Le Groupe attentionnel Set Shifting: une certaine flexibilité cognitive chez la souris

Résumé

L'objectif de ce protocole est de réaliser un test de comportement tels que l'ensemble attentionnel transfert de tâches (AST) pour évaluer la flexibilité cognitive préfrontal cortex médiation chez la souris.

Résumé

Cognitive impairment, particularly involving dysfunction of circuitry within the prefrontal cortex (PFC), represents a core feature of many neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders, including depression, post-traumatic stress disorder, schizophrenia and autism spectrum disorder. Deficits in cognitive function also represent the most difficult symptom domain to successfully treat, as serotonin reuptake inhibitors and tricyclic antidepressants have only modest effects. Functional neuroimaging studies and postmortem analysis of human brain tissue implicate the PFC as being a primary region of dysregulation in patients with these disorders. However, preclinical behavioral assays used to assess these deficits in mouse models which can be readily manipulated genetically and could provide the basis for studies of new treatment avenues have been underutilized. Here we describe the adaptation of a behavioral assay, the attentional set shifting task (AST), to be performed in mice to assess prefrontal cortex mediated cognitive deficits. The neural circuits underlying behavior during the AST are highly conserved across humans, nonhuman primates and rodents, providing excellent face, construct and predictive validity.

Introduction

L'ensemble attentionnel transfert de tâches (AST) a été développé comme une mesure de l'attention et de la flexibilité cognitive chez les rats plus d'une décennie il ya ^1,2. AST est calquée sur la composante intradimensional / extradimensionnel de la Cambridge neuropsychologique Automated Test Batterie (CANTAB) qui est utilisé pour identifier le dysfonctionnement cognitif chez les humains et les primates non humains ^3,4. Bien que la capacité d'apprendre des règles simples reste intacte, les déficits dans l'apprentissage de modifier une réponse quand les règles ont changé sont trouvés chez les patients souffrant d'une variété de troubles neuropsychiatriques (c., la schizophrénie, les troubles obsessionnels compulsifs, dépression), des troubles neurodégénératifs (c.-à- la maladie de Parkinson) et chez les patients présentant des lésions au cortex préfrontal ^5. Plus généralement, ces patients sont décrits comme ayant des déficits cognitifs dans la flexibilité. Déficits analogues ont été montré dans les deux primates non humains et les rongeurs lorsque les lésions to le cortex préfrontal ont été induite ^1,6-8. Ces déficits indiquent un état ​​de rigidité cognitive ou une capacité réduite de se déplacer ensemble attentionnel.

Un ensemble attentionnel est formé quand un sujet apprend qu'un ensemble de règles peut être appliquée à des stimuli complexes afin de différencier pertinente à partir d'indices pertinents. Par exemple, dans l'AST, les animaux vont apprendre à faire attention et répondre à la queue pertinentes (ie, moyen creuser) et ignorer un repère pertinent (ce est à dire, l'odeur), en associant une récompense alimentaire avec le milieu. Cette association est alors renforcée dans les tâches ultérieures où le type de creuser changements de moyennes et d'odeur, mais l'association jumelé entre les moyennes et récompense reste. Cette règle renforcé forme un ensemble cognitif. Deux étapes dans le protocole de mesure AST aspects de la flexibilité cognitive: inversion et le passage extra-dimensionnelle. Au stade de la reprise, les stimuli négatifs précédemment dans une dimensin (milieu dans cet exemple) est maintenant positive, ce qui remet en question l'animal à ignorer les stimuli positifs de l'étape précédente. Par exemple, si le milieu était senti creuser les stimuli positifs dans l'étape précédente et de papier était les stimuli négatifs, maintenant ce est l'inverse. Cela remet en question la flexibilité de l'animal en ce qu'elle doit maintenir l'ensemble de l'attention (ce est à dire, le milieu est la dimension pertinente) tout en modifiant la règle appris de relance et la récompense paire dans une dimension. La formation d'un ensemble attentionnel est contestée au stade de changement extra-dimensionnelle, lorsque la dimension non pertinente (odeur dans cet exemple) devient la dimension pertinente. Une réponse persévérative, comme indiqué par un choix continu en utilisant la règle appris précédemment, à chaque étape reflète un déficit de flexibilité cognitive.

études de lésion dans les deux primates non humains et les rongeurs ont montré des régions spécifiques du cortex préfrontal peut être attribuée à la capacité de perform étapes particulières de l'AST ^1,9. Les lésions au cortex orbitofrontal (OFC), une sous-région du cortex préfrontal (PFC), ont été montré pour induire des déficits dans l'inversion d'apprentissage sur le AST ^8. En outre, les lésions à la cortex préfrontal médial (MPFC) conduisent à des difficultés particulières dans l'exécution du décalage extra-dimensionnelle.

Alors que de nombreuses études utilisant l'AST ont été exécutées dans les rats et les primates non humains, relativement peu ont utilisé AST comme une mesure de la fonction cognitive chez les souris. Compte tenu de la facilité de manipulation génétique chez la souris, et la nécessité cruciale pour mesurer la fonction du cortex préfrontal à étudier une variété de troubles, l'adaptation et la validation de cette mesure comportementale chez la souris est un ajout important à la recherche sur les maladies associées à un dysfonctionnement PFC. Le protocole détaillé ici est une modification de la procédure de Brown et Birrell ¹ qui est optimisé pour des applications dans des souris et reflète un grand nombre de souris spécifiadaptations c qui ont été précédemment rapportées ^2,6,10-13.

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Protocole

REMARQUE: Les animaux utilisés dans cette étude sont des hommes C57Bl / 6J entre 4 et 6 mois pour des résultats optimaux. Souris sont maintenus sur un cycle de feu de recul afin de les tester commodément pendant la phase (foncé) active. Si le comportement est effectuée dans une pièce séparée du logement, les souris sont autorisés au moins 1 heure pour se acclimater transport suivant à la salle d'examen. Test comportemental est effectuée dans des conditions de lumière rouge minimiser les perturbations pour l'activité normale des souris aussi peu que possible tout en permettant l'éclairage suffisant de l'expérimentateur de suivre visuellement la session de test.

REMARQUE: Tous les aspects de la procédure expérimentale décrite ici ont été effectuées en accord avec le Guide de soin et l'utilisation des animaux de laboratoire, 8e édition (CNRC) et ont été approuvés par le Comité de protection des animaux et l'utilisation institutionnelle à l'Université du Texas Health Science Center à San Antonio.

1. Configuration expérimentale

1. Garnissez les ramequins en céramique (non-poreux; 1.5 "profondeur x 2,5 'de diamètre), à ​​la jante intérieure avec creuser moyenne (environ 1" du bas); tours de papier filtre coupées en deux et soudées à l'intérieur arrière du ramequin (figure 1A)
2. Casser céréales de petit déjeuner légèrement sucré sec (récompense alimentaire) - Honey Nut ou variétés enrobés de sucre, dans environ 20 mg pièces pour acclimatation, de formation et de test étapes.
3. Faire un ensemble attentionnel transfert de tâches (AST) chambre (figure 1B): Acclimatez train et tester chaque souris dans des chambres individuelles; recommander la production d'au moins 8 chambres.
   1. Construire une chambre de AST 12 "x 8" x 7 "; murs et portillon de départ en acrylique blanc opaque qui est facile à nettoyer avec 70% d'éthanol. Le style de guillotine, grille de départ amovible sépare chambre dans une zone d'attente (5 "x 8") et de la zone de test (7 "x 8").
   2. Inclure une Effacer 5221; x7 "cloison amovible qui sépare deux côtés de la zone de test de manière uniforme; couper trois ¼ "trous d'un diamètre dans la partie inférieure de la cloison pour permettre un accès en reniflant, espacée 1" et une part "de l'avant de la cloison (Figure 1C).

2. Procédure Aperçu (Figure 2)

1. Avant AST, souris de maison individuelle et de leur permettre de se adapter à un cycle lumière inverse pour au moins une semaine.
2. Acclimater, de former et tester chaque animal dans des chambres de tests individuels. Attribuez à chaque chambre pour une souris et propre avec 70% d'éthanol après avoir terminé la dernière journée d'essais. Cela permettrait de minimiser le stress lors des essais en faisant l'odeur de chambre comme "la maison-cage" ou "auto".
3. Parfumer les pots de test deux jours avant l'essai pour permettre l'odeur se dissipe; souris ne sera pas creuser dans des pots qui ont une odeur très forte. En utilisant une seringue avec une aiguille G 25, ajouter environ 0,1 ml dehuile essentielle à la partie supérieure du papier filtre.

3. Manipulation (Jours 1-8)

1. Poignée souris à partir 8 jours avant le premier jour de la restriction alimentaire. Cela permettra de réduire le stress associé à la manipulation au cours des essais.
2. Peser et le poids corporel record chaque jour de la manipulation. Manipulez chaque souris 2-3 min par jour.
3. Si plusieurs expérimentateurs doivent être impliqués dans l'essai d'un ensemble de souris, se assurer que chaque expérimentateur participe au processus de traitement pour augmenter la familiarité avec les expérimentateurs et réduire le stress et l'anxiété ont connu sur la formation ou de jours d'essais.
4. Continuer poids de manutention et d'enregistrement pendant la durée du test.

4. La restriction alimentaire (9-12 Jours)

1. Début 4 jours avant le début de l'acclimatation, placez la souris sur un régime restreint pour maintenir souris à 80-85% de leur poids corporel d'alimentation libre. Donner 1 gramme d'aliment par souris par jour. Si le poids du corps tombe au-dessousla gamme spécifiée donner deux grammes par jour jusqu'à ce qu'ils retournent à la gamme appropriée.
2. Placez deux ramequins à l'avant de chaque cage d'accueil afin de permettre souris se acclimater aux pots de test. Ce sont les mêmes points utilisés pour former la souris pour creuser pour une récompense alimentaire.
3. Ajouter 2 grammes de nourriture et une pièce de récompense alimentaire (un demi-morceau de céréales dans chaque) dans les ramequins chaque jour pendant quatre jours.
4. Si le comportement doit être effectuée dans une pièce séparée de celle où les souris sont logées, en commençant le jour 1 de la restriction alimentaire, les souris de transport à la chambre d'essai pendant au moins une heure par jour avant de retourner à la chambre de logement pour permettre les se acclimater à la chambre d'essai.
5. Le dernier jour de la restriction alimentaire, avant le début de l'acclimatation, changer la litière maison de cage. La literie de la cage ne sera pas modifié à nouveau qu'après le test est terminé pour réduire le stress ou l'anxiété vécue pendant la formation et les tests (sauf si absolument nécessaire).
6. Maintenirsouris sur la restriction alimentaire jusqu'à la fin des essais. Les jours de 13 à 17, donner de la nourriture de souris après acclimatation, la formation, ou les tests basés sur une estimation de la quantité de récompense en nourriture consommée (en général <1g de boulette de nourriture).

5. Acclimatation (jours 13 à 14)

1. Début deux jours avant le début de la formation, effectuez l'acclimatation pendant le cycle sombre sous lumière rouge.
2. Étendre une petite quantité de litière sale de la cage de la maison dans la chambre, cela permettra de réduire le stress d'être dans un nouvel environnement en introduisant une «maison-cage" familier ou "auto" l'odeur de la chambre d'essai (la même chambre sera utilisé pour une seule souris pour la durée de la formation et des tests).
3. Placer un ramequin nettoyer à l'eau dans la zone d'attente de la chambre; souris ont tendance à ne pas manger se ils ne ont pas accès à l'eau.
4. Placez les ramequins deux qui ont été utilisés pour la restriction alimentaire dans la zone de test avec une récompense alimentaire (~ 20Morceau de céréale mg) dans chacun d'eux.
5. Placez la souris dans la zone d'attente; retirer le portillon de départ et laisser la souris pour explorer la chambre pendant 1 heure.
6. Faire continuellement récompenses alimentaires (~ 20 mg de pièce de céréales) aux ramequins vides afin d'encourager les souris pour explorer la région de test et les pots fréquemment.
7. Se assurer que la souris ne peut pas voir l'expérimentateur tout au long de la période d'acclimatation de sorte que la présence de l'expérimentateur ne est pas un facteur de stress supplémentaire pendant l'essai.

6. Formation (Jour 15)

1. Placez la souris dans la zone d'attente.
2. Placez les ramequins vides, contenant chacun une récompense alimentaire (~ 20 mg de pièce de céréales), dans la zone de test et soulever le portillon de départ. Laisser la souris 3 min pour récupérer les deux récompenses alimentaires. Répétez cette étape plusieurs fois.
3. Ajouter graduellement la literie de la cage de sciure / souris pour les pots dans des essais ultérieurs. Autoriser la souris 3 min pour récupérer la récompense alimentaire de chaque pot avant de terminer la trial. Une fois que la souris a récupéré la récompense alimentaire de chaque pot, procéder à l'essai suivant. Si la souris ne fait pas les tentatives de creuser une fois la récompense alimentaire est partiellement couvert, des conseils peuvent être fournis (ce est à dire, saupoudrer de la poussière de céréales sur la zone de la récompense alimentaire, faire un renfoncement dans la sciure sur la zone de récompense alimentaire, de découvrir une partie de la récompense alimentaire).
4. Continuez à ajouter de la sciure / litière après chaque essai jusqu'à ce que la récompense alimentaire est entièrement couvert et la souris démontre de façon fiable la capacité de creuser dans un pot plein de trouver la récompense alimentaire.
5. Si une souris n'a pas démontré de façon fiable la capacité de trouver une récompense alimentaire dans un pot plein au sein de 2 heures du début de la formation, continuer à une deuxième journée de formation. Maintenir la souris sur la restriction alimentaire et répétez cette procédure le lendemain.
6. Si la souris ne parvient pas à creuser pour une récompense alimentaire après deux jours successifs, l'exclure du reste de l'expérience, et d'annoter comme un "pas réussi à creuser" dans l'expfiche erimental.

7. Test (Jours 16-17):

1. Le premier jour, tester la discrimination simple (SD), la discrimination composé (CD), inversion (R1), et le déplacement intra-dimensionnelle (IDS).
2. Sur deux jours, tester le changement intra-dimensionnelle 2 (IDS2), changement intra-3 dimensions (IDS3), inversion 2 (R2; en option), changement extra-dimensionnelle (EDS).
3. Paire médias et de senteurs que présentés dans le tableau 1.
4. Au moment de la manipulation, le jour du test, donner souris une récompense alimentaire pour éviter un manque de concentration pendant les essais en raison de la faim. De ce point jusqu'à la fin de la journée de tests, ne fournit pas d'autre nourriture que des récompenses pour les bons choix.
5. Au début des essais, en utilisant une pince (limite la propagation d'odeurs entre pots), placez un morceau de la récompense alimentaire dans le pot qui indique un choix correct. La récompense alimentaire devrait être entièrement couvert par les médias (voir Figure 3). Pour éviter une queue de parfum de la récompense alimentaire, saupoudrer de la poussière de céréales over tous les pots au début de la scène.
6. Placez la souris dans la zone d'attente à la porte de départ fermé. Placez les pots de chaque côté de la chambre d'essai. Le procès commence lorsque le portillon de départ est retirée et la temporisation est démarrée. Permettre à chaque souris à 3 min par essai de faire un choix. Enregistrez le choix (correcte ou incorrecte) et le temps jusqu'à ce que la souris a fait un choix pour chaque essai.
   REMARQUE: Un «choix» est indiqué par une tentative de creuser dans les deux pot. Une fouille ne est enregistré comme un choix si la souris a déplacé les médias et fourré son nez assez loin dans l'espace qu'il crée pour trouver la récompense alimentaire ou assez déplacés des médias pour découvrir la récompense alimentaire. Si une souris n'a pas fait un choix moins de 3 min, ce est enregistré comme pas le choix (inexacte).
7. Une fois qu'un choix a été fait pour les deux pot, retirer la casserole qui n'a pas été choisi dans la chambre d'essai. Si un bon choix a été fait, permettre à la souris pour terminer la récompense alimentaire avant de placer la souris dans le dosla zone d'attente. Si un mauvais choix est fait, permettre à la souris pour explorer le pot de montrer qu'il n'y a pas de récompense alimentaire pour ce choix avant de retourner la souris vers la zone d'attente.
8. À la fin de chaque essai, placez la souris de retour dans la salle d'attente et remplacer le portillon de départ.
9. Assurez-vous que la souris répond au critère des huit essais corrects affilée pour faire avancer à la prochaine étape de l'AST. Si une souris ne obtient pas huit bons choix consécutivement à moins de 50 essais, il échoue ce stade et ne peut se déplacer pour compléter le test. 6 aucun consécutives choix (3 min sans choix) est un échec à participer et interdit la souris de passer à l'étape suivante.

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Résultats

La mesure dépend typique de ce test est le nombre d'essais par étape pour atteindre le critère (ou 8 choix consécutives correctes). La figure 4A montre le nombre moyen d'essais pour satisfaire au critère à chaque étape traitée C57BL / 6J utilisant l'AST. Comme les souris forment un ensemble attentionnel sur la dimension de repère pertinent (odeur ou médias), la performance va se améliorer, comme indiqué par une réduction des essais pour satisfaire au critère en équipes intradi...

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Discussion

Les déficits de la flexibilité cognitive médiées par le PFC représenter une incapacité significative associée à une variété de troubles neurologiques et neuropsychiatriques, et peuvent avoir un impact majeur sur les résultats et la qualité de vie des personnes souffrant de ces troubles. Optimisation de l'AST pour une utilisation chez les souris est vital pour enquêter sur les fondements génétiques des maladies couplés à corticale préfrontale dysfonctionnement cognitif médiation. Nous avons trouvé...

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matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Testing Chamber			Fabricated in-house, specifications can be found in protocol
3 oz. Ramekins	BIA Cordon Bleu	900002S12	Purchased on amazon.com
Essential Oils:	Fronteir Natural Products Co-Op		Purchased on http://www.frontiercoop.com/prodlist.php?ct=anpceoeo
Clove Bud		191114
Red Thyme		191140
Lemon		190810
Cinnamon Leaf		191111
Rosemary		191133
Citronella Java		191112
Vanilla in jojoba oil		191231
Anise Seed		191102
Ginger		191121
Nutmeg		191161
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Lightly sweetened dry breakfast cereal loops	HEB		Honey nut toasted oats used in the protocol described, any lightly sweet coated breakfast cereal is recommended