Login processing...

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

Behavior

T-maze אוטומטית המבוסס על המנגנון ופרוטוקול לניתוח עיכוב מאמץ מבוססות החלטות בחולדות העברה חינם

doi: 10.3791/57895 Published: August 2, 2018

Summary

מאמר זה מציג את מנגנון T-maze אוטומטיות שהמצאנו, פרוטוקול מבוסס על זה מכשירי ניתוח החלטות המבוססות על עיכוב מאמץ החלטות המבוססות בחולדות לנוע חופשי.

Abstract

חולים רבים נוירולוגי, פסיכיאטרי מדגימים קשיים ו/או הגירעונות בקבלת החלטות. מודלים מכרסמים מועילים לייצר הבנה עמוקה יותר של הגורמים הנוירוביולוגי שבבסיס הבעיות קבלת ההחלטות. משימה T-maze המבוססת על עלות-תועלת משמש למדידת קבלת החלטות שבו מכרסמים לבחור בין זרוע גמול גבוה (HRA) זרוע תגמול נמוך (איירה). ישנן שתי פרדיגמות של הפעילות קבלת ההחלטות T-maze, אחד שבו העלות היא השהיית זמן והשני שבו הוא מאמץ גופני. שתי פרדיגמות דורשים מייגע וניהול מהגידולים של חיות ניסוי, לדלתות, גלולה גמול, לחמש את הבחירה הקלטות. בשנת העבודה הנוכחית, אנחנו המצאנו את מנגנון המבוסס על T-maze מסורתית עם אוטומציה מלאה עבור משלוח צניפה, וניהול הדלת הבחירה הקלטות. תוכנית התקנה אוטומטית זו יכול לשמש עבור הערכת הן עיכוב מאמץ מבוססות החלטות בחולדות. עם הפרוטוקול המתואר כאן, המעבדה שלנו חקר על הפנוטיפים קבלת ההחלטות של עכברים מהונדסים מרובים. בנתונים נציג, הראינו כי העכברים עם habenular המדיאלי ablated הראה סלידה ממזונות עיכוב ומאמץ, נטו לבחור את הפרס מיידית, ללא מאמץ. פרוטוקול זה מסייע להפחתת ההשתנות הנגרמת על ידי הנסיין התערבות לשיפור יעילות הניסוי. בנוסף, בדיקה סיליקון כרונית או microelectrode הקלטה, סיבים אופטיים הדמיה ו/או מניפולציה של פעילות עצבית ניתן בקלות להחיל במהלך הפעילות לקבלת החלטות באמצעות הגדרת המתואר כאן.

Introduction

בני אדם ובעלי חיים אחרים להעריך את העלות (כולל עיכוב ומאמץ הסיכון) כדי לקבל גמול, ולאחר מכן בצע את החלטתם לבחור מסלול מסוים של פעולה. קבלת החלטות גירעונות להופיע במחלות מנוטלי רבים, כולל סכיזופרניה (ש'), הפרעת קשב (ADHD), הפרעה אובססיבית-כפייתית (OCD), מחלת פרקינסון (PD), התמכרות1. מחקרים על בני אדם וקופים חשף את המוח מפתח מספר אזורים מעורבים ההחלטה-3,2,-ביצוע-4. למרות פרימטים לעסוק תכונות ההחלטה מורכבת יותר, מכרסמים דווחו כדי להיות מסוגל לקבל החלטות גמישים כדי לשרוד בסביבה שבה בפרס אקח אותה משתנים לעתים קרובות. בנוסף, מנגנוני מעגלים עצביים ואת המנגנונים המולקולריים שבבסיס החלטות יכול ייחקרו ביסודיות במודלים של העכבר בשל הזמינות של כלים chemogenetic, optogenetic כלים ועכברים מהונדסים גנטית. ישנן משימות מרובות המשמשים להערכת התנהגויות קבלת ההחלטות של מכרסמים, כולל המשימה ערכת-shift כל מעסיק, מאומץ, בכל תחום או מבוסס-עיכוב הפעילות T-maze, הפעילות הימורים איווה, ההיפוך אפליה ויזואלית למידה פעילות5, ועוד. T-maze מקביל עלות-תועלת פרוטוקולים פותחו במקור על ידי פייר קבוצה6 ו שימשו כדי לבחון את ההשפעה של שני סוגים של עלות ההחלטה (עיכוב ומאמץ) חופשי לנוע מכרסמים7,8, 9,10. היתרון המיוחד של פעילות זו היא כי בעלי החיים אין לי לעבור הכשרה הקש מנופים או לחפור בתוך קערה. במקום זאת, בעלי חיים לבחור. בין גבוהה תגמול גבוה עלתה האפשרות זרוע אחת (HRA) או גמול נמוך אפשרות בעלות נמוכה בהזרוע השניה (אתה בטוח). לכן, משימה זו הוא הרבה יותר קל לביצוע.

ב הפרדיגמה מבוססת-עיכוב, דלת צומת הוא הציג ברגע החיה ניסיוני מזין אחד של הזרועות המטרה, כך החיה נשמרת בזרוע המטרה. אם החיה בוחר את איירה, בדלת המטרה אתה בטוח "ניתק" מיד, כמות קטנה של מזון מועבר. אם החיה בוחר האגודה הערבית לזכויות האדם, הדלת המטרה על האגודה הערבית לזכויות האדם "ניתק" לאחר ההשהיה הדרוש, כמות גדולה של כדורי מזון מועבר (איור 1 א'). הפרדיגמה מבוססת-מאמץ, האגודה הערבית לזכויות האדם חסום על ידי מחסום, חיות צריך לטפס כדי להשיג כמות גדולה של כדורי (איור 1B). באופן כללי, הפרדיגמה מבוססת-עיכוב הוא מאוד שימושי לבדוק את אימפולסיביות בבעלי חיים כמודלים, האחת מבוססת על המאמץ יכול לעזור להבין חיות אפתי2,4,11,12, 13. Hitherto החוקרים להיות ביצוע וזמינותו הזה על ידי באופן ידני ספירת משך ההשהיה, הוספת, פורש דלתות, תמרון המכשול מאמץ, ספירת מספר גלולה, הצבת כדורי למקומן, הצבת מחזיר חיות , והקלטה של בעלי החיים אפשרויות בחירה עבור כל משפט. עלויות אלה העבודה ואת זמן לדגמן ניסיוני צוואר בקבוק חמור חוקרים, פוגעות השימוש הנרחב וזמינותו התנהגות זו. בעבודה הנוכחית, פיתחנו מלכודת T-maze מבוסס כדי להעריך את עיכוב או מאמץ מבוססת על החלטות של מכרסמים, עם אוטומציה מלאה, סטנדרטיזציה, וקיבולת תפוקה גבוהה.

המנגנון.

בשיתוף עם יצרן מסחרית (ראו טבלה של חומרים), פיתחנו ששונה אוטומטית מכשיר T-maze אשר בשימוש המכשיר המבוסס על תוכנת שליטה (איור 2). בפרט, הצגנו "דלת אחורית" ו- "הדרך חזרה" לעומת T-maze מסורתיים (איור 2), כך בעלי חיים יכולים ללכת בחזרה להתחלה הצבע עצמם ולהתחיל משפט חדש. T-maze הוא בצבע אפור מט, כאשר תנאי הניסוי והתוכנה מוגדרים כראוי, ניתן להבחין בשני עכברים בשחור-לבן. הוא מורכב של שלוש זרועות: זרוע התחלה אחת והמטרה שתי זרועות, כל אחד 410 מ מ אורך עם קירות בצורת V בקוטר 155 מ מ גובה, בסיס של 30 מ מ רוחב, עם גג פתוח של 155 מ מ רוחב. המסדרון בצורת V ניתן באופן יעיל למנוע עכברים קופץ. בנוסף, המסדרון בצורת V מקל עליך להחיל ויוו הקלטה עם כבלים. תיבה התחלה מצורפת לסוף הזרוע התחלה. תיבה המטרה מצורפת בסוף כל זרוע המטרה. מתקן אוכל אוטומטי מותקן בכל תיבה המטרה לספק מספר מוגדר מראש של כדורי מאכלים מתוקים. צריכת גלולה מאותרים על ידי חיישן אינפרא-אדום, נרשם באופן אוטומטי על-ידי מחשב. כל תיבת המטרה מחובר התיבה התחל על ידי מסדרון ישר. בעלי חיים יכול באופן עצמאי לחזור בתיבת ההתחלה דרך המסדרון, ברגע שהם יסיימו משפט. ישנן דלתות הזזה של 155 מ מ גובה כניסה ויציאה של תיבות ההתחלה לבין המטרה. בנוסף, דלת הזזה הינו ממוקם ליד הכניסה של כל זרוע המטרה למנוע חיות מלהתקדם אחורה לאחר ביצוע בחירה (איור 2 א). כל דלתות הזזה נשלטים על ידי מחשב, יכול להיות באופן אוטומטי נפתח ונסגר. רגישות גבוהה 1/2" תשלום בשילוב התקן (CCD) המשקף מצלמה שוכן מעל המנגנון כדי לעקוב אחר התנהגות החיות. אורך המוקד של העדשה הוא 2.8 – 12 מ מ. המיקום של המצלמה הוא בסביבות 1.9 מ'. כיוון הגובה של המבוך הוא 0.5 m מהקומה, המרחק בין המצלמה המבוך הוא בסביבות 1.4 מ' (איור 2B). מעקב הנתונים המתקבלים את מצלמת CCD משמשים כדי לחיות-פקד T-maze, פותח וסוגר דלתות ספציפיים כאשר חיות מזין אזורים מסוימים עניין (ROIs). המחסומים המשמש את המאמץ שצורת בצורת משולש זווית ישרה תלת מימדיים (איור 2C), אשר מתאים באופן מושלם בתוך הקירות בצורת V, והם כ 155 מ מ גובה. חיות בטח קנה מידה את הצד האנכי, אך מסוגלים לרדת מדרון 45°. המנגנון מואר-100 lux במהלך הניסוי. סוכר כדורי המשמשים את הניסוי (ראה טבלה של חומרים), סיליקה ג'ל (ראה טבלה של חומרים) משמש כדי לשמור את כדורי יבש.

Protocol

כל הפרוטוקולים ניסיוני אושרו על ידי חיה על עצמך ועל שימוש ועדות המכון למדעי המוח RIKEN.

1. הכנה בעלי חיים

  1. בחר את המין, הגיל, גנוטיפ, טיפולי תרופתי ניסיוני עכברים (או חולדות) בהתאם למטרה ניסיוני.
    הערה: כאן אנחנו הפגינו הביצועים של ארבעה עכברים C57B/6 זכרים של בן חודשיים.
  2. בית העכברים בחדר נשמר בתנאים סטנדרטיים (12 שעות אור/12 מחזור כהה h, אורות דלוקים בין 8 בבוקר ל- 8 בערב, 22 ± 1° C).
    הערה: אם המטרה היא להשוות את ההבדל בין שני אחרים, קבוצת עכברים 4 לכל כלוב, כוללים שני עברים של גנוטיפ בכל.
  3. להתמודד עם העכברים במשך 2 דקות/יום במשך 5 ימים להכיר אותם עם מגע אנושי. להאכיל אותם עם מנות מדודות כך ממשקל גופם נשמרת בערך כ- 80-85% ממשקל האכלה חינם לאורך כל הניסוי. לספק מים ad libitum.
  4. Habituate עכברים לחדר ניסיוני על ידי העברת כל העכברים מהעכבר הדיור חדר אל חדר ניסיוני 30 דקות לפני הניסוי בכל יום.
  5. להתחיל ניסויים באותו זמן בכל יום כדי למנוע את ההשפעות של השעון הביולוגי על ביצועים בעלי חיים.

2. בעלי חיים Habituation למבוך

  1. להתחיל habituation למבוך בו זמנית עם העכבר טיפול (2 דקות/יום). להשאיר את כל הדלתות פתוחות בשלב זה. לבצע habituation עבור סכום כולל של 5 ימים.
  2. יום 1, פיזור כדורי מזון ברחבי המבוך.
  3. בימים 2 ו- 3, פיזור כדורי לאורך הזרועות המטרה שני.
  4. בימים 4 ו-5, לשים כדורי רק המטרה שתי התיבות.
  5. כל יום, לאחר הנחת כדורי, הצב והעכברים בתיבה התחל T-maze בקבוצות של ארבעה ולאפשר העכברים לחקור את המבוך למשך 10 דקות.
    הערה: Habituating העכברים בקבוצות של ארבעה יעזור להם ללמוד אחד מהשני, להאיץ את האימונים.

3. בעלי חיים אפליה של ה-HRA של איירה

הערה: פרוטוקול זה כולל בדיקות קבלת ההחלטות מבוסס-עיכוב והן מבוססות על המאמץ. עם זאת, בהתאם למטרה, חוקרים ניתן לבדוק רק אחד מהם או שניהם. תוכנת שליטה (טבלה של חומר) משמש כדי לשלוט באופן אוטומטי את ההגדרות T-maze עבור השלבים הבאים. אם החלטות המבוססות על מאמץ ייבדק, להציג מחסומים בפני HRA וגם איירה בשלב הכניסה בכוח הזרוע. ואז בעלי חיים יוכשרו גם אפליה וגם מכשול טיפוס בו זמנית. העכברים הרעבים באופן פעיל על מכשולים, לאחר שלב זה, כל אחד מהם יכול לטפס במיומנות. לכן, אין צורך להפעיל מחסום התחתון עם פרוטוקול זה.

  1. שלב כניסה בכוח הזרוע
    1. פתח את החלון רישום פרמטר של תוכנת הבקרה ולהגדיר פרמטרים כדלקמן (איור 3).
      1. בחר באפשרות"שלב". להגדיר את "מספר למשפט" עד 10, כך כל בעל חיים צריך לעבור מבחנים 10 ליום במשך 5 ימים רצוף.
        הערה: ניתן לבחור מספר משפט שונה בניסויים האישי שלו.
      2. הגדר את "משך" 900 s כך ההכשרה של עכבר אחד ליום לא יעלה 900 ש קבע את "מחדל להתחיל זמן ההשהיה" 3 s, כך הדלת התחלה תפתח 3 s אחרי החיה מתגלה להתחיל לאזור.
      3. להגדיר את "המספר גלולה" האגודה הערבית לזכויות האדם, אתה בטוח כך כדורי 4 הם ויתרו תמיד באופן אוטומטי בהאגודה הערבית לזכויות האדם, גלולה 1 הוא בגליל אתה בטוח.
        הערה: בניסויים שלנו, מצאנו כי 1:4 הוא היחס הטוב ביותר כאשר משתמשים כדורי סוכר 10 מ ג. אם נשתמש 6-10 כדורי, העכברים לא יכול לסיים לאכול את הכל, יהיו קורה השמטה.
      4. את "זמן ההשהיה" מוגדר 0 s, אז זה יהיה אין עיכוב HRA וגם איירה במהלך שלב זה.
    2. פתח את החלון "רישום מזהה" של תוכנת השליטה. רישום מזהה של כל עכבר בודדות התוכנה על פי המיקום של האגודה הערבית לזכויות האדם, צד שמאל או צד ימין. (איור 4).
      הערה: המיקום צריך להיות אוזנו ביחס גנוטיפ קבוצות. עבור 50% של כל קבוצה גנוטיפ, האגודה הערבית לזכויות האדם הוא תמיד בצד השמאל ו אתה בטוח הוא תמיד בצד הימין. עבור 50% הנותרים, האגודה הערבית לזכויות האדם הוא תמיד בצד הימין ו אתה בטוח הוא תמיד בצד השמאל.
    3. פתח חלון היישום של התוכנה, בחר "קבלת החלטות" מהרשימה הנפתחת "משימה". הקלט מזהה נושא ובחר "שלב 2" מתוך הרשימה הנפתחת "שלב". בחר מספר יום מהרשימה הנפתחת 'יום'. הקש על כפתור "אישור" כדי להזין את חלון הממשק של הניסוי.
    4. בחלון ממשק ' ניסוי ', הקש על "GetBG" כדי לרשום מידע רקע של המבוך כך החיה יאותרו במדויק מבלי להתחשב ברקע הסביבה. לחץ על לחצן "התחל הפעלה" (איור 5).
    5. הנח את העכבר בתיבה התחלה וליזום את ההכשרה על-ידי לחיצה על כפתור "התחל" של השלט.
      1. שימו לב כי הדלת התחלה, דלת צומת אחת (שמאלה או ימינה) ייפתח אוטומטית אחרי 3 s; ברגע העכבר שנכנס לאזור צומת, הדלת התחלה ייסגר אוטומטית.
      2. . שים לב לזה פעם העכבר שנכנס לאזור עיכוב (שמאלה או ימינה), הדלת צומת יסגור אוטומטית הדלת המטרה ייפתח אוטומטית
      3. שים לב כי ברגע העכבר לוקח בגדר, הדלת האחורית ואת הפעל הדלת נפתחת באופן אוטומטי. ברגע העכבר שנכנס לאזור האחורי, הדלת האחורית ייסגר אוטומטית.
      4. . שים לב לזה פעם אחת העכבר נכנס בתיבת ההתחלה, הפעל את הדלת תיסגר באופן אוטומטי ולאחר משפט חדש יתחיל
        הערה: בתוך 10 ניסויים של כל יום במהלך שלב אימון זה, התוכנה באופן אוטומטי יבטיח כי העכבר כל מבקר האגודה הערבית לזכויות האדם לניסויים 5, אתה בטוח לניסויים 5.
    6. לנקות את המבוך ביסודיות כל יום.
  2. זרוע חופשית הכניסה שלב
    1. הירשם פרמטרים ומזהה הנושא באותו אופן כפי שנעשה בשלב לפריצה (שלב 3.1.1 ו- 3.1.2). בחר באפשרות שלב "". להגדיר את "מספר למשפט" עד 20 כך כל בעל חיים צריך לעבור מבחנים 20, ביום למשך 7 ימים רצוף.
    2. חלון היישום, בחר "שלב ג'" מתוך הרשימה הנפתחת "שלב". הגדר פרמטרים נוספים כמו לכל שלב 3.1.3.
    3. בחלון ממשק ניסוי, להגדיר את הערך של "שיעור ההצלחה" 80% כך ההכשרה תימשך באופן אוטומטי עד העכבר בוחר האגודה הערבית לזכויות האדם ב- 80% של ניסויים, או כשהטיפול העכבר ניסויים 20 לכל יום (כפי שרשום על הגדרת פרמטרים). להחיל פעולות אחרות לפי שלב 3.1.4.
    4. לאפשר את העכבר כדי לבחור באופן חופשי יד אחת, או ה-HRA או איירה.
      1. שימו לב כי הדלת התחלה, שתי דלתות צומת נפתחת באופן אוטומטי לאחר 3 s; ברגע העכבר שנכנס לאזור צומת, הדלת התחלה ייסגר אוטומטית.
      2. . שים לב לזה ברגע העכבר בוחר זרוע אחת, שנכנס לאזור עיכוב (שמאל או צד ימין), הדלת צומת יסגור אוטומטית, נפתחת הדלת המטרה באופן אוטומטי
      3. שים לב כי ברגע העכבר לוקח בגדר, הדלת האחורית ואת הפעל הדלת נפתחת באופן אוטומטי. ברגע העכבר שנכנס לאזור האחורי, הדלת האחורית ייסגר אוטומטית.
      4. . שים לב לזה פעם אחת העכבר נכנס בתיבת ההתחלה, הפעל את הדלת תיסגר באופן אוטומטי ולאחר משפט חדש יתחיל

4. עיכוב המבוסס על החלטות מבחן

  1. הירשם פרמטרים ומזהה הנושא באותו אופן כפי שנעשה בשלב הכניסה חינם הזרוע (שלב 3.2.1). הגדר את "זמן ההשהיה" 5, 10,15 s ביום ראשון, יום 2, יום 3 בהתאמה, אז זה שם יהיה עיכוב s 5 עבור ה-HRA ביום 1, 10 s השהיה עבור ה-HRA על יום 2 ו- 15 השהיה s עבור ה-HRA על יום 3.
  2. חלון היישום, בחר "שלב 4" מתוך הרשימה הנפתחת "שלב". הגדר פרמטרים אחרים באותו אופן כמו 3.2.2.
  3. בחלון ממשק ניסוי, להחיל את כל הפעולות לפי שלב 3.2.3.
  4. לאפשר את העכבר כדי לבחור באופן חופשי יד אחת, או ה-HRA או איירה.
    1. שימו לב כי הדלת התחלה, שתי דלתות צומת נפתחת באופן אוטומטי לאחר 3 s; ברגע העכבר שנכנס לאזור צומת, הדלת התחלה ייסגר אוטומטית.
    2. שימו לב כי לאחר העכבר בוחר זרוע אחת, שנכנס לאזור עיכוב (שמאל או צד ימין), הדלת צומת יסגור אוטומטית.
      הערה: אם העכבר בוחר איירה, המטרה הדלת נפתחת באופן אוטומטי מיד. עם זאת, אם העכבר בוחר HRA, הדלת המטרה ייפתח אוטומטית לאחר 5 s, 10 s ו- 15 s בימים 1, 2, 3 בהתאמה.
    3. שים לב כי ברגע העכבר לוקח בגדר, הדלת האחורית ואת הפעל הדלת נפתחת באופן אוטומטי. ברגע העכבר שנכנס לאזור האחורי, הדלת האחורית ייסגר אוטומטית.
    4. . שים לב לזה פעם אחת העכבר נכנס בתיבת ההתחלה, הפעל את הדלת תיסגר באופן אוטומטי ולאחר משפט חדש יתחיל
      הערה: כאן, התאמנו העכברים במשך 5-7 ימים עם כל תנאי לעיכוב. עם זאת, על סמך הניסיון שלנו על בדיקות שורות מרובות של העכברים הטרנסגניים או מוטציה, יום 1 (20 ניסויים) בהחלט מספיק כדי לראות את ההבדל בין העכברים של אחרים שונים, ויש אין משמעות להאריך את הזמן הכשרה (ראה איור 6 כמו דוגמה). לכן, כעת אנו פונים רק יום אחד עבור כל זמן ההשהיה, זה עובד טוב. תהיה בעיה אם חוקרים רוצים להאריך את ימי הדרכה בהתאם את מטרתם.
  5. אופציונלי: לבצע את הבדיקה עם האגודה הערבית לזכויות האדם הפוך. כדי לבדוק אם הבחירה של העכבר היא התוצאה של העדפה התמצאות, להחליף את מיקום שמאלה / ימינה של האגודה הערבית לזכויות האדם, אתה בטוח (אשר יכול להתבצע באופן אוטומטי, על ידי תוכנת) ולאפשר העכברים בחופשיות לבחור יד אחת כמו 4.4.
  6. אופציונלי: לבצע מבחן שליטה עיכוב. כדי לבדוק אם יש גרעון שנצפה הוא התוצאה של זיכרון מרחבי מסולף או גמול רגישות ולא התוצאה של שינויים קבלת החלטות, היכרות עיכוב s 15? אתה בטוח, כמו גם האגודה הערבית לזכויות האדם, ולאפשר העכברים בחופשיות לבחור יד אחת כמו 4.4.

5. מאמץ המבוסס על החלטות מבחן

  1. להציג את המחסום בפני האגודה הערבית לזכויות האדם, כפי שמוצג בתרשים (איור 1).
  2. כל הפרמטרים ותחיל את כל פעולות לפי שלב 3.2 — חינם הזרוע כניסה שלב ולבדוק את החיות במשך 3 ימים רצוף.
  3. לאפשר העכברים בחופשיות לבחור יד אחת, או ה-HRA או איירה.
    הערה: כאן, התאמנו העכברים למשך 14 ימים. עם זאת, על סמך הניסיון שלנו על בדיקות שורות מרובות של העכברים הטרנסגניים או מוטציה, 3 ימים הם בהחלט מספיק כדי לראות את ההבדל בין העכברים של אחרים שונים, אין משמעות כדי להאריך את הזמן הכשרה (ראה איור 6 כדוגמה ). לכן כיום אנחנו רלוונטיים רק 3 ימים עבור המבחן מבוסס מאמץ, זה עובד טוב. תהיה בעיה אם חוקרים רוצים להאריך את ימי הדרכה בהתאם את מטרתם.
  4. אופציונלי: לבצע את הבדיקה עם האגודה הערבית לזכויות האדם הפוך. כדי לבדוק אם הבחירה של העכבר היא התוצאה של העדפה התמצאות, להחליף את מיקום שמאלה / ימינה של האגודה הערבית לזכויות האדם, אתה בטוח (אשר יכול להתבצע באופן אוטומטי, על ידי תוכנת) ולאפשר העכברים בחופשיות לבחור יד אחת כמו שלב 5.3.
  5. אופציונלי: לבצע מבחן שליטה מאמץ. כדי לבדוק אם כל הפסדי שנצפה הוא התוצאה של זיכרון מרחבי מסולף או גמול רגישות ולא התוצאה של שינויים בקבלת החלטות, היכרות מחסום? אתה בטוח, כמו גם האגודה הערבית לזכויות האדם, ולאפשר העכברים בחופשיות לבחור יד אחת כמו שלב 5.3.

6. ניתוח נתונים

  1. להשיג נתונים ותוצאות ישירות מתוך התוכנה שליטה.
    1. שימו לב כי התוכנה באופן אוטומטי להקליט את התאריך ניסיוני, התחלה וסיום זמן משך, מספר הניסיון, את המיקום של האגודה הערבית לזכויות האדם, גלולה מספר האגודה הערבית לזכויות האדם, אתה בטוח, המיקום (X, Y), את עקבות נע וכו ', של כל עכבר בתיקיה "נתונים" .
    2. בדוק כי לתוכנה יש באופן אוטומטי לנתח את הפריטים הבאים ולהקליט אותם בתיקיה "תוצאה" תחת כל חיה מזהה: משך, מספר הניסיון, HRA הבחירה מספר, איירה הבחירה מספר, אחוזי הבחירה HRA, איירה הבחירה באחוזים, המרחק הכולל נע, סה כ זמן צומת.
  2. לבצע ניתוח סטטיסטי על נתוני כל ניסויים על ידי ANOVA מעורבת (מגרש המפוצל ANOVA), יום/מפגש וגם בתוך הנושא גורם מקדם קבוצה (גנוטיפ קבוצה או קבוצות עם תנאים ניסויים שונים) כגורם בין-נושא.
  3. לנתח את ההשפעה העיקרית של הקבוצה גורם אם אין אינטראקציה בין יום/הפעלה עם גורם בקבוצה. החל השוואות pairwise פוסט הוק אם יש אינטראקציה משמעותית בין יום/מושב עם קבוצה פקטור.

Representative Results

דוגמה עיכוב - מאמץ - המבוסס על קבלת ההחלטות הפעילות המבוצעת על ידי עכברים habenular המדיאלי ablated (mHb:DTA עכברים)14 עם עכברים הבקרה שלהם פראי-סוג littermate (CT עכברים) מוצג באיור 6. שני עכברים mHb:DTA CT שני עכברים היו housed משותפת בכלוב אחד לאחר הגמילה.

במבחן המבוסס על עיכוב קבלת ההחלטות (איור 6A), הייתה כל התערבות משמעותית בין גנוטיפ הפעלה בשלב כלשהו, כולל שלב ההכשרה אפליה (כאשר זמן ההשהיה של ה-HRA היה 0), בחינה לקבלת החלטות על עיכוב שלב (כאשר זמן ההשהיה של ה-HRA היה 5 s, 10 s ו- 15 s, בהתאמה). ההשפעה העיקרית של גנוטיפ היתה לא משמעותית זמן ההשהיה היה 5 s. עם זאת, כאשר משך העיכוב היה מוארך עד 10 s ו- s 15, mHb:DTA עכברים הדגימו ירידה משמעותית באחוזים של ביקורים HRA בהשוואה ל- CT עכברים. תוצאות אלו חשפו כי אבלציה של mHb ירד ההעדפה של עכברים לחכות. הפרס יהיה גדול יותר, במקום מוצגות נטייה לבחור פרס קטן באופן מיידי, כאשר ההמתנה היו 10 שניות או אפילו יותר. הנתונים הראו ש-mhb הזה יכול להיות מבנה המוח חשוב בהתמודדות עם אימפולסיביות ו/או הערכה עלות/תועלת הזמן, עיבוד בעלי חיים נוטים יותר לסבול גישה מאוחרת כדי לקבל גמול גדול.

במבחן המבוסס על מאמץ קבלת ההחלטות (איור 6B), אחוז ה-HRA ביקורים באופן משמעותי ירדו בעכברים mHb:DTA כאשר הושם מחסום האגודה הערבית לזכויות האדם, ללא קשר לוקליזציה שמאלה/ימינה של האגודה הערבית לזכויות האדם (1 x מכשול שלב ושלב היפוך ). משמעות הדבר היא כי פנוטיפ של עכברים mHb:DTA לא היה בשל גרעון העדפה המרחבי ובזיכרון. במבחן שליטה מאמץ, מחסומים הוצבו בשני הידיים המטרה (2 × מחסומים פאזות), איירה והן HRA היו קשורים עם מאמץ גבוה. לפיכך, העלות מאמץ היה זהה עבור חיות בחירת הפרס נמוך או את גמול גבוה. העכברים mHb:DTA ביקר לעתים קרובות יותר מאשר אתה בטוח האגודה הערבית לזכויות האדם, הגיעו דומות HRA לבקר מספר על המפגש הסופי (הפעלה 5). תוצאה זו עולה כי הפרס רגישות וזיכרון מרחבי בעכברים mHb:DTA היה שלם. הנתונים הובהר כי mHb עשוי לשחק תפקיד חשוב בהערכת עלות/תועלת מאמץ, המאפשר חיות להכניס עוד עבודה לרכוש התגמולים רבתי.

Figure 1
איור 1: תרשים סכמטי של T-maze המסורתי, מכשירי בדיקה קבלת ההחלטות (א) מכשיר בחינה לקבלת החלטות על עיכוב. חיות הונחו בזרוע התחלה ובחרת בין שתי זרועות המטרה, ה-HRA, איירה. חיות בחרה האגודה הערבית לזכויות האדם, הם היו צריכים לחכות (בהתאם זמן ההשהיה בשניות) כדי לקבל פרס גדול יותר. החוקרים צריכים לטפל באופן ידני חיות, כדורי, דלתות בכל ניסוי. (B) מנגנון בחינה לקבלת החלטות על המאמץ. חיות הונחו בזרוע התחלה ובחרת בין שתי זרועות המטרה, ה-HRA, איירה. חיות בחרה האגודה הערבית לזכויות האדם, הם היו חייבים לטפס מעל מחסום משולש כדי לקבל פרס גדול יותר. החוקרים צריכים לטפל באופן ידני חיות, כדורי, דלתות, מחסומים עבור כל ניסוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: אוטומטי T-maze ההתקנה עבור ילדי קבלת ההחלטות (א) מבט מלמעלה של ההתקנה האוטומטי. (B) צפה מהצד של ההתקנה האוטומטי. (ג) המשולש ישרי-זווית 3D מכשול המשמש עבור מאמץ קבלת ההחלטות בחינה, משמאל לימין, הן להציג צד, התצוגה בצד הנגדי, להציג צד היתר, בהתאמה. צילומים טכניים המקורי נערך באישור היצרן מסחרי. GBL: המטרה תיבת (משמאל), GBR: המטרה תיבת (מימין), GDL: המטרה הדלת (משמאל), GDR: המטרה הדלת (מימין), דאל: לעכב את האזור (משמאל), דאר: לעכב את האזור (מימין), הליגה להגנה יהודית: צומת הדלת (שמאל), JDR: צומת הדלת (מימין), BDL: הדלת האחורית (משמאל), BDR: הדלת האחורית (מימין), CCD: תשלום מצמידים התקן מצלמה). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3: פרמטר רישום החלון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: חלון רישום קוד הזיהוי הנושא. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5: חלון ממשק ניסוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 6
איור 6: החלטות בעכברים mHb:DTA המבוסס על עיכוב, מבוסס על מאמץ- (א) עיכוב קבלת ההחלטות בחינה בעכברים mHb:DTA (עכברים היו 12 – 14 חודשים-זקן, n = 8/גנוטיפ). האחוז של ה-HRA הבחירה היה דומה בין אחרים כאשר משך העיכוב היה 0 ו- 5 s, אך ירד באופן משמעותי בעכברים mHb:DTA כאשר זמן ההשהיה בת 10 s ו- 15 s. מתי זמן ההשהיה בת 5 s, גנוטיפ × יום האינטראקציה: F(1,14) = 0.594, p = 0.236; ההשפעה של גנוטיפ: F(1,14) = 0.61, p = 0.45; כאשר משך העיכוב היה 10 s: גנוטיפ × יום האינטראקציה: F(1,14) = 37.5, p = 0.346; ההשפעה של גנוטיפ: F(1,14) = 32.4, p < 0.0001; כאשר משך העיכוב היה 15 s: F(1,14) = 38.7, p = 0.243; ההשפעה של גנוטיפ: F(1,14) = 31.6, ו- p ≤0.0001. (B) מאמץ קבלת ההחלטות בחינה בעכברים mHb:DTA (עכברים היו 12-14 חודשים-זקן, n = 9/גנוטיפ). 1 x שלב מכשול, היה אינטראקציה משמעותית בין גנוטיפ הפעלה (גנוטיפ × יום האינטראקציה: F(1,16) = 2.11, p = 0.015), ההשוואה pairwise פוסט הוק חשף כי % HRA עכברים mHb:DTA ירד באופן משמעותי בכל הפעלות. במהלך שלב היפוך, הייתה כל התערבות משמעותית בין גנוטיפ הפעלה (גנוטיפ × יום האינטראקציה: F(1,16) = 1.61, p = 0.08). עכברים mHb:DTA ביקר HRA באופן משמעותי פחות מ- CT עכברים (אפקט גנוטיפ הראשי: F(1,16) = 8.18, p = 0.01). במהלך שלב 2 × מחסומים, הייתה הידברות משמעותית בין אחרים, הפעלות, הבדל משמעותי שיעור 3, שיעור 4 (2 x מחסומים שלב: גנוטיפ × יום האינטראקציה: F(1,16) = 3.9, p = 0.0067). העכברים mHb:DTA הגיע עם ה-HRA לבקר מספר לזו של CT עכברים על המפגש הסופי, הפעלה 5. נתונים מייצגים זאת אומרת ± ב- SEM. * * p < 0.01; p < 0.001. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 7
איור 7: תרשים הזרימה של החלטות מבחן (עיכוב או מאמץ-על בסיס).

Discussion

קבלת החלטות היא תהליך קוגניטיבי והתפאורה מאוד במהלך האבולוציה15. בני האדם ובעלי החיים יכולים להעריך את העלות של אפשרויות פעולה מתחרות יחסית הפרס פוטנציאליים ולאחר מכן בצע את הבחירה שלהם. חולים הסובלים מספר מחלות נוירולוגיות והפרעות פסיכולוגיות מדגימים גירעונות בצורות שונות של קבלת החלטות16. לכן חשוב לחקור את המנגנונים הנוירוביולוגי ו pathophysiological שבבסיס תהליך קבלת ההחלטות. בשנים האחרונות, עיכוב מאמץ מבוססות החלטות מושך יותר ויותר לחקור עניין. יתר על כן, מכרסמים, חולדות במיוחד שימשו בהרחבה ללמוד אלה שתי צורות של קבלת ההחלטות17.

מחקרים רבים הובילו תגליות מעניינות באמצעות משימה התנהגותית מעורבים מנגנון T-maze של ה-HRA, איירה2,6,7,8,9,10, 18 , 19 , 20 , 21 , 22. במשימה, ה-HRA משייכת פרסים גדולים או זמן השהיה או מאמץ למאמץ. -אתה בטוח, בעלי חיים יכול לרכוש לפרס מיד ללא כל השהיית זמן ומאמץ פיזי. הגישה המסורתית מסתמך על התערבות ידנית של הנסיין אנושי. בבכל ניסוי, הנסיין צריך כדי לספור את כדורי ומניחים מגשי האוכל של ה-HRA, איירה, למקם את הדלתות המטרה HRA וגם איירה, ולאחר מכן מקם החיה בקצה הזרוע התחלה. כאשר החיה נכנסת אחת מהזרועות, דלת צומת צריך להיות ממוקם להגביל את החיה את הזרוע המטרה. בהתאם לפרוטוקול, הנסיין צריך לספור את הזמן ולפתוח את הדלת המטרה לאחר עיכוב קבע. אחרי החיה שנכנס לאזור המטרה והוא מקבל את pellet(s), הנסיין צריך להחזיר אותו לכלוב, ולתעד התנהגות ובחירה של הזרוע של החיה. לאחר מכן הנסיין צריך להתכונן צניפה והדלתות T-maze למשפט הבא. כל הדרכה ובדיקות תהליכים הם אינטנסיביים מאוד זמן ודיני. יתר על כן, חוסר האחדה בין מעבדות שונות היא דאגה נוספת.

בנייר זה, הצגנו פרוטוקול מבוסס על מנגנון שונה T-maze אוטומטית עם מערכת מעקב וידאו (איור 7) כדי לפתור את הבעיות של פרוטוקולים מסורתיים. על ידי היכרות T-maze המסורתי של "הדלת האחורית" ו- "המסדרון האחורי", השגנו מבוך בצורת "משולש isoceles זיבצנטן". היתרונות של תוכנית התקנה זו הם (1) אוטומציה מלאה של ההתנהגות הדרכה ובדיקות. זה מסיר את ההשפעה של הנסיין הסובייקטיביות וצמצום הזמן האנושית ואת העבודה התחייבויות. יש לנו ארבעה setups במעבדה, כך יכול להיות מאומן או נבדק בו זמנית על ידי הנסיין אחת, ולא ניתן לבצע זאת באמצעות פרוטוקולי מסורתי ארבעה עכברים. (2) אין תוכנה גמישות התוכנה הבקרה מאפשרת ניסויים בחופשיות להגדיר פרמטרים מרובים, כולל מספר צניפה, זמן ההשהיה, דלת נפתחת הסגירה, הניסיון, משך ומספרים מצב המעקב. לכן, מערכת זו ניתן לפגוש סוגים שונים של צרכים ניסיוני. (3) אין תאימות רחבה כל דלתות הזזה על T-maze נועדו להיות המאוחסנים תחת הבסיס של המבוך כאשר הם פתוחים. לכן, ההגדרה ניתן לשלב בקלות עם מערכות פיזיולוגיות מגוונים, כולל מניפולציה optogenetic/אופטי, ויוו אלקטרופיזיולוגיה הקלטה microdialysis. בנוסף, כדי למעט את האפשרות כי העכברים בחרה האגודה הערבית לזכויות האדם בשל העדפה עמדה, מומלץ החלת מבחן שליטה על עיכוב - והן מאמץ - assay מבוסס. מאת משווה את העלויות בזרועות המטרה שני, שלבעלי-חיים יש את ההזדמנות לחוות שתי תוצאות גמול במחיר זהה. הבחירה יכולה להתבצע בפשטות על בסיס הפרס דיפרנציאלית, ובכך להסיר את הצורך לשלב את העלויות והתועלות לפני שתחליט. זה גם בודקת אם חל שינוי האפשרויות החיה הוא התוצאה של חוסר יכולת לשנות את קנה המידה העלות או תגמול, או זיכרון קשב וריכוז יותר מאשר שינוי בדרך שבה הם העריכו את ההחלטות שלהם.

במעבדה שלנו, ניתחנו כעשרה זני עכברים עם תוכנית התקנה זו. דוגמה אחת הוצגה בנתונים נציג, עכברים mHb:DTA הפגינו הפנוטיפ חזקים גם עיכוב - וגם מאמץ-המבוסס על קבלת החלטות. כלומר, ערך התגמול חריפה מוזלים מאת זמן ומאמץ בעכברים mHb:DTA. התוצאה חשף את תפקידה החשוב של mHb בפקד אימפולסיביות. בנוסף, אנו יש להחיל סיליקון בדיקה הקלטות על עכברים לנוע חופשי במהלך תהליך קבלת ההחלטות (נתונים שלא פורסמו). כל הניסויים לרשות אימות ובחינות היכולת של ההתקנה האוטומטי. לפיכך, פרוטוקול מתוקנן עבור T-maze המבוסס על החלטות עם המנגנון האוטומטי מתאים לגילוי תופעות גנטיות, אפקטים תרופתי ואפקטים מעגלים עצביים על עיכוב, מאמץ היוון של מכרסמים. לסיכום, ההתקנה יש יתרונות רבים לשמש מערכת אידיאלית עבור מבחני קבלת ההחלטות עיכוב מאמץ מבוססות.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

ברצוננו להודות ד ר מתיו F S Rushworth (המחלקה לפסיכולוגיה ניסויית, אוניברסיטת אוקספורד), ד ר Sakagami Masamichi (מרכז מחקר מדעי המוח, אוניברסיטת Tamagawa) על עצתם יקר על חניכה של הפרויקט ועל הפרטים הפרוטוקולים. אנו מודים ד ר לילי יו תגובות ביקורתיות ועריכת כתב היד. פרויקט זה נתמך על ידי הפרויקט מחקר תמריץ RIKEN (100226201701100443) Q.Z, פרויקט מדעי המוח, מרכז ליזמות המדע הרומן, המכונים הלאומיים של מדעי הטבע (BS291003) כדי Q.Z, (פרוייקט הזדקנות RIKEN 10026-201701100263-340120) Q.Z, את JSPS Kakenhi מענק הסיוע עבור מדענים צעירים (B) (17841749) Q.Z.

המחברים תרומות: Q.Z הגה ויזם הפרויקט, Q.Z, Y.K, H.G לבצע את הניסויים ולא ניתוח נתונים, H.G תיאם את העבודה בין המעבדה, אוהרה & ושות' בע מ, Q.Z ו- Y.K כתב את כתב היד, S.I בפיקוח הפרויקט.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
automated t-maze for decion making testing O’HARA & Co.,ltd no catalog number, customorized Address requested by the reviewer: 4-28-16 Ekoda, Nakano-ku, Tokyo 165-0022
TEL: 81-3-3389-2451 FAX:81-3-3389-2453
slica gel  Nacalai Tesque 1709155
AIN-76A Rodent Tablet 10mg Test Diet 1811213(5TUL) Manufactured for Japan,SLC
Time TM1 software  O’HARA & Co.,ltd no catalog number
SPSS statistics V21.0 IBM

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Frank, M. J., Scheres, A., Sherman, S. J. Understanding decision-making deficits in neurological conditions: insights from models of natural action selection. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 362, (1485), 1641-1654 (2007).
  2. Prevost, C., Pessiglione, M., Metereau, E., Clery-Melin, M. L., Dreher, J. C. Separate valuation subsystems for delay and effort decision costs. J Neurosci. 30, (42), 14080-14090 (2010).
  3. Kennerley, S. W., Walton, M. E. Decision Making and Reward in Frontal Cortex: Complementary Evidence From Neurophysiological and Neuropsychological Studies. Behavioral Neuroscience. 125, (3), 297-317 (2011).
  4. Kurniawan, I. T., Guitart-Masip, M., Dolan, R. J. Dopamine and Effort-Based Decision Making. Frontiers in Neuroscience. 5, 81 (2011).
  5. Izquierdo, A., Belcher, A. M. Rodent models of adaptive decision making. Methods Mol Biol. 829, 85-101 (2012).
  6. Thiebot, M. H., Le Bihan, C., Soubrie, P., Simon, P. Benzodiazepines reduce the tolerance to reward delay in rats. Psychopharmacology. 86, (1-2), 147-152 (1985).
  7. Green, M. F., Horan, W. P., Barch, D. M., Gold, J. M. Effort-Based Decision Making: A Novel Approach for Assessing Motivation in Schizophrenia. Schizophr Bull. 41, (5), 1035-1044 (2015).
  8. Fatahi, Z., Sadeghi, B., Haghparast, A. Involvement of cannabinoid system in the nucleus accumbens on delay-based decision making in the rat. Behav Brain Res. 337, 107-113 (2018).
  9. Iodice, P., et al. Fatigue modulates dopamine availability and promotes flexible choice reversals during decision making. Sci Rep. 7, (1), 017-00561 (2017).
  10. Rudebeck, P. H., Walton, M. E., Smyth, A. N., Bannerman, D. M., Rushworth, M. F. Separate neural pathways process different decision costs. Nat Neurosci. 9, (9), 1161-1168 (2006).
  11. Bonnelle, V., et al. Characterization of reward and effort mechanisms in apathy. J Physiol Paris. 109, (1-3), 16-26 (2015).
  12. Hartmann, M. N., et al. Apathy but not diminished expression in schizophrenia is associated with discounting of monetary rewards by physical effort. Schizophr Bull. 41, (2), 503-512 (2015).
  13. Lockwood, P. L., et al. Prosocial apathy for helping others when effort is required. Nat Hum Behav. 1, (7), 017-0131 (2017).
  14. Kobayashi, Y., et al. Genetic dissection of medial habenula-interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in behavioral neuroscience. 7, (17), (2013).
  15. Hanks, T. D., Summerfield, C. Perceptual Decision Making in Rodents, Monkeys, and Humans. Neuron. 93, (1), 15-31 (2017).
  16. Lee, D. Decision Making: from Neuroscience to Psychiatry. Neuron. 78, (2), 233-248 (2013).
  17. Carandini, M., Churchland, A. K. Probing perceptual decisions in rodents. Nature Neuroscience. 16, (7), 824-831 (2013).
  18. Denk, F., et al. Differential involvement of serotonin and dopamine systems in cost-benefit decisions about delay or effort. Psychopharmacology. 179, (3), 587-596 (2005).
  19. Walton, M. E., Bannerman, D. M., Rushworth, M. F. S. The Role of Rat Medial Frontal Cortex in Effort-Based Decision Making. The Journal of Neuroscience. 22, (24), 10996-11003 (2002).
  20. Bardgett, M. E., Depenbrock, M., Downs, N., Points, M., Green, L. Dopamine Modulates Effort-Based Decision-Making in Rats. Behavioral Neuroscience. 123, (2), 242-251 (2009).
  21. Floresco, S. B., Tse, M. T., Ghods-Sharifi, S. Dopaminergic and glutamatergic regulation of effort- and delay-based decision making. Neuropsychopharmacology. 33, (8), 1966-1979 (2008).
  22. Assadi, S. M., Yucel, M., Pantelis, C. Dopamine modulates neural networks involved in effort-based decision-making. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 33, (3), 383-393 (2009).
T-maze אוטומטית המבוסס על המנגנון ופרוטוקול לניתוח עיכוב מאמץ מבוססות החלטות בחולדות העברה חינם
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zhang, Q., Kobayashi, Y., Goto, H., Itohara, S. An Automated T-maze Based Apparatus and Protocol for Analyzing Delay- and Effort-based Decision Making in Free Moving Rodents. J. Vis. Exp. (138), e57895, doi:10.3791/57895 (2018).More

Zhang, Q., Kobayashi, Y., Goto, H., Itohara, S. An Automated T-maze Based Apparatus and Protocol for Analyzing Delay- and Effort-based Decision Making in Free Moving Rodents. J. Vis. Exp. (138), e57895, doi:10.3791/57895 (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