Summary
Постоянного внимания, или непрерывно мониторинг ситуаций для прерывистого и непредсказуемых событий, является важнейшим аспектом познания. Здесь мы подробно как проверить постоянное внимание у крыс с помощью сенсорного экрана оперантной камер. Мы демонстрируем сопоставимой производительности в самцов и самок крыс, что делает эту задачу полезно для изучения внимание в обоих полов.
Abstract
Постоянного внимания является способность контролировать прерывистый и непредсказуемых событий течение длительного периода времени. Этот процесс внимания subserves другие аспекты познания и нарушается в некоторых нейротоксичностью, психоневрологических и нейродегенеративных расстройств. Таким образом клинически важно определить механизмы, которые препятствуют и улучшение постоянного внимания. Такие механизмы нередко сначала обнаруживаются с помощью грызунов модели. Поэтому были разработаны несколько поведение процедуры для тестирования аспекты постоянного внимания для грызунов. Один, впервые описал McGaughy и Sarter (1995), называется задачи постоянного внимания (SAT), поезда крыс различать сигнал (т.е., краткая презентация света) и испытания-сигнала. Сигналы короткий и таким образом требуют пристального внимания к восприниматься. Внимания требует может быть увеличена Далее путем введения дистрактор (например, мигающие houselight). Мы модифицировали эту задачу для сенсорного экрана оперантной камер, которые настроены с сенсорным экраном на одной стене, которая может представлять стимулы и запись ответов. Здесь мы подробно наш протокол для СИДЕЛ в сенсорный экран камеры. Кроме того мы представляем стандартные показатели производительности в крысах Sprague-Dawley мужского и женского пола. Сопоставимой производительности на эту задачу в обоих полов освещаются его использование для исследования внимания, особенно как больше исследователей в том числе женских грызунов в их экспериментальный дизайн. Кроме того простая реализация SAT для камер все более популярным сенсорный увеличивает его полезности.
Introduction
Расстройства от дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) до шизофрении с болезнью Альцгеймера, доля внимания расстройства как функция1,2,3. Дефицит внимания — возможность постоянно следить за ситуацией для прерывистого и непредсказуемых событий — являются особенно разрушительным, потому что постоянное внимание имеет решающее значение для селективного и разделенного внимания, а также другие когнитивные обрабатывает4,5. Даже у здоровых людей трудности с поддержания внимания негативно влияет на познание, умаление ежедневные функции6. Таким образом понимание нейробиологических основу постоянного внимания и как она становится dysregulated может привести к вмешательства для улучшения познания, что принесет пользу многим людям.
Для того, чтобы разграничить цепей и молекулярных процессов, которые способствуют правильной против нарушается внимание, многие исследователи обратились к не человеком животных моделей, где манипуляция конкретных клеточных популяций и молекулярных процессов во внимание задачи-это возможно. Усилия привели к разработке целого ряда оперантной внимания задачи, которые можно оценить способность поддерживать внимание7,8,9,10. Один такой парадигмы, разработанный McGaughy и Sarter (1995), известен как задачи постоянного внимания (сб). Грызуны, обучение в СБ должны отличать сигнал испытания, в которых кратко проблескивает сигнал света, от испытаний-сигнал. Внимания требует может быть увеличен путем введения визуальных дистрактор (мигает houselight)10. Параметры критической оценки внимание в сб, хорошо известны, и эта задача протестирована в самцов и самок крыс и мышей10,,1112. Даже версия была адаптирована для людей, подчеркнув переводческая программа СБ13. Важно отметить, что использование этой задачи помог обвинить базальной переднего corticopetal системы в постоянное внимание4. В частности, холинергических нейронов в ядро basalis Мейнерт (НБМ) / substantia inominata (SI) регион базальной переднего мозга, что проект в префронтальной коре являются критическими для показов, которые являются точные ответы на сигнал испытания14, 15. В противоположность этому ГАМК нейронов в этом регионе считается посредником производительность при правильной отказов (CRs), которые являются точные ответы на испытания-сигнал16. После того, как принципиальная схема для этой задачи была создана, факторы, которые модулируют этой схемы, чтобы ослабить внимание от гормонов стресса до нейротоксическое белков были определены17,18. Вместе эти исследования подчеркнуть полезность SAT.
Одно ограничение для реализации SAT в лаборатории, что первоначальная процедура требует оперантной камер постоянно настроен для задачи с свет панели центр и два удлиняемым рычаги, один для показов и один для CRs10. На пробу сигнал света группа кратко освещает и расширьте рычаги для обозначения 4 s ответ окно. Во время этого окна если назначенный хит рычаг нажат, то крысы получает вознаграждение (пищу или воду). Неправильные рычаг давит на сигнал испытания, известный как для девушек, не вознаграждаются. На несигнальное испытаний Группа свет остается выключенной, затем распространяются рычаги. В то время как CR вознаграждается, неправильные рычаг давит на несигнальное испытания, известный как ложные срабатывания, не вознаграждаются. Неспособность сделать любой ответ во время окна ответ считается как упущение. Чтобы расширить доступность SAT, мы недавно изменен задач сенсорный оперантной камер, в которых одна стена является сенсорный экран, который может как отображать визуальные раздражители и записи нос совать ответов19. Сенсорный экран камеры становятся популярными из-за их универсальность для выполнения различных задач (например, в паре ассоциированных обучение, обучение разворота и т.д.) с одной единицы оборудования20. Похож на других процедур сенсорный20,21,22, наша адаптация SAT требует использования непрозрачных пластиковых сенсорный покрытия, называется маска с отверстиями, нарезать его. Центральный, круглые отверстия позволяет представление сигнала, представляя белый стимул на экране позади него, и две площади ответ области, один для показов и один для ДУС, позволяют крысы сделать сенсорный ответы19. В традиционных камер в 4-х ответ окно обычно указывается с представлением рычаги, но предыдущие исследования показали, что тон может также использоваться для сигнала ответ окно23. В сб сенсорного экрана мы аналогичным образом сигнал ответ окно с кратким тоном. Другие параметры подготовки (например, количество судебных процессов, intertrial интервал и т.д.) находятся аналогичные между традиционными и сенсорный SAT. Мы ранее оценку производительности между традиционной и сенсорный экран версии SAT и обнаружил, что сопоставимые, предполагая, что сенсорный экран SAT является верным способом для измерения постоянного внимания19. Модификация сенсорный экран делает SAT более универсальным, потому, что она теперь может быть адаптирована для широкого использования в сенсорный экран оперантной коробки.
Настоящий Протокол подробно описано, как запускать сенсорный SAT в лаборатории. Учебные планы были слегка изменены из нашего предыдущего доклада задачи19 для оптимизации времени приобретения в самок крыс, которые, в отличие от мужчины, с трудом продвижения через предыдущих графиков24. Результаты, иллюстрирующие типичные производительности в самцов и самок крыс включены, а также советы для устранения неполадок с задачей.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
все эксперименты были проведены в соответствии с руководящими принципами национальных институтов здоровья и были утверждены Комитетом по Храм университета правомерного использования животных и уход. Этот протокол был разработан с взрослого (~ 60 дней возраста при запуске исследование) крысах Sprague-Dawley мужского и женского пола (Charles River).
1. материалы для сенсорного экрана SAT
- обеспечить что кабина затухания звука окружает каждого сенсорного экрана камеры и камеры оснащены дом свет, генератор тона, камеры, позиционируется выше камеры и лепешки дозатор с фидер вознаграждение (которая может быть освещен) на стене напротив сенсорный.
- Использовать фидер награда зона с большой апертурой если планируется канюля или электроды имплантатов. Использовать 45 мг награду гранулы, которые были просеянной с просеиватель муки для уменьшения пыли, которая может засорить фидер.
- Подходят каждой камеры с черной маске акриловые (3,175 мм толщиной, матовая) для ограничения области ответ на сенсорном экране. Подготовить маска с открытием центрального круга (28.58 мм диаметр, 107.95 мм от дна, по центру между левой и правой стороны) для легких стимул и два квадратных ответ районов (28.57 x 28.57 мм) каждый расположены ниже и покинуть центр (один 85.73 мм от Левая сторона и один 85.73 мм с правой стороны и оба 34.93 мм от дна). Изображением маски можно найти в публикации, фитили, и др. 19.
- место маску перед сенсорный экран с матовой отделкой, позиционируется по отношению к камере.
2. график дизайн для сенсорного экрана SAT
Примечание: ниже протокол подробно описано, как задать параметры для формирования и тестирование расписания для сенсорного экрана SAT. Все эти графики также доступны по запросу. Таблица 1 описывает параметры графика.
- Носом ткнуть формирование параметров.
- Установить программу, так что сигналы не представлены и houselight остается выкл.
- Задать область награду фидер для освещения для указания наличия лепешки и этот свет выключить, после извлечения Пелле определяется фидер порт инфракрасного луча.
- Набор программы так, что нос тычет в любом районе ответ награжены с гранул пищи по графику 1 подкрепление (FR1)-соотношение (то есть, каждый соответствующий ответ начисляется). Однако, настроить программу так, что если стороне дифференциального тычет нос является пять или более, крыса должны совать не благоприятствования стороне чтобы получить награду для предотвращения развития стороне уклона.
- Установить сеанс после 40 мин или 120 вознаграждены тычет. Заранее субъектов обучения график 1 если они полный 120 носом тычет в 40 мин для двух последовательных дней.
- Описание общих параметров для подготовки график 1, 2 график обучения и сб.
- Программа подготовки расписания так, чтобы houselight предстоит увеличить внимания требования.
- Программа каждой сессии, так что он состоит из 162 судебных процессов, которые можно разделить на три блока 54 испытаний на блок с intertrial интервалом (ИТИ) установлен на 9 ± 3 s.
- Убедитесь, что сигнал и испытания-сигнал pseudorandomized, такое же количество сигнала и испытания-сигнал происходят в каждом из трех блоков.
- Установить программу для доставки продовольствия Пелле и включите свет порт питания автоматически в начале каждой сессии. Когда перерыв инфракрасный луч указывает, что крыса снял свою голову из области вознаграждение, установите программу, чтобы выключить свет порт питания и начать первый ITI.
- После каждого испытания (то есть, сигнал или не сигнал), установите программу для обозначения 4-s ответ окно с 200 мс, 70 дБ тон (3 кГц).
- Если правильно отвечает крыса, установить программу начать ITI, когда крысы удаляет свою голову из области награду. Если крыса отвечает неправильно, установите ITI начать после ответа. Если крыса опускает (т.е., делает никакого ответа), задайте ITI начать после окончания окна ответ.
- Для противовеса, разработать две версии этих графиков, первый с правильный ответ, отведенном для показов (вариант A) и второй с левой ответ, отведенном для показов (версия B).
- Параметры подготовки график 1.
- Набор все длительности сигнала до 500 г-жа
- на сигнал испытания, установите программу чтобы осветить ответ, отведенном для показов на 50% интенсивности, наряду с сигнал, чтобы привлечь крыса ' s внимание на правильный ответ области.
- Держать назначенной области для правильного отказов неосвещенной-сигнал испытаний.
- Настроить программу так, что неправильные ответы вызвать коррекции испытания, в которых представлена снова предыдущего судебного разбирательства тип (то есть, сигнал или не сигнал). Убедитесь, что правильный ответ или четыре последовательных неправильные ответы заканчивается серии испытаний коррекции. Не учитываются коррекции испытания к 162 всего процессов, необходимых для завершения задачи.
- Заранее предметов для подготовки график 2, если они имеют по крайней мере 70% хиты, по крайней мере 70% правильных отказов и менее 20% пропусков для трех дней подряд.
- Параметры подготовки график 2.
- Установить все длительности сигнала до 500 г-жа
- в отличие от подготовки график 1, установить программу держать ответ области для показов неосвещенной на сигнал испытания.
- В отличие от график обучения 1, не имеют программы выполнить коррекцию испытания.
- Держать все остальные параметры, же, как и подготовки график 1.
- Заранее субъектов к SAT, если они имеют по крайней мере 70% хиты, по крайней мере 70% правильных отказов и менее 20% пропусков для трех дней подряд.
- Параметры сб.
- Установить три сигнала длительности: 500 мс, 50 мс и 25 г-жа
- задать программу для представления переменных сигналов в псевдослучайных моды, таким образом, чтобы три длительности сигнала представлены равное количество раз в течение каждого из трех блоков пробную.
- Определяют критерии исполнения, как по крайней мере 70% показов на длительность сигнала 500 мс, по крайней мере 70% правильных отказов и менее 20% упущения в течение трех дней подряд.
| стадии подготовки | Макс. Испытания | сигнал продолжительность (МС) | Специальные условия | критерии | медиана дней в стадии |
| нос тыкать форму | 120 | Событий не | Houselight на | 120 испытания в течение 40 минут | мужчины: 2, суки: 2 |
| подготовки график 1 | 162 | 500 | Houselight; Коррекция испытания; Ответ окно горит на 50% во время испытания сигнала | > хиты 70%, > 70% CR, < 20% пропусков для 3 дней подряд | мужчины: 19, женщины: 25 |
| подготовки график 2 | 162 | 500 | Houselight на | > Хиты 70%, > 70% CR, < 20% пропусков для 3 дней подряд | мужчины: 13, самок: 21 |
| СИДЕЛ | 162 | 500, 50, 25 | Houselight на | > 70% показов в 500 мс, > 70% CR, < 20% упущения 3 дней подряд | мужчины: 18, женщины: 12 |
Таблица 1: учебные планы и среднее время приобретения для каждого графика.
- дистрактор сб.
- ,
- Сохранить параметры для блоков 1 и 3 идентичен сб.
- Программа houselight, так что он мигает с частотой 0,5 Гц во время блок 2.
- При анализе данных, сравнение производительности между блоков 1, 2 и 3 для анализа производительности до, во время и после дистрактор в течение той же сессии.
- Программа извлечения данных.
- Экстракт следующие данные для SAT и отвлекающего SAT, в разбивке по испытательный блок и каждый сигнал продолжительности (для VI и процент показов):
- вычислить процент показов, разделив количество хитов на комбинированных количество хиты и промахов и затем му ltiplying 100.
- Вычислить процент правильных отказов путем деления числа правильных отказов на общее количество правильных отказов и ложных срабатываний и затем умножения на 100.
- Вычисления индексе бдительности (VI), общая мера внимания производительности, используя следующую формулу:
h и f которых доля показов на сигнал испытания и false сигнализации на испытания-сигнал, соответственно. Значения VI в диапазоне от -1 до + 1 с значение 0, указывающее, что крысы не может различить между сигналом и испытания-сигнала. Не включайте опущен испытания в меру VI. - Вычислить процент упущения путем определения процент судебных разбирательств, где произошло никакого ответа.
- Экстракт следующие данные для SAT и отвлекающего SAT, в разбивке по испытательный блок и каждый сигнал продолжительности (для VI и процент показов):
h и f которых доля показов на сигнал испытания и false сигнализации на испытания-сигнал, соответственно. Значения VI в диапазоне от -1 до + 1 с значение 0, указывающее, что крысы не может различить между сигналом и испытания-сигнала. Не включайте опущен испытания в меру VI.3. Процедура запуска крыс в сенсорный экран СБ
- обратного цикла свет/темно соображения
Примечание: Мы испытание наших крыс во время их темные цикла, но в разделе обсуждения соображения относительно испытаний в свет цикла.- Для тестирования во время темных цикла, начать поведение, тестирование по крайней мере 30 минут после начала цикла темные.
- После настройки оборудования, держать поведенческих тестирования номер в темноте во всех учебных и тестирования процедур, чтобы избежать вмешательства с крысы ' сна/бодрствования цикла.
- Покрытие клетки крыс с черным полотенца во время транспортировки для сведения к минимуму воздействия света.
- Использовать фары с красными огнями включен для громкой работе в темноте без нарушения цикла свет/темно.
- Питания ограничение процедуры и расписание назначения
- Дон соответствующие средства индивидуальной защиты (СИЗ; например, перчатки, маски, капот, лаборатории пальто, Бахилы и т.д.) до обработки крысы.
- Когда крысы прибывают в колонии комнату, дом крысы индивидуально или в группах. Большинство крыс в наших исследованиях вживляются в конечном итоге с канюли, которая требует индивидуального жилищного.
- Ручка крыс ежедневно в течение 5 мин в день, 5 дней до начала исследования.
- До ограничения продовольственной, запишите каждый Крыса ' s бесплатные кормления вес и вычислить их целевой вес 85% их свободного веса кормления.
- Еда ограничить крыс за 3 дня до начала формирования.
- До формирования, предварительно подвергать крыс 15 еда награду гранул в их дома клетке.
- После первоначального пищи ограничение, настроить ежедневное питание суммы по мере необходимости для поддержания производительности на внимание задаче и ~ 85% каждого крыса ' s бесплатно кормления вес тела позволяет легким веса с течением времени (см. руководящие принципы 25). Перед началом нового графика, ограничить крысы больше, чем обычно, для повышения мотивации.
- На дни недели, когда крысы не выполнить поведение, увеличить их пищу, по крайней мере 1.0 g макияж для калорий, которые они получили бы во время вознаграждены в поведенческих задач.
- Запись каждый Крыса ' s вес после завершения их сессии.
- Не кормить до по крайней мере 30 минут после завершения их сессии, чтобы избежать ассоциацию между поведенческое тестирование прекращения и время кормления крыс. Если крысы группы размещены, кормить каждый Крыса отдельно за 1 ч, а затем положить крыс обратно в состояние жилья группы.
- До начала исследования, случайным образом назначить каждый Крыса одной из двух версий графики обучения (A или B) и поддерживать их на их места для версии всей профессиональной подготовки и процедуры сб.
- Ежедневно работает процедура
- Дон соответствующие СИЗ.
- Мощностью до оперантной камеры и компьютера.
- Проверить что диспенсеры гранулы заполнены с окатышей и что маску вставляется перед сенсорный.
- Убедитесь, что каждая коробка функционирует должным образом, убедившись, что подачи правильно дозирования пищи и экран, огни, и тон работают. График тестирования простой коробке могут быть написаны для этой цели и наши предоставляется по запросу.
- Загрузить правильный график в каждой коробке, пристальное внимание к соответствующей версии (т.е., A или B). Введите соответствующую информацию в отношении животных ID, секс, экспериментальные условия, инициалов пользователя и другие примечания, при необходимости (например, настой день 1).
- Получить крыс из колонии комнаты и положить их в соответствующее поле.
- Сеанс.
- Смотреть производительности через видео-камеры установка в начале сессии на несколько минут, чтобы обеспечить, что все работает правильно. Периодически проверяйте производительность.
- После сеанса является полным, запись сводные данные (например, процент показов, процент CRs, процент упущения) и любые вопросы в записной книжке.
- Протирают каждой камеры с 10% этанола и заменить постельные принадлежности между сетами животных.
- После запуска окончательный набор крыс на день, чистить камеры тщательно с 10% этанола, обеспечения сетке этаже как чистить как можно скорее и заменить постельные принадлежности.
- Резервную копию данных на сервере облако и извлекать критических данных,.
- Власть вниз оборудование.
- Запуск животных в то же время в полях же каждый день.
- Запуск крыс 5-6 дней в неделю, (мы запускаем наши крысы 6 дней в неделю).
4. Устранение неполадок поведение
Примечание: это нормально для производительности отказаться, когда крысы перешли к следующему этапу формирования (т.е., нос тыкать форму обучения график 1, обучение графике 1 к 2 график обучения, График обучения 2-сб). Однако, если производительность не улучшится со временем или крыса была очень хорошо и затем внезапно останавливается, хорошо, чаще всего проблема связана с ограничением питания.
- Устранение неполадок проблемы ограничения продовольственной
- Если питание ограничение является вопросом подозреваемых, смотреть крысы выполняют задачи, чтобы помочь диагностировать, где проблема и проверить номера бездействия, особенно через сессии.
- Если крыса имеет высокий упущения, особенно если они увеличивают в блок 3 и спокойно сидит в поле, не выполняя, элеежедневное питание e сумма от 1 g и контролировать ситуацию, чтобы определить, если производительность улучшается.
- Если крыса имеет высокий упущения, нетерпеливо тычет экрана и бежит обратно к порту питания на протяжении всей сессии, увеличить суточный объем пищи на 1 g и контролировать ситуацию, чтобы определить, если производительность улучшается.
- В тех случаях, когда это трудно сказать ли крыса над - или недоедает, увеличить количество пищи за 2 дня и наблюдения за производительностью. Если производительность не улучшится или становится хуже, уменьшить количество пищи за 2 дня и наблюдения за производительностью
- Если производительность не улучшаются после регулировки питания ограничение, переместить крысы легче планируется как подробные Далее.
- Устранения неполадок производительности в различных графиков обучения
Примечание: Drop неэффективные крыса, если превышено время его приобретения два стандартных отклонения выше среднее количество дней, которые он принимает животных одного пола для достижения критериев на этот график. Мы внесли предложения, основанные на наши данные для обрезков для крысах Sprague-Dawley, но эти цифры могут должны быть скорректированы для различных штаммов.- 1 график обучения: для график обучения 1, падение Sprague-Dawley мужчины, если они не могут приобрести после 36 дней и падение женщины, если они не приобрели после 48 дней.
- Подготовки график 2: Если крыса ' s производительность на 2 график обучения застаивается ниже критерии для 12 дней подряд и была исключена проблема ограничения продовольственной, переместить крысы обратно до 1 график обучения как минимум 5 дней или пока он не достигнет критериев. Если крыса не достигают критерии подготовки график 1 после 12 дней, падение крысы из исследования. Если крыса проходит 1 график подготовки и переехал обратно в 2 график обучения, но не улучшаются после 36 и 42 дней для мужчин и женщин, соответственно, после первоначально начала подготовки график 2, затем падение крысы из исследования.
- СБ: Если крыса ' s производительность на SAT застаивается ниже критерии для 12 дней подряд и была исключена проблема ограничения продовольственной, переместить крысы обратно до 1 график обучения как минимум 5 дней или до тех пор, пока они достигают критерии. Если крыса не достичь критериев на графике 1 в 12 дней, падение крысы из исследования. Если крыса проходит 1 график подготовки и переехал обратно в сб, но не улучшаются после 41 и 28 дней для мужчин и женщин, соответственно, после первоначально начиная SAT, падение крысы из исследования.
- Других неполадок
- Если крыса развивается стороне уклоном (т.е., последовательно забил > хиты 70% и < 40% на правильный отказов, или наоборот) находясь на 2 график обучения или SAT, переместить крысы Обучение 1 фаза, которая имеет коррекции испытания, способствующих крыса реагировать на обеих областях ответ. Держите крысы на 1 график обучения как минимум 5 дней или до тех пор, пока они достигают критерии. Падение крысы из исследования, если на обучение 1 график не критериев после 12 дней.
- Проконсультироваться с ветеринарного персонала немедленно, если крыса останавливается пищу, развивается порфирина или иным образом проявляет признаки боли и стресса.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Для большинства исследований внимание крысы обучаются критериев в сб и затем выполняются манипуляции нарушить или улучшить внимание. Приобретение данных обычно не представил, но мы делаем это здесь, чтобы проиллюстрировать темпы приобретения в крысах Sprague-Dawley мужского и женского пола. С этой целью мы количественно средний количество дней, чтобы достичь критериев в СБ (начиная с этапа совать нос). Обратите внимание, что несколько крыс никогда не сделал его критерии (n = 5 самцов и n = 1 женщина). Средний дней, которые он взял мужчин (n = 24) и женского (n = 16) крыс для достижения критериев (включая тех, кто не достиг критерии в отведенное время) была 54,5 дней и 62 дней, соответственно (рис. 1). Не было никакого существенного различия в приобретение время между полами [U = 165.5, Z = -0,75, p =. 469]. Примечательно, что изменчивость в приобретение время появляется больше самцов [межквартильный диапазон (ИКР) = 60,25] самок [ИКР = 29,50].
После того, как крыс приобрели базовые, мы оценили четыре типичные показатели у мужчин (n = 19) и женщины (n = 15): процент показов, процент CRs, VI и процент упущения. На основании доли показов и правильным отказ, мужчины и женщины были аналогичным образом точной на сигнал [t(32) =.929, p =. 360] и несигнальное испытания [t(32) =.071, p =. 394] (рис. 2ab). Как обычно с SAT, точность на несигнальное испытаний был лучше, чем точность на сигнальном испытания [F(1, 32) = 129.99, p <. 001], но это было не различных между мужчинами и женщинами (то есть, не основной эффект взаимодействия, [Fили секс < 1]). Как уже отмечалось, VI рассчитывается как общая мера внимания производительности, и мужчины и женщины имели одинаковые VIs [t(32) =.419, p =. 678] (рис. 2 c). Упущения были низкими, как и ожидалось с процедурой ограничений оптимальное питание и сопоставимых между полами [t(32) = 1.61, p =. 118] (Рисунок 2d). Для тестирования производительности всей сессии, мы оценили изменения через три суда блоков и нашли никаких различий в хитов [F(2, 64) = 2,75, p =. 071] и устранения отказов [F(2, 64) = 1.871, p =. 162]. При сравнении производительности через испытательный блоков, не было выявлено различий секс для показов и правильным отказ [F< 1] или взаимодействий между сексом и испытательный блок для хитов [F(2, 64) = 1.427, p =. 247] и устранения отказов [ F < 1] (данные не показаны).
В ходе SAT сигналы колеблется между 500 мс, 50 мс, 25 мс и производительность обычно падает с коротких сигнала длительностью10,17,18. Мы повторить, что нахождение здесь, как точность, сократилось с длительность сигнала [F(2, 64) = 90,21, p <. 001] (рис. 3a). Бонферрони пост hoc тесты показали значительное снижение процента хиты от 500 мс до 50 мс (p <.001) и снова от 50 мс до 25 мс (p =.017). Производительность сопоставима между мужчинами и женщинами: существует не основной эффект секса [F(1, 32) = 1,74, p =. 267] или секс взаимодействием продолжительность сигнала [F(2, 64) = 1,66, p =. 198].
Одним из способов повышения внимания требования является путем проблескивая houselight во время второй блок испытания. Мы протестировали подмножество крыс с этой дистрактор (мужской n = 14, женский n = 13). Как и ожидалось, был основной эффект сессии [F(2, 50) = 37,73, p <. 001], таким образом, что производительность снизилась во второй блок испытания (пост hoc, блок 1 — 2, p <.001), но оправился после дистрактор прекратилось в блок 3 (пост hoc, блок 1 — 3, p =.862) (рис. 3b). Там был основной эффект секса [F(1, 25) = 11.29, p =. 003], таким образом, что самки выполняется хуже, чем мужчины на протяжении всей сессии дистрактора. Хотя не было никакого взаимодействия между сексом и производительности для пробной блоков [F(2, 50) =.582, p <. 563], запланированных сравнений между мужчинами и женщинами на каждый испытательный блок показал, что, хотя мужчины и женщины выполняют Аналогичным образом в блок 1 (p =.144), женщин выполняется хуже в блоке 2 (p =.046) и блок 3 (p =.003), предполагая, что дистрактор более разрушительными в самок и их восстановление хуже.
Рисунок 1: дней до критериев. Среднее число дней, чтобы достичь критериев постоянного внимания задаче (SAT) был похож между мужчинами и женщинами. Однако мужчины приобретение раз являются более разнообразны, как они имеют больше межквартильный диапазон (ИКР), чем женщины. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: показатели сб. (A, B) Самцов и самок крыс имеют аналогичные точность на сигнал испытания, как указано с процент показов и испытания,-сигнала, как указано с правильный процент отказов (CRs). (C) бдительности индекс (VI), мера общего внимания, также был похож на обоих полов. (D) упущения были низкими и сопоставимых между мужчинами и женщинами. Данные представлены как средства ± Среднеквадратичная ошибка среднего значения (SEM). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: SAT производительность всей длительности сигнала и в присутствии визуального дистрактора. (A) сигналов в ходе SAT различаются по продолжительности. Как и ожидалось, процент показов (т.е., точность на сигнал испытания) снижается, как длительность сигнала укорачиваются, и этот эффект был похож на обоих полов. Звездочка указывает на существенное отличие от длительности сигнала 500 мс. (B) производительность на дистрактор SAT сессии обычно измеряется с VI. Как и ожидалось, введение дистрактор (т.е., мигает houselight) в блок 2 (иллюстрированный с черной полосой) сократилась VI в мужчин и женщин. Женщины были ниже VI на протяжении сессии, чем мужчины. Звездочка указывает на существенное отличие от 1 блок и блок 3 (p < 0,05). Данные представлены как средства ± SEM. пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Дефицит внимания сообщается в психоневрологических, психомоторного развития и нейродегенеративных расстройств1,2,3, но процессы, которые способствуют оптимальной против нарушается внимание изучена. Это, в частности, потому, что специализированное оборудование ограничивает легко адаптацию грызунов внимания задач. Однако сенсорный экран камеры решают эту проблему, обеспечивая гибкость для выполнения различных когнитивных задач с одной единицы оборудования в20,22. Здесь мы добавляем в растущий список когнитивных задач, доступных для сенсорного экрана20,22 , детализируя как осуществить сенсорный СИДЕЛ на крысах Sprague-Dawley мужского и женского пола. Сравнение производительности между полами выявлены сопоставимые приобретение ставок. Однако мужчины были более переменной в достижении критериев, чем самки. Это интересное различие секс может быть связано с высокой черта изменчивость самцов, но не женщины, штамм Sprague-Dawley крыса6 и безусловно заслуживает дальнейшего изучения. После достижения базовых критериев, мужчины и женщины имели сопоставимые точность на сигнал и испытаний-сигнал, что нашло отражение в VI оценки. Производительность на сигнал и испытания-сигнал оставался аналогичные во всех трех судебных блоков в обоих полов, которая согласуется с большинства докладов устойчивый производительности всей сессии в традиционной версии SAT когда молодых взрослых крыс без поражений Оценка26,27,28,,29,30, но см.10,11. Упущения были аналогичным образом низкими в обоих полов, указав, что и мужчины и женщины были мотивированы для выполнения задачи. Обратите внимание, что в нашей лаборатории, мы поддерживаем наших крыс на обратном цикле свет/темно (выключенным в 8:30 утра). Однако традиционные процедуры СБ было проведено с крысами, поддерживается на регулярный цикл свет/темно с тестированием в светлое время (например,10,17). Когнитивных функций в SAT приходит в том, чтобы служить zeitgeber, вероятно минимизации воздействия, что время суток на тестирование31.
Особенностью SAT является использование различных сигнала длительностей. Есть доказательства того, что введение нескольких сигналов налоги внимания требует и привлекает холинергических системы, потому что он вносит неопределенность ожидаемых32,33. Кроме того различной длительности сигнала позволяет сравнений между кратким сигналов, которые трудно обнаружить, и больше сигналов. Как и ожидалось, настоящий результаты показывают, что производительность снизилась в обоих полов как длительности сигнала уменьшилось. Вполне вероятно, что большинство исследователей будет использовать SAT для теста факторов, которые увеличивают или уменьшают внимание. Сравнение производительности в различных сигнала длительности может быть полезным в таких ситуациях. Например эффект предполагаемого когнитивные расширение составные может быть более выражен в короткие длительности сигнала и таким образом просмотра наркотический эффект на конкретного сигнала длительности может предоставить более полную картину эффективности.
Подход к увеличению внимания требования является введение отвлекающих стимулов путем проблескивая houselight в версии задачи, известный как дистрактор SAT. Здесь мы нашли, что представляя этот дистрактор во время блок 2 нарушение производительность по сравнению с базовой линии (т.е., блок 1 с не дистрактор) в обоих полов. Как и ожидалось, после отвлекает стимул был прекращен в блоке 3 восстановлены производительности. Хотя не было существенного взаимодействия между сексом и испытательный блок, выступление на базовых был больше похож между мужчинами и женщинами, чем в блоках 2 и 3, где самки выполняется хуже, чем мужчины, предполагая, что эффект от дистрактор может быть больше произносится как у самок. Однако тот факт, что дистрактор эффективно препятствует внимание мужчин и женщин показывает, что дистрактор SAT может быть использован для повышения внимания требования в обоих полов. Здесь мы использовали типичный дистрактор манипуляции мигать houselight, но с сенсорного экрана камеры там могут быть другие способы представить отвлекающих стимулов. Например задача постоянной производительности сенсорный экран для грызунов представляет визуальные подсказки на сенсорном экране, которые примыкают к целевой стимул для повышения внимания требования8. Подобные манипуляции возможна с SAT, хотя мы не проверял пока.
Один недостаток этой задачи является, что она занимает много времени для крыс достичь базовых критериев. Однако этот срок обучения является характеристикой много внимания задачи7,34,35, поэтому SAT – не исключение. Для облегчения подготовки, пристальное внимание к производительности этапах формирования и подготовки кадров имеет решающее значение, так что вмешательства можно сделать для решения проблем производительности своевременно. По нашему опыту внезапное падение производительности объясняется наиболее часто проблемы с ограничением питания. Если подозревается проблема ограничения продовольственной, важно оценить упущения, смотреть крысы производительности во время задачи и обзор ежедневных вес записи, чтобы определить способы настройки питания. Хотя реже, уклоном сторона также может развиваться. Это легко исправить этот вопрос, однако, перетащив обратно крысы подготовки график 1, который требует принудительного коррекции испытания. Другие важные факторы, чтобы рассмотреть подготовку крыс в то же время каждый день и обеспечение того, что они выполняются на надлежащего график. Придерживаясь этих советов оптимизирует эту поведенческие процедуры.
В текущем исследовании мы проверили в штамм крыса Sprague-Dawley внимание. Этот штамм был выбран, основываясь на нашей предыдущей работы, расследование поведения в мужских и женских Sprague-Dawley крыс18,19,,3637. Другие штаммы, включая Фишер/коричневый Норвегии гибрид крыс Wistar и Лонг-Эванс крыс, были протестированы с оригинальной версией СБ 10,,3238. Таким образом вполне вероятно, что процедура, описанная здесь могут быть использованы с различными штаммами крыса. В самом деле учитывая, что пигментированной штаммов, по сравнению с альбинос крысы штамм Sprague-Dawley, есть лучше остроты 39, возможна, пигментированные штаммов приобретет SAT fАстер (но см. ссылку21). Перемещение за пределы крысы, мыши версия SAT был разработан для использования в традиционной оперантной камер40. Сенсорный экран версии других внимание задач (например, пять задачи выбор последовательного время реакции и непрерывное производительность) используются с мышей8,41, поэтому вполне вероятно, что описанные здесь параметры могут быть адаптированы для тестирования мышей в версии SAT сенсорный экран.
Таким образом настоящий Протокол подробно описано, как реализовать SAT для сенсорного экрана оперантной камер в крыс. Учитывая растущую популярность этого оборудования, сенсорный SAT может быть легко использован во многих лабораториях с настоящим Протоколом. Другим важным аспектом нашего дизайна исследования является, что мы сравнили SAT производительности между полами. Во время обоих полов были оценены с использованием традиционных СБ10,11, многие задачи сенсорный внимания были разработаны используя только мужчины грызунов или не сравнить производительность самцы и самки8,19 ,41. Мы обнаружили, что приобретение СБ сенсорный экран и критерии производительности были похожи у самцов и самок, предположив, что, много как с традиционными SAT, сенсорный SAT является столь же действительным тест внимания в обоих полов. Важность проверки поведенческие процедуры мужского и женского грызунов становится все более важной ввиду недавние усилия, осуществляемые национальные институты здравоохранения требуют рассмотрения секс как биологического переменной; политика с целью развеять исторического мужской предвзятости в фундаментальных исследований42. Настоящий результаты указывают, что нет никаких оснований для исключения самок крыс в исследовании для сенсорного экрана SAT. Кроме того потому что производительность SAT сенсорный экран похож на мужчин и женщин в базовых, любые манипуляции, направленные на улучшение или ослабление внимания, что приводит к секс разница не осложняется половые различия в базовых показателей. Таким образом растущее принятие сенсорный камер и переход к включить женщин грызунов в фундаментальных исследований исследования сделать сенсорный СИДЕЛ, особенно полезным подходом, изучая поддержания внимания.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего сообщать.
Acknowledgments
Мы хотели бы поблагодарить Joy Бергманн, Attilio Ceretti, Сара Коэн, Нина Duncan, Аррон холл, Ханна Lefebo и Мадлен Сальваторе за их помощь с поведением и доктор Vinay Parikh, доктор Бритни Yegla и Роб Коул за их советы по параметрами SAT. Мы хотели бы поблагодарить д-ра Джилл McGaughy советы по процедуре подготовки. Эта работа была поддержана национальными институтами здравоохранения грант NIMH 092438 и национального научного фонда предоставить IOS 1552416 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 |
References
- Cornblatt, B. A., Keilp, J. G. Impaired attention, genetics, and the pathophysiology of schizophrenia. Schizphr Bull. 20 (1), 31-46 (1994).
- 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).
- Perry, R. J., Hodges, J. R. Attention and executive deficits in Alzheimer's disease. A critical review. Brain. 122 (Pt 3), 383-404 (1999).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Robbins, T. W. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology (Berl). 163 (3-4), 362-380 (2002).
- 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).
- 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).
- 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).
- Demeter, E., Sarter, M., Lustig, C. Rats and humans paying attention: cross-species task development for translational research. Neuropsychology. 22 (6), 787-799 (2008).
- 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).
- Gritton, H. J., et al. Cortical cholinergic signaling controls the detection of cues. Proc Natl Acad Sci. 113 (8), E1089-E1097 (2016).
- Burk, J. A., Sarter, M. Dissociation between the attentional functions mediated via basal forebrain cholinergic and GABAergic neurons. Neuroscience. 105 (4), 899-909 (2001).
- 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).
- 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).
- Wicks, B., et al. Method for testing sustained attention in touchscreen operant chambers in rats. J Neurosci Meth. 277, 30-37 (2017).
- 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).
- 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).
- Mar, A. C., et al. The touchscreen operant platform for assessing executive function in rats and mice. Nat Protoc. 8 (10), 1985-2005 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- Nuechterlein, K. H., Luck, S. J., Lustig, C., Sarter, M. CNTRICS Final Task Selection: Control of Attention. Schizo Bull. 35 (1), 182-196 (2009).
- 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).
- 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).
- Turchi, J., Holley, L. A., Sarter, M. Effects of nicotinic acetylcholine receptor ligands on behavioral vigilance in rats. Psychopharmacology. 118 (2), 195-205 (1995).
- 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).
- 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).
- 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).
- Yu, A., Dayan, P. Uncertainty, Neuromodulation, and Attention. Neuron. 46 (4), 681-692 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- Wiersielis, K. R., et al. Sex differences in corticotropin releasing factor-evoked behavior and activated networks. Psychoneuroendocrinology. 73, 204-216 (2016).
- Parikh, V., et al. Diminished trkA receptor signaling reveals cholinergic-attentional vulnerability of aging. Eur J Neurosci. 37 (2), 278-293 (2013).
- 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).
- 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).
- 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).
- Clayton, J. A., Collins, F. S. NIH to balance sex in cell and animal studies. Nature. 509 (7500), 282-283 (2014).
