Summary
En rotte version af den menneskelige Psykomotorisk Årvågenhed Test (PVT) er beskrevet, der måler aspekter af opmærksomhed svarende til dem, målt med den menneskelige PVT, herunder aspekter af menneskelig årvågenhed såsom ydeevne nøjagtighed, motorhastighed, for tidlig reagerer, og bortfalder i opmærksomhed.
Abstract
Den menneskelige Psykomotorisk Årvågenhed Test (PVT) er en meget anvendt procedure til måling af ændringer i træthed og vedvarende opmærksomhed. Nærværende artikel beskriver en gnaver version af PVT-kaldt "rPVT" -Det måler lignende aspekter af opmærksomhed (dvs. ydeevne nøjagtighed, motorhastighed, for tidlig reagere, og bortfalder i opmærksomhed). Data er præsenteret som demonstrerer både kort og lang sigt nytten af rPVT når de anvendes med laboratorie rotter. Rotter nemt lære rPVT, og lære at udføre den grundlæggende procedure tager mindre end to ugers træning. Når der er opnået rotte forestillinger i rPVT viser en høj grad af lighed med de samme præstationsmålinger i den menneskelige PVT, herunder ligheder i, bortfalder i opmærksomhed, reaktionstider, årvågenhed formindskelser tværs session tid (dvs. den menneskelige "time-on- opgave "virkninger), og svaret-stimulus interval (RSI) effekt beskrevet for mennesker. Således rPVT kan være et særdeles værdifuldt redskab til at vurdere virkningerne af en bred vifte af variabler på vedvarende opmærksomhed ganske ligner menneskelige PVT forestillinger, og dermed kan være nyttige for at udvikle nye behandlinger for neurobehavioral dysfunktioner.
Introduction
Den menneskelige psykomotorisk årvågenhed test (PVT) er en meget anvendt, godt valideret redskab til måling af årvågenhed og vedvarende opmærksomhed hos mennesker, og blev oprindeligt udviklet af Dinges et al. 1-3 til vurdering af stabiliteten i reaktionstider og opmærksomhed (fx fejl i form af for tidligt fødte svar og bortfalder i opmærksomhed), både inden for sessioner som helhed og på tværs af tiden inden for de enkelte sessioner. Gennem årene har den menneskelige PVT blevet ændret og opdateret 4-11 for at spore tidsmæssige ændringer i forskellige aspekter opmærksomhed, og har vist sig at være følsomme over for ændringer i søvn og træthed, og påvirkes af stofbrug og alder af emner 12 , 13. PVT er en tilsyneladende simpel procedure, hvor et individ kort rører en skærm, når en stimulus (typisk en LED nummer display) vises tilfældigt i tid, typisk efter 2 - 10 s. I den menneskelige udgave er antallet display øges i ms og stoppes, når than skærm berøres, hvilket således indikerer individets reaktionstiden (RT). Fald i årvågenhed er angivet ved 1) bremset reaktionstider, 2) en stigning i bortfalder (betegnet "fejl undladelse" i den menneskelige litteratur, og som regel defineret som RT'er der er> 500 ms i længden), og 3) en stigning i tidlig reagere (betegnet "fejl kommission" eller "falske starter" i den menneskelige litteratur). kan også fås andre foranstaltninger med PVT for behandlingen af sådanne variabler som køn og aldersforskelle; for en gennemgang af disse foranstaltninger, se Basner og Dinges 4. Endelig har PVT været ansat i det generelle område af vurderingen af risikoen for mennesker, og er med succes blevet brugt under en lang række operationelle områder, der omfatter de militære, luftfart og jernbane industrier, første respondenter og ekstreme miljøer såsom NASAs Extreme Miljø Missions operationer (NEEMO), den internationale Mars500 Project 14, og om den internationale Space Station (ISS). På ISS er PVT kaldes "Reaktion Self-Test" og er ansat til at give astronauter med individualiserede træthed-relaterede feedback (fx ændringer i RT'er eller bortfalder i opmærksomhed).
Den menneskelige PVT har været anvendt i årtier, som har gnaver versioner af simple reaktionstid opgaver (som er noget lignende). Det er blevet for nylig imidlertid, at en direkte gnaver modstykke til den humane PVT er blevet rapporteret i litteraturen. Christie og kolleger beskrev en version af den menneskelige PVT for rotter, og rapporterede fald i årvågenhed følgende søvnmangel 15,16. Yderligere nylige undersøgelser har rapporteret versioner af rPVT 17-19. Disse rapporter har beskrevet ændringer i vedvarende opmærksomhed efter diverse søvn afsavn teknikker; imidlertid har data fra disse studier også rapporteret høje niveauer af tidlig responderede (fx i nogle tilfælde mere end 40% af det samlede antal RespoNSES); sådanne forestillinger er helt ulig nogen PVT forestillinger med mennesker. En så stor forskel i gnaver mod menneske forestillinger er sandsynligvis på grund af forskelle i specifikke parametre anvendt i den menneskelige vs. gnaver versioner af PVT; for eksempel Christie et al. undersøgelse anvendte et tilfældigt varierende 3 - 7S foreperiod, mens en human PVT normalt beskæftiger en 2 - 10 sekunders foreperiod (selvom se Basner et al 5 for en 3-min version af det humane PVT der bruger en 1 -. 4 s foreperiod) . Brugen af relativt korte foreperiod værdier kan ofte resultere i dyr "timing" deres svar, og dermed kan fremme via utilsigtet forstærkning, øget antal af for tidligt fødte reaktioner, som er blevet rapporteret i den aktuelle gnavere rPVT studier.
Den version af rPVT beskrevet her, er baseret på vores tidligere offentliggjorte artikel 20, og giver en detaljeret beskrivelse af de teknikker og procedurer, der er involveret. den adskillerfra tidligere offentliggjorte versioner af rPVT i følgende henseender: 1) rotter blev trænet med variable foreperiod værdier på 3 - 10 s, og 2) rotter måtte reagere hurtigt, da kun responser inden for en kort respons vindue (også betegnet en "begrænset hold ") efter stimulus debut blev forstærket (1,5 s i nærværende undersøgelse, 3,0 s i de tidligere offentliggjorte versioner af rPVT). Ved hjælp af disse ændringer samt korte timeouts for forkert besvarer spørgsmålene i grønbogen resulteret i større grad af stimulus kontrol, som angivet med betydelige forbedringer i nøjagtighed og reducerede niveauer af tidlig reagere. Nærværende rapport beskriver også forudsigelige ændringer i performancevariabler (f.eks bortfalder i opmærksomhed RTS), som parallelle dem, der ses hos mennesker ved undersøgelsen årvågenhed dekrementerer 21, og ved undersøgelsen af andre performance foranstaltninger, herunder menneskelige "tid på opgaven" effekt og svar- stimulus interval (RSI) effekt, der observeres i den menneskelige PVT Den endelige version af rPVT beskrevet her begynder ved at tænde et hus lys (se figur 1). Efter et variabelt interval (foreperiod) af 3 - 10 s er gået, er næse-poke nøgle belyst i højst 1,5 s. (For at sikre en ligelig fordeling af foreperiods varigheder, værdier tilfældigt genereret uden erstatning fra en liste over 36 mulige værdier, der spænder fra 3 til 10 s, på grundlag af intervaller 200 ms.) Belysning af nosepoke nøglen er signalet til et dyr til reagere, og en reaktion, der forekommer mellem 150 til 1500 ms efter påbegyndelse af lys er forstærket med en 45-mg pellet. Efter en forstærket reaktion, er både næse-sækken nøgle lys og huset lys slukkes og en 1 s inter-retssagen interval (ITI, house lys slukket) ensues. Næse-pokes på før lys debut producere en 8 s timeout (TO) fra de eksperimentelle uforudsete, der signaleres ved slukning af huset lys. Hvis der ikke svar forekommer inden de 1,5 s response vindue, er både nosepoke lys og hus lys slukkes, og en 1 s ITI ensues. Den næste planlagte foreperiod værdi for den efterfølgende retssag begynder efter enten 1 s ITI eller 8 s til, alt efter hvad fandt sted under de forudgående forsøg. Sessions udføres dagligt (5 dage / uge), der normalt består af omkring 200 forsøg, og slutter efter 30 min. Dette resulterer hvor hvert forsøg har en varighed på ca. 7,5 s, i gennemsnit. Shaping stabil basislinje præstationer på rPVT opnås ved 1) indledningsvis at tilpasse en rotte til at tage foderpiller ud af maden bakken i kammeret, 2) hånd-udformningen af en rotte til at reagere på en næse stikke nøglen ved at styrke successive tilnærmelsesvise til den endelige næse poke respons, og 3) gennemførelse af daglige sessioner, hvor parametrene for rPVT procedure (dvs. foreperiod, ITI, TO, og nøgle-belysning gange) gradvist justeres i løbet af en session, afhængigt af hvor godt hver rotte klarer under hver session (beskrevet detaljeret nedenfor).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Laboratorium Dyrepleje var ifølge Public Health Service (PHS) Politik om Humane Pleje og anvendelse af forsøgsdyr. Alle procedurer blev udført i nøje overensstemmelse med anbefalingerne i Vejledning for Pleje og anvendelse af forsøgsdyr af National Institutes of Health. Den institutionelle Animal Care og brug Udvalg for Johns Hopkins University godkendt protokollen og alle procedurer. Johns Hopkins fastholder også akkreditering af deres program af Foreningen for vurdering og akkreditering af Laboratory Animal Care (AAALAC).
1. Dyr
- Brug voksne Long Evans-hanrotter (ca. 10 - 12 uger gammelt, ved starten af adfærdsmæssige træning), skønt andre stammer er egnede, herunder indavlede rotter.
- Ved ankomsten i kolonien, behov hus rotter enkeltvis i godkendt anbringelse i bur og værelser, på grund af den mad begrænsning beskrevet nedenfor. Akklimatisere dyr til boligsituationen samt håndtering for flere days før du starter maden begrænsning procedure (ca. 7 dage).
- Tilvejebringe rottefoder ad libitum i 1 - 2 uger for at tillade rotter for at opnå en "fri-fodring" vægt. Når på denne vægt, begrænse mad adgangen til at reducere rotternes vægte, over 1 - 2 uger til 85 - 90% af den frie-fodring vægt. Vedligehold dyr på 85-90% af deres gratis-fodring vægte under adfærdsmæssige træning og test. Start med 15-18 g mad om dagen og justere dette beløb er baseret på, hvorvidt en sats fastholder sit mål vægt.
BEMÆRK: Mad begrænsning kræver normalt godkendelse af ens institutionelle ACUC eller andet tilsynsorgan før start begrænsningen. - Vejes dyrene dagligt, og massen noteres på vægten ark. Sørg vejning foregår på samme tid og i samme omfang hver dag før påbegyndelse af en adfærdsmæssig træning eller fodring.
BEMÆRK: Start kun pretraining (nedenfor), når dyrene haropnået deres mål vægte. Denne praksis giver mulighed for umiddelbare rettelser til fødevarer beløb for dyr, der enten er under eller over deres mål vægte. Det giver også en metode til at bestemme, hvis rotter opretholdelse vægte ved 24-timers intervaller. Også undgå vejer rotter på forskellige tidspunkter af dagen; vil det resultere i dramatiske forskelle i vægt, forkerte fodringer, og fattige adfærdsmæssige forestillinger. - Giv frisk vand på alle tidspunkter i hjemmet bur ved brug af glas- eller plastflasker med gummiprop toppe og sipper rør.
- Når sessioner ikke gennemføres (f.eks weekender, helligdage), fodre rotterne deres normale tildeling af rotte chow at opretholde vægten stabilitet. Afvej rotter for at bestemme, om mere mad er nødvendig for at opretholde vægten i disse tider.
2. Udstyr og software
- Brug standard modulære operantkamre udstyret med en næse poke nøgle, et hus lys, og en pille dispenser (dvs. føder).
- Placer modulære næse poke nøgle på begge sider af den centralt placerede pellet dispenser; at sikre, at denne placering forbliver foreneligt i andre operantkamre og tværs af studierne. Her, næsen sækken nøglen er på venstre side af pellet dispenser.
- Placer modulære hus lys højt på bagvæggen af kammeret for således ikke forstyrre andre adfærd.
- Brug rotte foderpiller (f.eks Noyes 45 mg pellets eller lignende) til armering. Den feeder model bestemmer mad pellet størrelse, men de fleste rotte foderautomater bruger 45-mg foderpiller (mus foderautomater bruger typisk 20 mg foderpiller). Brug standard chow pellets, men andre pellets kan købes (fx saccharose) for forskellige eksperimentelle manipulationer.
- Kontrol stimulus præsentationer, næse poke respons indgange, armering levering og indsamling af data via et interface tilsluttet en computer. Kontakt forfatterne for specifikke oplysninger om adfærdsmæssige programmer skrevet medet programmeringssprog specielt designet til adfærdsmæssige test (se tabel for Materialer og reagenser).
BEMÆRK: Det er vigtigt at registrere uafhængige og afhængige variable på en trial-by-forsøgsbasis, herunder dyrenes respons typer (f.eks korrekte svar, for tidlige reaktioner, Missere), svaret ventetid og antal forsøg præsenteret. Ved brug af forskellige stammer, køn eller arter, kan disse variabler let ændret for at maksimere træning i næsten enhver form for gnaver.
3. Pretraining
- Tildel hvert dyr til en operant kammer, hvor det vil blive testet hver dag, og på omtrent samme tidspunkt på dagen, hele forsøget.
- Vejes rotten og placere den i sin specifikke operant kammer med foderpiller i pellet dispenser. Placer 10 - 20 foderpiller i beholderen for rotten til at spise.
- For pretraining, indstille følgende parametre til lave, faste værdier:foreperiod værdi = 2 s, timeout-værdi = 2 s, begrænset hold = 10 s.
- Start computeren program til at styre præsentationen af huset lys, nosepoke nøgle belysning, og automatisk mad pellet levering.
BEMÆRK: Det er bedst at have adfærdsmæssige program indstillet til et niveau, der giver mulighed for hyppige forstærkninger for størstedelen af svarene produceret af dyret, sådan at næsen sækken -tasten lyser i relativt lang varighed af tid (f.eks 10 s) . Dette øger sandsynligheden for, at rotten vil stikke nøglen, mens den belyses, hvilket resulterer i leveringen af en fødevare forstærker af edb-programmet. - Når rotten afsluttes de foderpiller, starte formningsprocessen ved at styrke rotten når den nærmer fødevarer beholderen eller næsen sækken tasten. Her, manuelt form hver rotte, hvilket betyder, at en eksperimentator ure rottens adfærd (ved at efterlade lyddæmpende aflukke døre åbne) og leverer pellets fra feederså hurtigt som muligt efter rotten udsender den ønskede adfærd. Levere piller fra en knap på selve feeder, gennem en håndholdt switch, der er tilsluttet til feeder, eller via computeren software, der bruges til at styre de adfærdsmæssige uforudsete ved at klikke på det relevante output på grænsefladen.
- Ved hjælp af metode til at forme ved successive tilnærmelsesvise, giver en fødevare forstærker for adfærdsændringer, der er successive tilnærmelser til den endelige ønskede adfærd 23. Når for eksempel rotten pålideligt hente foderpiller fra fødevarer beholderen, start forstærkende kun bevægelse mod eller omkring næsen sækken nøgle, og ikke længere styrke tilgange til fødevarer beholderen. Her til form rotter flytte til venstre, efter at hente en fødevare pille, da næsen poke tasten er placeret til venstre for maden beholderen i operantkamre.
BEMÆRK: Selvom forsøgslederen leverer fødevarer forstærkere i begyndelsen af pretraining, er computerprogrammet stadig kører og styrer huset lys, nosepoke nøgle, og feeder. Hvis en rotte stikker nøglen, vil computerprogrammet styrke den automatisk. Forsøgslederen-forstærket adfærd er kun dem, der fører rotten til at stikke den oplyste tast, såsom sniffing nøglen eller omkring det, flytter hovedet nær nøgle eller hen imod det, osv. - Bestem mængden af fødevarer tjent under pretraining session ved at tælle antallet af pellets leveret manuelt plus eventuelle pellets leveret automatisk af computersoftware (dvs., pellets leveres, fordi rotten prikkede belyste nøgle). Gang dette tal med 0,045 g til at bestemme alt mad optjent (f.eks 30 piller x 0,045 g = 1,35 g).
- Fjern rotten og læg den tilbage i sit hjem bur. Træk ved hånden, mængden af mad optjent (se 3.7) i adfærdsmæssige session fra rottens daglige mad kolonihave. Feed resten af fødevaren tildeling til rotten efterden adfærdsmæssige træningssession. Feed til mindst 30 min efter indgåelsen af den adfærdsmæssige session for at undgå hjem bur mad forstærkning umiddelbart efter uproduktive sessioner.
- Rengør operant kammer dagligt med en mild desinficerende (fx sæbe og vand). Brug 70% EtOH sparsomt, da det kan beskadige operantkamre. Tjek næsen poke nøglen dagligt for at opretholde god stand og rene med desinfektionsmiddel efter behov, da en nøgle, der stikker eller bliver låst på plads vil forstyrre et dyrs ydeevne, hvis ikke repareret hurtigt.
- Shape hver rotte på denne måde, indtil rotten udsender 40 - 50 rigtige computer-forstærkede (ikke manuelt eller forsøgslederen-forstærket) svar på den oplyste tast, henter hver mad pellet, og vender tilbage til og pokes næsen poke nøgle uden yderligere formning. Typisk rotter kræver ca 2 - 3 i 30-min sessioner for at nå disse kriterier (se figur 2).
NOTE:Manuel levering af foderpiller er ikke nødvendig efter rotten pålideligt stikke nøglen og modtage fødevarer forstærkning leveret af edb-programmet.
4. rPVT Træning
- Når formet, starte rotten på et fast, forholdsvis kort foreperiod interval og at værdsætte (fx 2 s) på den næste 30-min session indtil rotten fuldender 8 ud af 10 rigtige forsøg. For hvert af disse forsøg under træning, belyse næse poke nøgle for en tidsperiode lang nok til en rotte at udforme et svar. Her holder nøglen belyst i 9 sekunder; denne reaktion vindue kaldes også begrænsede hold (LH).
- Brug en relativt kort tid ud (TO, fx 2 s) som straf for tidligt fødte reaktioner, eller reagere før belysningen af næsen sækken tasten. Under TO, rotter ikke har mulighed for at tjene mad. Her TO og foreperiod værdi er den samme varighed i løbet af disse kurser, og ændring i samme tempo.
- Når 30 min sessionen er overstået, noteres den endelige foreperiod rotten nået under træningen (f.eks 4,2 s), enten i såpreadsheet eller i hånden på et datablad, og mængden af fødevarer tjente, som beregnes ved at gange antallet af korrekte forsøg gange 0,045 g (f.eks 100 korrekte forsøg x 0,045 g = 4,5 g). Træk denne mad beløb fra rottens daglige tildeling og foder rotten den resterende mad i hjemmet bur.
BEMÆRK: De daglige datafiler optage den endelige foreperiod nås med hver rotte. Beregningen at bestemme mængden af fødevarer tjente i sessionen kan gøres automatisk af edb-program eller i hånden ved hjælp af ligningen ovenfor. Fødevarer tjente trækkes manuelt fra hver rotte er den daglige mad kolonihave. - Den følgende dag, starte 30 min træningssession med en foreperiod der er 300 ms lavere end værdien rotten sluttede den i den foregående session. For eksempel, hvis rotten endte på 4,2 s, denne session starter ved 3,9 s. Fortsæt øge foreperiod med 0,1 s som rotten fuldender 8 ud af 10 rigtige forsøg på hvert foreperiod, until rotter nå en foreperiod på 10 s. På denne måde, vil rotterne opleve alle de mulige foreperiods.
BEMÆRK: Når rotter nå en foreperiod af 9,7 - 10 s, TO forbliver på 8 s og LH er 1,5 s. - Ved slutningen af hver session, tjek rottens daglige præstationer i løbet af denne tid ved at undersøge den procentdel af korrekte forsøg, for tidlige forsøg og ulykker. Rotter vedligeholde almindeligt gennemsnitligt 40-90% korrekte svar i løbet af disse kurser, med den gennemsnitlige procent korrekt støt stigende tværs uddannelse. Her eksportere daglige data for hver rotte til et regneark, der beregner disse procentsatser for at spore daglige session ydeevne.
- Når rotten når en foreperiod på 10 s, starte den næste efterfølgende 30 min session med foreperiods præsenteret på tilfældige intervaller, startende med foreperiods mellem 7 - 10 s. Sørg for, at TO og LH forblive på 8 og 1,5 s, hhv. Her, computerprogrammet styrer behavioral uforudsete skifter automatisk fra at præsentere stigende foreperiods til variable foreperiods når hver rotte når 8 ud af 10 kriterium ved 10 s foreperiod.
- Når rotten opretholder mindst 70% korrekt med tilfældigt præsenteret foreperiods mellem 7-10 sek, ændre programmet for at præsentere foreperiods med tilfældige intervaller, startende med foreperiods mellem 5 - 10 s. Undersøge hver rotte daglige ydeevne under denne gang fordi denne ændring sker ofte i en session.
- Efter rotten fastholder 70% korrekt, ændre programmet igen for at præsentere hele spektret af foreperiods (3 - 10 s) med skiftende mellemrum under 30 min session. På en måde svarende til 4,8, undersøge hver rotte daglige ydeevne under denne gang fordi denne ændring sker ofte i en session.
BEMÆRK: Computeren software styrer de adfærdsmæssige uforudsete automatisk gør disse ændringer baseret på hver rotte ydeevne (f.eks 4,7-4,9).Det er vigtigt kun at foretage ændringen i 4.9 når en rottes succesrate er høj (> 70% korrekt), da rotter ofte vedtage strategien reagere tilfældigt i tid, i stedet for korrekt at vente og deltage på stimulus. Hvis en rotte succes rotte er lav, gentag 4,7-4,9. - Til erhvervelse Kriterier, definere de grundlæggende forestillinger som stabil, når de på 4 ud af 5 daglige sessioner inden for en uge, rotter 'procentdel af korrekte svar er 75% eller mere i løbet af en session og procentdelen af præmature respons er mindre end 30%.
BEMÆRK: Når du træner mus på rPVT, en længere ITI er ansat siden mus kræver mere tid til at forbruge foderpiller. Her skal du bruge en 30 s ITI til træning og test mandlige C57BL / 6J. Derudover, da en mus kan veje ~ 20 g, vil det forbruge betydeligt færre pellets under en session. Derfor forkorte en typisk session ved at have den ende, når et maksimum på 50 piller optjenes; kriteriet for at øge foreperiod og TO er også ændret til at være 4 ud af 5 rigtige forsøg, før øge foreperiod og TO med 0,1 s.
5. Dataanalyse for grundlæggende svar Foranstaltninger
- For at vurdere adfærdsmæssige forestillinger under erhvervelse, brug gentagne-foranstaltninger ANOVA'erne, med gentagne faktor på enten Session, Time på Task Value, eller Foreperiod værdi for hver forestilling foranstaltning beskrevet nedenfor.
BEMÆRK: Her undersøgelserne bruge både indenfor-og mellem-emner design, hvor vi sammenligner alle dyr til deres oWN basislinjer efter en eksperimentel tilstand og sammenligne forsøgsdyr til at styre dyrene efter samme manipulation. Når opnås stabile adfærdsmæssige basislinjer, vil brug af inden-emner motiver begrænse antallet af rotter, der er nødvendige. - Definer præmature reaktioner som reaktioner før begyndelsen af nøglen lys eller inden for de første 150 ms af nøglen lys bliver på.
- Definer korrekte svar som svar foretaget efter nøglen lyser, med en minimal ventetid på mere end 150 ms, og en maksimal ventetid på svar vinduet længde; her, 1.500 ms.
- Definer misser (eller udeladelser) som forsøg, hvor emnet undlader at gøre et svar.
- Definer respons latenstider som den forløbne tid (i ms) fra lys debut til depression af næsen poke nøgle; også kaldet reaktionstid (RT).
- Definer samlede forsøg som antallet af for tidlige reaktioner plus korrekte svar plus ulykker.
BEMÆRK: I menneskelige PVT forestillinger, for tidligt fødte resvandansamlinger og bortfalder i opmærksomhed kan være ganske sjældne, og efterforskere oftest rapporterer kun de faktiske rå frekvenser af disse foranstaltninger. Dette er imidlertid ikke tilfældet i forestillinger med rotter. At give mulighed for sammenligninger mellem forskellige versioner af rPVT i litteraturen, er rotter 'præstationsmål præsenteres her som en procentdel af de samlede forsøg. Anvendelse af et edb-program, der kan optage og mærke hver af disse elementer på forsøgsbasis-by-forsøgsbasis til efterfølgende analyse foretrækkes, da rotterne vil fuldføre over 200 forsøg pr 30 min session og vil ofte opfylder kriterierne for at flytte til en anden trin i proceduren træning inden en session.
6. Yderligere Beregnede resultater Foranstaltninger
- For en 30 min adfærdsmæssige session, definere bortfalder som korrekte svar, hvor RT var større end to gange den gennemsnitlige reaktionstid for hver rotte session (udført efter en session); også savnet forsøg i beregningen bortfalder.
INGENTE: I den menneskelige PVT, er bortfalder typisk defineret som reaktionstider (RT)> 500 ms 4. For gnavere, er det bedst at udføre post-hoc sammenligninger til hver rotte middelværdi RT - erhvervet fra forsøget-by-trial ovenfor beskrevne analyse - i stedet for at sammenligne dem med en tærskelværdi, på grund af variabiliteten i RT'er fra individuelle rotter. Denne metode ligner bortfalder i andre offentliggjorte versioner af rPVT 15,16. Her og i andre offentliggjorte versioner, bortfalder også omfatte mistede forsøg (bortfalder = reaktioner med RT'er> to gange den gennemsnitlige RT for en session, plus misser), fordi savnet forsøg i den menneskelige PVT registreres som bortfalder, så godt. - Bestem den anslåede falsk alarm sats ved at beregne den procentdel af for tidligt fødte reaktioner, der opstår under selve 3-10 s interval, når en stimulus kunne have forekommet.
BEMÆRK: Denne foranstaltning bruger en delmængde af for tidlige reaktioner, der opstår kun i en tid, hvor stimulus kunne forekomme,dvs tidlige reaktioner, der optræder inden for de 3 - 10 s foreperiod vindue. Denne foranstaltning omfatter ikke tidligt reaktioner forud for de 3 s fordi stimulus lys aldrig ville blive belyst i løbet af denne tid. Her er denne delmængde af for tidlige reaktioner sorteres automatisk fra alle præmature responser i et regneark computerprogram.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Baseline Rotte rPVT Forestillinger
Med parametrene beskrevet her, 86,7% af de 122 hanrotter nåede de afsluttende rPVT parametre inden et gennemsnit på 9,0 (SD = 10,13; n = 122) computer-automatiseret træningssessioner (beskrevet i 4,1-4,9 rPVT Training, i vores erfaring, kun ca. 2% af rotterne ikke vil erhverve rPVT). Brug den nuværende metode, rotter gennemsnit 73,4% korrekt at reagere, 18,6% bortfalder i opmærksomhed, og 10,6% for tidlig svare under deres første fulde session efter de almindelige ydeevne parametre for rPVT; betyder reaktionstider gennemsnit 527 ms (se figur 3). Ved det 4. fuld session, korrekt besvarer spørgsmålene i grønbogen stabiliseret og viste ingen signifikante ændringer bagefter. Data fra vores offentliggjorte artikel 20 anførte, at hvis dyrene nå et højere end gennemsnittet d 'indeksværdi under den første normale Session, they også opnå de kriterier baseline ydeevne hurtigere (gennemsnitlig # af sessioner at nå baseline kriterier = 8,7 vs. 10,0, som bestemt ved gennemsnitlig split t-test analyser p = 0,009). Således efter 4 sessioner på de endelige parametre (se 4.9), rotter præstationer steg markant til over 75% korrekt reagerer kriterium og forblev på dette niveau over 80 på hinanden følgende sessioner (ca. 16 uger, se figur 3). En lignende tendens blev også observeret for d 'værdier. Således pretraining og rPVT Training kræver cirka 12 dage, med ca. 4 ekstra sessioner for at opnå stabile baseline forestillinger at opretholde kriterierne i> 75% korrekt at reagere, og <30% for tidlig reaktion (dvs. falsk alarm svarer) erhvervelse.
Hyppighedsfordeling af reaktionstider for han- og hunrotter er let at erhverve fra rPVT data (Figure 5). Vi købte disse distributioner fra n = 92 mandlige og n = 5 hunrotter og sammenlignede dem med reaktionstid distributioner for voksne mænd og kvinder, der udfører PVT. Frekvens distributioner for rotter viser den forventede kraftige stigning i reaktionstider på de lavere værdier med en længere mod højre hale på de højere værdier.
Tid på Opgave og Årvågenhed Decrement
Udtrykket "årvågenhed" er blevet defineret som evnen hos et individ til at fastholde fokus for opmærksomhed og at være opmærksomme på stimuli over længere tidsperioder 24; formindskelser i årvågenhed er typisk observeret som tiden går i udførelsen af en opmærksomhed-relateret opgave. I den menneskelige PVT, er formindskelser i årvågenhed vurderet via ændringer i gennemsnitlig hastighed (dvs. 1 / RT) over tid udfører opgaven (f.eks tværs konsekutive tidsintervaller inden for hver PVT session). ENtilsvarende foranstaltning kan erhverves fra rPVT data hvor respons hastighed (dvs. 1 / RT) er undersøgt som funktion af tiden på opgaven interval ved at dividere 30 min rPVT session i 5 kasser af 6 min: 1) 0 - 6 min, 2) 6.1 - 12 min, 3) 12.1 - 18 min, 4) 18.1 - 24 min, og 24.1 - 30 minutter og plotte dataene som en funktion af hver gang bin (figur 6). Som det ses i den humane PVT, rotters reaktionshastighed falder med tiden på opgaven, hvilket indikerer en årvågenhed formindske eller et fald i ydeevne som den tid der udfører opgaven stiger (figur 4). Enhver rPVT ydeevne foranstaltning (f.eks procentvise ændringer i korrekt at reagere, for tidlig at reagere, eller bortfalder) kan undersøges som funktion af tid på opgaven 20.
Variabel Foreperiod Effect
At vurdere ændringer i ydeevne som funktion af den individuelle variabel foreperiod varigheder, hver forestilling foranstaltning (f.eks nøjagtighed, bortfalder RTS) er gennemsnit for hver foreperiod; således procentdelen af bortfalder for en 4 s foreperiod ville bestå af det gennemsnitlige antal bortfalder registreres efter alle foreperiod værdier mellem 3 - 4 s; Tilsvarende ville lapse data for en 5 s foreperiod bestå af gennemsnittet af antallet af bortfalder konstateret følgende alle foreperiod værdier mellem 4,1 - 5 s, og så videre. Denne denne type af analyseresultater i 7 foreperiod siloer (se nedenfor og figur 7), med cirka 30 forsøg forekommer pr bin i en normal session på 200 forsøg. I den menneskelige PVT, for eksempel ved korte foreperiods (eller kort respons-stimulus intervaller, betegnet RSI i den menneskelige litteratur) RTS er længere og bortfalder er færre, mens med længere intervaller RT'er er kortere og falske starter er hyppigere 22. Disse virkninger synes at være uafhængig af et emne tid på opgaveløsningen og give en anden metode til investigating individuel PVT ydeevne. A gentagne-foranstaltninger ANOVA viste en signifikant inden-emner main-effekt af Foreperiod for procent korrekt at reagere [F (6600) = 33,876, p <0,05], median RT [F (6600) = 57,667, p <0,05], for tidlig reagere (eller falske alarmer) [F (6.600) = 139,776, p <0,05] og bortfalder [F (6.600) = 9,814, p = 0,002]. Procent korrekte reaktion blev lavest ved 10 s foreperiod værdi sammenlignet med alle andre foreperiods (alle p'er <0,05). Median RT'er var længst på det 4 s foreperiod værdi (alle p s <0,05) tidlig besvarer spørgsmålene i grønbogen var lavest på det 4 s foreperiod værdi og højest i 10 s foreperiod værdi (alle p s <0,05), mens bortfalder var størst på det 4 s værdi og laveste på 10 s foreperiod værdi (alle p'er <0,05). Figur 6 illustrerer forskellene for rotter udfører rPVT, således at ydeevnen ved de lavere foreperiod værdier er langsommere og indeholder en større procentdel af bortfalder, men som de foreperiod stiger, korrekt reagere fald mens RT'er er hurtigere og procentdelen af for tidlige reaktioner stiger. Disse data viser en speed-nøjagtighed tradeoff som subjekter skal vente længere på belysningen af stimulus lys.
Figur 1. Diagram over rPVT Procedure. De grundlæggende beredskabsforanstaltninger for rPVT er angivet med kasserne og pile med fuldt optrukne linier, og er beskrevet i teksten under "Grundlæggende foranstaltninger". Falske alarmer er præmature reaktioner, der opstår kun inden for det grå skraverede område. Bortfalder er korrekte forsøg med længere end gennemsnittet respons latenstider plus ulykker. Se "Yderligere Beregnede foranstaltninger" for flere detaljer; se også Davis et al. 20 for en detaljeret oversigt over disse præstationsmål. Dette tal oprindeligt udkom i Davis et al. 20.TTP: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54629/54629fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2. Diagram over rPVT Pretraining og Træning Steps. Den pretraining procedure former næsen poke svar fra forsøgslederen leveret armering, der skifter til computer-leveret armering, når rotterne pålideligt stikke næsen sækken tasten. Rotter gå gennem rPVT uddannelse trin baseret på deres egne individuelle præstationer i hver session. Hele processen fra pretraining til den endelige uddannelse fase kræver cirka 12 dage. Når på trin 4,9, stabile baseline forestillinger kræver cirka yderligere 4 sessioner til at opretholde procent korrekt at reagere over 75% (se Baseline rPVT Forestillinger); samlede dage / sessioner nødvendige for at opnå de resultatkriterier er omtrentligly 16 sessioner. RFT = forstærkning. FP = foreperiods. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3. Baseline rPVT forestillinger i Long Evans-hanrotter. Vist er de procentdele af korrekt reagerer, bortfalder i opmærksomhed, og for tidlig reagere på tværs successive sessioner for n = 122 rotter. Data for uheld er vist til sammenligning med bortfald foranstaltning; mere end halvdelen af de bortfalder i opmærksomhed blev faktisk savnet forsøg, og de resterende ubesvarede forsøg blev forstærket (dvs. "korrekt") forsøg, men også forsøg, hvor et individs reaktionstiden var to gange (eller større end) rottens gennemsnitlige stuetemperatur i den pågældende session (dvs. defineret som en bortfalder i opmærksomhed). De data points vist for Session # 1 indikerer forestillinger i løbet af første fulde session for hver rotte udfører under de endelige resultater parametre. Baseret på de omtrentlige 200 korrekte forsøg pr session, intervaller af gennemsnitlige absolutte værdier for de forskellige foranstaltninger, der er afbildet her på tværs af de 80 sessioner er som følger: procent korrekt at reagere: 144 - 166 forsøg; procent bortfalder: 26 - 40 forsøg; procent tidlig reagerer: 14 - 20 forsøg; procent misses: 12 - 20. Fejl barer = ± SEM. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4. Mean rPVT resultater Foranstaltninger for mandlige og kvindelige Lang Evans rotter og Male C57BL / 6J mus. Procenter af korrekt reagerer, falske alarmer, og bortfalder, gennemsnitlig d 'prime, og median reacti på tider for hanrotter (n = 122), hunrotter (n = 5) og mus (n = 4) udfører rPVT i daglige sessioner (M - F). Efter pretraining og rPVT uddannelse faser, gnavere udføre rPVT til tilsvarende niveauer. De fleste foranstaltninger er ens, bortset fra at reaktionstider for mus er langsommere end for både han- og hunrotter. Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5. Respons Latency Distributions for Rats Udførelse af rPVT ligner mennesker Udførelse af PVT. Vist er de latency distributioner observeret for mænd og kvinder, der udfører den menneskelige PVT (gentegnes fra Blatter et al. 25), sammen med latency distributioner til mandlige og hunrotter udfører rPVT. filer / ftp_upload / 54629 / 54629fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6. Rotter 'Tid på Task Curve for Speed (1 / RT) ligner Hastighed for mennesker Udførelse af 10-min version af PVT. Venstre: En gennemsnitlig tid på opgaven funktion for den menneskelige ydeevne i en 7-min PVT session gentegnes fra Rayman og Van Someren 26. Til højre: En gennemsnitlig tid på opgaven funktion for rotter (n = 122) udfører i 30-min rPVT sessioner. På en måde svarende til den menneskelige ydeevne, der er minimale ændringer i hastighed over en session hos raske mennesker og normale rotter. Denne gang på opgaven funktion giver en baseline, der kunne blive manipuleret af søvnmangel, osv. Fejlsøjler på begge grafer ± SEM.tp_upload / 54629 / 54629fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7. En variabel Foreperiod Effect er tydeligt i rPVT Adfærdsmæssige Forestillinger. Gennemsnitlige ugentlige opførelser af rotter (n = 122) for procent korrekte reagerer, median reaktionstider, for tidlig reagerer, og bortfalder i opmærksomhed. Data er vist som funktion af varigheden variable foreperiod, dvs "ventetid" kræves forud for stimulus lys, der kommer på. Rotter er langsommere, men mere præcis ved kortere foreperiods, mens de er hurtigere, men udleder mere tidligt fødte svarene og er mindre nøjagtige på længere foreperiods. For eksempel sammenligner forestillinger på 4 s foreperiod til dem på 10 s foreperiod, rotter har længere median RT'er på det 4 s foreperiod (~ 550 ms vs ~ 400 ms ved de 10 s foreperiod), flere bortfalder (~ 30% vs. ~ 10% ved 10 s foreperiod), og større korrekte reagere (~ 80% vs. ~ 70% ved 10 s foreperiod), men færre tidlige responser (~ 1% vs . ~ 25% ved 10 s foreperiod). Således rotter er langsommere, men mere præcis ved kortere foreperiods, og hurtigere, men mindre nøjagtig ved længere foreperiods. Fejl barer = ± SEM. Klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Den heri beskrevne metode resulterer i rPVT forestillinger i rotter, som tåler sammenligning i mange aspekter til den typiske PVT ydeevne rapporteret i humane litteratur. Anvendelse af de foreliggende teknikker, kan man hurtigt træne rotter at udføre rPVT, og de opnåede med disse teknikker forestillinger er kendetegnet ved klare diskrimination (dvs. høje niveauer af korrekt reagerer, lave niveauer af både tidlig reaktion og bortfalder). Endvidere reaktionstiden distributioner opnået med rPVT er meget lig dem, der ses hos mennesker udfører PVT 12 (se figur 5), som er frekvenserne for både tidlig reaktion og bortfalder (fx som vist for unge ved Beijamini et al. 27). Endelig kolleger til både de menneskelige tid-på-opgave og variabel foreperiod interval (dvs. RSI) kan virkninger observeret i mennesker også ses, når gnavere udfører rPVT (se figur 6 7, henholdsvis). Denne høje grad af lighed mellem de menneskelige og gnavere forestillinger på PVT opgave giver rPVT en klar fordel til brug som en præklinisk forskning teknik, især for translationel forskning, der fokuserer på opmærksomhed / årvågenhed.
Ved vedtagelsen af rPVT for gnavere, efterforskere nødt til at overveje flere ting, som kan påvirke uddannelse længde og evne til gnavere med held erhverve rPVT, herunder de anvendte parametre til at etablere grundlæggende forestillinger, typer af forstærkere, og sex og stammer af emner anvendes . De ovenfor beskrevne parametre giver en metode, som rotter kan nemt uddannet over en kort tid til at erhverve rPVT. For eksempel, forme rotter til at stikke næsen poke nøglen tager ca 2 - 3 i 30 min forme sessioner, efterfulgt af ca. 2 uger af daglige (M - F) automatiserede kurser for rotter at opnå de kriterier erhvervelse. I gennemsnit mandligeLange Evans rotter har brug for 9,0 automatiserede træningssessioner at nå disse kriterier, men lejlighedsvis nogle rotter tage længere tid og er langsommere til at gøre det gennem de automatiserede sessioner. Sikre, at rotterne opnå og opretholde deres mål vægte vil bidrage til at minimere antallet af sessioner, der kræves for at nå de kriterier. Endvidere kan de fleste rPVT parametre modificeres til at maksimere uddannelse, herunder det samlede antal forsøg, varigheden af foreperiods, den begrænsede hold værdi, timeout varighed, og ITI varighed. Rotter typisk vise højere procentdele af korrekte svar, når uddannelsen begynder, og foreperiods er lave (fx 2 - 5 sek). Når foreperiods stige til over 5 s, vil de fleste rotter viser et fald i procentdelen af korrekte forsøg, og en efterfølgende stigning i præmature responser, da de lærer at konsekvent vente på næsen poke nøgle, der skal belyses, før afgiver svar. Som rotter fremskridt, er der igen en gradvis stigning iprocentdelen af korrekte svar som de foreperiods nærmer 9 - 10 s. Når rotter overgang til de tilfældigt præsenteret foreperiods, forestillinger er tæt kriterierne erhvervelse (fx 65 - med 80% korrekt). Den lejlighed, vil nogle rotter vise en større procentdel af for tidlige reaktioner, der kan mindskes ved at øge timeout varighed, sådan at når rotter reagerer tidligt, er mulighed for at tjene forstærkning forsinket.
Sammenlignet med andre versioner af rPVT i litteraturen, den nuværende protokol tog adfærdsmæssige forestillinger, der er karakteriseret ved færre for tidlige reaktioner og større antal korrekte svar. Ændringerne i den nuværende protokol i forhold til andre publicerede undersøgelser er mest sandsynligt årsagerne til større stimulus kontrol over adfærd. Vores protokol tog gnavere til kun at reagere i nærvær af stimulus lys, fordi belysningen af stimulus lys pålideligt forudsiger tilgængeligheden af armering. Det er,reagerer på næsen poke centrale resultater i forstærkning kun hvis svaret er lavet mens tasten belyses; således, stimulus lys bliver en diskriminativ stimulus (S D), som pålideligt signalerer tilgængeligheden af armering, og reagere på næsen sækken nøglen er under en høj grad af stimulus kontrol. En sandsynlig årsag til dette er anvendelsen af en længere variabel foreperiod interval (3 - 10 s, sammenlignet med 3 - 7 s i andre undersøgelser) og en kortere korrekte svar interval (1,5 s, sammenlignet med 2,5 - 3,0 s i andre undersøgelser) , hvilket i høj grad nedsætter sandsynligheden for et dyr korrekt reagere på forsøgsbasis tilfældigt. Derudover er der i andre offentliggjorte versioner af rPVT, kan gnavere tjene forstærkning for at svare under 0,5 s stimulus lys belysning eller under 2,5 s begrænsede hold efter at stimulus lys er slukket. Denne type af begrænset hold, der tillader forstærkning i fravær af den hypotetiske S D faktisk svækker effectiveness af stimulus lys som en S D, fordi lyset ikke pålideligt forudsige tilgængeligheden af armering. Det vil sige, rotter er forstærket for nogle presser, der opstår under lysets belysning, givet sin korte varighed, og for mange presser efter lyset er slukket. Ved behandlingen adfærd rotter i tidligere versioner af rPVT, er der næsten lige mange korrekte og for tidlige reaktioner, der tyder på, at stimulus lys ikke fungerer som en S D og emner reagerer på nøglen i mere tilfældig måde. Derudover uddannelse regime beskrevet i 4,1-4,6 udsætter et dyr til alle mulige foreperiods før de grundlæggende forestillinger, som ikke blev gjort i de tidligere versioner af rPVT. Endvidere trin 4,7-4,9 gradvist genindføre de lavere foreperiods at forhindre emner fra blot at reagere på de kortere varighed og udelade eller reagere tidligt på forsøg med længere foreperiods. Tilsammen udgør disse protocol ændringer øger sandsynligheden for, at stimulus lys vil blive en stærk S D, der styrer reagere på tværs af de forskellige foreperiods, i stedet for en svag S D, der minimalt kontroller reagere (fx reaktioner ofte forekomme i fravær af S D).
Brug af protokoltrin beskrevet her, har vi trænet forskellige stammer af rotter (dvs., Long Evans, Fischer 344, og Lewis) 28, både mandlige og kvindelige Lang Evans rotter og mandlige C57BL / 6J mus til lignende ydeevne. Mens forskellige rotte stammer blev anvendt til de fleste af de andre tidligere offentliggjorte undersøgelser, Oonk og kolleger 17 brugte Long Evans hanrotter og produceret adfærdsmæssige forestillinger meget som dem i Christie og kolleger 15,16. Disse resultater viser, at uddannelsen anvendte parametre sandsynligvis vigtigere for lavere tidlige respons end rotte stamme eller køn ansat. Uanset, stammen og køn than emner er vigtige variabler til at overveje. Selv om det er muligt at træne de fleste stammer af rotter eller mus i rPVT bør efterforskere undersøger deres fag fremskridt træning dagligt og ændre parametrene i overensstemmelse hermed for at opnå stabile adfærdsmæssige basislinjer. For eksempel, når uddannelsen kvindelige Lang Evans rotter skal reduceres, da hunrotter ikke spiser så meget mad som Long Evans-hanrotter det samlede antal forsøg til rådighed. Vi har registreret denne adfærd ved at undersøge de hunrotter 'trial-by-forsøg forestillinger at se, at efter at de tjente i gennemsnit 7 g af fødevarer, de længere reagerer på grund af mæthed (dvs. stort antal misser uden korrekte forsøg eller for tidlig responser). Det samlede forsøg nummer blev reduceret fra 200 til 150, efterfølgende at nedsætte mængden af mad, der kunne være tjent fra 9 g til 6,75 g. Med et lavere retssag nummer, kvindelige Lang Evans rotter opretholdt gennemsnitlige baseline forestillinger, der var svarende til Long Evans-hanrotter. MOst parametre i rPVT program kan ændres til at maksimere præstationer, herunder anvendelse af en længere for rotter med en større andel af præmature responser. Således overvågning gennemsnitlige daglige forestillinger, ud over at undersøge indenfor-session forestillinger, er afgørende for at minimere mængden af træning nødvendige tid, specielt når man træner en ny stamme eller en anden sex end er almindeligt anvendt.
Typen og mængden af forstærker anvendes, er et yderligere problem at overveje. I vores tilfælde, standard chow foderpiller er en effektiv forstærker, primært fordi at opretholde rotter ved 85 - er 90% af deres gratis-fodring vægte let at gøre i laboratoriet, holder rotter sunde for langtidsstudier, og resulterer i ensartet adfærdsmæssige forestillinger fra session til session. Under denne fodring regime, har vi haft rotter udfører rPVT på ensartede niveauer i næsten et år, og er i stand til at spore eksperimentelt induceret og aldersrelaterede forandringer i forestillinger.Det har vist sig, at der i anden simpel reaktion tid (SRT) procedurer, respons ventetid ofte variere som en omvendt funktion af frekvensen eller størrelsen af armering 29,30. For eksempel, når forstærkning leveres intermitterende, eller mængden af forstærker reduceres (f.eks mindre pellet størrelse eller lavere procent saccharoseopløsning) respons latenstider kan være længere. Mens den nuværende metode ikke indeholder ændrede forstærkning parametre, kan disse spørgsmål let undersøges i rPVT, ved blot at ændre typen af forstærkeren bruges, og hvordan denne forstærker leveres (f.eks hver rigtige forsøg forstærket, hver tredje rigtige forsøg forstærket, etc .).
I lighed med andre dyremodeller for menneskelig adfærd, er der begrænsninger for rPVT. For eksempel kunne det hævdes, at visse adfærdsmønstre rapporteret her (fx tid på opgaven ændringer) er en funktion af mæthed; dog et tættere examinatipå af de gnavere adfærd viser tyder på, at mæthed ikke var en faktor. For eksempel kan mæthed under en adfærdsmæssig session forekomme, da rotterne kan tjene op til 9 g mad i 30 min. Som beskrevet ovenfor, blev dette oplevet med kvindelige Lang Evans rotter og krævede justeringer til den samlede mængde mad, der kunne være tjent. Ved behandlingen af de daglige forestillinger på en trial-by-forsøgsbasis, skal man sørge for at sikre, at alle rotter distribuerer reaktioner (dvs. korrigerer, prematures og savner) ligeligt over sessionen, fx store blokke af udeladte forsøg nær slutningen af sessionen, for eksempel, ville indikere mæthed. Hvis tiden-on-opgave effekt var resultatet af mæthed nær slutningen af sessionen, men man ville også forvente procent korrekt reagere på falde og udeladelser at stige. Imidlertid procent korrekte svarede, var opretholdt på samme niveau på tværs af 30 min session 20; og mens bortfalder stige som sesmissionen skrider frem, denne stigning består af langsommere korrekte svar og ikke ubesvarede forsøg (eller udeladt forsøg). Således emner opretholdes høje reagere over hele sessionen med parametrene og tilpasninger er beskrevet ovenfor.
En vigtig fødevare-relaterede spørgsmål at overveje, er, at søvnmangel er kendt for at øge forbruget mad og at fødevarebårne forstærkede opgaver hypotese at undervurdere de negative virkninger af søvnmangel på adfærd 31, på grund af de modsatrettede effekter på adfærd. Flere studier har undersøgt denne hyperphagic effekt af søvnmangel, og Koban og colleages 32 konkluderede, at søvnmangel-induceret hyperfagi ikke forekommer med korte afsavn tidsplaner (dvs. <5 dage), men er en funktion af langsigtet søvnmangel (dvs. ,> 6 dage). Mens dette spørgsmål ikke specifikt undersøgt i dette manuskript, er det muligt at anvende den nuværende procedure for at afgøre, if disse effekter indvirkning ydeevne. Først kort og lang sigt søvn afsavn tidsplaner vil skulle vurderes i rPVT at afgøre, om de havde lignende effekt på performance. Hvis søvn berøvet rotter var mere sulten end normalt (dvs. mere sulten end sult niveau er forbundet med normal mad begrænsning), ville det være en hypotese til negativ indflydelse deres præstationer, men ikke medføre forestillinger, der er bedre end deres baseline ydeevne. Mens øget sult kan øge den hastighed, hvormed rotter erhverve læring opgaver, overdreven sult i den aktuelle udgave af rPVT typisk resulterer i forestillinger, der mangler adfærdsmæssige kontrol, dvs, forestillinger karakteriseret ved et stort antal for tidlige reaktioner og meget hurtige RT foranstaltninger, herunder mange RTs på eller under 150 ms (dvs. tilfældige respons). Mens uddannelse rotter i den aktuelle version af rPVT har vi lejlighedsvis observeret rotter udsender overdreven tidlig reagere og meget fast RT foranstaltninger under træning; i disse tilfælde, øge en rotte samlede mad tildeling ofte resulterer i reducerede tidligt at reagere, og stabiliserede RT latency.
Den her beskrevne rPVT giver en translationel platform til brug i en række eksperimentelle paradigmer, herunder virkningerne af læsioner, kort- eller langsigtede farmakologiske manipulationer, og genetiske ændringer. I betragtning af, at den menneskelige PVT designet til at vurdere ydeevnen efter søvnmangel, den rPVT giver en enkel platform til at undersøge de underliggende biologiske mekanismer, der er forbundet med søvnmangel, forstyrrelse eller kronisk søvn begrænsning. For eksempel tiden på opgaven og respons-stimulus interval virkninger er let målbare i denne version af rPVT i normale rotter, sammenlignet med andre offentliggjorte versioner 17, hvorefter en stabil basislinie til eksperimentelt manipulere disse præstationsforanstaltninger med ændringer i søvn varighed. Eftersom søvnafsavn i mennesker kun påvirker tid på opgaven effekt og ikke svaret-stimulus interval effekt (variabel foreperiod effekt her) 22, kan den rPVT bruges til at undersøge de underliggende biologiske mekanismer der er ansvarlige for de forskellige virkninger af søvnmangel på neurologisk adfærd ydeevne. Den rPVT er især anvendelig til langsigtede eksperimentelle manipulationer fordi rotter opretholde stabile præstationer over flere måneder, hvilket giver mulighed for etablering af 1) et normalt forløb baseline, 2) eksperimentelt ændring, at baseline, og 3) at vurdere baseline når den eksperimentelle manipulation er afsluttet uden behov for yderligere grupper af rotter.
Trods de mange ligheder mellem gnaver og menneskelige forestillinger om PVT, der er forskelle, der findes. Disse forskelle stammer primært fra behovet for eksplicitte uforudsete af armering med rotter for at forme og vedligeholde præcise og pålidelige rPVT performances, hvorimod anvendelsen af korrekt instruktions kontrol hos mennesker er alt hvad der kræves for at opnå gode PVT forestillinger. For eksempel er de observerede forskelle i menneskelig vs. rotte reaktionstid forestillinger er sandsynligvis tilskrives både anvendelse af forstærkning uforudsete vs. instruktions kontrol samt de åbenlyse topografiske forskelle i at reagere for mennesker og rotter (f.eks haner finger vs. nosepokes) . Reaktionstider på mennesker er typisk 50% kortere sammenlignet med rotter og mennesker er typisk til opgave at producere så hurtig en reaktionstid som muligt. Mens disse instruktioner også kan gøres eksplicit i dyreforsøg via uforudsete af armering (f.eks via kun forstærkende reaktioner, der opfylder en specifik, kort latenstid krav 29,33-35), kan anvendelsen af sådanne uforudsete betydeligt forlænge den nødvendige tid til at tog tid dyr 34,36,37. Endvidere er de rPVT sessioner er 30 min, men det menneskelige PVT sessions er mellem 3 - 10 min, afhængigt af hvilken version af PVT anvendes. Denne forskel skal overvejes, når de forsøger at replikere menneskelige parametre ydeevne i en gnaver opgave.
den rPVT er således et nyttigt redskab i undersøgelsen af virkningerne af en bred vifte af variabler på årvågenhed præstation, der tåler sammenligning med den menneskelige PVT, kan tjene som en innovativ translationel platform for at udforske grundlaget for individuel sårbarhed over for neurobehavioral nedskrivninger, og for udvikle potentielle profylaktiske, modforanstaltninger, og behandlinger for neurobehavioral dysfunktioner.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
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. |
References
- Dinges, D. F., Orne, M. T., Whitehouse, W. G., Orne, E. C. Temporal placement of a nap for alertness: contributions of circadian phase and prior wakefulness. Sleep. 10, 313-329 (1987).
- Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analyses of performance on a portable, simple visual RT task during sustained operations. Behav Res Method Inst Comp. 17, 652-655 (1985).
- Kribbs, N. B., et al. Effects of one night without nasal CPAP treatment on sleep and sleepiness in patients with obstructive sleep apnea. Am Rev Respir Dis. 147, 1162-1168 (1993).
- Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34, 581-591 (2011).
- Basner, M., Mollicone, D., Dinges, D. F. Validity and Sensitivity of a Brief Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) to Total and Partial Sleep Deprivation. Acta Astronaut. 69, 949-959 (2011).
- Dinges, D. F., et al. Cumulative sleepiness, mood disturbance, and psychomotor vigilance performance decrements during a week of sleep restricted to 4-5 hours per night. Sleep. 20, 267-277 (1997).
- Drummond, S. P., et al. The neural basis of the psychomotor vigilance task. Sleep. 28, 1059-1068 (2005).
- Jewett, M. E., Dijk, D. J., Kronauer, R. E., Dinges, D. F. Dose-response relationship between sleep duration and human psychomotor vigilance and subjective alertness. Sleep. 22, 171-179 (1999).
- Lim, J., Dinges, D. Sleep deprivation and vigilant attention. Ann N Y Acad Sci. 1129, 305-322 (2008).
- Van Dongen, H. P., Dinges, D. F. Sleep, circadian rhythms, and psychomotor vigilance. Clin Sports Med. 24 (2), 237-249 (2005).
- Van Dongen, H. P., et al. Caffeine eliminates psychomotor vigilance deficits from sleep inertia. Sleep. 24 (7), 813-819 (2001).
- Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168 (2), 312-317 (2006).
- Lim, J., Dinges, D. F. Sleep deprivation and vigilant attention. Annals of the New York Academy of Sciences. 1129, 305-322 (2008).
- Basner, M., et al. Mars 520-d mission simulation reveals protracted crew hypokinesis and alterations of sleep duration and timing. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 2635-2640 (2013).
- Christie, M. A., et al. Microdialysis elevation of adenosine in the basal forebrain produces vigilance impairments in the rat psychomotor vigilance task. Sleep. 31, 1393-1398 (2008).
- Christie, M. A., McKenna, J. T., Connolly, N. P., McCarley, R. W., Strecker, R. E. 24 hours of sleep deprivation in the rat increases sleepiness and decreases vigilance: introduction of the rat-psychomotor vigilance task. J. Sleep Res. 17, 376-384 (2008).
- Oonk, M., Davis, C. J., Krueger, J. M., Wisor, J. P., Van Dongen, H. P. Sleep deprivation and time-on-task performance decrement in the Rat Psychomotor Vigilance Task. Sleep. 38, 445-451 (2015).
- Loomis, S., McCarthy, A., Edgar, D., Tricklebank, M., Gilmour, G. Behavioural evidence that modafinil and amphetamine do not produce equivalent qualities of wake promotion in sleep-restricted rats. Sleep Medicine. 14, Supplement 1 185 (2013).
- Deurveilher, S., Bush, J. E., Rusak, B., Eskes, G. A., Semba, K. Psychomotor vigilance task performance during and following chronic sleep restriction in rats. Sleep. 38, 515-528 (2015).
- Davis, C. M., Roma, P. G., Hienz, R. D. A rodent model of the human psychomotor vigilance test: Performance comparisons. J Neurosci Methods. 259, 57-71 (2016).
- Lim, J., et al. Imaging brain fatigue from sustained mental workload: an ASL perfusion study of the time-on-task effect. Neuroimage. 49, 3426-3435 (2010).
- Tucker, A. M., Basner, R. C., Stern, Y., Rakitin, B. C. The variable response-stimulus interval effect and sleep deprivation: an unexplored aspect of psychomotor vigilance task performance. Sleep. 32, 1393-1395 (2009).
- Skinner, B. F. The behavior of organisms: an experimental analysis. , Appleton-Century-Crofts. (1938).
- Warm, J. S., Parasuraman, R., Matthews, G. Vigilance requires hard mental work and is stressful. Hum Factors. 50, 433-441 (2008).
- Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168, 312-317 (2006).
- Raymann, R. J., Van Someren, E. J. Time-on-task impairment of psychomotor vigilance is affected by mild skin warming and changes with aging and insomnia. Sleep. 30, 96-103 (2007).
- Beijamini, F., Silva, A. G., Peixoto, C. A., Louzada, F. M. Influence of gender on psychomotor vigilance task performance by adolescents. Braz J Med Biol Res. 41, 734-738 (2008).
- Davis, C. M., DeCicco-Skinner, K. L., Hienz, R. D. Deficits in Sustained Attention and Changes in Dopaminergic Protein Levels following Exposure to Proton Radiation Are Related to Basal Dopaminergic Function. PLoS One. 10, 0144556 (2015).
- Stebbins, W. C. Response latency as a function of amount of reinforcement. J Exp Anal Behav. 5, 305-307 (1962).
- Stebbins, W. C., Lanson, R. N. Response latency as a function of reinforcement schedule. J Exp Anal Behav. 5, 299-304 (1962).
- Christie, M. A., McCarley, R. W., Strecker, R. E. Twenty-four hours, or five days, of continuous sleep deprivation or experimental sleep fragmentation do not alter thirst or motivation for water reward in rats. Behav Brain Res. 214, 180-186 (2010).
- Koban, M., Sita, L. V., Le, W. W., Hoffman, G. E. Sleep deprivation of rats: the hyperphagic response is real. Sleep. 31, 927-933 (2008).
- Moody, D. B. Animal Psychophysics, The Design and Conduct of Sensory Experiments. Stebbins, W. C. , Appleton-Century-Crofts. 277-302 (1970).
- Pfingst, B. E., Hienz, R. D., Kimm, J., Miller, J. M. Reaction-time procedure for measurement of hearing I. Suprathreshold functions. J Acoust Soc Am. 57, 421-430 (1975).
- Stebbins, W. C. Auditory reaction time and the derivation of equal loudness contours for the monkey. J Exp Anal Behav. 9, 135-142 (1966).
- Hienz, R. D., Weerts, E. M. The Baboon in Biomedical Research. VandeBerg, J. L., Williams-Blanger, S., Tardif, S. D. , Springer. (2009).
- May, B. J., Huang, A. Y., Aleszczyk, C. M., Hienz, R. D. Methods of Comparative Acoustics. Klump, G. M., Dooling, R. J., Fay, R. R. , Birkhauser Verlag. 95-108 (1995).
