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.
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.
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.
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.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar Rebecca Burwell för användning av hennes laboratorium under videoinspelning och Robert Vera för hjälp med en tidigare version av detta 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 |