De knaagdieren Psychomotorische Waakzaamheid Test (rPVT): Een methode voor het beoordelen van Neurobehavioral bij ratten en muizen

Summary

Een rat versie van het menselijk Psychomotorische Waakzaamheid Test (PVT) wordt beschreven dat de aspecten van de aandacht vergelijkbaar met die gemeten met de menselijke PVT, met inbegrip van aspecten van de menselijke waakzaamheid zoals nauwkeurigheid prestaties, snelheid van de motor, voorbarig reageren, en vervalt in de aandacht meet.

Abstract

De menselijke Psychomotorische waakzaamheid Test (PVT) is een veel gebruikte werkwijze voor het meten van veranderingen in vermoeidheid en volgehouden aandacht. Het onderhavige artikel beschrijft een knaagdier versie van de PVT aangeduid als de "rPVT" -dat meet vergelijkbare aspecten van de aandacht (dat wil zeggen, nauwkeurigheid prestaties, snelheid van de motor, voorbarig reageren, en vervalt in aandacht). De gegevens worden gepresenteerd dat zowel de korte als de lange termijn nut van het rPVT demonstreren indien toegepast met laboratoriumratten. Ratten gemakkelijk leren de rPVT, en het leren van de fundamentele procedure uit te voeren duurt minder dan twee weken van de opleiding. Eenmaal verworven, rat optredens in de rPVT vertonen een hoge mate van overeenkomst met dezelfde prestatie-indicatoren in het menselijk PVT, met inbegrip van overeenkomsten in, vervalt in de aandacht, reactietijden, waakzaamheid verlaagt tegenover sessie tijd (dat wil zeggen, de menselijke 'time-on- task "effecten), en de respons-stimulus interval (RSI) effect beschreven voor de mens. Dus de rPVT kan een zeer waardevol instrument voor de beoordeling van de effecten van een groot aantal variabelen op volgehouden aandacht vrij gelijkaardig aan de menselijke PVT optredens, en kan dus nuttig zijn voor de ontwikkeling van nieuwe behandelingen voor neurogedragsontwikkeling disfuncties zijn.

Introduction

De menselijke psychomotorische waakzaamheid proef (PVT) is een veel gebruikte en goed gevalideerde meetgereedschap waakzaamheid en voortdurende aandacht in mensen en oorspronkelijk ontwikkeld door Dinges et al. ^1-3 voor de beoordeling van de stabiliteit in reactietijden en aandacht (bijvoorbeeld fouten vlak door vroegtijdige reacties en vervalt in aandacht), zowel in sessies als geheel en in de tijd in afzonderlijke sessies. Over de jaren is de menselijke PVT gewijzigd en aangepast ^4-11 temporele veranderingen in verschillende aspecten verder volgen, en is aangetoond gevoelig voor slaapgebrek en vermoeidheid te zijn, en wordt beïnvloed door drugsgebruik en leeftijd van de patiënten ^{12 , 13.} De PVT is een schijnbaar eenvoudige procedure waarbij een patiënt wordt kort een scherm als na 2 een stimulus (kenmerkend een aantal LED-display) verschijnt willekeurig in de tijd, meestal - 10 s. In de menselijke versie wordt de nummerweergave hoger is ms en gestopt wanneer tHij scherm wordt aangeraakt, hetgeen wijst op het onderwerp reactietijd (RT). Afname van waakzaamheid zijn aangeduid met 1) vertraagde reactietijden, 2) een verhoging van vervalt (genaamd "onjuiste nalatigheid" in de menselijke literatuur en meestal gedefinieerd als RTs die> 500 ms lang) zijn, en 3) een verhoging van premature reageert (aangeduid als "fouten van de commissie" of "valse start" in het menselijk literatuur). Andere maatregelen kunnen ook worden verkregen met de PVT voor de behandeling van variabelen zoals geslacht en leeftijd verschillen; een herziening van deze maatregelen, zie Basner en Dinges ^4. Ten slotte heeft de PVT toegepast in de algemene ruimte van de menselijke risicobeoordeling, en is met succes gebruikt in het kader van een breed scala van operationele gebieden die het leger, de luchtvaart en de spoorwegindustrie, first responders, en extreme omgevingen zoals NASA Extreme Milieu missies omvatten Operations (NEEMO), de internationale Mars500 Project ^14, en op de internationale Space Station (ISS). Op het ISS, is de PVT de "Reaction Self-Test" genoemd en wordt gebruikt om astronauten met geïndividualiseerde-vermoeidheidsgerelateerde feedback te geven (bijvoorbeeld veranderingen in de RT's of vervalt in aandacht).

De menselijke PVT is in gebruik voor decennia, net als knaagdieren versies van eenvoudige reactietijd taken (die enigszins vergelijkbaar zijn). Het is pas onlangs echter dat een rechtstreekse knaagdier tegenhanger van de menselijke PVT is gerapporteerd in de literatuur. Christie en collega's beschreven een versie van het menselijke PVT voor ratten en gerapporteerde afname van waakzaamheid na slaaptekort ^15,16. Aanvullende recente studies hebben gemeld versies van de rPVT ^17-19. Deze rapporten hebben beschreven veranderingen in volgehouden aandacht na verscheidene slaaptekort technieken; evenwel zijn de gegevens van deze studies ook hoge concentraties van premature reageert (bijvoorbeeld in sommige gevallen meer dan 40% van het totale aantal Responses); zulke optredens zijn heel anders dan alle PVT optredens met de mens. Een dergelijk groot verschil in knaagdier versus humane voorstellingen zijn waarschijnlijk het gevolg van verschillen in de specifieke parameters die in de menselijke vs. knaagdier versies van de PVT; bijvoorbeeld de Christie et al. studie gebruik gemaakt van een willekeurig wisselend 3-7 s foreperiod, terwijl een mens PVT normaal gebruik van een 2-10 s foreperiod (hoewel zie Basner et al ⁵ voor een 3-minuten-versie van het menselijk PVT dat een 1 gebruikt -. 4 s foreperiod) . Het gebruik van relatief korte foreperiod waarden leidt vaak tot dieren "timing" hun antwoorden, en dus kan bevorderen, via toevallige versterking hoger aantal premature responsen, zoals gerapporteerd in de huidige knaagdieren rPVT studies.

De versie van de hier beschreven rPVT is gebaseerd op eerder gepubliceerde artikel ^20, en een gedetailleerde beschrijving van de technieken en procedures betrokken. Het verschiltvan eerder gepubliceerde versie van de rPVT op de volgende punten: 1) ratten werden getraind met variabele foreperiod waarden van 3-10 s, en 2) ratten snel reageren, aangezien slechts antwoorden binnen een korte reactietijd venster (ook aangeduid als een "beperkte hold ") volgende stimulus onset werden versterkt (1,5 s in de huidige studie, 3,0 s in de vorige gepubliceerde versies van de rPVT). Met deze wijzigingen alsmede korte onderbrekingen voor onjuiste reageren, geleid tot een grotere mate van controle stimulus, zoals blijkt uit sterke verbeteringen in nauwkeurigheid en verlaagde voortijdig reageren. Het voorliggende rapport beschrijft ook voorspelbare veranderingen in de prestaties variabelen (bv, vervalt in de aandacht, RT's), die parallel aan die bij de mens bij de behandeling van waakzaamheid verlaagt ^21, en bij het onderzoek van andere prestaties maatregelen, waaronder de mens "tijd op de taak" effect en het response- stimulusinterval (RSI) effect dat is waargenomen in de humane PVT

De definitieve versie van de hier beschreven rPVT begint door te draaien op een huis licht (zie figuur 1). Na een variabele interval (foreperiod) van 3-10 s verstreken, is de neus-poke sleutel verlicht maximaal 1,5 s. (Om een ​​gelijkmatige verdeling van foreperiods duur te verzekeren, worden waarden willekeurig gegenereerd zonder vervanging uit een lijst van 36 mogelijke waarden die variëren van 3 tot 10 s, in stappen van 200 ms.) Verlichting van de nosepoke sleutel het signaal voor een dier reageren en een reactie die optreedt tussen 150 tot 1500 ms na het aanzetten van licht wordt versterkt met een 45-mg pellet. Na een versterkte reactie, zowel de neus-poke key licht en het huis licht zijn uitgeschakeld en een 1 s inter-proces interval (ITI; huis licht uit) volgt. Neus-pokes op vóór het begin van licht te produceren een 8 s timeout (TO) uit de experimentele risico's die wordt gesignaleerd door het blussen van het huis licht. Als er geen reactie plaatsvinden binnen de 1,5 s resPonse raam, zowel de nosepoke licht en huis licht zijn uitgeschakeld, en een 1 s ITI volgt. De volgende geplande foreperiod waarde voor de volgende proef begint, nadat de 1 s ITI of 8 s TO, afhankelijk van wat zich tijdens de voorafgaande proef. Sessies worden dagelijks uitgevoerd (5 dagen / week), gewoonlijk bestaan ​​uit ongeveer 200 beproevingen en sluit na 30 min. Dit resulteert met elke proef met een duur van ongeveer 7,5 s, gemiddeld.

Vormgeven stabiele basislijn prestaties op de rPVT wordt bereikt door 1) aanvankelijk het aanpassen van een rat te eten pellets te nemen uit het voedsel lade in de kamer, 2) met de hand vormgeven van een rat om te reageren op een neus poke-toets door het versterken van opeenvolgende benaderingen naar de finale neus poke respons, en 3) het uitvoeren van dagelijkse sessies waar de parameters van de rPVT procedure (dwz foreperiod, ITI, TO, en key-verlichting keer) worden geleidelijk aangepast over een sessie, afhankelijk van hoe goed elke rat presteert tijdens elke sessie (hierna in detail beschreven).

Protocol

Laboratory Animal Care was volgens Public Health Service (PHS) Beleid inzake de Humane zorg en het gebruik van proefdieren. Alle procedures werden uitgevoerd in strikte overeenstemming met de aanbevelingen in de Gids voor de Zorg en gebruik van proefdieren van de National Institutes of Health uitgevoerd. De Institutional Animal Care en gebruik Comite van de Johns Hopkins University keurde het protocol en alle procedures. Johns Hopkins onderhoudt ook de erkenning van hun programma door de Vereniging voor de evaluatie en accreditatie van Laboratory Animal Care (AAALAC).

1. Dieren

1. Gebruik volwassen mannelijke Long Evans ratten (ongeveer 10 - 12 weken oud bij het begin van gedragstraining), hoewel andere stammen zijn geschikt, waaronder inteelt ratten.
2. Bij aankomst in de kolonie, behoeft huis ratten afzonderlijk in kooien goedgekeurd en kamers, vanwege de voedselrestrictie hieronder beschreven. Acclimatiseren dieren naar de woonsituatie en het hanteren van een aantal days vóór het begin van het voedsel beperking procedure (ongeveer 7 dagen).
3. Zorg voor rat chow ad libitum voor 1-2 weken, zodat ratten naar een "free-feeding" gewicht te bereiken. Eenmaal op dit gewicht, beperken voedseltoegang gewichten ratten verminderen gedurende 1-2 weken, tot 85 - 90% van de vrije feeding gewicht. Handhaaf dieren bij 85-90% van hun vrije geeft gewichten tijdens gedragstraining en testen. Begin met 15-18 gram voedsel per dag en past dit bedrag op basis van het al dan niet met een snelheid handhaaft haar streefgewicht.
   LET OP: Food beperking vereist normaal gesproken goedkeuring van iemands institutionele ACUC of andere regelgevende instantie voor het begin van de beperking.
4. Weeg dieren dagelijks en registreer het gewicht van het gewicht platen. Zorgen weging wordt uitgevoerd op hetzelfde moment en op dezelfde schaal elke dag voor het begin van elke gedragstraining of voeding.
   OPMERKING: Alleen start vooropleiding (zie hieronder), wanneer de dierenbereikte hun doel gewichten. Deze praktijk zorgt voor onmiddellijke correcties om voedsel bedragen voor dieren die ofwel onder of boven hun doel gewichten. Het biedt ook een werkwijze om te bepalen of ratten handhaven gewichten in 24-uur intervallen. Vermijd ook een gewicht van ratten op verschillende tijdstippen van de dag; het zal leiden tot dramatische verschillen in gewicht, verkeerde voeding en slechte gedrags-optredens.
5. Bieden vers water kunnen in de kooi door het gebruik van glas of plastic flessen met rubberstop tops en sipper buizen.
6. Wanneer sessies niet worden uitgevoerd (bijvoorbeeld, weekends, feestdagen), voeden de ratten hun normale toewijzing van de rat chow om gewicht stabiel te houden. Weeg ratten te bepalen of meer voedsel nodig is om gewicht te blijven in deze tijden.

2. Apparatuur en Software

1. Gebruik standaard modulaire operante kamers uitgerust met een neus poke-toets, een huis licht, en een pellet dispenser (dat wil zeggen, feeder).
2. Plaats de modulaire neus poke-toets aan weerszijden van het centraal gelegen pellet dispenser; zorgen dat deze plaatsing consequent andere operante kamers en in studies blijft. Hier, de neus poke sleutel is aan de linkerkant van de pellet dispenser.
3. Plaats de modulaire huis licht hoog op de achterwand van de kamer, zodat het niet interfereert met andere gedragingen.
4. Gebruik rat eten pellets (bijvoorbeeld Noyes 45 mg pellets of dergelijke) voor de wapening. De feeder-model bepaalt voedsel pellet grootte, maar de meeste rat feeders te gebruiken 45-mg food pellets (muis feeders gebruiken meestal 20 mg voedsel pellets). Gebruik standaard chow pellets, maar ook andere pellets kunnen worden gekocht (bijvoorbeeld sucrose) voor verschillende experimentele manipulaties.
5. Controle stimulus presentaties, neus poke reactie inputs, versterking levering, en het verzamelen van gegevens via een interface verbonden met een computer. Neem contact op met de auteurs voor specifieke informatie met betrekking tot gedrags-programma's geschreven meteen programmeertaal specifiek ontworpen voor gedragsverandering testen (zie tabel van materialen en reagentia).
   LET OP: Het is belangrijk om onafhankelijke en afhankelijke variabelen op een trial-by-proef, met inbegrip van dieren 'reactie types (bv juiste antwoorden, voorbarige reacties, mist), de respons latency, en het aantal studies gepresenteerd op te nemen. Bij verschillende stammen, geslachten of soorten, kunnen deze variabelen gemakkelijk worden gewijzigd training maximaliseren bijna elk type knaagdieren.

3. vooropleiding

1. Wijs elk dier een operant kamer waar het elke dag worden getest, en op ongeveer hetzelfde tijdstip, gedurende het experiment.
2. Weeg de rat en plaats deze in zijn specifieke operante kamer met voedsel pellets in de pellet dispenser. Place 10-20 voedsel pellets in het bakje voor de rat te eten.
3. Voor de vooropleiding, stelt u de volgende parameters te lage, vaste waarden:foreperiod value = 2 s, timeout value = 2 s, beperkte hold = 10 s.
4. Start de computer programma om de presentatie van het huis licht, nosepoke toetsverlichting, en automatische levering voedsel pellet te controleren.
   Opmerking: Het beste is om de gedrags programma op een niveau waarmee frequente geraamte voor de meeste reacties door het dier, zodat de bemoeien toets verlicht een relatief lange tijdsduur (bv, 10 s) . Dit vergroot de kans dat de rat de sleutel zal steken terwijl deze brandt, waardoor de levering van een voedingsmiddel reinforcer door het computerprogramma.
5. Zodra de rat eindigt het voedsel pellets, start het proces vormgeven door het versterken van de rat als het het voedsel houder of de neus poke-toets benadert. Hier handmatig elke rat, waardoor een experimentator kijkt gedrag van de rat (door het verlaten van de geluiddempende kast deuren geopend) en levert pellets uit de feeder sizezo snel mogelijk na de rat geeft het gewenste gedrag. Leveren pellets van een knop op het voeder zelf, door een handbediende schakelaar die is aangesloten op de aanvoer of via de software gebruikt om de gedrags onvoorziene regelen door op de betreffende uitgang van de interface.
6. Volgens de methode van het vormen van opeenvolgende benaderingen, te eten bekrachtiger voor gedragsveranderingen die achtereenvolgende benaderingen om de uiteindelijk gewenste gedrag ²³ zijn. Bijvoorbeeld, zodra de rat betrouwbaar binnenhalen voedsel pellets uit het voer-opvanggedeelte, start versterkende enige beweging naar of rond de neus zak sleutel en niet meer versterking zal gaan voer-opvanggedeelte. Hier, vorm ratten naar links na ophalen voedselpellet, aangezien de bemoeien toets bevindt zich links van het voer-opvanggedeelte in de operante kamers.
   OPMERKING: Hoewel de onderzoeker is het leveren van voedsel bekrachtigers tijdens het begin van pretraining, het computerprogramma loopt nog steeds en het regelen van het huis licht, nosepoke toets en feeder. Als een rat steekt de sleutel, zal het computerprogramma automatisch versterken. -Experimentator versterkte gedragingen zijn alleen degenen leidt de rat naar de verlichte toets porren, zoals snuiven de toets of er omheen, het verplaatsen van de kop in de buurt van de toets of naar toe, enz.
7. Bepaal de hoeveelheid voedsel die tijdens de vooropleiding sessie door het tellen van het aantal pellets handmatig geleverd plus eventuele pellets automatisch door de computer software geleverd (dwz pellets bezorgd omdat de rat prikte de verlichte toets). Vermenigvuldig dit getal met 0,045 g om te bepalen totale voedselketen verdiend (bijvoorbeeld 30 pellets x 0,045 g = 1,35 g).
8. Verwijder de rat en plaats het terug in zijn kooi. Aftrekken, met de hand, de hoeveelheid voedsel verdiende (zie 3.7) in de gedrags-sessie uit de rat dagelijks voedsel toewijzing. Voer de rest van het voedsel toewijzing aan de rat nade gedrags-training. Voeden met een minimum van 30 minuten na het sluiten van de gedrags-sessie onmiddellijk na-productieve sessies voorkomen kooi voedsel versterking.
9. Reinig de operante kamer dagelijks met een zachte ontsmettingsmiddel (bijvoorbeeld zeep en water). Gebruik 70% EtOH spaarzaam, gezien het feit dat zij de operante kamers kunnen beschadigen. Controleer de neus poke sleutel dagelijks in om goede conditie en schoon te houden met een desinfecterend middel als dat nodig is, aangezien een sleutel die steekt of wordt opgesloten in de plaats zullen de prestaties van een dier te verstoren als ze niet snel gerepareerd.
10. Vorm elke rat op deze wijze totdat de rat stoot 40-50 correct-computer versterkt (niet met de hand of met experimentator gewapend) reacties op de verlichte toets haalt elk voedsel pellet, en keert terug naar en steekt de neus poke-toets zonder verdere vormgeving. Gewoonlijk ratten hebben ongeveer 2-3 30-minuten sessies deze criteria bereikt (zie figuur 2).
    NOTITIE:Handmatige levering van voedsel pellets is niet nodig nadat de rat is betrouwbaar porren de sleutel en het ontvangen van voedsel versterking van het computerprogramma opgeleverd.

4. rPVT Training

1. Eenmaal gevormd, start de rat op een vaste, relatief kort foreperiod interval en om waarde (bijvoorbeeld 2 s) op de volgende 30-min-sessie totdat de rat 8 van de 10 correcte proeven voltooid. Voor elk van deze proeven bij de training, verlichten de bemoeien sleutel voor een periode lang genoeg voor een rat beantwoord maken. Hier houden de sleutel verlicht 9 seconden; deze reactie venster wordt ook wel de beperkte greep (LH).
2. Gebruik een relatief korte time-out (TO, bijvoorbeeld, 2 s) als een straf voor voorbarige reacties, of door te reageren voorafgaand aan de verlichting van de neus poke-toets. Tijdens de TO, ratten hebben geen gelegenheid om voedsel te verdienen. Hier, het OM en de foreperiod waarde zijn dezelfde duur tijdens deze trainingen en veranderingen in hetzelfde tempo.
(dat wil zeggen, tot 2,1), terwijl het verkorten van de LH met 0,1 s (dat wil zeggen, tot 8,9). Het beste is om een ​​computerprogramma dat automatisch deze aanpassingen kunnen maken tijdens een sessie te gebruiken.
LET OP: Bij het trainen van muizen op de rPVT, een langere ITI in dienst is sinds muizen meer tijd om voedsel pellets consumeren vereisen. Hier, gebruik dan een 30 s ITI voor de opleiding en het testen van mannelijke C57BL / 6J. Bovendien, aangezien een muis ~ 20 g kan wegen, zal aanzienlijk minder pellets verbruikt tijdens een sessie. Daarom verkorten een typische sessie van het hebben van het einde toen een maximum van 50 pellets worden verdiend; het criterium voor het verhogen van de foreperiod en TO wordt ook veranderd te zijn 4 van de 5 juiste processen voor het verhogen van de foreperiod en TO met 0,1 s.
3. Zodra de 30 min sessie voorbij is, nemen de laatste foreperiod de rat bereikt tijdens de training (bijvoorbeeld 4,2 s), zowel in alspreadsheet of met de hand op een data sheet, en de hoeveelheid voedsel verdiend, die wordt berekend door het aantal juiste trials keer vermenigvuldigen 0,045 g (bijvoorbeeld 100 correcte trials x 0,045 g = 4,5 g). Trek dit voedsel bedrag uit de dagelijkse toewijzing van de rat en voed de rat de overgebleven voedsel in de kooi.
   OPMERKING: De dagelijkse data bestanden op te nemen de laatste foreperiod bereikt door elke rat. De berekening van de hoeveelheid voedsel verdiend in de vergadering vast kan automatisch worden uitgevoerd door het computerprogramma of met de hand met de bovenstaande formule. Eten verdiend wordt afgetrokken met de hand uit elke rat is de dagelijkse voeding toewijzing.
4. Op de volgende dag, beginnen de 30 min trainingssessie met foreperiod die 300 ms lager dan de waarde van de rat eindigde in de vorige sessie. Als bijvoorbeeld de rat eindigde op 4,2 s, sessie vanaf 3,9 s. Ga door het verhogen van de foreperiod met 0,1 s als de rat 8 van de 10 correct proeven voltooid bij elke foreperiod, until ratten komen tot een foreperiod van 10 s. Zo zullen ratten alle mogelijke foreperiods ervaren.
   OPMERKING: Wanneer ratten een foreperiod van 9,7 te bereiken - 10 s, het OM blijft op 8 s en de LH is 1,5 s.
5. Aan het einde van elke sessie, controleer de rat dagelijkse prestaties tijdens deze periode door het onderzoeken van het percentage juiste onderzoeken premature proeven en mist. Ratten meestal onderhouden van een gemiddelde van 40 - 90% juiste antwoorden tijdens deze trainingen, met het gemiddelde percentage juiste toenemende gestaag over training. Hier, de uitvoer van de dagelijkse gegevens voor elke rat naar een spreadsheet dat deze percentages berekend met het oog op de dagelijkse sessie prestaties bij te houden.
6. Zodra de rat een foreperiod van 10 s bereikt, start de eerstvolgende 30 minuten sessie met de gepresenteerde op willekeurige tijdstippen foreperiods, te beginnen met foreperiods tussen 7-10 s. Zorg ervoor dat de TO en LH blijven op 8 en 1,5 s, respectievelijk. Hier, het computerprogramma besturen van de behavioral voorwaardelijke schakelt automatisch over van de presentatie van oplopende foreperiods variabele foreperiods eenmaal per rat de 8 van de 10 criterium bij de 10 s foreperiod bereikt.
7. Zodra de rat blijft ten minste 70% correct met willekeurig gepresenteerd foreperiods tussen 7-10 sec, verandert het programma om foreperiods op willekeurige tijdstippen te presenteren, te beginnen met foreperiods tussen 5-10 s. Onderzoek elke rat dagelijkse prestaties in deze tijd, omdat deze verandering vaak gebeurt in een sessie.
8. Na de rat onderhoudt 70% correct is, wijzigt u het programma opnieuw om het volledige scala van foreperiods presenteren (3-10 s) op willekeurige tijdstippen tijdens de 30 minuten sessie. Op een wijze vergelijkbaar met 4,8, onderzoekt elke rat dagelijkse prestaties tijdens is vanwege deze verandering vaak gebeurt in een sessie.
   OPMERKING: De computer software regelen van de behavioral onvoorziene automatisch maakt deze wijzigingen op basis van de prestaties van elke rat (bv 4,7-4,9).Belangrijk is alleen de verandering van 4,9 bij een rat slagingspercentage hoog (> 70% correct), aangezien ratten dikwijls de strategie goedkeuren reageren willekeurig in de tijd, in plaats van correct te wachten en aanwezig op de stimulus. Als een rat succes rat laag is, herhaal 4,7-4,9.
9. Voor de Acquisitie Criteria, bepalen de basislijn prestaties zo stabiel wanneer, op 4 van de 5 dagelijkse sessies binnen een week, ratten percentage juiste antwoorden is 75% of meer tijdens een sessie en het percentage voortijdige reacties is minder dan 30%.

5. Data-analyse voor Basic Response Maatregelen

1. Gedragsproblemen optredens tijdens overname te beoordelen, gebruiken herhaalde maatregelen ANOVA, met de herhaalde factor van ofwel Session, Tijd op Taak Value of Foreperiod Waar voor elke hieronder beschreven prestaties te meten.
   LET OP: Hier, de studies gebruik maken van zowel within- en tussen-subjects designs, waar we alle dieren te vergelijken met hun own basislijnen na een experimentele conditie en vergelijk proefdieren voor dieren volgens dezelfde manipulatie te controleren. Wanneer de stabiele behavioral basislijnen worden gerealiseerd, zal het gebruik van binnen-onderwerpt ontwerpen van het aantal ratten nodig te beperken.
2. Definieer voortijdige reacties als reacties voorafgaand aan het begin van de belangrijkste licht of binnen de eerste 150 ms van de belangrijkste licht wezen op.
3. Definieer juiste antwoorden als reactie na de toets gaat branden, met een minimale vertraging van meer dan 150 ms en een maximale latentie van de reactie venster lengte; hier, 1500 ms.
4. Definieer mist (of nalaten) als proeven met waarvoor niet beantwoord maken.
5. Definieer reactietijden als de verstreken tijd (in ms) van het begin van licht tot depressie van de neus poke-toets; ook wel reactietijd (RT).
6. Definieer totale onderzoeken als het aantal voortijdige reacties plus juiste antwoorden plus mist.
   LET OP: In de menselijke PVT performances, premature resplassen en vervalt in de aandacht kan vrij zeldzaam, en onderzoekers rapporteren meestal alleen de feitelijke rauwe frequenties van deze maatregelen. Dit is echter niet het geval voorstellingen ratten. Om vergelijking mogelijk te maken tussen verschillende versies van de rPVT in de literatuur worden prestatiemaatstaven ratten hier voorgesteld als een percentage van de totale tests. Het gebruik van een computerprogramma dat kan opnemen en labelen elk van deze items op een trial-by-proces basis voor verdere analyse heeft de voorkeur, omdat ratten meer dan 200 onderzoeken per 30 min sessie zal voltooien en zal vaak voldoen aan de criteria om te verhuizen naar een andere stap in de opleiding procedure binnen een sessie.

6. Extra Computed Prestatiemaatstaven

1. Voor een 30 min gedrags sessie definiëren vervalt correcte antwoorden waarbij de RT was groter dan tweemaal de gemiddelde reactietijd voor elke sessie rat (gedaan na een sessie); ook miste proeven in de vervallen berekening.
   NEETE: In het menselijk PVT, worden vervalt doorgaans gedefinieerd als reactietijden (RT)> 500 ms ^4. Knaagdieren, het beste post-hoc vergelijkingen uitgevoerd dat een gemiddelde RT elke rat - verworven van de trial-by-proef analyse hierboven beschreven - in plaats van deze te vergelijken met een drempelwaarde, vanwege de variabiliteit in RT individueel ratten. Deze methode is vergelijkbaar met vervalt in andere gepubliceerde versie van de rPVT ^15,16. Hier en in andere gepubliceerde versies, vervalt ook omvatten miste trials (vervalt = reacties met RTs> tweemaal de gemiddelde RT voor een sessie, plus misses), omdat gemist proeven in het menselijk PVT worden opgenomen als vervalt, als goed.
2. Bepaal het geschatte percentage vals alarm door het percentage van voortijdige reacties die optreden tijdens de eigenlijke 3-10 s interval wanneer een stimulans kan zijn verschenen.
   OPMERKING: Deze maatregel maakt gebruik van een subset van voortijdige reacties die alleen voorkomen in een tijd dat de stimulus kunnen optreden,dat wil zeggen, premature reacties die plaatsvinden binnen de 3-10 s foreperiod venster. Deze maatregel omvat geen voorbarige reacties voorafgaand aan de 3 komt omdat de stimulus licht nooit gedurende die tijd zou worden verlicht. Hier wordt deze subgroep van voortijdige reacties automatisch gesorteerd Uit voortijdige reacties in een spreadsheet computerprogramma.

Representative Results

Baseline Rat rPVT Performances

Met de parameters hier beschreven, 86,7% van de 122 mannelijke ratten bereikte de finale rPVT parameters binnen een gemiddelde van 9,0 (SD = 10,13; n = 122)-computer geautomatiseerde trainingssessies (in 4.1 beschreven - 4,9 rPVT Training, in onze ervaring, slechts ongeveer 2% van de ratten zullen de rPVT niet te verwerven). Met behulp van de huidige methodiek, ratten gemiddeld 73,4% correct reageert, 18,6% vervalt in de aandacht, en 10,6% voortijdige reageren tijdens hun eerste volledige sessie onder de standaard prestaties parameters van de rPVT; bedoel reactietijden gemiddeld 527 ms (zie figuur 3). Door de 4 ^e volledige sessie, correct reageren, gestabiliseerd en daarna toonde geen significante veranderingen. Gegevens van onze gepubliceerde artikel ²⁰ aangegeven dat als de dieren bereiken een hoger dan gemiddelde d 'indexwaarde tijdens de eerste normale Session, they ook de basislijn prestatiecriteria te bereiken sneller (gemiddeld # sessies om basiscriteria = 8,7 vs. 10,0, te bereiken zoals bepaald door de gemiddelde split t-test analyses; p = 0,009). Nadat dus 4 sessies op de uiteindelijke parameters (zie 4.9), performances ratten aanzienlijk tot boven de 75% correct reageert criterium en bleef op dit niveau gedurende 80 opeenvolgende sessies (ongeveer 16 weken; zie figuur 3). Een soortgelijke trend werd ook waargenomen voor d 'waarden. Zo vooropleiding en rPVT training nodig ongeveer 12 dagen, met ongeveer 4 extra sessies om een stabiele basislijn prestaties te bereiken met de overname criteria van> 75% correct reageert en <30% voortijdige reageert (dat wil zeggen, vals alarm te reageren) te handhaven.

Frequentie verdelingen van reactietijden voor mannelijke en vrouwelijke ratten zijn gemakkelijk te verwerven uit de rPVT data (Figure 5). We verworven deze distributies van n = 92 mannelijke en n = 5 vrouwelijke ratten en vergeleken hen met reactietijd uitkeringen voor volwassen mannen en vrouwen het uitvoeren van de PVT. Frequentie distributies voor ratten tonen de verwachte sterke stijging van de reactietijden bij de lagere waarden met een langere staart naar rechts bij de hogere waarden.

Tijd op Taak en de Waakzaamheid Decrement

De term "waakzaamheid" is gedefinieerd als het vermogen van een patiënt om zijn aandacht te behouden en alert op stimuli gedurende lange perioden ²⁴ blijven; decrements in waakzaamheid worden meestal waargenomen naarmate de tijd verstrijkt bij de uitvoering van een aandacht-gerelateerde taak. In het menselijk PVT, worden verlaagt in waakzaamheid geëvalueerd via veranderingen in de gemiddelde snelheid (dat wil zeggen, 1 / RT) na verloop van tijd het uitvoeren van de taak (bijvoorbeeld, aan de overkant van opeenvolgende tijdsintervallen binnen elke PVT sessie). EENsoortgelijke maatregel kan worden verkregen van de rPVT gegevens waarbij reactiesnelheid (dat wil zeggen, 1 / RT) wordt als functie van de tijd op de taak interval onderzocht wordt door het 30 min rPVT sessie in 5 bakken van 6 min: 1) 0-6 min, 2) 6,1-12 min, 3) 12,1-18 min, 4) 18,1-24 min, en 24,1-30 min en plotten van de meetgegevens van telkens bin (figuur 6). Zoals gezien in de humane PVT, responsiesnelheid ratten neemt met de tijd op taak, die een waakzaamheid decrement of een afname van de prestaties als de hoeveelheid tijd uitvoeren van de taak toeneemt (figuur 4) geeft. Elke rPVT prestaties te meten (bijvoorbeeld percentage veranderingen in de juiste reageert, voorbarig reageren, of vervalt) kan als functie van de tijd op de taak ²⁰ worden onderzocht.

Variabele Foreperiod Effect

Veranderingen in prestaties te beoordelen als functie van de individuele variabele foreperiod duur, elke prestaties te meten (bv, nauwkeurigheid, vervalt, RT's) wordt gemiddeld voor elke foreperiod; waardoor het percentage vervalt voor 4 s foreperiod zou bestaan ​​uit het gemiddelde aantal vervalt geboekt volgens foreperiod alle waarden tussen 3-4 s; Evenzo zou vervallen gegevens voor een 5 s foreperiod bestaan ​​uit het gemiddelde van het aantal geregistreerde vervalt na alle foreperiod waarden tussen 4,1-5 s, enzovoort. Dit dergelijke analyseresultaten in 7 foreperiod bakken (zie hieronder en figuur 7), met ongeveer 30 proeven optredende per bin in een normale zitting van 200 trials. In de menselijke PVT bijvoorbeeld Snel foreperiods (of korte reactie-stimulus intervallen genoemd RSI in de menselijke literatuur), RT's zijn langer en vervalt minder, terwijl langere tussenpozen RTs korter en valse starts frequenter ^22. Deze effecten blijken tijdsonafhankelijk een patiënt op taakuitvoering zijn en een andere werkwijze voor INVEstigating individuele PVT prestaties. Een herhaalde maatregelen ANOVA toonde een significant within-subjects main-effect van Foreperiod voor percentage juiste antwoorden [F (6,600) = 33,876, p <0.05], mediane RT [F (6,600) = 57,667, p <0,05], voorbarig reageren (of vals alarm) [F (6,600) = 139,776, p <0,05] en vervalt [F (6,600) = 9,814, p = 0,002]. Percentage correcte antwoorden werd laagste getal 10 s foreperiod prijs in vergelijking met alle andere foreperiods (alle p's <0,05). Median RT's waren langst bij de 4 s foreperiod waarde (alle p's <0,05) Premature reageren, was het laagst op de 4 s foreperiod waarde en de hoogste in de 10 s foreperiod waarde (alle p's <0,05), terwijl vervalt waren het grootst op de 4 s waarde en laagste getal 10 s foreperiod waarde (alle p's <0,05). Figuur 6 illustreert deze verschillen ratten uitvoeren van de rPVT, zodat optreden op de lagere waarden foreperiod trager en bevat een groter percentage vervalt, maar de foreperiod toeneemt, correct reageert afneemt terwijl RTs sneller en het percentage voortijdige reacties stijgt. Deze gegevens tonen een snelheid-accuratesse als onderwerp moet langer zijn voor de verlichting van de stimulus licht wachten.

Figuur 1. Schematische weergave van de rPVT Procedure. De fundamentele reactie maatregelen van de rPVT worden aangegeven door de pijlen met dozen en getrokken lijnen, en worden beschreven in de tekst onder "Basic maatregelen". Vals alarm zijn voortijdige reacties die alleen voorkomen in het grijs gearceerde gebied. Vervalt zijn correct studies met meer dan gemiddelde reactietijden plus mist. Zie "Extra Computed maatregelen" voor meer informatie; zie ook Davis et al. ²⁰ voor een gedetailleerd overzicht van deze prestatie-indicatoren. Dit cijfer verscheen oorspronkelijk in het Davis et al. ^20.ttp: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54629/54629fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2. Diagram van rPVT vooropleiding en opleiding Steps. De vooropleiding procedure vormt de neus poke reactie van-experimentator geleverde wapening die overschakelt naar-computer geleverde versterking zodra de ratten betrouwbaar porren de neus poke-toets. Ratten bewegen door de rPVT training stappen op basis van hun eigen individuele prestaties in elke sessie. Het hele proces van vooropleiding aan de laatste training fase duurt ongeveer 12 dagen. Eenmaal op stap 4.9, stabiele basislijn prestaties vereisen ongeveer een extra 4 sessies om procent correct onderhouden reageert meer dan 75% (zie Baseline rPVT Performances); totaal aantal dagen / sessies nodig zijn om de prestatiecriteria te bereiken is bij benaderingly 16 sessies. RFT = versterking. FP = foreperiods. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3. Baseline rPVT Optredens in Male Long Evans ratten. Getoond worden de percentages van de juiste antwoorden, vervalt in de aandacht, en voortijdige reageren over opeenvolgende sessies n = 122 ratten. Gegevens voor missers worden getoond ter vergelijking met het vervallen maatregel; meer dan de helft van de vervalt in aandacht daadwerkelijk gemist proeven, en de resterende gemiste proeven werden versterkt (dwz "correct") proeven maar ook studies waarin een subject reactietijd was tweemaal (of meer) gemiddelde RT de rat voor dat bepaalde sessie (dat wil zeggen, gedefinieerd als een vervallen in aandacht). Gegevens points getoond Session # 1 geven optredens tijdens de eerste volledige sessie voor elke rat presteren onder de uiteindelijke prestaties parameters. Op basis van de geschatte 200 correct proeven per sessie reeksen gemiddelde absolute waarden voor de verschillende maatregelen hier afgebeeld in de 80 sessies zijn: percentage correcte antwoorden: 144-166 onderzoeken; procent vervalt: 26-40 proeven; procent premature reageert: 14-20 proeven; procent missers: 12 - 20. Fout bars = ± SEM. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4. Mean rPVT prestatie-indicatoren voor mannelijke en vrouwelijke Long Evans ratten en mannelijke C57BL / 6J muizen. Percentages van de juiste antwoorden, vals alarm, en vervalt, de gemiddelde d 'eerste, en de mediane Reacti Op tijden voor mannelijke ratten (n = 122), vrouwelijke ratten (n = 5) en muizen (n = 4) uitvoeren van de rPVT in dagelijkse sessies (M - F). Na de vooropleiding en rPVT training fasen, knaagdieren voeren de rPVT om een ​​vergelijkbaar niveau. Meeste maatregelen zijn vergelijkbaar, maar reactietijden muizen zijn langzamer dan die van zowel mannelijke als vrouwelijke ratten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 5. Response Latency Uitkeringen voor ratten uitvoeren van de rPVT gelijk zijn aan mensen Uitvoering van de PVT. Getoond worden de latentie distributies waargenomen voor mannen en vrouwen die het menselijk PVT (opnieuw getekend van Blatter et al. ^25), samen met latentie distributies voor mannelijke en vrouwelijke ratten het uitvoeren van de rPVT. bestanden / ftp_upload / 54629 / 54629fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 6. Rats 'Tijd op Taak Curve for Speed (1 / RT) is vergelijkbaar met snelheid Humans uitvoeren van de 10-min versie van de PVT. Links: Een gemiddelde tijd op de taak-functie voor de menselijke prestaties in een 7-min PVT sessie opnieuw getekend van Rayman en Van Someren ^26. Rechts: Een gemiddelde tijd op de taak-functie voor ratten (n = 122) uitvoeren in 30-min rPVT sessies. Op een wijze vergelijkbaar met menselijke prestaties, er minimale veranderingen in snelheid over een sessie in gezonde personen en normale ratten. Dit keer op de taak functie zorgt voor een basislijn die kunnen worden gemanipuleerd door slaapgebrek, etc. Error bars op beide grafieken ± SEM.tp_upload / 54629 / 54629fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 7. Een Variable Foreperiod Effect is duidelijk in rPVT Behavioral Performances. Gemiddelde wekelijkse prestaties van ratten (n = 122) voor percentage juiste antwoorden, mediaan reactietijden, voorbarig reageren, en vervalt in de aandacht. De gegevens worden weergegeven als functie van de tijd variabele foreperiod, dwz de "wachttijd" dat vóór de stimulus licht opkomen. Ratten zijn trager, maar meer accurate met kortere foreperiods, terwijl ze sneller zijn, maar meer uitstoten voortijdige reacties en zijn minder nauwkeurig bij langere foreperiods. Bijvoorbeeld, het vergelijken van de prestaties op de 4 s foreperiod aan die bij de 10 s foreperiod, ratten langere mediane RTs op de 4 s foreperiod (~ 550 ms vs. ~ 400 ms op de 10 s foreperiod), meer vervalt (~ 30% versus -10% in de 10 s foreperiod) en meer correct reageert (~ 80% versus -70% in de 10 s foreperiod), maar minder voortijdige reacties (~ 1% vs. . ~ 25% bij de 10 s foreperiod). Zo, ratten zijn trager, maar meer accurate kortere foreperiods, en sneller, maar minder nauwkeurig bij langere foreperiods. Error bars = ± SEM. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussion

De hierin beschreven methode resulteert in rPVT uitvoeringen in ratten die gunstig afsteken in vele aspecten aan de typische PVT prestaties gerapporteerd in de menselijke literatuur. Met behulp van de huidige technieken kan men snel trainen ratten om de rPVT uit te voeren, en de resultaten verkregen met deze technieken optredens worden gekenmerkt door duidelijke discriminatie (dat wil zeggen, een hoog niveau van de juiste antwoorden, lage niveaus van zowel voorbarig reageren en vervalt). Verder is de reactietijd verdelingen verkregen met de rPVT zijn vergelijkbaar met die bij mensen uitvoeren van de PVT ¹² (zie figuur 5), evenals de frequentie van voorbarig reageren en vervalt (bijvoorbeeld zoals getoond adolescenten door Beijamini et al. ^27). Tenslotte tegenhangers zowel mens time-on-task en variabele foreperiod interval (dwz RSI) effecten bij de mens blijkt ook bij knaagdieren de rPVT uitgevoerd (zie figuren 6 7, respectievelijk). Deze hoge mate van overeenstemming tussen mens en knaagdier optredens op het PVT taak geeft de rPVT een duidelijk voordeel voor gebruik als een pre-klinisch onderzoek techniek, met name voor translationeel onderzoek dat zich richt op de aandacht / waakzaamheid.

Bij de vaststelling van de rPVT voor knaagdieren, moeten onderzoekers om verschillende dingen die van invloed kunnen zijn training lengte en het vermogen van knaagdieren om de rPVT succes te verwerven, met inbegrip van de parameters die worden gebruikt om fundamentele prestaties vast te stellen, soorten bekrachtigers, en het geslacht en de stammen van de proefpersonen gebruikt overwegen . De hierboven beschreven parameters een methode waarbij ratten zich soms kan gedurende een korte tijd aan de rPVT verwerven. Bijvoorbeeld, het vormgeven van ratten te porren de neus poke-toets duurt ongeveer 2 - 3 30 min vormgeven sessies gevolgd door ongeveer 2 weken dagelijks (M - F) geautomatiseerde trainingssessies voor ratten aan de overname criteria te bereiken. Gemiddeld mannelijkeLong Evans ratten nodig 9,0 geautomatiseerde trainingssessies aan deze criteria te bereiken, maar af en toe wat ratten langer duren en zijn langzamer om het te maken door middel van de geautomatiseerde sessies. Zorgen dat ratten bereiken en handhaven hun doelgewichten zal helpen om het aantal sessies vereist om de criteria te bereiken te minimaliseren. Verder kunnen de meeste rPVT parameters worden gewijzigd om training onder meer het totale aantal pogingen, de duur van de foreperiods de beperkte greep waarde, de duur timeout, en de duur ITI maximaliseren. Ratten meestal tonen hogere percentages juiste antwoorden tijdens de training begint en de foreperiods zijn laag (bijvoorbeeld, 2-5 sec). Zodra de foreperiods stijgen tot meer dan 5 s, meeste ratten een daling van het percentage juiste onderzoeken en een daaropvolgende toename in premature reacties geven, omdat ze leren om steeds wachten op de bemoeien sleutel te verlichten voor het uitzenden van een reactie. Ratten vooruitgang is er weer een geleidelijke toenamehet percentage juiste antwoorden als foreperiods benadering 9-10 s. Zodra ratten overgang naar de willekeurig gepresenteerd foreperiods, optredens zijn in de buurt van de overname criteria (bijvoorbeeld, 65-80% correct). Soms zullen sommige ratten een groter percentage van voortijdige reacties die kunnen worden verminderd door de timeout, zodat wanneer ratten vroeg reageren, de mogelijkheid wapening verdienen vertraagd toenemende weergegeven.

Vergeleken met andere versies van de rPVT in de literatuur, het huidige protocol treinen behavioral prestaties die worden gekenmerkt door minder voortijdige reacties en een groter aantal juiste antwoorden. De veranderingen in het huidige protocol ten opzichte van andere gepubliceerde studies zijn het meest waarschijnlijk de reden voor een grotere stimulans controle over gedrag. Ons protocol treinen knaagdieren uitsluitend in aanwezigheid van de stimulus licht reageren vanwege verlichting van de stimulus licht betrouwbaar voorspelt de beschikbaarheid van wapening. Dat is,reageert op de neus poke belangrijkste resultaten in versterking alleen als de reactie wordt gemaakt terwijl de toets is verlicht; dus de stimulus licht een discriminerende stimulus (S ^D) die betrouwbaar signaleert de beschikbaarheid van wapening, en reageren op de bemoeien sleutel onder een hoge mate van stimuluscontrole. Een waarschijnlijke reden hiervoor is het gebruik van een langere variabele foreperiod interval (3-10 s, vergeleken met 3-7 s in andere studies) en een kortere juiste reactie interval (1,5 s, tegenover 2,5-3,0 s in andere studies) , die sterk vermindert de waarschijnlijkheid van een dier correct reageren op experimentele toeval. Bovendien, in andere gepubliceerde versies van de rPVT, knaagdieren kan versterking verdienen om te reageren tijdens de 0.5 s stimulus licht verlichting of tijdens de 2,5 s beperkte greep nadat de stimulus licht is gedoofd. Dergelijke beperkte greep die versterking maakt in afwezigheid van de veronderstelde S ^D verzwakt eigenlijk effectiveness van de stimulus licht als een S ^D, omdat het licht niet op betrouwbare wijze de beschikbaarheid van de wapening te voorspellen. Dat wil zeggen dat ratten zijn versterkt voor sommige persen die zich voordoen tijdens de verlichting van het licht, gezien de korte duur, en voor velen persen nadat het licht is gedoofd. Bij het onderzoek van het gedrag van ratten in eerdere versies van rPVT, er bijna evenveel correct en premature responsen, hetgeen suggereert dat de stimulus licht niet dient als een S ^D en onderwerpen reageren op de toets meer willekeurig. Bovendien, de opleidingsregime beschreven in 4,1-4,6 blootstelt een dier mogelijk foreperiods vóór de basislijn prestaties, die in de vorige versies van het rPVT gedaan. Verder stappen 4,7-4,9 geleidelijk aan opnieuw het onderste foreperiods aan patiënten te voorkomen dat gewoon te reageren op de kortere looptijden en het weglaten of het reageren voortijdig op proeven met langere foreperiods. Samen vormen deze protocol veranderingen verhogen de kans dat de stimulus licht een sterke S ^D dat controles reageren in de verschillende foreperiods wordt, in plaats van een zwak ^D S dat minimaal controles reageren (bijvoorbeeld reacties vaak voorkomen bij afwezigheid van de S ^D).

Met het protocol stappen hier beschreven, hebben wij verschillende stammen van ratten getraind (dwz Long Evans, Fischer 344 en Lewis) ^28, zowel mannelijke als vrouwelijke Long Evans ratten en mannelijke C57BL / 6J muizen vergelijkbare prestaties. Hoewel verschillende rattenstammen werden gebruikt voor de meeste van de andere eerder gepubliceerde studies, Oonk en collega ¹⁷ gebruikte Long Evans mannetjesratten en geproduceerd gedragsmatige prestaties veel op die van Christie en collega ^15,16. Deze bevindingen geven aan dat de training parameters waarschijnlijk belangrijker lagere voortijdige reacties dan rattenstam of seks toegepast. Ongeacht de stam en geslacht van thij onderwerpen zijn belangrijke variabelen om te overwegen. Hoewel het mogelijk is om de meeste stammen van ratten of muizen te leiden in de rPVT moeten onderzoekers hun proefpersonen trainingsvooruitgang onderzoek dagelijks en de parameters dienovereenkomstig aanpassen stabiele gedrags basislijnen bereiken. Bijvoorbeeld, bij het trainen van vrouwelijke Long Evans ratten, het totale aantal proeven beschikbaar moet worden verlaagd, aangezien vrouwelijke ratten verbruiken geen goede portie mannelijke Long Evans-ratten. Detecteerden we dit gedrag door onderzoek van de vrouwelijke ratten stapsgewijs per proces prestaties te zien dat nadat ze verdienden gemiddeld 7 g voedsel, ze reageert door verzadiging (dat wil zeggen groot aantal missers zonder correcte proeven of premature reacties). Het totale aantal proef werd verlaagd 200-150 vervolgens het verminderen van de hoeveelheid voedsel die kunnen worden verdiend 9 g tot 6,75 g. Met een lager aantal proef, vrouwelijke Long Evans ratten gehandhaafd gemiddelde uitgangswaarde prestaties die gelijkwaardig zijn aan mannelijke Long Evans ratten waren. Most parameters van het rPVT programma kan worden gewijzigd prestaties maximaliseren, inclusief het gebruik van een langere TO voor ratten met een groter percentage vroegtijdige reacties. Zo bewaken gemiddelde dagelijkse performances, naast onderzoek binnen-sessie uitvoeringen, is cruciaal voor het minimaliseren van de hoeveelheid trainingstijd nodig, met name bij het trainen van een nieuwe stam of verschillend geslacht dan wordt vaak gebruikt.

De soort en hoeveelheid van de wapening gebruikt is een extra punt van overweging. In ons geval, standaard chow voedsel pellets zijn een effectieve bekrachtiger, vooral omdat het handhaven van ratten bij 85-90% van hun vrije-feeding gewichten is makkelijk te doen in het laboratorium, houdt ratten gezond voor de lange termijn studies, en resulteert in consistente behavioral optredens per sessie. Op grond van deze voeding regime, hebben we ratten het uitvoeren van de rPVT op consistente niveaus voor bijna een jaar achter de rug en zijn in staat op te sporen experimenteel geïnduceerde en leeftijd-gerelateerde veranderingen in de voorstellingen.Het is aangetoond dat in andere eenvoudige reactietijd (SRT) procedures reactietijden veelal variëren als een inverse functie van de frequentie of de omvang van de wapening ^29,30. Wanneer bijvoorbeeld wapening intermitterend wordt afgeleverd, of het bedrag van de bekrachtiger wordt verlaagd (bijvoorbeeld kleinere bolletjes of lager percentage saccharose oplossing) reactietijden langer zijn. Terwijl de huidige methode niet veranderde versterking parameters omvatten, deze kwesties kunnen eenvoudig worden in de rPVT onderzocht, door simpelweg het veranderen van de aard van de wapening gebruikt en hoe dat reinforcer wordt geleverd (bijvoorbeeld elke juiste proces versterkt, elke derde correct proces versterkt, etc .).

Net als andere diermodellen van menselijk gedrag, zijn er beperkingen aan de rPVT. Zo zou men kunnen stellen dat bepaalde gedragspatronen gemeld hier (bijvoorbeeld de tijd op de taak veranderingen) zijn een functie van verzadiging; Echter, een dichter examinatiop het gedrag van de knaagdieren 'toont suggereert dat verzadiging was geen factor. Zo kan verzadiging tijdens een gedrags sessie optreden omdat ratten tot kunnen verdienen tot 9 g voedsel in 30 min. Zoals hierboven beschreven, was dit ervaren met vrouwelijke Long Evans ratten en vereist het aanpassen van de totale hoeveelheid voedsel dat kan worden behaald. Bij het onderzoek naar de dagelijkse performances op een trial-by-proef, moet men zorgen om te verzekeren dat alle ratten zijn het verspreiden van reacties (dat wil zeggen, corrigeert, prematuren, en missers) gelijkmatig over de sessie, bijvoorbeeld, grote blokken weggelaten proeven in de buurt van het einde van de zitting, bijvoorbeeld, zou verzadiging geven. Indien de time-on-task effect was het gevolg van verzadiging bij het einde van de sessie, maar men zou ook verwachten procent correct reageren afnemen en omissies toenemen. Echter, percenten correct reageren, wordt op hetzelfde niveau in de 30 zitting ²⁰ min; en terwijl vervalt toenemen sesSion vordert, deze toename bestaat uit langzamere juiste antwoorden en niet gemist trials (of weggelaten trials). Aldus onderwerpen hanteren hoge niveaus van reactie in de gehele sessie met de parameters en instellingen beschreven.

Een belangrijke voedselgerelateerde punt van overweging is dat slaaptekort is bekend dat voedselconsumptie toenemen en dat voedsel versterkte taken worden verondersteld dat de negatieve effecten van slaaptekort onderschatten op het gedrag van ^31, gezien de tegengestelde effecten op het gedrag. Verschillende studies hebben dit hyperfaag effect van slaaptekort onderzocht en Koban en collega's ³² geconcludeerd dat de slaap-ontbering-geïnduceerde hyperfagie treedt niet op bij korte deprivatie schema's (dat wil zeggen, <5 dagen), maar is een functie van de lange termijn slaaptekort (dwz ,> 6 dagen). Hoewel dit probleem niet specifiek in dit manuscript werd onderzocht, is het mogelijk om de huidige procedure gebruiken om i te bepalenf deze effecten invloed op de prestaties. Ten eerste, op korte en lange termijn slaaptekort schema's nodig zou hebben in de rPVT worden beoordeeld om te bepalen of ze een vergelijkbaar effect op de prestaties gehad. Als slaap beroofd ratten hongeriger dan normaal waren (dat wil zeggen, hongeriger dan de honger niveau in verband met de normale voeding beperking), het zou worden verondersteld dat een negatieve invloed op hun prestaties, maar niet leiden tot prestaties die beter zijn dan hun baseline prestaties zijn. Terwijl meer honger de snelheid waarmee ratten verwerven leertaken kan verhogen, overmatig hongergevoel in de huidige versie van de rPVT resulteert doorgaans in voorstellingen die gedragscontrole, dat wil zeggen gebrek, performances gekenmerkt door grote aantallen voortijdige reacties en zeer snel RT maatregelen, waaronder veel RTs op of onder 150 ms (dwz random reacties). Tijdens de training ratten in de huidige versie van de rPVT, hebben we af en toe waargenomen ratten uitzenden van overmatige voorbarig reageren en zeer fast RT maatregelen tijdens de training; in deze gevallen verhogen van een rat totale toewijzing voedsel vaak tot verminderde premature reageren en gestabiliseerd RT latencies.

De hier beschreven rPVT verschaft een translationeel platform voor gebruik in een verscheidenheid van experimentele paradigma's, inclusief de effecten van laesies, korte of lange termijn farmacologische manipulaties en genetische modificaties. Gezien het feit dat het menselijk PVT is ontworpen om prestaties te beoordelen na slaapgebrek, de rPVT een eenvoudige platform voor het onderzoeken van de onderliggende biologische mechanismen die geassocieerd met slaaptekort, verstoring, of chronische slaap beperking. Bijvoorbeeld, de tijd op taak en respons-stimulus interval effecten gemakkelijk meetbaar in deze versie van de rPVT in normale ratten, vergeleken met andere gepubliceerde versie ^17, die een stabiele basislijn levert deze prestatiemaatstaven experimenteel manipuleren veranderingen in slaapduur. Gezien het feit dat de slaapontbering bij mensen alleen invloed op de time taken effect en niet de respons-stimulus interval effect (variabele foreperiod effect here) ^22, kan het rPVT worden gebruikt om de onderliggende biologische mechanismen verantwoordelijk voor de differentiële effecten van slaapgebrek op neurogedragsontwikkeling prestaties te onderzoeken. De rPVT is bijzonder bruikbaar voor langdurige experimentele manipulaties omdat ratten handhaven stabiele prestaties gedurende enkele maanden, waardoor voor het vaststellen 1) een normale uitvoering basislijn, 2) experimenteel wijziging die basislijn, en 3) het beoordelen van de basislijn na de experimentele manipulatie is afgelopen zonder de noodzaak van aanvullende groepen ratten.

Ondanks de vele overeenkomsten tussen het knaagdier en menselijke prestaties op PVT zijn er verschillen die er bestaan. Deze verschillen primair samen van de behoefte aan specifieke onvoorziene wapening ratten om te vormen en een nauwkeurig en betrouwbaar rPVT performances, terwijl bij mensen het gebruik van de juiste instructie control is alles wat nodig is om goede prestaties te verkrijgen PVT. Bijvoorbeeld, de waargenomen verschillen in humane versus ratten reactietijd voorstellingen zijn waarschijnlijk worden veroorzaakt door zowel het gebruik van wapening voorwaardelijke instructie vs. controle en de duidelijke topografische verschillen in te spelen voor mensen en ratten (bijvoorbeeld vinger kranen vs. nosepokes) . Reactietijden van mensen zijn gewoonlijk 50% kleiner in vergelijking met ratten en mensen worden typisch opdracht als een snelle reactietijd mogelijk te produceren. Hoewel deze instructies ook expliciet gemaakt kan worden in dierstudies via onvoorziene wapening (bijvoorbeeld alleen via de versterking van de reacties die voldoen aan een bepaalde, korte-latency eis ^29,33-35), kan het gebruik van dergelijke risico's aanzienlijk verlengen van de benodigde tijd om trein tijd dieren ^34,36,37. Verder zijn de rPVT sessies 30 minuten, maar de menselijke PVT sessions tussen 3-10 minuten, afhankelijk van de versie van de PVT gebruikt. Dit verschil moet worden overwogen wanneer het proberen om menselijke prestaties parameters repliceren in een knaagdier taak.

Dus de rPVT is een nuttig instrument in het onderzoek naar de effecten van een groot aantal variabelen op waakzaamheid prestatie die gunstig afsteekt bij de mens PVT, kan dienen als een innovatief translationeel platform voor het verkennen van de grondslagen van de individuele kwetsbaarheid voor neurologische stoornissen, en voor ontwikkeling van het potentieel profylactische, tegenmaatregelen, en behandelingen voor neurogedragsontwikkeling disfuncties.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Modular rat operant chamber with stainless steel grid floor	Med Associates	ENV-008	Med Associates Inc. PO Box 319 St. Albans, Vermont 05478, USA Phone: (802) 527-2343
Sound attenuating chamber	Med Associates	ENV-022MD	Houses rat operant chamber
Houselight for rat	Med Associates	ENV-215M
1" diameter rat nose poke response key	Med Associates	ENV-119M-1
Pellet receptacle, trough type	Med Associates	ENV-200R2M
Modular pellet dispenser for rat, 45-mg	Med Associates	ENV-203M-45
PCI Operating package for up to 8 operant chambers	Med Associates	MED-SYST-8
SmartCtrl	Med Associates	DIG-716P1	This catalog number has 8 outputs and 4 inputs which is the minimum needed to run the rPVT; SmartCtrl can also be purchased with 16 outputs and 8 inputs for more flexibility
Med-PC IV software	Med Associates	SOF-735
PC computer with PCI card slot	Any manfacturer (e.g., Dell)		Use of the PCI operating package requires a computer with a PCI card slot. Systems that use PCIe are available. Contact Med Associates for details.
Dustless Precision pellets 45-mg rodent grain-based diet	Bio Serv	FO165	Bio-Serv One 8th Street, Suite 1 Frenchtown, NJ 08825, USA Phone: (800)-996-9908;   Standard chow pellets are commonly used. Different pellets (e.g., sucrose) can be acquired from Bio Serv.