Den gnager Psyko Årvåkenhet Test (rPVT): En metode for å vurdere nevroevne hos rotter og mus

Summary

En rotte versjon av den menneskelige psyko Årvåkenhet Test (PVT) er beskrevet som måler aspekter av oppmerksomhet som ligner på de som er målt med den menneskelige PVT, inkludert aspekter av menneskelig årvåkenhet som ytelse nøyaktighet, motorhastighet, for tidlig å svare, og bortfaller i oppmerksomhet.

Abstract

Den menneskelige Psyko Årvåkenhet Test (PVT) er en mye brukt prosedyre for å måle endringer i tretthet og vedvarende oppmerksomhet. Denne artikkelen beskriver en gnager versjon av PVT-kalt "rPVT" -som måler tilsvarende aspekter av oppmerksomhet (dvs. ytelse nøyaktighet, motor hastighet, for tidlig å svare, og bortfaller i oppmerksomhet). Data er presentert som viser både den kortsiktige og langsiktige nytten av rPVT når ansatt med laboratorierotter. Rotter lett lære rPVT, og lære å utføre grunnleggende prosedyren tar mindre enn to uker med trening. Når ervervet, rotte forestillinger i rPVT viser en høy grad av likhet til de samme resultatmål i menneske PVT, inkludert likheter i, bortfaller i oppmerksomhet, reaksjonstid, årvåkenhet svekkelser på tvers av økt tid (dvs. den menneskelige "time-on- oppgave "effekter), og effekten respons-stimulus intervall (RSI) beskrevet for mennesker. Dermed rPVT kan være et svært nyttig verktøy for å vurdere virkningene av et bredt spekter av variabler på vedvarende oppmerksomhet ganske lik menneskelige PVT forestillinger, og dermed kan være nyttig for å utvikle nye behandlinger for neurobehavioral dysfunksjoner.

Introduction

Den menneskelige psyko årvåkenhet test (PVT) er en mye brukt, godt validert verktøy for måling av årvåkenhet og vedvarende oppmerksomhet hos mennesker, og ble opprinnelig utviklet av Dinges et al. ^1-3 for å vurdere stabiliteten i reaksjonstid og oppmerksomhet (f.eks feil i forhold til premature svar og bortfaller i oppmerksomhet), både innenfor økter som en helhet og over tid innenfor individuelle økter. Gjennom årene har den menneskelige PVT blitt endret og oppdatert ^4-11 spore tidsmessige endringer i ulike aspekter oppmerksomhet, og har vist seg å være følsom for endringer i søvnmangel og tretthet, og påvirkes av narkotikabruk og alder av fag ^{12 , 13.} Den PVT er en tilsynelatende enkel prosedyre der en gjenstand kort berører en skjerm når en stimulus (vanligvis en LED nummervisning) vises tilfeldig i tid, vanligvis etter 2 - 10 s. I menneske versjon er antallet visnings økes i ms og stoppet når tHan skjermen er berørt, og dermed indikerer personens reaksjonstid (RT). Reduksjoner i årvåkenhet er betegnet med 1) avtok reaksjonstider, 2) en økning i bortfaller (betegnet "feil ved utelatelse" i den menneskelige litteraturen, og vanligvis definert som RT'er som er> 500 ms i lengde), og 3) en økning i for tidlig å svare (kalt "feil av kommisjonen" eller "falske starter" i menneskelig litteratur). Andre tiltak kan også fås med PVT for å undersøke slike variabler som kjønn og aldersforskjeller; for en gjennomgang av disse tiltakene, se Basner og Dinges ^4. Endelig har PVT vært ansatt i det generelle området av menneskelig risikovurdering, og har blitt brukt under et bredt spekter av operative områder som omfatter de militære, luftfart og jernbane bransjer, første responders og ekstreme miljøer som NASAs Extreme Miljø Oppdrag operasjoner (NEEMO), den internasjonale Mars500 Prosjekt ^14, og på den internasjonale Space Station (ISS). På ISS er PVT kalt "Reaction Self-Test" og er ansatt for å gi astronautene med individuell tretthet faglig tilbakemelding (for eksempel endringer i RTs eller blundere i oppmerksomhet).

Den menneskelige PVT har vært i bruk i flere tiår, som har gnager versjoner av enkle reaksjonstids oppgaver (som er noe lignende). Det har blitt bare nylig imidlertid at en direkte gnager motstykke til det humane PVT har blitt rapportert i litteraturen. Christie og kolleger beskrevet en versjon av den humane PVT for rotter, og rapporterte nedgang i årvåkenhet følgende søvnmangel ^15,16. Andre nyere studier har rapportert versjoner av rPVT ^17-19. Disse rapportene har beskrevet endringer i vedvarende oppmerksomhet etter ulike søvnmangel teknikker; har imidlertid dataene fra disse studiene også rapportert høye nivåer av for tidlig responderende (som i noen tilfeller mer enn 40% av det totale antall responses); slike forestillinger er ganske ulik alle PVT forestillinger med mennesker. En så stor forskjell på gnagere vs. menneskelige forestillinger er sannsynligvis på grunn av forskjeller i spesifikke parametre ansatt i den menneskelige vs. gnager versjoner av PVT; for eksempel, den Christie et al. Studien anvendte en tilfeldig varierende 3 - 7 s foreperiod, mens en human PVT normalt anvender en 2 - 10 sekunder foreperiod (men se Basner et al ⁵ for en 3-min versjon av det humane PVT som bruker en en -. 4 s foreperiod) . Bruken av forholdsvis korte foreperiod verdier kan ofte resultere i dyr "timing" sine svar, og dermed kan fremme, via tilfeldig armering, økt antall premature responser, som har blitt rapportert i de nåværende gnager rPVT studier.

Versjonen av rPVT beskrevet her er basert på vår tidligere publisert artikkel ^20, og gir en detaljert beskrivelse av de teknikker og prosedyrer som er involvert. den skiller segfra tidligere publiserte versjoner av rPVT i følgende henseender: 1) rotter ble trenet med variable foreperiod verdier på 3 - 10 s, og 2) rotter måtte reagere raskt, siden bare svar innen en kort responstid vindu (også betegnet en "begrenset hold ") etter stimulans utbruddet ble forsterket (1,5 s i denne studien, 3,0 s i de tidligere publiserte versjoner av rPVT). Ved hjelp av disse modifikasjoner samt korte tidsavbrudd for feil responsen resultert i større grad av stimuluskontroll, som indikert av betydelige forbedringer i nøyaktighet og reduserte nivåer av for tidlig å svare. Denne rapporten beskriver også forutsigbare endringer i ytelse variabler (f.eks blundere i oppmerksomhet, RTS) som parallell sett hos mennesker når undersøke årvåkenhet svekkelser ^21, og når den behandler andre resultatmål inkludert den menneskelige "tid på oppgaven" effekt og response- stimulus intervall (RSI) effekten som er observert i den humane PVT

Den endelige versjon av rPVT som er beskrevet her begynner ved å slå på et lys hus (se figur 1). Etter et variabelt intervall (foreperiod) på 3 - 10 s er utløpt, er nesen-rote nøkkelen lyser i maksimalt 1,5 s. (For å sikre en lik fordeling av foreperiods varighet, er verdier tilfeldig generert uten erstatning fra en liste over 36 mulige verdier som spenner fra 3 til 10 s, basert på trinn 200 ms.) Belysning av nosepoke Nøkkelen er signalet for et dyr å reagere, og en reaksjon som oppstår mellom 150 til 1500 ms etter lyset utbruddet er forsterket med en 45 mg pellet. Etter en forsterket respons, er både nese-rote key light og huset lyset slått av og en s inter-rettssaken intervall (ITI, huset lys av) oppstår. Nese-kakker på før lyset utbruddet produsere en 8 s timeout (TO) fra de eksperimentelle situasjoner som er signalisert av brannsluknings huset lys. Hvis ingen svar skjer innenfor 1,5 s response vinduet, blir både nosepoke lys og huset lyset slått av, og en 1 s ITI oppstår. Den neste planlagte foreperiod verdi for den påfølgende rettssaken begynner etter enten 1 s ITI eller 8 s TIL, avhengig av hva som skjedde under før rettssaken. Sessions er utført daglig (5 dager / uke), normalt bestå av ca 200 studier og avslutte etter 30 min. Dette resulterer med hvert forsøk som har en varighet på omtrent 7,5 s, i gjennomsnitt.

Forme stabil basislinje oppnår i rPVT blir utført ved 1) til å begynne å tilpasse en rotte for å ta mat pellets ut av mat skuffen i kammeret, 2) hånd forme en rotte for å svare på en nese sekken nøkkel ved å forsterke suksessive approksimasjoner til den endelige nese rote respons, og 3) å gjennomføre daglige økter hvor parametrene av rPVT prosedyre (dvs. foreperiod, ITI, TO, og key-belysning ganger) er gradvis justert i løpet av en økt, avhengig av hvor godt hver rotte presterer under hver økt (beskrevet i detalj nedenfor).

Protocol

Forsøksdyr omsorg var i henhold til Public Health Service (PHS) Policy på Humane Stell og bruk av forsøksdyr. Alle prosedyrer ble utført i henhold til anbefalingene i Guide for omsorg og bruk av forsøksdyr av National Institutes of Health. Institutional Animal Care og bruk komité ved Johns Hopkins University godkjent protokollen og alle prosedyrer. Johns Hopkins opprettholder også akkreditering av sitt program av Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care (AAALAC).

1. Dyr

1. Bruk voksen hann Long Evans-rotter (ca. 10 - 12 uker gamle ved starten av adferds trening), selv om andre stammer er egnet, inkludert innavlede rotter.
2. Ved ankomst i kolonien, trenger huset rottene enkeltvis i godkjent bur og rom, på grunn av mat begrensning beskrevet nedenfor. Akklimatisere dyr til boligsituasjonen samt håndtering for flere days før start av mat begrensning prosedyre (ca 7 dager).
3. Tilveie rottefor ad libitum i 1 - 2 uker for å tillate rotter for å oppnå en "free-mating" vekt. Når på denne vekten, begrense tilgangen til mat redusere rottenes vekt, mer enn 1 - 2 uker, til 85 - 90% av den frie mater vekt. Oppretthold dyrene på 85-90% av sine fri-fôring vekter under atferdstrening og testing. Start med 15-18 g mat per dag og justere dette beløpet basert på hvorvidt en hastighet opprettholder sitt mål vekt.
   MERK: Mat begrensning normalt krever godkjenning av ens institusjonelle ACUC eller annet tilsynsorgan før du starter begrensning.
4. Vei dyr daglig og registrere vekten på vekt ark. Sørge for veiing utføres på samme tid og i samme målestokk hver dag før starten av enhver atferds trening eller foring.
   MERK: Bare start pretraining (nedenfor) når dyrene haroppnådd sine mål vekter. Denne praksisen tillater umiddelbare korreksjoner til mat beløp for dyr som er enten under eller over sine mål vekter. Det gir også en metode for å bestemme om rotter er å opprettholde vekt ved 24-timers intervaller. Også unngå veiing rotter på ulike tider av dagen; det vil resultere i dramatiske forskjeller i vekt, feil feedings og dårlige atferds forestillinger.
5. Gi friskt vann til enhver tid i hjemmeburet ved bruk av glass eller plastflasker med gummipropp topper og nippe-rør.
6. Når øktene ikke er gjennomført (f.eks helger, helligdager), mate rottene deres normale tildeling av rotte chow å opprettholde vekten stabilitet. Veie rotter for å bestemme om mer mat er nødvendig for å opprettholde vekt i disse tider.

2. Utstyr og programvare

1. Bruk standard modulære driftsavdelingene er utstyrt med en nese rote nøkkel, et hus lys, og en pellet dispenser (dvs. mater).
2. Plasser den modulære nesen rote nøkkel på hver side av den sentralt beliggende pellet dispenser; sikre at denne plasseringen forblir konsekvent i andre driftsavdelingene og på tvers av studier. Her er nesen rote tasten på venstre side av pellet dispenser.
3. Plasser den modulære hus lys høyt på bakveggen av kammeret slik at den ikke forstyrrer andre virkemåter.
4. Bruk rotte mat pellets (f.eks Noyes 45-mg pellets eller lignende) for forsterkning. Mate modellen en undersøkelse mat pelletstørrelse, men de fleste rotte matere bruke 45-mg mat pellets (mus brett bruker vanligvis 20-mg mat pellets). Bruk standard chow pellets, men andre pellets kan kjøpes (f.eks sukrose) for ulike eksperimentelle manipulasjoner.
5. Kontroll stimulans presentasjoner, nese rote respons innganger, forsterkning levering og datainnsamling via et grensesnitt som er koblet til en datamaskin. Kontakt forfatterne for spesifikk informasjon om atferds programmer som er skrevet medet programmeringsspråk spesielt utviklet for behavioral testing (se tabell over Materialer og reagenser).
   MERK: Det er viktig å registrere uavhengige og avhengige variabler på en prøve-by-prøveordning, herunder dyrs svartyper (f.eks riktige svar, premature responser, savner), responsen ventetid, og antall forsøk presenteres. Ved bruk av ulike stammer, kjønn eller arter, kan disse variablene kan enkelt endres for å maksimere trening i nesten alle typer gnagere.

3. Pretraining

1. Tildele hvert dyr til en operant kammer hvor det vil bli testet hver dag, og på omtrent samme tid på dagen, gjennom hele forsøket.
2. Vei rotte og plasser den i sin spesielle operant kammer med mat pellets i pelletsbeholderen. Plasser 10 - 20 mat pellets i beholderen for rotten å spise.
3. For pretraining, angi følgende parametere til lave, faste verdier:foreperiod verdi = 2 s, timeout verdi = 2 s, begrenset hold = 10 s.
4. Start dataprogram for å kontrollere presentasjonen av huset lys, nosepoke nøkkel belysning, og automatisk mat pellet levering.
   MERK: det er best å ha den atferds programmet satt til et nivå som gjør det mulig for hyppige forsterkninger for de fleste reaksjoner som produseres av dyret, slik at nesen rote nøkkelen er belyst for en forholdsvis lang varighet av tid (for eksempel 10 sekunder) . Dette øker sannsynligheten for at rotta vil rote nøkkelen mens det lyser, noe som resulterer i levering av en mat forsterker av dataprogrammet.
5. Når rotta ferdig mat pellets, starter forme prosessen ved å forsterke rotte når det nærmer seg mat beholderen eller nesen rote tasten. Her manuelt forme hver rotte, noe som betyr at en experimenter klokker rotte oppførsel (ved å la den lyddempende bås dørene åpne) og leverer pellets fra materenså raskt som mulig etter at rotten avgir den ønskede virkemåte. Lever pellets fra en knapp på mater seg selv, gjennom en håndholdt bryter som er koblet til materen, eller gjennom dataprogrammer som brukes til å kontrollere atferds situasjoner ved å klikke på den aktuelle produksjonen på grensesnittet.
6. Ved hjelp av fremgangsmåten med å forme ved suksessive tilnærmelser, frembringe et nærings forsterker for adferdsendringer som er suksessive tilnærmelser til den endelige ønskede oppførsel ^23. For eksempel, når rotten er pålitelig måte å hente mat pellets fra mat beholder, starte forsterkende bare bevegelse mot eller rundt nesen rote nøkkel, og ikke lenger forsterke tilnærminger til mat beholderen. Hit, for å forme rotter beveges mot venstre etter henting en mat pellet, fordi nesen rote nøkkelen befinner seg til venstre for mat beholder i driftsavdelingene.
   MERK: Selv om eksperimentator leverer mat forsterkere i begynnelsen av pretrinnelukker, er dataprogrammet fortsatt kjører og styrer huset lys, nosepoke nøkkel, og mater. Hvis en rotte kakker nøkkelen, vil dataprogrammet forsterke den automatisk. Inn eksperiment forsterket atferd er bare de som fører rotte å rote det opplyste tasten, som sniffing nøkkelen eller rundt det, beveger hodet nær nøkkelen eller mot det, osv.
7. Bestem mengden mat tjent i løpet av pretraining økten ved å telle antall pellets levert manuelt pluss eventuelle pellets levert automatisk av programvare (dvs. pellets levert fordi rotte stakk den opplyste tasten). Multipliser dette tallet med 0,045 g å bestemme total mat tjent (f.eks 30 pellets x 0,045 g = 1,35 g).
8. Ta rotta og sett den tilbake i sitt hjem buret. Minus, for hånd, mengden mat tjent (se 3.7) i atferds økt fra rotte daglige mat tildeling. Mate resten av maten tildeling til rotten etteratferds treningsøkt. Mate på minimum 30 minutter etter avslutningen av atferds økt for å unngå hjem bur mat forsterkning umiddelbart etter nonproductive økter.
9. Rengjør operant kammer daglig med en mild desinfiserende (f.eks såpe og vann). Bruk 70% EtOH med måte, gitt at det kan skade driftsavdelingene. Kontroller nese rote nøkkel daglig for å opprettholde riktig stand og rent med desinfeksjonsmiddel når det er nødvendig, ettersom en nøkkel som fester seg eller blir låst på plass, vil forstyrre et dyr ytelse hvis ikke repareres raskt.
10. Shape hver rotte på denne måten til rotte avgir 40 - 50 riktige dataforsterket (ikke manuelt eller inn eksperimentforsterket) svar på det opplyste nøkkelen, henter hver mat pellet, og returnerer til og kakker nesen rote nøkkelen uten ekstra former. Vanligvis rotter kreve ca 2 - 3 30-min sesjoner for å nå disse kriterier (se figur 2).
    NOTAT:Manuell levering av mat pellets er ikke nødvendig etter at rotta er pålitelig poking nøkkelen og mottar næringen forsterkning levert av dataprogram.

4. rPVT Training

1. Når formet, begynner rotter ved en fast, relativt kort foreperiod intervall og til verdi (f.eks 2 s) på 30-min økt til rotte fullført 8 av 10 riktige prøvelser. For hver av disse forsøkene under trening, belyse nese rote nøkkel for en tidsperiode som er lang nok for en rotte å lage en reaksjon. Her holder nøkkelen lyser i 9 sekunder; dette svaret vinduet kalles også begrenset hold (LH).
2. Bruke en forholdsvis kort tid (TO, for eksempel, 2 s) som en straff for premature reaksjoner, eller reagerer før belysningen av nesen rote nøkkel. Under TIL, rotter har ingen mulighet til å tjene mat. Her, TO og foreperiod verdi er de samme varighet i løpet av disse treningene og endring i samme takt.
(dvs. til 2,1), mens forkorte LH med 0,1 s (dvs. 8,9). Det er best å bruke et dataprogram som automatisk kan gjøre disse justeringene under en sesjon.
MERK: Når du trener mus på rPVT, en lengre ITI er ansatt siden mus krever mer tid til å konsumere mat pellets. Her bruker en 30 s ITI for trening og testing mannlig C57BL / 6J. I tillegg, siden en mus kan veie ~ 20 g, vil det forbruke betydelig færre pellets under en sesjon. Derfor forkorte en typisk sesjon ved å ha det slutt når et maksimum på 50 pellets opptjenes; kriteriet for å øke foreperiod og TIL er også endret for å være 4 av 5 riktige prøvelser før du øker foreperiod og TIL med 0,1 s.
3. Når 30 min økten er over, ta den endelige foreperiod rotte nådd under treningsøkten (f.eks 4,2 s), enten i sompreadsheet eller for hånd på et datablad, og mengden mat tjent, som beregnes ved å multiplisere antall riktige studier ganger 0,045 g (f.eks 100 riktige prøvelser x 0,045 g = 4,5 g). Trekk denne maten beløpet fra rotte daglige tildeling og mate rotte de resterende mat i hjemmeburet.
   MERK: Den daglige datafiler ta den endelige foreperiod nås med hver rotte. Beregningen for å bestemme mengden av mat tjent i økten kan gjøres automatisk av dataprogram eller for hånd ved hjelp av ligningen ovenfor. Mat tjent trekkes for hånd fra hver rotte er den daglige maten tildeling.
4. Dagen etter, starte 30 min treningsøkt med en foreperiod som er 300 ms lavere enn verdien rotte ble avsluttet i forrige sesjon. For eksempel, hvis rotta endte på 4,2 s, starter denne økten på 3,9 s. Fortsett å øke foreperiod med 0,1 s som rottefull 8 av 10 riktige forsøk på hvert foreperiod, until rotter nå et foreperiod 10 s. På denne måten vil rotter oppleve alle mulige foreperiods.
   MERK: Når rotter nå et foreperiod på 9,7 - 10 s, forblir TIL 8 s og LH er 1,5 s.
5. På slutten av hver økt, sjekk rotte daglige prestasjoner i denne perioden ved å undersøke hvor stor prosentandel av riktige prøvelser, premature prøvelser og målet. Rotter vanligvis opprettholde et gjennomsnitt på 40-90% riktige svar i løpet av disse treningene, med gjennomsnittlig prosent riktig jevnt økende over trening. Her eksportere daglige data for hver rotte til et regneark som beregner disse prosentsatsene for å spore daglige økten ytelse.
6. Når rotte når en foreperiod på 10 s, starter neste påfølgende 30 min økt med foreperiods presentert med ujevne mellomrom, og starter med foreperiods mellom 7 - 10 s. Pass på at TIL og LH ligge på 8 og 1,5 s, henholdsvis. Her, dataprogrammet som styrer behavioral situasjoner skifter automatisk fra å presentere stigende foreperiods til variable foreperiods gang hver rotte når 8 av 10 kriterium på 10 s foreperiod.
7. Når rotta opprettholder minst 70% korrekt med tilfeldig presentert foreperiods mellom 7-10 sek, endre programmet til å presentere foreperiods med ujevne mellomrom, og starter med foreperiods mellom 5 - 10 s. Undersøk hver rotte daglige prestasjoner i løpet av denne tiden, fordi denne endringen skjer ofte innenfor en økt.
8. Etter rotte opprettholder 70% riktig, endre programmet på nytt for å presentere hele spekteret av foreperiods (3 - 10 s) ved tilfeldige intervaller i løpet av 30 min økt. På en måte tilsvarende 4,8, undersøke hver rotte daglige resultater i løpet av denne tiden fordi denne endringen skjer ofte i løpet av en sesjon.
   MERK: Datamaskinen programvare kontrollere atferds situasjoner automatisk gjør disse endringene basert på hver rotte ytelse (f.eks 4.7 til 4.9).Det er viktig å bare gjøre endringen i 4.9 når en rotte suksessraten er høy (> 70% korrekt), siden rotter ofte vedta strategien for å svare tilfeldig i tid, i stedet for riktig å vente og deltar på stimuli. Hvis en rotte suksess rotte er lav, gjenta 04.07 til 04.09.
9. For erverv Kriterier, definere baseline forestillinger som stabil da, på fire av fem daglige økter i uken, er rottenes andel av riktige svar 75% eller mer i løpet av en økt og andelen premature svarene er mindre enn 30%.

5. Data Analysis for Basic Response Tiltak

1. For å vurdere atferds forestillinger under oppkjøpet, bruker gjentatte-tiltak ANOVAs, med gjentatte faktor på enten Session, Tid på Task verdi, eller Foreperiod verdi for hver resultatmålet beskrevet nedenfor.
   MERK: Her studiene bruke både innen-og mellom-fag design, der vi sammenligner alle dyr til deres own grunnlinjer etter en eksperimentell tilstand og sammenligne forsøksdyrene til kontrolldyrene etter den samme manipulering. Når stabile atferdslinjene er oppnådd, vil bruk av i-fagene design begrense antall rotter som trengs.
2. Definere premature responser som respons før starten av nøkkelen lys eller innen de første 150 ms av nøkkelen lys blir på.
3. Definer riktige svar som responser gjort etter nøkkelen lyset kommer på, med en minimal ventetid større enn 150 ms, og en maksimal ventetid av responsen vinduet lengde; her, 1500 ms.
4. Definer målet (eller unnlatelser) som forsøk på som faget ikke klarer å lage et svar.
5. Definer svar ventetid som medgått tid (i ms) fra lys utbruddet til depresjon i nesen rote nøkkelen; også kalt reaksjonstid (RT).
6. Definer totale prøvelser som antall premature svar pluss riktige svar pluss for målet.
   MERK: I menneske PVT forestillinger, premature resrende og bortfaller i oppmerksomhet kan være ganske sjeldne, og etterforskere oftest rapporterer bare selve rå frekvenser av disse tiltakene. Dette er imidlertid ikke tilfelle i forestillinger med rotter. For å muliggjøre sammenligninger mellom ulike versjoner av rPVT i litteraturen, er rottenes arbeidsmål presenteres her som en prosentandel av det totale prøvelser. Bruk av et dataprogram som kan spille inn og merke hver av disse elementene på en prøve-by-prøveordning for påfølgende analyse er å foretrekke, siden rottene vil fullføre over 200 studier per 30 min økt og vil ofte oppfyller kriteriene til å flytte til et annet trinn i opplæringen prosedyre innenfor en økt.

6. Andre beregnede arbeidsmål

1. For en 30 min atferds sesjon, definere bortfaller riktige svar, hvor RT var større enn to ganger den gjennomsnittlige reaksjonstid for hver rotte sesjon (gjøres etter en sesjon); har også savnet prøvelser i beregningen forfalle.
   NEITE: I menneske PVT, er bortfaller vanligvis definert som reaksjonstid (RT)> 500 ms ^4. For gnagere, er det best å utføre post-hoc sammenligninger til hver rotte midlere RT - anskaffet fra prøve-by-prøveanalyse som er beskrevet ovenfor - i stedet for å sammenligne dem med en terskelverdi, som følge av variasjon i RT'ene fra individuelle rotter. Denne metoden er lik blundere i andre publiserte versjoner av rPVT ^15,16. Her og i andre publiserte versjoner, bortfaller også omfatte tapte studier (blundere = svar med RTs> dobbelte av gjennomsnittet RT for en økt, pluss målet) fordi tapte studier i menneske PVT føres som faller bort, så vel.
2. Bestemme den estimerte falske alarmer ved å beregne prosentandelen av premature responser som forekommer i løpet av den faktiske 3 - 10 s intervall når en stimulus kunne ha dukket opp.
   MERK: Dette tiltaket benytter en undergruppe av premature responser som forekommer bare under en tid når den stimulus kunne forekomme,dvs. premature responser som forekommer i løpet av de 3 - 10 s foreperiod vindu. Tiltaket omfatter ikke premature svar før de 3 s fordi stimulans lyset aldri ville bli belyst i denne perioden. Her er denne undergruppe av premature svar automatisk sortert fra alle tidlige responser i et regneark dataprogram.

Representative Results

Baseline Rat rPVT Forestillinger

Med parametrene beskrevet her, 86,7% av de 122 hannrotter nådde finalen rPVT parametre innenfor et gjennomsnitt på 9,0 (SD = 10.13; n = 122) PC-automatisert treninger (beskrevet i 4.1 til 4.9 rPVT Training, i vår erfaring, bare ca 2% av rottene vil ikke overta rPVT). Ved hjelp av dagens metode, rotter i gjennomsnitt 73,4% riktig å reagere, 18,6% bortfaller i oppmerksomhet, og 10,6% for tidlig å svare under sitt første hele økten under standard ytelse parametere av rPVT; betyr reaksjonstider i gjennomsnitt 527 ms (se figur 3). Ved 4 ^th hele økten, riktig respons stabilisert og viste ingen signifikante endringer etterpå. Data fra vår publisert artikkel ²⁰ indikerte at hvis dyr nå en høyere enn gjennomsnittlig d 'indeksverdi i løpet av første normale Session, thei også oppnå baseline ytelseskriteriene raskere (gjennomsnittlig # økter for å nå baseline kriteriene = 8,7 vs. 10,0, som bestemmes av gjennomsnittet split t-test analyser; p = 0,009). Dermed etter 4 økter på de endelige parametere (se 4.9), rottenes forestillinger betydelig økt til over 75% riktig respons kriterium og holdt seg på dette nivået i løpet av 80 sammenhengende økter (ca 16 uker, se figur 3). En lignende trend ble også observert for d 'verdier. Dermed pretraining og rPVT opplæring krever ca 12 dager, med ca 4 ekstra økter for å oppnå stabil baseline forestillinger for å opprettholde anskaffelses kriteriene for> 75% riktig å reagere og <30% for tidlig å svare (dvs. falsk alarm respons).

Frekvens distribusjoner av reaksjonstider for hann- og hunnrotter er lett å skaffe fra rPVT data (Figure 5). Vi kjøpte disse distribusjonene fra n = 92 mannlige og n = 5 hunnrotter og sammenlignet dem med reaksjonstidsfordelingene for voksne menn og kvinner som utfører PVT. Frekvensfordelinger for rotter viser forventet kraftig økning i reaksjonstider på lavere verdier med en lengre mot høyre hale på høyere verdier.

Tid på Task og Årvåkenhet Decrement

Betegnelsen "årvåkenhet" er definert som evnen hos et individ til å opprettholde fokus og til å være oppmerksom på stimuli over lengre tidsperioder ^24; svekkelser i årvåkenhet er vanligvis observert som tiden går i utførelsen av en oppmerksomhet relatert oppgave. I menneske PVT, er innskrenkninger i årvåkenhet vurdert gjennom endringer i gjennomsnittlig hastighet (dvs. 1 / RT) over tid å utføre oppgaven (for eksempel over påfølgende tidsintervaller innenfor hver PVT økt). ENlignende tiltak kan skaffes fra rPVT data der responshastighet (dvs. 1 / RT) blir undersøkt som en funksjon av tid på oppgaven intervall ved å dividere 30 min rPVT økten inn i 5 hyller av 6 min: 1) 0-6 min, 2) 6,1 til 12 minutter, 3) 12,1 til 18 min, 4) 18,1 til 24 min, og 24,1 til 30 minutter og plotting av dataene som en funksjon av hver tidskurven (figur 6). Som sett i den menneskelige PVT, minsker rotter respons hastighet over tid på oppgaven, noe som indikerer en årvåkenhet minsk eller en reduksjon i ytelse som mengden av tid å utføre oppgaven øker (figur 4). Enhver rPVT resultatmål (f.eks prosentvise endringer i riktig å reagere, for tidlig å svare, eller opphører) kan undersøkes som en funksjon av tid på oppgaven ^20.

Variabel Foreperiod Effect

For å vurdere endringer i resultatene som en funksjon av den enkelte variable foreperiod varigheter, hver resultatmålet (f.eks, nøyaktighet, opphører, RTS) er i gjennomsnitt for hver foreperiod; dermed andelen faller bort for en 4 s foreperiod vil bestå av gjennomsnittlig antall blundere registrert følgende alle foreperiod verdier mellom 3 - 4 s; Tilsvarende ville lapse data for en 5 s foreperiod bestå av gjennomsnittet av antall bortfaller registrert følgende alle foreperiod verdier mellom 4,1 - 5 s, og så videre. Denne denne type analyseresultater i 7 foreperiod kasser (se nedenfor og figur 7), med ca 30 forsøk fore per bin i en normal session på 200 forsøk. I menneske PVT, for eksempel ved korte foreperiods (eller kort responstid-stimulans intervaller, betegnet RSI er i menneske litteratur), RTS er lengre og opphører er færre, mens ved lengre intervaller RT'er er kortere og falske starter er mer vanlig ^22. Disse effektene ser ut til å være uavhengig av en gjenstand tid på oppgaven ytelse og gi en annen metode for investigating enkelte PVT ytelse. En gjentatt-tiltak ANOVAs viste en signifikant innen-fagene hovedeffekten av Foreperiod for prosent riktig å reagere [F (6600) = 33,876, p <0,05], median RT [F (6600) = 57,667, p <0,05], for tidlig å svare (eller falske alarmer) [F (6600) = 139,776, p <0,05] og opphører [F (6600) = 9,814, p = 0,002]. Prosent riktig å reagere var laveste på 10 s foreperiod verdi i forhold til alle andre foreperiods (alle p s <0,05). Median RTs var lengst på 4 s foreperiod verdi (alle p s <0,05) Prematur responsen var lavest på 4 s foreperiod verdi og høyeste på 10 s foreperiod verdi (alle p s <0,05), mens blundere var størst ved 4 s verdi og laveste på 10 s foreperiod verdi (alle p s <0,05). Figur 6 illustrerer disse forskjeller for rotter som utfører rPVT, slik at ytelsen ved de lavere foreperiod verdiene er langsommere og inneholder en større prosentandel av bortfaller, men ettersom de foreperiod øker, riktig respons avtar mens RTs er raskere og andelen av tidlig respons øker. Disse dataene viser en speed-nøyaktighet kompromisset som fag må vente lenger for belysning av stimulus lys.

Figur 1. Skisse av rPVT prosedyre. De grunnleggende respons tiltak av rPVT er angitt med bokser og piler med heltrukne linjer, og er beskrevet i teksten under "Grunnleggende tiltak". Falske alarmer er premature reaksjoner som oppstår kun innenfor det grå skraverte området. Bortfaller er riktige studier med lengre enn gjennomsnittet respons ventetider pluss for målet. Se "Tilleggs beregnet tiltak" for mer detaljer; se også Davis et al. ²⁰ for en detaljert tabell over disse arbeidsmål. Dette tallet opprinnelig dukket opp i Davis et al. ^20.TTP: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54629/54629fig1large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2. Diagram av rPVT Pretraining og opplæring Trappen. Den pretraining prosedyre former nesen rote respons ved experimenter levert forsterkning som bytter til data levert forsterkning når rottene pålitelig dytte nesen rote tasten. Rotter gå gjennom rPVT treningsmåten basert på sine egne prestasjoner i hver økt. Hele prosessen fra pretraining til den siste treningstrinnet krever omtrent 12 dager. Når på trinn 4,9 og stabil baseline forestillinger krever omtrent en ytterligere 4 økter for å opprettholde prosent riktig svarer over 75% (se Baseline rPVT Sport); Totalt antall dager / økter nødvendig for å oppnå de ytelseskriteriene er omtrentligly 16 økter. RFT = forsterkning. FP = foreperiods. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3. Baseline rPVT forestillinger i Mann Long Evans rotter. Vist er de prosenter av riktig å reagere, bortfaller i oppmerksomhet, og for tidlig å svare på tvers påfølgende økter for n = 122 rotter. Data for målet er vist for sammenligningsformål med bortfall tiltaket; mer enn halvparten av de bortfaller i oppmerksomhet ble faktisk savnet prøvelser, og de resterende tapte studiene ble forsterket (dvs. "korrekt") prøvelser, men også forsøk der en gjenstand reaksjonstid var to ganger (eller større enn) rotte middel RT den bestemte økten (dvs. definert som et bortfall i oppmerksomhet). Dataene points vist for Session # 1 viser forestillinger i løpet av den første fulle økt for hver rotte utføre under de avsluttende ytelse parametere. Basert på de omtrentlige 200 riktige studier per økt, serier av gjennomsnitts absolutte verdier for de ulike tiltakene som er avbildet her over 80 økter er som følger: prosent riktig å reagere: 144 - 166 studier; prosent blundere: 26 - 40 studier; prosent for tidlig å svare: 14 - 20 forsøk; prosent målet: 12 - 20. Feil barer = ± SEM. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 4. Mean rPVT arbeidsmål for mannlige og kvinnelige Long Evans rotter og Male C57BL / 6J mus. Prosenter av riktig å reagere, falske alarmer, og opphører, gjennomsnittlig d 'prime, og median Reacti på tider for hannrotter (n = 122), hunnrotter (n = 5), og mus (n = 4) utfører det rPVT i daglige sesjoner (M - F). Etter pretraining og rPVT treningsfaser, gnagere utføre rPVT til lignende nivåer. De fleste tiltak er like, bortsett fra at reaksjonstiden for mus er tregere enn for både hann- og hunnrotter. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 5. Response Latency Fordelinger for Rats Utføre rPVT likner mennesket Utføre PVT. Vist er de latency distribusjoner observert for menn og kvinner som utfører den menneskelige PVT (tegnes på nytt fra Blatter et al. ^25), sammen med ventetid distribusjoner for hann- og hunnrotter som utfører rPVT. filer / ftp_upload / 54629 / 54629fig5large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 6. Rats 'Tid på Task Curve for Speed (1 / RT) er lik fart for mennesker utøvende 10-minutters versjon av PVT. Venstre: En gjennomsnittlig tid på oppgaven funksjon for menneskelig ytelse i en 7-minutters PVT session tegnes på nytt fra Rayman og Van Someren ^26. Høyre: En gjennomsnittlig tid på oppgaven funksjon for rotter (n = 122) utfører i 30-min rPVT økter. På en måte tilsvarende menneskelig ytelse, er det minimale endringer av hastighet over en sesjon i friske mennesker og normale rotter. Denne gangen på oppgaven funksjonen gir en baseline som kan bli manipulert av søvnmangel, osv. Feilfelt på begge grafer ± SEM.tp_upload / 54629 / 54629fig6large.jpg "target =" _ blank "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 7. En variabel Foreperiod Effect er tydelig i rPVT Behavioral forestillinger. Gjennomsnittlig ukentlige forestillinger av rotter (n = 122) for prosent riktige reagere, median reaksjonstider, for tidlig å svare, og bortfaller i oppmerksomhet. Data er vist som en funksjon av den variable foreperiod varighet, det vil si, den "ventetiden" nødvendig før den stimulus lyset kommer på. Rotter er tregere, men mer nøyaktig på kortere foreperiods, mens de er raskere, men slipper ut mer premature svar og er mindre nøyaktige på lengre foreperiods. For eksempel sammenligne forestillinger på fire s foreperiod til de på 10 s foreperiod, rotter har lengre median RTs på 4 s foreperiod (~ 550 ms vs ~ 400 ms ved 10 s foreperiod), flere blundere (~ 30% vs. ~ 10% ved 10 s foreperiod), og større riktig å reagere (~ 80% vs. ~ 70% ved 10 s foreperiod), men færre premature svar (~ 1% vs . ~ 25% ved 10 s foreperiod). Dermed rotter er tregere, men mer nøyaktig på kortere foreperiods, og raskere, men mindre nøyaktig på lengre foreperiods. Feilfelt = ± SEM. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Discussion

Metodikken beskrevet her resulterer i rPVT forestillinger i rotter som sammenligner gunstig i mange aspekter til den typiske PVT ytelse rapportert i den menneskelige litteratur. Bruke nåværende teknikker, kan man fort trene rotter å utføre rPVT, og forestillingene oppnådd med disse teknikkene er preget av rene diskriminering (dvs. høye nivåer av riktig å reagere, lave nivåer av både tidlig å svare og opphører). Videre Reaksjonstiden distribusjoner oppnådd med rPVT er ganske lik dem man ser hos mennesker utfører PVT ¹² (se figur 5), som er de frekvensene av både tidlig å svare og opphører (for eksempel som vist for ungdom med Beijamini et al. ^27). Endelig kolleger til både de menneskelige tid-på-oppgave og variabel foreperiod intervall (dvs. RSI) kan effekter observert hos mennesker også ses når gnagere utføre rPVT (se figur 6 7, henholdsvis). Denne høye graden av likhet mellom mennesker og gnagere forestillinger på PVT oppgaven gir rPVT en klar fordel for bruk som en pre-klinisk forskning teknikk, spesielt for translasjonell forskning som fokuserer på oppmerksomhet / årvåkenhet.

Når vedta rPVT for gnagere, etterforskere må vurdere flere ting som kan påvirke trening lengde og evne til gnagere å kunne erverve rPVT, inkludert parameterne som brukes til å etablere grunnleggende forestillinger, typer forsterkere, og sex og stammer av fag brukes . Parametrene som er beskrevet ovenfor gir en metode der rotter kan lett trent i løpet av kort tid til å erverve rPVT. For eksempel, forme rotter å rote nesen rote nøkkelen tar ca 2-3 30 min forme økter, etterfulgt av ca 2 uker med daglige (M - F) automatiserte treninger for rotter å oppnå oppkjøp kriterier. I gjennomsnitt, mannligLange Evans rotter trenger 9,0 automatiserte treninger for å oppnå disse kriteriene, men av og til noen rotter tar lengre tid og er tregere til å gjøre det gjennom automatiserte økter. Sikre at rotter oppnå og opprettholde sine mål vekter vil bidra til å minimere antall økter som kreves for å nå de kriteriene. Videre kan de fleste rPVT parametere modifiseres for å maksimere trening, inkludert det totale antall forsøk, varigheten av foreperiods, den begrensede hold verdien, timeout varighet, og den ITI varighet. Rotter viser vanligvis høyere prosentandel av riktige svar når treningen begynner og foreperiods er lav (for eksempel 2-5 sek). Når foreperiods øke til mer enn 5 s, vil de fleste rotter vise en reduksjon i prosentandelen av riktige forsøk, og en etterfølgende økning i premature reaksjoner, da de er å lære å konsekvent vente på nesen rote nøkkel som skal belyses før sender ut et svar. Som rotter utførelse er det igjen en gradvis økning iandelen av riktige svar som foreperiods nærmer 9 - 10 s. Når rotter overgang til tilfeldig presentert foreperiods, forestillinger er nær oppkjøp kriterier (for eksempel 65 - 80% riktig). Noen ganger vil noen rotter vise en større andel av premature tiltak som kan reduseres ved å øke timeout varighet, slik at når rotter svare tidlig, er muligheten til å tjene forsterkning forsinket.

Sammenlignet med andre versjoner av rPVT i litteraturen, tog gjeldende protokollen atferds forestillinger som er preget av færre premature respons og større antall riktige svar. Endringene i den gjeldende protokollen i forhold til andre publiserte studier er mest sannsynlig årsaken til økt stimulans kontroll av atferd. Vår protokoll tog gnagere for å reagere bare i nærvær av stimulus lys fordi belysning av stimulus lys forutsier en pålitelig måte tilgjengeligheten av armeringen. Det er,svare på nesen rote viktige resultater i armeringen bare hvis responsen er gjort mens nøkkelen er opplyst; således blir stimulus lys et diskriminerende stimulus (S ^D) som på en pålitelig måte signaliserer tilgjengeligheten av armeringen, og å svare på nesen rote nøkkel er under en høy grad av kontroll stimulus. En sannsynlig årsak til dette er bruken av en lengre variabel foreperiod intervall (3 - 10 s, i forhold til 3 - 7 s i andre studier) og en kortere riktig respons intervall (1,5 s, i forhold til 2,5 - 3,0 s i andre studier) , som i stor grad reduserer sannsynligheten for at et dyr korrekt å reagere på et prøve ved en tilfeldighet. I tillegg, i andre publiserte versjoner av rPVT kan gnagere tjene forsterkning for å svare i løpet av 0,5 s stimulus lys belysning eller under 2,5 begrensede hold etter at stimulus lyset er slukket. Denne type av begrenset hold som tillater forsterkning i fravær av hypotesen S ^D faktisk svekker effectiveness av stimulus lys som en S ^D fordi lyset ikke sikkert forutsi tilgjengeligheten av armering. Det vil si at rotter er forsterket for noen presser som oppstår under lysets belysning, gitt sin korte varighet, og for mange presser etter at lyset er slukket. Når undersøke oppførselen til rotter i tidligere versjoner av rPVT, det er nesten like mange riktige og tidlig svar, som antyder at stimulus lyset ikke leveres som en S ^D og fag er å svare på tasten i mer tilfeldig måte. I tillegg er trening diett beskrevet i 4.1 til 4.6 utsetter et dyr til alle mulige foreperiods før baseline forestillinger, som ikke ble gjort i de tidligere versjonene av rPVT. Videre trinn 04.07 til 04.09 gradvis gjeninnføre de lavere foreperiods å hindre fag fra bare å svare på de kortere varighet og utelate eller svare tidlig på forsøk med lengre foreperiods. Sammen utgjør disse protokollen,l forandringer øke sannsynligheten for at den stimulus lyset vil bli en sterk ^S-D som styrer reagerer på tvers av de forskjellige foreperiods, i stedet for en svak ^S-D som minimalt kontroller reagere (f.eks responser ofte forekommer i fravær av ^S-D).

Bruke protokoll tiltakene beskrevet her, har vi trent forskjellige stammer av rotter (dvs. Long Evans, Fischer 344, og Lewis) ^28, både mannlige og kvinnelige Long Evans rotter, og mannlige C57BL / 6J mus til tilsvarende ytelsesnivåer. Mens ulike rottestammer ble brukt for de fleste av de andre tidligere publiserte studier, Oonk og kolleger ¹⁷ brukte Long Evans hannrotter og produsert atferds forestillinger mye som de av Christie og kolleger ^15,16. Disse funnene tyder på at opplærings parametre som brukes er sannsynligvis viktigere for lavere premature svar enn rotte belastning eller sex ansatt. Uansett, belastningen og kjønn på than fagene er viktige variabler å vurdere. Mens det er mulig å trene de fleste stammer av rotter eller mus i rPVT bør etterforskere undersøke sine fag opplæring fremgang daglig og endre parametrene tilsvarende for å oppnå stabile atferdslinjene. For eksempel, når treningen kvinnelige Long Evans rotter, må det totale antall forsøk tilgjengelige til å bli redusert, siden hunnrotter ikke spiser så mye mat som mannlige Long Evans rotter. Vi oppdaget dette problemet ved å undersøke hunnrotter 'prøve-by-prøveforestillinger for å se at etter at de tjente i gjennomsnitt 7 g av mat, sluttet de å svare på grunn av metning (dvs. stort antall målet uten riktige studier eller for tidlig responser). Det totale prøvenummeret ble redusert 200-150, deretter redusere mengden mat som kan være tjent fra 9 g til 6,75 g. Med en lavere rettssak nummer, kvinnelige Long Evans rotter opprettholdt gjennomsnittlig baseline forestillinger som var tilsvarende mannlige Long Evans rotter. Most parametre innenfor den rPVT programmet kan endres for å maksimere forestillinger, inkludert bruk av en lengre TO for rotter med en større andel av premature responser. Dermed overvåking gjennomsnittlige daglige forestillinger, i tillegg til å undersøke innenfor-session forestillinger, er kritisk til å minimere mengden av treningstiden nødvendig, spesielt når du trener en ny stamme eller et annet kjønn enn det som er vanlig.

Typen og mengden av forsterker som brukes er et ekstra problem å vurdere. I vårt tilfelle, standard chow mat pellets er en effektiv forsterker, først og fremst fordi opprettholde rotter ved 85 - 90% av sine fri-fôring vekter er lett å gjøre i laboratoriet, holder rotter sunne for langtidsstudier, og gir konsistent atferds forestillinger fra økt til økt. Under denne fôring regimet, har vi hatt rotter som utfører rPVT på konsekvent nivåer i nesten et år og er i stand til å spore eksperimentelt indusert og aldersrelaterte endringer i forestillinger.Det har vist seg at ved andre enkle reaksjonstiden (SRT) prosedyrer, respons latenstid ofte variere som en invers funksjon av frekvensen eller omfanget av armering ^29,30. For eksempel, når forsterkning leveres periodisk, eller mengden av forsterkeren er redusert (for eksempel mindre pelletstørrelse eller lavere prosent sukroseløsning) respons-latenser kan være lengre. Mens dagens metoden ikke inkluderer endrede forsterknings parametere, kan disse problemene lett bli undersøkt i rPVT, ved ganske enkelt å endre type forsterker som brukes og hvordan det forsterker leveres (for eksempel hvert riktig prøve forsterket, hver tredje korrekt prøve forsterket, etc .).

I likhet med andre dyremodeller for menneskelig atferd, er det begrensninger i rPVT. For eksempel kan det hevdes at noen atferdsmønstre som rapporteres her (for eksempel tid på oppgaven endringer) er en funksjon av metning; imidlertid en nærmere examinatipå av gnagere atferd viser antyder at metning var ikke en faktor. For eksempel kan metning under en atferds sesjon forekommer, gitt at rotter kan tjene opp til 9 g av mat i 30 min. Som beskrevet ovenfor, ble dette opplevd med kvinnelige Long Evans rotter og nødvendig å gjøre justeringer til den totale mengden mat som kan være tjent. Når behandlingen daglige forestillinger på en prøve-by-prøveordning, må man passe på å sikre at alle rotter distribuerer svar (dvs. korrigerer, prematures, og målet) like over økten, for eksempel store blokker av utelatte forsøk mot slutten av sesjonen, for eksempel, ville indikere metning. Hvis tiden-on-oppgave effekten var et resultat av metning nær slutten av økten, men man ville også forvente prosent riktig å reagere for å redusere og utelatelser å øke. Imidlertid prosent riktig responsen opprettholdt på samme nivå over 30 min sesjon ^20; og mens blundere øke som session utvikler seg, denne økningen består av tregere riktige svar, og ikke tapte studier (eller utelatt forsøk). Dermed fagene opprettholde høye nivåer av å svare på tvers av hele økten med parametrene og justeringer som er beskrevet ovenfor.

En viktig mat-relaterte spørsmål å vurdere er at søvnmangel er kjent for å øke matvareforbruk og at mat forsterket oppgaver er antatt å undervurdere de negative effektene av søvnmangel på atferd ^31, gitt motstridende effekter på atferd. Flere studier har undersøkt dette hyperphagic effekten av søvnmangel, og Koban og colleages ³² konkluderte med at søvnmangel-indusert hyperphagia skjer ikke med korte deprivasjon tidsplaner (dvs. <5 dager), men er en funksjon av langsiktig søvnmangel (dvs. ,> 6 dager). Selv om dette problemet ikke ble spesielt undersøkt i dette manuskriptet, er det mulig å bruke den gjeldende prosedyre for å avgjøre if disse effektene innvirkning ytelse. Først, på kort og lang sikt Søvnmangel tidsplaner måtte vurderes i rPVT å finne ut om de hadde tilsvarende effekt på ytelse. Hvis sove ute rotter var mer sulten enn normalt (dvs. mer sulten enn sult nivå forbundet med normal mat begrensning), ville det bli antatt å ha en negativ innvirkning deres prestasjoner, men ikke føre til forestillinger som er bedre enn sine baseline ytelsesnivåer. Mens økt sult kan øke hastigheten som rotter erverve læringsoppgaver, overdreven sult i den gjeldende versjonen av rPVT vanligvis resulterer i forestillinger som mangler atferdskontroll, det vil si, forestillinger preget av et stort antall premature svar og svært raske RT tiltak, inkludert mange RTs på eller under 150 ms (dvs. tilfeldige responser). Mens opplæring rotter i den gjeldende versjonen av rPVT har vi tidvis observert rotter utslipp overdreven for tidlig å svare og veldig fast RT tiltak under trening; i disse tilfellene, øker en rotte totale mat tildeling ofte resulterer i reduserte tidlig å svare og stabiliserte RT ventetider.

Den rPVT er beskrevet her gir en translatorisk plattform for bruk i en rekke eksperimentelle paradigmer, herunder virkningen av lesjonene, kort- eller langtids farmakologiske manipulasjoner, og genetiske modifikasjoner. Gitt at den menneskelige PVT er designet for å vurdere resultatene etter søvndeprivasjon, gir rPVT en enkel plattform for å undersøke de underliggende biologiske mekanismene forbundet med søvnmangel, avbrudd, eller kronisk søvnmangel. For eksempel, den gang på oppgaven og svar-stimulus intervall effektene er lett målbare i denne versjonen av rPVT i normale rotter, sammenlignet med andre publiserte versjoner ^17, som gir en stabil baseline til eksperimentelt manipulere disse arbeidsmål med endringer i søvnlengde. Gitt at søvndeprivasjon hos mennesker bare påvirker tid på oppgaven effekt og ikke responsen-stimulus intervall effekt (variabel foreperiod effekt her) ^22, kan rPVT brukes til å undersøke de underliggende biologiske mekanismene som er ansvarlig for de ulike effekter av søvnmangel på nevro ytelse. Den rPVT er spesielt nyttig for langsiktige eksperimentelle manipulasjoner fordi rotter opprettholde stabile prestasjoner over flere måneder, noe som gir mulighet for å etablere en) en normal ytelse baseline, 2) eksperimentelt endring som baseline, og 3) å vurdere grunnlinjen når den eksperimentelle manipulasjon er avsluttet , uten behov for ytterligere grupper av rotter.

Til tross for de mange likheter mellom gnagere og mennesker prestasjoner på PVT, er det forskjeller som eksisterer. Disse forskjellene stammer hovedsakelig fra behovet for eksplisitte forsterknings med rotter for å forme og opprettholde nøyaktige og pålitelige rPVT performances, mens hos mennesker ved bruk av passende instruksjonsstyre er alt som er nødvendig for å oppnå gode PVT forestillinger. For eksempel, de observerte forskjellene i menneskelige vs. rotte reaksjonstid forestillinger er sannsynlig skyldes både bruk av forsterkningsbetingelser vs. instruksjons kontroll samt de åpenbare topografiske forskjeller i å svare for mennesker og rotter (f.eks kraner finger vs. nosepokes) . Reaksjonstider på mennesker er typisk 50% kortere, sammenlignet med rotter og mennesker er vanligvis instruert til å produsere så kort reaksjonstid som mulig. Selv om disse instruksjonene kan også gjøres eksplisitt i dyrestudier via forsterknings (f.eks via bare forsterkende tiltak som oppfyller en bestemt, kort ventetid krav ^29,33-35), kan bruk av slike situasjoner betraktelig forlenge den nødvendige tid til å toget gangen dyr ^34,36,37. Videre er rPVT økter er 30 min, men den menneskelige PVT sessions er mellom 3 - 10 min, avhengig av hvilken versjon av PVT er brukt. Denne forskjellen må vurderes når du prøver å gjenskape menneskelige ytelsesparametere i en gnager oppgave.

Dermed rPVT er et nyttig verktøy i etterforskningen av virkningene av et bredt spekter av variabler på årvåkenhet ytelse som sammenligner gunstig til den menneskelige PVT, kan tjene som en innovativ translasjonsforskning plattform for å utforske grunnlaget for individuell sårbarhet for neurobehavioral nedskrivninger, og for utvikle potensielle profylaktiske, mottiltak, og behandlinger for neurobehavioral dysfunksjoner.

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.