Denne protokol beskriver en metode til at undersøge muligheden for metamemory, eller hukommelse bevidsthed, i gnavere. Lugt-baserede forsinket-matching-til-prøve paradigme er en roman, økologisk relevante adfærdsmæssige test nyttig til bestemmelse af det omfang, det som gnavere adaptivt kan besvare baseret på kognitivt overvågning styrken af deres hukommelse stater.
Metamemory indebærer den kognitive evne til at vurdere styrken af ens erindringer. For at undersøge muligheden for metamemory i ikke-menneskelige dyr, talrige adfærdsmæssige opgaver er blevet oprettet, hvoraf mange udnytte en mulighed for at afvise hukommelsestest. For at vurdere metamemory i rotter, udnyttet vi denne tilbagegang-test indstilling paradigme ved at tilpasse forrige visuelle forsinket-match-til-prøve tests (DMTS)1,2 udviklet til primat arter til en lugt-baseret test velegnet til gnavere. Først, rotter får en prøve at huske ved at grave i en kop af duftende sand. Efter en forsinkelse, er rotten præsenteret med fire tydeligt duftende kopper, hvoraf den ene indeholder identiske duften oplevede under prøven; Hvis dette matchende cup er valgt, så opnår rotten en foretrukne, større belønning. Udvalg af nogen af de andre tre ikke-matchende sand-fyldte duftende kopper resulterer i ingen belønning. Fastholdelse intervaller er individuelt titreres fag udføre mellem 40 og 70% korrekt, derfor sikre rotter undertiden huske og nogle gange glemmer prøven. Her er den operationelle definition af metamemory evne til at skelne mellem tilstedeværelse og fravær af hukommelse gennem adfærdsmæssige reaktion. Til dette formål, på to tredjedele af forsøg, er en tilbagegang indstilling præsenteret ud over fire valg kopper (valg forsøg). Hvis tilbagegangen-test indstilling-en uparfumeret farvet sand cup, er valgt, emnet modtager en mindre mindre-foretrukne belønning og undgår hukommelsestesten. På den resterende tredjedel af forsøg, tilbagegang-test indstilling er ikke tilgængelig (tvungen forsøg), forårsager emner at gætte den rigtige kop, når prøven er glemt. På valg tests, bør emner, der ved, hvornår de kan huske Vælg indstillingen tilbagegang, når hukommelsen er svag, snarere end at tage testen og vælge forkert. Derfor betydeligt er højere ydeevne på valgte test i forhold til tvungen hukommelsestest vejledende adaptive brugen af nedgangen-test svar og metacognitive reaktion.
Metamemory er evnen til at vurdere styrken af ens erindringer2,3,4. Mens mennesker har konsekvent vist denne kognitive evne, er der debat om eksistensen af metamemory i ikke-menneskelige dyr f.eks.5,6. Én fælles metode til at teste for muligheden for metamemory er at præsentere rettighedsbegrebet dyr med en tilbagegang-test option, som, hvis udvalgte resultater i en garanteret, men mindre belønning end belønning for et korrekt svar på prøven. Hvis emner kan overvåge deres hukommelse stater, så de bør afvise tests, når deres erindringer er svage (for anmeldelser Se:7,8,9,10).
I de seneste par årtier, er udviklet fremgangsmåder til menneskelig og humane primater11 og duer12 blevet tilpasset i flere måder at yderligere teste for tilstedeværelsen af metamemory i aber1,2,13 . Måske var den mest skelsættende undersøgelse af metamemory i aber Hamptons1 forsinket match til prøve test (DMTS). Efter uddannelse i MTS opgave, var forsinkelser mellem prøve og test titreres således at sværhedsgraden var mellemliggende, således at aberne havde en chance for at huske og glemmer prøven. Efter forsinkelsen, aber blev præsenteret med mulighed for at afvise testen. Resultaterne viste, at fag udført betydeligt mere præcist på forsøg, hvor de valgte at tage test end på tvungen forsøg tyder på, at aber overvåget deres hukommelse styrken af prøve1.
De fleste metamemory paradigmer testet hidtil har udnyttet visuelle eller auditive stimuli, hvilket ikke er overraskende i betragtning af at mest udbredte testet arter har været meget visuel rettighedsbegrebet primater f.eks.11,14. Af den tidligere begrænset forskning, der eksisterer på Tudortiden i rotter, har sensoriske modalitet anvendes også visuelle eller auditive15,16,17,18. De seneste robust beviser for metacognitive svarer ikke, når en lugt-baserede opgave blev brugt19er det muligt, at de tidligere tvetydige resultater i rats kunne have været på grund af manglen på standardiserede paradigmer anvendes. Vi har udviklet et paradigme19 som kapitaliseres på rottens primære forstand, lugtesansen, ved at tilpasse DMTS paradigme svarende til den, der anvendes i aber beskrevet ovenfor1. Opgaven beskrevet her indebærer grave i sandet fyldt kopper til at få en mad belønning, drage fordel af gnaveres naturlige grave adfærd.
Metamemory kan blive vurderet i rotter brug af lugt-baserede DMTS opgave præsenteres her. Først, et hierarki af mad belønninger er etableret så individer udviser en klar præference for en mere værdsat belønning. Rotter er derefter uddannet til at grave i en kop af duftende sand til at få en belønning. Efter præsentationen af en duftende prøve cup skal emner vælge en af fire udpræget duftende kopper. En belønning er begravet i bunden af koppen med den samme duft som prøven. Efter rotter er dygtige på de grundlæggende MTS tests, titreres fastholdelse intervaller (RIs) for hver rotte, således at performance falder mellem 40% og 70% succesrate. På 2/3 af forsøgene får rotter mulighed for at afvise den hukommelsestest for en mindre foretrukne belønning. Rats’ metacognitive evne er beregnet ved at sammenligne ydeevne på forsøg som præsenteres indstillingen tilbagegang-test (valg forsøg) til forsøg, hvor rotter er tvunget til at tage testen (tvunget forsøg).
Mens kun lang-Evans rotter blev testet i dette paradigme, kan opgaven bruges til at teste andre stammer af laboratoriet rotter og mus til yderligere undersøgelse metamemory i gnavere arter. Det vil også være gavnligt at teste alderen gnavere eller Transgene mus med Alzheimers sygdom patologier for bedre at forstå hvordan hukommelse lidelser påvirker metacognitive processer.
Præsenteres her er en roman metode til at vurdere metacognitive reagerer i rotter ved hjælp af en lugt-baserede DMTS opgave. På grund af lugtesansen som gnavere primære sans er brugen af lugt at foretrække frem for visuelle stikord i rotter og mus 20,21. Brugen af grave i sandet er en naturlig fouragering adfærd i rotter, hvilket gør opgaven økologisk relevante for gnavere arter.
Et afgørende skridt i protokollen er at sikre, at der er et hierarki af mad belønninger, hvoraf den ene er klart foretrukket frem for den anden. I tidlige faser af undersøgelsen blev rotter bedt om at vælge mellem den formodede at være foretrukne belønning, et stykke af sødet korn og små standard mad pellet. Dog viste præference test vilkårlige valg adfærd, forårsager anvendelsen af mængde som kilde til belønning variation. Rotter valgte mellem et helt stykke af korn og en ¼ stykke af korn, og favoriserede pålideligt den større mængde. Uden en præference, om fødevaresikkerhed og-kvalitet eller mængde, der ikke er noget incitament til at tage testen over faldende, så dette trin er afgørende.
Et andet vigtigt aspekt af protokollen etablere korrekt RIs og ITIs, så MTS nøjagtighed er stadig inden for rækkevidde af 40-70% korrekte. Hvis forsinkelser er for kort, og interferens er minimal-på grund af lang ITIs, opleve rotter aldrig “glemmer” prøven. Omvendt, hvis RIs er for lang og ITIs er for kort, testen bliver for svært og rotter huske aldrig prøven. Sådanne svar kan påvises, ikke kun ved nøjagtighed på tvungen forsøg men med faldende priser, der er enten for høj eller for lav. Emner bør falde ca 10-50% af valg forsøg: Hvis et emne afslår hver prøveversion eller aldrig falder, data kan ikke fortolkes som positive eller negative for tilstedeværelse af metamemory og den relative værdi af nedgangen-test svar skal genevalueres . Hele forsøget beregnes gennemsnitsresultater på tvungen forsøg konsekvent i slutningen af to dage med test. Som rats’ fremskridt gennem flere forsøg med DMTS, deres ydeevne kan forbedres, som ville indlede en tilbagevenden forsinkelse titrering (Se figur 1B) således at forsinkelser kan øges korrekt, sådan, nøjagtighed er fortsat under 70% korrekte. Hvis hukommelsen for prøven er konsekvent over 70% mener faldende ITI. Hvis hukommelse for prøven er konsekvent under 40% overveje at øge ITI og/eller øge stikprøvestørrelse lugt fra 4 til 10-20 lugte at mindske hukommelse indblanding.
Alt efter stamme af rotter bruges boliger miljø og lys-mørke cyklus dyr er opstaldet i, hukommelse kan være svagere eller stærkere. I forhold til andre laboratorium rotte stammer, såsom Wistar eller Sprague Dawleys, er lang Evans kendt for at erhverve kognitive opgaver med relativt færre forsøg22,23. Det kan derfor tage flere stadier af tilvænning og mere uddannelse til andre gnavere til at lære opgaven. Rotter i den foreliggende undersøgelse blev opstaldet i yderst højberiget miljøer med adgang til at udøve så det er muligt, deres erindringer var relativt stærk24,25,26. Rotter bruges her var ligeledes opstaldet på en tilbageført lys-mørke cyklus, som kan øge kognitive præstationer, da de blev testet i løbet af deres mørke cyklus.
Adaptive brug af nedgangen-test svar, anført af betydeligt højere ydeevne på valg i forhold til tvungne tests tyder på metacognitive reagerer. Dog resultere metacognitive reagerer fra afhængighed af intern hukommelse stikord eller eksterne stikord8. For at fastslå, hvis faktisk adaptive brug af nedgangen-test svar er resultatet af intern hukommelse stikord, eksperimentatorer bør sigte mod at fjerne så mange eksterne stikord som muligt8,14. Eksterne stikord betragtes enhver offentligt tilgængelige test-specifik stimuli eller stikord at fag kunne bruge til at guide faldet-test Brug8. Potentielle eksterne stikord i denne opgave omfatter relative salience af individuelle lugte, prøve varighed, svar ventetid og varighed af RIs. Generalisering tests som beskrevet her og mere detaljeret resultater papir19 er nyttige i at udelukke adfærdsmæssige reaktion baseret på eksterne stikord som miljømæssige cue foreninger på grund af cue inkonsistens i opgave parametre på tværs af eksperimenter.
I dette paradigme, rotten er forpligtet til at træffe beslutning om at tage eller afvise testen før hukommelsestesten præsenteres (Se 8.2), at stort set eliminere potentialet for svar konkurrence til at styre brugen af nedgangen-test svar. Svar konkurrence er tilbøjelighed til at tage testen er baseret på synet eller lugten af indstillingen korrekt test når metacognitive valget præsenteres samtidig med den primære hukommelse test8. Der kræver rotter til at vælge at tage eller afvise test før støder hukommelsestesten reducerer selv muligheden for, at svar konkurrence kontrol bruge af nedgangen-test svar. En forbedring af dette design vil dog have rotter vælger at tage eller afvise testen ved at gøre en bestemt reaktion i et rum adskilt fra hukommelsen teste sig selv. Dette vil yderligere øge den potentielle karakter af dette paradigme, som kan give mulighed for mere vellykket fjernelse af eksterne stikord8,19. En yderligere forbedring for fremtidige undersøgelser er at, hvis det er muligt, optage svar ventetid på punktet, når rotten træder den test værelse til den tid det tager for emnet at dreje til venstre eller til højre (afslå eller tage testen, henholdsvis). Dette ville gøre det muligt forskerne til at bestemme, hvis svar latency serveres som en ekstern cue emner har lært at associere med bestemt svar overarbejde (Se8). Det ville også være oplysende at optage, hvis og når emner ændre deres svar (Se 8.2, fx rejser fra MTS valg side af lokalet testområde tilbagegang eller vice versa). Som omtalt i resultater papir, observeret vi dette problem kun én gang, som tilføjer til den konklusion, at rotter lavet en beslutning om at tage eller afvise testen, så snart de kom ind i test stuen og før de mødte hukommelsen test selv, som de gjorde ved systematisk prøveudtagning hver valg lugt.
Fordi rotter testet i dette paradigme overført metacognitive kunne reagerer på tværs af flere generalisering tests, konkluderedes det, at rotter blev i stand til at metamemory – de overvåge deres erindringer for prøven19. Det vil være vigtigt for andre forskergrupper at teste dette paradigme eller lignende tilpasninger af det, som bekræfter beviser fra forskellige laboratorier er nødvendig, før det kan konkluderes med sikkerhed at rotter er i stand til at metacognitive op med at reagere, og at adfærd styres af en indre snarere end ekstern cue. Testning for tilstedeværelse af denne vigtige huskeregel evne, som forringes med alderen, kan være nyttige i translationel tilgange til at studere hukommelse dysfunktion, såsom med Transgene mus og modeller af Alzheimers sygdom. Det ville være særlig udbytterig for forskere at ansætte denne adfærdsmæssige paradigme sammenholdt med hjernelæsioner, midlertidig hjerne inaktivering eller aktiveringer (f.eks. optogenetics, chemogenetics) og med elektrofysiologiske optagelser, som disse undersøgelser kan belyse de neurale mekanismer, der ligger til grund for metacognitive processer.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Rebecca Burwell for brugen af hendes laboratorium under video optagelse og Robert Vera for hjælp med en tidligere version af dette manuskript.
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 |