El 5-Choice Reacción Serial Tiempo de tareas: una tarea de atención y control de los impulsos para Roedores

Resumen

Este protocolo describe la tarea de tiempo de reacción serial 5-elección, que es una tarea basada operante utilizado para estudiar la atención y control de impulsos en los roedores. Desafíos días de prueba, que son modificaciones de la tarea estándar, aumentar la flexibilidad de la tarea y se pueden combinar con otras manipulaciones para caracterizar más completamente el comportamiento.

Resumen

Este protocolo describe la tarea de tiempo de reacción serial 5-elección, que es una tarea basada operante utilizado para estudiar la atención y control de impulsos en los roedores. Desafíos días de prueba, las modificaciones de la tarea estándar, se pueden utilizar para gravar sistemáticamente los sistemas neurales que controlan ya sea atención o control de los impulsos. Es importante destacar que estos desafíos tienen efectos consistentes sobre la conducta a través de laboratorios en animales intactos y pueden revelar es una mejora o déficits en la función cognitiva que no son aparentes cuando las ratas sólo se prueban en la tarea estándar. La variedad de medidas de comportamiento que se recogen se puede utilizar para determinar si otros factores (por ejemplo., Sedación, déficit de motivación, deficiencias del aparato locomotor) están contribuyendo a los cambios en el rendimiento. La versatilidad de la 5CSRTT se mejora aún más debido a que es susceptible de combinación con las técnicas farmacológicas, moleculares y genéticos.

Introducción

La tarea de tiempo de reacción en serie 5-elección (5CSRTT) fue desarrollado por Trevor Robbins y sus colegas de la Universidad de Cambridge con el fin de entender los déficits de comportamiento que presentan las personas con diagnóstico de trastorno de hiperactividad y déficit de atención (TDAH) ^1,2. Se basa en tareas de rendimiento continuos utilizados para estudiar la atención en los seres humanos ^3; con la atención que se define como la capacidad de asignar y mantener el enfoque de los recursos cognitivos de los estímulos o información específicos, ignorando otra información ^4. Aunque la tarea fue diseñado originalmente para su uso con las ratas ^1,2, una versión ratón también se ha desarrollado ^5,6.

El 5CSRTT básica requiere ratas para escanear una matriz horizontal de cinco aberturas para la presentación de un breve estímulo luminoso (localización) en una de las aberturas; una vez que la rata detecta el estímulo debe meter la nariz en la abertura iluminada para recibir una recompensa de pellets de azúcar. Por lo tanto, La tarea requiere ratas tanto a dividir su atención a través de las aberturas 5 espacialmente distintos y para mantener la atención hasta que se presenta el estímulo en un ensayo dado y a través de múltiples ensayos en una sesión de ^1,7. La atención se suele evaluar por la exactitud de las respuestas. Aunque el 5CSRTT fue diseñado originalmente para evaluar la atención, también se utiliza para evaluar el comportamiento impulsivo o la inhibición de respuesta ^1,7,8: la capacidad de retener el pre-potente o inapropiado responder ^9. Durante la tarea, las ratas deben retener de responder durante la duración del intervalo entre ensayo (ITI) y sólo responder una vez que el estímulo se presenta en una de las aberturas ^1. Por lo tanto las respuestas prematuras, los que se producen durante la previa presentación ITI al estímulo, proporcionan un útil índice de comportamiento impulsivo.

El 5CSRTT es una tarea increíblemente flexible-hay una serie de modificaciones de la tarea básica (es decir, los retos días de prueba)que se pueden implementar para examinar más detenidamente cómo experimental manipulaciones afectan el comportamiento. Por ejemplo, la disminución de la duración del estímulo o acortar el ITI son diferentes mecanismos para aumentar la carga de atención de la tarea y se puede utilizar para evaluar sistemáticamente subdominios de atención ^1,7,10-12. En contraste, el aumento de la duración del estímulo minimiza las demandas de atención de la tarea; esto puede ser usado para determinar si una manipulación interfiere con la capacidad de ejecutar los requisitos básicos de respuesta de la tarea ^12. El aumento de la duración de la ITI se puede utilizar para determinar si una manipulación particular, afecta a las respuestas impulsivas ^1,7,8,13-15. Por otra parte, utilizando retos días de prueba, como las que acabamos de describir, pueden revelar déficits ¹⁰ o mejoras ^16,17 de comportamiento que no son evidentes en las ratas bien entrenados a prueba utilizando los parámetros de prueba estándar.

Es importante destacar que la 5CSRTT es susceptible to combinación con un número de técnicas diferentes; por ejemplo, la cognición se ha investigado siguientes lesiones de áreas discretas del cerebro ^10,18-20, o neurotransmisor selectiva agotamientos ^2,21,22. Investigaciones farmacológicas comportamiento han utilizado ya sea ^16,17,23-28 o discreta administración intracraneal sistémica de fármacos ^29-32. Por otra parte el rendimiento se evalúa fácilmente después de la administración de drogas aguda y crónica ^{12,16,17,29-32 13,14,23,33.} Los efectos de la ejecución de la tarea en la liberación de neurotransmisores ³⁴ y la actividad metabólica ³⁵ en áreas discretas del cerebro también se han evaluado. Además, el rendimiento en la tarea se puede utilizar para separar las ratas en grupos basados ​​en ^30,31 rendimiento atencional línea de base o niveles de impulsividad ^15,32. Finalmente, con el advenimiento de una versión de ratón de la 5CSRTT ^5,6, la tarea se ha utilizado para investigar las contribuciones genéticas a la atención y impUlse controlan ^5,36-39.

Debido a que el 5CSRTT evalúa múltiples funciones cognitivas simultáneamente y es susceptible de uso en combinación de una variedad de enfoques farmacológicos, moleculares y genéticas se ha utilizado habitualmente para evaluar la disfunción cognitiva en el contexto de modelos animales de trastornos psiquiátricos y neurológicos. Por ejemplo, el 5CSRTT se ha utilizado para investigar la neurobiología subyacente a los trastornos cognitivos en el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) ^{37,40,41, 23,33,42} esquizofrenia, adicción a las drogas ^13,14,43-45, enfermedad de Alzheimer ^{18 , de 39 años,} la enfermedad de Parkinson ^36, y la enfermedad de Huntington ^37.

Este protocolo proporciona directrices para las ratas de capacitación sobre el 5CSRTT. Debido a una serie de medidas de desempeño se pueden recoger, describimos cómo los patrones comunes de results deben ser interpretados. Además varias modificaciones comunes en el protocolo básico, los desafíos diarios de la prueba, se describen.

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Protocolo

Este procedimiento requiere el uso de animales; estos procedimientos fueron aprobados por el Oberlin College Institucional Cuidado de Animales y el empleo Comisión y están en conformidad con la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio ^46.

1. 5CSRTT Aparato

1. Un diagrama esquemático del aparato de 5CSRTT se proporciona en la Figura 1.
   1. El aparato 5CSRTT consiste en una cámara de condicionamiento operante (30,5 x 24,1 x 29,2 cm) con 2 paredes laterales de plexiglás, y un suelo de rejilla de acero inoxidable.
   2. La pared frontal de aluminio es redondeada y contiene cinco aberturas Poke nariz (2,5 x 2,2 x 2,2 cm cada uno); cada abertura está equipada con un diodo emisor de luz (LED) y un sensor de infrarrojos capaz de detectar la inserción de la nariz de las ratas.
   3. La pared trasera de aluminio contiene la revista de los alimentos; esto está conectado a un dispensador de pellets y está equipado con un sensor de infrarrojos y una pequeña incandescent luz.
   4. Una casa de luz incandescente, capaz de iluminar toda la cámara se fija cerca de la parte superior de la pared trasera.
2. Casa del aparato 5CSRTT dentro de un ventilado, sonido atenuado cámara de condicionamiento operante.
3. Utilice un ordenador PC para controlar la cámara operante y para recoger datos.

2. Animal Vivienda y Preparación

1. El procedimiento requiere el uso de animales de experimentación; obtener la aprobación del Cuidado y Uso de Animales Comité Institucional (IACUC) antes de comenzar cualquier experimento.
2. Ratas Casa en pares.
   1. Mantener las ratas en un ciclo de luz 14:10 / oscuridad (luces encendidas a las 7:00 am) en una habitación con una temperatura constante de 22 ± 1 ° C.
   2. Permitir el libre acceso a las ratas mientras que el agua en sus jaulas, pero la comida limitarlos.
   3. Alimentación restringir ratas a 85-90% de su peso de alimentación libre de dos a cinco días antes del inicio de la formación y la revistaa lo largo de la formación y las pruebas 5CSRTT. Alimente ratas después de las sesiones diarias de entrenamiento y pesarlos todos los días para asegurarse de que están ganando peso (~ 5 g / semana).

3. Procedimiento 5CSRTT

1. Consideraciones de formación general 5CSRTT
   1. Ratas tren en una hora normal de día un mínimo de 5 días por semana; la formación se produce en varias etapas (ver Tabla 1) y toma varias semanas.
   2. Entrenar y probar las ratas en la misma cámara operante (ver secciones 3.2 a 3.5 más adelante); pequeñas desviaciones en el entorno de las ratas pueden afectar a su rendimiento.
   3. Al final de cada sesión de limpiar todas las superficies de la cámara con agua que contiene el desinfectante hipoclorito de sodio (u otro desinfectante después de consultar con su veterinario).
2. Formación Revista
   1. Introducir bolitas de azúcar (45 mg) a ratas en su jaula antes de la primera sesión. Esto minimiza la neofobia y asegura ratas se retbolitas de azúcar Rieve de la revista comida.
   2. Coloque las ratas en cámara operante (ventiladores en) con agujeros de abertura ocluida. Permitir que las ratas se habitúan a la cámara a durante 5 min.
   3. Entregar sesenta pastillas de azúcar a la revista ya sea en un intervalo de 20 segundos fijos (FI-20, día 1) horario o un calendario FI-30 (día 2).
      Nota: El houselight puede permanecer encendido durante la duración de la sesión y la luz de la revista debe ser iluminada con la entrega de pellets y puede permanecer encendido hasta que se recupera el sedimento.
   4. Al final de la nota sesión si se consumen gránulos de azúcar; continuar la formación durante un mínimo de 2 días o hasta que todas las pastillas se consumen.
3. Formación 5CSRTT
   1. La Figura 2 proporciona un esquema de un solo ensayo 5CSRTT.
   2. Coloque cada rata en una cámara operante con fans en. Permitir que las ratas se habitúan a la cámara a durante 5 min.
   3. Al final del período de habituación, iluminar la luz de la revista y entregar opellet de azúcar ne. La primera prueba comienza cuando se recupera este pellet.
   4. Comience cada ensayo con un intervalo entre ensayo (ITI) durante el cual se ilumina sólo la luz de la casa. Al final del ITI, la pseudo iluminar al azar una de las luces del hueco para la duración del estímulo prescrito. Permitir el tiempo rata para responder a la presentación del estímulo; el tiempo se deja que la rata para responder es el asimiento limitada (LH).
   5. Respuestas Poke nariz en el resultado abertura iluminada en la entrega de una pastilla de azúcar a la revista y la iluminación de la luz de la revista; tales respuestas se consideran las respuestas correctas. Apague la luz la revista e iniciar el siguiente ensayo sobre la recuperación de pellets.
   6. Respuestas Poke nariz en aberturas sin luz (respuestas incorrectas) y la falta de respuesta durante la LH (omisiones) dan como resultado un tiempo de espera (A). Apague la luz doméstica durante el TO. Señalar el comienzo de la siguiente prueba al final de la A a la iluminación de la luz doméstica.
   7. Puntuación respuestas Poke nariz durante el ITI como respuestas prematuras; castigar estas respuestas con un período TO. Vuelva a iniciar el mismo juicio después de un A causada por una respuesta precoz.
   8. Finalice cada sesión después de 90 ensayos o 30 minutos, lo que suceda primero.
   9. Para la primera etapa de la formación ajustar la duración del estímulo de 30 seg, la LH a 30 seg, el ITI a 2 segundos y la A a 2 seg. Ajuste estos parámetros a través de la formación de tal manera que la duración del estímulo es 1 segundo y el LH, ITI y A son los 5 segundos (ver Tabla 1). Mueva ratas a la siguiente etapa de formación una vez que han alcanzado los criterios de formación sugeridas. Ratas de prueba después de que exhiben un rendimiento estable en la etapa final.
      Nota: ratas Sprague-Dawley suelen alcanzar el rendimiento criterio (~ 65% de precisión, <20% omisiones) dentro de 4-8 semanas si está entrenado 5 días a la semana. Las diferentes cepas de ratas, sin embargo tienen diferentes habilidades para llevar a cabo la tarea. Por ejemplo, las ratas Lister encapuchados pueden alcanzar altos niveles deprecisión (> 80%) con un menor número de omisiones (<20%) con un estímulo duración corta (0,5 seg) (por ejemplo, Bari et al, 2008;.. Mizra y Bright, 2001). Se recomienda que los investigadores ajustar los parámetros de estímulo y criterio de rendimiento para reflejar cepa de rata (o el ratón) que se utiliza.
4. Pruebas 5CSRTT
   1. Calcular el rendimiento de referencia (% de precisión, omisiones%, respuestas prematuras) al promediar el rendimiento en cada medida a través de los últimos 3-5 sesiones (véase más adelante). Utilice estos datos para dividir a las ratas en grupos (si es necesario) o como base de referencia un ratas individuales.
   2. Utilice la prueba retos días (Tabla 2) a mayor comportamiento de la sonda.
   3. Porque dentro de los sujetos diseños, intercalar sesiones de entrenamiento con sesiones de desafío día de la prueba.
      Nota: Prueba retos día se pueden utilizar para complementar el examen de la conducta en la tarea estándar. Estas manipulaciones pueden revelar cambios sutiles en el comportamiento que no son evidentes después de una extensaentrenamiento en la tarea estándar y / o usarse para obtener una mejor comprensión de la naturaleza de un déficit de rendimiento.
5. Medidas de rendimiento 5CSRTT
   1. Utilice un ordenador para calcular las medidas de desempeño.
   2. La precisión de la respuesta (% de precisión): Dividir el número de respuestas correctas por el total de respuestas correctas e incorrectas. Esta es la principal medida de la atención.
      [# respuestas correctas / (# respuestas correctas + # respuesta incorrecta)] x 100
   3. Omisiones: Se divide el número de ensayos en los que la rata no respondió por el número total de ensayos completos. % Las omisiones pueden reflejar la atención, pero también pueden ser influenciados por la sedación, la motivación y la capacidad del motor, por lo que la interpretación de las omisiones depende de otras medidas de rendimiento.
      [# omisiones / (# omisiones + # respuestas correctas + # respuestas incorrectas)] x 100
   4. Respuestas correctas: Dividir el número de respuestas correctas por el número total de ensayos compborrarán.
      [# Respuestas correctas / (# omisiones + # # + respuestas correctas respuestas incorrectas)] x 100
   5. Respuestas incorrectas: Dividir el número de respuestas incorrectas por el número total de ensayos completos.
      [# Respuestas incorrectas / (# omisiones + # # + respuestas correctas respuestas incorrectas)] x 100
   6. Respuestas prematuros: Determinar el número de respuestas realizadas durante el ITI. Esta es la principal medida de la conducta impulsiva.
   7. Las respuestas de perseveración: Determinar el número de respuestas Poke nariz en cualquier apertura después de la rata ha dado una respuesta correcta, pero antes de la recuperación de la pastilla de azúcar. Esta es una medida de comportamiento compulsivo.
   8. Entradas Revista: Determinar el número de respuestas Poke nariz en el cargador. Esta es una medida de la motivación.
   9. Latencia para corregir Respuesta: Calcular el tiempo medio desde la aparición del estímulo a una respuesta correcta; una medida de la velocidad de procesamiento o la toma de decisiones.
   10. Latencia a la respuesta incorrecta: Calcular el tiempo medio desde la aparición del estímulo a una respuesta incorrecta; una medida de la velocidad de procesamiento o la toma de decisiones.
   11. Recompensa Recuperación Latencia: Calcular el tiempo medio de una rata para recuperar la recompensa de pellets de azúcar; puede reflejar la motivación.

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Resultados

Las manipulaciones de la 5CSRTT que Sonda visoespacial Atención

Un enfoque para la variación de las demandas de atención de la tarea es alterar la duración del estímulo. Como la duración del estímulo disminuye,% de precisión disminuye (Figura 3A) y% de aumento omisiones (Figura 3B; adaptado de 12). Así duraciones más cortas de estímulo aumentan las demandas de atención de la tarea y duraciones de estímulo más largos disminuyen ...

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Discusión

El 5CSRTT es una tarea ampliamente utilizado para evaluar la atención y control de impulsos en los roedores. Atención se mide más comúnmente por la exactitud de responder ^1,7,10. Debido a la precisión de la respuesta no incluye omisiones y porque tanto las respuestas correctas e incorrectas tienen el mismo requisito de respuesta (es decir., Una nariz meter en una abertura), la precisión no se ve influenciada por la capacidad del aparato locomotor, la motivación o sedación. El% omisiones tambi...

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Materiales

Name	Company	Catalog Number	Comments
Five Hole Nose Poke Wall Chamber Package	Med-Associates	MED-NP5L-D1	Alternatively one could use the standard package (Catalog #:MED-NP5L-B1) Deluxe
Dustless Precision Pellet	Bio-Serv	F0021	45 mg Purified