Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Touchscreen sostenuta attenzione Task (SAT) per ratti

Published: September 15, 2017 doi: 10.3791/56219
Automatic Translation
1,2, 1, 1, 1
1Psychology Department, Temple University, 2Neuroscience Program, Temple University

Summary

Attenzione sostenuta, o monitorando continuamente situazioni per eventi intermittenti e imprevedibili, è un aspetto critico della cognizione. Qui dettagliamo come testare attenzione sostenuta in ratti utilizzando camere dell'operatore touchscreen. Dimostriamo prestazioni paragonabili in ratti maschi e femmine, che rende questo compito utile per studiare l'attenzione in entrambi i sessi.

Abstract

Attenzione sostenuta è la capacità di monitorare gli eventi intermittenti e imprevedibili per un periodo prolungato di tempo. Questo processo di attentional ordinato altri aspetti della cognizione e perturbazione in determinati dello sviluppo neurologico, neuropsichiatrico e disordini neurodegenerative. Così, è clinicamente importante individuare meccanismi che alterano e migliorare attenzione sostenuta. Tali meccanismi sono spesso in primo luogo scoperto utilizzando modelli del roditore. Di conseguenza, parecchie procedure di comportamento per testare aspetti dell'attenzione continua che sono state sviluppate per i roditori. Uno, in primo luogo descritto da McGaughy e Sarter (1995), chiamato il compito di attenzione sostenuta (SAT), treni ratti per distinguere tra segnale (cioè, breve presentazione luce) e prove non-segnale. I segnali sono brevi e richiedono quindi particolare attenzione per essere percepito. Richieste attentional possono essere aumentate ulteriormente con l'introduzione di un distrattore (ad es., lampeggiante houselight). Abbiamo modificato questo compito per alloggiamenti dell'operatore touchscreen, che sono configurati con un touchscreen su una parete che può presentare stimoli e registrare le risposte. Qui dettagliamo nostro protocollo per SAT negli alloggiamenti di touchscreen. Inoltre, presentiamo le misure standard di prestazioni in ratti Sprague-Dawley maschi e femmine. Prestazioni paragonabili su questo compito in entrambi i sessi evidenzia l'uso per gli studi di attenzione, soprattutto come altri ricercatori sono compresi roditori femminili nel loro disegno sperimentale. Inoltre, la facile implementazione di SAT per il sempre più popolare touchscreen chambers aumenta la sua utilità.

Introduction

Disturbi che vanno dal disordine di iperattività di deficit di attenzione (ADHD) alla schizofrenia al morbo di Alzheimer, Condividi i danni attentional come una caratteristica1,2,3. I deficit nell'attenzione sostenuta — la possibilità di monitorare continuamente una situazione per eventi intermittenti e imprevedibili — sono particolarmente dirompente, perché l'attenzione sostenuta è cruciale per l'attenzione selettiva e divisa, come pure altri cognitivo elabora4,5. Anche in persone sane, difficoltà a sostenere l'attenzione negativamente influisce sulla cognizione, alterando la funzione quotidiana6. Così, comprensione delle basi neurobiologiche dell'attenzione sostenuta e come si diventa dysregulated potrebbe portare ad interventi per migliorare la cognizione che trarrebbero beneficio molte persone.

Al fine di delineare i circuiti e i processi molecolari che contribuiscono alla corretta contro perturbato attenzione, molti ricercatori si sono rivolti a modelli animali non-umani, dove la manipolazione di popolazioni di cellule specifiche e processi molecolari durante l'attenzione attività è possibile. Lo sforzo ha portato allo sviluppo di una varietà di compiti di attenzione dell'operatore che può valutare la capacità di sostenere l'attenzione7,8,9,10. Un tale paradigma, sviluppato da McGaughy e Sarter (1995), è conosciuto come il compito di attenzione sostenuta (SAT). Roditori addestrati in SAT devono distinguere prove di segnale, in cui un segnale luminoso lampeggia brevemente, dalle prove non-segnale. Richieste attentional possono essere aumentate con l'introduzione di un distrattore visual (lampeggiante houselight)10. I parametri critici per la valutazione attenzione Sat sono ben documentati e questo compito è stato convalidato in ratti maschi e femmine e topi10,11,12. Una versione è anche stata adattata per gli esseri umani, evidenziando l'utilità traslazionale di SAT13. D'importanza, l'utilizzo di questa attività ha aiutato implicano il sistema di corticopetal del forebrain basale in attenzione sostenuta4. In particolare, i neuroni colinergici nel basalis del nucleo di Meynert (NBM) / substantia inominata (SI) regione del proencefalo basale che proiettano alla corteccia prefrontale sono critici per i colpi, che sono risposte accurate su segnale prove14, 15. Al contrario, i neuroni GABAergici in questa regione sono pensati per mediare le prestazioni durante respingimenti corrette (CRs), che sono risposte accurate su prove non-segnale16. Una volta che il circuito di base per questa attività è stato stabilito, fattori che modulano questo circuito per alterare attenzione che vanno da ormoni dello stress alle proteine neurotossiche sono stati identificati17,18. Collettivamente, questi studi evidenziano l'utilità di SAT.

Una limitazione all'implementazione di SAT in laboratorio è che la procedura originale richiede alloggiamenti operante definitivamente configurati per l'attività, con una luce di pannello di centro e due leve estensibile, uno indicato per i colpi e uno per CRs10. Su una prova di segnale, la luce di pannello si accende brevemente e poi leve estendono per indicare una finestra di risposta s 4. Durante tale finestra, se non si preme la leva di successo designata, il ratto riceve una ricompensa (cibo o acqua). Pressa a leva non corretto sulle prove di segnale, note come manca, non è ricompensati. Sulle prove non segnalato, la lampada spia rimane spenta, quindi leve sono estesi. Mentre un CR è stato premiato, pressa a leva non corretto sulle prove non segnalato, note come falsi allarmi, non è ricompensati. Un tentativo di rendere qualsiasi risposta durante la finestra di risposta viene considerata un'omissione. Per espandere la disponibilità di SAT, abbiamo recentemente modificato il compito dell'operatore touchscreen Chambers, in cui una parete è un touchscreen che sia possibile visualizzare gli stimoli visivi e record naso-poke risposte19. Touchscreen chambers stanno diventando popolari a causa della loro versatilità per eseguire una varietà di compiti (ad es., accoppiato socio apprendimento, apprendimento con inversione, ecc.) con un pezzo di attrezzatura20. Simile ad altre procedure di touchscreen20,21,22, nostro adattamento di SAT richiede l'uso di una copertura di plastica opaco touchscreen, chiamata una maschera, con fori tagliati in essa. Un foro centrale, circolare consente la presentazione di un segnale presentando uno stimolo bianco sullo schermo dietro di esso, e due aree di risposta quadrati, uno indicato per i colpi e uno per CRs, consentono il topo a fare toccare le risposte19. Nelle camere di tradizionale, la finestra di risposta 4-s viene di solito indicata con la presentazione delle leve, ma uno studio precedente ha dimostrato che un tono può essere utilizzato anche per segnalare la risposta finestra23. In touchscreen SAT, segniamo allo stesso modo la finestra di risposta con un breve segnale acustico. Altri parametri di formazione (ad es., numero di prove, intervallo intertrial, ecc.) sono mantenuti simili tra tradizionale e touchscreen SAT. Abbiamo precedentemente valutato le prestazioni tra le versioni di SAT tradizionale e touchscreen e trovato che era paragonabile, suggerendo che touchscreen SAT è un valido modo per misurare l'attenzione sostenuta19. La modifica del touchscreen rende SAT più versatile perché può ora essere adattato per uso molto diffuso nelle caselle dell'operatore touchscreen.

Il presente protocollo in dettaglio come eseguire touchscreen SAT in laboratorio. I programmi di allenamento sono state leggermente modificati dalla nostra precedente relazione del compito19 per ottimizzare i tempi di acquisizione nei ratti femmina, che, a differenza dei maschi, aveva difficoltà avanzando attraverso la precedente orari24. Risultati che illustrano le prestazioni tipiche in ratti maschi e femmine sono inclusi, insieme a consigli per la risoluzione dei problemi con l'attività.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

tutti gli esperimenti sono stati condotti in conformità con le linee guida del National Institutes of Health e sono stati approvati dal comitato di cura e uso animale istituzionale di Temple University. Questo protocollo è stato sviluppato con adulto (~ 60 giorni di età quando si avvia lo studio) ratti Sprague-Dawley maschi e femmine (Charles River).

1. materiali per Touchscreen SAT

  1. assicurarsi che un cubicolo di attenuazione sonora circonda ogni camera touchscreen e che camere sono munite di una casa di luce, generatore di toni, telecamera posizionata sopra la camera e una pallina Dispenser con area di ricompensa alimentazione (che possa essere illuminato) sulla parete opposta il touchscreen.
  2. Utilizzare un'area di ricompensa dell'alimentatore con una grande apertura se sono previsti impianti di cannula o elettrodi. Utilizzare pellet ricompensa 45 mg sono stata setacciata con un setaccio della farina per ridurre la polvere, che possa ostruire il feeder.
  3. Fit ogni camera con una maschera nera acrilica (3,175 mm spessore, opaco) per limitare le aree di risposta sul touchscreen. Preparare la maschera con un'apertura del cerchio centrale (28,58 mm di diametro, 107,95 mm dal fondo, centrato tra il lato destro e sinistro) per stimolo luminoso e due aree di risposta quadrati (28,57 x 28,57 mm) ciascuno posizionato di sotto e fuori dal centro (uno 85,73 mm dalla lato sinistro e uno 85,73 mm dal lato destro ed entrambi 34,93 mm dal fondo). Una raffigurazione della maschera possa essere trovata nella pubblicazione, stoppini, et al. 19.
  4. posizionare la maschera davanti il touchscreen con finitura opaca, posizionato verso la camera.

2. pianificazione Design per Touchscreen SAT

Nota: il sotto protocollo viene illustrato come impostare i parametri per la modellatura e test pianificazioni per touchscreen SAT. Tutti questi programmi sono anche disponibili su richiesta. La tabella 1 descrive i parametri di pianificazione.

  1. Naso Poke Shaping parametri.
    1. Impostare il programma affinché nessun segnale sono presentato e la houselight rimane off.
    2. Impostare l'area di ricompensa di alimentatore per illuminare per indicare la presenza di una pallina e per questa luce si spenga dopo recupero pellet come determinato dal fascio infrarosso porta alimentatore.
    3. Set programma in modo che il naso-pokes sia in zona risposta sono ricompensati con le palline di cibo sotto un programma di rinforzo (FR1) 1 rapporto fisso (cioè, ogni risposta appropriata è stato premiato). Tuttavia, impostare il programma affinché se lato differenziale per naso-poke è cinque o superiore, il ratto deve colpire il lato non-favorito per ricevere una ricompensa per impedire lo sviluppo di un bias di lato.
    4. Impostare la sessione alla fine dopo 40 min o 120 poke premiati. Avanzare soggetti al programma di allenamento 1 se completano 120 naso-poke in 40 min per due giorni consecutivi.
  2. Descrizione di parametri condivisi per 1 programma di formazione e formazione pianificazione 2, Sat.
    1. Programmi di formazione del programma affinché il houselight rimane a aumentano richieste attentional.
    2. Programma ogni sessione in modo che si compone di 162 prove che possono essere suddivisi in tre blocchi di 54 prove per blocco con l'intervallo di intertrial (ITI) fissato a 9 ± 3 s.
    3. Garantire che il segnale e non-segnale prove sono pseudorandomized tale che lo stesso numero di segnale e non-segnale prove verificarsi in ciascuno dei tre blocchi.
    4. Impostare il programma per consegnare una pallina di cibo e accendere la luce della porta cibo automaticamente all'inizio di ogni sessione. Quando un'interruzione del fascio infrarosso indica che il ratto ha eliminato la testa dalla zona di ricompensa, impostare il programma per spegnere la luce della porta cibo e iniziare il primo ITI.
    5. Dopo ogni prova (cioè, segnale o non-segnale), impostare il programma per indicare la finestra risposta 4-s con un 200 ms, 70 dB tono (3kHz).
    6. Se il ratto risponde correttamente, impostare il programma per avviare la ITI quando il ratto rimuove la testa dalla zona di ricompensa. Se il ratto risposta in modo errato, impostare l'ITI per iniziare a seguito della risposta. Se omette di ratto (vale a dire, non fa nessuna risposta), impostare l'ITI per iniziare dopo la chiusura della finestra di risposta.
    7. Per controbilanciare, sviluppare due versioni di questi programmi, il primo con l'area di risposta giusta designato per i colpi (versione A) e la seconda con l'area di sinistra risposta designata per hits (versione B).
  3. Parametri di pianificazione di allenamento 1.
    1. Impostare tutte le durate di segnale per 500 ms
    2. sulle prove di segnale, impostare il programma per illuminare contemporaneamente l'area di risposta destinata per i colpi al 50% di intensità, insieme al segnale, disegnare il ratto ' attenzione alla zona di risposta corretta.
    3. Tenere l'area designata per corrette respingimenti spenti il segnale di non prove.
    4. Impostare il programma in modo che le risposte errate innescano prove di correzione in cui il tipo di prova precedente (cioè, segnale o non-segnale) viene presentato nuovamente. Assicurarsi che una corretta risposta o le risposte errate consecutive quattro termini della serie di prove di correzione. Non contano prove di correzione verso le 162 prove Totale richieste per il completamento dell'attività.
    5. Avanzare soggetti al programma di allenamento 2 se hanno almeno 70% colpi, almeno 70% corretta respingimenti e meno di 20% omissioni per tre giorni consecutivi.
  4. Parametri di pianificazione di allenamento 2.
    1. Impostare tutte le durate di segnale a 500 ms.
    2. a differenza di formazione allegato 1, impostare il programma per mantenere l'area di risposta per i colpi non illuminati sulle prove di segnale.
    3. a differenza del programma di formazione 1, non si dispone del programma eseguire prove correzione.
    4. Tenere tutti gli altri parametri lo stesso programma di allenamento 1.
    5. Anticipo soggetti a Sab se hanno almeno 70% colpi, almeno 70% corretta respingimenti e meno di 20% omissioni per tre giorni consecutivi.
  5. Parametri SAT.
    1. Set tre durate del segnale: 500 ms, 50 ms e MS. 25
    2. impostare il programma per presentare i segnali variabili in modo pseudo-casuale, tale che le tre durate di segnale sono presentate un numero uguale di volte durante ciascuno dei tre blocchi prova.
    3. Definire criteri prestazioni come almeno 70% colpisce la durata del segnale di 500 ms, almeno 70% corretta respingimenti e meno di 20% omissioni per tre giorni consecutivi.
Stage di formazione Max. Prove durata del segnale (ms) condizioni particolari criteri mediana giorni per ogni fase
naso Poke forma 120 Non ci sono eventi Houselight su 120 prove in 40 minuti maschi: 2, femmine: 2
Training Schedule 1 162 500 Houselight; Prove di correzione; Finestra di risposta acceso al 50% durante le prove di segnale > Hits 70%, > 70% CR, < omissioni di 20% per 3 giorni consecutivi maschi: 19, femmine: 25
Training Schedule 2 162 500 Houselight su > 70% hits, > 70% CR, < omissioni di 20% per 3 giorni consecutivi maschi: 13, femmine: 21
SAT 162 500, 50, 25 Houselight su > 70% colpisce a 500 ms, > 70% CR, < 20% omissioni per 3 giorni consecutivi maschi: 18, femmine: 12

tabella 1: programmi di allenamento e tempo di acquisizione medio per ogni pianificazione.

  1. distrattore Sat.
    1. Mantenere parametri per blocchi 1 e 3 identico al Sat.
    2. Programma la houselight modo che lampeggia ad una frequenza di 0,5 Hz durante blocco 2.
    3. L'analisi dei dati, confrontare le prestazioni tra i blocchi 1, 2 e 3 per analizzare le prestazioni prima, durante e dopo il distrattore all'interno della stessa sessione.
  2. Programma di estrazione dati.
    1. Estratto i seguenti dati per SAT e distrattore SAT suddivisi per blocco di prova e ogni segnale di durata (per VI e percentuale hits):
      1. Calcola la percentuale di successi dividendo il numero di colpi per il numero dei colpi e manca e poi mu ltiplying da 100.
      2. Calcolare la percentuale di rifiuti corretti dividendo il numero di respingimenti corretti per il numero dei rifiuti corretti e falsi allarmi e poi moltiplicare per 100.
      3. Calcolare l'indice di vigilanza (VI), una misura globale di attentional prestazioni, utilizzando la seguente formula: Equation dove h e f sono la percentuale di visite per segnale prove e falsi allarmi sulle sperimentazioni non-segnale, rispettivamente. I valori dell'intervallo VI da -1 a + 1 con un valore pari a 0 che indica che il topo è in grado di distinguere tra segnale e prove non-segnale. Non includere prove omesse nella misura VI.
      4. Calcolare la percentuale di omissioni determinando la percentuale delle prove cui si è verificata nessuna risposta.

3. Procedura per l'esecuzione di ratti in Touchscreen SAT

  1. considerazioni di inversione di ciclo luce/buio
    Nota: abbiamo i nostri ratti di prova durante il loro ciclo scuro, ma vedere la sezione di discussione per considerazioni per quanto riguarda il test del ciclo di luce.
    1. Per il test durante il ciclo scuro, iniziare comportamento test per almeno 30 minuti dopo l'inizio del ciclo scuro.
    2. Una volta impostata l'attrezzatura, mantenere il comportamento sala prove nelle tenebre durante tutta la formazione e procedure di prova per evitare interferenze con i ratti ' ciclo sonno/veglia.
    3. Coprire le gabbie di ratto con asciugamani neri durante il trasporto per ridurre al minimo l'esposizione alla luce.
    4. Utilizzare fari con luci rosso acceso per il lavoro di mani libere al buio senza interrompere il ciclo luce/buio.
  2. Procedure di restrizione alimentare e pianificazione assegnazione
    1. Don appropriati dispositivi di protezione individuale (PPE; ad esempio, guanti, mascherina, cofano, camice da laboratorio, copriscarpe, ecc.) prima di gestire i ratti.
    2. Quando i ratti arrivano nella stanza di Colonia, casa ratti individualmente o in gruppi. Maggior parte dei ratti nei nostri studi alla fine sono impiantati con cannule, che necessita di alloggi individuali.
    3. Gestire ratti al giorno per 5 minuti al giorno, 5 giorni prima dell'inizio dello studio.
    4. Prima della restrizione alimentare, registrare ogni ratto ' s gratuito alimentazione peso e calcolare il loro peso di destinazione all'85% del loro peso alimentazione gratis.
    5. Cibo limitare ratti per 3 giorni prima inizio modellatura.
    6. Prima della modellatura, pre-esporre ratti a 15 palline di ricompensa dell'alimento nella loro gabbia casa.
    7. Dopo la restrizione dell'alimento iniziale, regolare le quantità giornaliere di cibo secondo necessità per mantenere le prestazioni sul compito di attenzione e ~ 85% di ogni ratto ' s gratis-alimentazione corpo peso permettendo lieve aumento di peso nel tempo (Vedi linee guida 25). Prima di iniziare una nuova pianificazione, limitare ratti più del solito per aumentare la motivazione.
    8. Nei giorni di una settimana quando ratti non eseguono comportamento, aumentare il loro cibo di almeno 1,0 g di make-up per le calorie che avrebbero ricevuto mentre essere ricompensati durante l'attività comportamento.
    9. Registrare ogni ratto ' s peso una volta completata la sessione di.
    10. Non si nutrono ratti fino ad almeno 30 min dopo aver completato la loro sessione per evitare un'associazione tra test la cessazione del comportamento e tempo di alimentazione. Se i ratti sono gruppo ospitato, feed ogni ratto separatamente per 1 h, quindi rimettere la condizione di alloggiamento del gruppo di ratti.
    11. Prima dell'inizio dello studio, assegnare casualmente ogni ratto a una delle due versioni dei programmi di formazione (A o B) e mantenerli sulla loro versione designato durante la formazione e le procedure SAT.
  3. Corrente procedura quotidiana
    1. Don appropriato PPE.
    2. Power up operante chambers e il computer.
    3. Verifica che i distributori di pellet sono pieni di pellet e che la maschera viene inserita davanti al touchscreen.
    4. Assicurarsi che ciascuna casella funzioni correttamente verificando che l'alimentatore è correttamente erogazione cibo e lo schermo, luci, e tono stanno lavorando. Un programma di test semplice scatola possa essere scritti per questo scopo e la nostra è disponibile su richiesta.
    5. Caricare la pianificazione corretta in ogni casella, prestando particolare attenzione alla versione appropriata (cioè, A o B). Informazioni pertinenti per quanto riguarda animali di input ID, sesso, condizione sperimentale, iniziali dell'utente e altre note se necessario (ad es., giorno di infusione 1).
    6. Recuperare ratti da camera colony e metterli nell'apposita casella.
    7. Avviare la sessione di.
      8. Set-up
    8. prestazioni guarda attraverso la videocamera all'inizio della sessione per diversi minuti per assicurarsi che tutto funzioni correttamente. Controllare periodicamente le prestazioni.
    9. Una volta che una sessione è completi, record dati di riepilogo (ad esempio, percentuale hits, per cento CRs, omissioni per cento) e gli eventuali problemi nel quaderno.
    10. Pulire ogni camera con etanolo al 10% e sostituire la biancheria da letto tra le serie di animali.
    11. Dopo aver eseguito il set finale dei ratti per il giorno, pulire le camere accuratamente con etanolo al 10%, assicurando che la griglia del pavimento è come pulito possibile e sostituire la biancheria da letto.
    12. Eseguire il backup dei dati su un server cloud ed estrarre tutti i dati critici.
    13. Spegnere apparecchiature.
    14. Eseguire animali allo stesso tempo nelle caselle stesse ogni giorno.
    15. Eseguire ratti 5-6 giorni a settimana (abbiamo eseguito i nostri ratti 6 giorni a settimana).

4. Risoluzione dei problemi del comportamento

Nota: è normale che le prestazioni cadere quando ratti sono la transizione alla fase successiva che modella (cioè, forma del naso Poke a Training Schedule 1, formazione allegato 1 al programma di allenamento 2, Programma di allenamento 2 a Sab). Tuttavia, se le prestazioni non migliorano nel tempo o se un topo stava eseguendo bene e poi improvvisamente si ferma un buon rendimento, più spesso il problema è con restrizione alimentare.

  1. Risoluzione dei problemi di restrizione del cibo
    1. se la restrizione alimentare è un problema di sospettato, guardare il ratto eseguire l'attività per aiutare a diagnosticare il problema e controllare i numeri di omissione, in particolare tra la sessione.
    2. Se un ratto ha alte omissioni, soprattutto se aumentano nel blocco 3 e si siede tranquillamente nella casella non eseguire, riducibo quotidiano e ammontare di 1 g e monitorare la situazione per stabilire se le prestazioni risultano migliorate.
    3. Se un ratto ha alte omissioni, con impazienza poke sullo schermo e corre avanti e indietro per il porto di cibo per tutta la sessione, aumentare la quantità di cibo giornaliera di 1 g e monitorare la situazione per stabilire se le prestazioni risultano migliorate.
    4. In casi dove è difficile dire se un ratto è sovra - o sottoalimentato, aumentare la quantità di cibo per 2 giorni e monitorare le prestazioni. Se le prestazioni non migliorano o ottiene peggio, diminuiscono la quantità di cibo per 2 giorni e monitorare le prestazioni
    5. se le prestazioni non migliorare dopo aver regolato la restrizione alimentare, sposta il topo a un più facile pianificata come dettagliato di seguito.
  2. Risoluzione dei problemi prestazioni alle diverse pianificazioni di formazione
    Nota: Drop un ratto poco performante se il tempo di acquisizione maggiore due deviazioni standard sopra il numero medio di giorni per cui ci vuole un animale del suo stesso sesso per raggiungere i criteri in base a tale pianificazione. Abbiamo fatto suggerimenti basati sui nostri dati per cut-off per ratti Sprague-Dawley, ma questi numeri dovrà essere regolato per diversi ceppi.
    1. Training Schedule 1: per il programma di allenamento 1, goccia Sprague-Dawley maschi se non possono acquisire dopo 36 giorni e rilasciare le femmine, se non hanno acquisito dopo 48 giorni.
    2. Programma di allenamento 2: se un ratto ' prestazioni di s il programma di allenamento 2 ristagna sotto criteri per 12 giorni di fila e un problema di restrizione alimentare è stato escluso, spostare il ratto ridiscendere Training Schedule 1 per un minimo di 5 giorni o fino a quando non raggiunge i criteri. Se il ratto non raggiunge i criteri sulla formazione Schedule 1 dopo 12 giorni, rilasciare il ratto dallo studio. Se il ratto passa Training Schedule 1 e viene ritrasferito al programma di allenamento 2, ma non migliora dopo 36 e 42 giorni per maschi e femmine, rispettivamente, dopo aver inizialmente avviato programma di allenamento 2, quindi rilasciare il ratto dallo studio.
    3. SAT: se un ratto ' prestazioni s on Sab ristagna sotto criteri per 12 giorni di fila e un problema di restrizione alimentare è stato escluso, spostare il ratto ridiscendere Training Schedule 1 per un minimo di 5 giorni o fino a quando non raggiungono i criteri. Se il ratto non raggiunge i criteri su allegato 1 in 12 giorni, rilasciare il ratto dallo studio. Se il ratto passa Training Schedule 1 e viene ritrasferito al SAT, ma non migliora dopo 41 e 28 giorni per maschi e femmine, rispettivamente, dopo aver inizialmente avviato SAT, goccia ratto dallo studio.
  3. Risoluzione di altri problemi
    1. se un topo si sviluppa un bias di lato (cioè, costantemente Punteggio > hits 70% e < 40% su respingimenti corrette, o viceversa) durante il programma di allenamento 2 o SAT, spostare il topo a Formazione di fase 1, che ha prove di correzione che incoraggiano il topo a rispondere a entrambe le aree di risposta. Tenere il ratto al Training Schedule 1 per un minimo di 5 giorni o fino a quando non raggiungono i criteri. Cadere il ratto dallo studio se criteri sulla formazione allegato 1 non è soddisfatto dopo 12 giorni.
    2. Consultare il personale veterinario immediatamente se un ratto smette di mangiare, si sviluppa la porfirina o altrimenti sta mostrando segni di dolore e angoscia.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Per la maggior parte degli studi attenzione, ratti sono addestrati a criteri on Sab e quindi vengono eseguite manipolazioni a turbare o migliorare l'attenzione. Acquisizione di dati non viene in genere presentate, ma lo facciamo qui per illustrare i tassi di acquisizione in ratti Sprague-Dawley maschi e femmine. A tal fine, abbiamo quantificato il numero mediano di giorni per raggiungere criteri on Sab (a partire dalla fase di Poke di naso). Si noti che alcuni ratti mai fatto per criteri (n = 5 maschi e n = 1 femmina). I giorni mediani che ci sono voluti maschio (n = 24) e femminili (n = 16) ratti raggiungere criteri (compresi quelli che non hanno raggiunto i criteri nel tempo assegnato) era 54,5 e 62 giorni, rispettivamente (Figura 1). Non c'era differenza significativa nel tempo di acquisizione tra i sessi [U = 165,5, Z = -0,75, p =. 469]. È da nota che la variabilità nei tempi di acquisizione appare maggiore nei maschi [intervallo interquartile (IQR) = 60.25] rispetto alle femmine [IQR = 29,50].

Una volta ratti acquisita della linea di base, abbiamo valutato le quattro misure di prestazioni tipiche nei maschi (n = 19) e femmine (n = 15): percentuale hits, percentuale CRs, VI e omissioni per cento. Sulla base delle percentuali di successi e respingimenti, maschi e femmine sono state corrette allo stesso modo accurato su segnalato [t(32) =.929, p =. 360] e prove non segnalato [t(32) =.071, p =. 394] (Figura 2ab). Come è tipico con SAT, precisione sulle sperimentazioni non segnalato era meglio di precisione sulle sperimentazioni segnalati [F(1, 32) = 129.99, p <. 001], ma questo non era differente fra i sessi (cioè, nessun effetto principale di sesso o interazione, [F < 1]). Come notato, VI è calcolato come una misura globale delle prestazioni attentional e maschi e femmine avevano simili VIs [t(32) =.419, p =. 678] (Figura 2C). Omissioni erano bassi, come previsto con una procedura di restrizione del cibo ottimale e comparabili tra i sessi [t(32) = 1.61, p =. 118] (figura 2d). Per testare le prestazioni in tutta la sessione, abbiamo valutato le modifiche attraverso i tre blocchi di prova e non ha trovato differenze nei colpi [F(2, 64) = 2,75, p =. 071] e correggere respingimenti [F(2, 64) = 1,871, p =. 162]. Quando si confrontano le prestazioni attraverso blocchi di prova, non c'erano differenze di sesso per i colpi e respingimenti corrette [F< 1] o interazioni tra sesso e blocco di prova per i colpi [F(2, 64) = 1.427, p =. 247] e correggere [respingimenti F < 1] (dati non mostrati).

Durante SAT, i segnali variano tra 500 ms, ms 50 e 25 ms e prestazioni in genere diminuisce con le17,10,di durata più breve segnale18. Replichiamo che trovare qui, come precisione è diminuito con la durata del segnale [F(2, 64) = 90.21, p <. 001] (Figura 3a). Test post-hoc di Bonferroni ha rivelato un declino significativo nella percentuale risultati da 500 ms a 50 ms (p <.001) e nuovamente da 50 ms a 25 ms (p =.017. Performance è stata paragonabile tra maschi e femmine: non c'era effetto principale del sesso [F(1, 32) = 1.74, p =. 267] o sesso di interazione durata segnale [F(2, 64) = 1.66, p =. 198].

Un modo per aumentare richieste attentional è facendo lampeggiare la houselight durante il secondo blocco di prove. Abbiamo testato un sottoinsieme dei ratti con questo distrattore (maschio n = 14, femmina n = 13). Come previsto, c'era un effetto principale della sessione [F(2, 50) = 37,73, p <. 001], tale che le prestazioni sono diminuite durante il secondo blocco di prove (post-hoc, blocco 1 vs. 2, p <.001), ma ha recuperato una volta cessato il distrattore blocco 3 (post-hoc, blocco 1 vs 3, p =.862) (Figura 3b). C'era un effetto principale del sesso [F(1, 25) = 11.29, p =. 003], tale che femmine eseguito peggio rispetto ai maschi per tutta la sessione di distrattore. Anche se non c'era alcuna interazione tra il sesso e le prestazioni per i blocchi di prova [F(2, 50) =.582, p <. 563], previsti comparazioni tra maschi e femmine in ogni blocco di prova ha rivelato che, anche se i maschi e le femmine eseguite allo stesso modo nel blocco 1 (p =.144), femmine eseguito peggio nel blocco 2 (p =.046) e blocco 3 (p =.003), suggerendo che il distrattore è più dirompente nelle femmine e loro recupero è peggio.

Figure 1
Figura 1: giorni ai criteri. Il numero mediano di giorni per raggiungere i criteri dell'attività di attenzione sostenuta (SAT) è stata simile tra maschi e femmine. Tuttavia, tempi di acquisizione maschio sono più variabili, come hanno un più grande intervallo interquartile (IQR) rispetto alle femmine. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: misure di Performance di SAT. (A, B) Ratti maschi e femmine hanno precisione simile sulle prove di segnale, come indicato in percentuale visite e prove non-segnale, come indicato in percentuale corrette respingimenti (CRs). (C) la vigilanza indice (VI), una misura globale dell'attenzione, è stata simile in entrambi i sessi. (D) omissioni erano bassi e paragonabili tra maschi e femmine. I dati sono presentati come mezzi ± errore standard della media (SEM). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: SAT prestazioni attraverso segnale durate e in presenza di un distrattore Visual. (A) segnali durante SAT variano in durata. Come previsto, percentuale hits (cioè, precisione sulle prove di segnale) diminuisce come segnale durate si accorciano e questo effetto era simile in entrambi i sessi. Asterisco indica una differenza significativa dalla durata del segnale di 500 ms. (B) Performance sul distrattore SAT sessione in genere viene misurata con il VI. Come previsto, l'introduzione di un distractor (cioè, houselight lampeggiante) nel blocco 2 (illustrato con una barra nera) è diminuito il VI sia maschi che femmine. Le femmine ha avuto un VI inferiore per tutta la sessione rispetto ai maschi. Asterisco indica una differenza significativa da 1 blocco e blocco 3 (p < 0.05). I dati sono presentati come mezzi ± SEM. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Aster (ma vedi riferimento21). Andando oltre ratti, una mouse versione del SAT è stata sviluppata per l'uso in camere dell'operatore tradizionale40. Versioni di touchscreen di altri compiti di attenzione (ad es., i cinque attività scelta seriale tempo di reazione e continuo delle performance) sono utilizzate con topi8,41, quindi è probabile che i parametri dettagliati qui possono essere adattati per testare topi in una versione di touchscreen SAT.

In sintesi, il presente protocollo dettagli come implementare SAT per touchscreen chambers operante in ratti. Data la crescente popolarità di questa apparecchiatura, touchscreen SAT può essere facilmente impiegato in molti laboratori con questo protocollo. Un altro aspetto importante del nostro design studio è che abbiamo confrontato SAT prestazioni tra i sessi. Mentre entrambi i sessi sono stati valutati usando tradizionale SAT10,11, molte attività di touchscreen di attenzione sono state sviluppate utilizzando solo maschi roditori o non confrontare le prestazioni di maschi e femmine8,19 ,41. Abbiamo trovato che il touchscreen SAT acquisizione e criteri prestazioni erano simili in maschi e femmine, suggerendo che, molto simile con tradizionale SAT, touchscreen SAT è un test altrettanto valido di attenzione in entrambi i sessi. L'importanza della convalida procedure comportamentali in roditori sia maschile che femminile sta diventando sempre più critica a causa di recenti sforzi attuati dai National Institutes of Health per richiedono la considerazione del sesso come una variabile biologica; una politica vuole affrontare il bias maschio storico in ricerca di base42. I risultati attuali indicano che non esiste alcun motivo per escludere ratti femminili in uno studio progettato per touchscreen SAT. Inoltre, perché touchscreen SAT prestazioni è simile in maschi e femmine alla linea di base, qualsiasi manipolazione finalizzati a migliorare o alterare l'attenzione che si traduce in una differenza del sesso non è complicata da differenze di sesso in misure di performance della linea di base. Così, la crescente adozione di touchscreen chambers e la mossa di includere femminile roditori nella ricerca di base gli studi fanno touchscreen seduto un approccio particolarmente utile studiare sostenere l'attenzione.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

Vorremmo ringraziare Joy Bergmann, Attilio Ceretti, Sarah Cohen, Nina Duncan, Arron Hall, Hanna Lefebo e Madeleine Salvatore per la loro assistenza con il comportamento e Dr. Vinay Parikh, Dr. Brittney Yegla e Rob Cole per i loro consigli sui parametri SAT. Vorremmo ringraziare il Dr. Jill McGaughy per suggerimenti su come la procedura di formazione. Questo lavoro è stato sostenuto dagli istituti nazionali di sovvenzione di salute 092438 NIMH e National Science Foundation concedere IOS 1552416 a 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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Cornblatt, B. A., Keilp, J. G. Impaired attention, genetics, and the pathophysiology of schizophrenia. Schizphr Bull. 20 (1), 31-46 (1994).
  2. Gmehlin, D., et al. Attentional Lapses of Adults with Attention Deficit Hyperactivity Disorder in Tasks of Sustained Attention. Arch Clin Neuropsychol. 31 (4), 343-357 (2016).
  3. Perry, R. J., Hodges, J. R. Attention and executive deficits in Alzheimer's disease. A critical review. Brain. 122 (Pt 3), 383-404 (1999).
  4. Sarter, M., Givens, B., Bruno, J. P. The cognitive neuroscience of sustained attention: where top-down meets bottom-up. Brain Res Rev. 35 (2), 146-160 (2001).
  5. Smilek, D., Carriere, J. S. A., Cheyne, J. A. Failures of sustained attention in life, lab, and brain: Ecological validity of the SART. Neuropsychologia. 48 (9), 2564-2570 (2010).
  6. Becker, J. B., Prendergast, B. J., Liang, J. W. Female rats are not more variable than male rats: a meta-analysis of neuroscience studies. Biol Sex Differ. 7 (1), 34 (2016).
  7. Cope, Z. A., Young, J. W. The Five-Choice Continuous Performance Task (5C-CPT): A Cross-Species Relevant Paradigm for Assessment of Vigilance and Response Inhibition in Rodents. Curr Protoc Neurosci. 4, 9-56 (2017).
  8. Kim, C. H., et al. The continuous performance test (rCPT) for mice: a novel operant touchscreen test of attentional function. Psychopharmacology (Berl). 232 (21-22), 3947-3966 (2015).
  9. Robbins, T. W. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology (Berl). 163 (3-4), 362-380 (2002).
  10. McGaughy, J., Sarter, M. Behavioral vigilance in rats: task validation and effects of age, amphetamine, and benzodiazepine receptor ligands. Psychopharmacology (Berl). 117 (3), 340-357 (1995).
  11. McGaughy, J., Sarter, M. Effects of ovariectomy, 192 IgG-saporin-induced cortical cholinergic deafferentation, and administration of estradiol on sustained attention performance in rats. Behav neurosci. 113 (6), 1216-1232 (1999).
  12. St Peters, M., Cherian, A. K., Bradshaw, M., Sarter, M. Sustained attention in mice: expanding the translational utility of the SAT by incorporating the Michigan Controlled Access Response Port (MICARP). Behav Brain Res. 225 (2), 574-583 (2011).
  13. Demeter, E., Sarter, M., Lustig, C. Rats and humans paying attention: cross-species task development for translational research. Neuropsychology. 22 (6), 787-799 (2008).
  14. McGaughy, J., Kaiser, T., Sarter, M. Behavioral vigilance following infusions of 192 IgG-saporin into the basal forebrain: selectivity of the behavioral impairment and relation to cortical AChE-positive fiber density. Behav neurosci. 110 (2), 247-265 (1996).
  15. Gritton, H. J., et al. Cortical cholinergic signaling controls the detection of cues. Proc Natl Acad Sci. 113 (8), E1089-E1097 (2016).
  16. Burk, J. A., Sarter, M. Dissociation between the attentional functions mediated via basal forebrain cholinergic and GABAergic neurons. Neuroscience. 105 (4), 899-909 (2001).
  17. Parikh, V., Bernard, C. S., Naughton, S. X., Yegla, B. Interactions between Aβ oligomers and presynaptic cholinergic signaling: Age-dependent effects on attentional capacities. Behav Brain Res. 274, 30-42 (2014).
  18. Cole, R. D., Kawasumi, Y., Parikh, V., Bangasser, D. A. Corticotropin releasing factor impairs sustained attention in male and female rats. Behav Brain Res. 296, 30-34 (2016).
  19. Wicks, B., et al. Method for testing sustained attention in touchscreen operant chambers in rats. J Neurosci Meth. 277, 30-37 (2017).
  20. Hvoslef-Eide, M., Nilsson, S. R., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Cognitive Translation Using the Rodent Touchscreen Testing Approach. Curr Top Behav Neurosci. 28, 423-447 (2016).
  21. Bussey, T. J., et al. The touchscreen cognitive testing method for rodents: how to get the best out of your rat. Learn Mem. 15 (7), 516-523 (2008).
  22. Mar, A. C., et al. The touchscreen operant platform for assessing executive function in rats and mice. Nat Protoc. 8 (10), 1985-2005 (2013).
  23. Gill, T. M., Sarter, M., Givens, B. Sustained visual attention performance-associated prefrontal neuronal activity: evidence for cholinergic modulation. J Neurosci. 20 (12), 4745-4757 (2000).
  24. Mazure, C. M., Jones, D. P. Twenty years and still counting: including women as participants and studying sex and gender in biomedical research. BMC Womens Health. 15 (1), 94 (2015).
  25. Toth, L. A., Gardiner, T. W. Food and Water Restriction Protocols: Physiological and Behavioral Considerations. J Am Assoc Lab Anim Sci. 39 (6), 9-17 (2000).
  26. Nuechterlein, K. H., Luck, S. J., Lustig, C., Sarter, M. CNTRICS Final Task Selection: Control of Attention. Schizo Bull. 35 (1), 182-196 (2009).
  27. Burk, J. A., Herzog, C. D., Porter, M. C., Sarter, M. Interactions between aging and cortical cholinergic deafferentation on attention. Neurobiol Aging. 23 (3), 467-477 (2002).
  28. St Peters, M., Demeter, E., Lustig, C., Bruno, J. P., Sarter, M. Enhanced control of attention by stimulating mesolimbic-corticopetal cholinergic circuitry. J Neurosci. 31 (26), 9760-9771 (2011).
  29. Turchi, J., Holley, L. A., Sarter, M. Effects of nicotinic acetylcholine receptor ligands on behavioral vigilance in rats. Psychopharmacology. 118 (2), 195-205 (1995).
  30. Newman, L. A., McGaughy, J. Attentional effects of lesions to the anterior cingulate cortex: How prior reinforcement influences distractibility. Behav neurosci. 125 (3), 360-371 (2011).
  31. Gritton, H. J., Stasiak, A. M., Sarter, M., Lee, T. M. Cognitive Performance as a Zeitgeber: Cognitive Oscillators and Cholinergic Modulation of the SCN Entrain Circadian Rhythms. PLOS ONE. 8 (2), e56206 (2013).
  32. Newman, L. A., McGaughy, J. Cholinergic deafferentation of prefrontal cortex increases sensitivity to cross-modal distractors during a sustained attention task. J Neurosci. 28 (10), 2642-2650 (2008).
  33. Yu, A., Dayan, P. Uncertainty, Neuromodulation, and Attention. Neuron. 46 (4), 681-692 (2005).
  34. Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats. Nat Protoc. 3 (5), 759-767 (2008).
  35. Bhandari, J., Daya, R., Mishra, R. K. Improvements and important considerations for the 5-choice serial reaction time task-An effective measurement of visual attention in rats. J Neurosci Meth. 270, 17-29 (2016).
  36. Bangasser, D. A., Shors, T. J. The hippocampus is necessary for enhancements and impairments of learning following stress. Nat Neurosci. 10 (11), 1401-1403 (2007).
  37. Wiersielis, K. R., et al. Sex differences in corticotropin releasing factor-evoked behavior and activated networks. Psychoneuroendocrinology. 73, 204-216 (2016).
  38. Parikh, V., et al. Diminished trkA receptor signaling reveals cholinergic-attentional vulnerability of aging. Eur J Neurosci. 37 (2), 278-293 (2013).
  39. Prusky, G. T., Harker, K. T., Douglas, R. M., Whishaw, I. Q. Variation in visual acuity within pigmented, and between pigmented and albino rat strains. Behav Brain Res. 136 (2), 339-348 (2002).
  40. Peters, M., Cherian, A. K., Bradshaw, M., Sarter, M. Sustained attention in mice: Expanding the translational utility of the SAT by incorporating the Michigan Controlled Access Response Port (MICARP). Behav Brain Research. 225 (2), 574-583 (2011).
  41. Romberg, C., Mattson, M. P., Mughal, M. R., Bussey, T. J., Saksida, L. M. Impaired Attention in the 3xTgAD Mouse Model of Alzheimer's Disease: Rescue by Donepezil (Aricept). J Neurosci. 31 (9), 3500-3507 (2011).
  42. Clayton, J. A., Collins, F. S. NIH to balance sex in cell and animal studies. Nature. 509 (7500), 282-283 (2014).

Tags

Neuroscienze problema 127 attenzione cognizione condizionamento operante touchscreen vigilanza differenza del sesso
Touchscreen sostenuta attenzione Task (SAT) per ratti
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bangasser, D. A., Wicks, B., Waxler, … More

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).

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