The Dig Aufgabe: A Simple Scent Discrimination enthüllt Defizite Nach Frontal Brain Damage

Neuroscience
 

Summary

In diesem Protokoll wird eine neuartige Anwendung der Duft der Diskriminierung beschrieben. The Dig Aufgabe ist eine relativ kostengünstige Aufgabe, die verwendet werden, um frontal vermittelte Erkenntnis nach Schädigungen des Gehirns beurteilt werden kann.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Martens, K. M., Vonder Haar, C., Hutsell, B. A., Hoane, M. R. The Dig Task: A Simple Scent Discrimination Reveals Deficits Following Frontal Brain Damage. J. Vis. Exp. (71), e50033, doi:10.3791/50033 (2013).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Kognitive Beeinträchtigungen ist die häufigste Ursache für Behinderungen bei Menschen nach Schädigungen des Gehirns, doch die Verhaltensweisen Aufgaben zur Kognition in Tiermodellen der Hirnschädigung zu beurteilen fehlt. In Anlehnung an die operante Literatur unserem Labor verwendet eine grundlegende Duft Diskriminierung Paradigma 1-4 um Defizite in der frontal verletzt Ratten zu beurteilen. Bisher haben wir kurz die Dig Aufgabe beschrieben und gezeigt, dass Ratten, die mit frontalen Hirnschädigungen schwere Defizite in mehreren Tests innerhalb der Task 5 zeigen. Hier präsentieren wir Ihnen eine detaillierte Protokoll für diese Aufgabe. Ratten werden in eine Kammer eingebracht und zwischen zwei duftenden Sanden, von denen einer einen Verstärker enthält diskriminieren. Der Versuch endet nach der Ratte entweder richtig diskriminiert (definiert als das Graben in der richtigen Duft Sand), falsch diskriminiert oder 30 sec abgelaufen ist. Ratten, die richtig diskriminieren dürfen sich zu erholen und verbrauchen die Verstärker. Rats, dass discriminate fälschlicherweise werden sofort aus der Kammer entfernt. Dies kann durch eine Vielzahl von Auflösungen und neue Düfte fortzusetzen. Die primäre Analyse ist die Genauigkeit für jeden Duft-Paarung (kumulative Anteil richtige für jeden Duft). Die allgemeinen Erkenntnisse aus dem Dig Aufgabe legen nahe, dass es eine einfache experimentelle Präparat, Defizite bei Ratten mit bilateralen frontalen kortikale Schädigung im Vergleich zu Ratten mit einseitigen parietalen eintreten kann beurteilen. The Dig Aufgabe kann auch einfach in eine bestehende kognitive Testbatterie integriert werden. Die Verwendung von mehr Aufgaben wie diesem kann eine genauere Prüfung von frontalen Funktion folgenden Verletzungen, die therapeutischen Möglichkeiten bei der Behandlung führen können führen. Alle tierischen Einsatz wurde in Übereinstimmung mit den Protokollen von der Institutional Animal Care und Formate gebilligten durchgeführt.

Introduction

Brain damage aus Schädel-Hirn-Trauma (SHT) und Schlaganfall ist eine der führenden Ursachen für Tod und Behinderung in den Vereinigten Staaten. Zusammen sind diese Erkrankungen führen zu einem insgesamt fast 2,5 Millionen Fälle mit fast 500.000 mit Todesfolge oder Beeinträchtigung 6-7. Trotz dieser hohen Tribut auf die Gesellschaft haben nur sehr wenige Therapien entwickelt worden, um entweder TBI oder Schlaganfall zu behandeln. Bis zu einem gewissen Grad kann der Mangel an verfügbaren Behandlungsoptionen zu einer unzureichenden Verhaltens Einschätzungen von neuartigen Medikamenten und Therapien 8 zugeschrieben werden. Insbesondere gibt es einen Mangel an Aufgaben genau und feinfühlig die Wirkungen der Behandlungen auf die verschiedenen kognitiven Defiziten im Anschluss Hirnverletzung in der präklinischen Literatur. Derzeit wird der Großteil der kognitiven Einschätzungen dar, die durchgeführt werden, evaluieren räumlichen Gedächtnisses mit einem Labyrinth Aufgabe wie der Morris Water Maze 9. Es gibt mehrere Gründe für diesen Mangel an Tests, einschließlich der Zeit es braucht, umvollständig zu charakterisieren und zu bewerten kognitive Defizite, die schwere Vertrauen auf teure Ausrüstung und Know-how, um operante Aufgaben zu nutzen, und die Geschwindigkeit, mit der diese Auswertungen durchgeführt werden können. Zu diesem Zweck haben wir eine grundlegende Duft Diskriminierung Aufgabe, die Dig Aufgabe angepasst, zur Erkenntnis folgenden Hirnverletzung zu beurteilen. The Dig Aufgabe ist entworfen, um eine billige, schnelle und effektive Werkzeug zur Beurteilung kognitiver Dysfunktion folgenden Hirnverletzung von einem TBI oder Schlaganfall.

The Dig Aufgabe beruht auf den grundlegenden operante Prinzipien des Lernens und der Entscheidungsfindung. Da ist es nur ein zwei-entscheidung Paradigma, stellt diese Aufgabe eine der einfachsten Unterscheidungen, die gemacht werden können. In dem Protokoll unten die Details für den Aufbau der Aufgabe sowie die Trainings-Methodik beschrieben werden. Wir haben festgestellt, dass diese Aufgabe am stärksten ist bei der Beurteilung frontal vermittelten kognitiven Defizite gegenüber einseitigen parietalen Defiziten, jedoch hat es noch unter einem Modell getestet werdenHippocampus Schaden 5. Idealerweise würden diese Aufgabe zur Bewertung der Wirksamkeit einer Behandlung oder Therapie auf Rückgewinnung von frontalen Defizite nach einer Verletzung geeignet sein. Jedoch ist es möglich, daß mit Modifikationen dieser Aufgabe könnte auch verwendet werden, um komplexere Entscheidungs-Verhalten wie Impulsivität und generalisierte Matching erkunden.

Protocol

Ein. Materialien für Training und Testing erforderlich

  1. Prüfkammer. Jeder Container groß genug, um ein Tier und zwei Duft cups unterzubringen. Unser Labor genutzt modifiziert operante Kammern (Med Associates Inc.) mit Boden Bars entfernt, um Platz für Duft Tassen (Abbildung 1) zu machen.
  2. Scent Tassen und Becherhalter. Cups ausreichend breit und tief zu graben und einen Mechanismus / Halter, um sie (Abbildung 2) stabilisieren können.
  3. Scented Sand. Unsere Tests verwendete Protokoll Düfte zuvor gegründet, um nicht zeigen Antwort Bias bei Ratten (Kakao, Basilikum, Kümmel, Kaffee) 4. Jeder Duft Sand wurde bei einem Verhältnis von 1 g Duftstoff 110 g unscented, sauber Spielplatz "sand box" Sand vermischt und in luftdicht verschlossenen Behältnissen für bis zu 6 Monate gelagert werden.
  4. Reinforcer. Wir verwendeten Obst-Schleife Cerealienstücke als Verstärker. Wir empfehlen auszusetzen Tiere zum Verstärker (via Platzierung in ihre Käfige) 3 bis 5 Tage vor training um neophobic Reaktionen zu überwinden.
  5. Stoppuhr oder Timer.

2. Umgang mit Tieren vor dem Training

  1. Handhabung. Da die Tiere in platziert werden und aus den Kammern wiederholt über Schulung / Prüfung, empfehlen wir den Umgang mit Tieren drei bis fünf Tage vor dem Training, um sie mit Menschen in Kontakt vertraut zu machen.
  2. Motivierend. Um Tiere zu motivieren, an dieser Aufgabe durchzuführen, ist ein gewisses Maß an Nahrungsentzug notwendig. Lebensmittel Einschränkung sollte initiiert mindestens drei Tage vor Training und Tests und Tiere können bei 90% der free-Fütterung Gewicht gehalten werden. Typischerweise Mengen von 15-20 g chow pro Tag sind ausreichend, aber Tiergewichte sollte jeden zweiten Tag, während Lebensmitteln einzuschränken.

3. Dig Ausbildung

Ausbildung ein Tier im Sand graben können in durchschnittlich acht Sitzungen über einen Zeitraum von vier Tagen Zeit erreicht werden. Während dig training, sollte die Kammer bis indem zwei Duft Becher in den Mechanismus / Halter und platzieren Sie den Duft Tasse Setup in der Kammer eingestellt werden. Das allgemeine Verfahren wird unten mit dem Ziel der Formung des Tieres, von dem Konsum der Ansporner vollständig Graben im Sand um es abzurufen detailliert.

  1. Session 1 - Kammer Gewöhnung und Magazin Training. Vollständig ausfüllen Duft Tassen mit dem Verstärker (kein Sand). Platzieren des Tieres in die Vorrichtung 30 min erlaubt, das Tier frei zu verbrauchen den Verstärker.
  2. Session 2 - sand Gewöhnung. Vollständig ausfüllen Duft Tassen mit dem Verstärker und gießen Sie eine kleine Menge von unscented Sand in jede Tasse, Füllung nicht mehr als die Hälfte der Tasse. Platzieren des Tieres in die Vorrichtung 30 min erlaubt, das Tier frei zu verbrauchen den Verstärker.
  3. Session 3 - Oberfläche graben. Füllen Sie die Duft Tassen mit einem noch Mischung aus Verstärker und unscented sand, so dass mehrere Verstärker ausgesetzt. Platzieren das Tier in der Vorrichtung zum30 min erlaubt, das Tier frei verbrauchen die Verstärker. In dem Prozess des Verzehrs der freiliegenden Verstärkungsmittel, sollte das Tier zusätzliche Aussteifungen unterhalb der Oberfläche des Sandes aufzudecken. Das Tier sollte von der Verwendung ihrer Mund über seine Vorderpfoten jeden Verstärker aus dem Sand zu entfernen verschieben.
  4. Session 4 - graben. Füllt die Duft Tassen mit einem Gemisch aus 1 Teil bis 3 Teilen Ansporner unscented Sand, 1-2 Verlassen Verstärker ausgesetzt. Platzieren des Tieres in die Kammer für 30 min erlaubt, das Tier frei zu verbrauchen den Verstärker. Das Tier sollte beginnen, mit seinen Vorderpfoten zu graben, um zusätzliche Verstärker aufzudecken und entfernen Sie sie aus dem Sand. Tiere, die nicht anfangen, die Verstärker nach 10 min Zeit aufzudecken sollten unterstützt werden (sollte der Forscher ein Verstärker zu einem Zeitpunkt, zu entdecken, bis das Tier lernt) werden.
  5. Session 5 - full Graben. Füllen Sie die Duft Becher mit einer Mischung aus 1 Teil Verstärker auf 3 Teile unscented Sand, so dass keine Verstärker ausgesetzt. Place das Tier in die Apparatur für 30 min erlaubt, das Tier frei zu verbrauchen den Verstärker. Die Tiere sollten unterstützt je nach Bedarf. Einige Tiere müssen mehrere Instanzen dieser Sitzung, um zu zeigen, graben Verhalten.
  6. Session 6 - trial Struktur Gewöhnung. Platz drei Verstärker in der tiefen, mittleren und flachen Positionen in den Sand in jedem Duft Tasse. Legen Sie das Tier in der Kammer, bis alle drei aus jeder Tasse abgerufen werden, die Unterstützung nach Bedarf. Sobald alle abgerufen wurden, legen Sie das Tier in einer Haltevorrichtung für 15-30 sec und setzen Sie die Duft Becher wie in diesem Schritt beschrieben. Dann legen Sie das Tier in die Kammer zurück und wiederholen Sie den Vorgang, bis das Tier insgesamt vier Studien abgeschlossen hat. Das Tier sollte sich gewöhnt, in der Haltevorrichtung gelegt und graben beginnen sofort, wenn in die Kammer gelegt. Das Tier sollte auch zeigen, voller Graben Verhalten und Abrufen der Verstärker an der Unterseite des Duftes Tasse.
  7. Session 7 - single Verstärker. Legen Sie eine einzelne Verstärker bei der Hälfte der Tiefe des Sandes in jede Tasse. Legen Sie das Tier in der Kammer und lassen Sie es beide Verstärker abzurufen, und dann legen Sie sie in die Haltevorrichtung für 30 sec. Wiederholen Sie diesen Vorgang für insgesamt vier Studien. Das Tier sollte anfangen, schneller zu graben und erfordern nur minimale Unterstützung der Forscher.
  8. Session 8 - Mock Diskriminierungstests. Füllen Becher als in der Sitzung 7 beschrieben. Geben Sie das Tier 30 Sek., um beide Verstärker abzurufen. Legen Sie das Tier in der Haltevorrichtung, wenn beide abgerufen wurden oder 30 sec abgelaufen ist. Wiederholen Sie dies für die Anzahl der Studien, die in der Testphase verwendet werden. Die Tiere sollten lernen, schnell zu graben, wenn in die Kammer zurück gelegt.
  9. Weitere Sitzungen. Je nach anfänglichen Diskriminierungstests kann der Experimentator wollen zusätzliche Sitzungen durchzuführen, um das Tier mit den gegebenen Duft vertraut. Rats wird dazu neigen, zunächst weisen Neophobie und bevorzugen dievertrauten Düfte zuvor mit Verstärkung 10 zugeordnet.

4. Diskriminierung Testing

  1. Der Forscher sollten Sie einen Duft Paarung, darunter die Duft wird mit dem Verstärker geködert werden (korrekte Diskriminierung) und welche nicht. Weitere Entscheidungen, wie die Anzahl der Diskriminierungen und Umkehrungen, maximale Anzahl von Tagen und Tests, und ob vor der Verletzung Pretest wird sich weitgehend auf experimentelle Frage (siehe zusätzliche Hinweise unten) basieren.
  2. Ratten können getestet werden und Daten von Hand durch den Forscher aufgezeichnet. Der Forscher sollte für jeden Versuch aufzuzeichnen: richtig oder falsch Wahl, die Latenzzeit bis zum Graben zu initiieren, und Studien, in denen eine Ratte Zeiten auf.
    1. Die Zahl der Studien verabreicht sollte im Ermessen des Forschers sein (siehe zusätzliche Hinweise unten).
    2. Die Länge des Verfahrens sollte im Ermessen des Forschers sein (siehe zusätzliche Hinweise unten).
    3. Die researcher sollte zufälliger Prozess-Struktur (links-rechts Lage der Duft Tassen), mit dem Vorbehalt, dass nicht mehr als drei Versuche in einer Reihe auf einer bestimmten Seite sind. Dies wird dazu beitragen Seite Bias.
  3. Um jede Studie zu initiieren, legen Sie das Tier in die Kammer mit Blick auf die Rückseite, gleich weit entfernt von jeder Tasse. Platzieren eines Tieres näher an eine Tasse erhöhen die Chance der Entwicklung einer Vorspannung.
  4. Wenn das Tier richtig diskriminiert, lassen Sie es abrufen und verbrauchen die Verstärker und entfernen Sie sie dann an der Haltevorrichtung für 30 sec. Wenn es mal aus oder wählt falsch, entfernen Sie es sofort, bevor es "korrigiert" selbst, und legen Sie sie in die Haltevorrichtung für 30 sec.
  5. Wiederholen Sie diesen Vorgang für die gewählte Anzahl von Versuchen.
  6. Sobald ein Tier erreicht eine vorgegebene Kriterium (dh> 80% Genauigkeit pro Tag an drei aufeinanderfolgenden Tagen), kann das Tier zu bewegen auf die nächste Diskriminierung / Umkehr und wiederholen Sie den Vorgang.
  7. 5. Zusätzliche Hinweise

    1. Testen in unserem Labor festgestellt, dass Ausbildung und Prüfung der Arbeit am besten mit einer Hälfte einer Frucht loop Cerealienprodukt bis zur Sättigung zu vermeiden.
    2. Während des Trainings können manche Tiere brauchen mehr Hilfe als andere. Wir empfehlen zu tun, was notwendig ist, um zu graben Verhalten. Allerdings, sobald der Test beginnt, haben wir nie versuchen, zu intervenieren und zu verbessern einer Ratte Graben Verhalten.
    3. Variieren der Gesamtzahl der Versuche kann ausreichen für verschiedenen Labors. Testing in unserem Labor haben 6, 8 verwendet, und 12 Versuche pro Sitzung 1 Sitzung pro Tag und haben eine Vorliebe für die 8 Versuchsaufbau gefunden.
    4. Variation der Länge der Studie kann in einigen Versuchsaufbauten erforderlich (z. B. Tiere unter einem Stress-Paradigma kann erhöht Studie Zeiten oder insgesamt weniger Studien müssen).
    5. Eine voreingestellte Kriterium zu verwenden, um zu bestimmen, wenn ein Tier eine Diskriminierung beherrscht werden. Testen in unserem Labor haben eine Accurac erforderlichy größer als 80% (5/6 Versuche, 7/8 Studien oder 10/12 Studien) pro Tag an 3 aufeinanderfolgenden Tagen. Jedoch könnte eine höhere Kriterium (85%) eingesetzt werden.
    6. Voreingestellten Schwellenwerte / Maxima sollte für die maximale Anzahl von Tagen auf einem gegebenen Duft verbracht werden. Dies wird im Wesentlichen durch Fragestellung diktiert werden. Zum Beispiel sind unsere Laborstudien TBI und ab durch die progressive Natur der TBI, Ratten, die nicht Kriteriums getroffen haben auf einem Roman von Diskriminierung / Auflösung nach 12 Testtagen verschoben.
    7. Die Entscheidung, ob Pretest oder nur Nachtest ist eine Frage, die weitgehend durch experimentelle Richtung bestimmt. Vortests erlaubt es, einen Speicher Beurteilung auf dem Tier nach der Verletzung, die relevant sein können abhängig von der Art der Schädigung führen. Allerdings ermöglicht Beitrag Tests ein, um Unterschiede in Erfassungsrate auf die Diskriminierung zwischen den Gruppen zu untersuchen. Unser Labor hat und wird auch weiterhin beide verwenden.

Representative Results

Es gibt zwei wesentliche Variablen, die im Dig Aufgabe aufgezeichnet werden kann: Richtig / Falsch und Latenz. Allerdings können nicht-Antworten ebenfalls aufgezeichnet und analysiert werden, da sie möglicherweise wichtig, wenn man Motivation. Diese können verwendet werden, um Maßnahmen für die Analyse, wie Genauigkeit (# richtig / insgesamt Studien), als Reaktion Bias 11 und Latenz erzeugen. Diese Maßnahmen können verwendet werden, um verschiedene Arten von Lernen, je nach Ausführung des Experiments (siehe zusätzliche Anmerkungen oben) zu beurteilen. Pretesting von Tieren ermöglicht ein Forscher, um Speicher für einen gelernten Diskriminierung zu bewerten. Auflösungen von gelehrten Diskriminierungen ermöglichen ein Forscher, um zu sehen, wie gut ein Tier auf eine sich verändernde Kontingenz anzupassen. Lernen von neuen Diskriminierungen ermöglicht es den Forschern zu vergleichen Lernen über verschiedene Duft-Paarungen sowie die Auswertung Kapazitäten für neue Lernen.

Je nach Design der Studie (siehe zusätzliche Anmerkungen oben), können diese Maßnahmen werdenanalysiert in einem wiederholten Messungen Design oder kann in einer einzigen Variablen zusammengeklappt werden. Zuvor brach wir genau in eine Maßnahme der kumulative Anteil richtige, um jeden Duft Diskriminierung separat 5 analysieren. Diese durch Summieren der Anzahl der richtigen Unterscheidungen und Dividieren durch die Anzahl der Versuche für jede Diskriminierung aufgetreten. Eine Reihe von Einweg-between-subjects Analyse der Varianzen (ANOVA), dann wurden verwendet, um Unterschiede zwischen den Gruppen für jeden Post-Verletzungen Duft Diskriminierung zu untersuchen. Jedoch kann mehr Macht für die Analyse durch den Einsatz fortschrittlicher statistischer Techniken wie gemischte Effekte Modellierung erzielt werden. Eine andere Alternative ist, um das Signal-Detection-Theorie für die Datenanalyse nutzen. Dies ist ein beliebter Ansatz in der menschlichen Entscheidungsfindung Literatur und erlaubt dem Forscher, die meisten Daten aus einem bestimmten Thema in einer einzigen Grafik zu untersuchen und schnell die Genauigkeit, Bias, und Defizite 12. Wahl des analytischen Ansatz la werdenrgely durch experimentelle Frage getrieben, ob man über Arten des Lernens vergleichen will, bewerten eine einzige Art des Lernens oder wendet eine Entscheidungsfindung Zugang zu den Daten.

Nach bilateralen frontalen Hirn-Trauma, hat unser Labor herausgefunden, dass Ratten großen Defiziten leiden unter praktisch allen Arten des Lernens bei dieser Aufgabe. Frontal verletzte Tiere zeigten ein Defizit im Speicher für eine zuvor gelernten Diskriminierung sowie Schwierigkeiten beim Lernen die Umkehrung dieser Duft Paarung (Abbildung 3). Frontal Tieren hatte auch Schwierigkeiten Erlernen neuer Diskriminierungen (Abbildung 3). In Übereinstimmung mit früheren Untersuchungen 13, gab es auch eine große Zunahme der Variabilität in den frontal verletzte Tiere (Abbildung 3).

Im Gegensatz dazu haben einseitige parietalen Verletzungen in unserem Labor keine Defizite in allen Unterscheidungen in dieser Aufgabe dargestellt. Einseitige Ratten zeigten keine Defizite in mirmory für eine zuvor gelernt Diskriminierung und erwarb auch die Umkehrung der Diskriminierung sehr schnell (Abbildung 4). Sie lernten neue Duft-Paarungen sehr schnell sowie (Abbildung 4). Darüber hinaus war die Variabilität innerhalb der einseitig-verletzt Fraktion sehr niedrig, wobei die meisten Ratten Durchführen optimal auf die Aufgabe.

Abbildung 1
Abbildung 1. Tests in unserem Labor wurde in einer Reihe von Standard-operante Kammern (Med Associates Inc.), die für die Verwendung in dieser Aufgabe, indem vier aufeinanderfolgenden Boden-Bars zu öffnen Platz für zwei Duft Becher angepasst wurden durchgeführt.

Abbildung 2
Abbildung 2. Testen in unserem Labor genutzt PVC-Rohr-Endkappen (6 cm hoch und 5,5 cm im Durchmesser) wie der Duft cHöhen und ein Stück Plexiglas (10 x 22 cm) mit zwei kreisförmigen Löcher gebohrt (5,5 cm Durchmesser) als Duft Becherhalter.

Abbildung 3
Abbildung 3. Diese Grafik zeigt das typische Verhalten von Schein (blau) vs frontal verletzt (rot) Ratten über mehrere unterschiedliche Phasen des Testens in zwei verschiedenen Formaten. In Panel A, werden die Daten als Balkendiagramm mit weißen Punkten repräsentieren Datenpunkte für einzelne Ratten in jeder Gruppe vertreten. In Tafel B, werden die gleichen Daten in einem Liniendiagramm grafisch dargestellt. Es gab keinen Unterschied auf der vor der Verletzung Diskriminierung Akquisition. Jedoch nach Verletzungen und am selben Diskriminierung durchführen Sham-Ratten bei 93% kumulativer Prozent korrekt während verletzten Ratten bei 65% kumulativer Prozent durchzuführen richtig. Wenn eine Umkehr der Diskriminierung verabreicht wurde, injured Ratten unterschreiten Chance Leistung. Ebenso auf einer neuartigen Duft Diskriminierung frontal verletzt Ratten hatten Schwierigkeiten das Erlernen der neuartigen Paarung und blieb unterhalb Chance Leistung. Klicken Sie hier, um größere Zahl anzuzeigen .

Abbildung 4
Abbildung 4. Diese Grafik zeigt das typische Verhalten von Schein (blau) vs einseitige parietal-verletzten Ratten (grün) über mehrere unterschiedliche Phasen des Testens in zwei verschiedenen Formaten. In Panel A, werden die Daten als Balkendiagramm mit weißen Punkten repräsentieren Datenpunkte für einzelne Ratten in jeder Gruppe vertreten. In Tafel B, werden die gleichen Daten in einem Liniendiagramm grafisch dargestellt. Es besteht kein Unterschied zwischen den Gruppen auf eine der Diskriminierung. Einseitig-inverletzten Ratten durchgeführt oder, in einigen Fällen etwas höher als sham Ebenen nach einer Verletzung. Klicken Sie hier für eine größere Abbildung zu sehen .

Discussion

In diesem Video haben wir gezeigt, wie die Dig Aufgabe durchgeführt wird, kann mit relativ preiswerten Materialien und mit einiger Erfahrung werden, kann die Prüfung ziemlich schnell durchgeführt werden (~ 10 min / Tier). Dies ermöglicht die Aufgabe problemlos in bestehende Test-Batterien für TBI, Schlaganfall und anderen Hirnschädigungen integriert werden. The Dig Aufgabe ist auch robust, dass es verschiedene Aspekte der Kognition, darunter Auswertungen von früheren Lernens, Auflösungen und neue Akquisitionen (zB Shifter) zu beurteilen. Am wichtigsten ist, hat die Dig Aufgabe erwiesen sich als wirksam bei der Beurteilung frontal Funktion nach Hirnschäden. Darüber hinaus hat eine ähnliche dig Paradigma verwendet worden, um Wertübertragung in Ratten nach hippocampalen Schaden 4 studieren, und somit könnte leicht untersucht nach TBI werden.

Die Hauptvorteile von Aufgaben wie diesem sind die Fähigkeit, andere Formen der Erkenntnis als das, was üblicherweise in den meisten Hirnverletzung Bolzen getestet beurteilenies. Zur Zeit besteht ein Mangel an einfachen, schnell erworbenen Aufgaben für die Beurteilung der frontal-vermittelte Erkenntnis nach Hirnschäden. Im Bereich der experimentellen TBI, gibt es eine starke Abhängigkeit von Labyrinthen als alleinige Beurteilung des Erkennens 9. Diskriminierung und Wahlverhalten sind wichtige Aspekte der frontal-vermittelte Erkenntnis, die ausgewertet folgenden Hirnschäden werden müssen. Diese haben unter vielen verschiedenen Paradigmen (verzögert Matching-to-sample, differentielle Verstärkung der niedrigen reagiert, Aufwand-basierten Entscheidungsfindung, usw.) auf dem Gebiet der experimentellen Analyse des Verhaltens untersucht, sind aber in Studien von Hirnverletzungen fehlt 14-16. Die Entwicklung neuartiger Therapeutika zur Behandlung von Hirnschäden erfordert Validierung über mehrere Modalitäten der sensorischen, motorischen und kognitiven Funktionen. Aufgaben wie könnte dies unerlässlich geworden voll Beurteilung der kognitiven Funktion unter therapeutischer Behandlung.

Während die Dig Aufgabe rezeigt einen Schritt in die richtige Richtung zur Beurteilung Gehirnfunktion nach Verletzung, gibt es noch Einschränkungen darauf. Es ist beabsichtigt, dass sie einfach zu konstruieren, zu verwalten und zu analysieren, aber dies bedeutet, dass es obere Grenzen gesetzt, was es messen kann. Derzeit sind zwei Möglichkeiten alles, was unter den gegebenen Paradigmas beurteilt werden kann. Darüber hinaus ist die Dig Aufgabe nicht empfindlich genug, um andere Aspekte der frontalen Dysfunktion, wie Impulsivität, dass mit einem Tier Entscheidungsfähigkeit beeinträchtigen können behandeln.

Während die Dig Aufgabe gezeigt worden ist, erfolgreich zu sein für uns bei der Beurteilung Hirnschäden bei jungen Tieren, es gibt noch einige Dinge, die mit der Aufgabe getan werden, um weiter zu verfeinern und zu verbessern kann. Dazu gehören die Beurteilung speziellen Patientengruppen (Alter, Geschlecht, Stamm) und vergleicht sie direkt an die operante Paradigmen aus angepasst ist, Durchführen einer direkten Vergleich dieser Aufgabe mit anderen Aufgaben, die frontal Dysfunktion beurteilen nach der Verletzung, und die Erforschung additional Wege zur Analyse und zum Vergleich der Daten von der Aufgabe generiert. Diese Aufgabe wird entworfen, um einige der Probleme in unserem Bereich durch Testen frontal Funktion in mehrfacher Hinsicht nach Schädigungen des Gehirns anzusprechen. Allerdings kann eine Aufgabe nicht messen alle kognitiven Prozesse, die von einer Hirnverletzung betroffen sind. So befürworten wir, dass die Menschen zu entwickeln und auf Aufgaben wie die in diesem Protokoll beschriebenen besser einschätzen können Funktionsbeeinträchtigungen nach Hirnverletzungen weiter verbessern. Dabei können wir die Wirksamkeit von Medikamenten und Therapie-Entwicklung für Hirn-Verletzungen durch die Beurteilung über mehrere Maßnahmen zu erhöhen.

Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgments

Finanzierung für dieses Projekt wurde von ARRA Mittel aus NINDS Gewährung NS045647 vorgesehen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
EQUIPMENT
Operant Chamber Med Associates ENV-008CT Amount: 1 Standard operant chamber, no external devices.
Plexiglas Local Hardware Store N/A Amount: 1 sheet Cut into proper size to fit into chamber.
PVC Pipe End Caps Local Hardware Store N/A Amount: 2 / scent cup setup.
REAGENTS
Sand Local Hardware Store
Various Spices Local Grocery Store
Reinforcer Local Grocery Store

*Equipment is listed for construction per chamber.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set shifting in the rat. J. Neurosci. 20, 4320-4324 (2000).
  2. Bunsey, M., Eichenbaum, H. Conservation of hippocampal memory function in rats and humans. Nature. 379, 255-257 (1996).
  3. Eichenbaum, H., Fagan, A., Cohen, N. J. Normal olfactory discrimination learning set and facilitation of reversal learning after medial-temporal damage in rats: Implications for an account of preserved learning abilities in amnesia. J. Neurosci. 6, 1876-1884 (1986).
  4. Kaiser, D. H., Means, L. Value transfer across odor stimuli using probability of reinforcement in the rat. Behav. Processes. 73, 164-169 (2006).
  5. Martens, K. M., Vonder Haar, C., Hutsell, B. A., Hoane, M. R. Additional options for behavioral testing in rodent models of traumatic brain injury: A simple discrimination task used as a novel method of testing decision-making behavior. J. Neurotrauma. In press (2012).
  6. Writing Group Members. Executive summary: Heart disease and stroke statistics - 2012 update. Circulation. 125, 188-197 (2012).
  7. Injury prevention and control: Traumatic brain injury. Center for Disease Control. Available from: http://www.cdc.gov/TraumaticBrainInjury/index.html (2010).
  8. Narayan, R. K., et al. Clinical trials in head injury. J. Neurotrauma. 19, 503-557 (2002).
  9. Fujimoto, S. T., Longhi, L., Saatman, K. E., McIntosh, T. K. Motor and cognitive function evaluation following experimental traumatic brain injury. Neurosci. Biobehav. Rev. 28, 365-378 (2004).
  10. Mitchell, D. Experiments on neophobia in wild and laboratory rats: A reevaluation. J. Comp. Physiol. Psychol. 90, 190-197 (1976).
  11. Baum, W. M. On two types of deviation from the matching law: Bias and undermatching. J. Exp. Anal. Behav. 22, 231-242 (1974).
  12. Swets, J. A., Dawes, R. M., Monahan, J. Psychological science can improve diagnostic decisions. Psychological Science in the Public Interest. 1, 1-26 (2000).
  13. Stuss, D. T., Murphy, K. J., Binns, M. A., Alexander, M. P. Staying on the job: The frontal lobes control individual performance variability. Brain. 126, 2363-2380 (2003).
  14. Burkett, E. E., Bunnell, B. N. Septal lesions and the retention of DRL performance in the rat. J. Comp. Physiol. Psychol. 62, 468-471 (1966).
  15. Porter, M. C., Burk, J. A., Mair, R. G. A comparison of the effects of hippocampal or prefrontal cortical lesions on three versions of delayed non-matching-to-sample based on positional or spatial cues. Behav. Brain Res. 109, 69-81 (2000).
  16. Walton, M. E., Bannerman, D. M., Alterescu, K., Rushworth, M. F. S. Functional specialization within medial frontal cortex of the anterior cingulate for evaluating effort-related decisions. J. Neurosci. 23, 6475-6479 (2003).

Comments

1 Comment

  1. Unfortunately your experiment is confounded by odour cue. The rats that appear to be discriminating might in fact be locating the food reinforcer on the basis of its scent and not the scent of the sand it is buried in. To prove that the sand is functioning as a discriminative cue, you need to intersperse your testing sessions with probe trials that place the behavior on extinction. That being said, I still like what you are trying to do with this task and think that trying to bring more the refined behavioral tests that exist in the EAB into the neuroscience realm will ultimately prove fruitful.

    Reply
    Posted by: Jeff P.
    June 2, 2015 - 11:54 PM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Usage Statistics