Summary
גרסת חולדה של מבחן ערנות Psychomotor אדם (PVT) מתוארת מודד היבטים של תשומת לב דומים לשיעורים שנמדדו עם PVT האדם, כולל היבטים של ערנות אדם כגון דיוק ביצועים, מהירות מנוע, מוקדם להגיב, ובפערים בדום.
Abstract
מבחן ערנות Psychomotor האדם (PVT) הוא הליך בשימוש נרחב למדידת השינויים עייפות קשב מתמשך. המאמר הנוכחי מתאר גרסה מכרסמת של PVT-שמכונה "rPVT", כלומר מודד היבטים דומים של תשומת לב (כלומר, דיוק ביצועים, מהירות מנוע, מוקדם להגיב, ובפערים בקשב). הנתונים מוצגים הממחישים הן בטווח הקצר והן התועלת ארוכת הטווח של rPVT כאשר מועסק עם חולדות מעבדה. חולדות בקלות ללמוד את rPVT, ולמידה כדי לבצע את ההליך הבסיסי לוקח פחות משבועיים של אימונים. רכש פעם, מופעי עכברוש rPVT להראות רמה גבוהה של דמיון מדדי ביצוע אותם ב PVT האדם, כולל דמיון, כשלי לב, זמני תגובה, decrements ערנות לאורך זמן הפעלה (כלומר, האדם "זמן-On- משימה "אפקטים), ואת מרווח גירוי-תגובה (RSI האפקט) תאר עבור בני אדם. כך rPVT יכול להיות כלי בעל ערך רב בבחינת ההשלכות של מגוון רחב של משתנה על קשב מתמשך די דומה הופעות PVT אנושיות, ולפיכך יכול להיות שימושי עבור פיתוח טיפולים חדשניים עבור תפקוד נוירו-התנהגותיות.
Introduction
מבחן הערנות פסיכומוטורי האדם (PVT) הוא בשימוש נרחב, כלי היטב תוקף למדידת ערנות ותשומת לב מתמשכת אצל בני אדם, פותח במקור על ידי Dinges et al. 1-3 להערכת יציבות זמני תגובה ותשומת לב (למשל, טעויות מבחינת תגובות ובפערים מוקדמים בקשב), הוא בתוך הפעלות בהכללות ועל פני זמן בתוך מפגשים אישיים. במהלך השנים, PVT האדם כבר שינוי ומעודכן 4-11 כדי לעקוב אחר שינויים זמניים לב היבטים שונה, הודגם להיות רגיש לשינויי מניעת שינה ועייפות, ומושפע שימוש בסמים בגיל הנושאים 12 , 13. PVT היא תהליך פשוט לכאורה שבה נושא בקצרה נוגע מסך כאשר גירוי (בדרך כלל להציג מספר LED) מופיע באופן אקראי בזמן, בדרך כלל לאחר 2 - 10 s. בגרסה האנושית, תצוגת המספר מוגדלת ב- MS ועצרה כאשר tהוא המסך הוא נגע, וכך הוא גם מבטא את זמן התגובה של הנבדק (RT). ירידות ערנות מסומנים על ידי 1) האט זמני תגובה, 2) עלייה נסיגות (המכונה "טעויות של השמטה" בספרות האנושית, ובדרך כלל מוגדר RTS כי הם> 500 ms אורך), ו -3) עלייה בתגובה מוקדמת (המכונה "טעויות של הוועדה" או "התחלות כושלות" בספרות האנושית). אמצעים אחרים ניתן להשיג גם עם PVT לבחינה משתנית כגון הבדלי מין וגיל; עבור סקירה של אמצעים אלה, ראה Basner ו Dinges 4. לבסוף, PVT הועסק באזור הכללי של הערכת סיכוני אדם, ויש בו נעשה שימוש בהצלחה תחת מגוון רחב של תחומי פעילות הכוללים צבא, תעשיות התעופה ותחנות רכבת, כמגישי עזרה ראשונות, וסביבות קיצוניות כגון משימות אקסטרים הסביבה של נאס"א תפעול (NEEMO), פרויקט מאדים 500 בינלאומי 14, ועל הבינלאומי SPACתחנת דואר (ISS). על ה- ISS, PVT נקרא "תגובת הבדיקה העצמית" ומועסק לספק לאסטרונאוטים עם משוב לעייפות הקשורה אישיות (למשל, שינויי RTS או כשלי לב).
PVT האדם כבר בשימוש במשך עשרות שנים, כמו שיש גרסות מכרסמות של משימות זמן תגובה פשוט (אשר דומות במקצת). זה כבר רק לאחרונה, עם זאת, כי עמיתו מכרסם ישיר PVT האדם דווח בספרות. כריסטי ועמיתיו תיארו גרסה של PVT אדם לחולדות, ודיווח ירידות ערנות בעקבות מניעת שינה 15,16. מחקרים אחרונים נוספים דיווחו גרסאות של rPVT 17-19. דוחות אלה תארו שינויי קשב מתמשך באי טכניקות מניעת שינה שונות; עם זאת, הנתונים ממחקרים אלה דיווחו גם רמות גבוהות של להגיב מוקדם (למשל, במקרים מסוימים, יותר מ -40% של המספר הכולל של responses); הופעות כאלה הן די שונים מכל מופעי PVT עם בני אדם. כזה הבדל גדול מכרסם לעומת הופעות אדם צפויות בשל הבדלים בפרמטרים מסוימים המועסקים במסגרת התפישה האנושית לעומת הגירסות המכרסמות של PVT; למשל, ואח כריסטי. המחקר העסיק משתנה 3 באקראים - foreperiod ים 7, בעוד PVT אדם בדרך כלל מעסיק 2 - foreperiod של 10 (למרות לראות Basner ואחות 5 עבור גרסה 3-דקות של PVT האדם המשתמשת 1 -. foreperiod של 4) . שימוש ערכי foreperiod קצרים יחסית לעתים קרובות יכול לגרום חיות "עיתוי" התגובות שלהם, וכך ניתן לקדם, באמצעות חיזוק בשוגג, גדל מספרם של תגובות מוקדמות, כמו דווח במחקרי rPVT המכרסם הנוכחיים.
הגרסה של rPVT המתואר כאן מבוסס על מאמר שפורסם בעבר שלנו 20, ומספק תיאור מפורט של טכניקות והליכים מעורבים. זה שונהמהגירסות שפורסמו בעבר של rPVT ב אחד מאלה: 1) חולדות אומנו עם ערכי foreperiod משתנים של 3 - 10 שניות, ו -2) חולדות נאלצו להגיב במהירות, שכן תגובות רק בתוך חלון תגובה קצרה (המכונה גם "רישיון מוגבל להחזיק ") בעקבות הופעת הגירוי תוגברו (1.5 s במחקר הנוכחי; 3.0 s בגרסות שפורסמו הקודמות של rPVT). באמצעות שינויים אלה, כמו גם פסקי זמן קצרים עבור שגוי להגיב הביא לרמות גבוהות יותר של שליטת גירוי, כפי שצוין על ידי שיפורים משמעותיים דיוק הרמות נמוכים של להגיב מוקדם. הדו"ח הנוכחי מתאר גם שינויים צפויים במשתני ביצועים (למשל, נסיגות בקשב, RTS) מקבילות לאלו לראות בבני אדם כאשר ערנות בחינת decrements 21, וכאשר בוחנים למדד ביצועים אחרים לרבות האדם "זמן על משימה" אפקט ואת המענה מרווח גירוי (RSI), לפיה הוא ציין PVT אדם הגרסה הסופית של rPVT המתואר כאן מתחילה להדליק אור בית (ראה איור 1). לאחר הפוגה משתנה (foreperiod) של 3 - 10 שניות שחולף, המפתח-לדחוף את האף מואר לכל היותר 1.5 s. (כדי להבטיח חלוקה שווה של משכי foreperiods, ערכים נוצרים באופן אקראי ללא החלפה מתוך רשימה של 36 ערכים אפשריים כי נעו בין 3 ל 10 שניות, מבוססים על 200 במרווחי ms.) תאורת מפתח nosepoke היא האות בעל חיים להגיב, תגובה המתרחשת בין 150 ל -1,500 ms בעקבות הופעת האור מתחזק עם גלולה של 45 מ"ג. לאחר תגובה מזוינת, הוא לאור המפתח לדחוף את האף ואת האור בבית כבוי וכן מרווח 1 של בין משפט (ITI; אור הבית כבוי) מתפתח. אף-ונועץ לפני הופעת אור לייצר פסק זמן של 8 (TO) מן האפשרויות ניסיון כי הוא אותת על ידי כיבוי האור בבית. אם אין תגובות להתרחש בתוך 1.5 מילי היםחלון ponse, הוא לאור nosepoke ואור הבית כבוי, ו- 1 של ITI מתפתח. שווי foreperiod המתוזמן הבא עבור משפטו מתחיל לאחר גם את ITI 1 s או 8 S כדי, לפי התרחש במהלך המשפט מראש. הפעלות אלה מבוצעות מדי יום (5 ימים / שבוע), בדרך כלל מורכב של כ -200 ניסויים, ולסיים לאחר 30 דקות. התוצאה עם כל ניסוי בעל משך של כ 7.5 s, בממוצע. בעיצוב ביצועי בסיס יציב על rPVT מושגת על ידי 1) בתחילה התאמת עכברוש לקחת כדורי מזון מתוך מגש אוכל בבית הבליעה, 2) יד בעיצוב עכברוש להגיב על מפתח לדחוף את האף על ידי חיזוק קירובים רצופים לגמר אף לתקוע בתגובה, ו -3) ניצוח הפעלות יומיות שם הפרמטרים של הליך rPVT (כלומר, foreperiod, ITI, TO, ופעמי מפתח תאורה) מותאמות באופן מדורג על פני מושב, תלוי כמה טוב בכל עכברוש מבצע במהלך כל מושב (מתואר בפירוט בהמשך).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
טיפול בבעלי חיים מעבדה היה פי השירות לבריאות הציבור (PHS) מדיניות על טיפול אנושי ושימוש בחיות מעבדה. כל הנהלים בוצעו בהתאם קפדנית עם ההמלצות מדריך לטיפול ושימוש בחיות מעבדה של המכון הלאומי לבריאות בארה"ב. ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדיים השתמש של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס אישרה את פרוטוקול וכל ההליכים. ג'ונס הופקינס גם שומר ההסמכה של התוכנית שלהם על ידי האגודה למען הערכה וההסמכה של טיפול בבעלי חיים מעבדה (AAALAC).
1. בעלי חיים
- השתמש זכר בוגר חולדות לונג אוונס (כ 10 - 12 שבועות בתחילת אימון התנהגותי), אם כי זנים אחרים מתאימים, כולל חולדות טהורות.
- בהגיעכם המושבה, חולדות בבית ביחידים ב caging אשרה וחדרים, בשל מגבלת מזון צריכות כמתואר להלן. לאקלם חיות למצב הדיור וכן בטיפול במשך מספר דays לפני שתתחיל בהליך הגבלת מזון (כ 7 ימים).
- ספק כרצונך צ'או עכברוש עבור 1 - 2 שבועות כדי לאפשר חולדות כדי להשיג משקל "חופשי-האכלה". לאחר במשקל זה, להגביל את גישת מזון להפחית משקולות של החולדות, מעל 1 - 2 שבועות, עד 85 - 90% ממשקל האכלה חינם. לשמור על חיות ב 85 - 90% של משקולות ההאכלה שלהם במהלך אימון התנהגותי ובדיקה. התחל עם 15 - 18 גרם של מזון ליום ולהתאים סכום זה מבוסס על האם או לא שיעור הוא שמירה על משקל היעד שלה.
הערה: הגבלת מזון בדרך כלל דורשת אישור של ACUC המוסדי של אחד או גוף מפקח אחר לפני תחילת ההגבלה. - לשקול בעלי חיים מדי יום ולהקליט את המשקל על גיליונות במשקל. ודא במשקל נעשה באותו הזמן על אותו הסולם בכל יום לפני תחילת כל אימון התנהגותי או האכלה.
הערה: רק להתחיל pretraining (להלן) כאשר החיות ישמושגת משקולות היעד שלהם. פרקטיקה זו מאפשרת תיקונים מיידיים כמויות מזון לבעלי חיים כי הם או מתחת או מעל משקולות היעד שלהם. הוא גם מספק שיטה כדי לקבוע אם חולדות שמירת משקולות במרווחים של 24 שעות. כמו כן להימנע במשקל חולדות בזמנים שונים של היום; זה יגרום הבדלים דרמטיים במשקל, האכלות שגויות, ומופעים התנהגותיות עניים. - לספק מים טריים בכל עת בכלוב בבית על ידי שימוש בקבוקי זכוכית או פלסטיק עם צמרות פקק גומי וצינורות קשית.
- כאשר הפגישות אינן נעשות (למשל, סופי שבוע, חגים), להאכיל את החולדות ההקצאה הרגילה שלהם של צ'או עכברוש לשמור על יציבות במשקל. לשקול חולדות כדי לקבוע אם אוכל יותר יש צורך לשמור על משקל בזמנים אלה.
ציוד 2. ותוכנה
- משתמש בתאי אופרנטית מודולרי תקניים מצוידים מפתח לדחוף את אף אחד, אור בבית, מנפק גלול (כלומר, מזין).
- מניח את המפתח לדחוף את האף מודולרית משני צדי מנפק הגלולה במיקום המרכזי; להבטיח כי מיקום זה נשאר קבוע בתאי אופרנטית אחרים בין מחקרים שונים. כאן, מפתח האף לתקוע הוא בצד השמאל של המנפק הגלול.
- מניח את האור בבית מודולרית גבוה על הקיר האחורי של החדר כדי לא להפריע התנהגויות אחרות.
- השתמש עכברוש כדורי מזון (למשל, כדורי 45 מ"ג נויס או דומה) לחיזוק. המודל המזין קובע גודל גלולת מזון, אבל רוב ניזונים החולדה להשתמש כדורי מזון 45 מ"ג (ניזונים עכבר בדרך כלל להשתמש כדורי מזון 20 מ"ג). השתמש כדורי צ'או סטנדרטיים, אבל כדורי אחרים ניתן לרכוש (למשל, סוכרוז) מניפולציות ניסיוניות שונות.
- בקרת גירוי מצגות, תשומות בתגובה לדחוף את האף, משלוח חיזוק, ואיסוף נתונים באמצעות ממשק המחובר למחשב. צור המחברים לקבלת מידע ספציפי על תוכניות התנהגותיות בכתב עםשפת תכנות אשר עוצבה במיוחד עבור בדיקות התנהגותיות (ראה טבלה של חומרים ריאגנטים).
הערה: חשוב להקליט משתנים בלתי תלויים ותלויים משפט אחר משפט בסיס, כוללים סוגי תגובת החיות (למשל, תשובות נכונות, תשובות מוקדמות, מתגעגעים), חביון התגובה, ומספר הניסויים שהוצגו. בעת שימוש זנים שונים, מינים או מינים, משתנה אלה ניתן לשנות בקלות על מנת למקסם את האימון כמעט בכל סוג של מכרסם.
3. Pretraining
- הקצאה כל חיה אל חדר אופרנטית שבו ייבחן בכל יום, בערך באותו הזמן של יום, לאורך כל הניסוי.
- לשקול את העכברוש ולמקם אותו החדר אופרנטית הספציפי שלה עם כופתיות מזון המנפק הגלול. מניחים 10 - 20 כופתיות מזון קיבול עבור החולדה לאכול.
- לקבלת pretraining, להגדיר את הפרמטרים הבאים לערכים נמוכים, קבועים:ערך foreperiod = 2 s, ערך timeout = 2 s, בהמתנה מוגבלת = 10 שניות.
- הפעל את תכנית המחשב כדי לשלוט מצגת של אור הבית, תאורת מפתח nosepoke, ומסירת גלולת מזון אוטומטית.
הערה: זה הכי טוב שיש תכנית התנהגותית מוגדרת לרמה המאפשרת תגבורת תכופה עבור רוב התגובות המיוצר על ידי בעלי החיים, כגון שהמפתח לדחוף את האף מואר למשך ארוך יחסית (למשל, 10 שניות) . זה מגדיל את הסבירות כי החולדה לתקוע את המפתח בזמן שהוא מואר, וכתוצאה מכך המשלוח של חיזוק מזון על ידי תוכנת המחשב. - לאחר העכברוש מסיים את כדורי מזון, להתחיל את תהליך העיצוב על ידי חיזוק חולדת בבואת קיבול מזון או על המקש לדחוף את האף. כאן, באופן ידני לעצב בכל עכברוש, כלומר נסיין שעוני ההתנהגות של החולדה (על ידי השאיר את צליל הפחתת דלתות תאים פתוחים) ומספק כדורי ממזיןמהר ככל האפשר לאחר העכברוש פולט את ההתנהגות הרצויה. לספק כדורים מן כפתור על המזין עצמו, דרך מתג ידני כי מחווט למזין, או דרך תוכנת המחשב משמשת לשליטה על למקרים התנהגותי ידי הלחיצה על הפלט המתאים על הממשק.
- בשיטה בעיצוב ידי קירובים רצופים, לספק חיזוק מזון עבור שינויים בהתנהגות שאינם קירובים רצופים להתנהגות הרצויה הסופית 23. לדוגמה, פעם החולדה מאחזרת כדורי מזון מהימן משקע מזון, להתחיל חיזוק התנועה היחידה כלפי או סביב המפתח לדחוף את האף, וכבר לא לחזק גישות קיבול למזון. הנה, חולדות צורה לנוע שמאלה לאחר אחזור גלולה מזון, מאז המפתח לדחוף את האף ממוקם בצד שמאל של קיבול המזון בתאי אופרנטית.
הערה: למרות הנסיין מספק חיזוקי מזון במהלך תחילת pretraining, תוכנת המחשב עדיין פועל ושליטה על האור בבית, מפתח nosepoke, ומזין. אם חולדה דוקרת את המפתח, תוכנת המחשב תחזק את זה באופן אוטומטי. התנהגויות מחוזקות הנסיין הן רק אלה מובילים החולדה לתקוע את המפתח המואר, כגון מרחרח את המפתח או סביבו, הזזת הראש ליד המפתח או כלפיה, וכו. - לקבוע את כמות המזון שנצבר במהלך פגישת pretraining ידי ספירת המספר של כדורים נמסרו באופן ידני בתוספת כדורים נמסרו באופן אוטומטי על ידי תוכנות מחשב (כלומר, כדורים נמסרו כי החולדה בטשה המפתח המואר). להכפיל את המספר הזה על ידי 0.045 גרם לקבוע מזון שהורווחו (למשל, 30 כדורי x 0.045 גרם = 1.35 גרם).
- ותיפטר ולמקם אותו חזרה לכלוב בבית שלו. פחת, ביד, את כמות המזון הרוויחה (ראה 3.7) בפגישה התנהגותית מן הקצאת המזון היומית של החולדה. להאכיל את שארית הקצאת מזון החולדה לאחרהאימון ההתנהגותי. Feed לכל הפחות 30 דקות לאחר סיום הפגישה התנהגותי כדי להימנע חיזוק מזון כלוב הביתה מיד לאחר פגישות פרודוקטיבי.
- נקה את החדר אופרנטית יומי עם חומר חיטוי עדין (למשל, סבון ומים). השתמש 70% EtOH במשורה, בהתחשב בעובדה שזה יכול להזיק לתאי אופרנטית. בדוק את מפתח אף לתקוע יומי כדי לשמור על מצב עבודה תקין ונקי עם חיטוי בעת צורך, שכן מפתח שנדבק או ננעל במקום ישבש ההופעה של חיה אם לא יתוקן במהירות.
- צורה בכל עכברוש בדרך זו עד החולדה פולטת 40 - 50 מחוזק מחשב נכון (לא באופן ידני או הנסיין מחוזק) תגובות על המקש המואר, מאחזר כל גלולת מזון, וחוזרת ודוקרת את המפתח לדחוף את האף ללא עיצוב נוסף. בדרך כלל, חולדות דורשות כ 2 - 3 מפגשים של 30 דקות כדי להגיע קריטריונים אלה (ראה איור 2).
הערה:אספקה ידנית של כדורי מזון אינה נחוצה אחרי החולדה מהימנה היא דוקרת את המפתח וקבלה חיזוק מזון נמסר על ידי תוכנת המחשב.
4. הדרכה rPVT
- לאחר בצורה, להתחיל החולדה במרווח קבוע, קצר יחסית foreperiod ו לשווי (למשל, 2 ימים) על יום 30 דקות הבא עד העכברוש משלים 8 מתוך 10 מחקרים נכונים. עבור כל המחקרים הללו במהלך האימון, להאיר את המפתח לדחוף את האף למשך פרק זמן ארוך מספיק בשביל חולדה לעשות תשובה. כאן, לשמור על המקש המואר במשך 9 שניות; חלון תגובה זו נקרא גם את האחיזה המוגבלת (LH).
- השתמש זמן קצר יחסית חוצה (TO; למשל, 2 ימים) כעונש על תגובות מוקדמות, או להגיב לפני הארת המפתח לדחוף את האף. במהלך TO, חולדות אין הזדמנות להרוויח מזון. כאן, TO וערך foreperiod הם למשך אותו פרק זמן במהלך האימונים הללו ושינוי באותו קצב.
- לאחר פגישת 30 דקות נגמרה, להקליט את foreperiod הסופי העכברוש הגיע במהלך האימון עצמו (למשל, 4.2 שניות), בין אם בתורpreadsheet או ביד על גיליון נתונים, ואת כמות המזון הרוויחה, אשר מחושבת על ידי מכפלת מספר פעמי ניסויים נכונות 0.045 גרם (למשל, 100 ניסויים נכונים x 0.045 גרם = 4.5 גרם). פחת כמות האוכל הזה מן ההקצאה היומית של העכברוש ולהאכיל החולדה את המזון שנשאר בתוך הכלוב הביתה.
ההערה: קבצי הנתונים היומיים להקליט את foreperiod הסופית אליה הגיעה בכל עכברוש. החישוב כדי לקבוע את כמות המזון שהורווחו הפגישה יכול להיעשות באופן אוטומטי על ידי תוכנת מחשב או ביד באמצעות המשוואה לעיל. מזון הרוויח מופחת ביד מכל חולדה ההקצאה המזון היומית. - ביום למחרת, להתחיל את האימון 30 דקות עם foreperiod כי הוא 300 ms נמוך משווי החולדה שהסתיימה ביום במפגש הקודם. לדוגמא, אם החולדה הסתיימה בשעה 4.2 של הכינוס הזה מתחיל ב 3.9 שניות. המשך הגדלת foreperiod ב -0.1 s בתור העכברוש משלים 8 מתוך 10 מחקרים נכונים בכל foreperiod, uחולדות ntil להגיע foreperiod של 10 שניות. בדרך זו, חולדות יחוו את כל foreperiods אפשרי.
הערה: כאשר חולדות להגיע foreperiod של 9.7 - 10 שניות, 'אל נשאר 8 ים ואת LH הוא 1.5 s. - בסוף כל פגישה, לבדוק את הביצועים היומיים של העכברוש בתקופה זו על ידי בחינת אחוז הניסויים נכונים, ניסויים מוקדמים, והמפספס. חולדות בדרך כלל לשמור על ממוצע של 40 - 90% תשובות נכונות במהלך האימונים הללו, עם אחוז הממוצע הנכון בהתמדה על פני אימונים. הנה, לייצא את הנתונים היומיים עבור כל חולדת גיליון אלקטרוני מחשבת האחוזים האלה כדי לעקוב אחר ביצועי פגישות יומיים.
- לאחר העכברוש מגיע foreperiod של 10 שניות, להתחיל בהפעלת 30 דקות לאחר מכן הבאה עם foreperiods הציג במרווחי זמן אקראיים, החל foreperiods בין 7 - 10 s. ודא כי TO ו- LH להישאר 8 ו -1.5 שניות בהתאמה. הנה, תוכנת מחשב לשליטה על behavioraלמקרים l עובר אוטומטית מלהציג foreperiods עולה כדי foreperiods משתנה פעם בכל עכברוש מגיע 8 מתוך 10 קריטריון בבית של foreperiod 10.
- לאחר עכברוש מקיים לפחות 70% נכון עם foreperiods הציג באופן אקראי בין 7 - 10 שניות, לשנות את התוכנית כדי להציג foreperiods במרווחי זמן אקראיים, החל foreperiods בין 5 - 10 שניות. לבחון כל הביצועים היומיים של עכברוש במהלך הזמן הזה כי שינוי זה לעיתים קרובות קורה בתוך מושב.
- לאחר עכברוש שומרת 70% נכון, לשנות את התוכנית שוב להציג את הטווח המלא של foreperiods (3 - 10 שניות) במרווחי זמן אקראיים במהלך הפגישה 30 דקות. באופן דומה ל -4.8, לבחון כל הביצועים היומיים של עכברוש במהלך הזמן הזה כי שינוי זה לעיתים קרובות קורה בתוך מושב.
הערה: תוכנת המחשב לשליטה התלויה התנהגותי באופן אוטומטי מבצעת שינויים אלה על סמך הביצועי בכל עכברוש (למשל, 4.7 - 4.9).חשוב רק כדי לבצע את השינוי 4.9 כאשר שיעור ההצלחה של עכברוש הוא גבוה (> 70% נכונים), מאז חולדות לעתים קרובות לאמץ את האסטרטגיה של מגיב באופן אקראי בזמן, במקום לחכות כראוי ולטפל הגירוי. אם חולדת ההצלחה של עכברוש נמוכה, לחזור על 4.7 - 4.9. - עבור קריטריוני הרכישה, להגדיר את מופעי הבסיס יציבים כאשר, ב -4 מתוך 5 מפגשים יומיים בתוך שבוע, אחוז חולדות תשובות הנכונות 75% או יותר במהלך ואחוז התגובות המוקדמות הוא פחות מ -30%.
הערה: בעת אימון עכברים על rPVT, דרך ארוכה יותר ITI מועסק מאז עכברים דורשים זמן רב יותר כדי לצרוך כדורי מזון. הנה, להשתמש 30 של ITI לאימונים ובדיקה C57BL / 6J זכר. בנוסף, מאז עכבר רשאי לשקול ~ 20 גרם, זה יצרוך כדורי משמעותי פחות במהלך פגישה. לכן, לקצר מפגש אופייני בכך בסופו של דבר כאשר לכל היותר 50 כדורים הם הרוויחו; הקריטריון להגדלת foreperiod ו TO משתנה גם להיות 4 מתוך 5 ניסויים נכונים לפני הגדלת foreperiod ו TO ב -0.1 שניות.
5. ניתוח נתונים עבור אמצעי מענה בסיסי
- כדי להעריך את ביצועים התנהגותיים במהלך רכישה, שימוש חוזר-אמצעי ANOVAs עם הגורם החוזר והנשנה של או מושב, זמן על משימת ערך, או Foreperiod ערך עבור כל מדד ביצועים כמתוארים להלן.
הערה: כאן, המחקרים להשתמש בשני עיצובים התוך ובין-נושאים, שבו נשווה את כל החיות כדי o שלהםערכי בסיס wn לאחר תנאי ניסוי ולהשוות בחיות מעבדה לשלוט חיות הבאות באותו המניפולציה. כאשר ערכי בסיס ההתנהגותי יציבים מושגות, שימוש בתוך-נושאי עיצובים יגביל את מספר חולדות צורך. - גדר תגובות מוקדמות כתגובות לפני הופעת אור המפתח או בתוך 150 ms הראשון של אור המפתח להיות על.
- גדר תשובות נכונות כתגובות עשו אחרי אור המפתח נדלקות, עם חביון מינימאלי יותר מ -150 ms, וכן חביון מקסימאלי של אורך חלון תגובה; כאן, 1,500 ms.
- גדר חטאות (או מחדלים) כמשפט שבו הנושא לא הסדיר את תגובה.
- הגדר latencies תגובה כמו הזמן שחלף (ב ms) מהופעת אור לדיכאון של האף לתקוע מפתח; המכונה גם זמן תגובה (RT).
- גדר ניסויים ליום את מספר התגובות מוקדמות פלוס תגובות בתוספת החמצות נכונות.
הערה: הופעות PVT אדם, מיל מוקדמתponding ובפערים בקשב יכול להיות די נדיר, רוב החוקרים מדווחים לעתים קרובות רק את התדרים גלם בפועל של אמצעים אלה. עם זאת, זה אינו המקרה בהופעות עם חולדות. כדי לאפשר השוואות בין גרסאות שונות של rPVT בספרות, מדדי ביצוע של החולדות מוצגים כאן כאחוז ניסויים מוחלט. שימוש בתוכנת מחשב שיכול להקליט כל תווית של פריטים אלה על בסיס ניסוי על ידי ניסוי לניתוח שלאחר מכן היא מועדפת, שכן חולדות תשלמנה מעל 200 ניסויים לכל 30 מושב דקות ולעתים קרובות תעמודנה בקריטריונים לעבור צעד נוסף בהליך ההכשרה בתוך מושב.
6. מדדי ביצוע נוספים ממוחשבים
- במשך פגישה התנהגותיות 30 דקות, להגדיר נסיגות כתגובות נכונות שבו RT היה מאוחר יותר משעת תגובת פעמים הממוצעת עבור כל ההפעלה של עכברוש (נעשתה לאחר פגישה); גם כוללים ניסויים החמיצו בחישוב לשגות.
לאTE: בשנות ה PVT האדם, מעידות בדרך כלל מוגדרים זמני תגובה (RT)> 500 ms 4. מכרסמים, עדיף לבצע השוואות-הוק פוסט לכל RT הממוצע של עכברוש - רכש מהניסוי-ידי משפט ניתוח שתואר לעיל - במקום להשוות אותם לערך סף, בשל השתנות RTS של חולדות פרט. שיטה זו דומה נסיגות בגרסאות שפורסם אחרים של rPVT 15,16. הנה ובגרסות שפורסם אחרות, מעיד גם כוללים ניסויים החמיצו (נסיגות = תגובות עם RTS> פעמים הממוצעות RT לישיבה, בתוספת חטאות) כי ניסויים החמיצו PVT האדם נרשמים נסיגות, כמו גם. - לקבוע את שיעור אזעקת השווא המוערך על ידי חישוב אחוז התשובות המוקדמות המתרחשות במהלך 3 בפועל - ים מרווח 10 כאשר גירוי יכל להופיע.
הערה: צעד זה משתמש משנה של תגובות מוקדמות המתרחשות רק במהלך זמן כאשר הגירוי יכול להתרחש,כלומר, תגובות מוקדמות המתרחשות בתוך 3 - 10 s foreperiod חלון. צעד זה אינו כולל תגובות מוקדמות לפני 3 s כי אור הגירוי לא יהיה מואר במהלך אותה התקופה. כאן, משנה זו של תגובות מוקדמות ממוינת באופן אוטומטי מכל התגובות המוקדמות בתכנית מחשב גיליון אלקטרוני.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
הופעות Baseline עכברוש rPVT
עם הפרמטרים המפורטים כאן, 86.7% מ -122 חולדות זכרים הגיעו פרמטרי rPVT הסופיים בתוך ממוצע של 9.0 (SD = 10.13; n = 122) הדרכות אוטומטי מחשב (מתוארות 4.1 - 4.9 הדרכת rPVT; מניסיוננו, רק כ -2% של חולדות לא לרכוש את rPVT). באמצעות המתודולוגיה הנוכחית, חולדות בממוצע נכונות 73.4% להגיב, 18.6 נסיגות% בקשב, ו -10.6% מוקדמים להגיב במהלך הפגישה המלאה הראשונה שלהם תחת פרמטרי ביצועים הרגילים של rPVT; זמני התגובה מתכוון בממוצע 527 מילי-שניות (ראה איור 3). עד המושב מלא 4 th, נכון להגיב התייצב והראה אין שינויים משמעותיים לאחר מכן. נתונים מתוך המאמר שפורסם שלנו 20 ציינו כי אם חיות להגיע גבוה משווי מדד ד 'ממוצע במהלך המושב הנורמלי הראשון, tהיי גם להשיג את קריטריוני ביצועים בסיס מהר יותר (ממוצע # של הפעלות להגיע קריטריוני בסיס = 8.7 לעומת 10.0, כפי שנקבע על ידי מבחן t פיצול ממוצע מנתח; p = 0.009). לכן, לאחר 4 מפגשים בבית הפרמטרים הסופיים (ראה סעיף 4.9), ההופעות של החולדות גדלו באופן משמעותי מעל הקריטריון להגיב 75% הנכונים ונשארו ברמה זו במשך 80 מפגשים רצופים (כ -16 שבועות, ראו איור 3). מגמה דומה נצפתה גם עבור ערכי ד '. לפיכך, pretraining והכשרת rPVT דורשים כ 12 ימים, עם כ 4 מפגשים נוספים כדי להשיג הופעות בסיס יציבות כדי לשמור על הקריטריונים לרכישה> 75% נכונים להגיב <30% מוקדמים להגיב (כלומר, אזעקת שווא להגיב).
הפצות תדר של זמני תגובה עבור חולדות זכרים ונקבה קלות לרכוש מנתוני rPVT (איוריור 5). רכשנו הפצות אלה מ n = 92 זכר n = 5 חולדות נשים וגברים, והשוו אותם הפצות זמן תגובה עבור גברים ונשים בוגרים ביצוע PVT. הפצות תדר לחולדות להראות את העלייה החדה הצפויה זמני תגובה על ערכים נמוכים יותר עם הזנב ימינה יותר על ערכים גבוהים יותר.
זמן על משימות ואת הפחת הדריכות
המונח "עירנות" כבר מוגדרת כיכולת של נושא לשמור על המיקוד של תשומת לב כדי להישאר ערני לגירויים על פני תקופות זמן ממושכות 24; decrements ב ערנות הם נצפו בדרך כלל חלוף זמן בביצוע משימת תשומת לב קשור. בשנות ה PVT האדם, decrements ערניים מוערכים דרך שינויים במהירות ממוצעת (כלומר, 1 / RT) לאורך זמן ביצוע המשימה (למשל, על פני מרווחי רצופים זמן בתוך כל פגישה PVT). אמדד דומה ניתן לרכוש מנתוני rPVT שבו מהירות תגובה (כלומר, 1 / RT) נבחן כפונקציה של זמן על מרווח המשימה על ידי חלוקת מושב 30 דקות rPVT לתוך 5 תיבות של 6 דקות: 1) 6 - 0 דקות, 2) 6.1 - 12 דקות, 3) 12.1 - 18 דקות, 4) 18.1 - 24 דקות, ו 24.1 - 30 דקות, וזוממי הנתונים כפונקציה של כל סל זמן (איור 6). כפי שניתן לראות PVT האדם, מהירות התגובה של החולדות פוחתות עם זמן על משימה, אשר מצביעה על הפחתת ערנות או ירידה בביצועים כסכום של זמן ביצוע עליות המשימה (איור 4). כל למדוד את הביצועים rPVT (למשל, אחוזי השינוי הנכון להגיב, בטרם עת להגיב, או נסיגות) ניתן לבדוק כפונקציה של זמן על משימה 20.
Foreperiod אפקט משתנה
כדי להעריך את השינויים בביצועים כפונקציה של המשתנה היחיד FOמשכי reperiod, כל נתון ביצועים (למשל, דיוק, נסיגות, RTS) הוא בממוצע לכל foreperiod; וכך אחוז הנסיגות עבור s foreperiod 4 יכלול את המספר הממוצע של נסיגות נרשם בעקבות כל ערכי foreperiod בין 3 - 4 שעות; באופן דומה, נתונים לשגות עבור foreperiod של 5 יכללו את הממוצע של מספר נסיגות נרשמו בעקבות כל ערכי foreperiod בין 4.1 - 5 ימים, וכן הלאה. זה סוג זה של תוצאות הניתוח ב -7 פחי foreperiod (ראה להלן איור 7), עם כ -30 ניסויים המתרחשים לכל בן בהפעלה רגילה של 200 ניסויים. בשנות ה PVT האדם, למשל, ב foreperiods קצר (או במרווחים בתגובה גירוי קצר, כינה RSI של בספרות האנושית), RTS הם כבר ובפערים פחות, ואילו במרווחים כבר RTS הם קצרים התחלות כושלות הם תכופים יותר 22. תופעות אלה מופיעות להיות עצמאיים של הזמן של נושא על ביצוע משימות ולספק שיטה אחרת investigating ביצועי PVT פרט. מודד ונשנה ANOVAs חשף משמעותית בתוך-נושאים עיקרית ותוצאה של Foreperiod עבור אחוז נכון להגיב [F (6,600) = 33.876, p <0.05], חציון RT [F (6,600) = 57.667, p <0.05], מוקדם להגיב (או אזעקות שווא) [F (6,600) = 139.776, p <0.05] ובפערים [F (6,600) = 9.814, p = 0.002]. אחוז נכון להגיב היה הנמוך ביותר לפי שווי foreperiod של 10 לעומת כל foreperiods האחר (כל p של <0.05). RTS החציון היה ארוך ביותר לפי שווי foreperiod סעיף 4 (כל p של <0.05) מוקדם להגיב היה נמוך ביותר לפי שווי foreperiod של 4 ו גבוה ביותר לפי שווי foreperiod של 10 (כל p של <0.05), בעוד נסיגות היו גדולות יותר בשווי של 4 והנמוך ביותר בשווי 10 שניות foreperiod (כל p של <0.05). איור 6 מציג את ההבדלים האלה לחולדות ביצוע rPVT, כגון ביצועים כי ערכי foreperiod התחתונים הוא האיטיים והוא מכיל אחוז גבוה יותר של נסיגות, אבל כמו מגדיל את foreperiod, נכון להגיב ירידות בעוד RTS הם מהיר ואחוז עליות תגובות המוקדמות. נתונים אלה מראים תחלופה מהירה-דיוק כסובייקטים חייבת לחכות עוד לתאורה של אור הגירוי.
תרשים איור 1. לפקודת הפרוצדורה rPVT. את אמצעי המענה הבסיסי של rPVT מסומנים על ידי קופסאות וחצים עם קווים מלאים, ומתוארות הטקסט תחת "צעדים בסיסיים". אזעקות שווא הן תגובות מוקדמות המתרחשות רק בתוך האזור המוצל האפור. נסיגות הן משפטים נכונים עם יותר מממוצע latencies תגובה בתוספת החמצות. ראה "צעדים ממוחשבים נוספים" לקבלת פרטים נוספים; ראו גם ואח דייויס. 20 עבור טבלה מפורטת של מדדי ביצועים אלה. נתון זה הופיע במקור ב- Davis et al. 20.ttp: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54629/54629fig1large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 2. תרשים של rPVT Pretraining ושלב הדרכה. הליך pretraining מעצב את התגובה לדחוף את האף על ידי חיזוק הנסיין נמסר כי עובר חיזוק נמסר מחשב פעם החולדות מהימנות לתקוע את המפתח לדחוף את האף. חולדות לעבור דרך שלבי אימון rPVT מבוססים על מופעים בודדים משלהם בכל פגישה. התהליך כולו מן pretraining לשלב אימונים הסופיים דורש כ 12 ימים. ברגע בשלב 4.9, הופעות בסיס יציבות דורשות כ תוספת 4 מפגשים לשמור אחוז נכון להגיב מעל 75% (ראו הופעות Baseline rPVT); ימי הכל / הפעלות דרושות להשגת קריטריוני הביצועים הוא מידע משוערהפעלות 16 ly. RFT = חיזוק. FP = foreperiods. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 3. Baseline rPVT הופעות בחולדות זכר ארוך אוונס. מוצגים הם האחוזים הנכונים להגיב, כשלי לב, ו מוקדמים להגיב על פני מפגשים רצופים עבור n = 122 חולדות. נתונים עבור החטאות מוצגים למטרות השוואה עם מדד לשגות; יותר ממחצית תום תוקפו של בקשב למעשה הוחמצה ניסויים, ואת הניסויים החמיצו נותרים תוגברו (כלומר, "נכון") ניסויים אלא גם ניסויים שבמהלכם זמן התגובה של נבדק היה פעמים (או גדולה מ) RT הממוצע של החולדה עבור הפגישה כי מסוים (כלומר, המוגדר לשגות תשומת לב). הנתונים points המוצג עבור מושב # 1 מצביע הופעות במהלך הפגישה המלאה הראשונה עבור כל עכברוש ביצוע תחת פרמטרי ביצועים הסופיים. בהתבסס על הניסויים נכונים 200 המשוערים בכל הפעלה, טווחי ערכים מוחלטים ממוצעי האמצעים השונים מתוארים כאן על פני 80 הפגישות הם כדלקמן: אחוז נכון להגיב: 144 - 166 ניסויים; נסיגות אחוזים: 26 - 40 ניסויים; אחוז מוקדם להגיב: 14 - 20 ניסויים; החטאות אחוזים: 12 - 20. ברי שגיאה = ± SEM. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
מדדי ביצוע איור 4. Mean rPVT עבור זכר ונקבה ארוך אוונס חולדות זכר C57BL / 6J. אחוזים הנכונים להגיב, אזעקות שווא, ובפערים, פריים ממוצע ד ', ו Reacti החציוני לגבי זמני חולדות זכרים (n = 122), חולדות נקבות (n = 5), ועכברים (n = 4) ביצוע rPVT בפגישות יומיות (M - F). לאחר שלבי pretraining והכשרה rPVT, מכרסמים לבצע את rPVT לרמות דומות. רוב האמצעי דומה, למעט זמני תגובה כי לעכברים הם איטיים מאלה הם חולדות הזכרים ונקבה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 5. תגובה Latency הפצות לחולדות ביצוע rPVT דומים לבני אדם ביצוע PVT. המוצגים הם הפצות חביון ציין לגברים ולנשים ביצוע PVT האדם (מצויר מחדש מן בלאטר et al. 25), יחד עם הפצות חביון עבור זכר חולדות נקבות ביצוע rPVT. קבצים / ftp_upload / 54,629 / 54629fig5large.jpg "target =" _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 6. חולדות 'זמן על משימות Curve for Speed (1 / RT) דומה להאיץ עבור בני אדם ביצוע של 10 דקות הגרסה של PVT. משמאל: זמן ממוצע על משימת פונקציה עבור ביצועי אנוש בבית צויר מחדש מושב PVT 7 דקות נסיעה ממרכז Rayman וואן Someren 26. מימין: זמן ממוצע על משימת פונקציה לחולדות (n = 122) הופעה של 30 דקות הפעלות rPVT. באופן דומה לביצועי אדם, ישנם שינויים מינימאליים במהירות על פני מושב בבני אדם בריא וחולדות נורמליות. הפעם במשימת פונקציה מספקת בסיס שיכול להיות שהופעל על ידי מניעת שינה, וכו '. ברי שגיאה משני גרפי ± SEM."Target =" tp_upload / 54,629 / 54629fig6large.jpg _ blank "> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
איור 7. השפעת Foreperiod משתנית ניכר rPVT התנהגות הופעות. הופעות שבועיות ממוצעות של חולדות (n = 122) עבור אחוז נכון להגיב, זמני תגובה החציוני, מוקדם להגיב, ובפערים בדום. נתונים מוצגים כפונקציה של משך foreperiod משתנה, כלומר, "הזמן לחכות" נדרש לפני אור הגירוי בא על. חולדות הם איטיות, אבל יותר מדויקות ב foreperiods הקצר, בעוד הם מהירים יותר, אבל פולטי תגובות מוקדמות יותר והם פחות מדויקים ב foreperiods יותר. לדוגמה, השוואת הופעות בבית של foreperiod 4 לאלו בבית של foreperiod 10, יש חולדות RTS החציוני עוד בבית של foreperiod 4 (~ 550 ms לעומת ~ 400 מילישניות ב -10 s FOreperiod), מעיד יותר (~ 30% לעומת כ -10% ב s foreperiod 10), ותגובה נכון יותר (~ 80 לעומת% ~ 70% על ים foreperiod 10), אבל פחות תגובות מוקדמות (~ 1% לעומת . ~ 25% על ים foreperiod 10). לפיכך, חולדות הם איטיים, אבל יותר מדויק ב foreperiods קצר יותר, מהר יותר, אך פחות מדויקת ב foreperiods יותר. ברי שגיאה = ± SEM. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
המתודולוגיה המתוארת להלן תוצאות בהופעות rPVT בחולדות כי להשוות לטובה בהיבטים רבים לביצועי PVT הטיפוסיים מהמדווח בספרות האנושית. תוך שימוש בטכניקות ההווה, אחד יכול לאמן חולדות במהירות לבצע את rPVT, והמופעים שהושגו עם טכניקות אלו מאופיינים הבחנות ברורות (כלומר, רמות גבוהות של נכונה להגיב, רמות נמוכות של השני מוקדם להגיב נסיגות). יתר על כן, הפצות זמן תגובה שהושגו עם rPVT הן די דומות לאלה שראו בבני אדם בביצוע PVT 12 (ראה איור 5), כמו גם את התדרים של השני מוקדם להגיב ובפערים (למשל, כפי שמוצגים למתבגרים ידי Beijamini et al. 27). לבסוף, עמיתיהם לזמן-על-משימה האדם הן מרווח foreperiod משתנה (כלומר, RSI) ההשפעות שנצפו אצל בני אדם ניתן לראות כאשר מכרסמים לבצע את rPVT (ראה איורים 6 -7, בהתאמה). רמה גבוהה זו של דמיון בין הופעה להופעה האדם מכרסם על עצמו את המשימה PVT נותן rPVT יתרון מובהק לשימוש כטכניקה מחקר פרה-קליניים, במיוחד עבור מחקר translational המתמקד לב / ערנות.
כאשר אימוץ rPVT מכרסם, חוקרים צריכים לשקול כמה דברים שיכולים להשפיע אורך הכשרה והיכולת של מכרסמים לרכוש את rPVT בהצלחה, כולל הפרמטרים המשמשים להקים הופעות בסיסיות, סוגי חיזוקים, וסקס הזנים של נבדקים השתמשו . הפרמטרים שתוארו לעיל לספק שיטה שבאמצעותה חולדות ניתן לאמן בקלות על פני פרק זמן קצר כדי לרכוש את rPVT. לדוגמא, בעיצוב חולדות לתקוע את המפתח לדחוף את האף לוקח כ 2 - 3 30 דק 'בעיצוב הפעלות, ואחריו כ 2 שבועות של יומי (M - F) מפגשי הדרכה אוטומטיים לחולדות כדי להשיג את קריטריוני הרכישה. בממוצע, גבריםחולדות לונג אוונס צריכים 9.0 אימונים אוטומטיים להשיג קריטריונים אלה, אבל מדי פעם כמה חולדות להימשך זמן רב יותר והם לאט לעשות את זה במהלך שעות המסחר האוטומטיים. הבטחה כי חולדות בהשגה ושמירת משקולות היעד שלהם תעזורנה לצמצם את מספר הפעלות הנדרשות כדי להגיע הקריטריונים. כמו כן, רוב פרמטרי rPVT יכולים להיות שונים כדי למקסם אימון, כולל המספר הכולל של ניסויים, משך foreperiods, ערך האחיזה המוגבל, משך פסק הזמן, ואת משך ITI. חולדות בדרך כלל להציג שיעור גבוה יותר של תשובות נכונות בעת אימון מתחיל ואת foreperiods נמוך (למשל, 2 - 5 שניות). לאחר foreperiods להגדיל לעיל 5 ימים, רוב החולדות יציגות ירידה באחוז הניסויים נכונים, וכן גידול עוקב בתגובות מוקדמות, כפי שהם לומדים לחכות עקביים עבור המפתח לדחוף את האף להיות מואר לפני פולטות תגובה. כהתקדמות חולדות, יש שוב עלייה הדרגתיתאחוז התשובות הנכונות כמו foreperiods להתקרב 9 - 10 s. לאחר מעבר חולדות אל foreperiods הציג באופן אקראי, הופעות קרובות בקריטריוני הרכישה (למשל, 65 - 80% נכונים). בהזדמנות, כמה חולדות יציגות אחוז גבוה יותר של תגובות מוקדמות כי ניתן להפחית על ידי הגדלת משך הזמן הקצוב, כך שכאשר חולדות להגיב מוקדם, ההזדמנות להרוויח מתעכבת חיזוק.
לעומת הגירסות אחרות של rPVT בספרות, הפרוטוקול הנוכחי רכבות הופעות התנהגותיות מאופיינות תגובות מוקדמות פחות מספר גדולה של תשובות נכונות. השינויים ביחס הפרוטוקול הנוכחי מחקרים שפורסמו אחרים הם כנראה הסיבות מלאות גירוי גדול יותר של התנהגות. הפרוטוקול שלנו רכבות מכרסמות להגיב רק בנוכחות של אור הגירוי בגלל התאורה של אור הגירוי מהימן מנבאת את הזמינות של חיזוק. זה,להגיב על האף לתקוע תוצאות מפתח חיזוק רק אם התגובה נעשית תוך המפתח מואר; לפיכך, אור הגירוי הופך גירוי מפלה (S D) כי באופן מהימן מסמן את הזמינות של חיזוק, ותגובה על מקש האף לתקוע היא תחת רמה גבוהה של שליטת גירוי. הסיבה הסבירה אחת לכך היא השימוש מרווח foreperiod משתנה כבר (3 - 10 שניות, לעומת 3 - 7 של במחקרים אחרים) וכן מרווח התשובה הנכונה קצר (1.5 s, לעומת 2.5 - 3.0 s במחקרים אחרים) מוריד את ההסתברות של בעל חיים מגיבים כראוי על הניסיון שניתנים להם סיכוי, אשר מאוד. בנוסף, בגרסות שפורסם אחרות של rPVT, מכרסמים יכולים להרוויח חיזוקים להגיב במהלך תאורת אור הגירוי של 0.5 או במהלך האחיזה המוגבלת של 2.5 אחרי אור גירוי כבתה. סוג זה של אחיזה מצומצמת המאפשר חיזוק בהעדר של S D המשוער למעשה מחליש את effectiveness של אור גירוי כמו D S כי האור אינו לנבא את הזמינות של חיזוק. כלומר, חולדות מתחזקות כבר כמה לחיצות המתרחשות במהלך התאורה של האור, ובהינתן משך הקצרה שלה, ועל לחיצות רבות לאחר שהאור כבה. כאשר בוחנים את ההתנהגות של החולדות בגירסאות קודמות של rPVT, יש כמעט מספר שווה של תשובות נכונות מוקדמת, אשר טוען כי אור גירוי אינו משרת בתור D S ונושאים מגיבים על מפתח באופן אקראי יותר. בנוסף, משטר אימונים המפורטים 4.1 - 4.6 חושף חיה לכל foreperiods האפשרי לפני מופעי הבסיס, דבר שלא נעשה בגרסות הקודמות של rPVT. יתר על כן, צעדים 4.7 - 4.9 בהדרגה לחדש foreperiods הנמוך כדי למנוע נושאים מלהגיב פשוט על המשך הקצר והשמטה או להגיב בטרם עת על ניסויים עם foreperiods יותר. יחד, protoco אלהשינויי l להגדיל את הסבירות כי אור הגירוי יהפוך D S חזק השולט להגיב מעבר foreperiods השונה, במקום D S חלש כי בקרות מינימאליות להגיב (למשל, תגובות שכיחות גבוהות בהעדר של D S).
באמצעות השלבים פרוטוקול מפורט כאן, הכשרנו זנים שונים של חולדות (כלומר, לונג אוונס, פישר 344, ולואיס) 28, גם זכר וגם חולדות לונג אוונס נקבה, זכר C57BL / 6J לרמות ביצועים דומים. בעוד זני עכברוש שונים שמשו רוב המחקרים שפורסמו בעבר האחרים, Oonk ועמיתיו 17 חולדות זכרים בשימוש הארוך אוונס ומופעים התנהגותי מיוצרים בדומה לאלה של כריסטי ועמיתיו 15,16. ממצאים אלו מעידים כי הפרמטרים הכשרים בשימוש חשובים סבירים יותר לתגובות מוקדמות נמוכות עכברוש הזן והמין המועסק. בכל מקרה, זן ומין של tהוא שהנושאים הם משתנים חשובים שיש להביא בחשבון. למרות זאת, ניתן לאמן ביותר זנים של חולדות או עכברים rPVT, על החוקרים לבחון את ההתקדמות להכשרת נתיניהם יומי ולשנות את הפרמטרים בהתאם להשגת ערכי הבסיס ההתנהגותי יציבה. לדוגמא, בעת אימון חולדות נקבות הארוכה אוונס, המספר הכולל של ניסויים זמינים צריך להיות מופחת, שכן חולדות נקבות לא לצרוך מזון כמה חולדות זכרים לונג אוונס. זיהינו התנהגות זו על ידי בדיקת הניסוי על ידי משפטו של החולדות נקבות הופעות לראות שאחרי שהם הרוויחו, בממוצע, 7 גרם של מזון, הם הפסיקו להגיב עקב שובע (כלומר, מספר רב של חטאות ללא ניסויים נכונים או מוקדם תגובות). מספר בדיקה הכוללת היה ירד מ 200 ל 150, לאחר מכן להקטין את כמות המזון שניתן לרכוש מ -9 גרם של 6.75 גרם. עם מספר משפט נמוך יותר, חולדות נקבות הארוכות אוונס מתוחזק הופעות בסיס ממוצעות שהיו שווים חולדות זכרים לונג אוונס. Mפרמטרי OST בתכנית rPVT ניתן לשנות כדי למקסם הופעות, כוללים השימוש של יותר זמן לחולדות עם שיעור גבוה יותר של תגובות מוקדמות. לפיכך, ניטור הופעות יומיות ממוצעות, בנוסף להופעות בתוך המושב לבחון, הוא קריטי כדי למזער את כמות זמן אימונים הדרושות, במיוחד בעת אימון זן חדש או מין שונה מאשר הוא נפוץ.
הסוג והכמות של חיזוק בשימוש הוא סוגיה נוספת שיש לקחת בחשבון. במקרה שלנו, כדורי מזון צ'או תקן מהווים חיזוק יעיל, בעיקר בגלל שמירת חולדות ב 85 - 90% של משקולות ההאכלה שלהם קל לעשות במעבדה, שומרת חולדות בריאות עבור מחקרים ארוך טווח, ותוצאות התנהגותי עקבי הופעות מהפעלה לפגישה. תחת משטר האכלה זה, היו לנו חולדות ביצוע rPVT ברמות עקביות במשך קרוב לשנה והם מסוגלים לעקוב אחר מושרה בניסוי ושינויים כתוצאה מהזדקנות בהופעות.הוכח כי, בזמן תגובה פשוט אחר (SRT) נהלים, latencies התגובה לעתים קרובות להשתנות כפונקציה ההופכי של התדירות או גודל החיזוק 29,30. לדוגמא, כאשר חיזוק מועבר לסירוגין, או סכום החיזוק הוא ירד (למשל, גודל גלולה קטן או תמיסת סוכרוז אחוז נמוכה) latencies תגובה יכול להיות ארוך יותר. בעוד השיטה הנוכחית אינה כוללת פרמטרים חיזוק שינו, נושאים אלה ניתן לבדוק בקלות rPVT, פשוט על ידי שינוי סוג של חיזוק בשימוש וכיצד חיזוק כי מועבר (למשל, כל משפט נכון מזוין, כל משפט נכון השלישי מזוין, וכו .).
בדומה במודלים של בעלי חיים אחרים של התנהגות אנושית, יש מגבלות על rPVT. לדוגמא, אפשר לטעון כי כמה דפוסים התנהגותיים דווחו כאן (למשל, זמן על שינויי משימה) הוא פונקציה של שובע; עם זאת, examinati קרובעל ההתנהגות של מכרסמי מדגים עולה כי שובע לא היה פקטור. לדוגמא, שובע במהלך פגישה התנהגותי יכול להתרחש, בהתחשב בעובדת החולדות יכולות להרוויח עד 9 גרם של מזון ב -30 דק '. כפי שתואר לעיל, זה היה מנוסה עם חולדות נקבות הארוכות אוונס נדרש ביצוע התאמות בסכום הכולל של מזון שניתן לרכוש. כאשר בוחנים הופעות יומיות על משפט אחר משפט בסיס, יש לדאוג לבטח כי כל עכברושי הפצת תגובות (כלומר, מתקנת, prematures, ומפספס) שווה לאורך הפעילות באתר, למשל, בלוקים גדולים של ניסויים שמיטים לקראת הסוף הפגישה, למשל, היה מציין שובע. אם הזמן-על-משימה התוצאה היתה תוצאה של שובע לקראת סוף הפגישה, אולם, אפשר היה גם לצפות אחוז נכון להגיב כדי להקטין ומחדלים להגדיל. עם זאת, אחוז נכון להגיב נשמר באותה הרמה לאורך הפעילות באתר 30 הדק '20; ובעוד נסיגות גדלו גם הוא sesשיאון מתקדמת, עלייה זו מורכב תשובות נכונות איטית וניסויים החמיצו לא (או ניסויים מושמטים). לפיכך, הנושאים לשמור על רמות גבוהות של להגיב על פני כל הפגישה עם פרמטרים והתאמות שתוארו לעיל.
בעיה הקשורה מזון אחד חשובה שיש לקחת בחשבון היא כי מניעת שינה ידועה להגדיל את צריכת מזון שמשימות מחוזק מזון שערו לזלזל את ההשפעות השליליות של מניעת שינה על התנהגות 31, בהתחשב ההשפעות המנוגדות על התנהגות. מספר מחקרים בחנו השפעת hyperphagic זה של מניעת שינה, ו קובאן ו colleages 32 למסקנת hyperphagia השינה בעזרת קיפוח אינו מתרחש עם לוחות זמני מניעה קצרים (כלומר, <5 ימים), אבל היא פונקציה של מניעת שינה לטווח ארוכה (כלומר ,> 6 ימים). בעוד בעיה זו לא נבדקה באופן ספציפי בכתב היד הזה, אפשר להשתמש בהליך הנוכחי כדי לקבוע if ביצועי שפעת השפעות אלו. ראשית, קצר ולוחות זמנים מניעת שינה לטווח ארוך היה צריך להיות מוערך ב rPVT לקבוע אם יש להם השפעות דומות על ביצועים. אם חולדות מחוסרות שינה היו רעבות יותר מרגיל (כלומר, רעב יותר את רמת הרעב קשורה הגבלת מזון רגילה), זה יהיה שיערו להשפיע על הביצועים שלהם באופן שלילי, אבל לא לגרום הופעות טובות יותר רמות ביצועי בסיס שלהם. בעוד רעב מוגבר יכול להגדיל את הקצב שבו חולדות לרכוש משימות למידה, רעב מוגזם בגרסה הנוכחית של rPVT בדרך כלל תוצאות בהופעות כי חוסר שליטה התנהגותית, כלומר, הופעות מתאפיינות במספר הגדול של תגובות מוקדמות ואמצעי RT מהר מאוד, כולל רבים RTS או מתחת 150 מילים-שניות (כלומר, תגובות אקראיות). בזמן אימוני חולדות בגרסה הנוכחית של rPVT, ראינו מדי פעם חולדות פולטות fa מאוד להגיב מוקדמת המוגזמתרח RT צעדים במהלך אימון; במקרים אלה, הגדלת הקצאת המזון הכוללת של עכברוש לעתים קרובות תוצאות להגיב מוקדם המופחת התייצב latencies RT.
RPVT המתואר כאן מספק פלטפורמת translational לשימוש במגוון פרדיגמות ניסוי, לרבות התייחסות להשפעות של נגעים, קצרים או מניפולציות תרופתיות ארוך טווח, שינויים גנטיים. בהתחשב בכך PVT האדם נועד להעריך את הביצועים באי מניעת שינה, את rPVT מספק פלטפורמה פשוטה לחקירת מנגנונים הביולוגיים העומדים בבסיס הקשורים מניעת שינה, שיבוש, או הגבלת שינה כרונית. לדוגמא, הזמן על תופעות מרווח משימה ותגובת גירוי הם מדידים בקלות בגרסה זו של rPVT בחולדות נורמליות, לעומת גרסות שפורסם אחרות 17, אשר מספקות בסיס יציב לתמרן אלה מדדי ביצוע ניסויי עם שינויי משך שינה. בהתחשב בכך שינהמניעת בבני אדם רק משפיע על זמן על אפקט במשימה ולא אפקט מרווח בתגובה גירוי (אפקט foreperiod משתנה כאן) 22, rPVT יכול לשמש כדי לחקור את המנגנונים הביולוגיים העומדים בבסיס אחראי ההשפעות השונות של מניעת שינה על ביצועים נוירו-התנהגותיות. RPVT שימושית במיוחד עבור מניפולציות ניסיון לטווח ארוך כי חולדות לשמור מופעים יציבים על פני כמה חודשים, המאפשר הקמת 1) בסיס ביצועים נורמלי, 2) ניסיוני שינוי הבסיס כי, ו -3) בהערכת המחקר לאחר המניפולציה הניסויית הסתיימה , ללא צורך קבוצות של חולדות נוספות.
למרות הדמיון הרב בין המכרסמים ומופעי אדם על PVT, יש בדלים קיימים. הבדלים אלה נובעים בעיקר מן הצורך למקרים מפורשים של חיזוק עם חולדות כדי לעצב ולתחזק PE rPVT המדויק והאמיןrformances, ואילו בבני האדם והשימוש בפיקוח הדרכה נכון הוא כל מה שנדרש על מנת להשיג הופעות PVT טובות. לדוגמא, ההבדלים שנצפו אדם לעומת הופעות זמן תגובת העכברוש צפויים מיוחסים הוא את השימוש תלוי חיזוק לעומת שליטת הוראה וכן את ההבדלים הטופוגרפיים המובנים מאליו בין גבה לבני אדם וחולדות (למשל, אצבע ברזים לעומת nosepokes) . זמני תגובה של בני אדם הם בדרך כלל 50% קצרים יותר, בהשוואה לחולדות, ובני אדם הם בדרך כלל הורה לייצר זמן תגובה מהיר ככל האפשר. למרות שהוראות אלה יכולים להיות גם מפורשות במחקרים בבעלי חיים באמצעות מקרי חיזוקים (למשל, דרך תגובות חיזוק רק העונות על דרישה ספציפית, קצרה חביון 29,33-35), השימוש למקרים כאלה יכול ניכרו להאריך את המשך הזמן הנדרש חיות הרכבה זמן 34,36,37. יתר על כן, הפעלות rPVT הן 30 דקות, אבל PVT אדם sessions הוא בין 3 - 10 דקות, תלוי איזו גרסה של PVT משמש. הבדל זה צריך להיחשב כאשר מנסה לשכפל פרמטרי ביצועי אדם משימה מכרסמת.
כך rPVT הוא כלי שימושי בחקירה של ההשפעות של מגוון רחב של משתנה על ביצועי ערנות המשווה בחיוב PVT האדם, עשוי לשמש פלטפורמת translational חדשנית על מנת לחקור את הבסיסים של פגיעות פרט ליקויי נוירו-התנהגותיות, ובמשך פיתוח אמצעי מניעה פוטנציאלי, נגד, וטיפולים עבור תפקוד נוירו-התנהגותיות.
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).
