Summary
Det här protokollet beskriver en metod för att undersöka möjligheten av metamemory, eller minne medvetenhet, hos gnagare. Lukt-baserade fördröjd matchande-till prov paradigm är en roman, ekologiskt relevanta beteendemässiga test som är användbar för att fastställa i vilken utsträckning som gnagare adaptivt kan besvara utifrån kognitivt övervakning styrkan i deras minne påstår.
Abstract
Metamemory innebär kognitiva förmågan att bedöma styrkan i sina minnen. För att undersöka möjligheten av metamemory i icke-mänskliga djur, många beteendemässiga uppgifter har skapats, varav många utnyttja en möjlighet att avböja minnestester. För att bedöma metamemory hos råttor, utnyttjade vi denna nedgång-test alternativet paradigm genom att anpassa föregående visuella försenade match-till prov tester (DMTS)1,2 utvecklats för primater ett lukt-baserat test lämplig för gnagare. Först, råttor ges ett prov att minnas genom att gräva i en kopp doftande sand. Efter en försening presenteras råtta med fyra distinkt doftande koppar, varav den ena innehåller identiska doften upplevde under provet; om denna matchande cup väljs sedan erhåller råttan en rekommenderad, större belöning. Urval av någon av de andra tre icke-matchande sandfylld doftande kopparna resulterar i ingen belöning. Kvarhållning intervall titreras individuellt så att försökspersonerna utföra mellan 40 och 70% korrekt, därför att råttor ibland minns och ibland glömmer provet. Här är den operativa definitionen av metamemory förmåga att skilja mellan närvaro och frånvaro av minne genom beteendemässiga svara. För detta ändamål, på två tredjedelar av prövningar, presenteras en nedgång alternativ utöver fyra val koppar (val prövningar). Om det nedgång-test alternativet-en oparfymerad Färgad sand cup, är markerat föremål får en mindre mindre-program belöning och undviker minnestestet. På den återstående tredjedelen av prövningar, alternativet nedgång-test inte är tillgänglig (Tvingad prövningar), orsakar försökspersoner att gissa rätt koppen när provet är glömd. På prov, bör ämnen som vet när de kommer ihåg Välj alternativet nedgång när minnet är svagt snarare än att ta testet och välja felaktigt. Betydligt är högre prestanda på valda tester jämfört med Tvingad minnestester därför vägledande av adaptiv användningen av nedgång-test respons och metakognitiva svara.
Introduction
Metamemory är förmågan att bedöma styrkan i ens minnen2,3,4. Medan människor har konsekvent visat denna kognitiva förmåga, finns det debatt över existensen av metamemory i icke-mänskliga djur t.ex.5,6. En vanlig metod för att testa för möjligheten av metamemory är att presentera ickemänskliga djur med en nedgång-test alternativ, som, om valt resultat i en garanterad, men mindre belöning än belöningen för ett korrekt svar på testet. Om ämnen kan övervaka deras minne stater, då de bör avböja tester när deras minnen är svaga (för recensioner, se:7,8,9,10).
Under de senaste decennierna, har förfaranden som utvecklas för mänskliga och icke-mänskliga primater11 och duvor12 anpassats på flera olika sätt att ytterligare testa för förekomst av metamemory i apor1,2,13 . Kanske var den mest inflytelserika studien av metamemory hos apor Hampton's1 försenad match till prov test (DMTS). Efter utbildning i MTS uppgiften, var förseningar mellan prov och test titreras så att svårighetsgraden var mellanliggande sådan att apor hade en chans att minnas och att glömma provet. Efter förseningen presenterades apor med möjlighet att avböja testet. Resultaten visade att försökspersonerna utförs betydligt mer noggrant på prövningar som valde de att ta testet än på Tvingad prövningar, tyder på att apor övervakas deras minne styrka av prov1.
De flesta metamemory paradigm testat hittills har utnyttjat visuell eller auditiv stimuli, vilket inte är förvånande med tanke på att mest allmänt testade arter har varit mycket visuell ickemänskliga primater t.ex.11,14. Av tidigare begränsade forskning som finns på metakognition hos råttor, har sensorisk modalitet används dessutom visuell eller auditiv15,16,17,18. Med tanke på den senaste robust bevisningen för metakognitiva svara när en lukt-baserade uppgift var begagnad19, är det möjligt att de tidigare tvetydiga resultat hos råttor kunde ha varit på grund av bristen på standardiserade paradigm används. Vi utformade ett paradigm19 som balanserade på råttans primära känsla, luktsinnets funktion, genom att anpassa den DMTS paradigmen liknande den som används i apor som beskrivs ovan1. Uppgiften beskrivs här innebär grävning i sandfylld koppar att få mat belöning, att dra nytta av gnagares naturliga gräva beteende.
Metamemory kan bedömas hos råttor som använder lukt-baserade DMTS uppgiften presenteras här. Först, en hierarki av mat belöningarna är etablerat så ämnen påvisa en klar preferens för en mer uppskattade belöning. Råttor är sedan utbildade att gräva i en kopp doftande sand för att få en belöning. Efter presentationen av en doftande prov kopp, måste försökspersoner välja en av fyra distinkt doftande koppar. En belöning är begravd på botten av koppen med samma doft som provet. Efter råttor är skicklig på grundläggande MTS tester, titreras kvarhållning intervall (RIs) för varje råtta så att prestanda faller mellan 40% och 70% framgång. På 2/3 av prövningar får råttor valet att avböja minnestest för en mindre Rekommenderad belöning. Råttornas metakognitiv förmåga bedöms genom att jämföra prestanda på prövningar där alternativet nedgång-test presenteras (val prövningar) för studier där råttor tvingas ta testet (Tvingad prövningar).
Medan endast lång-Evans råttor testades i detta paradigm, kunde uppgiften användas för att testa andra stammar av laboratoriet råttor och möss att ytterligare studera metamemory i gnagare. Det kommer också vara fördelaktigt att testa åldern gnagare eller transgena möss med Alzheimers sjukdom patologier för att bättre förstå hur minnesstörningar påverkar metakognitiva processer.
Protocol
Alla metoderna som beskrivs här har godkänts av den institutionella djur vård och användning kommittén (IACUC) av Providence College.
1. skapa testning apparaten
- Använd en Social interaktion kammare (76,2 x 114,3 cm.), som är indelat i 3 separata rum.
- Dela center rummet i ett prov och dröjsmål camber med en kartong insats som kan lyftas genom att skjuta genom metall spår kopplad till sidoväggarna.
- Använd ogenomskinlig kontakt papper för att täcka klart väggarna för att förhindra visuell tillgång till andra rum.
- På ena sidan av rummet-på-the-rätt (testning rum, se figur 1), täcka golvet med sand granulat och röda kontakt papper. Detta fungerar som visuella och taktila en diskriminerande cue för alternativet nedgång.
- På motsatt sida av testning rummet, täcka golvet med upphöjda ränder med remsor av maskeringstejp för att fungera som en visuell och taktil en diskriminerande cue för val test. Täcka ränderna med svart kontakt papper. Lämna den återstående mellersta tredjedelen av kammaren oförändrat.
2. utveckla program mat belöna hierarki/preferens testning
- Välj möjliga mat belöningar för testning. Säkerställa en belöning för att vara en större belöning och därför ”föredrog” över den andra.
- Använda en helhet lappar av spannmål som större, ”rekommenderad” belöning och en ¼ bit av spannmål som mindre, ”mindre Rekommenderad” belöning.
Obs: Spannmål kan inkludera sötad spannmål eller torkade marshmallow. Det är också möjligt att använda två olika belöningar (t.ex. spannmål vs. standard gnagare pellets (TestDiet, 45 mg)), men det var svårt att fastställa en tillförlitlig preferens ranking inom och mellan individer när kvalitet snarare än kvantitet var den källa till variation över belöningar.
- Använda en helhet lappar av spannmål som större, ”rekommenderad” belöning och en ¼ bit av spannmål som mindre, ”mindre Rekommenderad” belöning.
- Ta råttor (vuxna manliga lång Evans) till mörka testing rum 30 min före testning börjar. Använda röd belysning för att belysa testning kammaren, om råttor i den mörka fasen av dagens cykel. Om inte, testa under normala ljusförhållanden som visas i videon.
- Plats två belöningar, hela pjäs av spannmål och spannmål, i motsatta hörn av rätt rum på avdelningen ¼ stycke (se figur 1).
- Placera råtta på motsatt sida av kammaren, vänd bort från belöningar, och låt råttan att äta en av belöningarna.
Obs: Att passera preferens testning och att säkerställa att den största delen av spannmål är den Rekommenderad belöningen, måste ämnet äta större belöningen på 4 av 5 prövningar (5 prövningar per session) för 2 på varandra följande sessioner. Kör två sessioner per dag.- Om, efter 10 sessioner, råtta inte har visat en förkärlek för den största delen av spannmål, införa en annan belöning.
- Under testning, för att säkerställa att råttornas inställningar förblir konsekvent, utföra preferens kontroller en gång i veckan.
- Kör preferens kontroller på samma sätt som preferens testning, hela och 1/4 del av spannmål på motsatta hörn av salen.
Obs: 2 prövningar omfatta en preferens-check. - Om råttor väljer den mindre Rekommenderad belöningen för båda prövningarna, testa råtta på en full preferens-test av 5 studier.
- Om råtta passerar, kan det fortsätta att testa.
- Om råtta misslyckas upphöra testning och införa en annan typ eller mängd belöning.
- Kör preferens kontroller på samma sätt som preferens testning, hela och 1/4 del av spannmål på motsatta hörn av salen.
3. allmänna metoder
- Använd konsekvent praktiker i hela testning så råttor är helt vana att försöksledaren lukter och hantering.
Obs: Det antas att före provning råttorna har hanterats för åtminstone 1 vecka av människor, så att de är vana att tas upp och transporteras av praktiker. - Ger råttor i sin skokartong burar (hem-cage) i testning rummet 30 min innan testning börjar vänja dem till det nya rummen.
- Om tester utförs under den mörka fasen av råttornas cykel, hålla testmiljön mörk, med undantag av rött ljus att lysa upp apparaten.
- Säkerställa att doftande val kopparna är ordnade i rätt ordning som bestäms av en randomisering skript som inkluderar för motvikt. Bete i rätt kopp med hela pjäs av spannmål.
- Bara tillåta råttan att gräva i en kopp och omedelbart ta bort råttan från apparaten när du har valt en kopp som anges genom att gräva. Placera råtta i hem-bur där råttan kan avsluta konsumerar belöningen.
- Inter-trial-intervallet (ITI) fast till 4 min. börjar timing på ett stoppur när råttan är i hem-buren.
- Under ITI spillt Rengör apparaten genom att dammsuga någon sand och avtorkning golvet med 70% isopropylalkohol. Kassera belöningen om det inte åts under föregående rättegången. Också, en gång i veckan, ren keramiska muggar av kasta gamla sand och torka koppar med isopropylalkohol.
- Förbereda sand kopparna för nästa rättegången genom omdisponering ordningen baserat på randomisering skriptet, och baiting rätta koppen.
4. utbildning för att gräva i sanden koppar och tillvänjning till testning apparater
- Häll cirka ½ kopp spela sand i keramiska muggar (6.99 cm. i diameter och 8.81 cm lång).
- Plats sandfylld kupa med mat belöningar i varje råttans buren över natten.
Obs: Råttor är skyldiga att framgångsrikt gräva i cup och äta belöningen över natten för två nätter. - Habituerar råtta provning apparater genom att placera föremål i apparaten för 5 min.
- Sprida mat belöningar i hela apparaten att uppmuntra apparater prospektering och reser genom öppnade dörrar. Säkerställa att råttor inte kissa, bajsa eller frysa inne i kammaren för två dagar i rad.
- Överföra luktfri sandfylld cup med mat belöning till testning apparaten. Säkerställa att råttor framgångsrikt gräva i sanden och hämta belöningen minst två dagar i rad med ingen frysning beteende, defekation eller urinering. Om det behövs ta bort keramiska kopparna och placera spannmål i kammaren.
5. match till prov (MTS) utbildning
- Skapa 4 olika doftande högar av sand genom att blanda ca 3 koppar spela sand med ¼ tesked av doftande krydda (kanel, kaffe, paprikapulver och timjan). För att styra för lukt signaler, sönder en bit av belöning i felaktiga val koppar.
- Remix doftande sand en gång per vecka och butiken i glasbehållare så att doften styrka är konsekvent över testning dagar.
- Häll ½ dl av varje doftande sand i 4 koppar och ordna koppar i en halvcirkel på svart kontakt papper (MTS aktivitetsområdet; Figur 1A). Säkerställa att alla koppar är lika långt från entrén.
- Organisera koppar genom att placera dem i den tilldelade position baserat på utdata från programmet programmering ”R” användning av provtagnings utan ersättning funktion.
- Av syn på ämnet, begrava en full bit av belöning i rätt doftande cup. Begrava ½ bit av belöning i ett identiskt-doftande prov cup. Begrava alla belöningar minst en ½ vägen ner höjden av sand.
- Pseudo slumpmässigt välja korrekt doftande koppen, den enda begränsningen är att ingen en doft är provet doften mer än 2 gånger i rad.
- Placera föremål i en provkammare och lägre provet koppen med en böjd spatel (handtag-facket på en 90-graders vinkel). Låta föremål att gräva i provet cup och hämta ½ spannmål belöningen. Ta bort koppen så fort ämnet börjar äta belöningen.
- När motivet har ätit belöningen, lyft den kartong rumsavdelare och öppna dörren till testning kammaren som ämnet in fördröjning.
- Låt motivet för att ”markera” en av koppar genom att gräva. Så snart föremål gör ett val och hämtar en belöning om den finns, ta bort föremål från plenisalen och plats i buren för överföring. Råttor kan vädra varje kopp, men de tillåts bara ett val som anges genom att gräva.
- Under de 4-min ITI, ren kammaren med 70% isopropylalkohol. Vakuum någon sand som kan ha spillts och fylla på sand koppar om det behövs.
- Få nästa prov cup och bete både prov och testa cup. Om ämnet väljer Felaktiga koppen i den tidigare rättegången, avlägsna och kassera överblivet belöningen.
- Säkerställa att patienter får en 6-rättegång MTS session per dag. För att passera MTS utbildning, måste försökspersoner välja rätt koppen tre av de sex studierna i två på varandra följande sessioner.
Obs: Detta garanterar att prestanda över chans men under taket på 4-val test.
6. dröjsmål titrering i försenade Match till prov (DMTS)
- Fortsätt utbildningsämnen på MTS som tidigare (börjar med fördröjningen av 0 s).
Obs: Prestanda måste vara mellan 40 och 70% korrekt, för att säkerställa att prestanda är väl över chans (25%), men under taket. Prestanda i detta intervall tillåter försökspersoner att uppleva instanser när de när minns samma och fall när de glömmer provet. Detta skapar en möjlighet för användning av nedgång-test svar vara fördelaktiga till ämnet när valda prövningar introduceras. - Om prestanda överstiger 70% rätt för 2 på varandra följande 6-rättegång sessioner, öka fördröjningen från 0 till 30 s.
- I studier där förseningen inte är 0 s, Använd ett stoppur till varje fördröjning. Efter att ämnet har konsumeras provet, höja kartong mellanväggen och låta ämnet ingå dröjsmål kammaren. Stäng kartong avdelare och börja timing fördröjningen på stoppuret.
- Efter 30 s har passerat, öppna dörren till testning rum och stänga dörren när motivet har angett testning kammaren.
- Bär på resten av rättegången som innan.
- Om prestanda fortsätter att ligga över 70% rätt för 2 på varandra följande 6-rättegång sessioner, öka varje efterföljande fördröjning av 1,5 gånger tidigare förseningar.
- Om prestanda sjunker under 40% för 2 på varandra följande sessioner, returneras förseningen till föregående en använde.
- Om prestanda är mellan 40 och 70% under 2 på varandra följande sessioner, inställt denna försening som ämnesspecifika kriterium dröjsmål.
7. minska användning utbildning
- Efter varje session av DMTS utbildning, placera en annan kopp av en olika texturerade och Färgad sand, mittemot doftande sand kopparna. Bete i koppen med mindre-program belöning, ¼ del av spannmål, som kommer att vara den nedgång cup. Ta bort doftande sand kopparna från kammaren.
- Genomföra rättegången som under DMTS utbildning, så att motivet för att prova en slumpmässigt doftande kopp och vänta i dröjsmål kammaren för ämnesspecifika förseningen.
- Låta föremål att gräva i oparfymerad sand cup och hämta belöningen. Ta sedan bort föremål från kammaren. Detta kommer att betraktas som en ”påtvingad nedgång” rättegång.
- Genomföra två Tvingad nedgång prövningar efter varje session av DMTS utbildning.
8. test: Tvingad vs. val prövningar
- Testa betvingar på DMTS med hjälp av kriteriet förseningen. Testa varje ämne på en 12-prov session per dag.
- Slumpmässigt Välj 8 av försöken att vara ”val” prövningar och placera nedgång koppen mittemot doftande kopparna. Använda randomisering skript för att bestämma ordningen på rättegång-typ med den begränsningen att högst 3 val eller påtvingad prövningar uppstår i en följd.
Obs: De återstående 4 prövningarna kommer att ”tvingas” med nedgång cup avlägsnas från kammaren. - Beroende på motivets kriterium dröjsmål, kan det vara möjligt att 2 eller 3 försökspersoner under en råttas ITI. Under 1 motivets ITI, kör den andra personens rättegång. Se till att rengöra kammaren med isopropylalkohol efter varje prövning.
- Testa betvingar på tio sessioner.
- Slumpmässigt Välj 8 av försöken att vara ”val” prövningar och placera nedgång koppen mittemot doftande kopparna. Använda randomisering skript för att bestämma ordningen på rättegång-typ med den begränsningen att högst 3 val eller påtvingad prövningar uppstår i en följd.
- Under varje rättegång, när råttan träder dröjsmål kammaren garantera att han antingen sväng vänster för att minska testet eller sväng höger ta testet (se figur 1A; uppifrån fotografi). Registrera om råttan reser från ena sidan av rummet till den andra (e.g. ”beslutar att ta testet” och senare korsar till nedgången-test sida av rummet).
Obs: Råtta, gör därför ett blivande metamemory val eftersom han väljer att ta eller avböja testet innan möter fyra val lukter (se resultat papper19 för grundlig diskussion av samtidiga vs. blivande metamemory tester). - Beräkna riktigheten på Tvingad prövningar kontinuerligt efter två sessioner av testning och övervaka nedgång-test användning.
- Om noggrannhet stiger över 70% korrekt under loppet av två sessioner, upphöra testning och återvända för att fördröja titrering med längre fördröjning.
- Om nedgången-test använder strategier 0% eller 100% konsekvent (över 2 sessioner), pausa testning och överväga ökar eller minskar värdet av nedgång-test svar att säkerställa de nedgång priserna för att vara mellan 10% och 40%.
- Om noggrannhet understiger 40% rätt för 2 sessioner, upphöra med testning och återvända för att fördröja titrering med kortare fördröjning.
- Återgå till testning efter noggrannhet på Tvingad prövningar förblir mellan 40% och 70% rätt för två på varandra följande sessioner.
- Under testning kontrollerar för att säkerställa att råttornas inställningar förblir desamma, utföra preferens (2 studier en session) en gång i veckan. Preferens kontroller beskrivs ovan.
9. föreslagna generalisering tester
- Generalisering tester, såsom de som beskrivs i resultat papper19 kan användas för att avgöra om metakognitiva svara överföringar över villkor som ingen enda tillsammans med yttre stimuli är sannolikt att styra svara.
- Testa råttor på nr-provtagningssonden prövningar, där inget prov fas presenteras men fasen RI och test av prövningar är identisk med normala prövningar. Slumpvis blanda 4 sond prövningar med 8 normala prov prövningar ska bestå av en 12-prov session. Testa betvingar på 10 sessioner. Jämföra de nedgång på inga prov prövningar med nedgång priserna på normala prövningar.
- Testa råttor på dubbel provet prövningar, som ämnen presenteras med ursprungliga provet doft två gånger för att öka minne styrka. Slumpvis blanda sonden prövningar med normala prov prövningar enligt ovan. Jämföra nedgång på dubbel provet prövningar med nedgång priserna på normala prövningar.
- Testa råttor med tre olika RIs: kriterium förseningen, en fördröjning som är kortare (t.ex. 0 s) än kriteriet förseningen, och en som är längre (t.ex. 4 min). För varje försening inom en session närvarande ämnen med fyra val prövningar och två tvingade prövningar, så att sessioner består av 18 studier. Slumpvis blanda alla prövningar och testa råttor på tio sessioner. Jämföra de nedgång prövningar av tre förseningar, där minnet styrka bör vara minskade och ökade, respektive.
10. dataanalys
- När testningen är klar, beräkna genomsnittliga andelen korrekta för påtvingad och valt prövningar för varje ämne.
- För att hitta andelen rätta Tvingad prövningar, dividera antalet rätt Tvingad prövningar av det totala antalet Tvingad prövningar.
- För att hitta andelen rätta valt prövningar, först subtrahera prövningar minskade från det totala antalet val prövningar. Dividera antalet rätt val prövningar av det totala antalet val prövningar minus minskade prövningar för varje råtta.
- Genomföra ett t-test på gruppera data att jämföra andelen rätta Tvingad prövningar att andelen rätt valda studierna (se figur 2).
- Om generalisering tester körs, genomföra t-tester på nedgång priser på normala prövningar vs. sonden prövningar som beskrivs i 9. För blandade dröjsmål prövningar, som beskrivs i 9.1.3, jämföra Tvingad och valda tester med en upprepad åtgärder ANOVA med fördröjning och rättegång-typ som en inomindividuella faktor. Dessutom genomföra en envägs ANOVA på nedgång användning över förseningar att avgöra om noggrannhet varierade med RI.
Representative Results
För att studera den metakognitiva svara i ämnet, är andelen rätta Tvingad prövningar (baseline minnesprestanda) jämfört med andelen rätt valda studier eller prövningar där det finns en nedgång alternativet finns. Positiva resultat indikeras med betydligt högre noggrannhet på valda prövningar jämfört med Tvingad prövningar (figur 2A). Dessa resultat indikerar att råttor kan vara övervakning deras minne stater och minskar aktiviteten när deras minnen är svaga, vilket leder till en ökning i noggrannhet när en nedgång alternativet finns på utvalda prövningar.
Om prestanda inte är betydligt mer exakt på valda prövningar jämfört med Tvingad prövningar, är resultaten null. Detta hypotetiska bristen på bevis för metamemory hos råttor (figur 2B) indikeras av underlåtenhet att använda alternativet nedgång-test när det skulle ha varit adaptiv att göra så: om prövningar där provet var glömt.
Om generalisering tester körs, skulle metakognitiva prestanda anges om ämnen minska no-prov prövningar betydligt mer normala prov prövningar och nedgång dubbel prova prövningar betydligt mer än normala prov prövningar. Nedgången användning bör visa ett omvänt förhållande med minne noggrannhet som anges på noggrannhet på Tvingad prövningar. Om noggrannhet på Tvingad tester inte varierar med rättegång tillstånd, ändra parametrar (t.ex. öka RI) eftersom det är omöjligt att avgöra om ämnen eller inte beter sig metacognitively. Blandade förseningar tester, noggrannhet på valda tester bör vara betydligt högre än noggrannhet på Tvingad tester och ämnen bör vara mer benägna att minska tester med längre RIs och minst benägna att avböja tester med kortare RIs. Se resultaten på papper för mer detaljer på generalisering tester och respektive tolkningar19.
Figur 1 . Fotografi av experimentell utrustning och processen. (A) fotografi av apparater som anpassad från19 med tillstånd. B) experimentell process. Det första steget av tillvänjning, undervisning råttor att gräva i sandfylld koppar, äger rum under två nätter. Nästa, råttorna är vana att experimentella apparaten och är utbildade för att gräva i sandfylld koppar där. Ämnen ges sedan valet av två belöningar, representeras av en grön triangel och Röda halvmånen (hela bit av spannmål vs. en fjärdedel bit av spannmål). Efter råttor visar en betydande preferens för en belöning, övergången de till MTS utbildning, där koppar är fylld med doftande sand, representeras av bilder av kanel, paprika, timjan och kaffe. Om framgång är under 50% för två sessioner, fortsätter ämnet utbildning. Om andelen framgångsrika råttorna är på 50% eller högre, de ämnet fortskrider att fördröja titrering. Under dröjsmål titrering, råttor fortsätta med MTS utbildning, men en fördröjning mellan prov och test introduceras (börjar med 0 s). Om råttornas minne noggrannhet är över 70%, då RI ökas. Om noggrannhet understiger 40%, RI minskas och MTS utbildning fortsätter. Denna slinga fortsätter tills råttornas noggrannhet faller mellan 40% och 70% för två på varandra följande sessioner. Vid denna punkt, blandade råttor framsteg på experimental prov som består av slumpmässigt Tvingad och choice prövningar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2 . Positiva resultat som visar metakognitiva svara och hypotetiska null resultat som visar brist på metakognitiv svara. (A) positiva resultat anpassad från 19 med tillstånd. Den genomsnittliga andelen rätta Tvingad och valt prövningar härrör från utförandet av 9 råttor på 120 prövningar varje. * = p <.05 på parat tvåsidiga t-test. En betydligt högre andel av prövningar som svarade rätt på valda prövningar jämfört med Tvingad prövningar anger lämplig användning av nedgång-test svar. B) en motsvarande andel av prövningar som svarade rätt på Tvingad och valt prövningar visar brist minskar tester på grundval av minne styrka. Chans, 0,25, framgår av den streckade linjen. Felstaplar representera standardfel för hjälpmedlet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Discussion
Presenteras här är en ny metod för att bedöma metakognitiva svara i råttor med en lukt-baserade DMTS uppgift. På grund av lukt som gnagare primära känsla är användningen av lukt att föredra att synintrycken hos råttor och möss 20,21. Användning av gräva i sanden är en naturliga födosökande beteende hos råttor, att göra uppgiften ekologiskt relevanta för gnagare.
Ett avgörande steg i protokollet är att säkerställa att det finns en hierarki av mat belöningar, varav en är klart Rekommenderad över den andra. Under tidiga skeden av studien var råttor tvungna att välja mellan de förmodade vara rekommenderad belöning, en bit av sötade flingor och liten standard mat pellet. Dock gav föredrar testning urskillningslösa val beteende, orsakar användningen av kvantitet som källan till belöning variation. Råttor valde mellan en helhet lappar av spannmål och en ¼ bit av spannmål och gynnade tillförlitligt den största kvantiteten. Utan en preferens, om matens kvalitet eller kvantitet, det finns inga incitament att ta testet över minskar den, så detta steg är avgörande.
En annan viktig aspekt av protokollet etablerar korrekt RIs och ITIs så att MTS noggrannhet förblir inom intervallet 40 till 70% rätt. Om förseningar är för kort, och störningen är minimal-på grund av lång ITIs, uppleva råttor aldrig ”glömma” provet. Omvänt, om RIs är för långa och ITIs är för korta, testet blir alltför svårt och råttor minns aldrig provet. Sådana svar kan upptäckas inte bara av noggrannhet på Tvingad prövningar utan nedgång priser som är antingen för hög eller för låg. Ämnen bör sjunka ca 10-50% av val prövningar: om ett ämne avböjer varje rättegång eller aldrig avstår, data inte kan tolkas som positiva eller negativa för förekomst av metamemory och det relativa värdet av nedgång-test svar behöver utvärderas på nytt . Hela experimentet beräknas konsekvent genomsnittliga prestanda på Tvingad prövningar i slutet av två dagar av tester. Som råttornas framsteg genom fler prövningar av DMTS, deras prestanda kan förbättras, vilket skulle inleda en återvändande dröjsmål titrering (se figur 1B) sådan att förseningar kan ökas på lämpligt sätt så att noggrannheten är under 70% korrekt. Om minnet för provet är konsekvent över 70% överväga minskar ITI. Om minnet för provet är konsekvent under 40% överväga ökar ITI eller öka stickprovsstorleken lukt från fyra till 10-20 lukter att minska minne störningar.
Beroende på stammen av råttor används, boendemiljö, och ljus-mörker cykel djur är inrymt i, minnet kan vara svagare eller starkare. Jämfört med andra laboratorium råtta stammar, såsom Wistar eller Sprague Dawleys, är lång Evans kända för att skaffa sig kognitiva uppgifter med relativt färre prövningar22,23. Det kan därför ta flera stadier av tillvänjning, och mer utbildning för andra gnagare att lära sig uppgiften. Råttor i den aktuella studien var inrymt i höganrikat miljöer med tillgång till utöva så det är möjligt deras minnen var relativt stark24,25,26. Råttor som används här inkvarterades också på en omvänd ljus-mörk-cykel som kan öka kognitiva prestanda eftersom de testades under sin mörka cykel.
Adaptiv användningen av nedgång-test svar, anges med betydligt högre prestanda på val jämfört med Tvingad tester tyder metakognitiva svara. Däremot resultera metakognitiva svara från beroendet av internminne ledtrådar eller externa ledtrådar8. För att avgöra om adaptiv användning av nedgång-test svar i själva verket är resultatet av internminne ledtrådar, bör praktiker syfta till att eliminera så många externa ledtrådar som möjligt8,14. Externa signaler anses vara alla allmänt tillgängliga test-specifika stimuli eller ledtrådar som försökspersoner kunde använda för att styra nedgång-test användning8. Potentiella externa ledtrådar i denna uppgift inkluderar relativa framträder av enskilda lukter, prov varaktighet, svar latens och varaktigheten av RIs. Generalisering tester som beskrivs här och mer detaljerat resultat papper19 är användbara utesluta beteendemässiga svara baserad på externa ledtrådar som miljömässiga cue föreningar eftersom cue inkonsekvens i uppgiften parametrar över experiment.
I detta paradigm, råtta är skyldig att fatta beslut om att ta eller avböja testet innan minnestestet presenteras (se 8,2), till stor del eliminera risken för svar konkurrens att styra användningen av nedgång-test svar. Svar konkurrensen är benägenheten att ta testet baserat på åsynen eller lukten av alternativet rätt test när de metakognitiva val presenteras parallellt med den primära minne test8. Som kräver råttor att välja att ta eller avböja testet innan stöter minnestestet minskar sig avsevärt möjligheten att svar konkurrens kontroller använder av nedgång-test svar. Dock skulle en förbättring till denna design vara att ha råttor väljer att ta eller avböja testet genom att göra ett visst svar i ett rum som är åtskilda från minnet testa själv. Detta skulle ytterligare öka blivande arten av detta paradigm, som kan möjliggöra mer framgångsrika eliminering av externa signaler8,19. En ytterligare förbättring för framtida studier är att, om möjligt, spela in svar latens vid punkten när råttan in tester att den tid det tar för föremål att sväng vänster eller höger (avböja eller ta testet, respektive). Detta skulle göra det möjligt för forskarna att avgöra om svar latens tjänade som en extern cue försökspersoner lärt sig att associera med viss Svaren övertid (se8). Det skulle också vara upplysande att registrera om och när försökspersoner ändra sitt svar (se 8.2; t.ex. resa från MTS val sida av rummet på nedgång testområdet eller vice versa). Som diskuterats i uppsatsen resultat, observerat vi detta beteende endast en gång, som lägger till slutsatsen att råttor som fattat ett beslut att ta eller avböja testet så snart de kom in i testing rummet och innan de mötte minnet testar sig, som de gjorde genom systematiskt provtagning varje val lukt.
Eftersom råttor testas i detta paradigm överförs metakognitiva kan svara över flera generalisering tester, drogs slutsatsen att råttor var kapabla att metamemory - de övervaka sina minnen för prov19. Det är viktigt för andra forskargrupper att testa detta paradigm eller liknande anpassningar av det som bekräftande bevis från olika laboratorier behövs innan det kan avslutas med säkerhet att råttor klarar av metakognitiva svara och att beteendet styrs av en inre i stället för externa cue. Testning för förekomst av denna viktiga mnemonic förmåga, som försämras med åldern, kan visa sig användbara i translationell metoder för att studera minne dysfunktion, såsom med transgena möss och modeller av Alzheimers sjukdom. Det skulle vara särskilt givande för forskare att anställa detta beteende paradigm i samband med hjärnskador, tillfälliga hjärnan inaktivering eller aktiveringar (e.g. optogenetik, chemogenetics) och med elektrofysiologiska inspelningar, som dessa undersökningar kan belysa de neurala mekanismerna bakom metakognitiva processer.
Disclosures
Det finns inga upplysningar till rapport.
Acknowledgments
Vi tackar Rebecca Burwell för användning av hennes laboratorium under videoinspelning och Robert Vera för hjälp med en tidigare version av detta 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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- Nelson, T. O., Narens, L. Metamemory: A theoretical framework and new findings. Psychology of Learning and Motivation. 26, 125-322 (1990).
- Carruthers, P. Meta-cognition in animals: A skeptical look. Mind & Language. 23 (1), 58-89 (2008).
- Crystal, J. D. Where Is the Skepticism in Animal Metacognition? Journal of Comparative Psychology. 128 (2), 152-154 (2014).
- Kornell, N. Where Is the "Meta" in Animal Metacognition? Journal of Comparative Psychology. 128 (2), 143-149 (2014).
- Hampton, R. R. Multiple demonstrations of metacognition in nonhumans: Converging evidence or multiple mechanisms. Comparative cognition & behavior reviews. 4, 17-28 (2009).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Foote, A. L., Crystal, J. D. Metacognition in the rat. Current Biology. 17 (6), 551-555 (2007).
- Foote, A. L., Crystal, J. D. "Play it Again": a new method for testing metacognition in animals. Animal Cognition. 15 (2), 187-199 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Keller, A., Vosshall, L. B. Better smelling through genetics: mammalian odor perception. Current Opinion in Neurobiology. 18 (4), 364-369 (2008).
- Barnett, S. A. The rat: A study in behavior. , Transaction Publishers. (2007).
- Andrews, J. S. Possible confounding influence of strain, age and gender on cognitive performance in rats. Cognitive Brain Research. 3 (3), 251-267 (1996).
- 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).
- 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).
- 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).
- Van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H. Neural consequences of environmental enrichment. Nature reviews. Neuroscience. 1 (3), 191 (2000).
