Waiting
Login processing...

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

Behavior

Test for Metacognitive at reagere ved hjælp af en lugt-baserede forsinket Match til prøve Test hos rotter

doi: 10.3791/57489 Published: June 18, 2018

Summary

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.

Abstract

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.

Introduction

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.

Protocol

Alle metoder beskrevet her er blevet godkendt af institutionelle Animal Care og brug udvalg (IACUC) af Providence College.

1. oprette den testapparater

  1. Brug en Social interaktion kammer (76,2 x 114.3 cm.), som er opdelt i 3 separate værelser.
    1. Opdele center værelse i en stikprøve og forsinkelse camber ved hjælp af en pap indsætte, der kan løftes ved at skubbe gennem metal spor knyttet til sidevæggene.
  2. Brug uigennemsigtig kontakt papir til at dække klart væggene for at forhindre visuel adgang til andre værelser.
  3. På den ene side af rummet-på-the-højre (test værelse, se figur 1), dække gulvet med sand granulat og rød kontakt papir. Dette vil tjene som visuelle og taktile en diskriminerende cue for indstillingen tilbagegang.
  4. På den modsatte side af den test værelse, dække gulvet med hævet striber med strimler af afdækningstape til at fungere som en visuel og taktil en diskriminerende cue for valg test. Dække striber med sort kontakt papir. Efterlade de resterende midterste tredjedel af kammeret uændret.

2. udvikle foretrukne fødevarer belønne hierarki/præference test

  1. Vælg muligt mad belønninger til test. Sikre en belønning for at være en større belønning og derfor "foretrukne" over den anden.
    1. Brug et helt stykke af korn som større, "foretrukne" belønning og en ¼ stykke af korn som mindre, "mindre foretrukne" belønning.
      Bemærk: Korn kan omfatte sødet korn eller dehydreret skumfidus. Det er også muligt at bruge to forskellige belønninger (f.eks. korn vs. standard gnaver pellet (TestDiet, 45 mg)), men det var vanskeligt at fastsætte en pålidelig præference ranking inden for og på tværs af individer når kvalitet frem for kvantitet blev den kilde til variation på tværs af belønninger.
  2. Bringe rotter (adult mandlig lang Evans) i mørke test værelse 30 min før prøvningen begynder. Bruge rød belysning til at belyse test kammer, hvis rotter i den mørke fase af deres dag cyklus. Hvis ikke, prøve under normale lysforhold, som vist i videoen.
  3. Sted to belønner, det hele stykke af korn og korn i modsatte hjørner af det rigtige rum i salen ¼ stykke (Se fig. 1).
  4. Placer rotten på den modsatte side af salen, vender væk fra belønninger, og lad rotten at spise en af frugterne.
    Bemærk: At passere præference test og sikre, at de større stykke af korn er den foretrukne belønning skal emnet spise de større belønning på 4 ud af 5 forsøg (5 forsøg pr. session) for 2 på hinanden følgende sessioner. Køre to sessioner per dag.
    1. Hvis efter 10 sessioner, rotten ikke har udvist en præference for de større stykke af korn, indføre en anden belønning.
  5. Hele test kontrollerer for at sikre, at rats' præferencer forbliver konsistente, udføre præference en gang om ugen.
    1. Køre præference kontrol på samme måde som præference test, med det hele og 1/4 stykke af korn på modsatte hjørner af salen.
      Bemærk: 2 forsøg omfatter en præference check.
    2. Hvis rotter vælger mindre foretrukne belønningen for begge forsøg, test rotte på en fuld præference test af 5 forsøg.
      1. Hvis rotte passerer, kan det fortsætte med at teste.
      2. Hvis rotte mislykkes, ophøre med test og indføre en anden type eller mængden af belønning.

3. generelle metoder

  1. Brug konsekvent eksperimentatorer hele test så rotter er fuldt vænnes til eksperimentatoren lugte og håndtering.
    Bemærk: Det antages, at før prøvningen rotter er blevet håndteret i mindst 1 uge af mennesker, således at de er vant til at blive samlet op og båret af eksperimentatorer.
  2. Bringe rotter i deres skotøjsæske bure (hjem-cage) i den test værelse 30 min før test begynder at vænne dem til det nye rum.
  3. Hvis test er gjort i den mørke fase af den rats' cyklus, holde det testmiljø mørke, med undtagelse af rødt lys til at belyse apparatet.
  4. Sikre, at duftende valg kopper er arrangeret i den rigtige rækkefølge som bestemt af en randomisering script, der indeholder for modvægt. Agn den korrekte cup med det hele stykke af korn.
  5. Tillad kun rotte at grave i en kop og straks fjerne rotten fra apparatet, når en cup er blevet udvalgt som angivet af grave. Placere rotten i hjem-bur hvor rotten kan afslutte forbrugende belønning.
  6. Inter-Diesel-trial-interval (ITI) er fastsat til 4 min. begynde timing på et stopur, når rotte er i hjemmet-bur.
    1. Under ITI spildt Rengør apparatet ved støvsugning nogen sand og aftørring ned på gulvet med 70% isopropylalkohol. Kassér belønningen, hvis det ikke blev spist under den foregående retssagen. Også, en gang om ugen, rense keramiske kopper gamle sand og aftørring kopper med isopropylalkohol.
    2. Forberede den næste retssag sand kopper ved at omarrangere rækkefølgen baseret på scriptet randomisering og baiting den korrekte cup.

4. uddannelse til at grave i sandet kopper og tilvænning til test apparater

  1. Hæld cirka ½ kop af play sand i keramiske kopper (6.99 cm. i diameter og 8.81 cm høj).
  2. Sted i sand-fyldt cup med mad belønninger i hver rotte hjem bur natten over.
    Bemærk: Rotter er påkrævet at grave i koppen og spise belønning natten over i to på hinanden følgende nætter.
  3. Habituate rotte til test apparater ved at placere emnet i apparater i 5 min.
    1. Sprede mad belønninger i hele apparatet til at tilskynde apparater udforskning og rejser gennem åbne døre. Sikre at rotterne ikke urinere, afføring eller fryse inde i salen for to dage i træk.
  4. Overføre lugtfri sand-fyldt cup med mad belønning til den testapparater. Sikre, at rotter med held grave i sandet og hente belønningen i mindst to dage i træk uden frysning adfærd, afføring og vandladning. Om fornødent fjerne de keramiske kopper og placere korn i salen.

5. kamp-til-prøve (MTS) uddannelse

  1. Oprette 4 forskellige duftende bunker af sand ved at blande ca 3 kopper af play sand med ¼ teskefuld af duftende spice (kanel, kaffe, paprika og timian). For at kontrollere for lugt stikord, smuldre ét stykke af belønning i forkert valg kopper.
    1. Remix duftende sand en gang om ugen og butik i glasbeholdere, således at duften styrke er konsistent på tværs af test dage.
  2. Hæld ½ kop af hver duftende sand i 4 kopper og arrangere kopper i en halvcirkel på den sorte kontakt papir (MTS opgave område; Figur 1A). Sikre, at alle kopper er lige langt fra indgangsdøren.
    1. Organisere kopper ved at placere dem i den tildelte holdning baseret på output fra programmeringssoftware "R" ved hjælp af stikprøver uden udskiftning funktion.
  3. Uden for visningen af emnet, begrave en fuld stykke af belønning i den korrekte duftende cup. Begrave ½ stykke af belønning i en identisk duftende prøve cup. Begrave alle belønninger mindst en ½ måde ned højden af sandet.
    1. Pseudo-tilfældigt vælge den korrekt duftende cup, den eneste begrænsning er, at ingen en duft er prøven duften mere end 2 gange i træk.
  4. Placer emnet i prøve salen og lavere prøve cup med en bøjet spatel (håndtag-bakke i en 90-graders vinkel). Tillad emne at grave i stikprøven cup og hente ½ korn belønning. Fjerne kop, så snart emnet begynder spise belønning.
  5. Når emnet er færdig med at spise belønningen, ophæve pap rumdeler og åbne døren for test salen, emnet træder forsinkelse værelse.
  6. Tillad emne til "Vælg" en af Kopperne af grave. Så snart emnet gør et valg og henter en belønning, hvis tilstede, fjerne emnet fra salen og sted i overførsel bur. Rotter kan sniffe hver kop, men de må kun ét valg, som angivet af grave.
    1. I løbet af 4-min ITI, rene afdeling med 70% isopropylalkohol. Vakuum enhver sand, der kan have spildt og genopbygge sand kopper, hvis nødvendigt.
    2. Få næste prøve cup og agn både prøve og test cup. Hvis emnet vælger den forkerte cup i den foregående retssagen, Fjern og kassér den uspist belønning.
  7. Sikre, at emnerne får en 6-prøveversion MTS session per dag. For at overføre MTS uddannelse, skal fag vælge den korrekte cup tre af seks forsøg i to på hinanden følgende sessioner.
    Bemærk: Dette sikrer at ydeevne er ovenfor chance, men under loftet på 4-valg-test.

6. forsinke titreringen ved forsinket Match til stikprøve (DMTS)

  1. Fortsat uddannelse emner på MTS som før (startende med forsinkelse på 0 s).
    Bemærk: Ydeevne skal være mellem 40 og 70% korrekt, at sikre, at ydeevnen er godt over chance (25%), men under loftet. Ydeevne i dette område tillader emner at opleve tilfælde når de når huske det samme og tilfælde når de glemmer prøven. Dette skaber mulighed for brug af nedgangen-test svar kan være en fordel at emnet når valgte forsøg er indført.
  2. Hvis ydeevne overstiger 70% korrekt for 2 på hinanden følgende 6-prøveversion sessioner, øge forsinkelse fra 0 til 30 s.
    1. I forsøg på som forsinkelsen ikke er 0 Sørensen, brug et stopur til hver tidsforsinkelse. Efter emnet har forbrugt prøven, hæve pap divider væg og tillade emne at indgå forsinkelse kammer. Luk pap divider og begynde timing forsinkelsen på stopuret.
    2. Efter 30 s har bestået, åbner døren til den test værelse og lukke døren, når emnet er trådt den test kammer.
    3. Fortsætte resten af retssagen som før.
  3. Hvis ydeevne er fortsat over 70% korrekt for 2 på hinanden følgende 6-prøveversion sessioner, øge hver efterfølgende forsinkelse af 1,5 gange den tidligere forsinkelse.
  4. Hvis performance falder til under 40% for 2 på hinanden følgende sessioner, er forsinkelsen tilbage til den tidligere brugt.
  5. Hvis ydeevne er fortsat mellem 40% og 70% for 2 på hinanden følgende sessioner, skal du angive denne forsinkelse som emnespecifikke kriterium forsinkelse.

7. falde brug uddannelse

  1. Efter hver session af DMTS uddannelse, sted en anden kop med en anden tekstureret og farvede sand, overfor de duftende sand kopper. Agn cup med mindre-foretrukne belønning, ¼ stykke af korn, som vil være i tilbagegang cup. Fjerne de duftende sand kopper fra salen.
  2. Gennemføre retssagen som under DMTS træning, så emnet at prøve et tilfældigt duftende cup og vente i forsinkelse salen for emnespecifikke forsinkelse.
  3. Tillad emne at grave i uparfumeret sand cup og hente belønningen. Derefter fjerne emnet fra salen. Dette vil blive betragtet som en "tvungen tilbagegang" retssag.
  4. Udførelse af to tvungne tilbagegang forsøg efter hver session af DMTS uddannelse.

8. test: Tvunget vs valg forsøg

  1. Testpersoner på DMTS ved hjælp af kriteriet forsinkelse. Teste hvert emne på en 12-retssag session per dag.
    1. Tilfældigt udvælge 8 forsøg "valg" forsøg og placere tilbagegang cup overfor de duftende kopper. Bruge randomisering script til at bestemme rækkefølgen af trial-type med den begrænsning, at ikke mere end 3 valg eller tvungen forsøg forekomme i et træk.
      Bemærk: De resterende 4 forsøg vil blive "tvunget," med tilbagegang cup fjernet fra mødesalen.
    2. Alt efter motivets kriterium forsinkelse, kan det være muligt at teste 2 eller 3 fag under en rotte ITI. Under 1 emne ITI, køre den anden emne retssag. Sikre for at rengøre kammeret med isopropylalkohol efter hvert forsøg.
    3. Testpersoner på ti sessioner.
  2. Under hver retssag, når rotten træder forsinkelse kammer sikre, at han enten til venstre for at afvise testen eller drej til højre til at tage testen (Se figur 1A; top-down fotografi). Optage hvis rotte rejser fra den ene side af rummet til den anden (fx "beslutter at tage testen" og derefter senere krydser til tilbagegang-test side af rummet).
    Bemærk: Rat, gør derfor en potentielle metamemory valg, som han vælger at tage eller afvise test før støder de fire valg lugte (se resultaterne papir19 for grundig diskussion af samtidige vs potentielle metamemory tests).
  3. Beregne nøjagtighed på tvungen forsøg, løbende efter to sessioner og afprøvning og overvåge tilbagegang-test brug.
    1. Hvis nøjagtighed stiger til over 70% korrekt i løbet af to sessioner, ophøre med test og vende tilbage for at forsinke titrering med en længere forsinkelse.
    2. Hvis tilbagegangen-test bruger tilgange 0% eller 100% konsekvent (over 2 sessioner), pause, afprøvning og overveje at øge eller mindske værdien af nedgangen-test svar at sikre de faldende priser for at være mellem 10% og 40%.
    3. Hvis nøjagtighed falder til under 40% korrekte for 2 sessioner, ophøre med test og vende tilbage for at forsinke titrering med en kortere forsinkelse.
    4. Vende tilbage til prøvning efter nøjagtighed på tvungen forsøg stadig er mellem 40 og 70% korrekt for to på hinanden følgende sessioner.
    5. Hele test Kontroller for at sikre, at rats' præferencer forbliver den samme, udføre præference (2 forsøg en session) en gang om ugen. Præference kontrol er beskrevet ovenfor.

9. foreslået generalisering Tests

  1. Generalisering tests, som beskrevet i resultater papir19 kan bruges til at afgøre, om metacognitive reagerer overførsler på tværs af betingelser i hvilke ingen enkelt sammenslutning med eksterne stimuli er tilbøjelige til at styre, op med at reagere.
    1. Teste rotter på no-prøve sonde forsøg, hvor ingen prøve fase er fremlagt, men RI og test fasen af forsøg er identisk med normal forsøg. Tilfældigt intermix 4 sonde forsøg med 8 normale prøve forsøg skal bestå af en 12-retssag session. Testpersoner på 10 sessioner. Sammenligne faldende priser på ingen prøve forsøg med de faldende priser på normale forsøg.
    2. Teste rotter på dobbelt stikprøve forsøg, hvor emner er præsenteret med den oprindelige stikprøve duft to gange for at øge hukommelsen styrke. Tilfældigt intermix sonde forsøg med normal prøve forsøg som forklaret ovenfor. Sammenlign faldende priser på dobbelt stikprøve forsøg med de faldende priser på normale forsøg.
    3. Teste rotter med tre forskellige RIs: kriterium forsinkelse, en forsinkelse, som er kortere (f.eks. 0 s) end kriterium forsinkelsen, og der er længere (f.eks. 4 min). For hver forsinkelse inden for en session nuværende emner med fire valg forsøg og to tvunget forsøg, således at sessions består af 18 forsøg. Tilfældigt intermix alle forsøg og teste rotter på ti sessioner. Sammenlign tilbagegang satserne for forsøg på tre forsinkelser, hvor hukommelse styrke bør faldt og steg, henholdsvis.

10. dataanalyse

  1. Når test er afsluttet, beregne gennemsnitlige andel korrekt for tvungen og valgte forsøg for hvert emne.
    1. For at finde andelen af korrekte tvungen forsøg, opdele antallet af korrekte tvungen forsøg af det samlede antal tvungen forsøg.
    2. For at finde andelen af korrekte valgte forsøg, først trække forsøg faldt fra det samlede antal valg forsøg. Opdele antallet af korrekte valg forsøg af det samlede antal valg forsøg minus afviste forsøg for hver rotte.
    3. Udføre en t-test på gruppe data at sammenligne andelen af korrekte tvungen forsøg at andelen af korrekt valgte forsøg (Se figur 2).
    4. Hvis generalisering test er kørt, gennemføre t-test på faldende priser på normale forsøg vs sonde forsøg som beskrevet i 9. For blandet forsinkelse forsøg, som beskrevet i 9.1.3, sammenligne tvungen og valgte test med gentagen foranstaltninger ANAVA med forsinkelse og trial-type som en faktor, inden for emnet. Også foretage en en-vejs ANOVA på tilbagegang brug i forsinkelser til at bestemme, hvis nøjagtighed varieret med RI.

Representative Results

For at studere emnet metacognitive reagerer, sammenlignes andelen af korrekte tvungen forsøg (baseline hukommelse ydeevne) med andelen af korrekte valgte forsøg eller forsøg, hvor der er en tilbagegang indstilling til stede. Positive resultater er indiceret ved væsentligt højere nøjagtighed på valgte forsøg i forhold til tvungen forsøg (figur 2A). Disse resultater viser, at rotter kan overvåge deres hukommelse stater og faldende opgaven, når deres erindringer er svag, fører til en stigning i nøjagtighed, når en nedgang mulighed er til stede på valgte forsøg.

Hvis præstation ikke er væsentligt mere præcise på valgte forsøg i forhold til tvungen forsøg, er resultaterne null. Denne hypotetiske manglende beviser for metamemory hos rotter (figur 2B) er indiceret ved manglende brug indstillingen tilbagegang-test, når det ville have været adaptive hertil: på forsøg, hvor prøven blev glemt.

Hvis generalisering test er kørt, ville metacognitive ydeevne angives hvis fag falde no-prøve forsøg betydeligt mere normale prøve forsøg og tilbagegang dobbelt sample forsøg betydeligt mere end normale prøve forsøg. Tilbagegang brug bør vise et omvendt forhold med hukommelse nøjagtighed som angivet på nøjagtighed på tvungen forsøg. Hvis nøjagtighed på tvungen test ikke varierer med retssag tilstand, ændre parametre (f.eks. øger RI) da det er umuligt at afgøre, om emner er eller ikke opfører sig metacognitively. Blandet forsinkelser tests, nøjagtighed på valgte test bør være væsentligt højere end nøjagtighed på tvungne tests og emner bør være mere tilbøjelige til at afvise forsøg med længere RIs og mindst tilbøjelige til at afvise forsøg med kortere RIs. Se resultater papir for flere detaljer om generalisering tests og respektive fortolkninger19.

Figure 1
Figur 1 . Fotografi af eksperimentelle apparatur og proces. A) fotografi af apparater tilpasset fra19 med tilladelse. B) eksperimenterende proces. Det første skridt af tilvænning, undervisning rotter til at grave i sandet fyldt kopper, finder sted over to nætter. Næste, rotter er vant til den eksperimentelle apparater og er uddannet til at grave i sandet fyldt cups der. Emner er da givet valg af to belønninger, repræsenteret som en grøn trekant og Røde Halvmåne (helt stykke korn vs et kvart stykke af korn). Efter rotter viser en betydelig præference for en belønning, overgang de til MTS uddannelse, hvor kopper er fyldt med duftende sand, repræsenteret af billeder af kanel, paprika, timian og kaffe. Hvis succesraten er under 50% for to sessioner, fortsat emnet uddannelse. Hvis succesraten for rotter er på 50% eller derover, som emnet skrider frem at forsinke titrering. Under forsinkelsen titrering, rotter fortsætte med MTS uddannelse, men en forsinkelse mellem prøve og test er indført (begyndende med 0 s). Hvis rats' hukommelse nøjagtighed er over 70%, øges RI. Hvis nøjagtighed falder til under 40%, RI er faldet, og MTS uddannelse fortsætter. Denne løkke fortsætter indtil rats' nøjagtighed falder mellem 40% og 70% for to på hinanden følgende sessioner. På dette tidspunkt blandede rotter fremskridt på eksperimentel prøve, som består af tilfældigt tvungen og choice forsøg. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2 . Positive resultater med angivelse af metacognitive reagerer og hypotetiske null resultater med angivelse af manglende metacognitive reagere. A) Positive resultater tilpasset fra 19 med tilladelse. Den gennemsnitlige andel korrekte tvunget og valgt forsøg var afledt af udførelsen af 9 rotter på 120 forsøg. * = p <.05 på parvis to-sidede t-test. En betydeligt højere andel af forsøg svarede korrekt på valgte forsøg i forhold til tvungen forsøg indikerer hensigtsmæssig brug af nedgangen-test svar. B) en tilsvarende andel af forsøg svarede korrekt på tvang og valgt forsøg indikerer mangel faldende tests på grundlag af hukommelse styrke. Chance, 0,25, er angivet ved den stiplede linje. Fejllinjer udgør standard fejl af midlerne. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Discussion

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.

Disclosures

Der er ingen afsløringer til betænkningen.

Acknowledgments

Vi takker Rebecca Burwell for brugen af hendes laboratorium under video optagelse og Robert Vera for hjælp med en tidligere version af dette manuskript.

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).
Test for Metacognitive at reagere ved hjælp af en lugt-baserede forsinket Match til prøve Test hos rotter
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