Denne protokollen beskriver en metode for å undersøke muligheten for metamemory, eller minne bevissthet, i gnagere. Lukt-baserte forsinket matchende-å sample paradigmet er en roman, økologisk relevante atferdsmessige test nyttig for å avgjøre omfanget som gnagere kan vise dynamisk svare basert på kognitivt overvåking styrke minne stater.
Metamemory innebærer kognitive muligheten til å vurdere styrken på sine minner. For å utforske muligheten for metamemory i ikke-menneskelige dyr, atferdsmessige fjernadministrering har blitt opprettet, hvorav mange utnytte muligheten til å avslå minnetester. For å vurdere metamemory i rotter, utnyttet vi dette nedgang-test alternativet paradigmet ved å tilpasse forrige visuelle forsinket kamp-å sample tester (DMTS)1,2 utviklet for primate arter til en lukt-basert test egnet for gnagere. Først gis rotter en prøve å huske ved å grave i en kopp velduftende sand. Etter en forsinkelse er rotta presentert med fire tydelig duftende kopper, som inneholder identiske duften opplevde under prøven; Hvis denne samsvarende cup, henter rotta foretrukket, større belønning. Utvalg av noen av de andre tre ikke-samsvarende sand-fylt duftende koppene gir ingen belønning. Oppbevaring intervaller er individuelt titreres slik at fag utføre mellom 40 og 70% riktig, derfor sikre rotter husker noen ganger og noen ganger glemmer prøven. Her er operative definisjonen av metamemory evne til å skille mellom tilstedeværelse og fravær av minne gjennom opptreden å svare. Mot dette formål, på to tredjedeler av prøvelser, vises en nedgang-alternativet i tillegg til de fire valg koppene (valg forsøk). Hvis den nedgang-test-alternativet-en unscented farget sand cup, er valgt, emnet mottar mindre mindre-foretrukne belønning og unngår minnetest. På de gjenværende tredje forsøk, nedgang-test-alternativet er ikke tilgjengelig (tvunget forsøk), forårsaker fag å gjette riktig koppen når prøven er glemt. På valg tester, bør fag som vet når de husker velge alternativet nedgang når minnet er svak i stedet ta testen og velge feil. Derfor betydelig er høyere ytelse på valgte sammenlignet med tvungen minnetester veiledende adaptive bruk nedgang-test svar og metakognitiv svarer.
Metamemory er muligheten til å vurdere styrken på ens minner2,3,4. Mennesker har konsekvent vist denne kognitive muligheten, er det debatt over eksistensen av metamemory i ikke-menneskelige dyr f.eks5,6. En vanlig metode for å teste muligheten for metamemory er å presentere nonhuman dyr med en nedgang-test alternativ, som hvis valgt resultater i belønning garantert, men mindre enn belønningen for et korrekt svar på prøve. Hvis fag kan overvåke deres minne stater, så de bør avvise tester når sine minner er svak (for anmeldelser se:7,8,9,10).
De siste tiårene, har prosedyrer utarbeidet for menneskelige og nonhuman primater11 og duer12 blitt tilpasset på flere måter å teste videre etter metamemory i aper1,2,13 . Kanskje var den mest banebrytende studien av metamemory i aper Hampton1 forsinket kamp å sample test (DMTS). Etter trening i MTS oppgaven var forsinkelser mellom prøve og test titreres slik at vanskelighetsgraden var middels slik at apekatter hadde en sjanse til å huske og glemme prøven. Etter forsinkelsen aper ble presentert med avslå testen. Resultatene viste at fag utført betydelig mer nøyaktig på studier som de valgte å ta testen enn på tvunget prøvelser, antyder at apekatter overvåket sin minne styrke av eksempel1.
De fleste metamemory paradigmer testet så langt har brukt visuell eller auditiv stimuli, som ikke er overraskende gitt at fleste vidt testet arter har vært svært visuell nonhuman primater f.eks11,14. Den forrige begrenset forskning som finnes på metacognition i rotter, er også sensoriske modalitet brukt visuell eller auditiv15,16,17,18. Gitt siste robust bevis for metakognitiv å svare når en lukt-baserte oppgave var brukt19, er det mulig at tidligere tvetydig resultatene i rotter kunne ha vært på grunn av manglende standardisert paradigmer brukes. Vi utviklet en paradigme19 som kapitalisert på rat’s primære forstand, luktesans, ved å tilpasse det DMTS paradigmet som ligner den som brukes i aper beskrevet ovenfor1. Aktiviteten beskrevet her innebærer graving i sand-fylt kopper å få en næringen belønne, utnytter gnageres naturlig graving atferd.
Metamemory kan vurderes i rotter ved hjelp av lukt-baserte DMTS oppgaven presenteres her. Først opprettes et hierarki av næringen belønninger så fag viser en klar preferanse for mer verdsatt belønning. Rotter er trent til å grave i en kopp velduftende sand for å få en belønning. Etter presentasjonen av en duftende eksempel kopp, må fag velge ett av fire tydelig duftende kopper. Belønning er begravd nederst på koppen med samme duften som prøven. Etter rotter er dyktigere på grunnleggende MTS tester, titreres oppbevaring intervaller (RIs) for hver rotte slik at ytelsen faller mellom 40% og 70% suksessrate. På 2/3 av får rotter valget mellom å avslå minnetest for en mindre foretrukne belønning. Rotter metakognitiv evne vurderes ved å sammenligne ytelsen på studier der alternativet nedgang-test er presentert (valg forsøk) for studier som rotter er tvunget til å ta testen (tvunget forsøk).
Mens bare lang-Evans rottene ble testet i dette paradigmet, kan oppgaven brukes til å teste andre stammer av laboratoriet rotter og mus å lære metamemory i gnagerarter. Det vil også være nyttig å teste alderen gnagere eller transgene mus med Alzheimers patologi for bedre å forstå hvordan hukommelse lidelser påvirker metakognitiv prosesser.
Presenteres her er en ny metode for å vurdere metakognitiv svarer i rotter ved hjelp av en lukt-baserte DMTS oppgave. På grunn av luktesans som Red primære forstand er bruk av lukt å foretrekke til visuelle stikkord i rotter og mus 20,21. Bruk av grave i sanden er en naturlig foraging opptreden av rotter, gjør oppgaven økologisk relevante for gnagerarter.
Et viktig skritt i protokollen er å sikre at det er et hierarki av mat belønninger, hvorav ett er klart foretrukket over den andre. Tidlige faser av studien ble rotter pålagt å velge mellom det antatt å være foretrukket belønning, et stykke søtet frokostblanding, og små standard mat pellets. Imidlertid gitt foretrekker testing vilkårlige valg atferd, forårsaker bruk av antallet som kilden til belønning variasjon. Rotter valgte mellom en hele korn og en ¼ del av korn, og favoriserte pålitelig større antallet. Uten en preferanse, om mat eller antall, er det ingen insentiver til å ta testen over fallende, så dette trinnet er viktig.
Et annet viktig aspekt av protokollen å etablere riktig RIs og det er slik at MTS nøyaktighet innen 40 til 70% korrekt. Hvis forsinkelser er for kort og forstyrrelser er minimal-på grunn av lang ITIs, oppleve rotter aldri “glemme” prøven. Omvendt, hvis RIs er for lang og de det er for kort, testen blir for vanskelig og rotter huske aldri prøven. Slik svar kan oppdages ikke bare av nøyaktighet på tvunget prøvelser, men av nedgang priser som er enten for høyt eller for lavt. Fag bør avvise ca 10-50% av valg forsøk: Hvis et emne avslår hver prøveversjon eller aldri synker, data kan ikke tolkes som positiv eller negativ for forekomst av metamemory og den relative verdien av nedgang-test svaret må vurderes på nytt . Hele eksperimentet beregnes konsekvent gjennomsnittlig ytelse på tvunget forsøk på slutten av to dager. Som rotter fremgang gjennom flere studier av DMTS, resultatene kan forbedre, som ville starte en retur forsinkelse titrering (se figur 1B) slik at forsinkelser kan økes hensiktsmessig, slik at nøyaktighet er fortsatt under 70% riktig. Hvis minnet for prøven er konsekvent over 70% kan du vurdere å redusere ITI. Hvis minne for prøven er konsekvent under 40% vurdere å øke ITI og/eller øke utvalgsstørrelsen lukt fra fire til 10-20 lukt redusere minnet forstyrrelser.
Avhengig av belastningen av rotter brukes, boliger miljøet, og lys og mørke syklus dyr ligger i, minne kan være svakere eller sterkere. Sammenlignet med andre laboratorium rotte stammer, som Wistar eller Sprague Dawleys, er lang Evans kjent for å kjøpe kognitive oppgaver med relativt færre forsøk22,23. Det kan derfor ta flere stadier av habituering, og mer opplæring for pilegrimer å lære oppgaven. Rotter studien ble plassert i høyanriket miljøer med tilgang til å utøve så det er mulig sine minner var relativt sterk24,25,26. Rotter her var også plassert på en tilbakeført lys og mørke syklus som kan øke cognitive gjennomførelse siden de ble testet under deres mørke syklus.
Tilpasset bruk av nedgang-test svaret, angitt av betydelig høyere ytelse på valg i forhold til tvungen tester antyder metakognitiv svarer. Men kan metakognitiv svarer følge av avhengigheten internminne signaler eller eksterne stikkordene8. For å avgjøre hvis faktisk adaptive bruk av nedgang-test svaret er resultatet av internminne Stikkordene, bør forskere sikte på å eliminere som mange eksterne pekepinner som mulig8,14. Eksterne stikkordene regnes noen offentlig tilgjengelig testspesifikk stimuli eller signaler som fag kan bruke å veilede nedgang-test Bruk8. Potensielle eksterne signaler i denne oppgaven er relativ salience personlige lukt, prøve varighet, svar ventetid og varigheten av RIs. Generalisering tester som beskrevet her og nærmere resultater papir19 er nyttige i utelukker opptreden å svare basert på eksterne signaler som miljømessige stikkordet foreningene på grunn av stikkordet inkonsekvens i oppgaven parametere over eksperimenter.
I dette paradigmet, rotta er pålagt å gjøre beslutningen om å ta eller avslå testen før minnetest er presentert (se 8.2), hovedsakelig eliminere potensialet for svar konkurranse å bruk nedgang-test svaret. Svar konkurransen er tilbøyelighet til å ta testen basert på synet eller lukten av alternativet riktig test når det metakognitiv valget vises samtidig med primærminne test8. Krever rotter å ta eller avslå testen før møte minnetest reduserer selv muligheten for at svaret konkurranse kontroller bruk av nedgang-test svaret. Men ville en forbedring til dette design være å ha rotter ta eller avslå testen ved å gjøre en bestemt respons i et rom atskilt fra minnet test seg. Dette vil ytterligere øke fremtidige natur dette paradigmet, som for bedre eliminering av eksterne stikkordene8,19. En ytterligere forbedring for fremtidige studier er, hvis mulig, registrere svar ventetid på punktet når rotta testing rommet til tiden det tar for faget å slå venstre eller høyre (avslå eller ta testen, henholdsvis). Dette vil tillate forskerne å avgjøre hvis svaret ventetid fungert som en ekstern kø fag lært å assosiere med bestemt svar overtid (se8). Det vil også være opplysende å registrere hvis og når fag endre deres svar (se 8.2, f.eks reise fra MTS valg siden av rommet til testområdet nedgang eller vice versa). Som omtalt i resultatene papiret, observerte vi dette bare én gang, som legger til konklusjonen at rotter å ta eller avslå test så snart de kom inn i testing rommet og før de møtte minnet test selv, som de gjorde ved systematisk prøvetaking hvert valg lukt.
Fordi rotter testet i dette paradigmet overført metakognitiv kan svarer over flere generalisering tester, det ble konkludert med at rotter var i stand til metamemory – de overvåke minner for eksempel19. Det vil være viktig for andre forskningsgrupper å teste dette paradigmet eller lignende tilpasninger av det som bekrefter bevis fra forskjellige laboratorier er nødvendig før det kan konkluderes med sikkerhet at rotter er dugelig av metakognitiv å svare, og at virkemåten kontrolleres av et internt i stedet for eksterne stikkordet. Lete etter denne viktige mnemonic evne, som reduseres med alderen, kan være nyttig i translasjonsforskning tilnærminger til å studere minne dysfunksjon, som med transgene mus og modeller av Alzheimers sykdom. Det ville være særlig fruktbar for forskere å ansette denne opptreden paradigme i forbindelse med hjernen lesjoner, midlertidige brain inaktivering eller aktiveringer (f.eks optogenetics, chemogenetics) og med elektrofysiologiske innspillinger, som disse undersøkelsene kan belyse nevrale mekanismene bak metakognitiv prosesser.
The authors have nothing to disclose.
Vi takker Rebecca Burwell for bruk av hennes laboratoriet under videoopptak og Robert Vera for hjelp med en tidligere versjon av dette manuskriptet.
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 |