Il roditore psicomotorio vigilanza Test (rPVT): un metodo per la valutazione delle prestazioni neurocomportamentali in ratti e topi

Summary

Una versione topo dell'umano psicomotorio vigilanza Test (PVT) è descritto che misura gli aspetti di attenzione simili a quelli misurati con la PVT umana, compresi gli aspetti di vigilanza umana come la precisione le prestazioni, la velocità del motore, rispondendo prematura, e cali di attenzione.

Abstract

L'umano psicomotorio vigilanza Test (PVT) è una procedura ampiamente usato per misurare le variazioni di fatica e attenzione sostenuta. Il presente articolo descrive una versione roditore della PVT-definito il "rPVT" -che misura aspetti simili di attenzione (ad esempio, la precisione le prestazioni, la velocità del motore, prematuro rispondere, e cali di attenzione). I dati sono presentati che dimostrano sia a breve che a lungo termine utilità del rPVT quando impiegato con ratti di laboratorio. Ratti facilmente imparare il rPVT, e imparare a eseguire la procedura di base richiede meno di due settimane di allenamento. Una volta acquisite, le prestazioni di ratto nel rPVT mostrano un alto grado di somiglianza a queste stesse misure di performance nel PVT umana, compresa similitudini, vuoti di attenzione, i tempi di reazione, decrementa di vigilanza attraverso il tempo della sessione (cioè, l'umano "time-on compito "effetti), e l'effetto intervallo di risposta-stimolo (RSI) descritto per gli esseri umani. Così il rPVT può essere uno strumento estremamente prezioso per valutare gli effetti di una vasta gamma di variabili sul attenzione sostenuta del tutto simili a spettacoli PVT umani, e quindi possono essere utili per lo sviluppo di nuovi trattamenti per le disfunzioni neurocomportamentali.

Introduction

Il test di vigilanza psicomotoria umana (PVT) è uno strumento ben convalidato ampiamente utilizzato per misurare vigilanza e attenzione sostenuta negli esseri umani, ed è stato originariamente sviluppato da Dinges et al. ^1-3 per la valutazione della stabilità dei tempi di reazione e l'attenzione (ad esempio, gli errori in termini di risposte e cali di attenzione precoce), sia all'interno sessioni nel suo complesso e in tutto il tempo all'interno delle singole sessioni. Nel corso degli anni, la PVT umana è stata modificata e aggiornata ^4-11 per monitorare cambiamenti temporali nei vari aspetti attenzione, ed è stato dimostrato di essere sensibile ai cambiamenti di privazione del sonno e la stanchezza, ed è influenzata dal consumo di droghe e l'età dei soggetti ^{12 , 13.} La PVT è una procedura apparentemente semplice in cui un soggetto tocca brevemente una schermata quando uno stimolo (di solito un display numero di LED) appare in modo casuale nel tempo, in genere dopo 2 - 10 s. Nella versione umana, la visualizzazione del numero viene incrementato in ms e si fermò quando tegli schermo viene toccato, indicando così il tempo di reazione del soggetto (RT). Riduzioni di vigilanza sono indicati da 1) ha rallentato i tempi di reazione, 2) un aumento della decade (definito "errori di omissione" nella letteratura umana, e di solito definita come RT che sono> 500 ms di lunghezza), e 3) l'aumento rispondendo prematura (definito "errori di commissione" o "false partenze" nella letteratura umana). Altre misure possono essere ottenuti anche con la PVT per l'esame delle variabili come genere e di età differenze; per una revisione di tali misure, vedi Basner e Dinges ^4. Infine, la PVT è stato impiegato nella zona generale di valutazione del rischio per l'uomo, ed è stato utilizzato con successo in una vasta gamma di aree operative che includono le industrie militari, aereo e ferroviario, di primo intervento, e ambienti estremi, come missioni estreme Ambiente della NASA operazioni (NEEMO), l'international Mars500 Progetto ^14, e sul Spac internazionalee Station (ISS). Sulla ISS, la PVT è chiamato "Reazione Self-Test" ed è impiegato per fornire gli astronauti con individualizzato valutazioni legate alla fatica (ad esempio, i cambiamenti nella RTS o cali di attenzione).

La PVT umana è stato in uso per decenni, come hanno fatto le versioni di roditori di compiti tempi di reazione semplici (che sono in qualche modo simile). E 'stato solo di recente, tuttavia, che una controparte roditore al PVT umano è stato riportato in letteratura. Christie e colleghi hanno descritto una versione del PVT umana per i ratti, e hanno riportato diminuzioni di vigilanza seguenti privazione del sonno ^15,16. Recenti studi inoltre hanno riportato versioni del rPVT ^17-19. Questi rapporti hanno descritto cambiamenti attenzione sostenuta in seguito a diverse tecniche di privazione del sonno; alti livelli tuttavia, i dati di questi studi hanno anche riportato di prematura rispondenti (ad esempio, in alcuni casi, più del 40% del numero totale di respons); tali prestazioni sono molto diverso da tutti gli spettacoli PVT con gli esseri umani. Tale una grande differenza di roditore vs. prestazioni umane sono probabilmente a causa di differenze nei parametri specifici impiegati nella umana contro le versioni roditore della PVT; per esempio, la Christie et al. studio ha impiegato un caso che varia 3-7 s foreperiod, mentre un PVT umano impiega normalmente 2-10 s foreperiod (anche se vedi Basner et al ⁵ per una versione a 3 min del PVT umana che utilizza un 1 -. 4 s foreperiod) . L'uso di valori foreperiod relativamente brevi può spesso causare negli animali "timing" le loro risposte, e quindi in grado di promuovere, attraverso il rinforzo accidentale, aumento del numero di risposte premature, come sono stati riportati negli studi di roditori rPVT correnti.

La versione del rPVT qui descritto è basato sulla nostra dell'articolo precedentemente pubblicato ^20, e fornisce una descrizione dettagliata delle tecniche e procedure. differiscerispetto alle versioni precedentemente pubblicate del rPVT per i seguenti aspetti: 1) ratti sono stati addestrati con i valori foreperiod variabili di 3 - 10 s, e 2) ratti dovevano rispondere rapidamente, in quanto solo le risposte all'interno di una finestra di risposta breve (anche definito un "limitata hold ") a seguito di insorgenza stimolo sono state rafforzate (1,5 s nel presente studio, 3,0 s nelle precedenti versioni pubblicate del rPVT). Usando queste modifiche così come brevi timeout per errato rispondendo portato a maggiori livelli di controllo dello stimolo, come indicato da significativi miglioramenti nella precisione e livelli di risposta precoce ridotta. Il presente rapporto descrive inoltre i cambiamenti prevedibili delle variabili di performance (ad esempio, difficoltà di attenzione, RTS) che sono parallele a quelle osservate nell'uomo in sede di esame di vigilanza decrementa ^21, e in sede di esame altre misure di performance, tra cui l'effetto umano "il tempo sul compito" e il response- intervallo di stimolo (RSI) effetto che si osserva nel PVT umana

La versione finale del rPVT descritto qui inizia accendendo una luce casa (vedi Figura 1). Dopo un intervallo variabile (foreperiod) di 3 - 10 s è trascorso, la chiave del naso-Poke è illuminato per un massimo di 1,5 s. (Per assicurare un'equa distribuzione delle foreperiods durate, i valori sono generati in modo casuale senza sostituzione da un elenco di 36 possibili valori che vanno da 3 a 10 s, sulla base di incrementi di 200 ms.) Illuminazione della chiave nosepoke è il segnale per un animale rispondere, e una risposta che si verifica tra 150 a 1.500 ms seguito all'insorgenza di luce è rinforzato con un pellet di 45 mg. Dopo una risposta rinforzata, sia la luce chiave naso-Poke e la luce casa siano spenti e un 1 s inter-trial intervallo (ITI; casa luce fuori) ne consegue. Nose-poke a prima dell'inizio luce producono un 8 s timeout (TO) dalle contingenze sperimentali che viene segnalata da spegnere la luce casa. Se non risposte si verificano entro le s res 1.5finestra ponse, sia la luce e la luce nosepoke casa sono spenti, e un 1 s ITI ne consegue. Il valore successivo foreperiod programmata per il successivo processo inizia dopo che sia l'1 s ITI o gli 8 s per, a seconda di quale si sono verificati durante il processo precedente. Le sessioni sono condotte al giorno (5 giorni / settimana), di solito sono costituiti da circa 200 prove, e finiscono dopo 30 min. Ciò risulta con ogni prova avente una durata di circa 7,5 s, in media.

Un progetto per prestazioni di base stabile sulla rPVT si ottiene 1) inizialmente adattamento di un topo per prendere pellet cibo dal vassoio di cibo nella camera, 2) un ratto di rispondere su un tasto Poke naso rafforzando approssimazioni successive alla finale-shaping mano il naso colpire risposta, e 3) lo svolgimento di sedute giornaliere dove i parametri della procedura rPVT (vale a dire, foreperiod, ITI, AD, e tempi di-illuminazione dei tasti) vengono gradualmente adeguato nel corso di una sessione, a seconda di quanto bene ogni ratto sta eseguendo durante ogni sessione (descritto in dettaglio nel seguito).

Protocol

Laboratorio cura degli animali era in base al Public Health Service (PHS) Politica sulla cura umana e Uso di animali da laboratorio. Tutte le procedure sono state eseguite in stretta conformità con le raccomandazioni contenute nella Guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio del National Institutes of Health. La cura e l'uso Comitato Istituzionale di animali della Johns Hopkins University ha approvato il protocollo e tutte le procedure. Johns Hopkins mantiene anche l'accreditamento del loro programma dall'Associazione per la valutazione e l'accreditamento del laboratorio Animal Care (AAALAC).

1. Gli animali

1. Utilizzare ratti maschio adulto lungo Evans (circa 10 - 12 settimane all'inizio della formazione comportamentale), anche se altri ceppi sono adatti, tra cui ratti inbred.
2. Al suo arrivo nella colonia, ratti casa singolarmente in gabbie approvato e sale, a causa della restrizione alimentare ha bisogno di seguito descritte. Ambientarsi animali per la situazione abitativa, così come la gestione per diversi dAYS prima di avviare la procedura di restrizione alimentare (circa 7 giorni).
3. Fornire ratto chow ad libitum per 1 - 2 settimane per consentire ratti di raggiungere un peso "senza alimentazione". Una volta a questo peso, limitare l'accesso al cibo per ridurre i pesi dei ratti, oltre 1 - 2 settimane a 85 - 90% del peso senza alimentazione. Mantenere gli animali a 85 - 90% del loro peso senza alimentazione durante la formazione comportamentale e test. Inizia con 15 - 18 g di alimento al giorno e regolare tale importo sulla base o meno di un tasso è mantenere il suo peso bersaglio.
   NOTA: restrizione alimentare richiede normalmente l'approvazione del proprio ACUC istituzionale o altro organismo di regolamentazione prima di iniziare la restrizione.
4. Pesare animali quotidianamente e registrare il peso su fogli peso. Assicurare pesatura avviene contemporaneamente e sulla stessa scala ogni giorno prima dell'inizio di qualsiasi formazione comportamentale o l'alimentazione.
   NOTA: iniziare solo pretraining (sotto), quando gli animali hannoraggiunto i loro pesi nominali. Questa pratica permette di correzioni immediate alle quantità di cibo per gli animali che sono o sotto o sopra il loro peso di destinazione. Esso fornisce anche un metodo per determinare se i ratti sono mantenendo pesi a intervalli di 24 h. Anche evitare di ratti in diversi momenti della giornata di pesatura; il risultato sarà drammatiche differenze di peso, alimentazioni non corrette e scarsa performance comportamentali.
5. Fornire acqua fresca in ogni momento nella gabbia casa mediante l'uso di bottiglie di vetro o di plastica con piani tappo di gomma e tubi di aspirazione.
6. Quando le sessioni non sono condotte (ad esempio, week-end, vacanze), nutrire i topi loro normale assegnazione di ratto chow per mantenere la stabilità del peso. Pesare i ratti per determinare se è necessario più cibo per mantenere il peso durante questi periodi.

2. attrezzature e software

1. Utilizzare camere operante modulari standard dotate di una chiave il naso poke, una luce casa, e un distributore di pellet (vale a dire, alimentatore).
2. Posizionare la chiave naso Poke modulare su entrambi i lati del dispenser pellet situato in posizione centrale; garantendo che questo posizionamento rimane costante in altre camere operante e da uno studio all'altro. Qui, la chiave del naso stoccata è sul lato sinistro del dispenser pellet.
3. Posizionare il faro modulare alto sulla parete posteriore della camera in modo da non interferire con altri comportamenti.
4. Pellet cibo Usa ratto (ad esempio, pellets Noyes 45 mg o simili) per il rinforzo. Il modello di alimentatore determina cibo dimensioni del pellet, ma la maggior parte alimentatori ratto usare pellet cibo 45-mg (alimentatori del mouse utilizzano in genere pellet alimentare-20-mg). Utilizzare pellet chow standard, ma altri pellet possono essere acquistati (ad esempio, saccarosio) per le diverse manipolazioni sperimentali.
5. Controllo dello stimolo presentazioni, ingressi a risposta naso Poke, consegna rinforzo, e la raccolta di dati tramite un'interfaccia collegata a un computer. Contattare gli autori per informazioni specifiche per quanto riguarda i programmi scritti con comportamentaliun linguaggio di programmazione specifico per il test comportamentale (vedi Tabella dei Materiali e reagenti).
   NOTA: E 'importante registrare variabili indipendenti e dipendenti a titolo di prova-by-trial, tra cui i tipi animali di risposta (ad esempio, le risposte corrette, risposte premature, perde colpi), la latenza di risposta, e numero di prove presentate. Quando si utilizzano diversi ceppi, sesso o specie, queste variabili possono essere facilmente modificati per massimizzare la formazione in quasi tutti i tipi di roditori.

3. pretraining

1. Assegnare ciascun animale ad una camera operante dove sarà testato ogni giorno, e circa alla stessa ora del giorno, tutto l'esperimento.
2. Pesare il ratto e metterlo nella sua specifica camera operante con pellet di cibo nel dispensatore pellet. Mettere 10 - 20 palline dell'alimento nel recipiente per il ratto di mangiare.
3. Per preformazione, impostare i seguenti parametri per bassi, valori fissi:valore foreperiod = 2 s, valore di timeout = 2 s, tenere limitata = 10 s.
4. Avviare il programma del computer per controllare la presentazione della luce casa, illuminazione dei tasti nosepoke, e la consegna automatica di cibo a pellet.
   NOTA: E 'preferibile che il programma comportamentale impostato ad un livello che permette di rinforzi frequenti per la maggior parte delle risposte prodotte dall'animale, tale che la chiave naso stoccata viene illuminato per lungo periodo di tempo (ad esempio, 10 s) . Questo aumenta la probabilità che il ratto colpire il tasto mentre è illuminato, con conseguente consegna di un rinforzo cibo dal programma per computer.
5. Una volta che il topo finisce il pellet di cibo, avviare il processo di modellatura rafforzando il ratto quando si avvicina il ricettacolo cibo o il tasto del naso Poke. Qui, la forma manualmente ogni ratto, il che significa che uno sperimentatore osserva il comportamento del ratto (lasciando l'attenuazione del rumore porte cubicolo aperto) e fornisce pellets dall'alimentatoreil più rapidamente possibile dopo il ratto emette il comportamento desiderato. Invia pellets da un pulsante sull'alimentatore stesso, attraverso un interruttore manuale che è collegato all'alimentatore, o attraverso il software utilizzato per controllare contingenze comportamentali cliccando sul uscita appropriata sull'interfaccia.
6. Utilizzando il metodo di formatura per approssimazioni successive, fornire un rinforzo cibo per cambiamenti di comportamento che sono successive approssimazioni il comportamento desiderato finale ^23. Ad esempio, una volta che il ratto recupera affidabile pellet cibo dal ricettacolo cibo, avviare rinforzo unico movimento verso o intorno al tasto stoccata naso, e non più di rafforzare approcci al ricettacolo cibo. Qui, i ratti di forma per spostare a sinistra dopo aver recuperato un pellet di cibo, dal momento che la chiave del naso Poke si trova alla sinistra del recipiente cibo nelle camere operante.
   NOTA: Anche se lo sperimentatore è fornire rinforzi alimentari durante l'inizio della PrEtrAining, il programma per computer è ancora in esecuzione e il controllo della casa di luce, chiave nosepoke, e l'alimentatore. Se un ratto sporge la chiave, il programma per computer rafforzerà automaticamente. Comportamenti sperimentatore rinforzato sono solo quelli che porta il ratto di colpire la chiave illuminata, come ad esempio annusando il tasto o intorno ad esso, muovendo la testa vicino al tasto o verso di esso, ecc.
7. Determinare la quantità di cibo guadagnato durante la sessione di preformazione contando il numero di pellet consegnati manualmente più eventuali pellet consegnati automaticamente dal software per computer (vale a dire, pellet consegnati perché il topo infilò la chiave illuminato). Moltiplicate questo numero per 0,045 g per determinare alimentare totale guadagnato (ad esempio, 30 pellet x 0,045 g = 1,35 g).
8. Rimuovere il ratto e rimetterlo nella sua gabbia casa. Sottrai, a mano, la quantità di cibo ha guadagnato (vedi 3.7) nella sessione del comportamento da riparto cibo quotidiano del ratto. Far passare il resto della assegnazione cibo nel ratto dopola sessione di formazione comportamentale. Alimentare ad un minimo di 30 minuti dopo la conclusione della sessione di comportamento per evitare gabbia a casa rinforzo cibo subito dopo le sessioni non produttive.
9. Pulire la camera operante tutti i giorni con un disinfettante delicato (ad esempio, acqua e sapone). Utilizzare il 70% EtOH con parsimonia, dato che può danneggiare le camere operante. Controllare la chiave naso Poke giornaliera al fine di mantenere una corretta condizione di lavoro e pulito con un disinfettante quando necessario, dal momento che una chiave che si attacca o viene bloccato in posizione interromperà le prestazioni di un animale se non riparato in fretta.
10. Forma ogni ratto in questo modo fino a quando il ratto emette 40 - 50 risposte corrette del computer rinforzato (non manualmente o sperimentatore-rinforzato) sulla chiave illuminato, richiama ogni pellet cibo, e ritorna e colpisce la chiave Poke naso senza shaping aggiuntivo. Tipicamente, i ratti richiedono circa 2 - 3 30 min sessioni per raggiungere questi criteri (vedere Figura 2).
    NOTA:consegna manuale di pellet cibo non è necessario dopo che il ratto è colpendo in modo affidabile la chiave e la ricezione di rinforzo cibo consegnato dal programma per computer.

Formazione 4. rPVT

1. Una volta a forma, avviare il ratto a una, relativamente breve intervallo foreperiod fisso e sul valore (ad esempio, 2 s) sulla prossima sessione di 30 minuti fino a quando il topo completa 8 su 10 prove corrette. Per ciascuno di questi processi durante l'allenamento, illuminare il tasto colpire naso per un periodo di tempo sufficientemente lungo per un topo per dare una risposta. Qui, tenere premuto il tasto illuminato per 9 secondi; questa finestra di risposta è anche chiamata la presa limitata (LH).
2. Utilizzare un tempo relativamente breve out (TO, ad esempio, 2 s) come punizione per le risposte premature, o rispondere prima l'illuminazione della chiave del naso Poke. Durante il TO, i ratti non hanno alcuna possibilità di guadagnare il cibo. Qui, il TO e il valore foreperiod sono la stessa durata durante queste sessioni di formazione e cambiamento alla stessa velocità.
esempio, a 2,1), mentre accorciando il LH di 0,1 s (vale a dire, a 8,9). E 'meglio utilizzare un programma per computer che può fare automaticamente queste regolazioni durante una sessione.
NOTA: Quando la formazione topi sulla rPVT, una più lunga ITI è impiegato da topi richiedono più tempo per consumare pellet cibo. Qui, usare a 30 s ITI per la formazione e la sperimentazione maschi C57BL / 6J. Inoltre, dal momento che un mouse può pesare ~ 20 g, si consumerà un numero significativamente inferiore pellet durante una sessione. Pertanto, ridurre una tipica sessione da averlo fine quando sono guadagnati un massimo di 50 pellets; il criterio per aumentare la foreperiod e TO è cambiato anche per essere 4 su 5 prove corrette prima di aumentare la foreperiod e TO di 0,1 s.
3. Una volta che la sessione di 30 min è finita, registrare il foreperiod finale ratto raggiunta durante la sessione di formazione (ad esempio, 4,2 s), sia in quantopreadsheet oa mano su un foglio di dati, e la quantità di cibo ottenuto, che viene calcolato moltiplicando il numero di prove corrette volte 0,045 g (ad esempio, 100 prove corrette x 0.045 g = 4,5 g). Sottrarre tale importo cibo dal riparto quotidiana del ratto e nutrire il ratto il cibo rimanente nella gabbia casa.
   NOTA: I file di dati Daily Record l'foreperiod finale raggiunta da ogni ratto. Il calcolo per determinare la quantità di cibo guadagnato nella sessione può essere fatto automaticamente dal programma per computer oa mano usando l'equazione di cui sopra. Il cibo guadagnato viene sottratto a mano da ogni ratto è l'assegnazione cibo quotidiano.
4. Il giorno dopo, iniziare la sessione di allenamento di 30 minuti con un foreperiod che è di 300 ms inferiore al valore del ratto si è concluso il nella sessione precedente. Ad esempio, se il ratto chiuso al 4,2 s, questa sessione inizia a 3.9 s. Continuiamo ad aumentare i foreperiod di 0,1 s, come il topo completa 8 su 10 prove corrette ad ogni foreperiod, uratti ino raggiungono un foreperiod di 10 s. In questo modo, i ratti sperimenteranno tutte le possibili foreperiods.
   NOTA: quando i ratti raggiungono un foreperiod di 9,7 - 10 s, il TO rimane a 8 s e l'LH è di 1,5 s.
5. Alla fine di ogni sessione, controlla performance giornaliera del ratto durante questo tempo esaminando la percentuale delle prove corrette, prove prematuri, e manca. Ratti comunemente mantengono una media di 40 - 90% di risposte corrette durante queste sessioni di formazione, con la percentuale media corretta in costante aumento in tutta la formazione. Qui, esportare i dati giornalieri per ogni ratto di un foglio di calcolo che calcola queste percentuali, al fine di tenere traccia delle prestazioni sessione giornaliera.
6. Una volta che il ratto raggiunge un foreperiod di 10 s, avviare la prossima sessione successiva 30 minuti con i foreperiods presentate a intervalli casuali, iniziando con foreperiods tra 7 - 10 s. Assicurarsi che il TO e LH rimangono a 8 e 1,5 s, rispettivamente. Qui, il programma per computer che controlla il behavioraL contingenze passa automaticamente dal presentare foreperiods ascendenti a foreperiods variabili una volta ogni ratto raggiunge il 8 su 10 criterio al 10 s foreperiod.
7. Una volta che il ratto mantiene corretta almeno il 70% con foreperiods presentati in modo casuale tra 7 - 10 sec, modificare il programma di presentare foreperiods a intervalli casuali, iniziando con foreperiods tra 5 - 10 s. Esaminare rendimento giornaliero di ogni ratto durante questo tempo, perché questo cambiamento avviene spesso all'interno di una sessione.
8. Dopo il ratto mantiene corretta 70%, cambiare nuovamente il programma di presentare l'intera gamma di foreperiods (3 - 10 s) ad intervalli casuali durante la sessione di 30 min. In un modo simile a 4,8, esaminare performance giornaliera di ogni ratto durante questo tempo perché questo cambiamento avviene spesso all'interno di una sessione.
   NOTA: Il software che controlla automaticamente le contingenze del comportamento rende questi cambiamenti in base alle prestazioni di ogni ratto (ad esempio, 4,7-4,9).È importante fare solo il cambiamento in 4,9 quando il tasso di successo di un ratto è elevata (> 70% corretta), poiché ratti adottano frequentemente la strategia di rispondere in modo casuale nel tempo, anziché correttamente attesa e partecipare allo stimolo. Se il successo del ratto di un topo è basso, ripetere 4,7-4,9.
9. Per i criteri di acquisizione, definire le prestazioni di base stabile quando, 4 di 5 sessioni giornaliere entro una settimana, percentuale di risposte corrette topi è 75% o superiore durante una sessione e la percentuale di risposte premature è inferiore al 30%.

5. Analisi dei dati per misure di base di risposta

1. Per valutare le prestazioni comportamentali durante l'acquisizione, utilizzare misure ripetute ANOVA, con il fattore ripetuto di una sessione, Time Task valore, o Foreperiod valore per ciascuna misura le prestazioni di seguito descritto.
   NOTA: Qui, gli studi usano entrambi i modelli Profondo e tra soggetti, in cui mettiamo a confronto tutti gli animali a loro obaseline wn dopo una condizione sperimentale e confronta animali da esperimento per controllare animali seguenti stessa manipolazione. Quando baseline comportamentali stabili sono raggiunti, uso entro soggetti disegni limiterà il numero di ratti necessari.
2. Definire risposte premature come risposte prima dell'insorgenza della luce chiave o entro i primi 150 ms della luce chiave essendo su.
3. Definire risposte corrette come risposte effettuate dopo la luce chiave si accende, con una latenza minima maggiore di 150 ms, e una latenza massima della lunghezza della finestra di risposta; qui, 1.500 ms.
4. Definire miss (o omissioni) come prove in cui il soggetto non riesce a dare una risposta.
5. Definire latenze di risposta come il tempo trascorso (in ms) dall'esordio luce alla depressione del naso colpire chiave; detto anche tempo di reazione (RT).
6. Definire prove totali, come il numero di risposte premature più risposte corrette, più manca.
   NOTA: in spettacoli PVT umani, res prematuriristagni e decade di attenzione può essere molto rara, e gli investigatori più spesso riportano solo le frequenze prime reali di tali misure. Tuttavia, questo non è il caso con spettacoli ratti. Per consentire confronti tra diverse versioni del rPVT in letteratura, misure di performance ratti sono qui presentati come percentuale di prove totali. L'uso di un programma per computer in grado di registrare ed etichettare ciascuno di questi elementi a titolo di prova-by-trial per la successiva analisi è preferibile, dal momento che i ratti verranno completare oltre 200 trial per 30 minuti sessione e spesso soddisfare i criteri di trasferirsi in un altro passo nella procedura di formazione all'interno di una sessione.

6. Ulteriori misure di performance calcolate

1. Per una sessione di 30 minuti comportamentale, definire decade come risposte corrette in cui l'RT era superiore a due volte il tempo di reazione media per la sessione di ogni ratto (fatto dopo una sessione); includere anche le prove perse nel calcolo lapse.
   NOTE: In PVT umana, decade sono tipicamente definiti come i tempi di reazione (RT)> 500 ms ^4. Per i roditori, è preferibile eseguire confronti post-hoc per medio RT di ogni ratto - acquisito dal trial-by-trial analisi descritto sopra - invece di confronto ad un valore di soglia, a causa della variabilità RT da singoli ratti. Questo metodo è simile a cali di altre versioni pubblicate del rPVT ^15,16. prove qui e in altre versioni pubblicate, vuoti di includere anche perdere (decade = risposte con RT> due volte la media RT per una sessione, oltre a miss), perché le prove perse nella PVT umana sono registrati come decade, pure.
2. Determinare il tasso di falsi allarmi stimato calcolando la percentuale di risposte premature che si verificano durante l'attuale 3-10 s intervallo quando avrebbe potuto apparire uno stimolo.
   NOTA: Questa misura utilizza un sottoinsieme di risposte prematuri che si verificano solo durante un periodo in cui potrebbe verificarsi lo stimolo,vale a dire, le risposte premature che si verificano entro i 3 - 10 s finestra foreperiod. Questa misura non include le risposte premature prima di 3 s perché la luce di stimolo non sarebbe mai essere illuminato in quel periodo. Ecco, questo sottoinsieme di risposte premature è ordinato automaticamente da tutte le risposte premature in un programma per computer foglio di calcolo.

Representative Results

Baseline Rat rPVT Performances

Con i parametri descritti qui, 86,7% dei 122 ratti maschi ha raggiunto i parametri rPVT finali all'interno di una media di 9,0 (SD = 10.13; n = 122) corsi di formazione informatici automatizzati (descritte in 4.1 - Formazione 4.9 rPVT, nella nostra esperienza, solo approssimativamente 2% dei ratti non acquisirà il rPVT). Utilizzando la metodologia corrente, topi in media 73,4% corretto di rispondere, il 18,6% decade di attenzione, e il 10,6% prematura di rispondere durante la loro prima sessione completa sotto i parametri di prestazione standard del rPVT; tempi di reazione significare media 527 ms (vedi figura 3). Con la sessione completa 4 ^°, corretto rispondendo stabilizzato e non hanno mostrato variazioni significative in seguito. I dati del nostro articolo pubblicato ²⁰ hanno indicato che se gli animali raggiungono un valore superiore a quello d indice medio 'durante la prima sessione normale, they anche raggiungere i criteri di prestazione di base in modo più rapido (media # di sessioni per raggiungere i criteri di base = 8.7 vs 10.0, come determinato da analisi diviso t-test media; p = 0.009). Così, dopo 4 sedute ai parametri finali (vedi 4.9), le prestazioni ratti aumentato significativamente al di sopra del corretto criterio di risposta del 75% ed è rimasto a questo livello oltre 80 sessioni consecutive (circa 16 settimane; vedi figura 3). Una tendenza simile è stato osservato anche per i valori d '. Così, preformazione e rPVT formazione richiedono circa 12 giorni, con circa 4 sessioni aggiuntive per raggiungere prestazioni di base stabili per mantenere i criteri di acquisizione di> 75% risponde corretta e <30% prematuro rispondere (vale a dire, falso allarme risponde).

Distribuzioni di frequenza dei tempi di reazione per ratti maschi e femmine sono facili da acquisire dai dati rPVT (Figure 5). Abbiamo acquisito queste distribuzioni da n = 92 maschi e n = 5 ratti femmina e li abbiamo confrontati alle distribuzioni tempo di reazione per gli uomini adulti e le donne che svolgono la PVT. distribuzioni di frequenza per i ratti mostrano il forte aumento previsto in tempi di reazione ai valori più bassi con una coda verso destra più ai valori più alti.

Il tempo sul compito e la Vigilanza Decremento

Il termine "vigilanza" è stata definita come la capacità di un soggetto di mantenere il suo centro dell'attenzione e rimanere vigili stimoli per periodi di tempo prolungati ^24; decrementi di vigilanza si osservano di solito col passare del tempo nello svolgimento di un compito di attenzione relativi. Nel PVT umana, decrementi di vigilanza vengono valutati tramite variazioni di velocità media (ad esempio, 1 / RT) nel tempo di eseguire l'operazione (ad esempio, attraverso intervalli di tempo consecutivi all'interno di ogni sessione PVT). UNmisura simile può essere acquisito dai dati rPVT in cui la velocità di risposta (cioè, 1 / RT) viene esaminato in funzione del tempo sull'intervallo compito dividendo sessione rPVT 30 min in 5 scomparti di 6 min: 1) sul 0 - 6 min, 2) 6.1 - 12 min, 3) 12.1 - 18 min, 4) 18.1 - 24 min, ei 24,1 - 30 min e rappresentare i dati in funzione di ciascun bin tempo (figura 6). Come si vede nella PVT umana, velocità di risposta ratti diminuisce nel tempo su compito, che indica un decremento di vigilanza o una diminuzione delle prestazioni come la quantità di tempo eseguire aumenti di attività (Figura 4). Qualsiasi misura le prestazioni rPVT (ad esempio, variazioni percentuali corretto rispondere, prematuro rispondere o decade) può essere esaminata in funzione del tempo sul compito ^20.

Effetto Foreperiod variabile

Per valutare i cambiamenti nelle prestazioni in funzione della variabile individuale fodurate reperiod, ciascuna misura le prestazioni (ad esempio, precisione, decade, RTS) è in media per ogni foreperiod; in tal modo la percentuale di vuoti per un 4 s foreperiod consisterebbe il numero medio di decade iscritto a seguito tutti i valori foreperiod tra 3 - 4 s; Allo stesso modo, i dati lapse per un 5 s foreperiod vi sarebbero la media del numero di cadute registrate seguenti tutti i valori foreperiod tra 4,1 - 5 s, e così via. Questo questo tipo di risultati di analisi in 7 bidoni foreperiod (vedi sotto e Figura 7), con circa 30 prove che si verificano ogni bin in una normale sessione di prove di 200. Nel PVT umana, per esempio, a foreperiods brevi (o intervalli di risposta-stimolo brevi, definito RSI di in letteratura umana), RT sono più lunghi e vuoti sono meno, mentre a intervalli più lunghi RT sono più brevi e false partenze sono più frequenti ^22. Questi effetti sembrano essere indipendente dal tempo di un soggetto sulle prestazioni delle applicazioni e fornire un altro metodo per investigating performance individuale PVT. A ripetute misure ANOVA ha rivelato un significativo entro soggetti principale effetto di Foreperiod per cento corretta risposta [F (6,600) = 33,876, p <0.05], mediana RT [F (6,600) = 57,667, p <0.05], prematuro rispondere (o falsi allarmi) [F (6,600) = 139,776, p <0.05] e decade [F (6,600) = 9,814, p = 0,002]. Percentuale corretta risposta è stata più bassa al 10 s valore foreperiod rispetto a tutte le altre foreperiods (tutti di p <0.05). RT mediani erano più lunghe al 4 s valore foreperiod (tutti di p <0.05) precoce hanno risposto è stata più basso al 4 s valore foreperiod e il più alto al 10 s Valore foreperiod (tutti di p <0.05), mentre decade erano più grande al 4 s valore e più bassa in 10 s valore foreperiod (tutti di p <0.05). La figura 6 illustra queste differenze per ratti svolgono la rPVT, tali che le prestazioni ai valori foreperiod inferiori è più lenta e contiene una maggiore percentuale di vuoti, ma come gli aumenti foreperiod, corretto rispondendo diminuisce mentre RT sono più veloci e la percentuale di risposte aumenta prematuri. Questi dati dimostrano un compromesso velocità precisione come soggetti deve aspettare più per l'illuminazione della luce stimolo.

Figura 1. Schema della Procedura rPVT. Le misure di risposta di base della rPVT sono indicati dalle scatole e frecce con linee continue, e sono descritte nel testo sotto "Misure di base". I falsi allarmi sono risposte premature che si verificano solo all'interno della zona ombreggiata grigia. Lapses sono prove corrette con più di media latenze di risposta più manca. Vedere "Ulteriori misure calcolate" per maggiori dettagli; vedi anche Davis et al. ²⁰ per una tabella dettagliata di queste misure di performance. Questa cifra è originariamente apparso in Davis et al. ^20.TTP: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54629/54629fig1large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Schema di rPVT precedenti al training e passaggi di formazione. La procedura di preformazione modella la risposta Poke naso con rinforzo sperimentatore consegnate che commuta al rinforzo computer consegnati una volta che i ratti spuntano in modo affidabile la chiave del naso Poke. I ratti si muovono attraverso le fasi di formazione rPVT basate sulle proprie prestazioni individuali di ogni sessione. L'intero processo, dalla pretraining alla fase di rifinitura richiede circa 12 giorni. Una volta al passo 4.9, stabili le prestazioni di base richiedono circa un ulteriore 4 sessioni di mantenere per cento corretta risposta superiore al 75% (vedi Baseline rPVT performance); giorni totali / sedute necessarie per raggiungere i criteri di prestazione è approssimativoly 16 sessioni. RFT = rinforzo. FP = foreperiods. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3. Baseline rPVT performance nei ratti maschi Lungo Evans. Mostrate sono le percentuali di corretta rispondere, decade in attenzione, e prematura rispondendo tra le sessioni successive per n = 122 ratti. I dati per miss sono mostrati a scopo di confronto con la misura di decadenza; più della metà dei cali di attenzione sono stati effettivamente perso prove, e le restanti prove perse sono stati rinforzati (cioè, "corretto") le prove, ma anche le prove durante le quali il tempo di reazione di un soggetto è stato due volte (o superiore) del ratto media RT per tale particolare sessione (cioè, definita come un calo di attenzione). I dati points indicati per Session # 1 indicano prestazioni durante la prima sessione completa per ogni ratto esecuzione sotto i parametri finali di performance. Sulla base dei approssimativi 200 sperimentazioni corrette per ogni sessione, gli intervalli di valori medi assoluti delle varie misure raffigurati attraverso le 80 sessioni sono i seguenti: per cento corretta risposta: 144 - 166 prove; decade per cento: 26 - 40 studi; cento prematuro rispondere: 14 - 20 studi; manca per cento: 12 - 20. Le barre di errore = ± SEM. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4. Le misure di prestazione medio rPVT per ratti maschi e femmine lungo Evans e Male C57BL / 6J. Le percentuali di corretta rispondere, falsi allarmi, e decade, d il primo media ', e riatti mediana sui tempi di ratti maschi (n = 122), ratti di sesso femminile (n = 5), e topi (n = 4) esegue i rPVT in sessioni giornaliere (M - F). Dopo le fasi precedenti al training e di formazione rPVT, roditori eseguire il rPVT a livelli simili. La maggior parte delle misure sono simili, tranne che i tempi di reazione per i topi sono più lenti di quelli per entrambi i ratti maschi e femmine. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 5. Risposta latenza Distribuzioni per topi Performing la rPVT sono simili a esseri umani Performing la PVT. Sono mostrate le distribuzioni di latenza osservati per gli uomini e le donne che svolgono la PVT umana (ridisegnato da Blatter et al. ^25), insieme con le distribuzioni di latenza per ratti maschi e femmine che svolgono la rPVT. file / ftp_upload / 54629 / 54629fig5large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Tempo Figura 6. Ratti su Task Curva di velocità (1 / RT) è simile a quello di velocità per gli esseri umani Performing la 10-min versione della PVT. A sinistra: Un tempo medio sulla funzione compito per le prestazioni umane in un 7-min ridisegnato sessione PVT da Rayman e Van Someren ^26. A destra: un tempo medio sulla funzione compito per ratti (n = 122) che svolgono in sessioni rPVT 30 min. In modo simile alle prestazioni umane, ci sono cambiamenti minimi di velocità attraverso una sessione in soggetti sani e ratti normali. Questa volta sulla funzione compito prevede una linea di base che potrebbero essere manipolati dal privazione del sonno, ecc. Le barre di errore su entrambi i grafici ± SEM.tp_upload / 54629 / 54629fig6large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 7. Un Effetto Foreperiod variabile è evidente in rPVT comportamentali Performance. performance media settimanale di ratti (n = 122) per cento corrette rispondere, tempi di reazione mediana, rispondendo prematura, e cali di attenzione. I dati sono mostrati in funzione della durata foreperiod variabile, cioè il "tempo di attesa" necessaria prima luce stimolo proveniente on. I ratti sono più lenti, ma più preciso a foreperiods brevi, mentre sono più veloci, ma emettono risposte più premature e sono meno precisa a foreperiods più lunghi. Ad esempio, confrontando le prestazioni in 4 s foreperiod a quelli al 10 s foreperiod, i ratti hanno RTs più mediano al 4 s foreperiod (~ 550 ms vs. ~ 400 ms a 10 s foreperiod), altri decade (~ 30% rispetto al ~ 10% al 10 s foreperiod), e una maggiore corretto di rispondere (~ 80% rispetto al ~ 70% al 10 s foreperiod), ma un minor numero di risposte premature (~ 1% vs . ~ 25% al ​​10 s foreperiod). Così, i ratti sono più lenti, ma più preciso a foreperiods più brevi e più veloce, ma meno precisa a foreperiods più lunghi. Le barre di errore = ± SEM. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Discussion

La metodologia qui descritta si traduce in prestazioni rPVT in ratti che confrontano favorevolmente in molti aspetti del tipico prestazioni PVT riportati in letteratura umana. Utilizzando le tecniche attuali, si può formare rapidamente ratti per eseguire la rPVT, e le prestazioni ottenute con queste tecniche sono caratterizzati da discriminazioni chiari (cioè elevati livelli di corretta rispondenti, bassi livelli sia di rispondere prematura e decade). Inoltre, le distribuzioni tempo di reazione ottenuti con il rPVT sono molto simili a quelle osservate nell'uomo eseguire la PVT ¹² (vedi figura 5), come lo sono le frequenze sia prematura rispondere e decade (ad esempio, come illustrato ad adolescenti di Beijamini et al. ^27). Infine, le controparti ad entrambi gli umani time-on-compito e l'intervallo foreperiod variabile (ad esempio, RSI) effetti osservati negli esseri umani può essere visto anche quando i roditori svolgono la rPVT (vedi figure 6 7, rispettivamente). Questo elevato grado di somiglianza tra le prestazioni umane e roditori sul compito PVT dà la rPVT un netto vantaggio per l'uso come una tecnica di ricerca pre-clinica, in particolare per la ricerca traslazionale che si concentra su di attenzione / vigilanza.

Nell'adottare la rPVT per i roditori, gli investigatori devono considerare diverse cose che potrebbero avere un impatto lunghezza la formazione e la capacità di roditori di acquisire con successo la rPVT, tra i parametri utilizzati per stabilire le prestazioni di base, tipi di rinforzi, e il sesso e le tensioni di soggetti utilizzati . I parametri sopra descritti forniscono un metodo con cui ratti possono essere facilmente addestrati in un breve lasso di tempo per acquisire la rPVT. Ad esempio, modellare i ratti a ficcare il naso chiave Poke dura circa 2 - 3 30 min plasmare sessioni, seguita da circa 2 settimane di tutti i giorni (M - F) sessioni di formazione automatizzati per i ratti per rispettare i criteri di acquisizione. In media, maschioratti lunghi Evans hanno bisogno di 9,0 sessioni di formazione automatici per raggiungere questi criteri, ma di tanto in tanto alcuni ratti richiedono più tempo e sono più lenti di farlo attraverso le sessioni automatizzati. Garantire che i ratti sono raggiungere e mantenere il loro peso di destinazione contribuirà a ridurre al minimo il numero di sedute necessarie per raggiungere i criteri. Inoltre, la maggior parte dei parametri rPVT possono essere modificati per massimizzare la formazione, tra cui il numero totale di prove, la durata delle foreperiods, il valore di mantenimento limitato, la durata di timeout, e la durata ITI. Ratti in genere mostrano percentuali più elevate di risposte corrette quando la formazione inizia e le foreperiods sono bassi (ad esempio, 2-5 sec). Una volta che i foreperiods aumentano oltre 5 s, la maggior parte dei ratti mostrerà una diminuzione della percentuale di prove corrette, e un conseguente aumento della risposta premature, come stanno imparando aspettare coerente per la chiave del naso stoccata da illuminare prima di emettere una risposta. Come progresso ratti, vi è ancora un graduale aumentola percentuale di risposte corrette, come le foreperiods avvicinano 9 - 10 s. Una volta che i ratti transizione ai foreperiods presentati in modo casuale, le prestazioni sono vicino i criteri di acquisizione (ad esempio, 65 - 80% corretto). A volte, alcuni ratti mostreranno una maggiore percentuale di risposte prematuri che può essere ridotto aumentando la durata del timeout, in modo tale che quando i ratti rispondono in anticipo, la possibilità di guadagnare il rinforzo è in ritardo.

Rispetto alle altre versioni del rPVT in letteratura, l'attuale protocollo treni prestazioni comportamentali che sono caratterizzati da un minor numero di risposte premature e un maggior numero di risposte corrette. I cambiamenti nel protocollo corrente rispetto ad altri studi pubblicati sono molto probabilmente le ragioni per un maggior controllo dello stimolo di comportamento. Il nostro protocollo treni roditori a rispondere solo in presenza della luce stimolo per l'illuminazione della luce di stimolo predice attendibilmente disponibilità di rinforzo. Questo è,rispondendo al naso colpire principali risultati conseguiti nel rinforzo solo se la risposta è fatto mentre il tasto è illuminato; pertanto, la luce stimolo diventa uno stimolo discriminante (S ^D) che segnala in modo affidabile la disponibilità di rinforzo, e di rispondere sul naso chiave stoccata è sotto un alto grado di controllo dello stimolo. Una ragione probabile è l'uso di un intervallo foreperiod variabile più (3 - 10 s, rispetto al 3 - 7 s in altri studi) e una più breve intervallo di risposta corretta (1,5 s, rispetto a 2,5 - 3,0 s in altri studi) , che abbassa notevolmente la probabilità di un animale correttamente rispondere in un processo per caso. Inoltre, in altre versioni pubblicate del rPVT, roditori possono guadagnare rinforzo per rispondere durante l'0,5 s illuminazione a luce stimolo o durante l'2,5 s limitata attesa dopo che la luce dello stimolo si è spenta. Questo tipo di attesa limitata che consente rinforzo in assenza del ipotizzata S ^D effettivamente indebolisce la effectiveness della luce stimolo come S ^D perché la luce non predice attendibilmente la disponibilità di rinforzo. Cioè, i ratti sono rinforzati per alcune presse che si verificano durante l'illuminazione della luce, data la sua breve durata, e per molti presse dopo che la luce si è spenta. Nell'esaminare il comportamento di ratti nelle versioni precedenti di rPVT, ci sono numeri quasi uguali di risposte corrette e prematuri, il che suggerisce che la luce stimolo non sta servendo come un S ^D e soggetti stanno rispondendo sulla chiave in modo più casuale. Inoltre, il regime di allenamento dettagliato in 4,1-4,6 espone un animale a tutti i possibili foreperiods prima delle prestazioni di base, che non è stato fatto nelle precedenti versioni del rPVT. Inoltre, i passaggi 4,7-4,9 progressivamente reintrodurre la foreperiods inferiori per evitare che i soggetti dal semplice rispondere sulle durate più brevi e omettendo o rispondere prematuramente sulle sperimentazioni con foreperiods più lunghi. Insieme, questi protocol cambiamenti aumentano la probabilità che la luce stimolo diventerà un forte S ^D che controlla rispondere nei diversi foreperiods, invece di un debole S ^D che controlli minimamente risposta (ad esempio, le risposte sono frequenti in assenza della S ^D).

Utilizzando la procedura protocollo dettagliato qui, abbiamo formato diversi ceppi di topi (cioè, lungo Evans, Fischer 344, e Lewis) ^28, sia maschi che femmine di ratto lungo Evans, e maschi C57BL / 6J a livelli di prestazioni simili. Mentre diversi ceppi di topo sono stati utilizzati per la maggior parte degli altri studi pubblicati in precedenza, Oonk e colleghi ¹⁷ utilizzati ratti maschi lungo Evans e prestazioni comportamentali prodotti molto simili a quelle di Christie e colleghi ^15,16. Questi risultati indicano che i parametri di allenamento utilizzati sono probabilmente più importante per le risposte premature inferiori rispetto al ceppo di ratti o il sesso impiegato. Indipendentemente da ciò, lo sforzo e il sesso di tegli soggetti sono variabili importanti da considerare. Mentre è possibile allenare la maggior parte dei ceppi di ratti o topi nel rPVT, gli investigatori dovrebbero esaminare i progressi della formazione dei loro soggetti quotidianamente e modificare i parametri di conseguenza per ottenere linee di base comportamentali stabili. Ad esempio, quando la formazione femminile ratti lungo Evans, il numero totale di prove a disposizione deve essere ridotto, in quanto ratti femmina non consumano tanto cibo quanto ratti maschi a lungo Evans. Abbiamo rilevato questo comportamento esaminando processo-by-prova le prestazioni dei ratti femmina 'a vedere che dopo hanno guadagnato, in media, 7 g di alimento, che ha smesso di rispondere a causa di sazietà (vale a dire, gran numero di incidenti, senza prove corrette o prematura risposte). Il numero totale di prova è stata ridotta 200-150, successivamente, diminuendo la quantità di cibo che potrebbe essere guadagnato da 9 ga 6,75 g. Con un numero di prova più bassa, di sesso femminile ratti lungo Evans mantenute prestazioni medie di base che sono stati pari a ratti maschi Lungo Evans. Mparametri ost all'interno del programma rPVT può essere modificato per massimizzare le prestazioni, compreso l'uso di una più lunga TO per ratti con una proporzione maggiore di risposte premature. Così, il monitoraggio media spettacoli giornalieri, oltre ad esaminare spettacoli entro-sessione, è fondamentale per ridurre al minimo la quantità di tempo necessaria formazione, soprattutto quando la formazione di un nuovo ceppo o di sesso diverso di quanto comunemente utilizzato.

Il tipo e la quantità di rinforzo utilizzato è un ulteriore problema da considerare. Nel nostro caso, pellet cibo chow standard sono un rinforzo efficace, soprattutto perché il mantenimento di ratti a 85 - 90% del loro peso senza alimentazione è facile da fare in laboratorio, continua a ratti sani per studi a lungo termine, e si traduce in coerenza comportamentale performance da sessione a sessione. In base a questo regime alimentare, abbiamo avuto ratti che effettuano il rPVT a livelli coerenti per quasi un anno e sono in grado di monitorare indotta sperimentalmente e cambiamenti legati all'età nelle prestazioni.È stato dimostrato che, in altri tempi di reazione semplici procedure (SRT), latenze di risposta spesso variano come funzione inversa della frequenza o l'entità di rinforzo ^29,30. Ad esempio, quando il rinforzo viene consegnato intermittente, o la quantità di rinforzo viene diminuita (es piccole dimensioni pellet o inferiore soluzione di saccarosio per cento) latenze di risposta possono essere più lunghi. Mentre il metodo attuale non include i parametri di rinforzo alterati, questi problemi possono essere facilmente esaminate nel rPVT, semplicemente modificando il tipo di rinforzo utilizzato e come questo rinforzo è consegnato (per esempio, ogni corretto processo armato, ogni terzo corretta sperimentazione, etc .).

Simile ad altri modelli animali di comportamento umano, ci sono limitazioni al rPVT. Ad esempio, si potrebbe sostenere che alcuni modelli comportamentali riportato qui (ad esempio, il tempo sui cambiamenti compito) sono una funzione di sazietà; tuttavia, examinati una più strettasul comportamento dei roditori dimostra suggerisce che sazietà non era un fattore. Ad esempio, sazietà durante una sessione di comportamento può verificarsi, dato che i ratti possono guadagnare fino a 9 g di alimento in 30 min. Come descritto in precedenza, questo è stato sperimentato con ratti femmina lungo Evans e ha richiesto le regolazioni alla quantità totale di cibo che potrebbe essere guadagnato. Nell'esaminare spettacoli giornalieri in un processo-by-trial base, si deve fare attenzione a garantire che tutti i ratti stanno distribuendo le risposte (vale a dire, corregge, prematuri, e manca) equamente tra la sessione, ad esempio, i grandi blocchi di prove omesso vicino alla fine della sessione, per esempio, indicherebbe sazietà. Se l'effetto time-on-compito era il risultato di sazietà vicino alla fine della sessione, tuttavia, ci si aspetterebbe anche cento corretto rispondere a diminuire e omissioni ad aumentare. Tuttavia, cento risposta corretta è mantenuta allo stesso livello di tutti i 30 min sessione di ^20; e mentre decade aumentare a sessione progredisce, questo aumento è costituito da risposte più lento corretti e prove non perdere (o prove omessi). Così, soggetti mantenere elevati livelli di risposta attraverso l'intera sessione con i parametri e le suddette regolazioni.

Un importante questione legate al cibo da considerare è che la privazione del sonno è noto per aumentare il consumo di cibo e che i compiti alimentari rinforzato sono ipotizzati a sottovalutare gli effetti negativi della privazione del sonno sul comportamento ^31, visti gli effetti opposti sul comportamento. Diversi studi hanno esaminato questo effetto hyperphagic di privazione del sonno, e Koban e colleages ³² ha concluso che la privazione del sonno indotto da iperfagia non si verifica con gli orari di deprivazione brevi (ad esempio, <5 giorni), ma è una funzione di privazione del sonno a lungo termine (vale a dire ,> 6 giorni). Mentre questo problema non è stato esaminato in modo specifico in questo manoscritto, è possibile utilizzare la procedura corrente per determinare if queste prestazioni impatto effetti. In primo luogo, a breve e dovrebbero essere valutate nel rPVT per determinare se avessero effetti simili sulle prestazioni a lungo termine programmi di privazione del sonno. Se il sonno privati ratti erano più fame rispetto al normale (vale a dire, più fame che il livello di fame associato con il normale restrizione alimentare), sarebbe ipotizzabile un impatto negativo le loro prestazioni, ma si traduca in performance che sono meglio dei loro livelli di prestazioni di base. Mentre un aumento della fame può aumentare la velocità con cui i ratti acquisiscono compiti di apprendimento, fame eccessiva nella versione attuale del rPVT in genere si traduce in performance che la mancanza di controllo del comportamento, cioè, spettacoli caratterizzati da un gran numero di risposte premature e le misure molto veloci RT, tra cui molti RT pari o inferiore a 150 ms (cioè, risposte casuali). Mentre la formazione ratti nella versione attuale del rPVT, di tanto in tanto abbiamo osservato i topi che emette eccessivo fa rispondendo prematuro e moltost RT misure durante l'allenamento; In questi casi, l'aumento assegnazione cibo totale di un topo spesso si traduce in una riduzione prematuri rispondere e stabilizzate latenze RT.

Il rPVT qui descritto fornisce una piattaforma traslazionale per l'uso in una vasta gamma di paradigmi sperimentali, inclusi gli effetti di lesioni, breve o manipolazioni farmacologiche a lungo termine, e modificazioni genetiche. Dato che la PVT umano è stato progettato per valutare le prestazioni dopo la privazione del sonno, la rPVT fornisce una piattaforma semplice per lo studio dei meccanismi biologici sottostanti associati a privazione del sonno, interruzione o restrizione del sonno cronica. Ad esempio, il tempo sul compito e risposta-stimolo effetti intervallo sono facilmente misurabile in questa versione del rPVT in ratti normali, rispetto alle altre versioni pubblicate ^17, che fornisce una linea di base stabile per manipolare sperimentalmente queste misure di prestazione con i cambiamenti nella durata del sonno. Dato che il sonnoprivazione negli esseri umani solo impatti il tempo sull'effetto compito e non l'effetto intervallo di risposta-stimolo (effetto foreperiod variabile qui) ^22, il rPVT possono essere utilizzati per studiare i meccanismi biologici sottostanti responsabili degli effetti differenziali della deprivazione di sonno sulle prestazioni neurocomportamentale. Il rPVT è particolarmente utile per le manipolazioni sperimentali a lungo termine a causa ratti mantenere prestazioni stabili per diversi mesi, che consente di stabilire 1) un normale riferimento per le prestazioni, 2) sperimentalmente alterando che basale, e 3) la valutazione basale una volta che la manipolazione sperimentale è terminato , senza la necessità di ulteriori gruppi di ratti.

Nonostante le molte somiglianze tra il roditore e prestazioni umane sul PVT, ci sono differenze che esistono. Queste differenze derivano principalmente dalla necessità di contingenze esplicite di rinforzo con ratti, al fine di formare e mantenere pe rPVT precisi e affidabilirformances, mentre negli esseri umani l'uso di un adeguato controllo istruzionale è tutto ciò che è necessario al fine di ottenere buone prestazioni PVT. Ad esempio, le differenze osservate nell'uomo vs. prestazioni tempo di reazione ratto sono probabilmente attribuibile sia l'uso delle contingenze di rinforzo vs. controllo istruzionale e le ovvie differenze topografiche nel rispondere per gli esseri umani e ratti (ad esempio, un dito rubinetti vs. nosepokes) . I tempi di reazione di esseri umani sono tipicamente 50% inferiore, rispetto ai ratti, e gli umani sono tipicamente istruiti per produrre più velocemente un tempo di reazione più possibile. Mentre queste istruzioni possono anche essere esplicitate in studi sugli animali via contingenze di rinforzo (per esempio, tramite risposte solo rinforzo che soddisfano una determinata, breve latenza requisito ^29,33-35), l'uso di tali contingenze può aumentare considerevolmente il tempo necessario per animali time treno ^34,36,37. Inoltre, le sessioni rPVT sono 30 min, ma la PVT umana sessions sono tra i 3 - 10 min, a seconda di quale versione del PVT viene utilizzato. Questa differenza deve essere considerato quando si cerca di replicare parametri delle prestazioni umane in un compito roditore.

Così il rPVT è uno strumento utile nelle indagini degli effetti di una vasta gamma di variabili sulle prestazioni di vigilanza che confronta favorevolmente alla PVT umana, può servire da piattaforma di traslazione innovativa per esplorare le basi della vulnerabilità individuale a menomazioni neurocomportamentali, e per lo sviluppo di potenziali profilattici, contromisure, e trattamenti per le disfunzioni neurocomportamentali.

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.