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Neuroscience

Écran tactile Sustained Attention spéciale (Sam) pour les Rats

Published: September 15, 2017 doi: 10.3791/56219

Summary

Une attention soutenue ou la surveillance en continu des événements intermittents et imprévisibles, des situations est un aspect crucial de la cognition. Ici, nous détaillons comment tester une attention soutenue chez les rats à l’aide de chambres opérante à écran tactile. Nous démontrons des performances comparables chez les rats mâles et femelles, ce qui rend cette tâche utile pour l’étude de l’attention chez les deux sexes.

Abstract

Une attention soutenue est la capacité de surveiller les événements intermittents et imprévisibles pendant une période prolongée de temps. Ce processus attentionnel régit les autres aspects de la cognition et certain sur le développement neurologique, neuropsychiatrique, est rompu et les troubles neurodégénératifs. Ainsi, il est cliniquement important d’identifier les mécanismes qui nuisent et améliorer une attention soutenue. Ces mécanismes sont souvent d’abord découverts à l’aide de modèles de rongeurs. Par conséquent, plusieurs procédures de comportement pour tester les aspects d’une attention soutenue ont été développés pour les rongeurs. On a, tout d’abord décrit par Mohamed et Sarter (1995), appelé la tâche de l’attention soutenue (SAT), forme des rats pour distinguer le signal (c.-à-d., brève présentation de lumière) et les essais non-signal. Les signaux sont courts et nécessitent donc une attention particulière à être perçu. Attentionnelles demandes peuvent être augmentées plus loin en introduisant un distracteur (p. ex., clignotant houselight). Nous avons modifié cette tâche pour écran tactile opérante chambres, qui sont configurés avec un écran tactile sur un mur qui peut présenter des stimuli et des réponses Records. Ici, nous détaillons notre protocole pour Sam dans les chambres de l’écran tactile. En outre, nous présentons les mesures standard de performance dans les rats Sprague-Dawley mâles et femelles. Des performances comparables sur cette tâche dans les deux sexes met en évidence son utilisation pour les études de l’attention, surtout que davantage de chercheurs est notamment des rongeurs femelles dans leur conception expérimentale. En outre, la mise en œuvre facile de la SAT pour les chambres tactile de plus en plus populaire augmente son utilité.

Introduction

Troubles allant du trouble d’hyperactivité avec déficit attention (TDAH) à la maladie d’Alzheimer, la schizophrénie partage attentionnel déficiences comme une caractéristique1,2,3. Déficits de l’attention soutenue — la possibilité de surveiller en permanence une situation pour événements intermittents et imprévisibles — sont particulièrement perturbateur, parce qu’une attention soutenue est cruciale pour l’attention sélective et partagée, ainsi qu’autres cognitive processus4,5. Même chez les personnes saines, difficulté à soutenir l’attention négativement affecte cognition, portant atteinte à jour fonction6. Ainsi, comprendre les fondements neurobiologiques de l’attention soutenue et comment elle devient dysrégulation pourrait conduire à des interventions pour améliorer la cognition qui profiterait à beaucoup de gens.

Afin de délimiter des circuits et des processus moléculaires qui contribuent au bon contre attention perturbée, de nombreux chercheurs se sont tournés vers des modèles animaux non-humains, où la manipulation des populations de cellules spécifiques et des processus moléculaires au cours de l’attention tâches est possible. Les efforts ont mené à l’élaboration d’une variété de tâches attention opérante qui peut évaluer la capacité de maintenir l’attention7,8,9,10. Un tel paradigme, développé par Mohamed et Sarter (1995), est connu comme la tâche de l’attention soutenue (SAT). Rongeurs formés dans SAT doivent distinguer les essais de signal, dans lequel un signal lumineux clignote brièvement, provenant d’essais non-signal. Attentionnelles demandes peuvent être augmentées en introduisant une distraction visuelle (clignotant houselight)10. Les paramètres critiques pour évaluer l’attention SAT sont bien documentés et cette tâche a été validée chez les rats mâles et femelles et de souris10,11,12. Une version a même été adaptée pour l’homme, mettant en évidence l’utilité translationnelle de SAT13. Ce qui est important, l’utilisation de cette tâche a contribué à impliquer le système de corticopetal du cerveau antérieur basal dans une attention soutenue,4. Plus précisément, les neurones cholinergiques dans le nucleus basalis de Meynert (NBM) / substantia inominata (SI) région du prosencéphale basal qui se projettent vers le cortex préfrontal sont importants pour les hits, qui sont des réponses précises sur signal essais14, 15. En revanche, les neurones GABAergiques dans cette région sont considérés comme médiation de performance lors des rejets correctes (CRs), qui sont des réponses précises sur les essais non-signal16. Une fois que le circuit de base pour cette tâche a été créé, les facteurs qui modulent ce circuit pour altérer l’attention allant des hormones du stress aux protéines neurotoxiques ont été identifié17,18. Collectivement, ces études mettent en évidence l’utilité de la SAT.

Une des limites à mettre en œuvre SAT en laboratoire sont que la procédure d’origine nécessite chambres opérante en permanence configurés pour la tâche, avec une lumière de panneau de centre et deux leviers extensibles, on a désigné pour visites et un pour CRs10. Sur un essai de signal, le panneau lumineux s’allume brièvement et étendent des leviers pour indiquer une fenêtre de réponse s 4. Au cours de cette fenêtre, si vous appuyez sur le levier de succès désigné, puis le rat reçoit une récompense (nourriture ou l’eau). Presses à levier incorrecte sur les essais de signal, appelées mesdemoiselles, ne sont pas récompensés. Essais non signalé, le panneau lumineux reste éteint, puis leviers sont étendus. Alors qu’un CR est récompensée, presses à levier incorrecte sur les essais non signalé, appelées fausses alarmes, ne sont pas récompensés. Un défaut d’effectuer toute intervention pendant la fenêtre de réponse est considéré comme un oubli. Pour faciliter l’accès du SAT, nous avons récemment modifié la tâche pour écran tactile opérante chambres, où un mur est un écran tactile qui peut aussi bien afficher des stimuli visuels et record nez-poke réponses19. Écran tactile chambres deviennent populaires en raison de leur polyvalence pour exécuter diverses tâches (p. ex., les associés associé d’apprentissage, l’apprentissage de l’inversion, etc.) avec une pièce d’équipement de20. Semblable à d’autres procédures écran tactile20,21,22, notre adaptation de SAT nécessite l’utilisation d’une housse tactile en plastique opaque, appelée un masque, avec trous découpés dedans. Un trou circulaire central permet la présentation d’un signal en présentant un stimulus blanc sur l’écran derrière lui, et deux secteurs d’intervention carrés, on a désigné pour visites et pour les CRs, laisser le rat à faire toucher les réponses19. Dans les chambres traditionnelles, la fenêtre de réponse 4 s est en général indiquée avec la présentation des leviers, mais une étude antérieure a montré que permet également un signal sonore pour signaler la fenêtre de réponse23. Écran tactile Sat, nous signalons de même la fenêtre de réponse avec un ton bref. Autres paramètres de formation (p. ex., nombre d’essais, épreuves intervalle, etc.) restent similaires entre traditionnel et écran tactile SAT. Nous avons évalué précédemment des performances entre les versions traditionnelles et écran tactile de SAT et trouvé que c’était comparable, ce qui suggère que tactile SAT est un moyen valable pour mesurer l’attention soutenue19. La modification de l’écran tactile fait SAT plus polyvalent car il peut maintenant être adaptée pour utilisation généralisée dans les cases opérante à écran tactile.

Le présent protocole détaille comment faire fonctionner l’écran tactile SAT en laboratoire. Les horaires de formation ont été légèrement modifiés depuis notre dernier rapport de la tâche19 afin d’optimiser le temps d’acquisition chez les rats femelles, qui, contrairement aux hommes, eu du mal à avancer à travers la précédente annexes24. Résultats qui illustrent les performances typiques chez les rats mâles et femelles sont inclus, ainsi que des conseils pour la résolution des problèmes pour la tâche.

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Protocol

toutes les expériences ont été menées selon les directives du National Institutes of Health et ont été approuvés par le Comité de soins et de Temple University Institutional Animal Use. Ce protocole a été développé avec adulte (~ 60 jours d’âge lors du démarrage l’étude) mâles et femelles rats Sprague-Dawley (Charles River).

1. matériaux pour écran tactile SAT

  1. veiller à ce qu’une cabine d’atténuation sonore entoure chaque chambre de l’écran tactile et que chambres sont équipées d’une lumière maison, le générateur de tonalité, la caméra placée au-dessus de la chambre et une boulette distributeur avec zone de récompense feeder (qui peut être illuminé) sur le mur en face de l’écran tactile.
  2. Utiliser une zone de récompense de chargeur avec une grande ouverture si la canule ou électrodes implants sont prévues. Utiliser des boulettes de récompense de 45 mg qui ont été tamisés avec un tamis à farine pour réduire la poussière qui peut obstruer le chargeur.
  3. Adapter chaque chambre avec un masque noir acrylique (mat épais, 3,175 mm) pour limiter les zones de réponse sur l’écran tactile. Préparez le masque avec une ouverture de cercle central (28,58 mm de diamètre, 107,95 mm du bas, centré entre les côtés gauche et droit) pour le stimulus lumineux et deux aires de carrés réponse (28,57 x 28,57 mm) chacun placé dessous et décentré (un 85,73 mm de la côté gauche et un 85,73 mm du côté droit et les deux 34,93 mm du bas). Une représentation du masque se trouvent dans la publication, mèches, et al. 19.
  4. Placer le masque devant l’écran tactile avec finition mate positionnée vers la chambre de.

2. calendrier Design pour écran tactile SAT

Nota : le sous protocole détaille comment définir les paramètres pour la mise en forme et les essais annexes pour écran tactile SAT. Tous ces horaires sont également disponibles sur demande. Le tableau 1 décrit les paramètres de calendrier.

  1. Paramètres nez Poke Shaping.
    1. Définir le programme afin qu’aucun signal n’est présentés et le houselight reste OFF.
    2. Définir la zone de récompense de chargeur s’allume pour indiquer la présence d’une pastille et ce voyant s’éteindre suite à pellets récupération tel que déterminé par le faisceau infrarouge de chargeur port.
    3. Ensemble de programme afin que les nez-pokes dans chaque zone de réponse sont récompensés avec des boulettes de nourriture un calendrier de renfort (FR1) 1 ratio fixe (c'est-à-dire, chaque réponse appropriée est récompensé). Toutefois, définir le programme afin que si le côté différentiel pour nez-pokes est cinq ou plu, le rat doit pousser le côté non favorisée pour recevoir une récompense pour prévenir l’apparition d’une polarisation côté.
    4. Définir la session à la fin après 40 min ou 120 pokes récompensés. Avancer des sujets de formation annexe 1 si ils terminent 120 nez-pokes dans 40 min pendant deux jours consécutifs.
  2. Description des paramètres partagés pour formation annexe 1, formation annexe 2 et Sam.
    1. Horaires de formation programme afin que l’houselight reste à augmentent demande attentionnelle.
    2. Chaque session du programme afin qu’il se compose de 162 essais qui peuvent être divisés en trois blocs de 54 essais par bloc avec l’intervalle d’épreuves (ITI), fixé à 9 ± 3 s.
    3. Veiller à ce que le signal et les essais non-signal sont pseudorandomized tels que le même nombre de signal et les essais non-signal se produire dans chacun des trois blocs.
    4. Configurer le programme pour livrer une boulette de nourriture et d’allumer la lampe de port alimentation automatiquement au début de chaque session. Lorsqu’une rupture de faisceau infrarouge indique que le rat a retiré sa tête de la zone de la récompense, configurer le programme pour éteindre la lumière de port aliments et commencer la première ITI.
    5. Après chaque essai (p. ex., signal ou non-signal), configurer le programme pour indiquer la fenêtre de réponse de 4 s avec un 200 ms, 70 dB ton (3kHz).
    6. Si le rat réponde correctement, configurer le programme pour lancer l’ITI lorsque le rat retire sa tête de la zone de la récompense. Si le rat répond de façon incorrecte, définissez l’ITI pour commencer à la suite de la réponse. Si le rat omet (c.-à-d., n’apporte aucune réponse), la valeur de l’ITI pour commencer après la fin de la fenêtre de réponse.
    7. Pour faire contrepoids, développer deux versions de ces horaires, le premier avec la zone de bonne réponse désignée pour hits (Version A) et le second avec la zone de gauche réponse désignée pour hits (Version B).
  3. Paramètres de formation annexe 1.
    1. Définir toutes les durées de signal à Mme 500
    2. sur les essais de signal, configurer le programme pour frapper simultanément la zone de réponse désignée de hits à intensité de 50 %, ainsi que le signal, dessiner le rat ' attention de s sur la zone de réponse correcte.
    3. Garder la zone désignée pour non éclairée sur les essais non-signal corrects rejets.
    4. Configurer le programme pour que les mauvaises réponses déclenchent des essais de correction dont le type de procès précédent (c'est-à-dire, signal ou non-signal) est présenté à nouveau. Veiller à ce qu’une réponse correcte ou quatre réponses incorrectes consécutives se termine la série d’essais de correction. Ne comptez pas les essais de correction vers les essais totales 162 nécessaires à l’achèvement de la tâche.
    5. Avance des sujets de formation annexe 2 s’ils ont au moins 70 % de grands succès, au moins 70 % de rejets correcte et moins de 20 % omissions pendant trois jours consécutifs.
  4. Paramètres de formation annexe 2.
    1. Toutes les durées de signal à 500 m de la valeur
    2. à la différence de formation annexe 1, configurer le programme pour garder la zone de réponse tubes non éclairées sur les essais de signal pour.
    3. Contrairement à la grille 1 de formation, n’ont pas le programme exécuter des essais de correction.
    4. Garder tous les autres paramètres, le même qu’en formation annexe 1.
    5. Avancer sujets au SAT s’ils ont au moins 70 % de grands succès, au moins 70 % de rejets correcte et moins de 20 % omissions pendant trois jours consécutifs.
  5. Paramètres SAT.
    1. Set de trois durées de signaux : 500 ms 50 ms et Mme 25
    2. configurer le programme pour présenter les signaux variables de façon Pseudo-aléatoire, tels que les trois durées de signal sont présentées un nombre égal de fois au cours de chacun des trois blocs du procès.
    3. Définir la performance de critères qu’au moins 70 % touche à la durée du signal 500 ms, au moins 70 % de rejets correcte et moins de 20 % omissions pendant trois jours consécutifs.
stade de formation Max. Essais Signal durée (ms) des Conditions particulières critères médiane jours par stade
nez forme Poke 120 Aucun événement Houselight sur 120 essais en 40 minutes mâles : 2 femelles : 2
formation annexe 1 162 500 Houselight ; Essais de correction ; Fenêtre de réponse allumé à 50 % au cours des essais de signal > 70 % de grands succès, > 70 % CR, < 20 % Omissions pendant 3 jours consécutifs mâles : 19, femelles : 25
formation annexe 2 162 500 Houselight sur > 70 % de grands succès, > 70 % CR, < 20 % Omissions pendant 3 jours consécutifs mâles : 13, femelles : 21
Sam 162 500, 50, 25 Houselight sur > 70 % Hits à 500 ms, > 70 % CR, < Omissions de 20 % pour 3 jours consécutifs les hommes : 18, femelles : 12

tableau 1 : horaires de formation et temps d’Acquisition moyen pour chaque annexe.

  1. distracteur SAT.
    1. Garder les paramètres pour les blocs 1 et 3 identique à Sam.
    2. Le houselight de programme afin qu’il clignote à une fréquence de 0,5 Hz au cours du bloc 2.
    3. Lors de l’analyse des données, comparer les performances entre les blocs 1, 2 et 3 pour analyser les performances avant, pendant et après le distracteur dans une même session.
  2. Programme d’extraction de données. Données
    1. extrait ce qui suit pour SAT et distracteur SAT ventilé en bloc du procès et chaque signal de durée (pour VI et pourcentage hits) :
      1. calculer le pourcentage de visites en divisant le nombre de visites par le nombre total de hits et de justesse, puis mu ltiplying par 100.
      2. Calculer le pourcentage de rejets correctes en divisant le nombre de rejets correctes par le nombre total de rejets correctes et les fausses alarmes, puis en multipliant par 100.
      3. Calculer l’indice de vigilance (VI), une mesure globale des performances attentionnelles, selon la formule suivante : Equationh et f sont la proportion de visites sur le signal essais et fausses alarmes sur les essais non-signal, respectivement. Les valeurs de VI variaient de -1 à + 1, d’une valeur de 0 indique que le rat est incapable de distinguer entre le signal et les essais non-signal. N’incluez pas d’essais omis dans la mesure VI.
      4. Calculer le pourcentage d’omissions en déterminant le pourcentage d’essais où aucune réponse n’est survenu.

3. Procédure pour les Rats en cours d’exécution en écran tactile SAT

  1. considérations relatives au cycle de lumière/obscurité inverse
    Remarque : nous tester nos rats au cours de leur cycle de sombre, mais voir la section « discussion » pour des raisons de tests dans le cycle de lumière en ce qui concerne.
    1. Pour tester pendant le cycle de sombre, commencer le comportement stable au moins 30 min après le début du cycle foncé.
    2. Une fois que l’équipement est mis en place, garder le comportement stable salle dans l’obscurité pendant toute la formation et méthodes d’essai pour éviter les interférences avec les rats ' cycle de sommeil/éveil.
    3. Couvrir les cages rat avec des serviettes noires pendant le transport afin de minimiser l’exposition à la lumière.
    4. Utiliser les phares avec feux rouges activée pour travail mains libres dans l’obscurité sans perturber le cycle lumière/obscurité.
  2. Procédures de restriction alimentaire et de la cession de l’annexe
    1. Don d’équipement de protection individuelle approprié (EPI ; par exemple, gants, masque, bonnet, blouse de laboratoire, couvre-chaussures, etc.) avant de manipuler les rats.
    2. Lorsque les rats arrive à la salle de la colonie, maison rats individuellement ou en groupes. La plupart des rats dans nos études sont finalement implantés avec canules, qui nécessite un logement individuel.
    3. Gérer les rats par jour pendant 5 min par jour, 5 jours avant le début de l’étude.
    4. Avant la restriction alimentaire, enregistrer chaque rat ' s gratuit alimentation poids et calculer leur poids cible à 85 % de leur poids alimentation gratuit.
    5. Aliments restreindre des rats pendant 3 jours avant début mise en forme.
    6. Avant la mise en forme, préalablement exposer les rats pour 15 boulettes récompense dans leur cage maison.
    7. Après la restriction alimentaire initiale, ajuster les apports alimentaires quotidiens au besoin pour maintenir les performances sur la tâche de l’attention et environ 85 % de tous les rats ' s gratuits-alimentation poids corporel permettant une prise de poids léger au fil du temps (voir lignes directrices 25). Avant de commencer un nouvel échéancier, restreindre plus que d’habitude pour accroître la motivation des rats.
    8. Sur l’ou les jours d’une semaine lorsque les rats n’effectuent pas de comportement, augmenter leur nourriture au moins 1,0 g de maquillage pour le nombre de calories qu’ils auraient touchées tout en étant récompensé au cours de la tâche comportementale.
    9. Enregistrer chaque rat ' poids de s à la fin de leur session.
    10. Ne se nourrissent pas des rats jusqu'à au moins 30 min après avoir terminé leur session afin d’éviter une association entre essais cessation comportementales et le moment des repas. Si les rats sont groupe logé, nourrir chaque rat séparément pendant 1 h, puis remettre les rats dans la condition de logement groupe.
    11. Avant le début de l’étude, répartissent de manière aléatoire chaque rat à l’une des deux versions de l’horaire d’entraînement (A ou B) et de les entretenir sur leur version désignée tout au long de la formation et les procédures de SAT.
  3. Tous les jours en cours d’exécution procédure
    1. Don épi approprié.
    2. Chambers opérante et l’ordinateur s’allume.
    3. Vérifier que les distributeurs de granulés sont remplis de granulés et que le masque est inséré devant l’écran tactile.
    4. Veiller à ce que chaque boîte fonctionne correctement en vérifiant que le chargeur est correctement distribution alimentaire et l’écran, les lumières, et ton travaillent. Un calendrier simple boîte d’essais peut être écrite à cet effet et le nôtre est disponible sur demande.
    5. Charger l’horaire correct dans chaque boîte, très attentif à la version appropriée (c'est-à-dire, A ou B). Entrée des informations pertinentes au sujet de l’animal ID, le sexe, la condition expérimentale, initiales de l’utilisateur et autres notes si nécessaire (par exemple, infusion jour 1).
    6. Récupérer les rats de la salle de la colonie et les mettre dans la case appropriée.
    7. Démarrer la session.
    8. Performance montre grâce à la caméra vidéo mise en place au début de la session pendant plusieurs minutes pour s’assurer que tout fonctionne correctement. Vérifier périodiquement les performances.
    9. Une fois qu’une session est complètes, enregistrements des données sommaires (p. ex., pourcentage hits, pour cent CRs, omissions pour cent) et des problèmes dans le bloc-notes.
    10. Essuyer chaque chambre avec 10 % d’éthanol et de remplacer la literie entre les séries d’animaux.
    11. Après l’exécution de la dernière série des rats pour la journée, nettoyer les chambres soigneusement avec 10 % d’éthanol, s’assurer que la grille de plancher est comme nettoyer que possible et remplacer la literie.
    12. Sauvegarder des données sur un serveur de nuages et d’extraire toutes les données critiques.
    13. Power équipement.
    14. Exécuter des animaux en même temps dans les boîtes de mêmes chaque jour.
    15. Exécuter rats 5-6 jours par semaine (nous courons nos rats 6j / 7).

4. Le comportement de dépannage

Remarque : il est normal pour une performance d’abandonner lorsque les rats sont passés à la phase de mise en forme suivante (c.-à-d., forme de nez Poke pour formation annexe 1, annexe 1 formation formation annexe 2, Formation annexe 2 au Sam). Toutefois, si les performances ne s’améliore pas au fil du temps, ou si un rat a de bons résultats et puis s’arrête brusquement de bons résultats, le plus souvent le problème est avec la restriction alimentaire.

  1. Questions de dépannage alimentaire restriction
    1. si la restriction alimentaire est un problème présumé, regarder le rat effectuer la tâche pour aider à diagnostiquer le problème et de vérifier les numéros de l’omission, en particulier dans l’ensemble de la session.
    2. Si un rat a omissions élevées, surtout si elles augmentent dans le bloc 3 et s’assoit tranquillement dans la boîte ne fonctionne ne pas, reduce aliments quotidiens s’élèvent de 1 g et surveiller la situation pour déterminer si les performances sont améliorées.
    3. Si un rat a omission élevée avec impatience pokes l’écran et s’exécute en arrière vers le port de nourriture tout au long de la session, augmenter la quantité de nourriture quotidienne de 1 g et surveiller la situation pour déterminer si les performances sont améliorées.
    4. Dans les cas où il est difficile de dire si un rat est sur - ou sous-alimentés, augmenter la quantité de nourriture pendant 2 jours et surveiller les performances. Si la performance ne s’améliore pas ou Get pire, diminue la quantité de nourriture pendant 2 jours et surveille les performances
    5. si les performances ne s’améliorent après réglage de restriction alimentaire, bouge pas le rat pour un plus facile à la demande comme détaillé suivant.
  2. Performance de dépannage aux différents calendriers de formation
    Remarque : déposez un rat peu performant, si sa durée d’acquisition dépasse deux écarts-types au-dessus le nombre moyen de jours qu’il faut un animal de son sexe pour atteindre les critères de cette annexe. Nous avons fait des suggestions basées sur nos données pour les seuils pour les rats Sprague-Dawley, mais ces chiffres doivent être ajustés pour différentes souches.
    1. Formation annexe 1 : pour que la formation annexe 1, descendre Sprague-Dawley mâles s’ils ne peuvent pas acquérir après 36 jours et laisser tomber les femmes si elles n’ont pas acquis après 48 jours.
    2. Formation annexe 2 : si un rat ' performance s sur formation annexe 2 stagne sous critères pendant 12 jours dans une rangée et une question de restriction alimentaire a été écartée, déplacer le rat redescendre formation annexe 1 pour un minimum de 5 jours ou jusqu'à ce qu’il atteigne les critères. Si le rat n’atteint pas les critères de formation annexe 1 après 12 jours, déplacez le rat de l’étude. Si le rat passe formation annexe 1 et est déplacé vers la formation annexe 2, mais ne s’améliore pas après 36 et 42 jours pour les mâles et les femelles, respectivement, après avoir initialement commencé formation annexe 2, puis déposez le rat de l’étude.
    3. SAT : si un rat ' performance s le Sam stagne sous critères pendant 12 jours dans une rangée et une question de restriction alimentaire a été écartée, déplacer le rat redescendre formation annexe 1 pour un minimum de 5 jours ou jusqu'à ce qu’ils atteignent les critères. Si le rat n’atteint pas les critères de l’annexe 1 dans 12 jours, déplacez le rat de l’étude. Si le rat passe formation annexe 1 et est déplacé vers le SAT, mais ne s’améliore pas après 41 et 28 jours pour les mâles et les femelles, respectivement, après avoir initialement commencé SAT, laisser tomber le rat de l’étude.
  3. Résolution des autres problèmes
    1. si un rat développe un biais côté (c'est-à-dire toujours marquer > 70 % de grands succès et < 40 % sur les rejets correctes, ou vice versa) lors d’un entraînement annexe 2 ou SAT, déplacer le rat pour Formation Phase 1, qui a des essais de correction qui encouragent le rat pour répondre à ces deux secteurs d’intervention. Garder le rat en formation annexe 1 pour un minimum de 5 jours ou jusqu'à ce qu’ils atteignent les critères. Déposez le rat de l’étude, si les critères de l’annexe 1 de la formation n’est pas remplie après 12 jours.
    2. Consulter le personnel vétérinaire immédiatement si un rat cesse de manger, développe la porphyrine ou sinon donne des signes de douleur et de détresse.

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Representative Results

Pour la plupart des études de l’attention, des rats sont formés aux critères le Sam et puis des manipulations de perturber ou d’améliorer l’attention sont exécutées. Données d’achat ne sont pas généralement présentées, mais nous le faisons ici pour illustrer les tarifs d’acquisition dans les rats Sprague-Dawley mâles et femelles. À cette fin, nous avons quantifié le nombre médian de jours pour atteindre les critères le Sam (à partir de la Phase de Poke du nez). Notez que quelques rats jamais fait aux critères (n = 5 mâles et n = 1 femelle). Les jours médianes qu’il a fallu masculin (n = 24) et femelles (n = 16) rats et atteint le critère (y compris ceux qui n’ont pas atteint les critères dans le temps imparti) était de 54,5 jours et 62 jours, respectivement (Figure 1). Il n’y avait aucune différence significative dans les temps d’acquisition entre les sexes [U = 165,5, Z = -0,75, p =. 469]. Il est à noter que la variabilité dans le temps d’acquisition apparaît plus élevée chez les mâles [intervalle interquartile (IQR) = 60.25] que les femelles [IQR = 29.50].

Une fois que les rats acquis de base, nous avons évalué les quatre mesures du rendement typique chez les mâles (n = 19) et femelles (n = 15) : hits pourcentage, pourcentage CRs, VI et omissions pour cent. Basé sur les pourcentages de succès et correct de rejets, mâles et femelles ont été de même exacte de suite signalé [t(32) =.929, p =. 360] et essais non signalé [t(32) =.071, p =. 394] (Figure 2 ab). Comme il est typique avec SAT, précision sur les essais non signalé était mieux qu’exactitude sur les essais signalés [F(1, 32) = 129.99, p <. 001], mais ce n’était pas différent entre les sexes (c'est-à-dire, aucun effet principal de sexe ou d’une interaction, [F. < 1]). Tel que mentionné, VI est calculée comme une indication globale de performances attentionnelles, et mâles et femelles ont des VIs semblables [t(32) =.419, p =. 678] (Figure 2c). Omissions sont faibles, comme prévu avec une procédure de restriction alimentaire optimale et comparables entre les deux sexes [t(32) = 1.61, p =. 118] (Figure 2d). Pour tester les performances dans l’ensemble de la session, nous avons évalué les changements à travers les trois blocs du procès et a trouvé aucune différence de hits [F(2, 64) = 2.75, p =. 071] et corriger les rejets [F(2, 64) = 1,871, p =. 162]. Lorsque l'on compare les performances dans l’ensemble des blocs du procès, il n’y a aucune différences liées au sexe des hits et des rejets corrects [F. < 1] ou des interactions entre le sexe et le bloc du procès pour hits [F(2, 64) = 1,427, p =. 247] et corriger les rejets [ F < 1] (données non présentées).

Au cours de la SAT, les signaux varient entre 500 ms 50 ms et ms 25 et rendement diminue généralement avec le signal plus courtes durées10,17,18. Nous répliquons que trouver ici, comme la précision diminue avec la durée du signal [F(2, 64) = 90.21, p <. 001] (Figure 3 a). Les tests post hoc Bonferroni a révélé une importante diminution de pourcentage hits de 500 ms à 50 ms (p <.001) puis de 50 ms à 25 ms (p =.017. Performance était comparable entre les hommes et les femmes : il n’y avait aucun effet majeur du sexe [F(1, 32) = 1,74, p =. 267] ou sexe par interaction durée signal [F(2, 64) = 1,66, p =. 198].

Pour augmenter la demande attentionnelle consiste en faisant clignoter le houselight pendant le deuxième bloc d’essais. Nous avons testé un sous-ensemble des rats avec ce distracteur (mâle n = 14, femmes n = 13). Comme prévu, il y avait un effet principal de la session [F(2, 50) = 37.73, p <. 001], de sorte que le rendement a diminué au cours de la deuxième bloc d’essais (post-hoc, bloc 1 vs 2, p <.001), mais récupéré une fois que le distracteur a cessé en bloc 3 (post-hoc, bloc 1 vs 3, p =.862) (Figure 3 b). Il y avait un effet principal de sexe [F(1, 25) = 11.29, p =. 003], de sorte que les femelles effectué pire que les hommes tout au long de la session distracteur. Bien qu’il n’y avait pas d’interaction entre sexe et performance pour les blocs du procès [F(2, 50) =.582, p <. 563], planifié des comparaisons entre les mâles et les femelles à chaque bloc du procès a révélé que, bien que les mâles et les femelles réalisée de même dans le bloc 1 (p =.144), femelles effectué pire dans le bloc 2 (p =.046) et bloc 3 (p = disponibles.003), suggérant que le distracteur est plus perturbateur chez les femelles et leur récupération est pire.

Figure 1
Figure 1 : jours à critères. Le nombre médian de jours pour atteindre les critères sur la tâche de l’attention soutenue (SAT) était similaire entre les hommes et les femmes. Toutefois, délais d’acquisition masculins sont plus variables, car ils ont un plus grand intervalle interquartile (IQR) que les femelles. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : mesures de rendement SAT. (A, B) Rats mâles et femelles ont précision similaire sur les essais de signal, comme l’indique avec pourcentage hits et des essais non-signal, comme il est indiqué avec pourcentage corrects rejets (CRs). (C) la vigilance indice (VI), une mesure globale de l’attention, était aussi similaire chez les deux sexes. (D) Omissions sont faibles et comparables entre les hommes et les femmes. Les données sont présentées comme moyen ± écart-type de la moyenne (SEM). S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : SAT Performance à travers des durées de Signal et en présence d’un distracteur Visual. Signaux (A) au cours de la SAT varient en durée. Comme prévu, pour cent hits (c.-à-d.exactitude sur les essais de signal) diminue à mesure que les durées de signal raccourcissent et cet effet a été similaire chez les deux sexes. Astérisque indique une différence significative de la durée de signal de 500 ms. (B) Performance sur le distracteur SAT session est généralement mesurée avec la VI. Comme prévu, l’introduction d’un distracteur (c.-à-d., houselight clignotant) dans le bloc 2 (illustré avec une barre noire) a diminué la VI chez les mâles et les femelles. Les femelles ont une basse VI tout au long de la session que les mâles. Astérisque indique une différence significative de bloc 1 et bloc 3 (p < 0,05). Les données sont présentées comme le moyen ± SEM. s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

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Discussion

Déficits de l’attention soutenue sont rapportés dans neuropsychiatriques, neurologique et neurodégénératives troubles1,2,3, mais les processus qui contribuent à optimal ou perturbée attention sont sous-étudiées. C’est, en partie, car un équipement spécialisé limite l’adaptation facile des tâches de rongeurs attention. Cependant, chambres à écran tactile sont penchent sur ce problème en offrant la souplesse nécessaire pour exécuter une variété de tâches cognitives avec une pièce d’équipement20,22. Ici, nous ajoutons à la liste croissante des tâches cognitives disponibles pour les écrans tactiles20,22 , en détaillant comment mettre l’écran tactile Sam pour les rats Sprague-Dawley mâles et femelles. Une comparaison des performances entre les sexes ont révélé des taux comparables d’acquisition. Cependant, les mâles sont plus variables pour atteindre les critères que les femelles. Cette différence de sexe intéressant pourrait être liée à la variabilité du caractère élevé des mâles, mais pas des femelles, des rats Sprague-Dawley souche6 et certainement garantit davantage d’investigation. Après avoir atteint les critères de base, mâles et femelles ont une précision comparable sur les signaux et les essais non-signal, qui s’est reflétée dans les scores de VI. Performance sur le signal et les essais non-signal reste similaire à travers tous les trois blocs du procès dans les deux sexes, qui est compatible avec la plupart des rapports de rendement stable dans l’ensemble de la session sur la version traditionnelle de la SAT lorsque les jeunes rats adultes sans lésions sont évalué à26,27,28,29,30, mais voir10,11. Omissions sont tout aussi faibles chez les deux sexes, ce qui indique que les mâles et les femelles étaient motivées pour effectuer la tâche. Notez que dans notre laboratoire, nous maintenons nos rats sur un cycle réversible de la lumière/obscurité (s’éteint à 08:30). Toutefois, la procédure traditionnelle de la SAT a été réalisée avec des rats soumis à un cycle lumière/obscurité régulier avec des tests au cours de la période de lumière (par exemple,10,17). Performances cognitives chez SAT vient servir un zeitgeber probablement minimisant l’impact que l’heure de la journée a sur les tests de31.

Une caractéristique de la SAT est l’utilisation de durées de signal différent. Il est prouvé que l’introduction de plusieurs signaux demande attentionnelle taxes et engage le système cholinergique parce qu’elle introduit incertitude attendu32,,33. De plus, différentes durées de signal permet les comparaisons entre signaux brefs qui sont difficiles à détecter, et les signaux plus longtemps. Comme prévu, les résultats obtenus démontrent que le rendement a diminué chez les deux sexes comme signal Durées a diminué. Il est probable que la plupart des chercheurs utiliseront SAT pour test de facteurs qui augmentent ou diminuent l’attention. En comparant la performance à des durées de signal différent peut être utile dans ces situations. Par exemple, un effet d’un putatif amélioration cognitive composé peut-être être plus prononcé à des périodes plus courtes de signal et l’affichage ainsi l’effet du médicament à des durées de signal spécifique peut fournir un tableau plus complet de l’efficacité.

Une approche à la demande attentionnelle croissante est d’introduire un stimulus distrait par le clignotement de la houselight dans une version de la tâche, appelée distracteur SAT. Ici, nous avons constaté que présenter ce distracteur lors bloc 2 portaient atteinte aux performances par rapport à la ligne de base (c.-à-d., 1 bloc avec aucune distraction) chez les deux sexes. Comme prévu, performance récupéré une fois que le stimulus distrayant aboutissait dans le bloc 3. Bien qu’il n’a pas une interaction significative entre le sexe et le bloc du procès, performance au départ était plus semblable entre les mâles et les femelles que chez les blocs 2 et 3, où les femelles joué pire que les hommes, ce qui suggère que l’effet de la distraction peut être plus prononcée chez les femelles. Toutefois, le fait que le distracteur altérée efficacement l’attention chez les mâles et les femelles indique que distracteur SAT peut être utilisée pour augmenter la demande attentionnelle chez les deux sexes. Ici, nous avons utilisé la manipulation distracteur typique des clignotants de la houselight, mais avec écran tactile chambres il pourraient être d’autres façons de présenter un stimulus distrayant. Par exemple, une tâche de performance continue d’écran tactile pour rongeurs introduit des repères visuels sur l’écran tactile qui sont adjacents au stimulus cible afin d’accroître la demande attentionnelle8. Une manipulation similaire est possible avec Sam, bien que nous n’avons pas encore testé.

Un inconvénient de cette tâche, c’est qu’il prend beaucoup de temps pour les rats et atteint le critère de base. Toutefois, cette durée de formation est une caractéristique de nombreux attention tâches7,34,35, Sam n’est pas une exception. Pour faciliter la formation, une attention particulière aux performances tout au long des phases de mise en forme et de formation est essentielle, afin que les interventions peuvent être faites pour traiter des questions de performances en temps opportun. Dans notre expérience, une baisse soudaine de performance est le plus souvent attribuable à un problème avec la restriction alimentaire. Lorsqu’on soupçonne un problème de restriction alimentaire, il est essentiel d’évaluer les omissions, voir performance le rat au cours de la tâche et examiner les dossiers de poids quotidienne afin de déterminer comment régler l’alimentation. Bien que plus rare, le penchant de côté peut également se développer. Ce problème est facilement résolu, cependant, en laissant tomber retour le rat pour formation annexe 1, qui exige des essais de correction forcée. Autres facteurs importants à considérer sont formation des rats à la même heure chaque jour et s’assurer qu’ils sont exécutés sur le calendrier approprié. Adhérant à ces conseils optimise cette procédure comportementale.

Dans la présente étude, nous avons testé l’attention dans la souche de rat Sprague-Dawley. Cette souche a été choisie à l’issu de nos travaux antérieurs enquêter sur le comportement en mâles et femelles Sprague-Dawley rats18,19,36,37. Autres souches, y compris les surmulots Fischer/Brown hybride et Wistar Long-Evans rats, ont été testés avec la version originale du SAT 10,32,38. Ainsi, il est probable que la procédure décrite ici peut être utilisée avec une variété de souches de rats. En effet, étant donné que les souches pigmentées, comparativement à l’albino souche de rats Sprague-Dawley, ont la meilleure acuité visuelle 39, il est possible que les souches pigmentées acquerrait SAT fAster (mais voir référence21). Au-delà de rats, une version de souris de la SAT a été développée pour une utilisation dans les traditionnelles chambres opérante40. Écran tactile versions d’autres tâches de l’attention (par exemple, les cinq choix série temps de réaction opérationnelle et continue de la performance) sont utilisées avec souris8,41, il est donc probable que les paramètres détaillés ici peuvent être adaptées pour tester la souris dans une version de la SAT de l’écran tactile.

En résumé, le présent protocole détaille comment implémenter SAT pour écran tactile chambres opérante chez les rats. Compte tenu de la popularité croissante de cet équipement, SAT écran tactile peut être facilement utilisé dans de nombreux laboratoires avec ce protocole. Un autre aspect important de notre conception de l’étude est que nous avons comparé la SAT de performance entre les sexes. Alors que les deux sexes ont été évalués à l’aide traditionnelle SAT10,11, nombreuses tâches tactile d’attention ont été développées utilisant des rongeurs mâles seulement ou n’a pas comparé les performances des mâles et des femelles8,19 ,,41. Nous avons trouvé qu’acquisition SAT écran tactile et performance critères étaient similaires chez les mâles et les femelles, ce qui suggère que, beaucoup comme avec traditionnel SAT, écran tactile SAT est un essai tout aussi valable de l’attention chez les deux sexes. L’importance de la validation des procédures comportementales chez les rongeurs mâles et femelles devient de plus en plus critique en raison de récents efforts mis en œuvre par les National Institutes of Health, d’exiger la contrepartie du sexe comme une variable biologique ; une politique destinée à traiter le machisme historique dans la recherche fondamentale,42. Ces résultats indiquent qu’il n’y a aucune raison d’exclure les rats femelles dans une étude conçue pour écran tactile SAT. En outre, parce que l’écran tactile SAT performance est similaire chez les mâles et les femelles au départ, toute manipulation vise à améliorer ou d’altérer l’attention qui se traduit par une différence de sexe n’est pas compliquée par différences liées au sexe dans les mesures de rendement de référence. Ainsi, l’adoption croissante des chambres à écran tactile et le déménagement d’inclure des rongeurs femelles en recherche fondamentale études font écran tactile Sam une approche particulièrement utile étude sustaining attention.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Nous tenons à remercier Joy Bergmann, Attilio Ceretti, Sarah Cohen, Nina Duncan, Arron Hall, Hanna Lefebo et Madeleine Salvatore pour leur aide avec le comportement et le Dr Vinay Parikh, Dr Brittney Yegla et Rob Cole pour leurs conseils sur les paramètres de la SAT. Nous tenons à remercier le Dr. Jill McGaughy pour obtenir des conseils sur la procédure de formation. Ce travail a été soutenu par les instituts nationaux de subvention santé NIMH 092438 et National Science Foundation grant 1552416 IOS à D.A.B.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Bussey-Saksida Rat Touch Screen Chambers Easy-Install System Lafayette Instrument 80604-20 Includes: Touch Screen, Chamber base with perforated floors, Large Feeder Reward Area (44.5 mm wide x 92.5 mm high), Speaker, Houselight, Tone Generator, SAC; Trapezoidal animal working area is 126 mm wide at the Feeder, 240 mm wide and 332 mm deep at the Screen, and 300 mm in height
Sound Attenuation Cubicles (SAC) Lafayette Instrument 80604-20 Attenuation to approximately 35 dB; 38 kg in weight; External dimensions: 600 mm wide x 670 mm tall x 352 mm deep; Internal dimensions: 540 mm wide x 610 mm tall x 532 mm deep
Abet II Software for Touch Screens Lafayette Instrument 89505 Version 2.19
Whisker Multimedia Lafayette Instrument 80698-1 Required for Abet II Touch Operation
Pellet Dispenser Lafayette Instrument 80209-45 45 mg Interchangeable Pellet Size Wheel
Camera Lafayette Instrument 80600-CAM Filtered and focused for IR light
Microsoft Windows Microsoft Windows 7-64 bit recommended
Controller PC-Touch Screen Chambers Lafayette Instrument 88530 Dual Core Pentinum Processor; 2.5 GHz or greater; keyboard, mouse, and monitor; Installed PCI card, cable and expansion; Four RS232 ports; Four VGA ports
Dustless Precision Pellets BioServe F0165 45 mg
Black Acrylic Mask Everything Plastic Custom Product Black polycarbonate with one matte finish side, 3.18 mm thick; Central circular opening, 28.58 mm diameter, 107.95 mm from the bottom, centered between the left and right side; Two square response areas, 28.57 mm x 28.57 mm each positioned below and off center, one 85.725 mm from the left and one 85.725 mm from right side, and both 34.925 mm from the bottom.
Utility Cart Fisher Scientific 11-954-754 30.75 in. x 18.38 in x 33 in
Black towel Large enough to cover cages for animal transport
Headlights with red lights Energizer HDL33A2E LED white and red light

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Neurosciences question 127 attention cognition conditionnement opérant écran tactile vigilance différence entre les sexes
Écran tactile Sustained Attention spéciale (Sam) pour les Rats
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Bangasser, D. A., Wicks, B., Waxler, D. E., Eck, S. R. Touchscreen Sustained Attention Task (SAT) for Rats. J. Vis. Exp. (127), e56219, doi:10.3791/56219 (2017).

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