Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

Грызун психомоторного Бдительность Test (rPVT): Метод оценки психофизиологические качества у крыс и мышей

Published: December 29, 2016 doi: 10.3791/54629
Automatic Translation
1, 2, 1
1Division of Behavioral Biology, Department of Psychiatry and Behavioral Sciences, The Johns Hopkins University School of Medicine, 2Applied Behavior Biology Unit, Institutes for Behavior Resources

Summary

Версия крыса человеческого психомоторного Бдительности Test (PVT) описывается, что измеряет аспекты внимания аналогичные тем, которые измеряются с человеческим PVT, включая аспекты человеческой бдительности, такие как точность производительности, скорости двигателя, преждевременно отвечать на запросы и провалами во внимание.

Abstract

Психомоторного Бдительность Тест человека (PVT) является широко используемой процедурой для измерения изменений в усталости и постоянного внимания. Настоящая статья описывает версию грызуна PVT-называется "rPVT" , т.е. меры , аналогичные аспекты внимания (то есть, точность исполнения, скорость двигателя, преждевременно отвечать на запросы, и провалы во внимании). Данные представлены, которые демонстрируют как в краткосрочной и долгосрочной перспективе полезность rPVT при использовании в лабораторных крыс. Крысы легко узнать rPVT, и научиться выполнять основные процедуры занимает менее двух недель тренировок. После приобретения, крысы выступления в rPVT показывают высокую степень сходства этих же показателей эффективности в человеческом PVT, в том числе сходства, провалами во внимание, время реакции, бдительность декрементах через время сессии (т.е. человек "время-экранном задача "эффекты), и эффект отклика стимул интервал (РСИ), описанный для человека. Таким образом, гПВТ может быть чрезвычайно ценным инструментом для оценки последствий широкого спектра переменных на постоянное внимание весьма похожими на PVT представлений человека, и, таким образом, могут быть полезны для разработки новых методов лечения нейроповеденческих дисфункций.

Introduction

Испытание настороженность человеческого психомоторного (PVT) является широко используемым, хорошо апробированы инструмент для измерения бдительности и постоянного внимания у людей, и был первоначально разработан Dinges и др. 1-3 для оценки стабильности во времена реакции и внимания (например, ошибки в терминах преждевременных реакций и провалами во внимание), как в рамках сессий в целом и во времени в рамках отдельных сессий. На протяжении многих лет, человек PVT был изменен и обновлен 4-11 отслеживать временные изменения в различных аспектах внимания, и было продемонстрировано , чтобы быть чувствительным к изменениям в недосыпания и усталости, и зависит от употребления наркотиков и возраст испытуемых 12 , 13. PVT, казалось бы, простая процедура, в которой субъект кратко затрагивает экран, когда стимул (как правило, номер дисплей LED) появляется случайным образом во времени, как правило, после того, как 2 - 10 с. В человеческой версии, на дисплее число увеличивается в мс и останавливается, когда тон касании экрана, что указывает на время реакции субъекта (RT). Уменьшается в зоркости обозначены 1) замедлилось время реакции, 2) увеличение провалами (называемые "упущения" в человеческой литературе, и обычно определяется как индекс РТС, которые> 500 мс в длину), и 3) увеличение преждевременным отвечать (называются «ошибки комиссии» или «ложные старты» в человеческой литературе). Другие меры также могут быть получены с помощью PVT для изучения таких переменных, как гендерные и возрастные различия; для рассмотрения этих мер см Баснер и Dinges 4. И, наконец, PVT был применен в общей области оценки риска для человека, и успешно используется в широком диапазоне рабочих областей, которые включают в себя военные, авиационные и железнодорожные отрасли, первые ответные меры, и экстремальных условиях, таких как миссий экстремальных условиях окружающей среды НАСА Операции (NEEMO), международный проект Mars500 14, а также на Международном Spacд станции (МКС). На МКС, то PVT называется "Реакция Self-Test" и используется для обеспечения астронавтов с индивидуализированной обратной усталостному (например, изменения в RTs или провалами во внимание).

Человек PVT используется уже в течение многих десятилетий, так как у грызуна версии простых задач времени реакции (которые немного похожи). Это было только недавно, однако, что прямой грызун аналог человеческого PVT сообщалось в литературе. Кристи и его коллеги описали вариант человеческого PVT для крыс, и сообщили о сокращении бдительности следующие депривации сна 15,16. Дополнительные недавние исследования сообщают о версии rPVT 17-19. Эти отчеты описали изменения в постоянном внимании следующих различных методов лишение сна; Тем не менее, данные из этих исследований также сообщили о высоком уровне преждевременный отвечать на запросы (например, в некоторых случаях, более чем 40% от общего количества RESPONSES); такие выступления совсем не похожи на любые PVT выступления с людьми. Такая большая разница в грызуна против человека выступления, вероятно из - за различий в конкретных параметрах , используемых в человеке по сравнению с грызунами версии PVT; например, Christie и др. исследование использовали случайным образом изменяющуюся 3 - 7 сек foreperiod, в то время как человек PVT обычно использует 2 - 10 с foreperiod (хотя см Баснер и др 5 для 3-минутной версии человеческого PVT , которая использует 1 -. 4 с foreperiod) , Использование относительно коротких значений foreperiod часто может приводить к животным "времени" их ответы, и, таким образом, может способствовать, с помощью случайного подкрепления, увеличение числа преждевременных реакций, как и сообщалось в текущих исследованиях на грызунах rPVT.

Версия rPVT описанного здесь основана на нашей ранее опубликованной статьи 20, а также дается подробное описание методов и процедур. Он отличаетсяиз ранее опубликованных версий rPVT в следующих аспектах: 1) Крыс тренировали с переменными значениями foreperiod 3 - 10 с, и 2) крысы быстро реагировать, так как ответы только в пределах окна короткого ответа (также называемый "ограниченным держать ") после начала стимула были усилены (1,5 сек в настоящем исследовании, 3,0 с в предыдущих опубликованных версиях rPVT). Используя эти изменения, а также краткие перерывы для неверны, приславших ответы привели к более высоким уровням контроля стимула, как показано существенное улучшение точности и снижение уровня преждевременным отвечать на запросы. В настоящем докладе также описываются предсказуемые изменения в переменных производительности (например, упущения в внимание, РЦ) , которые параллельны тем , которые наблюдаются у человека при рассмотрении настороженность декрементирует 21, а также при рассмотрении других мер , в том числе производительности человека "времени на задаче" эффекта и ответных мер , стимул интервал (RSI) эффект, который наблюдается в человеческом PVT

Окончательный вариант rPVT описанного здесь начинается с поворота на дом света (рисунок 1). После того, как переменного интервала (foreperiod) 3 - 10 лет истечет, ключ нос совать горит в течение максимум 1,5 с. (Для того, чтобы обеспечить равномерное распределение foreperiods длительностей, значения генерируется случайным образом без замены из списка 36 возможных значений, которые варьируются от 3 до 10 с, на основании с шагом 200 мс.) Освещение ключа nosepoke является сигналом для животного к ответить, и ответ, который происходит от 150 до 1500 мс после начала светового усилена 45-мг таблетки. После того, как усиленный ответ, как ключевой свет нос совать и дом свет выключаются и в 1 сек между пробный интервал (ITI; дом свет выключен) вытекает. Нос тычет на перед началом света производят 8 с тайм-аут (TO) из экспериментальных непредвиденные обстоятельства, которые сигнализируют гася свет дома. Если никаких ответов не происходит в течение 1,5 с РезОкно Понс, как nosepoke свет и свет дома отключены, и через 1 с ITI вытекает. начинается Следующее запланированное значение foreperiod для последующего судебного разбирательства после того, как либо 1 с ITI или на 8 лет, в зависимости от того TO имели место во время предварительного судебного разбирательства. Сессии проводятся ежедневно (5 дней / неделю), как правило, состоят из около 200 испытаний, и заканчивается через 30 минут. В результате при каждом испытании имеет длительность около 7,5 сек, в среднем.

Формирование стабильной базовой производительности на rPVT достигается путем 1) первоначально адаптируя крысу принимать пищу гранулы из пищевой лоток в камере, 2) ручной формирования крысу, чтобы ответить на ключ совать нос путем усиления последовательных приближений к финалу нос совать ответ, и 3) проведение ежедневных сеансов , где параметры процедуры rPVT (т.е. foreperiod, ITI, TO, и ключ-подсветка раза) постепенно скорректированные в течение сессии, в зависимости от того, насколько хорошо выполняет каждую крысу во время каждой сессии (подробно описано ниже).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Лаборатория по уходу за животными была в соответствии с государственной службой здравоохранения (PHS) Политика по гуманному уходу и использованию лабораторных животных. Все процедуры проводились в строгом соответствии с рекомендациями, приведенными в Руководстве по уходу и использованию лабораторных животных Национальных институтов здравоохранения. Уход и использование комитета Institutional животных Университета Джона Хопкинса одобрил протокол и все процедуры. Джона Хопкинса также поддерживает аккредитацию своей программы Ассоциацией по оценке и аккредитации лабораторных животных (AAALAC).

1. Животные

  1. С помощью взрослого мужчины Long Evans крыс (приблизительно 10 - 12-недельного возраста в начале поведенческих обучения), хотя возможны и другие штаммы пригодны, в том числе инбредных крыс.
  2. По прибытии в колонию, дом крыс по одному в утвержденной арретирования и комнат, в связи с ограничением продуктов питания нуждается в описанных ниже. Акклиматизироваться животных в ситуации с жильем, а также обращение в течение нескольких гAYS перед началом процедуры ограничения пищи (около 7 дней).
  3. Обеспечить крысы чау вволю в течение 1 - 2 недель , чтобы крысы достичь "свободного кормления" вес. После того, как в этом весе, ограничить доступ к продовольствию для снижения веса крысиные, через 1 - 2 недели, до 85 - 90% от свободного вскармливания веса. Поддерживать животных на 85 - 90% от их веса свободного кормления во время поведенческого обучения и тестирования. Начните с 15 - 18 г корма в день и скорректировать эту сумму в зависимости от того или нет поддерживать скорость его целевого веса.
    Примечание: ограничение продуктов питания , как правило , требует утверждения своей институциональной ACUC или иной регулирующий орган до начала ограничения.
  4. Взвешивание животных ежедневно и записывать вес на вес листов. Убедитесь, что взвешивание производится в то же время и в том же масштабе каждый день до начала любого поведенческого обучения или кормления.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Только начните pretraining (ниже) , когда животныедостигли своих целевых весов. Эта практика позволяет оперативно принимать поправки к пище сумм для животных, которые находятся под или над их целевым весом. Она также обеспечивает способ, чтобы определить, является ли крысы поддержания веса в 24-часовых интервалах. Также следует избегать взвешивания крыс в разное время суток; это приведет к драматическим различиям в весе, неправильными кормлений, и плохие поведенческие представления.
  5. Обеспечить пресной воды во все времена в домашней клетке путем использования стеклянных или пластиковых бутылок с резиновой пробкой топов и Sipper труб.
  6. Когда занятия не проводятся (например, выходные, праздники), кормить крыс их нормальное выделение корму для крыс для поддержания стабильности веса. Взвешивание крыс, чтобы определить, больше пищи необходимо для поддержания веса в это время.

2. Оборудование и программное обеспечение

  1. Используйте стандартные модульные оперантного камеры , оснащенные одним носом ключ совать, домашний свет, и гранул дозатором (т.е. фидер).
  2. Поместите модульный ключ нос совать по обе стороны от расположенного в центре гранул дозатора; обеспечение того, чтобы это размещение остается последовательным в других оперантного камер и различных исследований. Здесь основной нос совать находится на левой стороне гранул дозатора.
  3. Поместите модульный дом свет высоко на задней стенке камеры таким образом, чтобы не создавать помехи другим поведением.
  4. Пищевые гранулы Использование крысы (например, Нойес 45 мг гранул или в аналогичных) для армирования. Модель питатель определяет размер гранул пищи, но большинство питатели крыс используют 45 мг пищевые гранулы (питатели мыши обычно используют 20 мг пищевых гранул). С помощью стандартного корма гранул, но другие гранулы могут быть приобретены (например, сахароза) для различных экспериментальных манипуляций.
  5. Контроль стимула презентации, входы реагирования нос тыкать, поставка арматуры, а также сбор данных через интерфейс, подключенный к компьютеру. Связаться с авторами для получения конкретной информации относительно поведенческих программ, написанных сязык программирования , специально разработанный для тестирования поведения (см Таблицу материалов и реагентов).
    Примечание: Важно , чтобы записать независимые и зависимые переменные на пробное-по-экспериментальной основе, в том числе видов животных реагирования (например, правильные ответы, преждевременных ответов, скучает), задержки отклика, и количество испытаний , представленных. При использовании различных штаммов, пола или видов, эти переменные могут быть легко изменены, чтобы максимизировать обучение практически любого типа грызуна.

3. Pretraining

  1. Назначают каждое животное к оперантного камере, где он будет тестироваться каждый день, и примерно в то же время суток, в течение всего эксперимента.
  2. Взвесьте крысы и поместить его в своей специфической оперантного камере с пищевыми гранул в гранул дозатором. Поместите 10 - 20 пищевых гранул в емкости для крысы, чтобы поесть.
  3. Для pretraining, установите следующие параметры к низкому уровню, фиксированные значения:значение foreperiod = 2 s, значение тайм-аута = 2 s, ограничено Hold = 10 с.
  4. Запустите компьютерную программу для управления презентацию дома света, nosepoke подсветка клавиш, а также автоматическую доставку еды гранул.
    Примечание: Лучше всего иметь поведенческую программу установки до уровня , который позволяет для частого подкрепления для большинства ответов , полученных от животных, таких , что ключ нос совать освещается в течение относительно длительного периода времени (например, 10 лет) , Это повышает вероятность того, что крыса будет совать ключ, пока он горит, в результате чего поставки еды подкреплением с помощью компьютерной программы.
  5. После того, как крыса заканчивает пищевые гранулы, начать процесс укрепления формообразование крысу, когда она приближается к пищевой емкости или ключ нос совать. Здесь вручную формировать каждую крысу, а это значит, что экспериментатор наблюдает за поведением крысы (оставляя звукопоглощающий кабина двери открытыми) и поставляет пеллеты из подающего лоткакак можно быстрее после того, как крыса испускает желаемое поведение. Доставка гранул с помощью кнопки на самой фидера, через ручной переключатель, который подключается к фидера или через компьютерное программное обеспечение, используемые для управления поведением непредвиденные обстоятельства, нажав на соответствующий выход на интерфейсе.
  6. С помощью метода формирования путем последовательных приближений, обеспечивают пищевой упрочнитель для изменения поведения, последовательные приближения к конечной требуемой поведения 23. Например, как только крыса надежно извлечения пищевых гранул из пищевого сосуда, не начинают усиливающий только движение в сторону или вокруг клавиши совать нос, и больше не усиливать подходы к пищевой емкости. Здесь, крысы формы, чтобы двигаться влево после извлечения шарик пищи, так как ключ нос совать расположен слева от пищевой емкости в оперантного камерах.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Несмотря на то, что экспериментатор поставляет пищевые подкреплений во время начала pretrAining, компьютерная программа продолжает работать и контролировать дом свет, nosepoke ключ и фидер. Если крыса тычет ключ, компьютерная программа укрепит его автоматически. Экспериментатор армированных поведения являются только те , которые приводят к крысу совать освещенную ключ, например, нюхают ключ или вокруг него, перемещая голову рядом с ключом или к нему, и т.д.
  7. Определить количество пищи , полученных во время сессии pretraining путем подсчета количества гранул , поставляемых вручную плюс любые гранулы , поставляемые автоматически с помощью компьютерной программы (например, гранулы доставлены , потому что крыса ткнул освещенную ключ). Умножьте это число на 0,045 г , чтобы определить общую пищу заработанную (например, 30 гранул х 0,045 г = 1,35 г).
  8. Удалить крысу и поместить его обратно в дом клетке. Вычесть, вручную, количество пищи заработал (см 3.7) в поведенческой сессии от ежедневной еды отводу крысы. Поток остаток пищи отводе на крыс послеповеденческий тренинг. Поток как минимум 30 мин после завершения поведенческой сессии, чтобы избежать усиления еды домашней клетки сразу после непроизводственных сессий.
  9. Очистите оперантное камеру ежедневно с мягким дезинфицирующим средством (например, мыла и воды). Используйте 70% этанола с осторожностью, учитывая, что это может привести к повреждению оперантного камер. Проверьте ключ нос ткнуть ежедневно, чтобы поддерживать надлежащее рабочее состояние и чистоте с дезинфицирующим средством, когда это необходимо, так как ключ, который прилипает или блокируется на месте будет снизить производительность животного, если не отремонтировать быстро.
  10. Сформируйте каждую крысу в этой манере, пока крыса не выделяет 40 - 50 правильных ответов компьютерных армированных (не вручную или экспериментатор армированные) на освещенной клавиши, извлекает каждый шарик пищи, и возвращается к и тычет нос ключ совать без дополнительного формирования. Как правило, крысы требуют примерно 2 - 3 30-минутных сеансов для достижения этих критериев (см рисунок 2).
    ЗАМЕТКА:Ручная поставка пищевых гранул не требуется после того, как крыса надежно тыкать ключ и получения подкрепления пищевых продуктов, поставляемое с помощью компьютерной программы.

4. Обучение rPVT

  1. После того, как в форме, начните крысы при фиксированном, относительно короткий интервал foreperiod и TO значение (например, 2 с) на следующей 30-минутной сессии, пока крыса не будет завершена 8 из 10 правильных испытаний. Для каждого из этих испытаний во время тренировки, освещают ключ совать нос в течение определенного периода времени достаточно долго для крысы, чтобы сделать ответ. Здесь, удерживайте клавишу освещенного в течение 9 секунд; это окно ответа также называют ограниченным владением (LH).
  2. Используйте относительно короткий тайм - аут (TO; например, 2 с) в качестве наказания за преждевременных ответов, или отвечать на запросы до освещения ключа нос совать. Во время ТО, крысы не имеют возможности заработать еду. Здесь, TO и значение foreperiod те же продолжительность во время этих тренировок и изменения в том же темпе.
    3. (то есть до 2,1), в то время как сокращение LH на 0,1 с (то есть до 8,9). Лучше всего использовать компьютерную программу, которая может автоматически сделать эти настройки во время сеанса.
    Примечание: При обучении мышей на rPVT, более длинный ITI используется , так как мыши , требуется больше времени , чтобы потреблять пищевые гранулы. Здесь, используйте 30 ITI S для обучения и тестирования мужчин C57BL / 6J. Кроме того, поскольку мышь может весить ~ 20 г, он будет потреблять значительно меньше гранул во время сеанса. Таким образом, сократить типичную сессию, имея ее конец, когда максимум 50 таблеток начисляются; критерий для увеличения foreperiod и TO также изменяется на 4 из 5 правильных испытаний, прежде чем увеличение foreperiod, а также на 0,1 сек.
  3. После того , как 30 минутный сеанс закончен, записать окончательный foreperiod крысу , достигнутая во время тренировки (например, 4,2 с), либо в качествеpreadsheet или вручную на листе данных, а количество пищи заработал, которая рассчитывается путем умножения количества правильных судебных процессов времен 0,045 г (например, 100 правильных испытаний х 0,045 г = 4,5 г). Вычтите эту сумму еды от ежедневного отводу крысы и кормить крыса оставшуюся еду в домашней клетке.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Ежедневные файлы данных записать окончательный foreperiod , достигнутую каждой крысы. Расчет, чтобы определить количество пищи, полученной в ходе сессии может быть сделано автоматически с помощью компьютерной программы или вручную с помощью уравнения выше. Food заработал вычитается вручную из каждой крысы ежедневная пища отвода.
  4. На следующий день, начните тренировку 30 мин с foreperiod, которая составляет 300 мс ниже значения крыса завершившегося в предыдущей сессии. Например, если крыса закончилась на 4,2 сек, эта сессия начинается с 3,9 сек. Продолжить повышение foreperiod на 0,1 с, как крыса завершает 8 из 10 правильных испытаний на каждом foreperiod, Until крысы достигают foreperiod 10 с. Таким образом, крысы будут испытывать все возможные foreperiods.
    Примечание: Когда крысы достигают foreperiod 9,7 - 10 с, К остается на 8 с и ЛГ 1,5 сек.
  5. В конце каждой сессии, ежедневно проверять производительность крысы в ​​течение этого времени, исследуя процент правильных испытаний, преждевременных испытаний и промахов. Крысы обычно поддерживают в среднем 40 - 90% правильных ответов во время этих тренировок, средний процент правильных неуклонно растет по обучению. Здесь экспортировать ежедневные данные для каждой крысы в ​​таблицу, которая вычисляет эти проценты, чтобы отслеживать ежедневную производительность сеанса.
  6. После того, как крыса достигает foreperiod 10 с, начать следующий последующие 30 мин сеанс с foreperiods, представленные через случайные промежутки времени, начиная с foreperiods от 7 - 10 с. Убедитесь, что ТО и ЛГ остаются в 8 и 1,5 с соответственно. Здесь, компьютерная программа управления behavioraл непредвиденных обстоятельств автоматически переключается из представления восходящие foreperiods к переменной foreperiods раз каждая крыса достигает 8 из 10 критерия на 10-сек foreperiod.
  7. После того, как крыса поддерживает по крайней мере, 70% правильно со случайным образом представленных foreperiods между 7 - 10 сек, изменить программу, чтобы представить foreperiods через случайные интервалы времени, начиная с foreperiods от 5 - 10 с. Изучить ежедневную производительность каждой крысы в ​​течение этого времени, потому что это изменение часто случается в течение сеанса.
  8. После того, как крыса поддерживает 70% правильных ответов, изменить программу еще раз, чтобы представить полный спектр foreperiods (3 - 10 лет) через случайные промежутки времени в течение 30 мин сессии. Способом, аналогичным 4.8, исследовать суточную производительность каждой крысе в течение этого времени, потому что это изменение часто бывает в течение сеанса.
    ПРИМЕЧАНИЕ: компьютерная программа управления поведенческие непредвиденные обстоятельства автоматически делает эти изменения , основанные на выполнении каждой крысы (например, 4,7 - 4,9).Важно только сделать изменения в 4.9, когда вероятность успеха крысы высока (> 70% правильных ответов), так как крысы часто принимают стратегию реагирования случайным образом во времени, вместо того, чтобы должным образом ожидания и присутствовать на раздражитель. Если успех крыса крыса находится на низком уровне, повторите 4.7 - 4.9.
  9. Для критериев Приобретение, определить базовые представления как стабильное, когда на 4-х из 5 ежедневных сеансов в течение недели, процент крыс правильных ответов составляет 75% или выше во время сеанса, и процент преждевременных ответов составляет менее 30%.

5. Анализ данных по основным мерам реагирования

  1. Для того, чтобы оценить поведенческие представления во время приобретения, использования повторных измерений ANOVAs, при повторном фактор либо сессии, времени на целевой стоимости или Foreperiod значение для каждого измерения производительности, описанных ниже.
    Примечание: В данном случае исследования используют как внутригрупповой и между-субъектами конструкции, где мы сравним всех животных , чтобы их OWN исходные условия после экспериментального состояния и сравнения экспериментальных животных с контрольными животными следующие же манипуляции. Когда устойчивые поведенческие базовые уровни достигаются, использование в пределах-субъектов конструкции будет ограничивать количество крыс, необходимых.
  2. Определение преждевременных ответов как ответы до наступления основного источника света или в течение первых 150 мс ключевой свет находясь на.
  3. Определить правильные ответы как ответы, сделанные после того, как ключевой свет загорается, с минимальной задержкой более чем 150 мс и максимальной задержкой длины окна ответа; здесь, 1500 мс.
  4. Определение промаха (или бездействие), как испытания, на которых субъект не в состоянии сделать ответ.
  5. Определение латентность отклика, прошедшее время (в мс) от света начала депрессии носа совать ключ; называемый также время реакции (RT).
  6. Определить общие испытания как количество преждевременных ответов плюс правильные ответы плюс промахов.
    Примечание: В PVT выступления человека, преждевременное Резлуж и промахи во внимание может быть довольно редко, и следователи чаще сообщают только фактические исходные частоты этих мер. Тем не менее, это не так, в спектаклях с крысами. Для обеспечения сравнения между различными версиями rPVT в литературе, представлены показатели деятельности крысиные здесь в процентах от общего количества проб. Использование компьютерной программы, которая может записывать и пометить каждый из этих пунктов на проб по-экспериментальной основе для последующего анализа является предпочтительным, так как крысы завершит более 200 испытаний за 30 мин сессии и часто отвечают критериям для перехода к следующему шагу в процедуре подготовки кадров в рамках сеанса.

6. Дополнительные меры эффективности Вычисляемые

  1. В течение 30 мин поведенческой сессии, определяют как провалы правильных ответов, в которых РТ было больше, чем в два раза среднее время реакции для сеанса каждой крысы (сделано после сеанса); также включать пропущенные испытания в расчете покадровой.
    НЕТTE: В человеческом PVT, промахи , как правило , определяется как время реакции (RT)> 500 мс 4. Для грызунов, то лучше выполнять апостериорных сравнений средней RT каждой крысы - приобретенные из проб с помощью судебного процесса анализа, описанного выше, - вместо того, чтобы сравнивать их с пороговым значением, из-за изменчивости в RTs от отдельных крыс. Этот метод аналогичен провалами в других опубликованных версиях rPVT 15,16. Здесь и в других опубликованных версиях, промахи также включать пропущенные испытания (промахи = ответы с RTs> дважды среднее RT для сеанса, а также промахов), потому что пропущенные испытания в человеческом PVT, записываются в виде провалов, а также.
  2. Определить расчетную частоту ложных тревог, вычисляя процент преждевременных реакций, которые происходят в течение фактического 3 - 10-секундного интервала, когда стимул мог появиться.
    Примечание: Эта мера используется подмножество преждевременных реакций , которые происходят только в то время , когда может возникнуть стимул,т.е. преждевременные реакции , которые происходят в пределах 3 - 10 сек foreperiod окно. Эта мера не включает в себя преждевременные реакции до начала 3-х, потому что стимул свет никогда не будет освещен в течение этого времени. Вот, это подмножество преждевременных ответов автоматически сортируется от всех преждевременных ответов в таблице компьютерной программы.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Исходные Rat rPVT исполнениям

С помощью параметров, описанных здесь, 86,7% из 122 самцов крыс достигли окончательных параметров rPVT в среднем в пределах 9,0 (SD = 10,13; п = 122) компьютерные автоматизированные учебные занятия (описанные в 4.1 - 4.9 rPVT обучения, в нашем опыте, только примерно 2% крыс не приобретет rPVT). Использование существующей методологии, крыс в среднем 73,4% правильно отвечает, 18,6% промахи во внимание, и 10,6% преждевременно отвечать на запросы во время их первой полной сессии по стандартным рабочим параметрам rPVT; Среднее время реакции в среднем 527 мс (смотри рисунок 3). К 4 - й полной сессии, правильно ответивших стабилизировалась , и не было никаких существенных изменений после этого. Данные , полученные в нашей опубликованной статье 20 указано , что если животные достигают выше среднего д 'значения индекса в течение первой нормальной сессии, тэй также достичь критериев базовых характеристик более быстро ( в среднем # сессий достичь базовых критериев = 8,7 по сравнению с 10,0, как определено среднее разделение т-тест анализа; р = 0,009). Таким образом, после 4 -х сеансов в конечных параметров (см 4.9), выступления крыс достоверно увеличился до уровня выше 75% правильно ответивших критерия и оставался на этом уровне в течение 80 последовательных сессий (около 16 недель, см рисунок 3). Аналогичная тенденция наблюдалась и для D 'значений. Таким образом, pretraining и rPVT Обучение требуют примерно 12 дней, примерно 4 дополнительных сессий для достижения стабильных базовых представлений для поддержания критериев приобретения на> 75% правильно отвечать на запросы и <30% преждевременно отвечать на запросы (то есть, ложная тревога отвечать на запросы).

Частотные распределения времени реакции для самцов и самок крыс легко приобрести из данных rPVT (рисЮр 5). Мы приобрели эти распределения от п = 92 мужчин и N = 5 самок крыс и сравнили их с распределениями времени реакции для взрослых мужчин и женщин, выполняющих PVT. Распределение частоты для крыс показывают ожидаемый резкий рост времени реакции при более низких значениях с более хвостом вправо более высоких значений.

Время на задачи и бдительности

Термин "Бдительность" была определена как способность субъекта сохранять свою направленность внимания и сохранять бдительность на раздражители в течение длительных периодов времени 24; Декременты в бдении, как правило, наблюдается с истечением времени при выполнении задания на внимание, связанных с. В человеческом PVT, Декременты в бдении оцениваются с помощью изменения средней скорости (т.е., 1 / RT) в течение долгого времени выполнения задачи (например, через последовательные промежутки времени в течение каждой сессии PVT).Подобная мера может быть получена из данных rPVT , где скорость реакции (то есть, 1 / RT) рассматривается как функция времени в интервале задач путем деления rPVT сеанса 30 мин в 5 бункерах 6 мин: 1) 0 - 6 мин, 2) 6,1 - 12 мин, 3) 12,1 - 18 мин, 4) 18,1 - 24 мин, и 24,1 - 30 мин и черчения данные в зависимости от каждого временного бункера (Рис 6). Как видно в человеческом PVT, скорость реакции крыс уменьшается с течением времени на задачи, что указывает на декремент или бдительности снижение производительности как количество времени , выполняющего задачи увеличивается (рисунок 4). Любая мера производительности rPVT (например, процент изменения в правильном реагировании, преждевременно отвечать на запросы, или упущения) можно рассматривать как функцию времени , на задачи 20.

Переменная Foreperiod Эффект

Для оценки изменений в производительности в зависимости от индивидуальной переменной Foreperiod длительности, каждая мера производительности (например, точность, промахи, РЦ) усредняется для каждого foreperiod; Таким образом, процент провалов на 4-секундный foreperiod будет состоять из среднего числа провалов записываются после всех значений foreperiod между 3 - 4 с; аналогичным образом, покадровой данные в течение 5 с foreperiod будет состоять из среднего числа провалов, записанных после всех значений foreperiod между 4,1 - 5 с, и так далее. Это такой тип результатов анализа в 7 foreperiod бункерах (см ниже и на рисунке 7), с приблизительно 30 испытаний происходящий в бункере в нормальной сессии 200 испытаний. В человеческом PVT, например, при коротких foreperiods (или короткие промежутки времени отклика стимул, называемый RSI - х в человеческой литературе), РЦ длиннее и впадает все меньше, в то время как при более длительных интервалах РЦ короче и фальстарта чаще 22. Эти эффекты, как представляется, не зависит от времени субъекта по выполнению задач и предоставить другой способ Investigating индивидуальной работы PVT. А повторных измерений ANOVA, выявили значительное внутрилотовая субъектов основной эффект от Foreperiod на процент правильного реагирования [F (6,600) = 33.876, р <0,05], медиана RT [F (6,600) = 57.667, р <0,05], преждевременно отвечать на запросы (или ложных срабатываний) [F (6,600) = 139,776, р <0,05] и промахи [F (6,600) = 9,814, р = 0,002]. Процент правильно отвечать на запросы была самой низкой на 10 сек значение foreperiod по сравнению со всеми другими foreperiods (все значения р <0,05). Срединные РЦ были самой длинной в 4 сек значение foreperiod (все значения р <0,05) Преждевременное ответа был самым низким в 4 сек значение foreperiod и самое высокое на 10 сек значение foreperiod (все значения р <0,05), в то время как промахи были наибольшими в 4 сек значение и самый низкий в 10 сек значение foreperiod (все значения р <0,05). На рисунке 6 показаны эти различия для крыс , выполняющих rPVT, так что производительность при более низких значениях foreperiod медленнее и содержит больший процент провалов, но , как то foreperiod увеличивается, правильно реагировать уменьшается, а РЦ быстрее и процент преждевременных откликов возрастает. Эти данные показывают скорость, точность Компромисс как субъекты должны ждать дольше для освещения стимула света.

Рисунок 1
Рисунок 1. Схема процедуры rPVT. Основные меры реагирования о rPVT обозначены коробки и стрелы с сплошными линиями, и описаны в тексте под заголовком "Основные меры». Ложные тревоги преждевременные реакции, которые происходят только в пределах серой затененной области. Провалы являются правильными испытания с больше, чем в среднем латентности ответа плюс промаха. Смотрите раздел "Дополнительные меры, вычисленных" для более подробно; Смотри также Дэвис и др. 20 подробную таблицу этих показателей эффективности. Эта цифра впервые появилась в Davis и др. 20.TTP: //ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54629/54629fig1large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2. Схема rPVT Pretraining и учебных шагов. Pretraining процедура формирует нос совать отклик со стороны экспериментатора доставляемого арматуры, который переключает к компьютерным доставляемого подкрепления после того, как крысы, надежно совать ключ нос совать. Крысы перемещаться по rPVT учебных шагов на основе их собственных индивидуальных выступлений в каждой сессии. Весь процесс от pretraining к завершающей стадии подготовки кадров требует около 12 дней. После того, как на этапе 4.9, стабильные базовые характеристики требуют примерно 4 дополнительных сеансов для поддержания процентов правильно отвечать на запросы выше 75% (см Базовый уровень rPVT спектаклей); общее количество дней / сеансов, необходимых для достижения критериев эффективности является приближеннымLY 16 сеансов. RFT = укрепление. FP = foreperiods. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3
Рисунок 3. Базовый уровень rPVT выступлений в мужском Long Evans Крысы. Показаны проценты правильно отвечать на запросы, провалы во внимании, и преждевременно отвечать на запросы через последовательные сеансов для п = 122 крыс. Данные для промахов приведены для сравнения с мерой покадровой; более половины провалами во внимание фактически пропустил испытания, а остальные пропущенные испытания были усилены (то есть "правильные") испытания , но и испытания , в течение которого время реакции испытуемого было в два раза (или больше) крысы средний RT для конкретного сеанса (то есть, определяется как промежуток во внимание). Данные рoints показанные для сессии # 1 показывают выступления во время первой полномасштабной сессии для каждой крысы, выполняющего при конечных параметров производительности. На основании приблизительных 200 правильных испытаний на каждую сессию, диапазоны средних абсолютных значений для различных мер, изображенных здесь через 80 сеансов следующим образом: процент правильного реагирования: 144 - 166 пробы; процентов промахи: 26 - 40 испытаний; процентов преждевременно отвечать на запросы: 14 - 20 испытаний; процент промахов: 12 - 20. Столбики ошибок = ± SEM. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. Показатели эффективности Среднее rPVT для мужчин и женщин Long Evans Крысы и мужчина C57BL / 6J мышей. Процентное соотношение правильных, ответившие ложных срабатываний и провалы, средний d 'премьер, и срединные Reacti на время для самцов крыс (п = 122), у самок крыс (п = 5) и мышей (п = 4), выполняющих rPVT в ежедневных сеансов (M - F). После pretraining и подготовки rPVT фаз, грызуны выполняют rPVT на том же уровне. Большинство мер, аналогичны, за исключением того, что время реакции для мышей медленнее, чем для обоих самцов и самок крыс. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5
Рисунок 5. Задержка отклика Распределения для Крысы , выполняющей rPVT похожи на Людей , выполняющей PVT. Показаны распределения задержки , наблюдаемые для мужчин и женщин , выполняющих человеческую PVT (перерисован от Блаттер и др. 25), наряду с задержками распределений для самцов и самок крыс , выполняющих rPVT. Файлы / ftp_upload / 54629 / 54629fig5large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6
Время Рисунок 6. крысиные на целевой кривой для скорости (1 / RT) аналогично Скорость для человека , выполняющего 10 мин версии от PVT. Слева: среднее время на функции задач для работоспособности человека в 7-минутного сеанса PVT перерисованы от Rayman и Ван Someren 26. Право: среднее время на функции задачи для крыс (п = 122) , выступающих в 30-минутных сессий rPVT. Способом, аналогичным характеристиками работоспособности человека, существуют минимальные изменения скорости через сеанса у здоровых людей и у нормальных крыс. На этот раз на функции задач обеспечивает базовый уровень , который можно было бы манипулировать лишением сна, и т.д.. Столбики ошибок на обоих графиках ± SEM.tp_upload / 54629 / 54629fig6large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7
Рисунок 7. Переменная Foreperiod Эффект проявляется в rPVT Поведенческие исполнениям. Средние еженедельные выступления крыс (n = 122) на процент правильных отвечает, среднее время реакции, преждевременно отвечать на запросы и провалы во внимании. Данные представлены в виде зависимости от длительности переменной foreperiod, т.е. "время ожидания" до требуемого стимула света , идущего сверху. Крысы медленнее, но более точным на более коротких foreperiods, в то время как они быстрее, но излучают более преждевременные ответы и менее точны при больших foreperiods. Например, сравнивая выступления на foreperiod в 4 секунды до тех на 10 сек foreperiod, крысы имеют больше медианы РТС на 4 секунды foreperiod (~ 550 мс vs. ~ 400 мс при 10 с Foreperiod), больше промахи (~ 30% по сравнению с ~ 10% на 10 сек foreperiod), и более правильно отвечать на запросы (~ 80% по сравнению с ~ 70% на 10 сек foreperiod), но меньше преждевременных ответов (~ 1% против . ~ 25% на 10 сек foreperiod). Таким образом, крысы медленнее, но более точным на более коротких foreperiods, и быстрее, но менее точны в более длинных foreperiods. Усы = ± SEM. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Методология, описанная здесь, приводит к rPVT характеристик у крыс, которые сравнивают благоприятно во многих аспектах к типичной производительности PVT сообщили в человеческой литературе. Использование настоящей методики, можно быстро обучить крыс выполнять rPVT, и рабочие характеристики, полученные с помощью этих методов , характеризуются четкими различений (т.е. высокий уровень правильного реагирующих, низкий уровень преждевременными отвечать на запросы и провалами). Кроме того, время реакции распределения , полученные с rPVT весьма подобны тем , которые наблюдаются у людей , выполняя PVT 12 (рисунок 5), равно как и частоты преждевременными отвечать на запросы и упущения (например, как показано для подростков по Beijamini и др. 27). И, наконец, аналогами как на человека длительное пребывание на задаче и переменным интервалом foreperiod (т.е. RSI) эффекты , наблюдаемые у людей также можно увидеть , когда грызуны выполняют rPVT (см рис 6 7, соответственно). Такая высокая степень сходства между человеком и грызунами выступлений на задаче PVT дает rPVT явное преимущество для использования в качестве доклинической методики исследований, в частности, для трансляционных исследований, которая фокусируется на внимание / бдительности.

При принятии rPVT для грызунов, исследователи должны рассмотреть несколько вещей, которые могут повлиять на продолжительность обучения и способность грызунов успешно приобрести rPVT, в том числе параметров, используемых для установления основные характеристики, типы подкреплений, а также от пола и деформаций предметов, используемых , Параметры, описанные выше, обеспечивают способ, с помощью которого крысы могут быть легко обучаемый в течение короткого промежутка времени, чтобы приобрести rPVT. Например, обработка крыс совать ключ нос совать занимает примерно 2 - 3 мин 30 сеансов, обработка с последующим приблизительно 2 недель ежедневных (M - F) автоматизированные учебные занятия для крыс, чтобы достичь критериев приобретения. В среднем, мужчиныДлинные крыс Эванс нужны 9.0 автоматизированные учебные занятия для достижения этих критериев, но иногда некоторые крысы займет больше времени и медленнее, чтобы сделать это через автоматизированных сессий. Обеспечение того, чтобы крысы достижения и поддержания их целевых веса поможет минимизировать количество сеансов, необходимых для достижения критериев. Кроме того, большинство параметров rPVT могут быть изменены, чтобы максимизировать обучение, в том числе общее количество испытаний, продолжительности foreperiods, ограниченного значения удержания, длительность тайм-аута и длительность ITI. Крысы обычно демонстрируют более высокий процент правильных ответов при обучении начинается и foreperiods низкие (например, 2 - 5 сек). После того, как foreperiods увеличить выше 5 с, большинство крыс будет показывать уменьшение процента правильных испытаний, а также последующее увеличение преждевременных реакций, так как они учатся последовательно ждать ключа нос совать освещаемой перед испусканием ответ. По мере продвижения крыс, есть опять постепенное увеличениепроцент правильных ответов, как foreperiods приближаются 9 - 10 с. После перехода крыс к случайным образом представленных foreperiods, выступления рядом критериев приобретения (например, 65 - 80% правильных ответов ). В некоторых случаях, некоторые крысы будут отображаться больший процент преждевременных реакций, которые могут быть уменьшены за счет увеличения длительности тайм-аута, таким образом, что, когда крысы реагируют рано, возможность заработать подкрепление задержится.

По сравнению с другими версиями rPVT в литературе, текущий протокол тренируется поведенческие представления, которые характеризуются меньшим количеством преждевременных реакций и большее число правильных ответов. Изменения в текущем протоколе относительно других опубликованных исследований, скорее всего, причины усиления контроля стимула поведения. Наш протокол поездов грызунами реагировать только при наличии стимула света, потому что освещение стимула света надежно предсказывает наличие арматуры. То есть,отвечая на нос совать ключевые результаты в подкрепление только если ответ сделан в то время как ключ с подсветкой; Таким образом, стимул свет становится дискриминационным стимул (S D) , который надежно сигнализирует о наличии арматуры, и отвечать на запросы на ключе нос совать находится под высокой степенью контроля стимула. Одной из возможных причин этого является использование более переменным интервалом foreperiod (3 - 10 лет, по сравнению с 3 - 7 сек в других исследованиях) и более короткий правильный интервал отклика (1,5 с, по сравнению с 2,5 - 3,0 с в других исследованиях) , что значительно снижает вероятность животное правильно реагирует на суде случайно. Кроме того, в других опубликованных версиях rPVT, грызуны могут заработать подкрепление для реагирования в течение 0,5 с стимула светового освещения или в течение 2,5 с ограниченной удержания после того, как раздражитель свет был потушен. Этот тип ограниченного трюма , что позволяет армирование в отсутствие гипотетического S D на самом деле ослабляет effectiveneсс стимула света как S D , потому что свет не надежно предсказать наличие арматуры. То есть, крысы усилены для некоторых прессов, которые возникают при освещении источника света, учитывая его короткую продолжительность, а также для многих прессов после того, как свет был потушен. При изучении поведения крыс в предыдущих версиях rPVT, есть почти одинаковое количество правильных и преждевременных ответов, что свидетельствует о том , что стимул света не служит в качестве S D и субъекты реагируют на ключ в более случайным образом. Кроме того, режим тренировок подробно описано в 4.1 - 4.6, выставляет животное ко всем возможным foreperiods до базовых представлений, что не было сделано в предыдущих версиях rPVT. Кроме того, шаги 4.7 - 4.9 постепенно вновь ввести нижние foreperiods, чтобы предотвратить предметы от простого реагирования на более короткие сроки и опуская или оказывающей преждевременно испытаний с более длительными foreperiods. Вместе эти Protocoл изменения увеличивают вероятность того, что стимул света станет сильным S D , который контролирует реагирует через различные foreperiods, вместо слабого S D , что минимально отвечающего средства управления (например, реакции часто происходят в отсутствие S D).

Используя шаги протокола , описанные здесь, мы подготовили различные штаммы крыс (т.е. Long Evans, Fischer 344, и Льюис) 28, мужские и женские крыс Long Evans, и самцы C57BL / 6J мышей с аналогичным уровнем производительности. В то время как различные штаммы крыс были использованы для большинства других ранее опубликованных исследований, Оонк и его коллеги 17 используют самцов крыс Long Evans и произвел поведенческие характеристики много как у Кристи и коллег 15,16. Эти данные показывают, что параметры обучения, используемые, вероятно, более важно для более низких преждевременных реакций, чем штамм крысы или пола, используемой. Независимо от того, напряжение и пол тон субъекты являются важными переменными, которые следует учитывать. В то время как можно обучить большинство штаммов крыс или мышей в rPVT, исследователи должны изучить ход подготовки своих подданных ежедневно и изменять параметры соответствующим образом для достижения стабильных поведенческих базовых линий. Например, при обучении самок крыс Long Evans, общее количество испытаний имеющихся должно быть уменьшено, так как у самок крыс не потребляют столько пищи, сколько самцов крыс Long Evans. Мы обнаружили это поведение путем изучения проб с помощью следственных самок крыс "выступления , чтобы увидеть , что после того, как они заработали, в среднем, 7 г пищи, они перестали отвечать на запросы из - за пресыщения (то есть большое количество промахов, без правильных испытаний или преждевременным ответов). Общее количество проб было снижено с 200 до 150, затем уменьшая количество пищи, которую можно было заработать от 9 г до 6,75 г. С меньшим количеством пробного, у самок крыс Long Evans поддерживали средние базовые представления, которые были эквивалентны самцам крыс Long Evans. MПараметры ОЗТ в рамках программы rPVT могут быть изменены, чтобы максимизировать представления, в том числе использование более, чтобы для крыс с большей долей преждевременных реакций. Таким образом, мониторинг средних дневных спектаклей, в дополнение к исследующих внутри сессионных выступлений, имеет решающее значение для минимизации количества времени подготовки, необходимой, особенно при подготовке нового штамма или иного пола, чем обычно используется.

Тип и количество подкреплением используется дополнительный вопрос, чтобы рассмотреть. В нашем случае, стандартные чау пищевые гранулы являются эффективным подкреплением, в первую очередь потому, что поддержание крыс при 85 - 90% от их веса свободного кормления легко сделать в лаборатории, держит крыс здоровыми в течение длительных исследований, и результаты в последовательной поведенческие выступления от сессии к сессии. В соответствии с этим режимом кормления, у нас было крыс, выполняющих rPVT на последовательных уровнях почти год и способны отслеживать экспериментально индуцированных и возрастные изменения в спектаклях.Было показано , что в других простых процедур времени реакции (SRT), латентности ответа часто меняются в обратной зависимости от частоты или величины усиления 29,30. Например, когда подкрепление подается с перерывами, или количество упрочнитель уменьшается (например, меньший размер гранул или ниже , раствор сахарозы в процентах) Задержки ответ может быть больше. Хотя в настоящее время метод не включает в себя измененные параметры армирования, эти вопросы легко могут быть рассмотрены в rPVT, просто изменяя тип подкреплением , используемый и как это подкреплением поставляется (например, каждый правильный пробный армированные, каждый третий правильное испытание армированные, и т.д. .).

Как и в других моделях животных человеческого поведения, существуют ограничения на rPVT. Например, можно утверждать , что некоторые поведенческие модели , описанные здесь , (например, время на изменения задач) являются функцией сытости; Тем не менее, ближе экзаменахна поведение демонстрирует из грызунов предполагает, что сытость не является фактором. Например, сытость во время сессии поведенческой может произойти, учитывая, что крысы могут заработать до 9 г пищи в течение 30 мин. Как было описано выше, это был опыт работы с самок крыс Long Evans, и требуется внесения изменений в общем объеме пищи, которые могут быть получены. При рассмотрении ежедневные выступления на суде-на-экспериментальной основе, следует позаботиться , чтобы убедиться , что все крысы распространяют ответы (то есть, исправляет, недоношенных и промахов) одинаково по всей сессии, например, большие блоки опущенных испытаний вблизи конца сессии, например, будет означать сытости. Если влияние времени на задачи стало результатом пресыщения ближе к концу сессии, однако, можно было бы также ожидать процентов правильно реагировать на снижение и пропуски для увеличения. Тем не менее, процент правильно ответивших поддерживается на том же уровне , через 30 мин сессии 20; и в то время как промахи увеличивают как SESSion прогрессирует, это увеличение состоит из медленнее правильных ответов, а не пропущенные испытания (или пропущено испытания). Таким образом, субъекты поддерживают высокие уровни реагирования на всей сессии с параметрами и корректировки, описанных выше.

Одним из важных вопросов связанных с пищевыми продуктами рассмотреть вопрос о том , что лишение сна как известно, увеличивает потребление пищи и что пищевые армированных задачи гипотетически недооценивать негативные последствия лишения сна на поведение 31, принимая во внимание противоположные эффекты на поведение. Несколько исследований изучали этот hyperphagic эффект депривации сна, и кобанская и коллег - 32 пришел к выводу , что лишение сна индуцированных гиперфагия не происходит с короткими графиками лишения (т.е. <5 дней), но является функцией долгосрочного лишения сна (т.е. ,> 6 дней). Хотя этот вопрос конкретно не рассматривается в этой рукописи, можно использовать текущую процедуру для определения Iе эти эффекты воздействия производительности. Во-первых, краткосрочные и долгосрочные графики лишение сна необходимо будет оценить в rPVT, чтобы определить, есть ли у них было одинаковое влияние на производительность. Если лишен сна у крыс были голоднее , чем обычно (т.е. голоднее , чем уровень голода с нормальным ограничением пищи), было бы гипотетически негативно повлиять на их производительность, но не приводят в спектаклях, которые лучше , чем их уровни базового уровня производительности. В то время как увеличение голода может увеличить скорость , с которой крысы приобретения учебных задач, чрезмерный голод в текущей версии rPVT обычно приводит в спектаклях , которые испытывают недостаток поведенческого контроля, то есть представлений , характеризующихся большим количеством преждевременных реакций и очень быстрых мер РТ, в том числе многие РЦ на уровне или ниже 150 мс (т.е. случайных ответов). В то время как обучение крыс в текущей версии rPVT, мы иногда наблюдали у крыс испуская чрезмерного преждевременного реагирования и очень фай RT меры во время обучения; в этих случаях, увеличивая общее выделение пищи крысы, часто приводит к снижению преждевременной отвечать на запросы и стабилизированных латентности RT.

RPVT описанный здесь обеспечивает поступательную платформу для использования в различных экспериментальных парадигм, включая эффекты поражений, краткосрочных или долгосрочных фармакологических манипуляций и генетических модификаций. Учитывая, что человек PVT была разработана для оценки производительности следующее лишение сна, то rPVT обеспечивает простую платформу для исследования основополагающих биологических механизмов, связанных с лишением сна, нарушения, или хроническим ограничением сна. Например, время на задаче и отклика стимула интервальных эффекты легко измеримы в этой версии rPVT у нормальных крыс, по сравнению с другими опубликованных версий 17, что обеспечивает стабильный базовый уровень экспериментально манипулировать этими показатели производительности с изменениями в продолжительности сна. Принимая во внимание, что сонлишение в организме человека влияет только время на эффекте задачи , а не эффект интервал отклика стимула (переменная foreperiod эффект здесь) 22, то rPVT может быть использован для изучения биологических лежащих в основе механизмов , ответственных за дифференцированных последствий лишения сна на нейроповеденческого производительности. RPVT особенно полезно для долгосрочных экспериментальных манипуляций, потому что крысы поддерживать стабильные выступления в течение нескольких месяцев, что позволяет установить 1) нормальный базовый уровень производительности, 2) экспериментально изменения, что базовый уровень, и 3) оценку базового уровня после того, как экспериментальные манипуляции закончилась , без необходимости в дополнительных группах крыс.

Несмотря на многие сходства между грызунами и человеческих представлений о PVT, существуют различия, которые существуют. Эти различия вытекают прежде всего из необходимости явных случайностей арматуры с крысами для того, чтобы формировать и поддерживать точные и надежные rPVT реrformances, в то время как в организме человека использование надлежащего контроля является учебным все, что требуется для того, чтобы получить хорошие PVT характеристики. Например, наблюдаемые различия в человеческом против реакции крысы время выступления, вероятно , связано как с использованием армирующих нештатных против учебного контроля, а также очевидные топографические различия в реагировании для человека и крыс (например, палец краны против nosepokes) , Время реакции человека, как правило, на 50% короче, по сравнению с крысами, и люди, как правило, предписано производить как быстрое время реакции, как это возможно. В то время как эти инструкции могут также быть сделаны явными в исследованиях на животных с помощью случайностей арматуры (например, с помощью только усиливающих ответы , которые соответствуют конкретной, короткой задержкой требование 29,33-35), использование таких непредвиденных обстоятельств может значительно удлинить необходимое время для время поезд животных 34,36,37. Кроме того, rPVT сеансов 30 мин, но человек PVT sessions составляет от 3 - 10 мин, в зависимости от того, какая версия PVT используется. Это различие необходимо учитывать при попытке воспроизвести параметры производительности человека в задаче с грызунами.

Таким образом, rPVT является полезным инструментом при исследовании эффектов широкого спектра переменных на производительность бдительности, что выгодно отличается от человеческого PVT, может служить инновационной трансляционной платформой для изучения основ индивидуальной уязвимости к нейроповеденческих нарушений, а также для разработке потенциальных профилактика, меры противодействия, а также способы лечения нейроповеденческих дисфункций.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Modular rat operant chamber with stainless steel grid floor Med Associates ENV-008 Med Associates Inc.
PO Box 319
St. Albans, Vermont 05478,
USA
Phone: (802) 527-2343
Sound attenuating chamber  Med Associates ENV-022MD Houses rat operant chamber
Houselight for rat Med Associates ENV-215M
1" diameter rat nose poke response key Med Associates ENV-119M-1
Pellet receptacle, trough type Med Associates ENV-200R2M
Modular pellet dispenser for rat, 45-mg Med Associates ENV-203M-45
PCI Operating package for up to 8 operant chambers Med Associates MED-SYST-8
SmartCtrl Med Associates DIG-716P1 This catalog number has 8 outputs and 4 inputs which is the minimum needed to run the rPVT; SmartCtrl can also be purchased with 16 outputs and 8 inputs for more flexibility
Med-PC IV software Med Associates SOF-735
PC computer with PCI card slot Any manfacturer (e.g., Dell) Use of the PCI operating package requires a computer with a PCI card slot. Systems that use PCIe are available. Contact Med Associates for details.
Dustless Precision pellets 45-mg rodent grain-based diet Bio Serv FO165 Bio-Serv
One 8th Street, Suite 1
Frenchtown, NJ 08825, USA
Phone: (800)-996-9908;   Standard chow pellets are commonly used. Different pellets (e.g., sucrose) can be acquired from Bio Serv.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dinges, D. F., Orne, M. T., Whitehouse, W. G., Orne, E. C. Temporal placement of a nap for alertness: contributions of circadian phase and prior wakefulness. Sleep. 10, 313-329 (1987).
  2. Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analyses of performance on a portable, simple visual RT task during sustained operations. Behav Res Method Inst Comp. 17, 652-655 (1985).
  3. Kribbs, N. B., et al. Effects of one night without nasal CPAP treatment on sleep and sleepiness in patients with obstructive sleep apnea. Am Rev Respir Dis. 147, 1162-1168 (1993).
  4. Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34, 581-591 (2011).
  5. Basner, M., Mollicone, D., Dinges, D. F. Validity and Sensitivity of a Brief Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) to Total and Partial Sleep Deprivation. Acta Astronaut. 69, 949-959 (2011).
  6. Dinges, D. F., et al. Cumulative sleepiness, mood disturbance, and psychomotor vigilance performance decrements during a week of sleep restricted to 4-5 hours per night. Sleep. 20, 267-277 (1997).
  7. Drummond, S. P., et al. The neural basis of the psychomotor vigilance task. Sleep. 28, 1059-1068 (2005).
  8. Jewett, M. E., Dijk, D. J., Kronauer, R. E., Dinges, D. F. Dose-response relationship between sleep duration and human psychomotor vigilance and subjective alertness. Sleep. 22, 171-179 (1999).
  9. Lim, J., Dinges, D. Sleep deprivation and vigilant attention. Ann N Y Acad Sci. 1129, 305-322 (2008).
  10. Van Dongen, H. P., Dinges, D. F. Sleep, circadian rhythms, and psychomotor vigilance. Clin Sports Med. 24 (2), 237-249 (2005).
  11. Van Dongen, H. P., et al. Caffeine eliminates psychomotor vigilance deficits from sleep inertia. Sleep. 24 (7), 813-819 (2001).
  12. Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168 (2), 312-317 (2006).
  13. Lim, J., Dinges, D. F. Sleep deprivation and vigilant attention. Annals of the New York Academy of Sciences. 1129, 305-322 (2008).
  14. Basner, M., et al. Mars 520-d mission simulation reveals protracted crew hypokinesis and alterations of sleep duration and timing. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 2635-2640 (2013).
  15. Christie, M. A., et al. Microdialysis elevation of adenosine in the basal forebrain produces vigilance impairments in the rat psychomotor vigilance task. Sleep. 31, 1393-1398 (2008).
  16. Christie, M. A., McKenna, J. T., Connolly, N. P., McCarley, R. W., Strecker, R. E. 24 hours of sleep deprivation in the rat increases sleepiness and decreases vigilance: introduction of the rat-psychomotor vigilance task. J. Sleep Res. 17, 376-384 (2008).
  17. Oonk, M., Davis, C. J., Krueger, J. M., Wisor, J. P., Van Dongen, H. P. Sleep deprivation and time-on-task performance decrement in the Rat Psychomotor Vigilance Task. Sleep. 38, 445-451 (2015).
  18. Loomis, S., McCarthy, A., Edgar, D., Tricklebank, M., Gilmour, G. Behavioural evidence that modafinil and amphetamine do not produce equivalent qualities of wake promotion in sleep-restricted rats. Sleep Medicine. 14, Supplement 1 185 (2013).
  19. Deurveilher, S., Bush, J. E., Rusak, B., Eskes, G. A., Semba, K. Psychomotor vigilance task performance during and following chronic sleep restriction in rats. Sleep. 38, 515-528 (2015).
  20. Davis, C. M., Roma, P. G., Hienz, R. D. A rodent model of the human psychomotor vigilance test: Performance comparisons. J Neurosci Methods. 259, 57-71 (2016).
  21. Lim, J., et al. Imaging brain fatigue from sustained mental workload: an ASL perfusion study of the time-on-task effect. Neuroimage. 49, 3426-3435 (2010).
  22. Tucker, A. M., Basner, R. C., Stern, Y., Rakitin, B. C. The variable response-stimulus interval effect and sleep deprivation: an unexplored aspect of psychomotor vigilance task performance. Sleep. 32, 1393-1395 (2009).
  23. Skinner, B. F. The behavior of organisms: an experimental analysis. , Appleton-Century-Crofts. (1938).
  24. Warm, J. S., Parasuraman, R., Matthews, G. Vigilance requires hard mental work and is stressful. Hum Factors. 50, 433-441 (2008).
  25. Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168, 312-317 (2006).
  26. Raymann, R. J., Van Someren, E. J. Time-on-task impairment of psychomotor vigilance is affected by mild skin warming and changes with aging and insomnia. Sleep. 30, 96-103 (2007).
  27. Beijamini, F., Silva, A. G., Peixoto, C. A., Louzada, F. M. Influence of gender on psychomotor vigilance task performance by adolescents. Braz J Med Biol Res. 41, 734-738 (2008).
  28. Davis, C. M., DeCicco-Skinner, K. L., Hienz, R. D. Deficits in Sustained Attention and Changes in Dopaminergic Protein Levels following Exposure to Proton Radiation Are Related to Basal Dopaminergic Function. PLoS One. 10, 0144556 (2015).
  29. Stebbins, W. C. Response latency as a function of amount of reinforcement. J Exp Anal Behav. 5, 305-307 (1962).
  30. Stebbins, W. C., Lanson, R. N. Response latency as a function of reinforcement schedule. J Exp Anal Behav. 5, 299-304 (1962).
  31. Christie, M. A., McCarley, R. W., Strecker, R. E. Twenty-four hours, or five days, of continuous sleep deprivation or experimental sleep fragmentation do not alter thirst or motivation for water reward in rats. Behav Brain Res. 214, 180-186 (2010).
  32. Koban, M., Sita, L. V., Le, W. W., Hoffman, G. E. Sleep deprivation of rats: the hyperphagic response is real. Sleep. 31, 927-933 (2008).
  33. Moody, D. B. Animal Psychophysics, The Design and Conduct of Sensory Experiments. Stebbins, W. C. , Appleton-Century-Crofts. 277-302 (1970).
  34. Pfingst, B. E., Hienz, R. D., Kimm, J., Miller, J. M. Reaction-time procedure for measurement of hearing I. Suprathreshold functions. J Acoust Soc Am. 57, 421-430 (1975).
  35. Stebbins, W. C. Auditory reaction time and the derivation of equal loudness contours for the monkey. J Exp Anal Behav. 9, 135-142 (1966).
  36. Hienz, R. D., Weerts, E. M. The Baboon in Biomedical Research. VandeBerg, J. L., Williams-Blanger, S., Tardif, S. D. , Springer. (2009).
  37. May, B. J., Huang, A. Y., Aleszczyk, C. M., Hienz, R. D. Methods of Comparative Acoustics. Klump, G. M., Dooling, R. J., Fay, R. R. , Birkhauser Verlag. 95-108 (1995).

Tags

Поведение выпуск 118 PVT Внимание Бдительность Радиация Суточный нарушения Крыса время на задаче ответ-стимул интервал эффект сон rPVT Мыши
Грызун психомоторного Бдительность Test (rPVT): Метод оценки психофизиологические качества у крыс и мышей
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Davis, C. M., Roma, P. G., Hienz, R. … More

Davis, C. M., Roma, P. G., Hienz, R. D. The Rodent Psychomotor Vigilance Test (rPVT): A Method for Assessing Neurobehavioral Performance in Rats and Mice. J. Vis. Exp. (118), e54629, doi:10.3791/54629 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter