Operante Verfahren zur Bewertung der Verhaltensflexibilität bei Ratten

Zusammenfassung

The ability to assess executive functions such as behavioral flexibility in rats is useful for investigating the neurobiology of cognition in both intact animals and disease models. Here we describe automated tasks for assessing strategy shifting and reversal learning, which are particularly sensitive to disruptions in prefrontal cortical networks.

Zusammenfassung

Exekutive Funktionen bestehen aus mehreren höheren kognitiven Prozesse, die Regelerzeugung und Verhaltensauswahl zu fahren. Eine emergente Eigenschaft dieser Prozesse ist die Möglichkeit, das Verhalten als Reaktion auf Änderungen in der eigenen Umgebung (dh Verhaltensflexibilität) einzustellen. Diese Prozesse sind für den normalen menschlichen Verhaltens und können in verschiedenen neuropsychiatrische Störungen, einschließlich Schizophrenie, Alkoholismus, Depression, Schlaganfall und Alzheimer-Krankheit gestört werden. Verständnis der Neurobiologie von Führungsaufgaben wurde stark durch die Verfügbarkeit von Tier Aufgaben für die Beurteilung der einzelnen Bestandteile der Verhaltensflexibilität, insbesondere Strategie Verschiebung und Umkehr Lernen vorangetrieben. Während verschiedene Arten von Aufgaben entwickelt worden, die meisten sind nicht automatisiert, arbeitsintensiv und erlauben Testen nur ein Tier auf einmal. Die jüngste Entwicklung der automatisierten, operante basierten Aufgaben für die Beurteilung der Verhaltensflexibilität optimiert testing, standardisiert Stimuluspräsentation und Datenaufzeichnung, und dramatisch verbessert den Durchsatz. Hier beschreiben wir automatisierte Strategie Verschiebung und Umkehr Aufgaben, mit operante Kammern, die durch eigens geschriebenen Software-Programme gesteuert. Unter Verwendung dieser Aufgaben haben wir gezeigt, dass die medialen präfrontalen Kortex regelt Strategie Verschiebung aber nicht Umkehr Lernen bei Ratten, ähnlich dem beim Menschen beobachteten Dissoziation. Außerdem Tiere mit einem Neugeborenen Hippocampus Läsion, eine neurologische Entwicklungsmodell von Schizophrenie, werden selektiv über die Strategie Verschiebung Aufgabe aber nicht die Umkehrung Aufgabe beeinträchtigt. Die Strategie Verschieben Task ermöglicht auch die Identifizierung von getrennten Arten von Leistungsfehlern, von denen jede zuzuschreiben unterschiedliche neuronale Substrate. Die Verfügbarkeit dieser automatisierten Aufgaben und Nachweise für die dissoziierbaren Beiträge der separaten präfrontalen Bereichen, macht sie besonders geeignet Assays zur Untersuchung der neurobiologischen Grundlagenprozesse sowie drug Entdeckung und Screening in Krankheitsmodellen.

Einleitung

Hochrangige kognitive Prozesse einschließlich Regelerzeugung, Verhaltens Auswahl und Strategie Auswertung werden gemeinsam als "Führungsaufgabe" oder bezeichnet "Verhaltensflexibilität ^ein." Solche Prozesse sind entscheidend für die normale kognitive Funktion und kann in so unterschiedlichen Erkrankungen wie Schizophrenie beeinträchtigt werden , Alkoholismus, Depression, Schlaganfall und Alzheimer-Krankheit ^2-7. Die Regulierung der Exekutivfunktion Prozesse in erster Linie durch Bereiche im frontalen Kortex vermittelt werden, einschließlich der dorsolateralen präfrontalen Kortex und orbitofrontalen Kortex beim Menschen ^8-10.

Die Entwicklung der Aufgaben auf Exekutivfunktion und / oder Verhaltensflexibilität in nichtmenschlichen Tieren, insbesondere Nagetiere zu bewerten, hat stark erweiterte das Verständnis der Neurobiologie der Erkenntnis ^11-14. Solche Aufgaben haben die Möglichkeit, verschiedene Komponenten der Verhaltensflexibilität getrennt zu messen, einschließlichStrategie Verschiebung und Umkehr Lernen. Strategie Verschiebung bezieht sich auf die Fähigkeit, aktiv zu unterdrücken einen zuvor gelernten Aktionsstrategie während Erwerb eines neuen, konkurrierenden Strategie, insbesondere über Konjunktur Abmessungen (extradimensionalen Verschiebung) - zB Wechsel von der Durchführung einer visuellen Diskriminierung aufgrund (Rot gegen das Grün, wo rot ist "richtige" und taktile Reize sind irrelevant) der Durchführung einer taktilen Diskriminierung (glatt gegen raue, wo glatt ist "richtig" und visuelle Reize sind jetzt irrelevant). Auf der anderen Seite beinhaltet Umkehr Lernen auch eine Änderung der Reaktionsstrategie, aber innerhalb der gleichen Stimulus Dimension - zB in "Rot gegen das Grün" Wenn beispielsweise rot bisher richtig, eine Umkehr würde das grüne diktieren, ist jetzt korrekt, während taktile Reize wäre irrelevant bleiben.

Mehrere Aufgaben entwickelt worden, um Verhaltensflexibilität bei Nagetieren zu untersuchen. Der Quer maze Aufgabe erfordert ein Tier, um entweder eine erste Richtung basierte Regel (zB "immer rechts abbiegen") oder eine visuelle basierte Regel (zB "immer in Richtung der visuellen Hinweis drehen") bis zu einem bestimmten Kriterium der Wahrnehmung erfahren. Dann wird das Tier benötigt, um unerwartet verschieben entweder über Modalität in die entgegengesetzte Regel (Strategie Verschiebung, ursprünglich als "nonreversal shift" ¹⁵ bezeichnet) oder verschieben innerhalb Modalität zur gegenüberliegenden Kontingenz (Umkehr Lernen) ^13,14,16. Solche Aufgaben sind empfindlich gegenüber Störungen in kortikalen und subkortikalen Netzwerke, in denen die präfrontalen Kortex, Thalamus und Striatum ^{1,13,14,16-18.} Eine andere Art von Aufmerksamkeits Satz schieb Task (manchmal als der Graben Aufgabe bezeichnet) erfordert Ausbildung Tiere zwischen zwei Behältern, die entlang von zwei oder drei Dimensionen Stimulus (Graben Medien, Geruch und / oder externen Textur) unterscheiden diskriminieren. Ähnlich zu dem Quer mazeAufgabe, Tiere sind dann verpflichtet, entweder über Abmessungen (Strategie Verschiebung) zu verschieben oder in der gleichen Dimension (Umkehr Lernen), und diese Aufgaben sind ähnlich empfindlich auf frontalen Kortex Manipulationen ^11,19. Ein Vorteil dieser Aufgabe ist, dass während der extradimensionalen Strategiewechsel, Ratten werden mit neuen Sets von Stimuli (Exemplare), die sicherstellt, dass die Leistung Beeinträchtigungen in dieser Phase sind wahrscheinlich auf Störungen in der Fähigkeit zur Aufmerksamkeits Satz, um verschiedene Aspekte verlagern vorgestellt Verbindung Stimuli, anstatt eine beeinträchtigte Fähigkeit zu stoppen Annäherung an einen spezifischen Stimulus zuvor mit Belohnung verbunden. Allerdings ist diese Funktion auch es schwieriger, den besonderen Charakter eines Defizits während eines festgelegten Verschiebung ermitteln.

Obwohl die oben beschriebenen Aufgaben wurden in der Literatur gut dokumentiert sind, beide aus einer Reihe von Verfahrens Nachteile, vor allem die Länge der Zeit, die für die Testtiere. Sowohldie Quer Labyrinth Aufgabe und das Graben Aufgabe kann nur ein Tier zu einem Zeitpunkt getestet werden soll; außerdem müssen Tests in Echtzeit von einem engagierten Experimentator verabreicht werden und kann bis zu mehreren Stunden pro Tag und Tier statt. Darüber hinaus werden die Präsentation von Stimuli und der Aufzeichnung der Verhaltensantworten bei beiden Arten von Aufgaben manuell von einem Experimentator gesteuert und sind daher anfällig für menschliche Fehler und subjektiven Interpretation.

Hier beschreiben wir eine automatisierte Methode für die Bewertung der Strategie Verschiebung und Umkehr lernen bei der Ratte mit operante Verfahren, die Stimulus-Steuerung und Darstellung der Daten zu optimieren, und dramatisch verbessern die Geschwindigkeit der Datenerhebung und Durchsatz ^20,21. Die verwendeten Form und Bahn Ratten beschriebenen Verfahren sowie die Komponenten der Aufgabe selbst und der Analyse der resultierenden Daten. Wir haben festgestellt, dass, wie die grenzüber Labyrinth und Graben Aufgaben, diese automatisierte Aufgaben sind empfindlich gegenüber Störungen im präfrontalenund subkortikalen Schaltung sowie auf eine neurologische Entwicklungs Manipulation, die Modelle Schizophrenie ^20-23.

Protokoll

HINWEIS: Alle hier beschriebenen wurden von der Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) in St Mary College von Maryland, oder der Canadian Council on Animal Care an der Universität von British Columbia genehmigten Verfahren.

1. Tiere

1. Verwenden erwachsenen männlichen Sprague-Dawley oder erwachsenen männlichen Long-Evans-Ratten.
   Hinweis: Obwohl die Unterschiede in der Leistung gegenüber beiden Stämmen sind formell nicht getestet, Long-Evans Ratten, neigen dazu, einen visuellen Hinweis Diskriminierung (unten beschrieben) etwas schneller als Sprague-Dawley-Ratten (Floresco, unveröffentlichte Beobachtungen) zu erwerben.
2. Nach der Ankunft in der Kolonie, Wohnungs adulten Ratten einzeln oder in Gruppen, abhängig von den Bedürfnissen des Experiments und der Beschränkungen der Anlage. Benutzen Wohnraum für Experimente, in denen Tiere Lebensmittel beschränkt, um eine bessere Kontrolle der Nahrungsaufnahme ist. Damit die Tiere in die Kolonie für mindestens 3 Tage nach akklimatisieren (ohne Behandlung oder Nahrungsmittelbeschränkung)Ankunft.
   HINWEIS: Ein kürzlich veröffentlichter Bericht hat vorgeschlagen, dass Experimentator Geschlecht kann sich negativ Maßnahmen von Schmerzen und Angstverhalten ^24, Erkenntnisse, die auf andere stressempfindlichen Verhaltensweisen einschließlich Kognition erstrecken kann beeinflussen. Gegenüber unseren Studien haben wir keine offensichtlichen Leistungsunterschiede bei Ratten durch männliche gegen weibliche Handlern trainiert beobachtet, obwohl wir noch nicht offiziell diese bewertet.
3. Behandeln Tiere täglich für ca. 3-5 min jeder, für mindestens 3 Tage vor Beginn der Verhaltenstests. Am ersten Tag der Behandlung, erhalten eine kostenlose Fütterung Gewicht für jede Ratte. Das Zielgewicht für die Lebensmittelbeschränkung, falls verwendet, werden 85-90% dieser freien Gewicht. Notieren Sie sich diese Zielgewicht, zum Beispiel in einem Labor Notebook oder am Käfig Karte des Tieres. In einigen Fällen können Lebensmittel Beschränkung nicht erforderlich, wenn der Verstärker verwendet wird, ist sehr schmackhaft (zB gesüßten Milch), obwohl Tiere zu schnell mit der Verwendung solcher Verstärker gesättigt wird.
4. Auf each der Handhabung Tage, die Handhabung der einzelnen Tiere abgeschlossen ist, Platz ungefähr 10-20 Belohnung Pellets in eigenen Käfig des Tieres an Ratten (die in der Regel neophobic sind) an der Bewehrung, die in der Aufgabe verwendet werden soll akklimatisieren (siehe Abschnitt 2.1.3 unten).
5. Im Laufe der drei Tage der Behandlung, schrittweise zu reduzieren tägliche Nahrungsaufnahme der Tiere, um sie an ihre Zielgewicht zu bringen. Achten Sie darauf, an den Käfigkarten oder andere Dokumentation, die die Tiere sind jetzt auf einer eingeschränkten Diät anzuzeigen.
   HINWEIS: Nahrungsbeschränkung insbesondere bedarf der Zustimmung des institutionellen IACUC oder andere Regulierungsbehörde vor allen Verfahren kann beginnen. Die allgemeinen Verfahren unten wurden von den Autoren institutionellen Agenturen genehmigt; sicher sein, alle entsprechenden lokalen und / oder nationalen Leitlinien für die zusätzlichen Anforderungen an den einzelnen Hochschulen zu konsultieren.
6. Wiegen Tiere mindestens zweimal in der Woche für die Gesundheit zu überwachen und sicherzustellen, dass die Tiere nicht wesentlich bel fallenow das Zielgewicht. Sicherzustellen, dass Wasser jederzeit frei zugänglich.

2. Ausrüstung und Software

1. Verwenden operante Kammern ausgestattet mit (mindestens) zwei versenkbare Hebel, zwei Konjunktur Lichter, ein houselight und eine Verstärkungsausgabeeinrichtung für diese Aufgaben.
   1. Zeigen die Hebel zu beiden Seiten eines zentralen Verstärkungslieferbereich mit einem Reiz oberhalb jedes Hebels befindet.
   2. Stellen Sie sicher, dass die houselight beleuchtet die gesamte Kammer, während nicht mit Erkennung der Stimulus-Leuchten, zB störende, legen Sie die houselight an der Wand gegenüber den Hebeln und Stimulus-Leuchten.
   3. Verwenden Sie schmackhafte Nahrung (zB Saccharose Pellets ^20,21 oder Saccharoselösungen ²⁵⁾ zur Verstärkung. Überall dort, wo es angezeigt ist, um "verstärken das Tier" unter, liefern eine 45 mg Saccharose Pellets oder eine vorgeschriebene Menge an Zuckerlösung.
2. Steuerreizdarbietung, Hebel operatiauf, und die Datenerfassung über eine Schnittstelle mit einem Computer. Kontaktieren Sie die Autoren enthalten genaue Informationen zur Aufgabenprogramme mit MED-PC-Software, ein Programm, das speziell für die Verhaltensprüfung und Datenerfassung konzipiert geschrieben.
   HINWEIS: Ein entscheidendes Merkmal der für die Verhaltenstests verwendeten Programme ist die Erfassung der Schlüsselvariablen auf Probe-by Versuchsbasis, darunter die Position des Cue-Licht, das durch das Tier ausgewählt Hebel, ob das Tier machte einen richtig, falsch oder keine Antwort (Unterlassung) und die Latenzzeit, um eine Wahl zu treffen. Diese Daten sind wichtig für die Beurteilung der spezifischen Arten von Fehlern bei der unterschiedliche Abschnitte der Wahl der Reihenfolge, wie unten beschrieben.
3. Am Anfang des Vorausbildung, weisen jedem Tier einem operant Kammer, wo sie jeden Tag während des Experiments überprüft werden. Testtiere bei ungefähr dem gleichen Tageszeit während des gesamten Experiments.
4. Saubere operante Kammern regelmäßig (mindestens einmal pro Woche) mit soap und Wasser und / oder eine antimikrobielle Lösung.

3. Vortraining

HINWEIS: Tiere, die einmal ihr Ziel Nahrungsmittel eingeschränkt Gewicht erreicht, können sie beginnen, die Gestaltung in der operante Kammern. Vortraining Verfahren dauern in der Regel etwa 10-20 Tage, mit erheblichen Schwankungen zwischen den Ratten. Siehe Abbildung 1C für einen Überblick über Verfahren.

1. Form Tiere Hebelpresse.
   1. Zug Tiere unter einem festen Verhältnis (FR) -1 Verstärkungsplan, dh eine Verstärkung für jede Hebelpresse geliefert. Die Formgebung kann verabreicht werden, entweder mit beiden Hebel verlängert (a Presse entweder verstärkt ist), oder an einem Hebel zu einer Zeit (beispielsweise einem Hebel pro Tag) mit dem Auftrag (links / rechts) in Tieren und / oder Versuchsbedingungen ausgeglichen.
      1. Für die Gestaltung mit beiden Hebel verlängert, weiterhin Gestaltung Sitzungen (eine 30-Minuten-Sitzung pro Tag) bis Tieren ein Mindestkriterium von mindestens 5 zu treffen0-60 Pressen pro Sitzung für zwei aufeinander folgenden Tagen. Dies dauert in der Regel ca. 3-6 Tage.
      2. Für die Gestaltung auf jedem Hebel einzeln, weiterhin Sitzungen auf dem ersten Hebel, bis Tiere reagieren mindestens 50-60 mal am ersten Hebel präsentiert. Anschließende Formgebung Sitzungen sollten die gegenüberliegende Hebel zu benutzen, bis die Ratte wieder dieses Kriterium erreicht. Typischerweise wird dieses zweite Kriterium schnell erworben, nachdem Ratten haben gelernt, die ersten Hebel drücken.
         HINWEIS: Formung auf einen Hebel zu einem Zeitpunkt dauert länger (das Tier Kriterium zweimal, einmal für jeden Hebel erfüllen), stellt aber sicher, dass die Tiere erhalten Erfahrung reagiert auf und das Wechseln zwischen den beiden Hebeln, eine kritische Komponente der Aufgaben unten beschrieben .
2. Geben Tiere versenkbare Hebel Schulungen, um sie mit dem Ein- und Ausfahren der Hebel vertraut zu machen, und um sicherzustellen, dass Ratten machen relativ wenigen Unterlassungen (typischerweise <5), bis sie auf die gehenHaupttestphasen der Aufgabe.
   1. Bei jedem Versuch, festzustellen, welche Hebel, um zu erweitern. Alternate Hebelverlängerungen in einer pseudo-zufälligen Reihenfolge, so dass es 45 linken Hebel Studien und 45 rechten Hebel Studien, aber nicht mehr als zwei aufeinanderfolgenden Studien erweitern die gleichen Hebel.
   2. Ziehen Sie die ausgewählten Hebel. Verstärken Sie das Tier für eine Presse an diesem Hebel innerhalb von 10 Sekunden nach dem der Hebel zurückgezogen wird.
   3. Wenn das Tier nicht innerhalb von 10 Sekunden zu reagieren, zurückziehen den Hebel und nehmen eine Lücke.
   4. Beginnen Studien alle 20 Sekunden während der gesamten Sitzung.
      HINWEIS: Während der versenkbare Hebel Ausbildung, kann vor der Belichtung auf Reiz Leuchten (Beleuchtung von sowohl der linken und rechten Reiz leuchtet bei jeder Hebelverlängerung) eingesetzt, um die Neuheit und Salienz der Instrumententafel-Leuchten zu verringern, und damit die Schwierigkeit des nachfolgenden werden Set-Shifting Aufgabe ^20. Mit diesem Verfahren wird deutlich die Anzahl der Versuche erforderlich sind, um Kriterium perfo erreichen erhöhenrmance auf der visuellen Hinweis Diskriminierung weiter unten beschrieben, und die Tiere können mehrere Tage benötigen, um diese Regel unter diesen Bedingungen zu lernen.
   5. Weiter versenkbare Hebel Trainingseinheiten (ein 30-Minuten-Sitzung pro Tag) für eine festgelegte Anzahl von Tagen oder bis Tiere erfüllen eine Mindestkriterium von fünf oder weniger Auslassungen zwei aufeinanderfolgenden Tagen. Dies dauert in der Regel ungefähr 5-10 Tage.
      1. Für Studien mit akuter Manipulationen (zB Drogentests), verwenden Sie eine feste Anzahl von Tagen (zB 5 Tage), um sicherzustellen, dass alle Ratten ähnliche Exposition gegenüber den Hebeln.
3. Beurteilen Tiere für Seitenpräferenz.
   1. Verhaltensseitenpräferenz unmittelbar nach der letzten Sitzung des einziehbaren Hebel Ausbildung Prüfung (am selben Tag; siehe Abbildung 1C). Seitenpräferenz Aufgabe besteht aus sieben Versuchen, von denen jeder zwischen zwei und acht Teilversuchen einer festen 20-sec intertrial Intervalls (ITI) getrennt sind.
   2. Aufjede Unter Studie erstrecken beide Hebel in die Kammer für 10 Sekunden, oder bis eine Hebelpresse Reaktion hergestellt wird. In dieser Phase der Ausbildung der Reiz Lichter leuchten nicht.
   3. Verstärken Sie eine Antwort zu beiden Hebel an der ersten Unter Prozess gegen jeden Versuch, und nehmen Sie es als das "erste Reaktion".
      1. Verstärken Sie keine Antworten auf die gleichen Hebel bei zukünftigen Unter Studien innerhalb der gleichen Studie. Es kann bis zu sechs nachfolgenden Reaktionen am gleichen Hebel mit einem Versuch, nach dem ein den Zwangsunter Studie. Eine erzwungene Sub-Studie nur aus der gegenüberliegenden Hebel für 10 s oder bis eine Antwort aus erweitert.
   4. Im Anschluss an die erste Reaktion auf jeden Versuch, verstärken die erste Reaktion auf die gegenüberliegende Hebel nach oben und beenden diese Studie. Somit sind innerhalb jedes Versuchs (enthaltend bis zu acht Unter-Studien), wird ein Tier benötigt, um zumindest einmal auf jedem Hebel reagieren.
   5. Definieren Seitenpräferenz jedes Tier als der Seite, auf welcher der majority der ersten Reaktionen statt (mindestens vier der sieben Studien).
   6. Wenn jedoch ein Tier proportional reagiert auf ein Hebel während der gesamten Sitzung (definiert als größer als ein 2: 1-Verhältnis), aufzeichnen, dass die Seite, wie das Tier bevorzugt.
   7. Beginnen Sie testen auf der nächsten Tag in Folge, nachdem die Seite Präferenztest.
      HINWEIS: In unserer Erfahrungen haben die meisten Tiere nicht eine starke Präferenz Seite anzuzeigen. Für diejenigen, die tun, ihnen zu verlangen, den Hebel gegenüber den Bias beim Ansprechen Diskriminierungstraining drücken Sie sorgt dafür, dass sie lernen, die spezifische Antwort-Belohnung Eventualitäten mit dem Hebel verbunden ist, und nicht nur reagieren auf eine bevorzugte Hebel.

4. Prüfung

HINWEIS: Die Tiere können in eine von drei Sequenzen, von denen jede beinhaltet zwei unterschiedliche Aufgaben getestet werden. Strategie Verschiebung wird mit Hilfe beurteilt (1) Set-Shifting von Cue auf Antwort und / oder (2) Set-Shifting von Response to Cue; reversal Lernen wird mit (3) Umkehr der Reaktion bewertet. (Eine vierte mögliche Sequenz, Umkehrung des Cue, wird nicht aus nachstehend genannten Gründen empfohlen.)

1. Allgemeine Informationen über Aufgaben und Sequenzen.
   1. Führen Sie jede Sequenz an aufeinander folgenden Tagen. Jede Sequenz wird mindestens zwei Tage in Anspruch nehmen (anfängliche Lern ​​Diskriminierung und dann verschieben oder Auflösung).
   2. Verwenden maximal zwischen 150 und 200 Prüfungen für eine einzelne Aufgabe, je nach Art des Experiments. (Beachten Sie, dass mit eine höhere Anzahl von Studien wird zwangsläufig bis 60 min oder mehr, die ein Faktor, der für die pharmakologischen Tests unter Verwendung von Verbindungen mit kürzeren Wirkdauer zu betrachten erhöhen die Gesamtsitzungszeit.)
   3. Für jede Sequenz, Versuchstiere in einer Task ("Set"), gefolgt von einer zweiten Aufgabe ("Shift" oder "Auflösung"). Testtiere für maximal 3 Tage (dh 450-600 Versuche) zu jeder Aufgabe, für ein Maximum von 6 Tagen insgesamt.
      1. EntfernenTiere, die nicht innerhalb von 3 Tagen Kriterium erreichen, auf der ersten Aufgabe ("Set") aus dem Experiment.
      2. Für Tiere, die nicht Kriterium innerhalb von 3 Tagen auf der zweiten Aufgabe ("Shift" oder "Auflösung") erreichen, weisen Sie eine maximale Punktzahl für Studien zum Kriterium, das die Anzahl der Versuche erlebt darstellt (dh 450 Studien für 3 Tage von 150 Studien jeweils).
      3. Wenn die Task-Parameter wurden geändert, so dass die Kontrolltiere können Kriterium Leistung an einem einzigen Tag zu erreichen, ändern Sie dann die Aufgabe, so dass alle Ratten nur eine Testsitzung gegeben, und geben Sie diejenigen, die nicht Kriterium innerhalb der vorgegebenen Anzahl von Versuchen die erreichen, Höchstpunktzahl (150-200 Prüfungen, je nachdem, wie die Aufgabe konfiguriert wurde).
      4. Während der Verschiebung oder Aufhebung Aufgabe müssen die Tiere entweder eine Sitzung starten, die die neue Regel sofort durchzuführen, oder geben sie 20 "Erinnerung" Studien, in denen sie die Aufgabe auszuführenmit dem in der ersten Phase der Ausbildung gelernt Regel, und dann schaltet der Regel während der Sitzung ^22.
         HINWEIS: Dieses letztgenannte Verfahren ist besonders nützlich für Experimente Beurteilung potenzieller pro-kognitiven Verbindungen, die Flexibilität zu verbessern kann, denn sie kann verwendet werden, um zu klären, ob eine bessere Leistung für eine Verschiebung / Umkehrung durch speziell auf erhöhte Flexibilität ist oder beeinträchtigt Abruf der vorherigen Regel, kann Lernen einer neuen während des Schaltvorgangs zu erleichtern.
2. Set-Shifting: Cue Task Antwort Aufgabe.
   1. Beginnen Sie die Untersuchung von Tieren auf der Cue-Task (siehe 1A), die Tiere für die Reaktion auf den Hebel unterhalb des beleuchteten Lichtreiz (Cue) verstärkt. Die Cue Aufgabe ist die "Set" Aufgabe in dieser Reihenfolge.
      1. Beginnen Sie jeden Versuch mit beiden Hebeln eingefahren.
      2. Beleuchten Sie entweder die linke oder rechte Reiz Licht für 3 Sekunden; erstrecken sich dann beide Hebel in die Kammer für 10s oder bis eine Antwort erfolgt.
      3. Verstärken Sie nur eine richtige Antwort auf die Hebel signalisiert. Auf eine Antwort zu beiden Hebel, die Hebel zurückziehen.
      4. Beginnen Studien alle 20 Sekunden während der gesamten Sitzung. Die Reihenfolge der Studien pseudozufällig zu bestimmen, so dass nicht mehr als zwei aufeinander folgenden Prüfungen erfolgen mit den gleichen Reiz Licht (links oder rechts) beleuchtet.
      5. Weiter Versuche, bis ein Tier Kriterium erreicht (abgeschlossen 10 aufeinanderfolgenden richtigen Antworten) und hat mindestens 30 Studien abgeschlossen oder bis 150-200 Prüfungen sind ohne Erreichen Kriterium abgeschlossen.
      6. Wenn dieses Kriterium nicht am ersten Tag erreicht ist, testen Sie das Tier auf dem Cue Aufgabe wieder am zweiten Tag, aber entfernen Sie die Notwendigkeit, ein Minimum von 30 Studien zu vervollständigen. Wenn dieses Kriterium nicht am zweiten Tag erreicht, Testen des Tieres auf dem dritten Tag nach dem gleichen Verfahren.
   2. Am nächsten Tag nach dem Erreichen Kriterium der Cue Aufgabe, zu verlagern, um die Tiere Antwort-Task (siehe Abbildung 1B), die Tiere für die Reaktion auf den Hebel gegenüber den Seitenpräferenz verstärkt, unabhängig von Konjunkturlicht (Cue) Beleuchtung. Die Antwortaufgabe ist die "Shift" Aufgabe in dieser Reihenfolge.
      1. Beginnen Sie jeden Versuch mit beiden Hebeln eingefahren.
      2. Beleuchten Sie entweder die linke oder rechte Reiz Licht für 3 Sekunden; erstrecken sich dann beide Hebel in die Kammer für 10 Sekunden, oder bis eine Antwort erfolgt. (Man beachte, dass die Position der Lichtreiz ist irrelevant für diese Aufgabe.)
      3. Verstärken nur eine Antwort auf die richtige Position Hebel (links oder rechts gegenüber der Seitenpräferenz des Tieres). Auf eine Antwort zu beiden Hebel, die Hebel zurückziehen.
      4. Beginnen Studien alle 20 Sekunden während der gesamten Sitzung. Die Reihenfolge der Studien pseudozufällig zu bestimmen, so dass nicht mehr als zwei aufeinander folgenden Prüfungen erfolgen mit den gleichen Reiz Licht (links oder rechts) beleuchtet.
      5. Weiter Versuche, bis ein Tier erreicht hatKriterium (abgeschlossen 10 aufeinanderfolgenden richtigen Antworten) oder bis 150 Versuche ohne Erreichen Kriterium abgeschlossen.
      6. Wenn dieses Kriterium nicht am ersten Tag erreicht ist, testen Sie das Tier auf dem Antwort Aufgabe wieder am zweiten Tag. Wenn dieses Kriterium nicht am zweiten Tag erreicht, Testen des Tieres auf dem dritten Tag nach dem gleichen Verfahren.

. Abbildung 1: Discrimination Aufgaben in der Set-Shifting Sequenz verwendet Diese Zahl zeigt die Aufgaben in der Cue-to-Antwortsequenz durchgeführt; beachten Sie, dass die Aufgaben sind die gleichen, nur in umgekehrter Reihenfolge, in der Antwort-to-Cue-Sequenz. (A) Bei der Sicht-cue Lernen Diskriminierung werden die Tiere auf eine Antwort auf den Hebel unter dem beleuchteten Stimulus Licht verstärkt. (B) Während der Reaktion Lern ​​Diskriminierung einimals sind zum Antworten auf einen Hebel (entweder links oder rechts), unabhängig von der Position des Stimulus Licht verstärkt. (C) Flussdiagramm, Reihenfolge der Trainingsphasen für eine typische Strategie Verschiebung Experiment von Vortraining zum Testen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieses Bild anzuzeigen.

3. Set-Shifting: Antwort auf Cue.
   HINWEIS: Diese Sequenz ist die, die am meisten von der Zugabe des visuell-Cue Licht Vorbelichtung Bedingung Vortraining ^20,21 profitiert (siehe Schritt 3.2.4 oben). Frühere Studien haben gezeigt, dass Vorbelichtung Ratten auf die Lichter während einziehbare Hebel Ausbildung macht die Antwort-to-Cue Verlagerung schwieriger und abhängig von der medialen präfrontalen Kortex. Umgekehrt nehmen präfrontalen Inaktivierungen nicht diese Art der Verschiebung beeinträchtigt, wenn diese Vortraining Verfahren nicht verwendet ^20.
   1. Begin Test Tiere auf dem Antwort Aufgabe, die Tiere für die Reaktion auf den Hebel gegenüber den Seitenpräferenz verstärkt, unabhängig von Konjunkturlicht (Cue) Beleuchtung. Die Antwort ist die Aufgabe "Set" Aufgabe in dieser Reihenfolge.
      1. Fahren Sie mit dem Test, wie in Schritt 4.2.2 (Antwort-Task) detaillierte oben.
      2. Haben Tiere füllen mindestens 30 Studien zu dieser Aufgabe, da es die "Set" Aufgabe ist.
   2. Am nächsten Tag nach dem Erreichen Kriterium der Antwort Aufgabe verschieben Tiere an den Cue Aufgabe, die Tiere für die Reaktion auf den Hebel unterhalb des beleuchteten Lichtreiz (Cue) verstärkt. Die Cue Aufgabe ist die "Shift" Aufgabe in dieser Reihenfolge.
      1. Fahren Sie mit dem Test, wie in Schritt 4.2.1 (Cue-Task) detaillierte oben. Das Minimum von 30 Studien abgeschlossen ist nicht erforderlich, wenn diese Aufgabe ist die "Shift" Aufgabe.
4. Umkehr der Reaktion.
   1. Start der TierePrüfung auf der Antwort Aufgabe, die Tiere für die Reaktion auf den Hebel gegenüber den Seitenpräferenz verstärkt, unabhängig von Konjunkturlicht (Cue) Beleuchtung. Die Antwort ist die Aufgabe "Set" Aufgabe in dieser Reihenfolge.
      1. Fahren Sie mit dem Test oben in Schritt 4.2.2 (Antwort-Task) beschrieben.
      2. Haben Tiere füllen mindestens 30 Studien zu dieser Aufgabe, da es die "Set" Aufgabe ist.
   2. Am nächsten Tag nach Erreichen Kriterium der Antwortaufgabe Versuchstiere auf eine Umkehrung der Reaktions Aufgabe, die Tiere für die Reaktion auf dem gegenüberliegenden Hebel als auf der ersten Aufgabe verstärkt, das heißt, der Hebel entsprechend ihrer ursprünglichen Seitenpräferenz. Diese neue Aufgabe ist die Antwort "Reversal" Aufgabe in dieser Reihenfolge.
      1. Fahren Sie mit dem Test, wie in Schritt 4.2.2 oben beschrieben, mit der Ausnahme, dass der verstärkte Hebelstellung ist nun gleich ursprüngliche Seitenpräferenz des Tieres.

5. Verhaltensmaßnahmen

1. Notieren Sie sich die Studien, um sowohl auf der "Set" Aufgabe und der "Shift" Aufgabe Kriterium. Versuche zur Kriterium ist der Hauptindikator für die Genauigkeit, definiert als die Anzahl der Versuche erforderlich sind, um 10 aufeinander folgenden Studien, einschließlich der 10 Studien zu vervollständigen. Man beachte, dass die Zahl der Lücken sollten aus diesem Maß berücksichtigt werden (beispielsweise, wenn eine Ratte erfordert 100 Versuche zur Kriterium zu erreichen, und macht 10 Auslassungen, die eigentlichen Versuche zur Kriterium ist 90).
2. Zählen Sie die Anzahl der Fehler, bevor Kriterium gemacht wurde sowohl auf der "Set" Aufgabe und der "Shift" Aufgabe erreicht. Fehler Criterion ist ein ergänzendes Maß für die Genauigkeit, die empfindlicher sind als Versuche zu Kriterium und wird nicht durch erhöhte Unterlassung Schwankungen beeinflusst sein kann.
3. Für Schichtfehlertypen, weiter zu analysieren, welche Arten von Fehlern auf der "Shift" Aufgabe einer Set-Schaltablauf vorgenommen.
   1. Zählen Sie einen Fehler,"Perseverative / regressive Typ", wenn ein Tier reagiert nicht korrekt auf der "Shift" Aufgabe nach der Regel, die auf dem Vortages "Set" Aufgabe richtig war. Dann verwenden Sie die folgenden Richtlinien, um derartige Fehler in perseverative und regressive teilen auf.
      1. Teilen Sie die "Shift" Sitzung in Blöcken von 16 aufeinanderfolgenden abgeschlossenen Studien (nicht enthalten weggelassen Studien). In jedem Block, festzustellen, welche Fehler die Definition dieser Art, also passen, machte die Ratte eine falsche Antwort, die auf die "Set" Aufgabe der Regel entspricht. Es werden maximal 8 möglichen Fehler dieser Art in jedem Block von 16 Studien sein.
      2. Partitur festgestellten Fehler als kehr bis weniger als sechs von ihnen sind in einem Block gefertigt.
      3. Beginnend mit dem nächsten Block und weiter bis zum Ende der Aufgabe, ein Tor Fehler dieser Art als regressiv.
      4. Wenn das Tier wurde in der "Sh getestetift "Task auf mehr als einen Tag, weiter Scoring Fehler, wenn die Blöcke zusammenhängend.
   2. Zählen Sie einen Fehler wie "nie verstärkten", wenn ein Tier reagiert nicht korrekt auf der "Shift" Aufgabe mit einer Antwort, die nicht korrekt sind entweder auf dem "Set" oder "Shift" Aufgabe war.
4. Zur Umkehr Fehlertypen, weiter zu analysieren, welche Arten von Fehlern auf dem "Reversal" Aufgabe einer Umkehr Lernsequenz hergestellt. (1) in perseverative und regressive Fehler, und (2) in Richtung-Ablenker und Außer-Distraktor Fehler: Umkehr Fehler werden sich in zwei Dimensionen gebrochen.
   1. Teilen Sie Gesamtfehler in perseverative und regressiv.
      1. Teilen Sie das "Reversal" Session in Blöcken von 16 aufeinanderfolgenden abgeschlossenen Studien. Zählen der Fehler in jedem Block (ein Maximum von 16 Fehlern möglich ist).
      2. Ergebnis Fehler kehr bis weniger als 10 von ihnen sind in einem Block gefertigt.
      3. Beginnend mit dem nächsten Block und weiter bis zum Ende der Aufgabe, ein Tor Fehler als regressiv.
      4. Wenn das Tier wurde in der "Auflösung" Task auf mehr als einen Tag getestet, weiter Scoring-Fehler, als ob die Blöcke zusammenkamen.
   2. Teilen Sie Gesamtfehler in Richtung-Ablenker (Stimulus Licht über der falsch ist, gedrückt Hebel leuchtet) und Außer-Distraktor (Stimulus Licht über dem korrekten, unverpresste Hebel leuchtet).
5. Notieren Sie sich die Anzahl der Prüfungen verzichtet, um ein breites Maß an Motivation Niveau des Tieres ist.
   1. Untersuchen Unterlassung Bewertungen nach jedem täglichen Test-Session, um auszuschließen, Gerätefehlfunktionen, die durch hohe Unterlassung Noten angezeigt werden können.
   2. In der Abwesenheit von Fehlfunktionen der Ausrüstung, auszuschließen Auslassung von Daten von Tieren, die mit abnorm hohen Anzahl von Lücken (im Allgemeinen ≥3 Standardabweichungen über dem Mittelwert) auf jeder Aufgabe.
6. Nehmen Antwortlatenzen durch die Messung der verstrichenen Zeit zwischen Hebelverlängerung und eine Antwort. Latenzen eine grobe Messung der motorischen Funktion und / oder die Geschwindigkeit der Verarbeitung.

Ergebnisse

Akute reversible Inaktivierung des präfrontalen Cortex durch Infusion des Lokalanästhetikum Bupivacain-Hydrochlorid (0,75%, 0,5 & mgr; l) in die prälimbischen Bereich über eine chirurgisch implantierte Infusionskanüle ²⁰ ca. 10 min vor dem Test durchgeführt werden. Weiterhin können die Effekte der Inaktivierung während entweder der ersten Aufgabe ("Set") oder der zweiten Aufgabe ("Shift" oder "Umkehr") bewertet werden, um mögliche allgemeine Wirkung auf Lernen zu untersuchen. 2 zeigt die Ergebnisse einer solchen Inaktivierungen Tier Durchführung der Cue-to-Response-Strategie-Schaltablauf. Präfrontalen Inaktivierung am ersten Tag, dem Cue / "Set" Aufgabe, nicht die Leistung (Abbildung 2A) beeinträchtigt, was darauf hindeutet, dass die medialen präfrontalen Kortex ist nicht für die anfängliche Lern Diskriminierung notwendig. Allerdings präfrontalen Inaktivierung am zweiten Tag, dem Response / "Shift" Aufgabe, signifLeistung in dieser Tiere sentlich beeinträchtigt benötigt eine wesentlich größere Anzahl von Versuchen, um Leistungskriterium (2B) erreichen. Wenn der präfrontale Kortex inaktiviert wurde, machte Tieren mehr kehrähnliche Fehler als nie verstärkten Fehler in der Shift-Task (2C). Diese Befunde replizieren vorherigen Daten hinsichtlich der Wichtigkeit der medialen präfrontalen Kortex für Strategieverschiebung und insbesondere bei der Unterdrückung eines zuvor erlernten Strategie ^13,20.

Umgekehrt haben Tiere in der Umkehrung der Reaktionsfolge ausgebildet dieses präfrontalen Abhängigkeit zeigen. Tiere, die Inaktivierung des präfrontalen Kortex auf der "Reversal" Tag nicht aus Kochsalzlösung infundiert Tiere entweder auf die erste Reaktion von Diskriminierungen (3A) oder die anschließende Umkehr (3B) ²⁰ .Diese Ergebnisse stehen im Einklang mit früheren Untersuchungen, die belegen, dass sich unterscheiden the orbitofrontal cortex, nicht die medialen präfrontalen Kortex, reguliert Umkehr Lernen auf einer Vielzahl von Aufgaben, ^12,19,26, einschließlich einer operanten Aufgabe ähnlich der hier beschriebenen ^27.

Abbildung 2. Die Inaktivierung des präfrontalen Kortex Impairs Strategie Shifting. A, Trials auf dem ersten Cue Scheidungsaufgabe ("Set") von Ratten, die Infusion von Kochsalzlösung oder Bupivacain (Bupi) in den medialen präfrontalen Kortex am Stichtag Kriterium. Präfrontalen Inaktivierung hatte keinen Einfluss auf Ersterwerb. B, Trials auf die Umstellung auf den Antwortaufgabe ("Shift") Kriterium folgenden medialen präfrontalen Infusionen mit Kochsalzlösung oder Bupivacain auf die Schalt Tag. Die Inaktivierung des präfrontalen Cortex beeinträchtigt den Strategiewechsel der Antwort Aufgabe.C, Fehlerarten von Tieren an der Schalt Tag begangen. Präfrontalen Inaktivierung vor der Schaltaufgabe ("Sal-BUPI" -Gruppe) führte zu einem Anstieg in perseverative artigen Fehlern. * P <0,05 vs. Kochsalzlösung-Salzlösung. Diese Zahl hat sich von Floresco et al modifiziert. ²⁰ Klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 3. Die Inaktivierung des präfrontalen Kortex Blätter Reversal Learning Intact. A, Prozesse, die während der ersten Reaktion Diskriminierung Ausbildung von Ratten, die dann erhalten würden Infusionen mit Kochsalzlösung oder Bupivacain (Bupi) in den medialen präfrontalen Kortex vor der Umkehr Ausbildung Kriterium. Es wurden keine Unterschiede gesehen. BProben, die während der Umkehrung der Reaktion Diskriminierung Kriterium, nach medialen präfrontalen Infusionen mit Kochsalzlösung oder Bupivacain. Präfrontalen Inaktivierung nicht Umkehr Lernen beeinträchtigen. Diese Zahl hat sich von Floresco et al modifiziert. ²⁰

In Abbildung 4 dargestellten Daten ist ein Beispiel dafür, wie erforderlich Ratten, "Erinnerung" Studien durchführen mit Hilfe der alten Regel vor einem Strategiewechsel in die Interpretation der Daten zu erleichtern. In dieser Studie (Enomotor und Floresco, unveröffentlichte Beobachtungen) wurden Ratten für Leistung auf den Erwerb einer visuellen Hinweis Regel am Tag 1 (4A) abgestimmt. Am Tag 2 erhielten die Ratten Fahrzeug oder 0,2 mg / kg Haloperidol. Zu Beginn des Tages 2 Testsitzung wurden sie 20 Studien gegeben, wo sie benötigt wurden, zu reagieren mit dem visuellen Hinweis Regel am Tag 1 erworben hat, nach der die Regel eingeschaltet Mitte der Sitzung auf eine Antwort Diskriminierung. Wie in Figur 4 dargestelltB, diese Behandlung während der ersten 20 Erinnerung Studien der Session beeinträchtigt Abruf der visuelle Hinweis Regel. Anschließend erforderlich Haloperidol behandelten Ratten weniger Versuche zu Kriterium (4C) zu erreichen, und machten weniger Fehler kehr (4D) auf dem Strategiewechsel. Beachten Sie, dass wir nicht genutzt hatte die Erinnerung Studien vor der Verschiebung, so können diese Daten interpretiert worden als Verbesserung in Reihe Schalten von Haloperidol. Allerdings ist die Wertminderung während der Herrschaft Abrufphase legt nahe, dass diese Effekte besser als Speicher für die zuvor erworbenen Regel, die auf weniger als Reaktion Konflikten geführt werden kann, wenn Ratten wurden benötigt, um eine neue Regel zu lernen und damit schnelleres Schalten beeinträchtigt haben verstanden.

Abbildung 4. Beeinträchtigte Regel Retrieval und den erleichterten Set-Shifting von Halop Induzierteeridol Behandlung. A, Trials auf visuellen Hinweis Diskriminierung Ratten, die Fahrzeug (Kochsalzlösung) oder Dopamin D2-Antagonist Haloperidol (0,2 mg / kg) vor dem Strategieschaltablauf am nächsten Tag empfangen wurden Kriterium. Tiere in beiden Gruppen zeigten vergleichbare Pre-Droge Leistung. B, Zu Beginn des Tests an Tag 2 erhielten die Ratten 20 Erinnerung Studien, in denen sie die Pläne weiterhin mit Haloperidol deutlich zurückgegangen Genauigkeit reagieren mit dem visuellen Hinweis Regel von Tag 1. Behandlung Während diese Mahnung Studien. C Nachdem der 20 Mahnung Studien verlagerte sich der Rechtsmittel Sitzung auf eine Antwort von Diskriminierungen. Haloperidol behandelten Ratten benötigt weniger Versuche zu Kriterium während der Schicht zu erzielen. D. Haloperidol-Behandlung auch kehr Fehler reduziert. Obwohl diese Daten könnte eine verbesserte Leistung, die Wertminderung in der Regel Wieder Anzeige im B schlagen zeigt an, dass die scheinbare "verstärkten Strategie Verschiebung" eher auf die reduzierten Störungen aus dem zuvor erworbenen Regel. Enomoto und Floresco, unveröffentlichte Beobachtungen. *, p <0,05 vs. Fahrzeug.

Die Neugeborenen-ventralen Hippocampus-Läsion (NVHL) Manipulation verwendet worden, um einige Aspekte der Schizophrenie bei Ratten ^28, insbesondere kognitive Beeinträchtigungen ^29,30 modellieren. Kurz gesagt, wird eine exzitotoxische Läsionen zum Hippocampus von 7 Tage alten Ratten verabreicht, und der Test wird in Erwachsenen (60+ Tage postnatal) durchgeführt. . Dies ist ein Modell der Hypothese auf Entwicklungsflugbahn der Schizophrenie ²⁸ Abbildung 5 zeigt die Leistung von NVHL und Kontrollratten auf der vorbelichteten Version der Set-Shifting: Antwort auf Sequence-Stimmung NVHL Ratten werden an das Erlernen der ersten Regel (Response / "Set unbeeinträchtigt. ", 5A), aber drastisch verschlechtert bei Umstellung auf die neue Regel (Cue / "Shift"), wie durch die Erhöhung der Anzahl der Versuche erforderlich sind, um Kriterium (5B) zu erreichen angezeigt. Darüber hinaus war dieses Defizit vor allem auf eine Erhöhung perseverative Fehler, wie es in 5C gezeigt ist, was darauf hindeutet präfrontalen Abnormalitäten ^20,21. Diese Ergebnisse bestätigen frühere Ergebnisse beeinträchtigen Strategie Verschiebung in NVHL Tiere mit Hilfe der Quer Labyrinth Aufgabe ^29.

Ähnlich wie bei den Daten von prefrontally inaktivierten Tieren oben gezeigt, wurden NVHL Tiere nicht in den Umkehr beeinträchtigt Lernen (6A, B), obwohl sie langsamer reagieren (6C, D) waren. Diese negative Erkenntnis impliziert, dass die beobachtete Verschiebung Strategie Defizite nicht auf eine einfache Unfähigkeit, zwischen Reizen ²¹ wechseln.

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Abbildung 5. Eingeschränkte Set-Shifting im NVHL Modell für Schizophrenie. Leistung auf dem vorbelichteten Version der Set-Shifting-Sequenz (Antwort-to-Cue) in NVHL und Schein-Kontrolltieren. A, wurden NVHL Tiere auf dem Antwort unbeeinträchtigt ("Set") Aufgabe. B, jedoch NVHL Tiere benötigt deutlich mehr Studien als Shams Kriterium auf der Visual Cue ("Shift") Aufgabe. C erreichen, Fehler auf der "Shift" Tag. NVHL Tieren mehr kehr Fehler als Schein-Tiere, aber nicht auf regressive oder nie verstärkten Fehler abweichen. * P <0,05 vs. Schein. Diese Zahl hat sich von Placek et al modifiziert. ²¹

Abbildung 6. Mangelnde NVHL der Wertminderung von Reversal Learning. A, B, NVHL und Schein Tiere nicht in ihrer Fähigkeit zu erwerben, entweder die erste Reaktion Lernaufgabe ("Set"), oder die Antwort Reversal abweichen. C, D, waren NVHL Tiere langsamer als Shams auf reagieren sowohl die "Set" und die "Auflösung" Aufgaben. Diese Zahl hat sich von Placek et al modifiziert. ²¹

Schließlich hat Pilottests zeigten, dass Tiere so gut wie nicht in der Lage, um eine Umkehrung der Cue Aufgabe, nämlich zu lernen, um den Hebel gegenüber dem Stimulus Licht beleuchtet drücken sind. Fünf von sechs Tieren getestet abgeschlossen 450 Umkehr-Studien (3 Tage) ohne Erreichen Kriterium, und der sechste Tier benötigt 418 Studien (Brady, unveröffentlichte Beobachtungen, Daten nicht gezeigt). Dies ist wahrscheinlich, da die Reiz Leuchten sind sehr ausgeprägten und reiz Hinweise, dass es sehr schwierig für Ratten, die direkt von ihnen reagiert machen. Somit ist diese Testsequenz nicht recommended.

Diskussion

Die Entwicklung von Verhaltens Aufgaben höheren kognitiven Konstrukte bei Nagetieren zu messen ist wichtig, Wissen über die Neurobiologie der Erkenntnis zu gelangen. Mit gut ausgebauten und validierte Aufgaben können Nagetieren auf Aufgaben der Komplexität bieten, den man von Primaten oder sogar Menschen zu beurteilen. Hier haben wir gezeigt, wie zwei Aspekte der Exekutivfunktion, Strategie Verschiebung und Umkehr Lern ​​können bei Nagetieren mit automatisierten operante Techniken untersucht werden. Mit diesen automatisierten Aufgaben haben wir frühere Ergebnisse in Quer Labyrinth und Graben Aufgaben in Bezug auf die neuronalen Substrate Set-Verschiebung und Umkehr lernen ^{11,13,18-21,27,29} repliziert, was darauf hindeutet, dass die operante Aufgaben gelten Einschätzungen davon konstruiert.

Diese automatisierte Aufgaben haben eine Reihe von Vorteilen und Vorteilen gegenüber bestehenden nicht-automatisierte Cross-Labyrinth und Graben Aufgaben. Überzeugendsten ist die überlegene Geschwindigkeit der Datenerhebung in der automatisierten operante Version. Jedereintägige Schulung oder Prüfung dauert nur 30-60 Minuten und ist vollständig computergesteuert minimaler Überwachung vom Experimentator muss. Darüber hinaus können mehrere Tiere gleichzeitig mit einem Mehrkammer operant Einrichtung geprüft werden. Jeder Task-Serie, von der Gestaltung bis zur endgültigen Prüfung können in ca. 2-3 Wochen abgeschlossen sein. Ein weiterer wichtiger Vorteil der automatisierten Aufgaben ist die präzise Steuerung der Reizdarbietung, wodurch die Möglichkeit der Versuchsfehler zu minimieren. So wird beispielsweise die Reihenfolge der Präsentation der Zielstelle für jeden Versuch durch den Computer, anstatt von einem Experimentator randomisierte und kontrollierte manuelle Rücksprache mit einem Trial-by-Testliste. Das Timing zwischen Studien wird genau gemessen und konsequent, und wird nicht durch die Zeit, die ein Experimentator an, zum Beispiel, nehmen Sie eine Ratte aus dem Quer Labyrinth oder die Grab Container neu anordnen verwechselt. Verstärkung Lieferung erfolgt automatisch und unterliegt nicht der Fehler Experimentator (zB zu vergessen, um die Köderrichtigen Arm eines Quer Labyrinth). Die Datenerhebung wird in ähnlicher Weise verbessert, die automatische Erfassung von Reaktionsmustern einschließlich der Messung von genauen Antwortlatenzen. In Abwesenheit von anderen motorischen Störungen können Änderungen Antwortlatenzen zum Hinweis auf Veränderungen der Verarbeitungsgeschwindigkeit zu schließen und / oder um das Niveau der kognitiven Komplexität einer Aufgabe ^21,22 beurteilen.

Die automatisierte Aufgaben behalten auch ein wichtiger Vorteil der Quer Labyrinth Aufgaben: die Möglichkeit, eine detaillierte Analyse der Fehlerarten auf der Verschiebung oder Aufhebung Tag gemacht durch. Die Unterscheidung zwischen Set-Shifting Fehler, die vom Vortag Strategie (perseverative oder regressive Fehler) zu replizieren und Fehler, die bisher unversucht Strategien (nie verstärkten Fehler) darstellen kann bei der Charakterisierung von spezifischen Defizite in Verhaltensflexibilität zu unterstützen. Insbesondere kehr Fehler frühzeitig im Testraumes anzupassen Unfähigkeit eines Tieres, um die vorherige st aufgebenrategy, während später auftretende regressive Fehler reflektieren Unfähigkeit eines Tieres, die neue Strategie zu erhalten, sobald perseveration hat ²⁰ aufgehört. Nie verstärkten Fehler können einen Ausfall, um die neue Strategie oder eine Unfähigkeit, systematisch nach einer Regel ²⁰ reagieren erwerben anzuzeigen. Frühere Befunde demonstrieren ^16,17,20 dissoziierbaren anatomische Basen dieser Arten von Fehlern sind auch wertvoll bei der Interpretation der Ergebnisse dieser Aufgaben.

Unsere Verfahren sind entwickelt worden, und für die Verwendung mit Ratten optimiert. Nachdem dies gesagt ist, andere Gruppen haben ähnliche Verfahren für die Prüfung gesetzt schieb Fähigkeiten bei Mäusen ³¹ verwendet. Allerdings müssen bestimmte Änderungen, mit Mäusen, die für Arten Unterschieden Rechnung verwendet werden. Dazu gehören mehr Präsentation der visuellen Hinweis Licht vor der Hebelverlängerung, Training über mehrere Tage mit 30 Prüfungen / Tag und Einbau einer Timeout-Strafe nach falsche Entscheidungen. Although diese Änderungen machen diesen Test weniger geeignet für die Verwendung mit pharmakologischen Herausforderungen, es nützlich für die Bewertung der kognitiven Flexibilität in genetisch veränderten Mäusen (obwohl unklar ist, ob diese Änderungen würde den frontalen Kortex Empfindlichkeit der Aufgabe zu erhalten) erweisen.

Natürlich gibt es auch Grenzen für diese Aufgaben. Einige dieser Einschränkungen ergeben sich aus der automatisierten Art der Aufgabe, während andere auf der Parameter der Aufgabe selbst beziehen. In Bezug auf die letztgenannte, das hier beschriebene Set-Shifting-Aufgabe (wie auch die grenzüber Labyrinth gesetzt schieb Aufgabe ²⁶⁾ verwenden einen eingeschränkten Satz von Reizen und Reaktionen. Im Gegensatz zu den Graben Aufgabe, auf dem Roman Exemplare (zB unbekannte Düfte oder Graben Medien) können verwendet werden, um neue Aufmerksamkeitssätze in jeder Phase ^11,19 zu konstruieren, der operanten Satz schieb Aufgabe erfordert notwendigerweise die Wahl zwischen zwei Reize, die bekannt sind, die Tier - entweder die linke vs.Recht Cue-Licht, oder die linke gegen rechte Position. Das heißt, die operante und Quer Labyrinth Set-Shifting Aufgaben umfassen Antwortkonflikt sowie Strategie Verschiebung, obwohl das Konzept der Verschiebung einer Strategie zu einem neuen, bisher nicht relevant Reiz Dimension erhalten bleibt ^20,23. Über einen entsprechenden Hinweis, der Set-Verschiebung und Umkehr operante Aufgaben wie hier beschrieben nicht für ein drittes Konjunktur Dimension zu ermöglichen, wie in der Aufgabe, die Graben Graben Medien, Geruch und Textur ^11,19 umfassen können. Allerdings haben wir das nicht als ein fataler Fehler nicht, da der operanten Satz schieb Aufgabe des Tieres, um die zuvor relevanten Diskriminierungsstrategie zu unterdrücken und sich um eine zuvor ignorierte Konjunktur Dimension bedarf noch. Darüber hinaus scheint es denkbar, dass Änderungen an den Geräten und Task-Parameter könnte die Hinzufügung einer dritten Dimension Stimulus, wie akustische Signale oder Geruch zu unterstützen, auch wenn diese Zusätze würden wahrscheinlich das Erlernen schwieriger und weniger amenable zu Ein-Tages-pharmakologischen Tests.

Schließlich ist auch eine mögliche Einschränkung jeglicher operante basierte Aufgabe der Verlust der direkten Informationen über Ratten Verhalten - dh der Experimentator nicht mehr gerade die Ratte. Wir sind der Meinung, dass die Vorteile in der Objektivität und Datenerfassung Geschwindigkeit durch Automatisierung verliehen mehr als wettmachen für diesen Verlust und Kameras in der operante Kammern angebracht sind eine relativ einfache Möglichkeit, einzelnen visuellen Zugang wieder herzustellen, falls gewünscht.

Es gibt eine Reihe von Schritten, die unternommen werden können, um erfolgreich mit diesen oper Aufgaben zu maximieren. Erstens, die Bedeutung der Umgang mit den Tieren vor Ausbildungsbeginn kann nicht überbewertet werden; wie bei jedem Verhaltens Aufgabe, sind gut behandelt Tiere leichter zu handhaben, sind weniger gestresst, und tendenziell weniger variablen Daten zu produzieren. Zweitens können einige Pilotversuche erforderlich sein, die beste Zeit des Tages, um Tests durchführen zu bestimmen; die wir während des Lichtzyklus testen und feststellen, dass performance ist optimal, wenn die Tiere am Ende dieses Zyklus getestet (zB ungefähr 4.00 für einen Lichtzyklus endet um 7:00 Uhr). Drittens sollte darauf geachtet werden, dass die stabile Leistung bei jedem Vortraining Bühne etabliert zu bestätigen, bevor ein Tier zu dem nächsten Schritt. Zum Beispiel, konsistente und robuste Leistung im versenkbare Hebel Trainingsstufe ist ein ausgezeichneter Indikator für kompetente Leistung auf dem "set" Diskriminierung Aufgabe. In Bezug auf die Geräte, auch wenn alle Schritte automatisiert sind, bleibt Experimentator Eingriff notwendig, um zu bestätigen, dass alle Komponenten in Ordnung sind. Zum Beispiel sollte eine Überprüfung der Ausrüstung täglich ausgeführt werden (oder mehr als einmal am Tag, wenn große Anzahl von Tieren sind in der Erprobung), um sicherzustellen, dass alle Lichter, Hebel und Lohn-Delivery-Systeme sind betriebsbereit. Insbesondere können Störungen in Lohn-Delivery-Systeme (insbesondere Pelletspender) drastisch auf die Leistung auswirken. Eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Unterlassungeneinem bestimmten Tag kann ein Problem mit der Belohnung Liefer Geräte zeigen und damit die Datenausgabe sollte jeden Tag von einem Experimentator mit der Aufgabe und den erwarteten Leistungsstufen vertraut überprüft werden. In Abwesenheit einer Fehlfunktion der Ausrüstung, kann eine hohe Anzahl von Auslassungen andere Probleme mit Motivation oder tierische Gesundheit zeigen. Wenn ein Tier ist ansonsten gesund, können Nahrungsmittelbeschränkung erhöht werden, um das Tier zu 80-85% der Free-Fütterung Gewicht für eine kurze Zeit dauern, bis die Leistung wiederhergestellt werden.

Diese Set-Verschiebung und Umkehr Aufgaben können in einer Vielzahl von experimentellen Paradigmen verwendet werden. Zum Beispiel könnten die Wirkungen von Manipulationen wie Läsionen, Entwicklungsbehandlungen, diätetische Manipulationen, langfristige medikamentöse Behandlung oder genetische Veränderungen untersucht werden. Während die Wirkung einer Behandlung auf dem Set-Shifting oder Umkehrstufe kann von primärem Interesse ist zu beachten, dass, da eine solche chronische oder dauerhafte Behandlungen müssen unbedingt vor trai verabreicht werdenning beginnt, Auswirkungen auf mehreren Stufen der Leistung (vor allem auf der ersten Diskriminierung oder "set") muss auch ²¹ untersucht werden. Die Verwendung von akuten Manipulationen, wie pharmakologische Behandlungen oder vorübergehende neuroanatomische Inaktivierungen, sind besonders gut geeignet, um diese Aufgaben. In solchen Fällen ist der Zusatz einer dritten Gruppe (wie in Abbildung 2 dargestellt) nützlich; so erhält der Hauptversuchsgruppe die Manipulation von Interesse am Tag der Verschiebung oder Aufhebung, während eine Kontrollgruppe erhält die Manipulation am Tag der ersten Diskriminierung oder "Set", um für eine breite Wirkung auf das Lernen zu testen und eine zweite Kontrollgruppe erhält keine Manipulationen (oder Scheinbehandlung) an beiden Tagen ^20,22. Beachten Sie, dass für eine solche Manipulation akuten Studien, ist es ratsam, Ratten Leistung während des Lernens der Anfangssatz entsprechen und ordnet diese entsprechend in der experimentellen Gruppe und (zweiten) Kontrollgruppe entsprechend. Diese minimIZES die Möglichkeit, dass behandlungsinduzierte Leistungsunterschiede können durch individuelle Unterschiede darin, wie leicht Ratten lernen, zwischen Reizen zu unterscheiden verwechselt werden. Außerdem, wenn ein Experiment benötigt Testen mehrerer Kohorten über Wochen oder Monate, je Kohorte sollten Tiere aller Versuchsgruppen umfassen. Zum Beispiel kann eine Untersuchung Testen der Wirkungen einer akuten pharmakologischen Manipulationen während eines Schaltvorgangs erfordern 48 Ratten insgesamt 3 Versuchsgruppen, in drei Kohorten von jeweils 16 Tieren getestet. In diesem Fall sollte jede Kohorte 5-6 Ratten in jeder Versuchsgruppe enthalten. Idealerweise sollten die statistische Analyse ein Faktor, gab es keine Unterschiede in der Leistung in jeder Gruppe von Ratten bestätigt umfassen. Schließlich können diese oper Aufgaben besonders nützlich für die Anwendung in vivo Aufzeichnungstechniken, einschließlich Mikrodialyse, Voltammetrie und Elektrophysiologie, aufgrund von Komponenten, wie beispielsweise der kontrollierten Umgebung, genauen Zeit Stimulus presentatIon und Antworten und eingeschränkte Bewegungen der Tiere, die nicht verfügbar oder praktisch in der Quer Labyrinth oder Graben Aufgaben.

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
Behavioral Chamber Package with Retractable Levers	Med Associates, Inc.	MED-008-B2	Required components include two retractable levers, two stimulus lights, houselight, and reinforcement delivery system
MED-PC software	Med Associates, Inc.	SOF-735
MPC2XL software	Med Associates, Inc.	SOF-731	Data transfer utility for importing raw data into Excel format
Dustless precision pellets, 45 mg, sugar	Bio-Serv	F0042