Yöntem makalesi

Operant Strateji Değiştirme Paradigması Kullanılarak Bilişsel Esneklik Üzerindeki Stres Etkilerinin Değerlendirilmesi

DOI:

10.3791/61228

⸱

4 Mayıs 2020

 ,  , 
1Department of Psychology, Bryn Mawr College

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stresli yaşam olayları bilişsel işlevi bozarak psikiyatrik bozukluk riskini artırır. Bu protokol, erkek ve dişi Sprague Dawley sıçanlarında paradigmayı değiştiren otomatik bir strateji kullanarak stresin bilişsel esnekliği nasıl etkilediğini göstermektedir. Belirli davranışların altında kalan belirli beyin bölgeleri tartışılır ve sonuçların çevirisel ilgisi araştırılır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Stres bilişsel işlevi etkiler. Stresin bilişsel işlevi geliştirip geliştirmediği veya bozup bozmadığı, 1) tipi, yoğunluğu ve stresörün süresi de dahil olmak üzere çeşitli faktörlere bağlıdır; 2) çalışma altındaki bilişsel işlev türü; ve 3) bilişsel görevin öğrenilir veya yürütülmesi ile ilgili olarak stresörün zamanlaması. Ayrıca, stresin bilişsel işlev üzerindeki etkileri arasındaki cinsiyet farklılıkları yaygın olarak belgelenmiştir. Burada, stresteki değişimlerin erkek ve dişi Sprague Dawley sıçanlarında bilişsel esnekliği nasıl etkilediğini değerlendirmek için otomatik bir operant strateji değiştirme paradigmasının bir uyarlaması açıklanmıştır. Özellikle, kısıtlama stresi, stresin her iki cinsiyette de bilişsel performansı nasıl etkilediğini incelemek için bu operant tabanlı görevde eğitimden önce veya sonra kullanılır. Bu otomatik paradigmadaki her görevle ilişkili belirli beyin alanları iyi belirlenmiştir (yani, medial prefrontal korteks ve orbitofrontal korteks). Bu, deney sırasında hedeflenen manipülasyonlara veya paradigmanın tamamlanmasından sonra bu bölgelerdeki belirli genlerin ve proteinlerin değerlendirilmesine izin verir. Bu paradigma ayrıca stres sonrası meydana gelen ve her biri sinirsel substratları tanımlayan farklı performans hatalarının tespit edilmesine izin verir. Ayrıca tekrarlanan bir kısıtlama stres paradigması sonrası perseveratif hatalarda belirgin cinsiyet farklılıkları tespit edilmiştir. Bu tekniklerin preklinik bir modelde kullanılması, stresin beyni nasıl etkilediğini ve travma sonrası stres bozukluğu (TSSB) ve yaygınlıkta belirgin cinsiyet farklılıkları gösteren majör depresif bozukluk (MDD) gibi psikiyatrik bozukluklarda bilişi nasıl bozar ortaya çıkarabilir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

İnsanlarda, stresli yaşam olayları bilişsel işlevi bozabilir (yani bilişsel esneklik1), bilişsel işleme stratejilerini ortamdaki yeni koşullarla yüzleşmeye uyarlama yeteneğini gösterir2. Bilişteki bozukluk, Travma Sonrası Stres Bozukluğu (TSSB) ve Majör Depresif Bozukluk (MDD)3,4gibi birçok psikiyatrik bozukluğu çökeltir ve şiddetlendirir. Bu bozukluklar kadınlarda iki kat daha yaygındır5,6,7,8, ancak bu eşitsizliğin biyolojik temeli bilinmemektedir. İnsanlarda yönetici işleyişinin yönleri, bilişsel esnekliğin bir göstergesi olan Wisconsin Kart Sıralama Görevi kullanılarak değerlendirilebilir2. Bu görevdeki performans TSSB9 ve MDD10olan hastalarda bozulur, ancak bu değişikliğin sinirsel temeli sadece beyin görüntüleme ile incelenebilir11.

Stresin beyni nasıl etkilediğini anlamadaki gelişmeler, hayvan modellerinin, özellikle kemirgenlerin kullanımıyla yapılmıştır. Strese bağlı hastalıklarda bilişsel esneklik etkilendiği için kemirgenlerde incelemek son derece alakalı bir fenotiptir. Bugüne kadar, çoğu stres nörobiyoloji literatürü alternatif bir bilişsel esneklik paradigması kullanmıştır (bazen kazma görevi olarak adlandırılır)12,13,14,15. Bu görev kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, kemirgenleri eğitmek için deneyci tarafından daha fazla zaman ve çaba gerektirir. Burada uyarlanmış ve tanımlanmış, çeşitli stres modelleri kullanan erkek ve dişi Sprague Dawley sıçanlarında bilişsel esnekliği değerlendirmek için iyi kurulmuş bir otomatik set değiştirme protokolü16 , 17,18. Prosedür, deneyci tarafından minimum gözetim gerektirir ve birden fazla sıçanın aynı anda test edilmesine izin verir. Ek olarak, bu otomatik görevin diğer sürümlerinden farklıolarak 19Bu paradigmanın adaptasyonu sadece 3 günlük eğitim gerektirir ve verimli bir programlanmış veri analizi içerir.

Stresin bilişsel işlevi geliştirip geliştirmediği veya bozup bozmadığı, stresörün türüne, yoğunluğuna ve süresine ve bilişsel bir görevin öğrenilip yürütülmesiyle ilgili olarak stresörün zamanlamasına bağlıdır20,21. Bu nedenle, protokol hem operant eğitimden önce hem de sonra stres prosedürlerini içerir. Ayrıca stres çalışmalarından elde edilen temsili sonuçları da inceler. Ek olarak, set kaydırmanın belirli yönlerinin altında kalan beyin bölgeleri iyi belirlenmiştir2,16,22; bu nedenle, rapor ayrıca stres ve strateji değiştirme prosedürleri sırasında veya sonrasında belirli beyin bölgelerinin nasıl hedefleneceğini ve değerlendirileceğini de açıklar.

Bilişsel esneklikteki cinsiyet farklılıklarını doğrudan inceleme konusunda sınırlı araştırma yapıldı18,23.  Protokol, 1) hem erkek hem de dişi sıçanların deneysel paradigmaya nasıl dahil edildirılacağını, daha sonra 2) özgürce bisiklete binen kadınlarda prosedürlerden önce ve sırasında östrous döngülerini izlemeyi açıklar. Önceki çalışmalar, operant eğitimden önceki stresin sıçanlarda bilişsel esneklikte cinsiyete özgü eksikliklere yol açabileceğini belirtmiştir17. Özellikle, dişi sıçanlar stres sonrası bilişsel esneklikte bozulmalar sergilerken, stres sonrası erkek sıçanlarda bilişsel esneklik artar17. İlginçtir ki, insanlarda cinsiyete bağlı bir insidansa sahip olan strese bağlı psikiyatrik bozuklukların önemli bir özelliği bilişsel esneksizliktir. Bu sonuçlar, kadınların bu tür bilişsel bozukluklara karşı erkeklerden daha savunmasız olabileceğini göstermektedir. Bu tekniklerin hayvan modellerinde kullanılması, stresin beyin üzerindeki etkilerine ve insanlarda psikiyatrik bozukluklarda bilişi nasıl bozduğuna ışık tutacaktır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışmadaki tüm prosedürler Bryn Mawr Koleji Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi (IACUC) tarafından onaylanmıştır. Laboratuvar hayvanlarını sipariş etmeden ve deneylere başlamadan önce IACUC veya başka bir şekilde geçerli düzenleyici onay alın.

1. Hayvan hazırlığı

  1. Erkek ve dişi yetişkin Sprague Dawley sıçanları alın.
    NOT: Sıçanlar 65 günden önce teslim edilebilir, ancak hem erkeklerin hem de kadınların tamamen olgun olmasını sağlamak için bu noktadan sonrasına kadar işlemlere başlamayın.
  2. Çift ev aynı cinsiyetli sıçanlar mümkün olduğunca uzun süre, uzun süreli izolasyon bir stresör olduğu için24. Gıda kısıtlaması için, tekli ev sıçanları operant strateji değiştirme protokolünün hemen öncesinde.
  3. 1 haftalık alışmadan sonra, sıçanları günde 3-5 dakika hafifçe idare etmeye başlayın. Her sıçanın vücut ağırlığını toplayın. Ek olarak, gonadal hormonların sonuçları nasıl etkileyebileceğini değerlendirmekle ilgileniyorsanız, dişi sıçanlar için vajinal lavaj toplayın (bölüm 2'de açıklanmıştır).
  4. Görevi başarıyla öğrenmeleri için eğitim başlamadan en az 3 gün önce paradigmayı değiştiren operant stratejide çalıştırılacak hayvanları kısıtlayın . Suyun her zaman serbestçe kullanılabilir olduğundan emin olun. Her hayvanın günlük yiyecek ve sıvı tüketimini, hidrasyon durumunu ve bir hayvanın geçici veya kalıcı olarak bir protokolden çıkarılması için kriter olarak kullanılan davranışsal ve klinik değişiklikleri belgelemesi için yazılı kayıtlar tutulmalıdır (Morton 2000; NRC 2003b).
    1. Eğitimden önce 3 günden fazla bir stres prosedürü uyguladıysanız, gıda kısıtlamasını stres günlerinin sayısına uyacak şekilde ayarlayın (örneğin, 5 günlük kısıtlama artı gıda kısıtlaması25).
    2. Her gün, normal günlük gıda alımının% 80'ini (yani, 100 g vücut ağırlığı başına 4 g yiyecek)26. Her gün ne kadar yiyecek vereceğini hesaplamak için sıçan için günlük ağırlık koleksiyonunu kullanın.
    3. Eğitim ve test günleri boyunca gıda kısıtlamasına devam edin. Bununla birlikte, sıçan gün için eğitim veya testi tamamlayana kadar yiyecekleri ev kafesine yerleştirmeyin, aksi takdirde bir gıda pelet ödülü için görevleri yerine getirmek için motive olmazlar. Görevin tamamlanmasından sonra sıçanlara yiyecek teslimatının zamanlamasının oldukça öngörülemez olduğundan emin olun, çünkü bu, operant odada (daha sonra ev kafesinde yiyecek beklemek lehine) daha az motivasyondan kaçınmaya yardımcı olur.
      NOT: Kısıtlama stresi paradigmasına giren hayvanlar, kontrolden, paysız deneklerden önemli ölçüde daha fazla kilo kaybı göstermez. Bununla birlikte, çeşitli stres prosedürleri kendilerini kilo kaybına neden olabilir, bu da sıçanların vücut ağırlığına dayalı gıda kısıtlaması sırasında payandalanmamış meslektaşlarından daha az yiyecek almasına neden olabilir. Bu ek, şaşırtıcı bir stresör sunabilir. Bu durumda, alternatif olarak, ağırlık27'denbağımsız olarak her konuya verilen sabit miktarda yiyecek kullanın.

2. Vajinal lavaj

NOT: Gonadal hormonlarının (östrojen ve progesteron) stres tepkisini ve bilişi etkilediği bilinmektedir28,29,30. Bu hormonlar dişi sıçanların östrous döngüsü üzerinde dalgalanır31. Stres veya bilişsel esneklik verileriyle ilişkili olmak için serbestçe bisiklete binen dişi kemirgenlerin östrous döngüsünü izlemekle ilgileniyorsanız, aşağıda açıklandığı gibi vajinal lavaj toplayın. Östrous döngü aşaması göz önünde bulundurularak temsili veriler sağlanmaz.

  1. Dişilerden vajinal lavaj örnekleri elde etmek için, temiz bir beherde, cam bir damlalıkta, bir "lavaj" kaydıracında (lavaj örneğini tutmak için akrilik boya daireleriyle mikroskop kaydırağı) ve bir boş beherde ılık su toplayın.
  2. Damlalığı az miktarda ılık suyla (~0,5 mL) doldurun, ardından ucu dişi sıçanın vajinasına yerleştirin (kuyruğundan kaldırarak). Steril suyu 2x-3x dışarı atın ve toplanan sıvıyı mikroskobik bir kaydırağa atın. Lavaj slayt çemberinden taşma.
  3. Fazla sıvıyı boş kabın içine at. Lavaj kaydırağı fare numaralarıyla etiketleyin ve her sıçandan alınan örnekleri bu sıraya koyun, böylece hangi numunenin her sıçana ait olduğu açıktır.
  4. Bir sonraki sıçanı örneklemek için damlalığı doldurmadan önce temiz ılık suyu pipetleyerek ve birkaç kez "fazla" kabın içine dağıtarak damlalığı iyice durulayın.
  5. Lavaj örneğini görüntülemek ve becker ve ark31'deaçıklandığı gibi östrous döngüsü içinde günü sınıflandırmak için lavaj kaydıramasını dikkatlice parlak bir alan mikroskobuna taşıyın.
    NOT: İdeal olarak, lavaging bir dişinin döngüsünü düzgün bir şekilde izlemek için birkaç hafta yapılmalı ve sirkadiyen ritimleri kontrol etmek için her gün çok benzer bir zamanda yapılmalıdır. Tercihen, bu prosedür stres ve operant strateji değiştirme prosedürlerinden önce yapılmalıdır. Pamuklu çubuklar ve steril salin kullanımı da bu göz damlalığı tekniğine alternatif olarak kullanılabilir. Dişi sıçanlar için veriler, östrous döngü gününe göre geçici olarak analiz edilebilir (stresin gerçekleştirildiği döngü günlerini ve / veya test gerçekleştiğinde döngü gününü düşünün).

3. Ekipman ve yazılım

  1. Davranış eğitimi ve sınama için operant odaları kullanın.
    1. Odaların, yukarıda iki uyarıcı ışığı, bir ev ışığı ve bu görevler için takviye için bir dağıtıcı ile en az iki geri çekilebilir kol içerdiğinden emin olun.
    2. Kolların merkezi takviye dağıtım alanının her iki tarafında olup olmadığını kontrol edin ve her kolun üzerinde bir uyarıcı ışık vardır.
    3. Işık uyaranının algılanmasını engellemeden odayı aydınlatmak için ev ışığını kullanın (ev ışığının odanın arka duvarında, kolların ve uyaran ışıklarının karşısında olması en iyisidir).
  2. Gıda kısıtlamalı sıçanlarda takviye için tozsuz gıda peletleri kullanın (burada 45 mg pelet kullanılır: % 18.7 protein,% 5.6 yağ ve% 4.7 lif). Sakkaroz veya yağ bakımından yüksek peletler kullanmayın (stresin lezzetli gıda alımını nasıl etkilediğine dair bir ilgi olmadıkça).
  3. Odayı çalıştırabilen bir yazılıma sahip bir bilgisayardan uyaranların sunumunun, kol çalışmasının ve veritoplamanınsunumunun kontrolü ( Malzeme Tablosu ).
    NOT: Bu yazılımı kullanan programların kodlası ile ilgili bilgi için yazarlara başvurun. MED-PC komut dosyaları ek dosyalar olarak dahil edilir. Bu yazılım, hayvanın her deneme için verdiği yanıtlar hakkında bilgi toplar (hangi kolun basıldığı, doğru/yanlış/yanıtsız olup olmadığı ve seçimi yapmak için gecikme süresi). Bu bilgilerden, kullanıcılar davranış analizi bölümünde açıklandığı gibi davranış paradigmasındaki çeşitli önlemleri hesaplayabilirler.
  4. Stres hormonlarında sirkadiyen ritimleri kontrol etmek için her gün aynı saatte eğitim /test gerçekleştirin32 (ve diğer ilgili önlemler).
  5. Dışkı / atık toplamak için her bir operant kutunun alt tepsisini taze yataklarla doldurun. Her seansı takiben, her tepsiyi boşaltın, tepsileri ve oda içini alkol mendilleri veya IACUC onaylı bir dezenfektanla temizleyin ve odaya yeni bir hayvan yerleştirmeden önce taze yataklarla değiştirin.

4. Stres prosedürleri

  1. Stres prosedürünün operant strateji değiştirme paradigması üzerinde eğitimden önce, sırasında ve/veya eğitimden sonra mı yapılması gerektiğine karar verin (örneğin, 3 günlük operant eğitimden önce 5 günlük kısıtlama stresi ve ardından 3 günlük operant eğitim ve ardından tek bir kısıtlama ve test).
  2. Stres prosedürünü, operant eğitimle ilgili olarak günlük olarak aynı anda uygulayın. (örneğin, 9 A.M.'dan başlayan 30 dakikalık kısıtlama stresi, ardından operant odaya yerleştirme).
  3. Stres prosedürlerini hem koloni odasından hem de strateji değiştiren paradigma odalarından ayrı bir odada gerçekleştirin (tanık stresi ile ilişkili kafa karıştırıcı faktörlerin olmadığından emin olmak için)33. Kısaca, sıçanı Broome tarzı şeffaf bir kısıtlama tüpüne yerleştirin ve uzuvları veya kuyruğu sıkıştırmamaya dikkat ederek açıklığı kapatın. Her konu arasında, Broome tarzı tüpü temizlemek için IACUC onaylı bir dezenfektan kullanın. Yanlış sanitasyon, test protokolünü olumsuz yönde etkileyebilecek feromonları geride bırakabilir.
    NOT: İlk sıçan grubunun ameliyathanelerde ne kadar zaman geçireceğini tahmin edin. Bu, eğitime ve sınav gününe bağlı olarak değişecektir; ancak, birkaç kohort çalıştırdıktan sonra, gelecekteki görevleri tahmin etmek için her görevi tamamlamak için ortalama bir süre hesaplanabilir.
  4. Kaç tane işlem odasının mevcut olduğuna bağlı olarak, denekler için stres prosedürünü kademeler. Örneğin, dört sıçan kısıtlama stresine maruz gelir ve dört operant hazneye yerleştirilir. Bir saat sonra, dört hayvan daha operant odası tarafından takip edilecek stres prosedürlerinden geçer.

5. Eğitim

NOT: Bu paradigma Floresco ve arkadaşları tarafından geliştirilen operant set değiştirme prosedüründen 3 günde tamamlanabilecek şekilde değiştirilmiştir19.  Sıçanlar için eğitim prosedürleri 3 gün gerektirir (aşağıda açıklandığı gibi her görevi öğrenmek için 1 gün). Bir sıçanın bu görevleri öğrenmemesi nadirdir. Bir sıçan her görevi öğrenemezse, son çalışmadan hariç tutulmalıdır. Aşağıda açıklanan eğitim paradigmasının görsel bir tasviri için Şekil 1A'ya bakın.

  1. Sıçanı odaya yerleştirmeden önce, dağıtıcıda yeterli yiyecek peletleri olduğundan ve operant kutuların düzgün çalıştığından emin olun. Bunu başarmak için, boş bir bölmeye bir eğitim veya test günü programı yükleyin ve başlatın, doğru kolun kol presi başına uygun şekilde bir ödül sağladığını manuel olarak test edin.
  2. Sıçanı her kola basmak için eğitme
    1. Sıçanı eğitimin ilk günü için kutuya yerleştirmeden önce, her odanın içindeki eğitim prosedürünü yükledikten sonra belirtildiği gibi, doğru kola manuel olarak bir gıda pelet ödülü ayarlayın.
    2. Sıçanı sabit bir oran (FR-1) programı kullanarak eğitin, böylece her doğru kol presi bir takviye ile ödüllendirilir. Eğitim prosedürünü odaları işleten bilgisayara yükledikten sonra doğru kolu belirleyerek denekler ve/veya deneysel koşullar (aynı anda yalnızca bir kolu şekillendirerek) genelinde günde doğru kolu dengeleyin.
    3. Sıçanın doğru kola 50x basarak kritere ulaşana kadar kolu bastırmasına izin verin, genellikle görevi 30-45 dakika arasında tamamlayın.
    4. Ertesi gün sıçanı, eğitimin ilk günüyle aynı programı kullanarak karşı kolda bu görevi yerine getirmek için zorlar, ancak karşı kolu doğru kol olarak belirleyin. Bu eğitim gününde kolu bir gıda peletiyle "şekillendirmeye" gerek yoktur. Tipik olarak, bu kriter sıçanlar ilk kola basmayı öğrendikten sonra hızla elde edilir.
  3. Sıçanı ışık işaretine yanıt vermesi için eğitmek
    1. Eğitimin üçüncü gününde, sıçanın potansiyel olarak bir gıda pelet ödülü almak için kollardan birine basabileceği 15 s denemeler için her iki kolun üzerindeki ışığı aydınlatın. Işık ayrımcılığı görevi sırasında, bu program deneme bazında hangi kolun doğru olduğunu rastgele seçecektir.
    2. Sıçan doğru kola basıyorsa, ışıkların 3 s boyunca aydınlatıldığından ve ödülün teslim edildiğinden ve ardından bir sonraki denemeden önce ışıkların kapatıldığı 5 s'lik bir süre olduğundan emin olun. Sıçan yanlış kola basıyorsa, ödül olmadığından ve ışıkların bir sonraki denemeden önce 10 sn kapalı olduğundan emin olun.
    3. Bu son antrenman gününü takiben, bir kolun pres sayısını toplam kol presi sayısına bölerek sıçanın sol veya sağ kolu tercih edip etmediğini belirlemek için "yan önyargıyı" hesaplayın. Test gününde, sıçan, tercih edilen bir kola yanıt vermek yerine, belirli bir yanıt-ödül acilliğini öğrendiğinden emin olmak için en az tercih edilen tarafında başlayacaktır.

6. Test

NOT: Aşağıda açıklanan test paradigmasının görsel bir tasviri için Şekil 1B'ye bakın.

  1. 4. günde (test günü), sıçanı stres prosedürlerini takiben operant odaya yerleştirin ve bunları seri olarak yan ayrımcılık, yan tersine çevirme ve hafif ayrımcılık görevlerinde test edin. Işık ayrımcılığı görevinin yalnızca "doğru" kolun üzerindeki ışığı aydınlattığından emin olun. Her görevde, sıçanlar, her ayrımcılığı karşılıksız, yanlış kola basmadan tamamlamak için ardışık olarak sekiz doğru deneme elde etmelidir. Yanlış bir kol presi bu deneme zincirini sıfırlar.
    1. Yan ayrımcılık görevini kullanarak sıçanları test edin. Yan ayrımcılık programını kullanarak, sıçanı, ışık işaretinden bağımsız olarak, eğitimin üçüncü gününden itibaren belirlendiği gibi en az tercih edilen tarafındaki kola bastığı için ödüllendirin. Görev, doğru kola 8x ardışık olarak basıldığında sona erer (eksiklikler hariç).
    2. Yan ayrımcılık programını tekrar kullanarak sıçanları çalıştırarak yan ters testi gerçekleştirin, ancak bu sefer yan ayrımcılık görevinden doğru olanın karşısındaki kolu doğru olarak belirleyin. Işık işaretinden bağımsız olarak, farenin bu kola bastığı için ödüllendirilmesini sağlayın. Görev, doğru kola 8x ardışık olarak basıldığında sona erer (eksiklikler hariç).
    3. Yukarıda ışık yanmış olarak kolu bastığı için sıçanı ödüllendiren ışık ayrımcılığı görevini yerine getir. Her işlenen test, doğru kola 8x ardışık olarak basıldığında tamamlanır (eksiklikler hariç).
      NOT: Önceki çalışmalara dayanarak, bu görevler, sıçanların her görevin kurallarını öğrenmek için yeterli zamana sahip olmasını sağlamak için ardışık preslere bakılmaksızın en az 30 denemeyi kodlar18. Böylece, sıçan 30 deneme gerçekleşmeden önce ardışık olarak sekiz doğru deneme elde ederse, görev 30 deneme tamamlanana kadar meşgul kalacaktır.

7. Davranış analizi

NOT: Test gününde her hayvan için elde edilen veriler, her görev için bir MED-PC komut dosyası başlatıldığı ve tamamlanmasına izin verildiği sürece bilgisayar tarafından otomatik olarak kaydedilir ve kaydedilir (MED-PC komut dosyaları için ek malzemelere bakın).

  1. Bilgisayar programını kullanarak her test günü görevi (yan ayrımcılık, yan ters çevirme ve ışık ayrımcılığı) için verileri açın. Program tarafından kaydedilen başlıca önlemler, kriter denemeleri, kriterdeki hatalar ve kriter süresidir. Bu önlemler aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
    NOT: Yazarlar, analiz sürecinin otomasyonunun yanı sıra azimli ve gerileyen hataların analizine izin veren bir MATLAB komut dosyası oluşturmuşlardır (veri analizini kolaylaştırmak için kod bilgileri için yazarlarla iletişime geçin).
    1. Denemeleri, doğruluğun ana göstergesi olarak (sıçanın sekiz deneme de dahil olmak üzere sekiz doğru denemeyi ardışık olarak tamamlaması için gerekli olan toplam deneme sayısını [ihmaller dahil değil] ifade eder) değerlendirmek için kullanın. Bu veriler, test günündeki görevlerden herhangi biri için MED-PC komut dosyası tarafından oluşturulan bir veri dosyasında B dizisinin ilk sütununda bulunur.
    2. Her görev sırasında yapılan toplam hataları inceleyin. Bu veriler, test günündeki görevlerden herhangi biri için MED-PC komut dosyası tarafından oluşturulan bir veri dosyasında B dizisinin üçüncü sütununda bulunur. Bu hatalar da azimli veya gerileyen hatalar olarak kategorize edilir. Sıçan önceki görevden önceki kurala uymaya devam ettiğinde kalıcı hatalar işlenir. Regresif hatalar, önceki kuraldan ayrıldıktan sonra tamamlanır, ancak yeni kuralı almaya çalışmaya devam eder (bu tür hataların nasıl hesaplandıklarına ilişkin daha fazla ayrıntı için, yayınlanan yöntem18'ebakın).
    3. Sıçan 15 s içinde bir ışık işaretine yanıt vermediyse, deneme bir ihmal olarak kategorize edilir ve kritere yönelik toplam deneme sayısına dahil değildir. Bunu, önce doğru yanıtların sayısını (veri dosyasında B dizisinin ikinci sütununda bulunur) ve hata sayısını (veri dosyasındaki B dizisinin üçüncü sütununda bulunur) bir araya getirerek hesaplayın. Ardından, bu sayıyı toplam deneme sayısından ölçüte çıkarın (bu, bir veri dosyasındaki B dizisinin ilk sütunundaki denemelerden ölçüte kadar olan son sayıdır).
    4. Ölçüt süresini hesaplamak için program tarafından kaydedilen başlangıç ve bitiş saatlerini (test günündeki görevlerden herhangi biri için MED-PC komut dosyası tarafından oluşturulan bir veri dosyasının üst kısmında bulunur) kullanın. İlk kol presine gecikme süresi, K değişkenini (ilk kol presinden saniyeler içinde geçen süre) zaman dilimine çıkararak veri dosyasından da hesaplanabilir.
    5. Aynı tedavi grubundaki sıçanlar için her davranışsal ölçü için verileri ortalama. Uygun istatistiksel analizler yapmak (kaç değişkenin incelendiklerine bağlı olarak).

8. Beyin substratları

  1. bilişsel esnekliğin ilgili bir beyin alanını ve/veya yönünü belirleyin. Örneğin, stres yan tersine çevirme görevinde azimli hataları artırırsa, orbitofrontal korteks (OFC) özellikle ilgi çekici olabilir, çünkü önceki lezyon çalışmaları bu beyin bölgesinin birçok ters öğrenme biçiminde rol oynadığını belirtmiştir (yani, yan tersine çevirme görevinde test edilen mekansal geri dönüş)34,35,36. Bu örnekte, strateji değiştirme paradigması tamamlandıktan sonra sıçanları kurban etmek ve açıklanan immünohistokimyasal yöntemler25 kullanarak OFC'deki c-fos 'u (nöral aktivasyon ölçüsü37)inceleyin ve burada kısaca açıklanmıştır.
    1. İlk olarak, hayvanlardan beyin çıkarın ve 40 μm dilimler halinde kesin.
    2. Dokuyu fosfat tamponlu salin (PBS) ile her biri 5 dakika boyunca 4 kat yıkayın, ardından endojen peroksidazları söndürmek için 10 dakika boyunca% 0.3 hidrojen peroksit içinde kuluçkaya yatırın.
    3. Pbs 2x'te her biri 5 dakika boyunca dokuyu yıkayın, ardından fare anti-c-fos primer antikorunda (1:500), % 3 normal eşek serumunda (NDS) ve bir gecede% 0.3 Triton X'te kuluçkaya yatırın.
    4. Ertesi gün, pbs 3x her biri 5 dakika boyunca doku yıkayın, sonra 2 saat boyunca biotin-SP-konjuge eşek anti-fare sary antikor (1:500) kuluçka.
    5. Pbs 3x'te her biri 5 dakika boyunca dokuyu yıkayın, ardından 1 saat boyunca avidin-streptavidin AB kompleksinde kuluçkaya yatırın.
    6. Her biri 5 dakika PBS 3x'te dokuyu yıkayın, ardından doku oksidasyon kromojenik reaksiyona girerken DAB çözeltisinde 10 dakikaya kadar kuluçkaya yatırın.
    7. Pbs 3x'te her biri 5 dakika boyunca dokuyu yıkayın, ardından beyin dilimlerini cam mikroskop slaytlarına monte edin.
    8. Toluen bazlı montaj ortamı ve parlak alan mikroskobu kullanarak görüntü kullanarak dokuyu kaplar.
      NOT: Burada, temsili sonuçlara yansıdığı gibi, sıçanlar strateji değiştirme paradigması sona erdikten 30 dakika sonra, tersine çevirme görevi tamamlandıktan yaklaşık 60-90 dakika sonra (her sıçanın hafif görevdeki performansına bağlı olarak) feda edilir. Bu c-fos ifadesi için en uygun zamanlamayı temsil etmelidir38, ters görevdeki performansı yansıtır.
  2. Alternatif olarak, stresin yürütülmesinden veya paradigmayı değiştiren operant stratejiden önce ilaç enjeksiyonu veya viral enjeksiyon için belirli bir beyin bölgesini kanüle edin.
    NOT: Araştırmacılar, sinirsel substratların manipüle etmenin stresin bilişsel esneklik üzerindeki etkilerini nasıl değiştirdiğini incelemek isteyebilirler. Örneğin, araştırmacılar test etmeden önce prefrontal kortekste belirli bir nörotransmitter reseptörü engelleyebilirler.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yukarıda özetlenen uyarlanmış otomatik operant strateji değiştirme paradigması, tekrarlanan kısıtlama stresinin erkek ve dişi Sprague Dawley sıçanlarında bilişi etkileyip etkilemediğine karar vermek için kullanılmıştır. Temsili davranışsal veriler aşağıdaki Şekil 2'de açıklanmıştır. Kısacası, kontrol ve sürekli kısıtlanan sıçanlar, bir dizi görevden oluşan bu operant strateji değiştirme testini gerçekleştirdi: yan ayrımcılık, yan tersine çevirme ve hafif ayrımcılık.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokol, stresin bilişsel işlev üzerindeki etkilerinin nasıl ölçüldük olduğunu gösterir. Özellikle, bilişsel esnekliği ölçen kemirgenlerde değiştirilmiş bir strateji değiştirme paradigması kullanılır (insanlarda Wisconsin Kart Sıralama Görevine benzer)1. Bilişsel esneklik, bilişsel işleme stratejilerini ortamdaki yeni koşullarla yüzleşmeye uyarlama yeteneğini gösterir ve normal günlük işleyiş için çok önemlidir2. Bilişsel esneklik üzerine yapılan insan çalışmaları çoğunluk...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar Hannah Zamore, Emily Saks ve Josh Searle'e Grafe laboratuvarında bu operat strateji değiştirme paradigmasını kurmadaki yardımları için teşekkür etmek istiyor. Ayrıca Analiz için MATLAB koduna yaptığı yardım için Kevin Snyder'a teşekkür etmek istiyorlar.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
3 inç cam pipet göz damlalıklarıAmazon4306-30-012LCVajinal lavaj için
Alkollü MendillerVWR15648-990Sıçanlar arasında set değiştirme kutularındaki tepsileri temizlemek için
Biotin-SP konjuge AffiniPure Donkey Anti-Mouse lgG (H + L), sığır, tavuk, keçi, kobay, hamster, at, insan, tavşan, koyun serum proteinlerine minimum çapraz reaksiyonJackson ImmunoResearch715-065-150Diğer tüm DAB protokolü boyama malzemeleri standart tamponlar/DAB'dir ve burada belirtilmemiştir, çünkü yöntem kağıdının ana odak noktası bu değildir
C-fos fare monoklonal birincil antikoruAbCamab208942Set kaydırmadan sonra beyin bölgelerindeki nöral aktivasyonu lekelemek için
Tozsuz Gıda PeletleriBio ServF0021Set değiştirme kutuları için (ödül için dağıtıcı)
GraphPad PrismVeri analizi için kullanılır
Leica DM4 B Mikroskop ve ilgili görüntüleme yazılımıLeicaMikroskop ve iş istasyonu için birçok farklı parça, görüntüleme lavajı ve / veya cfos
MatLabYazılımı; set kaydırma verilerini analiz etmeye yardımcı olacak kod, istek üzerine temin edilebilir.
Med-PC Yazılım PaketiMed AssociatesSOF-736Yazılımı; Edimsel Odaları işletmek için kodlar kullanır
Edimsel OdalarMed PCMED-008-B2Hazne kurulumu ve onunla çalışacak yazılım için birçok farklı parça; Ayrıca, istek üzerine temin edilebilen set kaydırma için ayrı bir kod yazdık.
Sıçan YatağıEnvigoT.7097
Sıçan ChowEnvigoT.2014.15
Kısıtlama CihazlarıBryn Mawr KolejiMağazamız tarafından yapılmıştırStrese maruz kalmak için; özellikler istek üzerine temin edilebilir.
Karalamalar 3d kumaş boyasıAmazon54139Vajinal lavaj için
Sprague Dawley SıçanlarEnvigoEn az D65 Erkekler ve Dişiler
VWR Superfrost Plus Mikro SlaytVWR48311-703Vajinal lavaj ve / veya beyin dilimleri / c-fos için boyama için

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hurtubise, J. L., Howland, J. G. Effects of stress on behavioral flexibility in rodents. Neuroscience. 345, 176-192 (2016).
  2. Bissonette, G. B., Powell, E. M., Roesch, M. R. Neural structures underlying set-shifting: Roles of medial prefrontal cortex and anterior cingulate cortex. Behavioural Brain Research. 250, 91-101 (2013).
  3. Vasterling, J. J., Brailey, K., Constans, J. I., Sutker, P. B. Attention and memory dysfunction in posttraumatic stress disorder. Neuropsychology. 12 (1), 125-133 (1998).
  4. Bangasser, D. A., Kawasumi, Y. Cognitive disruptions in stress-related psychiatric disorders: A role for corticotropin releasing factor (CRF). Hormones and Behavior. 76, 125-135 (2015).
  5. Nestler, E. J., et al. Neurobiology of depression. Neuron. 34 (1), 13-25 (2002).
  6. Keane, T. M., Marshall, A. D., Taft, C. T. Posttraumatic stress disorder: etiology, epidemiology, and treatment outcome. Annual Review of Clinical Psychology. 2, 161(2006).
  7. Seeman, M. V. Psychopathology in women and men: focus on female hormones. The American Journal of Psychiatry. 154 (12), 1641-1647 (1997).
  8. Hodes, G. E., Epperson, C. N. Sex Differences in Vulnerability and Resilience to Stress Across the Life Span. Biological Psychiatry. 86 (6), 421-432 (2019).
  9. Monika, T. -B., Antoni, F., Piotr, G., Marian, M., Krzysztof, Z. Wisconsin Card Sorting Test in psychological examination of patients with psychiatric disorders. Polski merkuriusz lekarski: organ Polskiego Towarzystwa Lekarskiego. 25, Suppl 1 51-52 (2008).
  10. Merriam, E. P., Thase, M. E., Haas, G. L., Keshavan, M. S., Sweeney, J. A. Prefrontal cortical dysfunction in depression determined by Wisconsin Card Sorting Test performance. The American Journal of Psychiatry. 156 (5), 780-782 (1999).
  11. Monchi, O., Petrides, M., Petre, V., Worsley, K., Dagher, A. Wisconsin Card Sorting revisited: distinct neural circuits participating in different stages of the task identified by event-related functional magnetic resonance imaging. The Journal of Neuroscience: the Official Journal of the Society for Neuroscience. 21 (19), 7733-7741 (2001).
  12. Bulin, S. E., Hohl, K. M., Paredes, D., Silva, J. D., Morilak, D. A. Bidirectional optogenetically-induced plasticity of evoked responses in the rat medial prefrontal cortex can impair or enhance cognitive set-shifting. eNeuro. 7 (1), 0363(2019).
  13. Chaby, L. E., Karavidha, K., Lisieski, M. J., Perrine, S. A., Liberzon, I. Cognitive Flexibility Training Improves Extinction Retention Memory and Enhances Cortical Dopamine With and Without Traumatic Stress Exposure. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 13, 24(2019).
  14. Drozd, R., Rojek-Sito, K., Rygula, R. The trait 'pessimism' does not interact with cognitive flexibility but makes rats more vulnerable to stress-induced motivational deficits: Results from the attentional set-shifting task. Behavioural Brain Research. 335, 199-207 (2017).
  15. Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set-shifting in the rat. The Journal of Neuroscience: the Official Journal of the Society for Neuroscience. 20 (11), 4320-4324 (2000).
  16. Floresco, S. B., Block, A. E., Tse, M. T. L. Inactivation of the medial prefrontal cortex of the rat impairs strategy set-shifting, but not reversal learning, using a novel, automated procedure. Behavioural Brain Research. 190 (1), 85-96 (2008).
  17. Grafe, L. A., Cornfeld, A., Luz, S., Valentino, R., Bhatnagar, S. Orexins Mediate Sex Differences in the Stress Response and in Cognitive Flexibility. Biological Psychiatry. 81 (8), 683-692 (2017).
  18. Snyder, K. P., Barry, M., Valentino, R. J. Cognitive impact of social stress and coping strategy throughout development. Psychopharmacology. 232 (1), 185-189 (2014).
  19. Brady, A. M., Floresco, S. B. Operant procedures for assessing behavioral flexibility in rats. Journal of Visualized Experiments. (96), e52387(2015).
  20. Sandi, C., Pinelo-Nava, M. T. Stress and Memory: Behavioral Effects and Neurobiological Mechanisms. Neural Plasticity. , 1-20 (2007).
  21. Shansky, R. M., Lipps, J. Stress-induced cognitive dysfunction: hormone-neurotransmitter interactions in the prefrontal cortex. Frontiers in Human Neuroscience. 7, 123(2013).
  22. Ragozzino, M. E., Detrick, S., Kesner, R. P. Involvement of the prelimbic-infralimbic areas of the rodent prefrontal cortex in behavioral flexibility for place and response learning. The Journal of Neuroscience: the Official Journal of the Society for Neuroscience. 19 (11), 4585-4594 (1999).
  23. Liston, C., et al. Stress-induced alterations in prefrontal cortical dendritic morphology predict selective impairments in perceptual attentional set-shifting. The Journal of Neuroscience: the Official Journal of the Society for Neuroscience. 26 (30), 7870-7874 (2006).
  24. Hatch, A., Wiberg, G. S., Balazs, T., Grice, H. C. Long-Term Isolation Stress in Rats. Science. 142 (3591), 507(1963).
  25. Grafe, L. A., Cornfeld, A., Luz, S., Valentino, R., Bhatnagar, S. Orexins Mediate Sex Differences in the Stress Response and in Cognitive Flexibility. Biological Psychiatry. 81 (8), 683-692 (2017).
  26. Animal Care and Use Committee, T. J. H. U. Species Specific Information: Rat. , Available from: http://web.jhu.edu/animalcare/procedures/rat.html (2020).
  27. Lapiz-Bluhm, M. D. S., et al. Behavioural assays to model cognitive and affective dimensions of depression and anxiety in rats. Journal of Neuroendocrinology. 20 (10), 1115-1137 (2008).
  28. McEwen, B. S. Permanence of brain sex differences and structural plasticity of the adult brain. Proceedings of the National Academy of Sciences. 96 (13), 7128-7130 (1999).
  29. Manber, R., Armitage, R. Sex, steroids, and sleep: a review. Sleep. 22 (5), 540-555 (1999).
  30. Sherwin, B. B. Estrogen and Cognitive Functioning in Women. Endocrine Reviews. 24 (2), 133-151 (2003).
  31. Becker, J. B., et al. Strategies and methods for research on sex differences in brain and behavior. Endocrinology. 146 (4), 1650-1673 (2005).
  32. Koch, C. E., Leinweber, B., Drengberg, B. C., Blaum, C., Oster, H. Interaction between circadian rhythms and stress. Neurobiology of Stress. 6, 57-67 (2017).
  33. Warren, B. L., et al. Neurobiological sequelae of witnessing stressful events in adult mice. Biological Psychiatry. 73 (1), 7-14 (2013).
  34. McAlonan, K., Brown, V. J. Orbital prefrontal cortex mediates reversal learning and not attentional set-shifting in the rat. Behavioural Brain Research. 146 (1-2), 97-103 (2003).
  35. Schoenbaum, G., Saddoris, M. P., Stalnaker, T. A. Reconciling the roles of orbitofrontal cortex in reversal learning and the encoding of outcome expectancies. Annals of the New York Academy of Sciences. 1121 (1), 320-335 (2007).
  36. Meunier, M. Effects of orbital frontal and anterior cingulate lesions on object and spatial memory in rhesus monkeys. Neuropsychologia. 35 (7), 999-1015 (1997).
  37. Zappulla, R. A., Wang, W., Friedrich, V. L., Grabel, J., Nieves, J. CNS activation patterns underlying motor evoked potentials as demonstrated by c-fos immunoreactivity. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 43, 155-169 (1991).
  38. Schoenenberger, P., Gerosa, D., Oertner, T. G. Temporal Control of Immediate Early Gene Induction by Light. PLoS ONE. 4 (12), 8185(2009).
  39. Chase, E. A., Tait, D. S., Brown, V. J. Lesions of the orbital prefrontal cortex impair the formation of attentional set in rats. The European Journal of Neuroscience. 36 (3), 2368-2375 (2012).
  40. Hancock, P. A., Warm, J. S. A dynamic model of stress and sustained attention. Human Performance in Extreme Environments. 7 (1), 15-28 (2003).
  41. Johnson, P. L., Molosh, A., Fitz, S. D., Truitt, W. A., Shekhar, A. Orexin, stress, and anxiety/panic states. Progress in Brain Research. 198, 133-161 (2012).
  42. Leuner, B., Shors, T. J. Stress, anxiety, and dendritic spines: what are the connections. Neuroscience. 251, 108-119 (2013).
  43. Holmes, A., Wellman, C. L. Stress-induced prefrontal reorganization and executive dysfunction in rodents. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 33 (6), 773-783 (2009).
  44. Placek, K., Dippel, W. C., Jones, S., Brady, A. M. Impairments in set-shifting but not reversal learning in the neonatal ventral hippocampal lesion model of schizophrenia: further evidence for medial prefrontal deficits. Behavioural Brain Research. 256, 405-413 (2013).
  45. Nikiforuk, A., Popik, P. Long-lasting cognitive deficit induced by stress is alleviated by acute administration of antidepressants. Psychoneuroendocrinology. 36 (1), 28-39 (2011).
  46. Bondi, C. O., Rodriguez, G., Gould, G. G., Frazer, A., Morilak, D. A. Chronic unpredictable stress induces a cognitive deficit and anxiety-like behavior in rats that is prevented by chronic antidepressant drug treatment. Neuropsychopharmacology. 33 (2), 320-331 (2008).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

K s tlama StresiSprague Dawley S anlarMedyal Prefrontal KorteksOrbitofrontal KorteksPerseveratif HatalarYan De i tirme G reviI k Ay rt Etme G reviCinsiyet Farkl l klar

İlgili makaleler