Waiting
Login processing...

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

Behavior

Match-naar-Sample Test bij ratten vertraagd testen voor metacognitieve reageert met behulp van een op geur gebaseerde

doi: 10.3791/57489 Published: June 18, 2018

Summary

Dit protocol wordt een methode voor het onderzoeken van de mogelijkheid van metageheugen of geheugen bewustzijn, bij knaagdieren beschreven. Het vertraagd-matching-naar-sample geur gebaseerde paradigma is een roman, ecologisch relevante gedrags test nuttig voor het bepalen van de mate waarop knaagdieren adaptief gebaseerd op cognitief toezicht op de sterkte van hun geheugen kunnen reageren.

Abstract

Metageheugen omvat het cognitieve vermogen te beoordelen van de kracht van iemands herinneringen. Om te onderzoeken of metageheugen in niet-menselijke dieren, talrijke gedrags taken zijn gemaakt, waarvan vele een optie om te weigeren geheugentests gebruiken. Om te beoordelen metageheugen bij ratten, we dit paradigma van de optie daling-test gebruikt door vorige visuele vertraagd-wedstrijd-naar-sample tests (DMTS)1,2 ontwikkeld voor primate soorten naar een geur gebaseerde test geschikt voor knaagdieren aan te passen. Ratten krijgen eerst een monster te onthouden door graven in een kopje geurende zand. Na een onderbreking van wordt de rat gepresenteerd met vier duidelijk geurende cups, waarvan er één de identieke geur ervaren tijdens het monster bevat; Als deze overeenkomende beker is geselecteerd, dan is de rat verkrijgt een voorkeur, grotere beloning. Selectie van een van de andere drie niet-overeenkomende zand gevulde geurende cups resulteert in geen beloning. Retentie intervallen worden individueel getitreerd zodanig dat onderwerpen tussen 40 uitvoeren en 70% corrigeren, zorgen daarom voor ratten soms herinneren en soms vergeten het monster. Hier, is de operationele definitie van metageheugen het vermogen om te onderscheiden tussen de aanwezigheid en de afwezigheid van geheugen door gedrags reageert. Voor dit doel, twee-derde van proeven, wordt een optie van het afwijzen gepresenteerd naast de vier keuze cups (keuze proeven). Als de daling-toets optie-een ongeparfumeerde gekleurde zand cup, is geselecteerd, het onderwerp een kleinere mijn voorkeur minder beloning ontvangt en vermijdt de geheugentest. Op het resterende derde deel van de proeven, de daling-test-optie is niet beschikbaar (gedwongen proeven), veroorzaakt door onderwerpen te raden de juiste cup wanneer het monster wordt vergeten. Op keuze tests, moeten onderwerpen die weet wanneer ze herinneren selecteren de optie van het afwijzen als geheugen zwak dan doe de test en kies onjuist is. Daarom aanzienlijk is hogere prestaties op gekozen tests in vergelijking tot gedwongen geheugentests kenmerkend voor het adaptieve gebruik van de daling-test reactie en metacognitieve reageert.

Introduction

Metageheugen is de mogelijkheid om de kracht van iemands herinneringen2,3,4te beoordelen. Terwijl mensen hebben consequent deze cognitieve capaciteit aangetoond, is er discussie over het bestaan van metageheugen in niet-menselijke dieren bijvoorbeeld5,6. Een gemeenschappelijke methode voor het testen op de mogelijkheid van metageheugen is om niet-menselijke dieren met een daling-toets optie, die, als geselecteerd van resultaten in de beloning van een gegarandeerde, maar kleiner dan de beloning voor een juiste reactie op de proef. Als onderwerpen hun geheugen staat controleren kunnen, dan ze proeven weigeren moeten wanneer hun herinneringen zwak zijn (voor beoordelingen Zie:7,8,9,10).

In de afgelopen decennia, zijn procedures ontwikkeld voor menselijke en niet-menselijke primaten11 en duiven12 aangepast op verschillende manieren verder testen op de aanwezigheid van metageheugen in apen,1,2,13 . Misschien was de meest baanbrekende studie van metageheugen bij apen Hampton's1 vertraagd wedstrijd-naar-sample test (DMTS). Na een opleiding in de MTS-taak, waren vertragingen tussen het monster en test zodat de moeilijkheidsgraad tussenliggende was zo groot dat apen had een kans om te herinneren en vergeten het monster getitreerd. Na de pauze werden de apen gepresenteerd met de optie voor het afnemen van de test. Resultaten toonden aan dat onderwerpen aanzienlijk meer nauwkeurig op proeven waarin ze kozen op zich te nemen de test dan gedwongen proeven, uitgevoerd suggereert dat apen gecontroleerd hun geheugen kracht van de steekproef1.

De meeste metageheugen paradigma's getest tot nu toe hebben gebruikt visuele of auditieve stimuli, dat is niet verwonderlijk gezien het feit dat de meeste grote schaal getest soorten zijn sterk visueel niet-menselijke primaten bv11,14. De sensorische modaliteit gebruikt geweest van de eerder beperkte onderzoek dat op metacognition in ratten aanwezig, ook visuele of auditieve15,16,17,18. Gezien de recente robuust bewijs voor metacognitieve reageert een geur gebaseerde taak toen gebruikte19, is het mogelijk dat de vorige onduidelijke resultaten in ratten zou zijn geweest als gevolg van het gebrek aan gestandaardiseerde paradigma's gebruikt. We ontwierpen een paradigma19 die gekapitaliseerd op rat's primaire verstand, reukzin, door aanpassing van het DMTS paradigma vergelijkbaar met degene die worden gebruikt bij apen hierboven1beschreven. De hier beschreven betekent dat graven in zand gevulde cups te verkrijgen van een beloning van voedsel, te profiteren van knaagdier van natuurlijke graven gedrag.

Metageheugen kan worden beoordeeld in ratten met behulp van de geur gebaseerde DMTS taak hier gepresenteerd. Ten eerste is een hiërarchie van voedsel beloningen gevestigd zodat onderwerpen een duidelijke voorkeur voor een meer gewaardeerd beloning tonen. Ratten zijn vervolgens opgeleid om te graven in een kopje geurende zand te verkrijgen van een beloning. Na de presentatie van een geurende monster kop, moeten een van vier duidelijk geurende cups onderwerpen kiezen. Een beloning is begraven op de bodem van de beker met de dezelfde geur als het monster. Nadat ratten bedreven op de basistests MTS zijn, worden retentie intervallen (RIs) getitreerd voor elke rat zodat prestaties tussen een 40% en 70% slagingspercentage valt. Op 2/3 van de proeven, ratten de keuze om te weigeren de geheugentest voor een minder gewenste beloning krijgt. Ratten metacognitieve vermogen wordt beoordeeld door het vergelijken van prestaties op proeven waarin de optie daling-test (keuze proeven) te proeven waarin ratten worden gedwongen om de test (gedwongen proeven) wordt ingediend.

Terwijl slechts Long-Evans ratten werden getest in dit paradigma, kan de taak worden gebruikt voor het testen van andere stammen van laboratorium ratten en muizen metageheugen in knaagdiersoort verder te bestuderen. Het zal ook gunstig zijn voor het testen van leeftijd knaagdieren of transgenic muizen met de ziekte van Alzheimer pathologieën om beter te begrijpen hoe Geheugenstoornissen metacognitieve processen beïnvloeden.

Protocol

Alle methoden die hier worden beschreven zijn goedgekeurd door de institutionele Animal Care en gebruik Comité (IACUC) van Providence College.

1. het maken van de test apparatuur

  1. Gebruik een sociale interactie kamer (76,2 x 114.3 cm.), die is verdeeld in 3 aparte zalen.
    1. Verdeel de kamer midden in een camber van het monster en de vertraging met behulp van een kartonnen invoegen die kan worden opgeheven door te schuiven door metalen sporen gekoppeld aan de zijwanden.
  2. Ondoorzichtige contact papier gebruiken ter dekking van de duidelijke muren om te voorkomen dat visuele toegang naar andere kamers.
  3. Aan de ene kant van de kamer-op-de-rechts (kamer testen; Zie Figuur 1), betrekking hebben op de vloer met zand korrels en rode contact papier. Dit zal dienen als visuele en tactiele een discriminatoire richtsnoer voor de optie van het afwijzen.
  4. Aan de andere kant van de test kamer, dekking van de vloer met verhoogde strepen met stroken plakband om te dienen als een visuele en tactiele een discriminatoire richtsnoer voor de proef van keuze. Betrekking hebben op de strepen met zwarte contact papier. Laat de resterende middelste derde van de kamer ongewijzigd.

2. ontwikkeling van voorkeur voedsel belonen hiërarchie/voorkeur testen

  1. Selecteer mogelijk voedsel beloningen voor het testen. Waarborgen van een beloning als u wilt worden een grotere beloning en daarom "voorkeur" boven de andere.
    1. Gebruik een hele stuk van granen als grotere, "voorkeur" beloning en een ¼ stuk van granen als kleinere, "minder voorkeur" beloning.
      Opmerking: Granen gezoete granen kunnen opnemen of gedehydrateerde marshmallow. Het is ook mogelijk om twee verschillende beloningen (b.v. granen vs. standaard knaagdier pellet (TestDiet, 45 mg)) gebruiken, maar het was moeilijk om een betrouwbare voorkeur ranking binnen en tussen individuen als kwaliteit eerder dan hoeveelheid was de bron van variatie over beloningen.
  2. Ratten (volwassen mannelijke lange Evans) brengen met het testen van de donkere kamer 30 min vóór de test begint. Gebruik rode verlichting voor het verlichten van testen kamer, als ratten in de donkere fase van hun dagje cyclus. Als dat niet het geval is, test onder normale lichtomstandigheden, zoals in de video.
  3. Plaats de twee beloont, het hele stuk van granen en de ¼ stuk van granen, in tegenoverliggende hoeken van de juiste kamer van de kamer (Zie Figuur 1).
  4. Plaats van de rat aan de andere kant van de kamer, geconfronteerd weg van de beloningen, en laat de rat te eten een van de beloningen.
    Opmerking: Geschiedde voorkeur testen en om ervoor te zorgen dat de grotere stuk van granen de voorkeur beloning is, moet het onderwerp de grotere beloning eten op 4 van de 5 proeven (5 proeven per sessie) voor 2 opeenvolgende sessies. Twee sessies per dag uitvoeren.
    1. Vermeld, indien, na 10 sessies, de rat heeft niet een voorkeur voor het grotere stuk van granen, voeren een verschillende beloning.
  5. Tijdens het testen, om ervoor te zorgen dat ratten voorkeuren consistent blijven, controles voorkeur eenmaal per week.
    1. Run voorkeur controleert op dezelfde wijze als voorkeur testen, met de hele en 1/4 stuk van granen op de tegenoverliggende hoeken van de kamer.
      Opmerking: 2 proeven omvatten een voorkeur-controle.
    2. Als ratten de minder favoriete beloning voor beide proeven selecteert, testen rat op een volledige voorkeur test van 5 proeven.
      1. Als rat doorstaat, kan het doorgaan met het testen.
      2. Als rat mislukt, ophouden testen en invoeren van een ander type of het bedrag van de beloning.

3. algemene methoden

  1. Gebruik van consistente onderzoekers gedurende het testen zodat ratten zijn volledig gewend aan de experimentator geuren en behandeling.
    Opmerking: Er wordt verondersteld dat vóór de test van de ratten hebben behandeld voor ten minste 1 week door de mens, zodat ze zijn gewend aan het wordt opgepikt en door de onderzoekers gedragen.
  2. Ratten brengen in hun schoenendoos kooien (home-kooi) in de test kamer 30 min voordat testen begint te acclimatiseren hen naar de nieuwe kamer.
  3. Als test wordt uitgevoerd tijdens de donkere fase van de cyclus van de ratten, houden de testomgeving donker, met uitzondering van de rode lichten voor het verlichten van het apparaat.
  4. Zorg ervoor dat de geurende keuze cups zijn gerangschikt in de juiste volgorde zoals bepaald door een script van randomisatie waarin voor tegenwicht. Aas de juiste cup met het hele stuk van granen.
  5. Alleen de rat te graven in een kopje en onmiddellijk de rat uit het apparaat verwijderen zodra een kopje geselecteerd is zoals aangegeven door het graven. Plaats de rat in huis-kooi waar de rat kunt afmaken consumeren van de beloning.
  6. De intersite-trial-interval (ITI) is vastgesteld op 4 min. beginnen timing op een stopwatch eenmaal rat in de huis-kooi.
    1. Tijdens de ITI gemorste schoon het apparaat door stofzuigen een zand en vegen beneden de verdieping met 70% isopropyl alcohol. Gooi de beloning als het niet tijdens de vorige rechtszaak werd gegeten. Eenmaal per week, schoon ook keramische koppen door teruggooi van oud zand en vegen kopjes met isopropyl alcohol.
    2. De zand cups voorbereiden op het komende proces door het herschikken van de volgorde op basis van het script van randomisatie, en uitspanning de juiste cup.

4. training te graven in het zand Cups en gewenning te testen apparatuur

  1. Giet ongeveer ½ kopje spelen zand in keramische kopjes (6,99 cm. in diameter en 8.81 cm hoog).
  2. Plaats de zand gevulde beker met voedsel beloningen in de kooi van elke rat overnachting.
    Opmerking: Ratten zijn verplicht om met succes graven in de cup en de beloning overnachting voor twee opeenvolgende nachten eten.
  3. Koeien rat naar testapparatuur door het plaatsen van het onderwerp in toestellen voor 5 min.
    1. Verspreiden van voedsel beloningen in het apparaat apparaat exploratie en reizen door geopende deuren aan te moedigen. Ervoor zorgen dat ratten niet plassen, poepen, of in de kamer voor twee dagen in een rij bevriezen.
  4. Geurloos zand gevulde beker met voedsel beloning overbrengen in de test apparatuur. Ervoor zorgen dat ratten met succes in het zand graven en ophalen van de beloning ten minste twee dagen in een rij met geen bevriezing gedrag, ontlasting of plassen. Indien nodig, verwijder de keramische koppen en plaats van granen in de zaal.

5. match-naar-Sample (MTS) opleiding

  1. Maak 4 verschillende geurende stapels zand door het mengen van ongeveer 3 kopjes spelen zand met ¼ theelepel van geurende kruiden (kaneel, koffie, paprika en tijm). Om te controleren voor geur signalen, crumble ééndelig van beloning in onjuiste keuze kopjes.
    1. Remix geurende zand eenmaal per week en winkel in glazen containers zodat de sterkte van de geur is overeenstemming over het testen van de dagen.
  2. ½ kopje elke geurende zand giet in 4 kopjes en regelen de cups in een halve cirkel op de zwarte contact papier (MTS Task area; Figuur 1A). Ervoor zorgen dat alle cups equidistante uit de deur.
    1. De cups ordenen door ze te plaatsen in de toegewezen positie op basis van de output van de programmeersoftware "R" met behulp van de steekproeven zonder vervanging functie.
  3. Uit het zicht van het onderwerp, een volledige stuk van beloning in de juiste geurende cup te steken. ½ stuk van beloning in een kopje identiek-geurende monster steken. Alle beloningen ten minste een ½ weg naar beneden de hoogte van het zand te begraven.
    1. Pseudo-willekeurig kiezen van de juiste geurende cup, de enige beperking is dat geen één geur de geur van het monster meer dan 2 keer in een rij is.
  4. Plaats het onderwerp in de monsterkamer en verlagen van de Beker van de monster met behulp van een gebogen spatel (handvat-tray in een hoek van 90 graden). Het toestaan van onderwerp te graven in de steekproef cup en de ½ granen beloning ophalen. Verwijder de cup zodra het onderwerp begint het eten van de beloning.
  5. Zodra het onderwerp klaar is met het eten van de beloning, til het kartonnen room divider en de deur openzetten voor de test kamer als het onderwerp de vertraging kamer binnenkomt.
  6. Laat het onderwerp "Selecteer" één van de kopjes door het graven. Zodra het onderwerp een keuze maakt en haalt een beloning, indien aanwezig, verwijder het onderwerp uit de kamer en de plaats in de kooi van de overdracht. Ratten kunnen ruiken elke kop, maar ze mogen slechts één keuze, zoals aangegeven door het graven.
    1. Tijdens de 4-min ITI, reinig de zaal met 70% isopropyl alcohol. Stofzuig elke zand dat kan hebt gemorst en zand cups vullen indien nodig.
    2. Verkrijgen van volgende monster cup en aas van zowel de steekproef en testen cup. Als het onderwerp de onjuiste cup in het vorige proces selecteert, verwijderen en gooi de beloning opgegeten.
  7. Ervoor zorgen dat onderwerpen één 6-proef MTS sessie per dag ontvangen. Om te slagen MTS opleiding, moeten onderwerpen kiezen de juiste cup drie van de zes proeven in twee opeenvolgende sessies.
    Opmerking: Dit zorgt ervoor dat prestaties boven kans maar onder het plafond op de 4-keuze-test.

6. vertraging titratie in vertraagde Match aan monster (DMTS)

  1. Opleidingsonderwerpen voort MTS als voorheen (beginnend met de vertraging van 0 s).
    Opmerking: Prestaties moet tussen de 40 en 70% correct, om ervoor te zorgen dat de prestaties ruim boven de kans (25%), maar onder het plafond is blijven. Prestaties in dit bereik kan certificaathouders ervaring instanties wanneer zij toen herinner me hetzelfde en gevallen wanneer ze het monster vergeten. Dit creëert een kans voor gebruik van de daling-test reactie als voordelig voor het onderwerp wanneer gekozen proeven worden ingevoerd.
  2. Als prestaties 70% correct voor 2 opeenvolgende 6-trial-sessies overschrijdt, verhogen de vertraging van 0 tot 30 s.
    1. In proeven waarop de vertraging niet is 0 s, gebruik een stopwatch naartoe elke vertraging van de tijd. Nadat het onderwerp heeft verbruikt het monster, verhogen de kartonnen scheidingslijn muur en onderwerp in te voeren in de bedwelmingsruimte vertraging toestaan. Sluit de kartonnen scheidingslijn, en beginnen timing de vertraging op de stopwatch.
    2. Na 30 s is verstreken, opent de deur naar de testen kamer, en de deur zodra het onderwerp is de test kamer.
    3. De rest van het proces als vóór voort.
  3. Als prestaties boven 70% correct voor 2 opeenvolgende 6-trial-sessies blijft, verhogen elke daaropvolgende vertraging van 1,5 keer de vorige vertraging.
  4. Als prestaties minder dan 40% voor 2 opeenvolgende sessies valt, wordt de vertraging teruggestuurd naar de vorige een gebruikt.
  5. Als prestaties tussen 40% en 70% voor 2 opeenvolgende sessies blijft, die vertraging instellen als de onderwerp-specifieke criterium vertraging.

7. afname van gebruik opleiding

  1. Na elke sessie van DMTS training, plaatst u een kopje van een verschillende textuur en gekleurde zand, tegenover de geurende zand cups. Aas de cup met de beloning van minder mijn voorkeur, ¼ stuk van de granen, die zullen de daling van de cup. Verwijder de geurende zand cups uit de zaal.
  2. De proef verricht als tijdens de training van de DMTS, waardoor het onderwerp om te proeven van een willekeurig geurende kopje en wachten in de zaal van de vertraging voor de onderwerp-specifieke vertraging.
  3. Het toestaan van onderwerp te graven in de unscented zand cup en de beloning op te halen. Verwijder vervolgens het onderwerp uit de zaal. Dit zal worden beschouwd als een "daling van de gedwongen" proces.
  4. Het gedrag van twee gedwongen daling proeven na elke sessie van DMTS training.

8. testen: Gedwongen vs. keuze proeven

  1. De testonderwerpen op DMTS met behulp van de vertraging van het criterium. Test elk onderwerp op een 12-proef sessie per dag.
    1. Willekeurig 8 van de proeven te worden "keuze" proeven en de daling van de cup tegenover de geurende cups. Randomisatie script gebruiken om te bepalen van de volgorde van proef-type met de beperking die niet meer dan 3 keuze of gedwongen proeven in een opeenvolging plaatsvinden.
      Opmerking: De resterende 4 proeven zullen worden "gedwongen," met de kop van de daling uit de zaal verwijderd.
    2. Afhankelijk van de certificaathouder criterium vertraging, is het mogelijk om te testen van 2 of 3 onderwerpen tijdens een rat ITI. Tijdens 1 certificaathouder ITI, van het tweede onderwerp proces worden uitgevoerd. Zorgen voor de reiniging van de kamer met isopropyl alcohol na elk afzonderlijk experiment.
    3. Proefpersonen op tien sessies.
  2. Tijdens elke proef, zodra de rat de zaal vertraging zorgen dat hij ofwel linksaf slaat u rechtsaf om de test te weigeren de test (Zie figuur 1A; topdown foto). Opnemen als rat van de ene kant van de kamer naar de andere reist (bijvoorbeeld "beslist om de test te nemen" en dan later doorloopt aan de zijkant van de daling-test van de kamer).
    Opmerking: De rat, maakt dus een potentiële metageheugen keuze als hij kiest te nemen of te weigeren de test vóór het ontmoeten van de geuren van de vier keuze (zie resultaten papier19 voor diepgaande bespreking van gelijktijdige vs. potentiële metageheugen tests).
  3. Bereken de nauwkeurigheid van gedwongen proeven voortdurend na twee sessies van testen en monitor daling-test gebruik.
    1. Als nauwkeurigheid boven 70% correct in de loop van twee sessies stijgt, ophouden testen en terug te keren om te vertragen van de titratie met een langere vertraging.
    2. Als daling-test benaderingen 0% of 100% consequent gebruikt (meer dan 2 of meer sessies), pauzeren testen en te overwegen, stijgt of daalt de waarde van de respons van de daling-test te waarborgen van de daling van de tarieven liggen tussen 10% en 40%.
    3. Als nauwkeurigheid minder dan 40% juiste voor 2 of meer sessies valt, ophouden testen en terugkeer naar het vertragen van de titratie met een kortere vertraging.
    4. Terug naar testen nadat nauwkeurigheid op gedwongen proeven tussen 40% en 70% correct voor twee opeenvolgende sessies blijft.
    5. Tijdens het testen controles om ervoor te zorgen dat ratten voorkeuren blijven hetzelfde, voorkeur uit te voeren (2 proeven een sessie) eenmaal per week. Voorkeur controles zijn hierboven beschreven.

9. voorgestelde generalisatie Tests

  1. Generalisatie wordt getest, zoals die worden beschreven in de resultaten papier19 kunnen worden gebruikt om te bepalen als metacognitieve overdrachten over voorwaarden i.s.m. welke geen enkele externe prikkels reageert waarschijnlijk is om te reageren.
    1. Test ratten op neen-monster sonde proeven, waarin geen monster fase wordt gepresenteerd maar de RI en test fase van proeven is identiek aan de normale proeven. Willekeurig intermix 4 sonde proeven met 8 normale monster proeven bestaan uit een 12-proef-sessie. Proefpersonen op 10 sessies. Vergelijk de prijzen van de daling op geen monster proeven met de daling van de rentetarieven op normale proeven.
    2. Test ratten op dubbele monster proeven, waarin onderwerpen worden weergegeven met de oorspronkelijke steekproef geur tweemaal geheugen om sterkte te verhogen. Willekeurig intermix sonde proeven met normale monster proeven zoals hierboven uitgelegd. Vergelijk prijzen van de daling op dubbele monster proeven met de daling van de rentetarieven op normale proeven.
    3. Testen van ratten met drie verschillende RIs: de criterium vertraging, een vertraging die is korter (bv 0 s) dan het criterium vertraging, en één die langer is (bijvoorbeeld 4 min). Voor elke vertraging binnen een sessie aanwezig onderwerpen met vier keuze trials en twee gedwongen proeven, zodat sessies bestaan uit 18 proeven. Willekeurig intermix alle proeven en testen van ratten op tien sessies. Vergelijk de tarieven van de daling van proeven met drie vertragingen, waar geheugen kracht moet worden afgenomen en verhoogd, respectievelijk.

10. de gegevensanalyse

  1. Nadat de test is voltooid, berekenen gemiddelde percentage juist voor gedwongen en gekozen proeven voor elk onderwerp.
    1. Vind je het aandeel van de juiste gedwongen proeven, verdeel het aantal juiste gedwongen experimenten door het totale aantal gedwongen proeven.
    2. Vind je het aandeel van de juiste gekozen proeven, aftrekken eerst de proeven daalde van het totale aantal keuze-experimenten. Verdeel het aantal experimenten van de juiste keuze door het totale aantal keuze experimenten min geweigerde proeven voor elke rat.
    3. Het gedrag van een t-toets op groepsgegevens te vergelijken van het aandeel van de juiste gedwongen proeven met het deel van de juiste gekozen proeven (Zie Figuur 2).
    4. Als generalisatie tests zijn uitgevoerd, voeren t-tests op daling tarieven op normale proeven vs. sonde proeven als beschreven in 9. Vergelijk voor gemengde vertraging proeven, zoals beschreven in 9.1.3, gedwongen en gekozen tests met een herhaalde maatregelen ANOVA met vertraging en trial-achtige als een factor van binnen-onderwerp. Ook het gedrag van een one-way ANOVA op daling gebruik over vertragingen om te bepalen als nauwkeurigheid afgewisseld met RI.

Representative Results

Om de metacognitieve reageren van het onderwerp te bestuderen, is het aandeel van de juiste gedwongen proeven (werking van het geheugen van de basislijn) vergeleken met het aandeel van de juiste gekozen proeven of proeven waarin is er een daling van de optie aanwezig. Positieve resultaten zijn aangegeven door de aanzienlijk hogere nauwkeurigheid op de gekozen proeven in vergelijking tot gedwongen proeven (figuur 2A). Deze resultaten wijzen erop dat ratten kunnen hun geheugen bestuurlijk toezicht en de taak afneemt wanneer hun herinneringen zwak zijn, leidt tot een toename in nauwkeurigheid wanneer een optie van het afwijzen aanwezig op de gekozen proeven is.

Als prestaties niet aanzienlijk nauwkeuriger op de gekozen proeven in vergelijking tot gedwongen proeven is, zijn resultaten null. Dit hypothetische gebrek aan bewijs voor metageheugen bij ratten (figuur 2B) wordt aangegeven door niet-de optie van de daling-test gebruiken bij het adaptieve om dit te doen zou zijn geweest: op de proeven waarin het monster was vergeten.

Als generalisatie tests zijn uitgevoerd, zou metacognitieve prestaties worden aangegeven als onderwerpen neen-monster proeven aanzienlijk weigert meer normaal monster proeven en daling van de dubbele proeven proeven aanzienlijk meer dan normale monster proeven. Daling gebruik moet een omgekeerde relatie met geheugen nauwkeurigheid Toon zoals aangegeven op de nauwkeurigheid van gedwongen proeven. Als nauwkeurigheid op gedwongen tests niet met trial voorwaarde verandert, wijzigen parameters (bijvoorbeeld toename RI) is het onmogelijk om te bepalen als onderwerpen zijn of niet metacognitively gedragen zich. Gemengd vertragingen proeven, nauwkeurigheid op gekozen tests moet aanzienlijk hoger is dan de nauwkeurigheid op gedwongen tests en onderwerpen moet waarschijnlijker afnemen van tests met langere RIs en de minste kans om te weigeren tests met kortere RIs. Zie resultaten document voor meer informatie over generalisatie tests en de respectievelijke interpretaties19.

Figure 1
Figuur 1 . Foto van experimentele apparatuur en proces. A) foto van apparatuur aangepast van19 met toestemming. B) experimentele proces. De eerste stap van gewenning, onderwijs van ratten te graven in het zand gevulde cups, plaatsvindt gedurende twee nachten. Vervolgens de ratten zijn gewend aan de experimentele apparatuur en zijn opgeleid om te graven in zand gevulde kopjes er. Onderwerpen krijgen dan de keuze van de twee beloningen, weergegeven als een groene driehoek en de rode halve maan (hele stuk van granen vs. een kwart stuk van granen). Na ratten show een grote voorkeur voor een beloning, overgang zij naar MTS opleiding, waarin cups zijn gevuld met geurende zand, vertegenwoordigd door beelden van kaneel, paprikapoeder, tijm en koffie. Als het slagingspercentage minder dan 50% voor twee sessies is, blijft het onderwerp opleiding. Als het succespercentage van de ratten is op 50% of hoger, het onderwerp vordert titratie vertragen. Tijdens de vertraging titratie, ratten blijven met MTS opleiding, maar een vertraging tussen het monster en de test wordt ingevoerd (beginnend met 0 s). Als ratten geheugen nauwkeurigheid hoger is dan 70%, wordt de RI verhoogd. Nauwkeurigheid is lager dan 40%, de RI wordt verlaagd als MTS opleiding blijft. Deze lus gaat zo door totdat de ratten nauwkeurigheid valt tussen 40% en 70% voor twee opeenvolgende sessies. Op dit punt vermengd vooruitgang van de ratten aan de experimentele test die uit willekeurig bestaat gedwongen en keuze proeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2 . Positieve resultaten wijzen op metacognitieve reageert en hypothetische null resultaten wijzen op gebrek aan metacognitieve reageert. A) positieve resultaten aangepast van 19 met toestemming. Het gemiddelde percentage juiste van gedwongen en gekozen proeven was afgeleid van de prestaties van 9 ratten op elke 120 proeven. * = p <.05 op gepaarde tweezijdige t-test. Een aanzienlijk hoger aandeel van proeven correct beantwoord op de gekozen proeven in vergelijking tot gedwongen proeven geeft het juiste gebruik van de daling-test reactie. B) een gelijkwaardig deel van proeven antwoordde correct op gedwongen en gekozen proeven wijst op gebrek tests op basis van geheugen kracht afneemt. Kans, 0,25, wordt aangegeven door de gestippelde lijn. Foutbalken vertegenwoordigen de standaardfout van de middelen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Hier is een nieuwe methode voor de beoordeling van metacognitieve reageert bij ratten met behulp van een DMTS geur gebaseerde taak. Als gevolg van de reukzin als knaagdieren primaire zin is het gebruik van geur beter dan visuele aanwijzingen bij ratten en muizen 20,21. Het gebruik van graven in het zand is een natuurlijke foerageren gedrag van ratten, waardoor de taak ecologisch-relevant zijn voor andere knaagdiersoort.

Een cruciale stap in het protocol is ervoor te zorgen dat er een hiërarchie van voedsel beloningen, een daarvan duidelijk de voorkeur boven de andere is. Tijdens de vroege fasen van de studie moesten ratten kiezen tussen de vermoedelijke als voorkeur beloning, een stuk van gezoete granen, en kleine standaard voedsel pellet. Voorkeur testen leverde echter willekeurige keuze gedrag, waardoor het gebruik van de hoeveelheid als de bron van variatie van de beloning. Ratten hebt gekozen tussen een hele stuk van granen en een ¼ stuk van granen, en betrouwbaar favoriet de grotere hoeveelheid. Zonder een voorkeur, of voedselkwaliteit of kwantiteit, is er geen prikkel om de test over dalende, dus deze stap cruciaal is.

Een ander belangrijk aspect van het protocol is de oprichting van juiste RIs en ITIs zodat MTS nauwkeurigheid binnen het bereik van 40 tot 70% correct blijft. Als vertragingen te kort zijn en interferentie minimal-als gevolg van lange ITIs is, ervaren ratten nooit "vergeten" het monster. Omgekeerd, als RIs te lang zijn en de ITIs te kort zijn, de test wordt te moeilijk en ratten nooit onthouden het monster. Dergelijke reacties kunnen worden opgespoord, niet alleen door de nauwkeurigheid op gedwongen proeven maar door daling tarieven die te hoog of te laag. Onderwerpen moeten dalen ongeveer 10-50% van keuze proeven: als een onderwerp elke proef of nooit dalingen weigert, gegevens kunnen niet worden geïnterpreteerd als positief of negatief voor de aanwezigheid van metageheugen en de relatieve waarde van de daling-test reactie moet opnieuw worden beoordeeld . Gedurende het gehele experiment, is de gemiddelde prestaties op gedwongen proeven consequent berekend aan het einde van twee dagen van het testen. Als ratten vooruitgang door middel van meer proeven van DMTS, hun prestaties kan verbeteren, die een titratie terugkeer vertraging zou leiden (Zie figuur 1B) zodanig dat vertragingen op de juiste wijze kunnen worden verhoogd zodat nauwkeurigheid onder 70% blijft corrigeren. Geheugen voor het monster is consequent boven 70% Overweeg het ITI te minderen. Geheugen voor het monster is consequent minder dan 40% Overweeg het ITI te verhogen en/of verhoging van de grootte van de steekproef geur van vier naar 10-20 geuren te verlagen van geheugen inmenging.

Afhankelijk van de stam van ratten gebruikt, huisvesting milieu, en licht-donker cyclus dieren zijn gehuisvest in, geheugen mogelijk zwakkere of sterker. In vergelijking met andere laboratorium rat stammen, zoals Wistar of Sprague Dawleys, staan lange Evans bekend om het verwerven van cognitieve taken met relatief minder proeven22,23. Het kan daarom nemen meer stadia van gewenning, en meer opleiding voor andere knaagdieren om te leren van de taak. Ratten in de huidige studie werden gehuisvest in hoogverrijkt omgevingen met toegang uit te oefenen zodat het mogelijk is dat hun herinneringen waren relatief sterke24,25,26. Ratten gebruikt hier gehuisvest waren ook op een omgekeerde licht-donker cyclus die cognitieve prestaties verhogen kan aangezien zij werden getest tijdens hun donker cyclus.

Adaptieve gebruik van de daling-test reactie, aangegeven door de aanzienlijk hogere prestaties op keuze in vergelijking tot gedwongen proeven suggereert metacognitieve reageert. Echter zou kunnen metacognitieve reageren voortvloeien uit de afhankelijkheid van de signalen van het interne geheugen of externe signalen8. Om te bepalen als in feite adaptieve gebruik van de daling-test reactie het resultaat van interne geheugen signalen is, moeten onderzoekers streven naar het elimineren van zoals vele externe cues mogelijk8,14. Externe signalen worden beschouwd als een openbaar test-specifieke prikkels of signalen die onderwerpen kunnen gebruiken om te leiden van de daling-test gebruik8. Potentiële externe signalen in deze taak opnemen relatieve salience van individuele geuren, monster duur, respons latency en duur van RIs. Generalisatie proeven als beschreven hier, en meer in detail de resultaten papier19 zijn nuttig in uitgesloten gedrags reageert op basis van externe signalen zoals milieu cue verenigingen als gevolg van cue inconsistentie in taakparameters via experimenten.

In dit paradigma, de rat is vereist om de beslissing te nemen of te weigeren de test voordat de geheugentest wordt aangeboden (zie 8.2), grotendeels het elimineren van het potentieel voor reactie concurrentie om gebruik van de daling-test reactie te bepalen. Reactie concurrentie is de neiging om de test op basis van het gezicht of de geur van de juiste test optie wanneer de metacognitieve keuze wordt gelijktijdig met het primaire geheugen test8gepresenteerd. Ratten te kiezen te nemen of te weigeren de test vóór het ontmoeten van de geheugentest die verkleint zelf aanzienlijk de kans op die reactie competitie besturingselementen van de daling-test reactie gebruiken. Echter, een verbetering van dit ontwerp zou zijn om ratten te nemen of te weigeren de test door het maken van een bepaalde reactie in een kamer apart uit het geheugen testen zelf kiezen. Dit zou verder vergroten van de toekomstige aard van dit paradigma, die in de meer succesvolle afschaffing van externe signalen8,19 voorzien kan. Een aanvullende verbetering voor toekomstige studies is om, indien mogelijk, registreren latentie van de reactie op het punt wanneer de rat voert de testen kamer aan de tijd die nodig is voor het onderwerp linksaf of rechtsaf (weigeren of doe de test, respectievelijk). Hierdoor zouden de onderzoekers om te bepalen als respons latency diende als een externe cue onderwerpen geleerd te associëren met bepaalde reacties overwerk (Zie8). Het zou ook verhelderend om te registreren als en wanneer onderwerpen hun reactie wijzigen (zie 8.2; bijvoorbeeld reis van de MTS keuze kant van de kamer naar het testgebied daling of vice versa). Zoals besproken in het papier van de resultaten, waargenomen we dit probleem slechts eenmaal, die wordt toegevoegd aan de conclusie dat ratten die een beslissing te nemen of de test af te wijzen zodra zij betrad de testen kamer en voordat ze het geheugen ondervonden zelf, die zij deden testen door systematisch bemonstering elke keuze geur.

Omdat ratten getest in dit paradigma metacognitieve overgedragen kon reageren over meerdere generalisatie proeven, werd geconcludeerd dat ratten konden metageheugen - zij controleren hun herinneringen voor de monster-19. Het is belangrijk voor andere onderzoeksgroepen dit paradigma of soortgelijke aanpassingen van het testen als ondersteunend bewijs van verschillende laboratoria nodig is voordat kan worden geconcludeerd met zekerheid dat ratten staat metacognitieve reageren en die zijn gedrag wordt bepaald door een interne in plaats van externe cue. Testen op de aanwezigheid van dit belangrijke mnemonic vermogen, die met de leeftijd breekt, kan nuttig zijn bij translationeel benaderingen aan het bestuderen van geheugen dysfunctie, zoals met transgene muizen en modellen de ziekte van Alzheimer. Het zou vooral vruchtbaar voor onderzoekers om dit gedrags paradigma in combinatie met hersenletsels, tijdelijke hersenen inactivatie van of activeringen (b.v. optogenetics, chemogenetics), en met de opnames van het elektrofysiologische, in dienst als deze onderzoeken kunnen verhelderen de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan metacognitieve processen.

Disclosures

Er zijn geen onthullingen aan verslag.

Acknowledgments

Wij danken Rebecca Burwell voor het gebruik van haar laboratorium tijdens video-opname en Robert Vera voor hulp bij een vorige versie van dit manuscript.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Froot loops Kellogg's  B00I8QZ4HM Sweetened cereal 
Sociability Chamber  Noldus Technologies  46503 / 46553
Black Contact Paper  Con-Tact  B000KKMO90
Cardboard 
Ceramic small animal dishes  Norpro B00061N0QO 7 cm. in diameter and 3.8 cm tall
Play sand  ACTIVA B004BNBXJ4 White Sand
Duct Tape 3M B001HT720O Black duct tape
Cinnamon  Simply Organic  FNTR07824 Amazon 
Coffee Folgers  B016KZTPJU Amazon 
Paprika  Simply Organic  B06XB9QGVB Amazon 
Thyme  Simply Organic  579193 Amazon 
Colored Sand  Sandtastik Products  B000Q4O9UW Orange sand 
70% isopropyl alcohol  Swan B00HKDI6WO Amazon 
Dust buster (vacuum)  Black + Decker B01DAI5BZ2 Cordless vacuum 
Metal tracks  Home Depot  EC751BA Used for door in chamber 
Spatula Chef Craft  B00B0M5LQK Bent at a right angle to lower sample cup into testing apparatus

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Hampton, R. R. Rhesus monkeys know when they remember. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98, 5359-5362 (2001).
  2. Templer, V. L., Hampton, R. R. Rhesus monkeys (Macaca mulatta) show robust evidence for memory awareness across multiple generalization tests. Animal Cognition. 15, (3), 409-419 (2012).
  3. Sutton, J. E., Shettleworth, S. J. Memory without awareness: Pigeons do not show metamemory in delayed matching to sample. Journal of Experimental Psychology-Animal Behavior Processes. 34, (2), 266-282 (2008).
  4. Nelson, T. O., Narens, L. Metamemory: A theoretical framework and new findings. Psychology of Learning and Motivation. 26, 125-322 (1990).
  5. Carruthers, P. Meta-cognition in animals: A skeptical look. Mind & Language. 23, (1), 58-89 (2008).
  6. Crystal, J. D. Where Is the Skepticism in Animal Metacognition? Journal of Comparative Psychology. 128, (2), 152-154 (2014).
  7. Kornell, N. Where Is the "Meta" in Animal Metacognition? Journal of Comparative Psychology. 128, (2), 143-149 (2014).
  8. Hampton, R. R. Multiple demonstrations of metacognition in nonhumans: Converging evidence or multiple mechanisms. Comparative cognition & behavior reviews. 4, 17-28 (2009).
  9. Smith, J. D., Couchman, J. J., Beran, M. J. Animal Metacognition: A Tale of Two Comparative Psychologies. Journal of Comparative Psychology. 128, (2), 115-131 (2014).
  10. Smith, J. D., Zakrzewski, A. C., Church, B. A. Formal models in animal-metacognition research: the problem of interpreting animals' behavior. Psychonomic Bulletin & Review. 23, (5), 1341-1353 (2016).
  11. Smith, J. D., Shields, W. E., Washburn, D. A. Memory monitoring by animals and humans. Journal of Experimental Psychology-General. 127, (3), 227-250 (1998).
  12. Inman, A., Shettleworth, S. J. Detecting metamemory in nonverbal subjects: A test with pigeons. Journal of Experimental Psychology-Animal Behavior Processes. 25, (3), 389-395 (1999).
  13. Brown, E. K., Templer, V. L., Hampton, R. R. An assessment of domain-general metacognitive responding in rhesus monkeys. Behavioural Processes. 135, 132-144 (2017).
  14. Basile, B. M., Schroeder, G. R., Brown, E. K., Templer, V. L., Hampton, R. R. Evaluation of Seven Hypotheses for Metamemory Performance in Rhesus Monkeys. Journal of Experimental Psychology-General. 144, (1), 85-102 (2015).
  15. Foote, A. L., Crystal, J. D. Metacognition in the rat. Current Biology. 17, (6), 551-555 (2007).
  16. Foote, A. L., Crystal, J. D. "Play it Again": a new method for testing metacognition in animals. Animal Cognition. 15, (2), 187-199 (2012).
  17. Yuki, S., Okanoya, K. Rats Show Adaptive Choice in a Metacognitive Task With High Uncertainty. Journal of Experimental Psychology-Animal Learning and Cognition. 43, (1), 109-118 (2017).
  18. Kirk, C. R., McMillan, N., Roberts, W. A. Rats Respond for Information: Metacognition in a Rodent? Journal of Experimental Psychology-Animal Behavior Processes. 40, (2), 249-259 (2014).
  19. Templer, V. L., Lee, K. A., Preston, A. J. Rats know when they remember: transfer of metacognitive responding across odor-based delayed match-to-sample tests. SpringerLink. (2017).
  20. Keller, A., Vosshall, L. B. Better smelling through genetics: mammalian odor perception. Current Opinion in Neurobiology. 18, (4), 364-369 (2008).
  21. Barnett, S. A. The rat: A study in behavior. Transaction Publishers. (2007).
  22. Andrews, J. S. Possible confounding influence of strain, age and gender on cognitive performance in rats. Cognitive Brain Research. 3, (3), 251-267 (1996).
  23. Kumar, G., Talpos, J., Steckler, T. Strain-dependent effects on acquisition and reversal of visual and spatial tasks in a rat touchscreen battery of cognition. Physiology & Behavior. 144, (Supplement C), 26-36 (2015).
  24. Bruel-Jungerman, E., Laroche, S., Rampon, C. New neurons in the dentate gyrus are involved in the expression of enhanced long-term memory following environmental enrichment. European Journal of Neuroscience. 21, (2), 513-521 (2005).
  25. Nilsson, M., Perfilieva, E., Johansson, U., Orwar, O., Eriksson, P. S. Enriched environment increases neurogenesis in the adult rat dentate gyrus and improves spatial memory. J. Neurobiol. 39, (4), (1999).
  26. Van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H. Neural consequences of environmental enrichment. Nature reviews. Neuroscience. 1, (3), 191 (2000).
Match-naar-Sample Test bij ratten vertraagd testen voor metacognitieve reageert met behulp van een op geur gebaseerde
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lee, K. A., Preston, A. J., Wise, T. B., Templer, V. L. Testing for Metacognitive Responding Using an Odor-based Delayed Match-to-Sample Test in Rats. J. Vis. Exp. (136), e57489, doi:10.3791/57489 (2018).More

Lee, K. A., Preston, A. J., Wise, T. B., Templer, V. L. Testing for Metacognitive Responding Using an Odor-based Delayed Match-to-Sample Test in Rats. J. Vis. Exp. (136), e57489, doi:10.3791/57489 (2018).

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