Das Nagetier Psychomotorik Vigilance Test (rPVT): Eine Methode zur Beurteilung der Neuropsychologische Leistung bei Ratten und Mäusen

Summary

Eine Ratte Version des menschlichen Psychomotorik Vigilance Test (PVT) beschrieben, die mit dem menschlichen PVT gemessen Aspekte der Aufmerksamkeit ähnlich denen Maßnahmen, einschließlich der Aspekte der menschlichen Wachsamkeit wie Leistungsgenauigkeit, Motordrehzahl, vorzeitige reagiert und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit.

Abstract

Der menschliche Psychomotorische Vigilance Test (PVT) ist ein weit verbreitetes Verfahren für Änderungen der Ermüdung und anhaltende Aufmerksamkeit zu messen. Der vorliegende Artikel beschreibt ein Nagetier - Version des PVT-bezeichnet die "rPVT" , dh ähnliche Aspekte der Aufmerksamkeit misst (dh Leistungsgenauigkeit, Motordrehzahl, vorzeitige reagiert und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit). Die Daten werden präsentiert, die sowohl die kurz- und langfristigen Nutzen des rPVT zeigen, wenn sie mit Laborratten eingesetzt. Ratten lernen leicht die rPVT, und das Erlernen der grundlegenden Vorgang auszuführen dauert weniger als zwei Wochen Training. Einmal erworben, Ratte Leistungen in der rPVT zeigen einen hohen Grad der Ähnlichkeit zu diesen gleichen Performance - Maßnahmen im menschlichen PVT, einschließlich Ähnlichkeiten bei Verfehlungen in der Aufmerksamkeit, Reaktionszeiten, Wachsamkeit Dekremente über Sitzungszeit (dh der Mensch "time-on- task "Effekte), und die Antwort-Stimulus-Intervall (RSI) Wirkung beim Menschen beschrieben. So ist die rPVT kann ein äußerst wertvolles Werkzeug für die Beurteilung der Auswirkungen von einer Vielzahl von Variablen auf nachhaltige Aufmerksamkeit ganz ähnlich wie die menschliche PVT Leistungen sein und kann somit für die Entwicklung neuer Therapien für Neuropsychologische Störungen nützlich sein.

Introduction

Der menschliche psycho Vigilanz - Test (PVT) ist ein weit verbreitetes, gut validierten Werkzeug für Menschen in Wachsamkeit und anhaltende Aufmerksamkeit zu messen, und wurde ursprünglich von Dinges et al entwickelt. ^1-3 für die Stabilität der Reaktionszeiten und die Aufmerksamkeit der Bewertung (zB Fehler in Bezug auf die vorzeitige Reaktionen und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit), die beide innerhalb von Sitzungen als Ganzes und über die Zeit in den einzelnen Sitzungen. Im Laufe der Jahre hat der Mensch PVT modifiziert und aktualisiert ^4-11 zeitlichen Änderungen in verschiedenen Aspekten Aufmerksamkeit zu verfolgen, und wurde gezeigt, auf Veränderungen in Schlafentzug und Ermüdung empfindlich zu sein und wird durch Drogenkonsum und Alter der Patienten ¹² betroffen ^{, 13.} Die PVT ist ein scheinbar einfaches Verfahren, bei dem ein Gegenstand kurz einen Bildschirm berührt, wenn ein Stimulus (typischerweise eine LED-Nummernanzeige) zufällig in der Zeit erscheint, in der Regel nach 2 bis 10 s. In der menschlichen Variante wird die Nummernanzeige in ms inkrementiert, und angehalten, wenn ter Bildschirm berührt wird, damit die Reaktionszeit des unter Angabe von Gegenstand (RT). Abnahmen der Wachsamkeit sind mit 1 bezeichnet) verlangsamte Reaktionszeiten, 2) eine Erhöhung der Verfehlungen (bezeichnet als "Fehler der Unterlassung" in der menschlichen Literatur, und in der Regel als RTs definiert, die> 500 ms lang), und 3) eine Erhöhung der (bezeichnet als "Fehler der Kommission" oder "Fehlstarts" in der menschlichen Literatur) vorzeitig zu reagieren. Andere Maßnahmen können auch mit dem PVT für die Prüfung solcher Variablen wie Geschlecht und Altersunterschiede erhalten werden; eine Überprüfung dieser Maßnahmen finden Basner und Dinges ^4. Schließlich hat die PVT in den allgemeinen Bereich der Risikobewertung beim Menschen eingesetzt worden, und wurde unter einer Vielzahl von Einsatzgebieten erfolgreich eingesetzt, die das Militär, Luft- und Eisenbahnindustrie, Ersthelfer und extreme Umgebungen wie NASA Extreme Environment Missionen umfassen Operationen (NEEMO), der internationale Mars500 - Projekt ^14, und auf der internationalen Space Station (ISS). Auf der ISS wird die PVT die "Reaktion Selbsttest" genannt und wird verwendet , Astronauten mit individualisierten ermüdungsbedingten Feedback (zB Änderungen in RTS- oder Verfehlungen in der Aufmerksamkeit) zur Verfügung zu stellen.

Der menschliche PVT ist seit Jahrzehnten im Einsatz, als Nagetier-Versionen von einfachen Reaktionszeitaufgaben haben (was ein wenig ähnlich sind). Es wurde jedoch erst vor kurzem, dass ein direkter Nagetier Gegenstück zum menschlichen PVT wurde in der Literatur berichtet. Christie und Kollegen beschrieben , eine Version des menschlichen PVT für Ratten und berichtete Abnahme der Wachsamkeit folgenden Schlafentzug ^15,16. Weitere neuere Studien haben Versionen des rPVT ^17-19 berichtet. Diese Berichte haben beschriebenen Veränderungen in Daueraufmerksamkeit nach verschiedenen Techniken Schlafentzug; jedoch haben die Daten aus diesen Studien berichtet hohe vorzeitige Reaktion (beispielsweise in einigen Fällen mehr als 40% der Gesamtzahl der respoNSEs); solche Leistungen sind ganz anders als alle PVT Auftritte mit den Menschen. Solch ein großer Unterschied in rodent gegen menschliche Leistungen aufgrund der Unterschiede in spezifischen Parameter im menschlichen gegenüber den Nagetieren Versionen der PVT eingesetzt wahrscheinlich; zum Beispiel al die Christie et. Studie beschäftigte sich zufällig ändernde 3 - 7 s Vorperiode, während ein Mensch PVT normalerweise ein 2 beschäftigt - 10 s Vorperiode (obwohl siehe Basner et al ⁵ für eine 3-min - Version des menschlichen PVT , die eine 1 verwendet -. 4 s Vorperiode) . Die Verwendung von relativ kurzen Vorperiode Werte können häufig bei Tieren "Timing" ihre Reaktionen zur Folge haben, und können so zu fördern, über zufällige Verstärkung, die Zahl der vorzeitigen Reaktionen erhöht, wie sie in den aktuellen Nagetier rPVT Studien berichtet worden.

Die Version des rPVT hier beschriebenen basiert auf unserer früher veröffentlichten Artikel ^20, und enthält eine detaillierte Beschreibung der Techniken und -verfahren. es unterscheidetvon bisher veröffentlichten Versionen des rPVT in folgenden Punkten: 1) Ratten mit variabler Vorperiode Werte von 3 ausgebildet wurden - 10 s und 2) Ratten schnell reagieren musste, bezeichnet, da nur Antworten innerhalb einer kurzen Antwortfenster (auch eine "begrenzte halten ") nach Beginn des Stimulus verstärkt wurden (1,5 s in der vorliegenden Studie, 3,0 s in den vorherigen veröffentlichten Versionen des rPVT). Mit diesen Änderungen sowie kurze Timeouts für falsch in einem höheren Niveau der Stimuluskontrolle führte Ansprechend, wie durch deutliche Verbesserungen in der Genauigkeit und reduzierte Mengen an vorzeitiger Reaktion angezeigt. Der vorliegende Bericht beschreibt auch vorhersehbare Veränderungen in Leistungsvariablen (zB Verfehlungen in der Aufmerksamkeit, EZS) , die wie beim Menschen parallel bei der Prüfung der Wachsamkeit ²¹ dekrementiert, und bei der Prüfung anderer Performance - Maßnahmen , einschließlich der menschlichen "Zeit auf Aufgabe" -Effekt und die response- Reizintervall (RSI) Wirkung, die im menschlichen PVT beobachtet

Die endgültige Version des rPVT hier beschrieben beginnt , indem Sie auf ein Haus Licht drehen (siehe Abbildung 1). Nach einem variablen Intervall (Vorperiode) von 3 bis 10 s abgelaufen ist, wird die Nasen Poke Schlüssel für maximal 1,5 s belichtet. (Um eine gleichmäßige Verteilung der Vorperioden Dauer zu gewährleisten, werden die Werte zufällig generiert, ohne Ersatz aus einer Liste von 36 möglichen Werte, die von 3 bis 10 s liegen, bezogen auf 200 ms-Schritten.) Beleuchtung des nosepoke Schlüssel ist das Signal für ein Tier reagieren und eine Antwort, die zwischen 150 bis 1500 ms nach dem Beginn der hell~~POS=TRUNC tritt mit einer 45-mg-Pellet verstärkt wird. Nach einer verstärkten Reaktion, die beide die Nase Poke Schlüssellicht und das Haus Licht ausgeschaltet und ein 1 s Inter-trial-Intervall (ITI, Haus Licht aus) erfolgt. Nose-Pokes bei vor Licht Beginn erzeugen ein 8 s Timeout (TO) aus den experimentellen Eventualitäten, die durch Löschen des Hauses Licht signalisiert wird. Wenn keine Antworten treten innerhalb der 1,5 s response Fenster sowohl das nosepoke Licht und Haus Licht ausgeschaltet sind, und ein 1 s ITI erfolgt. Die nächste geplante Vorperiode Wert für die nachfolgende Studie beginnt nach entweder die 1 s ITI oder die 8 s TO, je nachdem, was während der vorangegangenen Studie aufgetreten. Die Sitzungen werden täglich durchgeführt (5 Tage / Woche), in der Regel von etwa 200 Studien, bestehen und nach 30 Minuten beendet. Dies führt bei jedem Versuch eine Dauer von etwa 7,5 s mit durchschnittlich.

Shaping stabile Basisleistung auf der rPVT erfolgt zunächst durch 1) eine Ratte Anpassung aus dem Nahrungsmittelbehälter zu nehmen Futterpellets in der Kammer, 2) von Hand Gestaltung einer Ratte auf einer Nase Poke Schlüssel zu reagieren, indem sie schrittweise Annäherungen an die letzte Verstärkung Nase stecken Antwort, und 3) die Durchführung von täglichen Sitzungen , in denen die Parameter des rPVT Verfahren (dh Vorperiode, ITI, TO, und Schlüsselbelichtungszeiten) werden schrittweise während einer Sitzung angepasst, je nachdem , wie gut jede Ratte während jeder Sitzung ausführt (unten im Detail beschrieben).

Protocol

Labortierhaltung war nach Public Health Service (PHS) Politik auf der Humane Pflege und Verwendung von Labortieren. Alle Verfahren wurden in strikter Übereinstimmung mit den Empfehlungen im Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren der National Institutes of Health durchgeführt. Die Institutional Animal Care und Use Committee der Johns-Hopkins-Universität genehmigt das Protokoll und alle Verfahren. Johns Hopkins unterhält auch Akkreditierung ihres Programms von der Vereinigung für die Bewertung und Zulassung von Labortierpflege (AAALAC).

1. Tiere

1. Verwenden erwachsenen männlichen Long Evans-Ratten (ca. 10 bis 12 Wochen alt zu Beginn der Verhaltenstraining), obwohl auch andere geeignete Stämme sind, einschließlich Inzuchtratten.
2. Bei der Ankunft in der Kolonie, Hausratten einzeln in zugelassenen Caging und Zimmer, wegen der Nahrungsmittelbeschränkung muss weiter unten beschrieben. Akklimatisieren Tiere in die Wohnsituation sowie die Abwicklung für mehrere days vor dem Essen Beschränkungsverfahren (ca. 7 Tage) zu starten.
3. Geben Sie Rattenfutter ad libitum für 1 - 2 Wochen Ratten zu ermöglichen , eine "freie Ernährung" Gewicht zu erreichen. Wenn bei diesem Gewicht, beschränken Nahrung Zugang zu Ratten Gewichte reduzieren, mehr als 1 - 2 Wochen, zu 85 bis 90% des freien Ernährung Gewicht. Pflegen Tiere 85-90% ihrer freien Ernährung Gewichte während Verhaltenstraining und Prüfung. Beginnen mit 15-18 g Futter pro Tag und passen diese Menge auf Basis, ob eine Rate seine Zielgewicht wird beibehalten.
   HINWEIS: Lebensmittel Beschränkung erfordert normalerweise Genehmigung eines institutionellen ACUC oder andere Aufsichtsbehörde vor , die Einschränkung zu starten.
4. Wiegen Tiere täglich und notieren Sie das Gewicht auf Gewicht Blätter. Sicherzustellen Wägung wird zur gleichen Zeit und im gleichen Maßstab jeden Tag vor dem Beginn jeder Verhaltenstraining oder Fütterung durchgeführt.
   HINWEIS: Nur starten Vortraining (unten) , wenn die Tiere habenerreicht ihre Zielgewichte. Diese Praxis ermöglicht sofortige Korrekturen Lebensmittel Mengen für Tiere, die entweder unter oder über ihre Zielgewichte sind. Es stellt auch ein Verfahren zur Bestimmung, ob Ratten Gewichte bei 24-h-Intervalle werden beibehalten. Vermeiden Sie auch Ratten zu verschiedenen Zeiten des Tages mit einem Gewicht; es wird in der drastischen Unterschiede in Gewicht, falsche Fütterungen und schlechte Verhaltensleistungen zur Folge haben.
5. Geben Sie frisches Wasser zu allen Zeiten im Käfig durch die Verwendung von Glas- oder Plastikflaschen mit Gummistopper Tops und sipper Rohre.
6. Wenn Sitzungen nicht durchgeführt werden (zB Wochenenden, Feiertage), ziehen die Ratten ihre normale Zuteilung von Rattenfutter Gewichtsstabilität zu gewährleisten. Wiegen Ratten zu bestimmen, ob mehr Nahrung benötigt wird, Gewicht während dieser Zeit aufrecht zu erhalten.

2. Geräte und Software

1. Verwenden Sie Standard - Modul operant Kammern ausgestattet mit einer Nase Poke Schlüssel, ein Haus Licht und einen Pelletspender (dh Zuführung).
2. Legen Sie die modulare Nase Poke-Taste auf beiden Seiten des zentral gelegenen Pellet Spender; sicherzustellen, dass diese Platzierung in anderen operant Kammern und zwischen den Studien konsistent bleibt. Hierbei ist die Nase Poke-Taste auf der linken Seite des Pelletspender.
3. Legen Sie das modulare Hauslicht hoch auf der Rückwand der Kammer, um nicht mit anderen Verhaltensweisen stören.
4. Verwenden Rattenfutter - Pellets (zB Noyes 45-mg - Pellets oder ähnliches) zur Verstärkung. Die Feeder-Modell bestimmt Lebensmittel Pelletgröße, aber die meisten Ratten Zubringer verwenden 45 mg Futterpellets (Maus Feeder verwenden in der Regel 20-mg Futterpellets). Verwenden Sie Standardfutter - Pellets, aber auch andere Pellets erworben werden kann (zB Saccharose) für verschiedene experimentelle Manipulationen.
5. Kontrolle Reiz Präsentationen, Nase Poke Antwort Eingänge, Verstärkung Lieferung und zur Datenerfassung über eine Schnittstelle an einen Computer angeschlossen. Kontaktieren Sie die Autoren für spezifische Informationen in Bezug auf Verhaltensprogramme geschrieben miteine Programmiersprache für Verhaltenstests (siehe Tabelle von Materialien und Reagenzien) entwickelt.
   HINWEIS: Es ist wichtig , unabhängige und abhängige Variablen auf einem Trial-by-Versuchsbasis zu erfassen, einschließlich der Tiere 'Antworttypen (zB korrekte Antworten, vorzeitige Reaktionen, verluste), die Antwortlatenzzeit und die Anzahl der Studien vorgestellt. Wenn verschiedene Stämme, Geschlechter oder Arten verwenden, können diese Variablen leicht in die Ausbildung zu maximieren geändert werden, um fast jede Art von Nagetier.

3. Vortraining

1. Zuordnen jedes Tier einem operant Kammer, wo sie jeden Tag geprüft wird, und ungefähr zur gleichen Tageszeit während des gesamten Experiments.
2. Wiegen Sie die Ratte und legen Sie sie in ihrer spezifischen operant Kammer mit Futterpellets in der Pelletspender. Legen Sie 10 - 20 Futterpellets in der Aufnahme für die Ratte zu essen.
3. Für Vortraining, die folgenden Parameter zu niedrig, feste Werte:Vorperiode Wert = 2 s, Timeout-Wert = 2 s, begrenzt halten = 10 s.
4. Starten Sie das Computerprogramm zur Steuerung Präsentation des Hauses Licht, nosepoke Tastenbeleuchtung und automatische Futterpellet Lieferung.
   HINWEIS: Es ist am besten , das Verhaltensprogramm auf ein Niveau gesetzt zu haben , die für die Mehrheit der Antworten für den häufigen Verstärkungen können durch das Tier erzeugt, so dass die Nase Poke Schlüssel für eine relativ lange Dauer der Zeit beleuchtet wird (zB 10 s) . Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass die Ratte den Schlüssel wird stoßen, während es ausgeleuchtet wird, was zur Abgabe eines Nahrungsmittel reinforcer durch das Computerprogramm.
5. Sobald die Ratte die Futterpellets beendet ist, starten Sie das Formgebungsverfahren durch die Ratte verstärkt, wenn es die Lebensmittelbehälter oder die Nase Poke Taste nähert. Hier formen manuell jede Ratte, was bedeutet, dass ein Experimentator das Verhalten der Ratten beobachtet (durch die Klang verlassen Abschwächen Kabine Türen offen) und liefert Pellets aus der feederso schnell wie möglich, nachdem die Ratte emittiert das gewünschte Verhalten. Liefern Sie Pellets aus einer Taste auf dem Zubringer selbst, durch einen Handschalter, der mit der Speise verdrahtet ist, oder durch die Computer-Software, die Verhaltens Eventualitäten durch einen Klick auf den entsprechenden Ausgang an der Schnittstelle zu steuern.
6. Mit der Methode der durch schrittweise Annäherungen der Gestaltung, sie stellen die Nahrung Bestärkung für die Verhaltensänderungen , die ²³ aufeinanderfolgende Annäherungen an die endgültige gewünschte Verhalten sind. Zum Beispiel, wenn die Ratte zuverlässig Futterpellets aus der Lebensmittelbehälter abrufen, starten nur Bewegung in Richtung oder um die Nase Poke Schlüssel zu verstärken, und nicht mehr verstärken Ansätze für die Lebensmittelbehälter. Hier Form Ratten nach links zu bewegen, nachdem ein Futterpellet Abrufen, da die Nase Poke Taste links von der Nahrungsaufnahme in die operanten Kammern befindet.
   HINWEIS: Auch wenn der Experimentator Nahrung Bestärkung während des Beginns der pretr liefertaining wird das Computerprogramm noch läuft und das Haus Licht, nosepoke Schlüssel zu steuern, und Feeder. Wenn eine Ratte den Schlüssel steckt, wird das Computerprogramm automatisch verstärken. Experimentator verstärkte Verhaltensweisen sind nur diejenigen , die Ratte führt auf die leuchtende Taste zu stecken, wie der Schlüssel Sniffing oder um ihn herum, Bewegen des Kopfes in der Nähe der Taste oder in Richtung zu ihm, usw.
7. Bestimmen Sie die Menge der Nahrung während der Vortraining Sitzung durch Zählen der Anzahl von Pellets geliefert manuell , zuzüglich Granulat geliefert automatisch durch den Computer - Software erworben (dh gelieferten Pellets , da die Ratte auf die leuchtende Taste stocherte). Multiplizieren Sie diese Zahl von 0,045 g zu bestimmen Gesamt Essen verdient (zB 30 Pellets x 0.045 g = 1,35 g).
8. Entfernen Sie die Ratte und legen Sie sie in ihre Heimat Käfig zurück. Subtrahieren, mit der Hand, verdient die Menge der Nahrung (siehe 3.7) in der Verhaltenssitzung von der täglichen Nahrung Zuteilung der Ratte. Führen Sie den Rest der Lebensmittelzuteilung an die Ratte nachdie Verhaltenstraining. Ziehen bei einem Minimum von 30 Minuten nach dem Abschluss des Verhaltenssitzung Heimkäfig Nahrung Verstärkung unmittelbar nach unproduktiven Sitzungen zu vermeiden.
9. Reinigen Sie die operant Kammer täglich mit einem sanften Desinfektionsmittel (zB Wasser und Seife). Verwenden Sie 70% EtOH sparsam, da sie die operant Kammern beschädigen können. Schauen Sie sich die Nase Poke Taste täglich um technisch einwandfreiem Zustand und sauber mit Desinfektionsmittel zu halten, wenn nötig, da ein Schlüssel, der an Ort und Stelle wird Sticks oder gesperrt wird ein Tier Leistung stören, wenn nicht schnell repariert.
10. Form jede Ratte auf diese Weise, bis die Ratte 40 emittiert - 50 richtigen Computer verstärkte (nicht manuell oder Experimentator verstärkt) Antworten auf die beleuchtete Taste, ruft jedes Futterpellet und kehrt zu und stößt die Nase Poke Schlüssel ohne zusätzliche Formgebung. Typischerweise erfordern Ratten etwa 2 - 3 30-Minuten - Sitzungen , diese Kriterien zu erreichen (siehe Abbildung 2).
    HINWEIS:Manuelle Abgabe von Futterpellets ist nicht erforderlich, nachdem die Ratte zuverlässig ist der Schlüssel Stossen und Nahrungsmittelverstärkung durch das Computerprogramm zugeführt erhält.

4. rPVT Ausbildung

1. Einmal geformt, starten Sie die Ratte in einem festen, relativ kurzen Vorperiode Intervall und auf den Wert (zB 2 s) auf der nächsten 30-min-Sitzung, bis die Ratte 8 von 10 richtigen Studien abgeschlossen ist. Für jede dieser Prüfungen während des Trainings, beleuchten die Nase Poke Taste für einen bestimmten Zeitraum lang genug für eine Ratte, eine Antwort zu machen. Hier halten Sie die Taste für 9 Sekunden beleuchtet; Diese Antwort-Fenster wird auch die begrenzte Halte (LH) genannt.
2. Verwenden Sie eine relativ kurze Zeit aus (TO, zB 2 s) als Strafe für die vorzeitige Reaktionen oder zur Beleuchtung der Nase Poke Taste vor reagieren. Während der zu haben, Ratten keine Gelegenheit Essen zu verdienen. Hier sind die TO und Vorperiode Wert die gleiche Dauer während dieser Trainingseinheiten und Veränderung mit der gleichen Rate.
(dh bis 2,1), während die LH von 0,1 s verkürzt wird (dh auf 8,9). Am besten ist es, ein Computerprogramm zu verwenden, die automatisch diese Anpassungen während einer Sitzung zu machen.
HINWEIS: Wenn Mäuse auf dem rPVT Ausbildung eine längere ITI wird verwendet , da Mäuse mehr Zeit erfordern Futterpellets zu konsumieren. Hier verwenden ein 30 s ITI für die Ausbildung und Prüfung männlichen C57BL / 6J. Zusätzlich kann, da eine Maus ~ 20 g wiegen kann, wird es deutlich weniger Pellets während einer Sitzung zu konsumieren. Daher verkürzen eine typische Sitzung, indem es Ende, wenn maximal 50 Pellets erworben werden; das Kriterium für die Erhöhung der Vorperiode und TO wird auch als 4 von 5 richtigen Studien vor Erhöhung der Vorperiode und TO um 0,1 s geändert.
3. Sobald die 30 Minuten - Sitzung vorbei ist, notieren Sie die letzte Vorperiode die Ratte während des Trainings erreicht (zB 4,2 s), entweder in alspreadsheet oder von Hand auf einem Datenblatt, und die Menge der Nahrung verdient, der durch Multiplikation der Anzahl der richtigen Versuche mal 0,045 g (zB 100 korrekte Versuche x 0.045 g = 4,5 g) berechnet wird. Subtrahieren diese Futtermenge aus der täglichen Zuteilung der Ratte und füttern die Ratte das übrig gebliebene Essen im Käfig.
   HINWEIS: Die täglichen Datendateien die endgültige Vorperiode von jeder Ratte erreicht aufzuzeichnen. Die Berechnung der Menge der Nahrung in der Sitzung verdient zu bestimmen können automatisch durch das Computerprogramm oder von Hand unter Verwendung der obigen Gleichung durchgeführt werden. Essen verdient wird von Hand von jeder Ratte abgezogen ist die tägliche Nahrungszuteilung.
4. Am folgenden Tag, starten Sie die 30 Minuten Training mit einer Vorperiode, die 300 ms niedriger als der Wert ist die Ratte in der vorherigen Sitzung endete am. Zum Beispiel, wenn die Ratte bei 4,2 s beendet ist, beginnt diese Sitzung bei 3,9 s. Fortsetzung der Vorperiode um 0,1 s zu erhöhen, wie die Ratte bei jeder Vorperiode 8 von 10 richtigen Prüfungen abgeschlossen ist, until Ratten erreichen eine Vorperiode von 10 s. Auf diese Weise werden alle Ratten der möglichen Vorperioden erfahren.
   HINWEIS: Bei Ratten , die eine Vorperiode von 9,7 erreichen - 10 s, die TO bleibt bei 8 s und der LH ist 1,5 s.
5. Am Ende jeder Sitzung, überprüfen Sie die tägliche Leistung der Ratte während dieser Zeit durch den Prozentsatz der richtigen Versuche, vorzeitige Studien untersuchen, und vermisst. Ratten halten häufig einen Durchschnitt von 40 bis 90% richtige Antworten bei diesen Schulungen, mit dem durchschnittlichen Prozent richtig stetig über Ausbildung zu erhöhen. Hier exportieren Sie die Tagesdaten für jede Ratte in eine Tabelle, die diese Prozentsätze, um berechnet täglich Sitzungsleistung zu verfolgen.
6. Sobald die Ratte eine Vorperiode von 10 s erreicht, starten Sie den nächstfolgenden 30 Minuten-Sitzung mit den Vorperioden in unregelmäßigen Abständen vorgestellt, beginnend mit Vorperioden zwischen 7 bis 10 s. Stellen Sie sicher, dass der TO und LH bleiben bei 8 und 1,5 s, beziehungsweise. Dabei steuert das Computerprogramm die behavioral Eventualitäten schaltet automatisch von aufsteigend Vorperioden auf variable Vorperioden präsentiert einmal jede Ratte, die 8 von 10 Kriterium bei der Vorperiode s 10 erreicht.
7. Sobald die Ratte zwischen 7 mit zufällig dargestellt Vorperioden mindestens 70% richtig hält - 10 sec, um das Programm zu ändern Vorperioden in zufälligen Intervallen darzustellen, mit Vorperioden ausgehend von 5 - 10 s. Untersuchen jeder täglichen Leistung der Ratte während dieser Zeit, weil diese Änderung in einer Sitzung passiert oft.
8. Nachdem die Ratte 70% richtig hält, das Programm erneut ändern das gesamte Spektrum der Vorperioden zu präsentieren (3 bis 10 s) in unregelmäßigen Abständen während der 30 Minuten-Sitzung. In ähnlicher Weise wie in 4.8, untersuchen jeden in dieser Zeit tägliche Leistung der Ratte, weil diese oft Änderung innerhalb einer Sitzung geschieht.
   HINWEIS: Die Computer - Software , die Verhaltens Eventualitäten macht diese Änderungen automatisch auf Basis von jeder Ratte Leistung (zB 4,7-4,9) zu steuern.Es ist wichtig, nur die Änderung in 4,9, wenn eine Erfolgsquote der Ratte hoch ist (> 70% richtig), da Ratten häufig die Strategie reagiert zufällig in der Zeit übernehmen, anstatt richtig warten und auf den Reiz teilnehmen. Wenn ein Erfolg Ratte Ratte niedrig ist, wiederholen 4,7-4,9.
9. Für die Akquisitionskriterien, um die Grundleistungen als stabil definieren, wenn sie auf 4 von 5 täglichen Sitzungen innerhalb einer Woche, Ratten 'Prozentsatz der richtigen Antworten ist 75% oder mehr während einer Sitzung und der Anteil der vorzeitigen Antworten weniger als 30%.

5. Datenanalyse für Grundreaktionsmaßnahmen

1. Um bei der Erfassung Verhaltens Leistungen beurteilen zu können, verwenden wiederholte Messungen ANOVAs, mit dem wiederholten Faktor entweder Session, Zeit auf Task-Wert oder Vorperiode Wert für jede Leistungsmessung im Folgenden beschrieben.
   HINWEIS: Hier verwenden die Studien sowohl within- und Zwischensubjektentwürfe, in denen wir alle Tiere ihre o vergleichenwn Basislinien nach einer experimentellen Bedingungen und vergleichen Versuchstiere zu Kontrolltieren die gleiche Manipulation folgen. Wenn stabile Verhaltensgrundlinien erreicht werden, die Verwendung von in-Themen-Designs wird die Anzahl der Ratten benötigt begrenzen.
2. Definieren vorzeitigen Antworten als Antworten vor dem Beginn des Hauptlicht oder innerhalb der ersten 150 ms des Schlüssellicht ist auf.
3. Definieren Sie richtige Antworten als Antworten nach dem Schlüssel-Licht gemacht aufleuchtet, mit einer minimalen Latenz von mehr als 150 ms und eine maximale Latenz der Antwort Fensterlänge; hier, 1500 ms.
4. Definieren Sie verfehlt (oder Unterlassungen) als Versuche, auf dem das Thema eine Antwort nicht leistet.
5. Definieren Antwortlatenzen, wie die abgelaufene Zeit (in ms) von Licht Beginn an Depression der Nase stecken Schlüssel; auch als Reaktionszeit (RT).
6. Definieren Gesamt Studien wie die Zahl der vorzeitigen Antworten plus korrekter Antworten und verfehlt.
   HINWEIS: In der menschlichen PVT Leistungen, vorzeitige resPfützenbildung und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit kann ziemlich selten sein, und die Ermittler am häufigsten berichten nur die tatsächlichen rohen Frequenzen dieser Maßnahmen. Dies ist jedoch nicht der Fall in Auftritte mit Ratten. Um Vergleiche zwischen den verschiedenen Versionen der rPVT in der Literatur, Ratten 'Performance-Maßnahmen ermöglichen, werden hier als Prozentsatz der gesamten Studien. Die Verwendung eines Computerprogramms, das und beschriften Sie jedes dieser Elemente auf einer Trial-by-Versuchsbasis für die spätere Analyse aufzeichnen kann, wird bevorzugt, da Ratten werden über 200 Studien pro 30 min Sitzung abgeschlossen und wird oft die Kriterien erfüllen, zu einem anderen Schritt zu bewegen in der Trainingsprozedur innerhalb einer Sitzung.

6. Zusätzliche Computed Performance-Kennzahlen

1. Für eine 30 min Verhaltenssitzung definieren verstreicht richtige Antworten in dem die RT größer als das Doppelte der mittleren Reaktionszeit des für jede Ratte Sitzung war (nach einer Sitzung durchgeführt); auch gehören verpasste Studien in den Ablauf Berechnung.
   NEINTE: Im menschlichen PVT sind hinfällig typischerweise definiert als Reaktionszeiten (RT)> 500 ms ^4. Bei Nagern ist es am besten zu erfüllen Post-hoc-Vergleiche zu jedem Mittelwert RT Ratte - aus dem Trial-by-Studie erworbenen Analyse oben beschrieben - statt sie mit einem Schwellenwert zu vergleichen, aufgrund der Variabilität in RTs von einzelnen Ratten. Diese Methode ist ähnlich wie Lücken in anderen veröffentlichten Versionen des rPVT ^15,16. Hier und in anderen veröffentlichten Versionen, erlischt auch gehören verpasste Studien (hinfällig = Antworten mit RTs> zweimal die mittlere RT für eine Sitzung, und vermisst), da verpasste Studien im menschlichen PVT als hinfällig aufgezeichnet, wie gut.
2. Bestimmen Sie die geschätzte Fehlalarmrate durch den Prozentsatz der vorzeitigen Antworten berechnen, die während der eigentlichen 3 auftreten - 10 s Intervall, wenn ein Stimulus erschien haben könnte.
   HINWEIS: Diese Maßnahme eine Untergruppe der vorzeitigen Reaktionen verwendet , die nur während einer Zeit auftreten , wenn der Reiz auftreten könnte,dh vorzeitige Reaktionen , die innerhalb der letzten 3 auftreten - Vorperiode Fenster 10 s. Diese Maßnahme beinhaltet keine vorzeitige Antworten vor der 3 s, weil der Reiz Licht nie während dieser Zeit beleuchtet würde. Hier wird diese Teilmenge von vorzeitigen Reaktionen wird automatisch aus allen vorzeitigen Reaktionen in einem Tabellenkalkulationscomputerprogramm sortiert.

Representative Results

Baseline Rat rPVT Performances

Mit den Parametern hier detailliert, 86,7% der 122 männlichen Ratten erreichte die letzten rPVT Parameter innerhalb von durchschnittlich 9,0 (SD = 10,13; n = 122) Computer-automatisierte Trainingseinheiten (beschrieben in 4,1-4,9 rPVT Training; in unserer Erfahrung, nur etwa 2% der Ratten wird nicht die rPVT) erwerben. Mit der aktuellen Methodik, Ratten im Durchschnitt 73,4% richtig reagiert, 18,6% entfällt in der Aufmerksamkeit, und 10,6% verfrüht während ihrer ersten vollen Sitzung unter den Standardleistungsparameter des rPVT reagiert; bedeuten Reaktionszeiten im Durchschnitt 527 ms (siehe Abbildung 3). Mit dem ^4. Plenum, Ansprechend richtig stabilisiert und zeigten keine signifikanten Änderungen im Nachhinein. Die Daten aus der veröffentlichten Artikel ²⁰ darauf hin , dass , wenn die Tiere erreichen eine höher als der Durchschnitt d 'Indexwert während der ersten normalen Session, they erreichen auch die Basisleistungskriterien schneller (Anzahl der Sitzungen bedeuten Ausgangskriterien zu erreichen = 8,7 vs. 10,0, bestimmt durch mittlere Split - t-Test analysiert; p = 0,009). So nach 4 Sitzungen in den letzten Parameter (siehe 4.9), Ratten Leistungen erhöhte sich deutlich auf über 75% richtig reagiert Kriterium und blieb auf diesem Niveau über 80 aufeinander folgenden Sitzungen (etwa 16 Wochen, siehe Abbildung 3). Ein ähnlicher Trend wurde auch für d 'Werte beobachtet. So erfordern Vortraining und rPVT Ausbildung ca. 12 Tagen mit etwa 4 zusätzliche Sitzungen stabile Basisleistungen zu erzielen , um den Akquisitionskriterien von> 75% richtig reagiert und <30% vorzeitige Reaktion (dh falscher Alarm reagiert) zu halten.

Häufigkeitsverteilungen der Reaktionszeiten bei männlichen und weiblichen Ratten sind leicht von den rPVT Daten (Abb zu erwerbenure 5). Wir erwarben diese Verteilungen von n = 92 männlich und n = 5 weiblichen Ratten und verglichen sie mit Reaktionszeitverteilungen für erwachsene Männer und Frauen, die PVT durchführen. Häufigkeitsverteilungen für Ratten zeigen die erwartete starke Anstieg der Reaktionszeiten bei den niedrigeren Werten mit einem längeren Rechts Schwanz bei den höheren Werten.

Zeitaufwand für Aufgaben und der Vigilance Decrement

Der Begriff "Wachsamkeit" ist als die Fähigkeit eines Subjekts definiert seinen Fokus zu halten und wachsam bleiben über längere Zeiträume auf Reize ^24; Verringerungen in Wachsamkeit sind in der Regel im Verlauf der Zeit in der Performance eines aufmerksamkeitsbezogenen Aufgabe beobachtet. Im menschlichen PVT dekrementiert in Wachsamkeit werden über Veränderungen der mittleren Geschwindigkeit bewertet (dh 1 / RT) über die Zeit der Durchführung der Aufgabe (beispielsweise in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen innerhalb jedes PVT session). EINähnliche Maßnahme von den rPVT Daten können in dem Antwortgeschwindigkeit erworben werden (dh 1 / RT) als Funktion der Zeit auf Task - Intervall durch Teilung der 30 min rPVT Sitzung in 5 Behälter von 6 min untersucht: 1) 0-6 min, 2) 6,1 bis 12 min, 3) 12,1 bis 18 min, 4) 18,1 bis 24 min und 24,1 bis 30 min und Auftragen der Daten als Funktion jedes Zeitfach (Abbildung 6). Wie in den menschlichen PVT gesehen, Ratten 'Reaktionsgeschwindigkeit nimmt mit der Zeit auf Aufgaben, die eine Wachsamkeit Dekrement oder eine Abnahme der Leistung als die Menge an Zeit , um die Aufgabe durchführt zunimmt (Abbildung 4) anzeigt. Jede rPVT Leistungsmessung (zB prozentuale Veränderungen in der richtigen Antwort, vorzeitige reagiert oder Verfehlungen) als Funktion der Zeit auf Aufgabe ²⁰ untersucht werden.

Variable Vorperiode Effect

Um Veränderungen in der Leistung in Abhängigkeit von der individuellen variablen beurteilen foreperiod Dauern, die jeweils Leistung zu messen (zB Genauigkeit, Verfehlungen, RTs) für jede Vorperiode gemittelt wird; also der Anteil der Verfehlungen für ein 4 s Vorperiode würde aus der durchschnittlichen Anzahl der Verfehlungen zwischen 3 nach allen Vorperiode Werte aufgezeichnet - 4 s; in ähnlicher Weise für Verstreichen Daten eines 5 s Vorperiode würde aus dem Durchschnitt der Anzahl der Verfehlungen zwischen 4,1 Befolgen aller Vorperiode Werte aufgezeichnet - 5 s, und so weiter. Dies ist diese Art der Analyseergebnisse in 7 Vorperiode Bins (siehe unten und Abbildung 7), mit ca. 30 Versuchen eintreten pro Tonne in einer normalen Sitzung von 200 Studien. Im menschlichen PVT, beispielsweise bei kurzen Vorperioden (oder kurze Reaktions-Stimulus Intervalle in der menschlichen Literatur RSI genannt), RTs sind länger und hinfällig sind weniger, während bei längeren Intervallen RTs kürzer sind und Fehlstarts sind häufiger ^22. Diese Effekte scheinen zu sein, unabhängig von einem Thema Zeit auf Aufgabe Leistung und bieten eine andere Methode für INVEstigating individuelle PVT Leistung. Ein wiederholter Messungen ergab ANOVAs eine signifikante Innersubjekthaupteffekt der Vorperiode für Prozent richtig reagiert [F (6,600) = 33,876, p <0,05], Median RT [F (6,600) = 57,667, p <0,05], vorzeitige Reaktion (oder Fehlalarme) [F (6,600) = 139,776, p <0,05] und Verfehlungen [F (6,600) = 9,814, p = 0,002]. Prozent korrekt auf der Vorperiode Wert wurde niedrigsten reagiert s 10 im Vergleich zu allen anderen Vorperioden (alle von p <0,05). Median RTs waren längste auf der Vorperiode Wert s 4 (alle P <0,05) Vorzeitige ansprechend war am niedrigsten in der 4 s Vorperiode Wert und am höchsten bei der Vorperiode Wert s 10 (alle von p <0,05), während Verfehlungen waren am größten 4 s-Wert und am niedrigsten bei den 10 s Vorperiode Wert (alle P <0,05). 6 veranschaulicht diese Unterschiede für Ratten Durchführung des rPVT, so dass die Leistung bei den niedrigeren Werten Vorperiode ist langsamer und enthält einen höheren Prozentsatz an verstreicht, sondern als die Vorperiode zunimmt, richtig reagiert ab, während RTs sind schneller und der Prozentsatz der vorzeitige Reaktionen erhöht. Diese Daten zeigen eine geschwindigkeits Genauigkeit Kompromisses als Subjekte müssen länger warten, für die Beleuchtung des Reizes Licht.

Abbildung 1. Schematische Darstellung der rPVT Verfahren. Die grundlegenden Reaktionsmaßnahmen des rPVT werden durch die Boxen und Pfeile mit durchgezogenen Linien angedeutet und sind im Text unter "Grundlegende Maßnahmen" beschrieben. Fehlalarme sind vorzeitige Reaktionen, die nur innerhalb der grauen schraffierten Bereich auftreten. Lapses korrekt sind Studien mit mehr als durchschnittliche Antwortlatenzen und vermisst. Siehe "Zusätzliche Computed Maßnahmen" für weitere Details; siehe auch Davis et al. ²⁰ für eine detaillierte Tabelle dieser Performance - Maßnahmen. Diese Zahl erschien ursprünglich in Davis et al. ^20.ttp: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54629/54629fig1large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 2. Schematische Darstellung der rPVT Vortraining und Trainingsschritte. Das Vortraining Verfahren formt die Nase Poke Antwort von Experimentator-gelieferte Verstärkung, die Verstärkung computer geliefert schaltet, sobald die Ratten zuverlässig die Nase Poke Schlüssel stecken. Ratten bewegen sich durch die rPVT Trainingsschritte auf der Grundlage ihrer eigenen individuellen Vorstellungen in jeder Sitzung. Der gesamte Prozess bis zur endgültigen Trainingsstufe von Vortraining benötigt etwa 12 Tage. Sobald in Schritt 4.9, stabile Basisleistungen erfordern etwa eine zusätzliche 4 Sitzungen Prozent zu halten korrekt über 75% reagiert (siehe Basislinie rPVT Aufführungen); Gesamtzahl der Tage / Sitzungen die Leistungskriterien zu erreichen, benötigt wird, ist ungefährely 16 Sitzungen. RFT = Verstärkung. FP = Vorperioden. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. Baseline rPVT Performances in Male Long Evans Ratten. Dargestellt sind die prozentualen Anteile der richtigen Antwort, Verfehlungen in der Aufmerksamkeit, und ein vorzeitiges über aufeinanderfolgende Sitzungen für n = 122 Ratten reagieren. Daten für Fehlschläge sind zu Vergleichszwecken mit dem Ablauf Maßnahme gezeigt; mehr als die Hälfte der Verfehlungen in der Aufmerksamkeit wurden Studien tatsächlich verpasst haben , und die restlichen verpassten Studien wurden (dh "richtige") Studien verstärkt , sondern auch Studien , in denen eine Reaktionszeit des Probanden zweimal war (oder größer als) die mittlere RT Ratte für dass bestimmte Sitzung (dh als Verstreichen der Aufmerksamkeit definiert). Die Daten pwährend der ersten vollständigen Sitzung für jede Ratte unkte für Session # 1 zeigen Leistungen gezeigt unter den endgültigen Leistungsparameter durchgeführt wird. Basierend auf den ca. 200 korrekte Versuche pro Sitzung, Bereiche der mittleren absoluten Werte für die verschiedenen Maßnahmen hier dargestellt über die 80 Sitzungen sind wie folgt: Prozent richtig reagiert: 144-166 Studien; Prozent entfällt: 26 - 40 Versuche; Prozent vorzeitige Reaktion: 14-20 Versuche; Prozent misses: 12 - 20. Die Fehlerbalken = ± SEM. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4. Mittlere rPVT Performance - Kennzahlen für männliche und weibliche Long - Evans - Ratten und männliche C57BL / 6J - Mäuse. Prozentualer Anteil der richtigen Antworten, Fehlalarme und Verfehlungen, durchschnittlich d 'prime und mittlere Reacti Einschaltzeiten für männliche Ratten (n = 122), weibliche Ratten (n = 5) und Mäusen (n = 4), um die rPVT in täglichen Sitzungen (M - F) durchgeführt wird. Nach dem Vortraining und rPVT Trainingsphasen, führen Nagetiere die rPVT auf einem ähnlichen Niveau. Die meisten Maßnahmen sind ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Reaktionszeiten für Mäuse sind langsamer als die beiden männlichen und weiblichen Ratten. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5. Antwortlatenz Verteilungen für Ratten Die Durchführung der rPVT sind ähnlich wie beim Menschen Durchführen der PVT. Dargestellt sind die Latenzverteilungen beobachtet für Männer und Frauen , die die menschliche PVT Durchführung (neu gezeichnet von Blatter et al. ^25), zusammen mit Latenz Verteilungen für männlichen und weiblichen Ratten die rPVT durchführen. files / ftp_upload / 54629 / 54629fig5large.jpg "target =" _ blank "> Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 6. Rats 'Time auf Task - Kurve für Drehzahl (1 / RT) ist ähnlich für den Menschen zu Speed Durchführen der 10-min - Version des PVT. Links: Eine durchschnittliche Zeitaufwand für Aufgaben - Funktion für die menschliche Leistung in einem 7-min PVT - Sitzung neu gezeichnet von Rayman und Van Someren ^26. Rechts: Eine durchschnittliche Zeitaufwand für Aufgaben - Funktion für Ratten (n = 122) , die Durchführung in 30-Minuten rPVT Sitzungen. In einer ähnlichen Weise wie die menschliche Leistung gibt es minimale Veränderungen in Geschwindigkeit über einer Sitzung in gesunden Menschen und normalen Ratten. Dieses Mal auf Task - Funktion bietet eine Grundlage , die durch Schlafentzug manipuliert werden könnten, usw. Die Fehlerbalken auf beiden Graphen ± SEM.tp_upload / 54629 / 54629fig6large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 7. Eine Variable Vorperiode Effekt ist evident in rPVT Behavioral Performances. Durchschnittliche wöchentliche Aufführungen von Ratten (n = 122) Prozent richtig reagiert, mittlere Reaktionszeiten, vorzeitige reagiert und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit. Die Daten werden in Abhängigkeit der variablen Vorperiode Dauer gezeigt, das heißt, die "Wartezeit" erforderlich , bevor der Reiz kommende Licht auf. Ratten sind langsamer, aber genauer in kürzeren Vorperioden, während sie schneller sind, aber mehr emittieren vorzeitige Reaktionen und sind weniger genau bei längeren Vorperioden. Zum Beispiel Leistungen bei der 4 s Vorperiode zu denen an der 10 s Vorperiode, Ratten haben längere mediane RTs in der 4 s Vorperiode (~ 550 ms vs. ~ 400 ms bei den 10 s Vergleich foreperiod), mehr Verfehlungen (~ 30% im Vergleich zu ~ 10% bei der 10 s Vorperiode) und größer richtig reagiert (~ 80% im Vergleich zu ~ 70% auf 10 s Vorperiode), aber weniger vorzeitige Reaktionen (~ 1% vs. . ~ 25% bei der 10 s Vorperiode). Somit sind Ratten langsamer, aber genauer in kürzeren Vorperioden und schneller, aber weniger genau bei längeren Vorperioden. Die Fehlerbalken = ± SEM. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Discussion

Die Methodik beschriebenen Ergebnisse hierin in rPVT Leistungen in Ratten, die in den menschlichen Literatur berichtet vorteilhaft in vielen Aspekten der typischen PVT Leistung vergleichen. Unter Verwendung der vorliegenden Techniken kann man schnell Ratten trainieren , um die rPVT durchzuführen, und die mit diesen Techniken erhaltenen Leistungen werden durch klare Benachteiligungen gekennzeichnet (dh hohe richtig reagiert, geringe voreilig reagiert und hinfällig). Ferner sind die Reaktionszeitverteilungen mit dem rPVT erhalten sind ganz ähnlich denen beim Menschen gesehen die PVT Durchführung ¹² (siehe Figur 5), sind die Frequenzen der beiden vorzeitige Reaktion und verstreicht (beispielsweise wie für Jugendliche von Beijamini et al gezeigt. ^27). Schließlich Kollegen sowohl für die menschliche Zeit-on-Aufgabe und variable Vorperiode Intervall (dh RSI) beim Menschen beobachteten Effekte auch gesehen werden können , wenn Nagetiere die rPVT (siehe Abbildungen ausführen 6 7). Dieser hohe Grad der Ähnlichkeit zwischen Mensch und Nagetier Leistungen auf dem PVT Aufgabe gibt dem rPVT einen deutlichen Vorteil für die Verwendung als präklinische Forschungstechnik, insbesondere für die translationale Forschung, die auf Aufmerksamkeit / Wachsamkeit konzentriert.

Wenn die rPVT für Nagetiere Annahme, müssen die Ermittler mehrere Dinge zu beachten, die erfolgreich Trainingsdauer und die Fähigkeit von Nagetieren auswirken könnten, um die rPVT erwerben, einschließlich der verwendeten Parameter Grundleistungen zu etablieren, die Art der Bestärkung und dem Geschlecht und Stämme von Probanden verwendet . Die oben beschriebenen Parameter stellen ein Verfahren, durch die Ratten leicht über eine kurze Zeitspanne trainiert werden, um die rPVT zu erwerben. 3 30 min Gestaltung Sitzungen, gefolgt von etwa 2 Wochen lang täglich (M - - F) zum Beispiel die Gestaltung Ratten die Nase Poke Taste dauert ca. 2 stecken automatisierte Schulungen für Ratten, die Akquisitionskriterien zu erreichen. Im Durchschnitt männlichLong Evans Ratten brauchen 9.0 automatisierte Trainingseinheiten, diese Kriterien zu erreichen, aber gelegentlich einige Ratten länger dauern und sind langsamer es durch die automatisierte Sitzungen zu machen. Sicherzustellen, dass die Ratten zu erzielen und ihre Zielgewichte beibehalten wird helfen, die Anzahl der Sitzungen zu minimieren erforderlich, um die Kriterien zu erreichen. Des Weiteren können die meisten rPVT Parameter verändert werden Training zu maximieren, einschließlich der Gesamtzahl der Versuche, die Timeout-Dauer und der ITI Dauer der Dauer der Vorperioden, die begrenzte Haltewert. Ratten zeigen in der Regel einen höheren Prozentsatz der richtigen Antworten beim Training beginnt und die Vorperioden sind niedrig (zB 2 bis 5 sec). Sobald die Vorperioden zu s über 5 erhöht, die meisten Ratten wird eine Abnahme des Prozentsatzes der richtigen Tests anzuzeigen, und eine nachfolgende Zunahme der vorzeitigen Reaktionen, wie sie durchweg für die Nase Poke Taste warten lernen, bevor Aussenden eines Antwort beleuchtet werden. Da Ratten Fortschritte gibt es wieder eine allmähliche Zunahme derder Prozentsatz der richtigen Antworten als die Vorperioden nähern 9 - 10 s. Sobald Ratten Übergang zu den zufällig präsentiert Vorperioden sind Aufführungen in der Nähe der Akquisitionskriterien (zB 65-80% richtig). Gelegentlich werden einige Ratten einen höheren Prozentsatz der vorzeitigen Antworten anzeigen, die durch die Erhöhung der Timeout-Zeitdauer verringert werden kann, so dass, wenn Ratten früh reagieren, die Möglichkeit, Verstärkungs verdienen verzögert.

Im Vergleich zu anderen Versionen der rPVT in der Literatur beschrieben, bildet das aktuelle Protokoll Verhaltens Leistungen, die durch weniger vorzeitigen Reaktionen und eine größere Anzahl von richtigen Antworten charakterisiert sind. Die Änderungen im aktuellen Protokoll im Vergleich zu anderen veröffentlichten Studien sind wahrscheinlich die Gründe für eine Belebung Kontrolle des Verhaltens. Unser Protokoll bildet Nagetieren nur in Gegenwart des Stimulus Licht zu reagieren, weil Beleuchtung des Stimulations-Licht zuverlässig die Verfügbarkeit von Verstärkungsvorhersagt. Das ist,Poke wichtigsten Ergebnisse in Verstärkung auf der Nase reagiert nur, wenn die Antwort gegeben wird, während die Taste leuchtet; somit wird der Reiz Licht ein diskriminativen Stimulus (S ^D) , die zuverlässig die Verfügbarkeit von Verstärkung signalisiert, und auf der Nase Poke Taste reagieren , ist unter einem hohen Maß an Reizkontrolle. Eine wahrscheinliche Grund dafür ist die Verwendung eines längeren variable Vorperiode Intervall (von 3 bis 10 s, verglichen mit 3 bis 7 s in anderen Studien) und eine kürzere korrekte Antwortintervall (1,5 s gegenüber 2,5 bis 3,0 s in anderen Studien) , die senkt erheblich die Wahrscheinlichkeit, ein Tier auf Probe zufällig richtig reagiert. Zusätzlich kann in anderen veröffentlichten Versionen des rPVT können Nagetiere Verstärkung verdienen während der 0,5 s Reiz Lichtbeleuchtung oder während der 2,5 s begrenzt halten, für die Reaktion nach dem Stimulus Licht erloschen ist. Diese Art der begrenzten halten , die Verstärkung in Abwesenheit des hypothetisierten S ^D ermöglicht schwächt tatsächlich die effectiveness Reiz Licht als S ^D , weil das Licht nicht vorhersagen , zuverlässig die Verfügbarkeit von Verstärkung. Das heißt, Ratten werden für einige Druckmaschinen verstärkt, während das Licht der Beleuchtung aufgrund seiner kurzen Dauer auftreten, und für viele drückt, nachdem das Licht ausgelöscht wurde. Wenn das Verhalten von Ratten in früheren Versionen von rPVT untersuchen, gibt es fast die gleiche Anzahl von richtigen und vorzeitigen Antworten, die das Licht der Reiz schlägt nicht als S - ^D dient und Themen in zufälliger Art und Weise auf die Taste reagieren. Darüber hinaus detailliert die Trainingsprogramm in 4,1-4,6 aussetzt, ein Tier zu allen möglichen Vorperioden vor den Basisleistungen, die nicht in den früheren Versionen des rPVT gemacht wurde. Weitere Schritte 4,7-4,9 allmählich die unteren Vorperioden wieder einführen Probanden zu verhindern, dass einfach auf die kürzere Laufzeiten zu reagieren und das Weglassen oder vorzeitig auf Studien mit mehr Vorperioden reagieren. Zusammen stellen diese Protocol Änderungen erhöhen die Wahrscheinlichkeit , dass der Reiz Licht eine starke S ^D sein wird , die in den verschiedenen Vorperioden Steuerelemente reagieren, statt einer schwachen S ^D , die minimal Kontrollen reagiert (zB Antworten häufig in Abwesenheit des S ^D auftreten).

Mit Hilfe der Protokollschritte detailliert hier haben wir verschiedene Stämme von Ratten trainiert (dh Long Evans, Fischer 344 und Lewis) ^28, sowohl männliche als auch weibliche Long - Evans - Ratten und männliche C57BL / 6J - Mäuse auf ähnliche Leistungsniveaus. Während verschiedene Rattenstämme für die meisten anderen bisher veröffentlichten Studien verwendet wurden, Oonk und Kollegen ¹⁷ gebrauchte männlichen Ratten Long Evans und erzeugt Verhaltensleistungen ähnlich denen von Christie und Kollegen ^15,16. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Trainingsparameter verwendet werden, sind wahrscheinlich wichtiger für niedrigere vorzeitige Reaktionen als die Rattenstamm oder Sex beschäftigt. Egal, der Stamm und Geschlecht der ter Themen sind wichtige Variablen zu berücksichtigen. Während es möglich ist, die meisten Stämme von Ratten oder Mäuse in der rPVT zu trainieren, sollten die Ermittler ihre Themen "Ausbildung Fortschritte untersuchen täglich und die Parameter ändern entsprechend stabile Verhaltensgrundlinien zu erreichen. Wenn zum Beispiel weibliche Long-Evans-Ratten trainiert, die Gesamtzahl der Versuche zur Verfügung muss reduziert werden, da weibliche Ratten verbrauchen nicht so viel Nahrung wie männliche Long Evans Ratten. Wir haben festgestellt , dieses Verhalten von der weiblichen Ratten trial-by-Studie Leistungen untersuchen , um zu sehen , dass , nachdem sie verdient im Durchschnitt 7 g Nahrung, sie wegen Sättigung nicht mehr reagiert (dh große Anzahl von Misses ohne korrekte Studien oder verfrüht Antworten). Die Gesamtversuchszahl wurde 200-150, anschließend verringert, um die Menge an Nahrung, die Abnahme von 9 g bis 6,75 g erzielt werden könnten. Bei einer geringeren Probenummer, gehalten weibliche Long-Evans-Ratten durchschnittliche Basisleistungen, die an Ratten Evans männlichen Lang entsprachen. Most Parameter innerhalb des rPVT Programm kann geändert werden, Leistungen zu optimieren, einschließlich der Verwendung eines längeren TO für Ratten mit einem größeren Anteil an vorzeitigen Antworten. So durchschnittliche tägliche Performances Überwachung, zusätzlich zu der Prüfung innerhalb Tagung Leistungen ist entscheidend für die Höhe der Ausbildungszeit zu minimieren benötigt, vor allem, wenn ein neuer Stamm oder ein anderes Geschlecht Ausbildung als wird häufig verwendet.

Die Art und Menge der Bestärkung verwendet wird, ist ein zusätzliches Problem zu betrachten. In unserem Fall Standardfutter Futterpellets sind eine wirksame Bestärkung, in erster Linie, weil Ratten bei 85 Aufrechterhaltung - 90% ihrer freien Ernährung Gewichte ist einfach im Labor zu tun, hält Ratten gesund für Langzeitstudien, und führt zu einer konsistenten Verhaltens Aufführungen von Sitzung zu Sitzung. Unter diesem Fütterungsregime, haben wir fast ein Jahr lang Ratten Durchführung der rPVT auf ein einheitliches Niveau hatten und in der Lage, experimentell induziert und in den Leistungen altersbedingten Veränderungen zu verfolgen.Es wurde in anderen einfache Reaktionszeit (SRT) Verfahren, die gezeigt ist , Antwortlatenzen oft als eine inverse Funktion der Frequenz variieren , oder die Größe des Verstärkungs ^29,30. Wenn beispielsweise Verstärkungs intermittierend zugeführt wird, oder die Menge des Verstärkungs verringert (zB kleinere Pelletgröße oder weniger Prozent Saccharose - Lösung) Reaktionslatenzen können länger sein. Während die aktuelle Methode nicht veränderte Verstärkungsparameter umfassen, können diese Probleme leicht im rPVT untersucht werden, indem einfach die Art der Bestärkung zu verändern verwendet und wie das reinforcer (zB geliefert wird, jedes verstärkte richtige Studie, jede dritte korrekte Studie verstärkt, usw. .).

Ähnlich wie bei anderen Tiermodellen des menschlichen Verhaltens, gibt es Einschränkungen bei der rPVT. Zum Beispiel könnte es , dass einige Verhaltensweisen hier berichtet argumentiert werden (zB Zeitaufwand für Aufgaben Änderungen) sind eine Funktion der Sättigung; jedoch eine engere Untersuchuauf des Verhalten zeigt "Nagetiere legt nahe, dass satiation kein Faktor war. Zum Beispiel satiation während einer Verhaltenssitzung auftreten können, da die Ratten bis 9 g Lebensmittel in 30 min verdienen kann. Wie oben beschrieben, wurde diese mit weiblichen Long Evans Ratten erfahren und erforderliche Anpassungen der Gesamtmenge der Speisen, die erzielt werden könnten. Wenn sie auf einem Trial-by-versuchsweise täglich Aufführungen Prüfung, muss man darauf achten , um sicherzustellen , dass alle Ratten Antworten verteilen (dh korrigiert, prematures und Verluste) gleichmäßig über die Sitzung, zum Beispiel große Blöcke weggelassen Studien nahe dem Ende der Sitzung, beispielsweise würde anzeigen satiation. Wenn die Zeit-on-Aufgabe Effekt war das Ergebnis der Sättigung nahe dem Ende der Sitzung, jedoch würde man auch richtig reagieren zu verringern und Auslassungen erwarten Prozent zu erhöhen. Allerdings Prozent richtig reagiert auf gleicher Höhe über die 30 Minuten - Sitzung ²⁰ gehalten wird ; und während Verfehlungen erhöhen als session fortschreitet, diese Erhöhung richtigen Antworten besteht aus langsamer und nicht verpasst Studien (oder weggelassen Studien). So halten Probanden hohe oben beschrieben über die gesamte Sitzung mit den Parametern und Anpassungen reagiert.

Eine wichtige Nahrungs Problem im Zusammenhang mit zu berücksichtigen ist , dass Schlafentzug ist bekannt Verzehr von Lebensmitteln zu erhöhen und lebensmittelverstärkte Aufgaben vermutet werden , um die negativen Auswirkungen von Schlafentzug zu unterschätzen auf das Verhalten ^31, die einander gegenüber Auswirkungen auf das Verhalten gegeben. Mehrere Studien , die diese hyperphagic Wirkung von Schlafentzug untersucht haben, und Koban und colleages ³² festgestellt , dass Schlafentzug-induzierte Hyperphagie nicht mit kurzen Deprivation Pläne auftritt (dh <5 Tage), aber ist eine Funktion der Schlafentzug langfristig (dh ,> 6 Tage). Während dieses Problem nicht in diesem Manuskript untersucht wurde, ist es möglich, das derzeitige Verfahren zu verwenden, um zu bestimmen, if diese Effekte die Leistung auswirken. Erstens, kurz- und langfristigen Schlafentzug Pläne müssten in der rPVT geprüft werden, um festzustellen, ob sie auf die Leistung ähnliche Effekte hatte. Wenn der Schlaf entzogen Ratten als normal hungriger waren (dh hungriger als der Hunger Ebene mit der normalen Nahrung Einschränkung verbunden ist ), würde die Hypothese aufgestellt werden , um negativ auf ihre Leistung auswirken, aber nicht in den Leistungen führen , die als ihre Ebenen Basisleistung besser sind. Während erhöhte Hunger , die Rate zu erhöhen , bei der Ratten Lernaufgaben zu erwerben, führt übermäßiger Hunger in der aktuellen Version des rPVT typischerweise in Performances , die Verhaltenskontrolle fehlt, dh durch eine große Anzahl von vorzeitigen Reaktionen gekennzeichnet Leistungen und sehr schnelle RT Maßnahmen, darunter auch viele RTs bei oder unter 150 ms (dh zufällige Antworten). Während Ratten in der aktuellen Version des rPVT Training haben wir gelegentlich beobachtet Ratten übermäßige vorzeitige reagiert und sehr fa emittierendenst RT Maßnahmen während des Trainings; in diesen Fällen führt häufig zu einer verminderten vorzeitigen reagiert und stabilisierte Latenzen RT einer Ratte gesamten Lebensmittelzuteilung zu erhöhen.

Die rPVT hier beschriebene bietet eine translatorische Plattform für den Einsatz in einer Vielzahl von experimentellen Paradigmen, einschließlich der Auswirkungen von Läsionen, kurz- oder langfristige pharmakologische Manipulationen und genetische Veränderungen. Da der menschliche PVT wurde nach Schlafentzug zu bewerten Leistung entwickelt wurde, bietet die rPVT eine einfache Plattform für die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen untersuchen, mit Schlafentzug verbunden sind, Störung oder chronischen Schlafentzug. So sind zum Beispiel die Zeit auf Aufgabe und Antwort-Stimulus - Intervall Effekte leicht meßbaren in dieser Version des rPVT in normalen Ratten, im Vergleich zu anderen veröffentlichten Versionen ^17, die eine stabile Basislinie bietet experimentell diese Performance - Maßnahmen mit den Veränderungen der Schlafdauer zu manipulieren. In Anbetracht, dass der SchlafDeprivation beim Menschen wirkt sich nur auf die Zeit auf Aufgabe Effekt und nicht die Antwort-Stimulus - Intervall - Effekt (variable Vorperiode Effekt hier) ²² kann die rPVT die zugrunde liegenden biologischen Mechanismen , die für die unterschiedlichen Auswirkungen von Schlafentzug auf Neuropsychologische Leistung zu untersuchen , verwendet werden. Die rPVT ist besonders nützlich für die Langzeit experimentelle Manipulationen, da Ratten stabile Leistungen über mehrere Monate halten, die für den Aufbau 1) eine normale Leistungsbasis ermöglicht, 2) experimentell gefunden, daß Basislinie zu verändern, und 3) Beurteilung der Basislinie, wenn die experimentelle Manipulation beendet ohne die Notwendigkeit für zusätzliche Gruppen von Ratten.

Trotz der vielen Ähnlichkeiten zwischen den Nager und menschliche Leistungen auf dem PVT gibt es Unterschiede, die bestehen. Diese Unterschiede ergeben sich vorwiegend aus der Notwendigkeit für explizite Zufälligkeiten der Verstärkung mit Ratten, um zu gestalten und zu pflegen genaue und zuverlässige rPVT performances, während beim Menschen die Verwendung der richtigen Unterrichtskontrolle ist, dass alle ist erforderlich, um eine gute PVT Leistungen zu erhalten. Zum Beispiel sind die beobachteten Unterschiede in der menschlichen vs. Ratte Reaktionszeit Leistungen wahrscheinlich zurückzuführen sowohl auf die Verwendung von Verstärkungs Eventualitäten vs. Unterrichtskontrolle sowie die offensichtlichen topographischen Unterschiede bei der Reaktion für den Menschen und Ratten (zB Finger tippt gegen nosepokes) . Die Reaktionszeiten von Menschen sind in der Regel 50% kürzer, im Vergleich zu Ratten und Menschen sind in der Regel angewiesen, wie schnell eine Reaktionszeit wie möglich zu produzieren. Während diese Anweisungen auch in Tierstudien über Eventualitäten Verstärkung explizit gemacht werden kann (zB über nur Verstärkungsreaktionen , die eine bestimmte, kurze Latenzzeiten Anforderung ^29,33-35 erfüllen), verlängern die Verwendung solcher unvorhergesehenen Ausgaben können erheblich die erforderliche Zeit Zugfahrplan Tiere ^34,36,37. Ferner sind die rPVT Sitzungen 30 min, aber das menschliche PVT sessions liegen zwischen 3 - 10 min, je nachdem, welche Version des PVT verwendet wird. Dieser Unterschied muss berücksichtigt werden, wenn man versucht, die menschliche Leistungsparameter in einem Nagetier Aufgabe zu replizieren.

So ist die rPVT ein nützliches Werkzeug bei der Untersuchung der Auswirkungen von einer Vielzahl von Variablen auf Wachsamkeit Leistung, die sich positiv auf den menschlichen PVT vergleicht, als innovative translationale Plattform dienen kann, die Grundlagen der individuellen Anfälligkeit für Neuropsychologische Beeinträchtigungen für die Erkundung und für Entwicklungspotential prophylactics, Gegenmaßnahmen, und Behandlungen für Neuropsychologische Störungen.

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.