respuesta, incluyendo la medición de las latencias de respuesta exactas. En ausencia de otras anomalías de motor, los cambios en las latencias de respuesta pueden ser utilizados para inferir evidencia de alteración de la velocidad de procesamiento y / o para juzgar el nivel de complejidad de una tarea cognitiva 21,22.
Las tareas automatizadas también conservan una ventaja importante de las tareas de cross-laberinto: la capacidad para llevar a cabo un análisis detallado de los tipos de errores cometidos en el turno de día o inversión. Distinguir entre los errores de configuración cambiante que replican el día anterior estrategia (perseverative o errores regresivos) y los errores que representan previamente estrategias no probadas (errores nunca reforzadas) puede ayudar en la caracterización de los déficits específicos en la flexibilidad conductual. En particular, los errores de perseveración que ocurren temprano en la prueba reflejan la incapacidad de un animal a abandonar el st anteriorrategy, mientras que más tarde que ocurren errores regresivos refleja la incapacidad del animal para mantener la nueva estrategia una vez que ha cesado la perseveración 20. Errores Nunca reforzadas pueden indicar una falta de adquisición de la nueva estrategia, o una incapacidad para responder de forma sistemática de acuerdo con una regla de 20. Resultados anteriores 16,17,20 demuestran bases neuroanatómicas disociables de estos tipos de errores también son valiosos en la interpretación de los resultados de estas tareas.
Nuestros procedimientos se han desarrollado y optimizado para su uso con las ratas. Dicho esto, otros grupos han utilizado procedimientos similares para probar las capacidades establecidas cambiante en ratones 31. Sin embargo, ciertas modificaciones deben ser empleados con ratones para dar cabida a las diferencias entre especies. Estos incluyen ya la presentación de la luz señal visual antes de la extensión de la palanca, la formación de varios días utilizando 30 ensayos / día y la incorporación de un castigo de tiempo de espera después de decisiones incorrectas. Although estas modificaciones hacen de este ensayo de menos susceptibles para su uso con retos farmacológicos, podría ser útil para evaluar la flexibilidad cognitiva en ratones genéticamente alterados (aunque no está claro si estas modificaciones serían preservar la sensibilidad de la corteza frontal de la tarea).
Por supuesto, también hay limitaciones a estas tareas. Algunas de estas limitaciones se derivan de la naturaleza automatizada de la tarea, mientras que otras están relacionadas con los parámetros de la tarea en sí. Con respecto a esto último, la tarea de desplazamiento de conjunto descrito aquí (así como la cruz-laberinto configuración cambio de tareas 26) utilizan un conjunto restringido de estímulos y respuestas. A diferencia de la tarea de excavación, en el que nuevos ejemplares (por ejemplo, aromas desconocidos o medios de excavación) pueden ser usados para construir nuevos conjuntos de atención en cada etapa 11,19, la tarea de desplazamiento de conjunto operante requiere necesariamente elegir entre dos estímulos que son familiares para el animales - ya sea la izquierda vs.luz blanca derecha o la izquierda vs. posición correcta. Esto significa que las tareas de configuración cambiante operantes y cross-laberinto implican conflicto respuesta, así como estrategia de cambio, aunque el concepto de cambio de estrategia de la propia a una nueva dimensión de estímulo que antes era irrelevante se conserva 20,23. En una nota relacionada, el set-shifting y reversión operante tareas que se describen aquí no permiten una tercera dimensión de estímulo, como en la tarea de excavación que puede incluir medios de excavación, el olor y la textura de 11,19. Sin embargo, no consideramos esto un defecto fatal, como la tarea de configuración cambiante operante todavía requiere el animal para suprimir la discriminación estrategia previamente relevante y asistir a una dimensión estímulo que antes era ignorado. Además, parece concebible que las modificaciones de los parámetros de los equipos y de la tarea podrían apoyar la adición de una tercera dimensión estímulo, como señales auditivas o de olor, aunque estas adiciones probablemente hacer el aprendizaje más difícil y menos AMEnable a un solo día las pruebas farmacológicas.
Por último, una limitación potencial de cualquier tarea basada en operante es la pérdida de información directa sobre el comportamiento de la rata - es decir, el experimentador ya no se observaba la rata. Creemos que las ventajas de la objetividad y la recopilación de datos de velocidad conferidos por la automatización más que compensar esta pérdida, y cámaras montadas en las cámaras operantes son una forma relativamente fácil de restaurar el acceso visual individual si se desea.
Hay una serie de pasos que se pueden tomar para maximizar el éxito utilizando estas tareas operantes. En primer lugar, la importancia del manejo de los animales antes del entrenamiento comienza no puede ser exagerada; como con cualquier tarea de comportamiento, animales bien manejados son más fáciles de trabajar, están menos estresados y tienden a producir menos datos variables. En segundo lugar, algunas pruebas piloto puede ser necesaria para determinar el mejor momento del día para llevar a cabo las pruebas; ponemos a prueba durante el ciclo de luz, y encontramos que performance es óptima cuando los animales se prueban cerca del final de este ciclo (por ejemplo, aproximadamente a las 4:00 pm para un ciclo de luz termina en 19:00). En tercer lugar, se debe tener cuidado para confirmar que el rendimiento estable se establece en cada etapa pre-entrenamiento antes de que un animal es avanzada para el siguiente paso. Por ejemplo, un rendimiento consistente y sólido en la etapa de formación palanca retráctil es un excelente predictor del rendimiento de dominio en la tarea de discriminación "set". En cuanto al equipamiento, a pesar de todos los pasos están automatizados, la intervención del experimentador sigue siendo necesario confirmar que todos los componentes están en buen estado de funcionamiento. Por ejemplo, una verificación de equipos se debe ejecutar al día (o más de una vez al día, si se están probando gran número de animales) para asegurarse de que todas las luces, palancas, y sistemas de entrega de recompensa están en funcionamiento. En particular, el mal funcionamiento de los sistemas de suministro de recompensa (en particular los dispensadores de pellets) pueden afectar drásticamente el rendimiento. Un número inusualmente alto de omisiones enun día determinado puede indicar un problema con el equipo entrega la recompensa, y por lo tanto la salida de datos se debe comprobar todos los días por un experimentador familiarizado con la tarea y los niveles de rendimiento esperados. En ausencia de un mal funcionamiento del equipo, un alto número de omisiones puede indicar otros problemas con la motivación o la salud animal. Si un animal está sano, la restricción de alimentos puede incrementarse a llevar al animal a un 80-85% del peso de la lactancia por un poco de tiempo hasta que el rendimiento se recupere.
Estas tareas establecidas cambiantes y de reversión se pueden utilizar en una variedad de paradigmas experimentales. Por ejemplo, los efectos de las manipulaciones tales como lesiones, tratamientos de desarrollo, manipulaciones de la dieta, tratamiento farmacológico a largo plazo, o modificaciones genéticas podrían ser investigados. Mientras que el efecto de un tratamiento en la etapa de puesta en desplazamiento o la reversión puede ser de interés primario, tenga en cuenta que, dado que tales tratamientos crónicos o permanentes necesariamente deben administrarse antes de training comienza, los efectos en múltiples etapas de rendimiento (en particular sobre la discriminación inicial o "set") también deben ser examinados 21. El uso de manipulaciones agudas, como los tratamientos farmacológicos o inactivaciones neuroanatómicas temporales, son particularmente adecuados para estas tareas. En tales casos, la adición de un tercer grupo (como se ilustra en la Figura 2) es útil; Así, el grupo experimental primario recibe la manipulación de interés en el día de cambio o inversión, mientras que un grupo de control recibe la manipulación en el día de la discriminación inicial o "set" para probar los efectos amplios sobre el aprendizaje, y un segundo grupo de control recibe no hay manipulaciones (o tratamientos simulados) en ambos días 20,22. Tenga en cuenta que para tales estudios de manipulación de agudos, es recomendable para que coincida con ratas para el rendimiento durante el aprendizaje del conjunto inicial y asignar al grupo experimental y (segundo) grupo de control en consecuencia. Este minimIZES la posibilidad de que las diferencias inducidas por el tratamiento en el rendimiento pueden ser confundidos por las variaciones individuales en la facilidad con que las ratas aprenden a discriminar entre estímulos. Además, si un experimento requiere prueba de múltiples cohortes durante semanas o meses, cada cohorte debe incluir los animales de todos los grupos experimentales. Por ejemplo, un estudio de probar los efectos de las manipulaciones farmacológicas agudas durante un cambio puede requerir 48 ratas en total y 3 grupos experimentales, probados en tres cohortes de 16 animales cada uno. En este caso, cada cohorte debe contener 5-6 ratas en cada grupo experimental. Idealmente, los análisis estadísticos deben incluir un factor que confirma que no hubo diferencias en el rendimiento a través de cada cohorte de ratas. Finalmente, estas tareas operantes pueden ser particularmente útiles para la aplicación de las técnicas de grabación en vivo, incluyendo microdiálisis, voltametría, y electrofisiología, debido a los componentes tales como el medio ambiente controlado, el momento preciso de Present estímuloiones y respuestas, y los movimientos restringidos de los animales que no están disponibles o práctica en el laberinto cruz o tareas de excavación.
Disclosures
Publicación y el acceso libre a este manuscrito con el apoyo de Med Associates, Inc.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Behavioral Chamber Package with Retractable Levers | Med Associates, Inc. | MED-008-B2 | Required components include two retractable levers, two stimulus lights, houselight, and reinforcement delivery system |
| MED-PC software | Med Associates, Inc. | SOF-735 | |
| MPC2XL software | Med Associates, Inc. | SOF-731 | Data transfer utility for importing raw data into Excel format |
| Dustless precision pellets, 45 mg, sugar | Bio-Serv | F0042 |
References
- Floresco, S. B., Zhang, Y., Enomoto, T. Neural circuits subserving behavioral flexibility and their relevance to schizophrenia. Behav Brain Res. 204, 396-409 (2009).
- McKirdy, J., et al. Set shifting and reversal learning in patients with bipolar disorder or schizophrenia. Psychological medicine. 39, 1289-1293 (2009).
- Leeson, V. C., et al. Discrimination learning, reversal, and set-shifting in first-episode schizophrenia: stability over six years and specific associations with medication type and disorganization syndrome. Biol Psychiatry. 66, 586-593 (2009).
- Sullivan, E. V., Rosenbloom, M. J., Pfefferbaum, A. Pattern of motor and cognitive deficits in detoxified alcoholic men. Alcoholism, clinical and experimental research. 24, 611-621 (2000).
- Snyder, H. R. Major depressive disorder is associated with broad impairments on neuropsychological measures of executive function: a meta-analysis and review. Psychological bulletin. 139, 81-132 (2013).
- Cumming, T. B., Marshall, R. S., Lazar, R. M. Stroke, cognitive deficits, and rehabilitation: still an incomplete picture. International journal of stroke : official journal of the International Stroke Society. 8, 38-45 (2013).
- Weintraub, S., Wicklund, A. H., Salmon, D. P. The neuropsychological profile of Alzheimer disease. Cold Spring Harbor perspectives in medicine. 2, a006171 (2012).
- Lie, C. H., Specht, K., Marshall, J. C., Fink, G. R. Using fMRI to decompose the neural processes underlying the Wisconsin Card Sorting Test. NeuroImage. 30, 1038-1049 (2006).
- Smith, A. B., Taylor, E., Brammer, M., Rubia, K. Neural correlates of switching set as measured in fast, event-related functional magnetic resonance imaging. Human brain mapping. 21, 247-256 (2004).
- Fellows, L. K., Farah, M. J. Ventromedial frontal cortex mediates affective shifting in humans: evidence from a reversal learning paradigm. Brain. 126, 1830-1837 (2003).
- Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set shifting in the rat. Journal of Neuroscience. 20, 4320-4324 (2000).
- Bissonette, G. B., et al. Double dissociation of the effects of medial and orbital prefrontal cortical lesions on attentional and affective shifts in mice. J Neurosci. 28, 11124-11130 (2008).
- Ragozzino, M. E., Detrick, S., Kesner, R. P. Involvement of the prelimbic-infralimbic areas of the rodent prefrontal cortex in behavioral flexibility for place and response learning. Journal of Neuroscience. 19, 4585-4594 (1999).
- Floresco, S. B., Magyar, O., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Tse, M. T. Multiple dopamine receptor subtypes in the medial prefrontal cortex of the rat regulate set-shifting. Neuropsychopharmacology. 31, 297-309 (2006).
- Mackintosh, N. J., Holgate, V. Serial reversal training and nonreversal shift learning. Journal of comparative and physiological psyhology. 67, 89-93 (1969).
- Floresco, S. B., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Magyar, O. Dissociable roles for the nucleus accumbens core and shell in regulating set shifting. Journal of Neuroscience. 26, 2449-2457 (2006).
- Block, A. E., Dhanji, H., Thompson-Tardif, S. F., Floresco, S. B. Thalamic-prefrontal cortical-ventral striatal circuitry mediates dissociable components of strategy set shifting. Cereb Cortex. 17, 1625-1636 (2007).
- Stefani, M. R., Moghaddam, B. Systemic and prefrontal cortical NMDA receptor blockade differentially affect discrimination learning and set-shift ability in rats. Behav.Neurosci. 119, 420-428 (2005).
- McAlonan, K., Brown, V. J. Orbital prefrontal cortex mediates reversal learning and not attentional set shifting in the rat. Behav. Brain Res. 146, 97-103 (2003).
- Floresco, S. B., Block, A. E., Tse, M. T. Inactivation of the medial prefrontal cortex of the rat impairs strategy set-shifting, but not reversal learning, using a novel, automated procedure. Behav Brain Res. 190, 85-96 (2008).
- Placek, K., Dippel, W. C., Jones, S., Brady, A. M. Impairments in set-shifting but not reversal learning in the neonatal ventral hippocampal lesion model of schizophrenia: Further evidence for medial prefrontal deficits. Behav Brain Res. 256C, 405-413 (2013).
- Enomoto, T., Tse, M. T., Floresco, S. B. Reducing prefrontal gamma-aminobutyric acid activity induces cognitive, behavioral, and dopaminergic abnormalities that resemble schizophrenia. Biol Psychiatry. 69, 432-441 (2011).
- Haluk, D. M., Floresco, S. B. Ventral striatal dopamine modulation of different forms of behavioral flexibility. Neuropsychopharmacology. 34, 2041-2052 (2009).
- Sorge, R. E., et al. Olfactory exposure to males, including men, causes stress and related analgesia in rodents. Nature methods. 11, 629-632 (2014).
- Trantham-Davidson, H., et al. Chronic alcohol disrupts dopamine receptor activity and the cognitive function of the medial prefrontal cortex. J Neurosci. 34, 3706-3718 (2014).
- Ghods-Sharifi, S., Haluk, D. M., Floresco, S. B. Differential effects of inactivation of the orbitofrontal cortex on strategy set-shifting and reversal learning. Neurobiol Learn Mem. 89, 567-573 (2008).
- Boulougouris, V., Dalley, J. W., Robbins, T. W. Effects of orbitofrontal, infralimbic and prelimbic cortical lesions on serial spatial reversal learning in the rat. Behav Brain Res. 179, 219-228 (2007).
- Tseng, K. Y., Chambers, R. A., Lipska, B. K. The neonatal ventral hippocampal lesion as a heuristic neurodevelopmental model of schizophrenia. Behavioral Brain Research. 204, 295-305 (2009).
- Brady, A. M. Neonatal ventral hippocampal lesions disrupt set-shifting ability in adult rats. Behav Brain Res. 205, 294-298 (2009).
- Brady, A. M., Saul, R. D., Wiest, M. K. Selective deficits in spatial working memory in the neonatal ventral hippocampal lesion rat model of schizophrenia. Neuropharmacology. 59, 605-611 (2010).
- Ortega, L. A., Tracy, B. A., Gould, T. J., Parikh, V. Effects of chronic low- and high-dose nicotine on cognitive flexibility in C57BL/6J mice. Behav Brain Res. 238, 134-145 (2013).
