Une opérant intra / extra-dimensionnelle Set-shift Groupe pour souris

Résumé

Attentional set-shifting cognitive abnormalities are a core feature of many psychiatric diseases. Here, we present the development of a novel automatic system for the effective study of attentional set-shifting abilities, executive functions and other cognitive abilities in mice with high translational validity to human studies.

Résumé

Alterations in executive control and cognitive flexibility, such as attentional set-shifting abilities, are core features of several neuropsychiatric diseases. The most widely used neuropsychological tests for the evaluation of attentional set-shifting in human subjects are the Wisconsin Card Sorting Test (WCST) and the CANTAB Intra-/Extra-dimensional set shift task (ID/ED). These tasks have proven clinical relevance and have been modified and successfully adapted for research in animal models. However, currently available tasks for rodents present several limitations, mainly due to their manual-based testing procedures, which are hampering translational advances in psychiatric medicine. To overcome these limitations and to better mimic the original version in primates, we present the development of a novel operant-based two-chamber ID/ED "Operon" task for rodents. We demonstrated the effectiveness of this novel task to measure different facets of cognitive flexibility in mice including attentional set formation and shifting, and reversal learning. Moreover, we show the high flexibility of this task in which three different perceptual dimensions can be manipulated with a high number of stimuli cues for each dimension. This novel ID/ED Operon task can be an effective preclinical tool for drug testing and/or large genetic screening relevant to the study of executive dysfunction and cognitive symptoms found in psychiatric disorders.

Introduction

Attentionnel set-déplacement est une mesure de flexibilité cognitive et des fonctions exécutives ^1. Elle se réfère à la possibilité de basculer entre les règles internes arbitraires (les «ensembles cognitifs-attentionnel»). Les tâches neuropsychologiques les plus largement utilisés pour mesurer attentionnel ensemble décalage et la flexibilité cognitive chez l'homme sont le Wisconsin Card Sorting Test (WCST) ^{2 et} une version plus récente et la plus raffinée: l'intra et extra-dimensionnelle attentionnel jeu-shifting (ID / ED) de la Cambridge neuropsychologique Automated Test Batterie (CANTAB) ^3,4. Ces tâches ont été utilisées pour identifier les anomalies cognitives spécifiques dans un large éventail de troubles mentaux, y compris l'autisme, la schizophrénie ^{5 6,} troubles de la maladie de Parkinson ^7, les troubles obsessionnels compulsifs ^{8 et} déficit de l'attention / hyperactivité ^9. La pertinence clinique et l'approche méthodologique solide du WCST et l'ID / tests de ED ont attracted intérêt dans la mise en œuvre de tests similaires dans la recherche préclinique ^10,11. Ces tâches permettent la mesure sélective dans le même objet de différentes capacités cognitives telles que l'apprentissage discriminant, l'apprentissage d'inversion, la formation d'un ensemble attentionnel, le déplacement de l'attention au sein de la même dimension (.-À-dire, changement intra-dimensionnelle: IDS) et entre les différents dimensions perceptuelles (ie, changement extra-dimensionnelle:. EDS). Ceci est crucial parce circuits cérébraux distincts, ainsi que la neuropathologie pourraient modifier ces fonctions cognitives distinctes de différentes manières. Par exemple, une double dissociation ou l'effet de la spécialisation fonctionnelle a été démontrée entre le latéral (chez les singes et les humains) / médiale (chez les rongeurs) et les régions orbitales de la PFC dans les tâches de mise en déplaçant attentionnelles. Alors que le cortex orbitofrontal est plus impliqué dans les phases de retournement de ces tâches, la région de PFC latéral / médial régit les étages de décalage extra-dimensionnelles^12-14.

Versions de rongeurs de ces essais de set-shifting attentionnelles pour les primates ont été générés avec succès ^13-16. Cependant, certains aspects de ces versions de rongeurs ont limité leurs applications et utilisations. Par exemple, ces tâches sont exécutées manuellement et donc très laborieux et difficile à standardiser. En outre, la présence de renforcements alimentaires à l'intérieur des stimuli pourrait aboutir à une interprétation ambiguë des réponses des animaux et biais potentiel dans le choix de décisions ^10. Ces caractéristiques ont limité le débit des tests et, plus important encore, leur application dans les études génétiques et / ou criblage de médicaments à grande échelle.

Pour surmonter ces limitations et améliorer les applications potentielles de paradigmes ID / ED de décalage chez les rongeurs, nous présentons ici une tâche en fonction de opérant-deux-chambre roman de tester la flexibilité cognitive chez les souris. Cette tâche de roman imite étroitement la tâche ID / ED utilisé dans humain et nonprimates humains et contourne les problèmes de versions antérieures de rongeurs.

Protocole

Toutes les procédures ont été approuvées par le ministère italien de la Santé et le Comité de l'utilisation des animaux locale et ont été menées en conformité avec le Guide pour le soin et l'utilisation des animaux de laboratoire des directives du Conseil de la Communauté européenne.

Remarque: La figure 6 montre un calendrier de l'ensemble de la procédure du protocole pour tester ID / tâche de ED.

1. Appareil

Figure 1. Les deux-chambre appareil "Operon". (A) Vue depuis le sommet de l'ensemble du dispositif et (B) Vue de l'avant d'une seule chambre imitant la souris point de vue lors de l'essai. 1: stimuli visuels (DEL); 2: le magazine de la nourriture; 3: trou nez-poche; 4: stimulus tactile (texture); 5: stimulus olfactif; 6: porte coulissante automatique; 7: Maison -lumière; 8: Photocellule infrarouge pour commande de porte. Chambers (16 x 16 x 16 cm ³⁾ sont séparés par une porte en matière plastique transparente (6). Faisceaux lumineux infrarouges (8) ont suivi les mouvements d'animaux et contrôlaient l'ouverture / fermeture de la porte automatique pour permettre la souris pour changer chambres. Chaque chambre présente deux trous de nez pokes (3) avec faisceaux lumineux infrarouges, et, entre eux, un magazine alimentaire (2) avec des faisceaux lumineux où un distributeur de granulés livré le renforcement de la nourriture. Une maison-lumière (7) est situé au-dessus de chacun des deux magazines alimentaires. Chaque trou de nez-poche est équipé d'une série de stimuli variables qui pourraient varier en trois dimensions perceptuelles différentes (odeur, vue, tact). Initialement publié dans "Le nec plus ultra intra et extradimensionnels Attentional Set-transfert de tâches pour souris» ^19. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

contenu "> Remarque: L'appareil Operon (Figure 1) se compose de deux chambres identiques avec des murs en plexiglas et un plancher en aluminium (16 x 16 x 16 cm ³ pour chaque chambre) chambres sont séparées par un plexiglas transparent porte de séparation qui peut être automatiquement. contrôlée pour permettre la souris pour accéder à l'autre chambre. Chaque chambre dispose de deux trous de nez Poke avec faisceaux lumineux infrarouges, et, entre eux, un magazine de nourriture avec faisceaux lumineux où un distributeur de granulés livré le renforcement de la nourriture. Un ventilateur et une maison-lumière sont situés au-dessus de chacun des deux magasins d'alimentation.

1. Équiper chaque trou nez-poche avec un certain nombre de stimuli variables (Tableau 1) qui varient en trois dimensions perceptuelles différentes (par exemple, l'odeur, la vue, tactiles). Remarque: Les stimuli proposés dans le tableau 1 ont été sélectionnés afin d'éviter tout facteur et / ou biais de confusion en raison de l'évasion ou de préférence. Cinq paires d'exemplaires pour chaque dimension permettent un avecessais en objet de toutes les équipes, avec de nouveaux stimuli à chaque quart de travail.
   1. Pour offrir stimuli olfactifs dans les trous de nez Poke, utiliser un olfactomètre de dilution, qui conditionnent l'air entrant dans les trous de nez Poke par dessiccation automatiquement, le filtrage, la réhydratation et le contrôle de la présentation de paires de senteurs.
      1. Utilisez un olfactomètre à contrôler deux trous nez-sac. Réguler le flux d'air par une pompe à air et un vide pour l'élimination de l'odeur dans les trous de nez poche. Raccordez la pompe de l'air à l'entrée de l'olfactomètre et le vide aux sorties montés sur le dispositif nez-sac. Ensuite, connectez la sortie pour la livraison de l'odeur à chaque entrée nez-sac. Réglez le taux à 1,5 L par minute.
      2. Diluer senteurs odorantes 01h20 dans l'huile minérale et de remplir les bouteilles de l'olfactomètre.
   2. Pour stimuli visuels, des diodes émettrices de lumière (LED) place sur le dessus de chaque trou de nez-poche et les fixer dans le métal pAnel de la chambre (voir détails dans la figure 1 et tableau 1). Branchez-les à l'interface de sortie.
   3. Pour stimuli tactiles, monter textures de sol modifiables en face de chaque trou du nez de poche. Monter les différentes textures sur support coulissant et déplacez-les en utilisant des cadres sous le plancher, de sorte qu'ils sont présentés dans la correspondance d'une petite ouverture (3 x 3 cm ²⁾ sur le sol en face de chaque trou de nez-sac.
2. Contrôler la présentation des stimuli en utilisant le logiciel selon les instructions du fabricant afin de changer automatiquement les stimuli de différentes dimensions pendant l'expérience.
3. Placer une caméra sur le dessus de l'appareil afin d'enregistrer l'activité de l'alternance et locomotrice de base en utilisant un logiciel de surveillance comportementale (par ex., Ethovision, Anymaze), ce qui pourrait aider à éliminer les animaux qui ont des problèmes non liés aux fonctions cognitives.

ODEURS	TEXTURES	LUMIÈRES
pêche v. la sauge	velcro v. le film	lumières sur v. Lights Off
vanille v. la lavande	grossière du papier de verre v. papier de verre fin	rouge v. verte
fraise v. la cannelle	carton lisse v. carton striée	v bleu. jaune
pamplemousse v. l'origan	éponge v. plastique lisse	orange, v. blanche
citron v. l'abricot	honeycomb papier v. une feuille d'aluminium	fixer les lumières v. lumières clignotantes

Tableau 1. Copies utilisés dans l'ID tâche / ED. Operon de discriminations composés sont basés sur des combinaisons fixes de paires d'exemplaires (voir la figure 2 pour un exemple de la séquence des discriminations). Les paires exemplaires de différentes dimensions sont présentés dans des combinaisons aléatoires. Stimuli neutres pour les différentes dimensions sont: flux d'air sans odeur; papier blanc; aucun stimuli lumineux. Tableau initialement publié dans 'The Ultimate intra et extradimensionnels Attentional Set-transfert de tâches pour souris ^»19.

2. Préparation des animaux

Remarque: Les résultats représentatifs rapportés ici ont été obtenues à partir de souris C57BL / 6J mâles, âgés de 3 à 7 mois, au cours de la phase légère.

1. Peser les souris, seuls maison et de gérer ensuite pendant 1 min sur troisjours alternés.
2. Après une semaine d'acclimatation à un seul logement, fiche poids corporel et de l'apport alimentaire de 24 heures pendant trois jours consécutifs pour déterminer le poids de référence et la prise alimentaire.
3. Appliquer une légère régime de privation de nourriture pendant 1 semaine avant la formation pour le test. Vérifiez le poids des animaux tous les jours tandis que la nourriture restreinte toute l'expérience afin de maintenir environ 90% de leur poids de corps libre-alimentation de base. Pendant trois jours consécutifs avant la phase de formation de l'accoutumance, donner souris dans leur cage également ≈ 20 pastilles de renforcement de la nourriture. Ce sont les granulés alimentaires qui seront utilisés dans des tests ultérieurs.
   Remarque: La restriction alimentaire est utilisé pour augmenter la motivation des animaux pour travailler dans la tâche, cependant, ne pas dépasser 10% de la perte de poids au cours de toutes les phases de la procédure dans son ensemble car il peut conduire à des comportements anormaux et le stress excessif pour les souris, qui peuvent affecter les résultats.
   1. Alternativement, afin d'éviter boîtier unique, leave le groupe logés souris (2 à 4 par cage) et de donner accès à la nourriture ad libitum pendant une période de temps spécifique après le test. Vérifiez le poids des animaux tous les jours tandis que la nourriture restreinte toute l'expérience afin de maintenir environ 90% de leur poids de corps libre-alimentation de base.

3. L'accoutumance

1. Former les souris dans une session de 1 jour 40 min pour se déplacer à l'intérieur de l'appareil sans le diviseur de porte, où un nez-poche dans les résultats de nez-Poke trou dans une livraison de granulés dans le récipient de nourriture. Pendant cette phase, utiliser uniquement des stimuli neutres (tableau 1) pour toutes les dimensions différentes (habituation 1).
2. Le lendemain, les animaux former pendant 40 min à passer d'une chambre à l'autre à la fin de chaque essai (habituation 2). Utilisez uniquement des stimuli neutres pour toutes les différentes dimensions. Aussi dans cette phase, un nez-coup dans aucun des résultats des trous de nez poke dans une livraison de granulés dans le magazine de la nourriture.Lorsque la souris récupère la récompense dans le magazine de la nourriture, abaisser la porte de séparation pour donner l'accès de la souris à l'autre chambre pour le prochain procès.
3. Le troisième jour (habituation 3), former les animaux pour effectuer deux discriminations simples (SD1 et SD2;. Par exemple, velcro vs films;. Cue lumière sur vs cue lumière éteinte; pêche vs sauge.) À un critère de 8 réponses correctes sur 10 essais consécutifs. Ne pas utiliser ces exemplaires à nouveau au cours des prochaines phases de l'essai.
   1. Pour commencer, placez la souris dans une chambre avec des stimuli neutres, tandis que dans l'autre chambre les indices stimuli sont allumés; puis abaissez la porte pour donner l'accès de la souris à la chambre avec les indices stimuli activés. La souris doit apprendre à choisir le trou de nez-poche où le stimulus correct est présenté. Les séances durent pendant 40 min.
   2. Récompensez un nez-coup dans le trou correct avec une livraison de granulés et lorsque la souris entre le magazine alimentaire, abaisser la porte de séparationpour donner l'accès de la souris à l'autre chambre pour le prochain procès. Ne récompensez pas un nez-coup dans le trou incorrecte et allumer la lumière de la maison pendant 5 sec. Puis descendre la porte pour donner l'accès de la souris à l'autre chambre pour le prochain procès.
   3. Mener les dix premiers essais de chaque étape que l'élaboration des essais: si la souris sélectionne le trou incorrecte, enregistrer une erreur mais ne pas mettre fin à l'essai jusqu'à la souris pousse aussi dans le bon trou. Dans les essais ultérieurs, si la souris pousse dans le trou incorrecte, enregistrer une erreur et éteindre tous les stimuli dimensions de mettre fin au procès.
   4. Terminez chaque session après 40 minutes ou si une souris parvient pas à faire toute réponse pendant cinq minutes consécutives, selon la première éventualité. Si la souris ne parvient pas au critère en une seule session, continuer le test le lendemain.
   5. Si une souris ne peut pas atteindre le critère dans le SD1 ou SD2 de l'accoutumance 3 après 5 séances, arrêter le test de la souris et l'éliminer de l'étude, car ilest pas en mesure d'effectuer de manière fiable les discriminations de base qui pourraient par la suite affecter les résultats de la tâche ID / ED.

Figure 2. Exemple de la tâche ID / ED. Un exemple de l'ID / ED 'stuck-in-set' et paradigmes »en deux dimensions» apparaît. Adapté de «L'ultime intra et extradimensionnels Attentional Set-transfert de tâches pour souris» ^19. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

4. ID / ED procédure Paradigm 'Coincé en set'

REMARQUE: Pour cette procédure, auparavant utilisée dans les deux primates et les rongeurs ^7,15,16, il est nécessaire de manipuler trois dimensions perceptuelles différentes pourchaque souris simple examinée. En ce qui concerne les phases d'habituation, les essais commencent séances quotidiennes en plaçant la souris dans une des deux chambres où tous les stimuli sont neutres. Avant le début d'un procès, les indices relance sont allumés dans la chambre en face. Puis la porte divisant est abaissé pour donner l'accès de la souris à l'autre chambre où les repères sont sur relance.

1. Pour former l'animal à élaborer un ensemble, ou de partialité, vers une dimension perceptive notamment (. Par exemple, l'odeur, la lumière ou la texture du sol), exposent souris aux discriminations suivants présentés dans cet ordre (voir aussi un exemple dans la figure 2):
   1. Pour la simple discrimination (SD), introduire des souris à une dimension (odeurs, la lumière ou la texture, voir la figure 2) qui est pertinent dans toutes les tâches jusqu'à ce que l'EDS. Autrement dit, la dimension pertinente est celle indiquant l'endroit où la réponse est correcte. A l'instar de la figure 2, présentent deux odeurs, tels que VAnilla (O1) et de lavande (O2), et sélectionnez O1 comme la réponse correcte.
   2. Pour la discrimination fondée sur le composé (CD), introduire une seconde dimension, par exemple la lumière, qui est hors de propos (et non indiquant étaient la réponse correcte est). Présenter deux feux (L1 et L2) avec les odeurs (O1 et O2) afin d'avoir deux discriminations possibles (voir l'exemple de la figure 2). Les exemplaires correctes et incorrectes sont les mêmes que dans SD.
   3. Pour la reprise de la discrimination fondée sur le composé (CDRE), laissez les exemples et la dimension pertinente inchangé, mais les animaux ont appris que précédemment stimulus correct est maintenant incorrecte. Par exemple, sélectionnez la lavande comme la réponse correcte, avec de la vanille étant maintenant le choix incorrect. Ces mêmes conditions seront trouvées pour les autres phases d'inversion (c.-à-IDSRe, IDS2Re et EDSRe).
   4. Après cela, sélectionnez un changement intra-dimensionnelle (IDS) dans lequel de nouveaux exemplaires sont utilisés à la fois pour l'pertinentset les dimensions non pertinentes (une conception totale de changement). Par exemple, utiliser la fraise et la cannelle (O3 et O4) que les odeurs et les lumières bleues et jaunes (L3 et L4) que les lumières. Cependant, veiller à ce que les sujets de test continuer à suivre la même dimension pertinente afin de trouver la bonne réponse. Ces mêmes conditions seront trouvées pour l'autre quart intradimensional (c.-à-IDS2).
   5. Quant à la discrimination antérieure, ont les souris effectuent le renversement de l'évolution intra-dimensionnelle (IDSRe). Utilisez les mêmes conditions que dans Cdre.
   6. Pour intra-dimensionnelle SHIFT 2 (IDS2), utiliser les mêmes conditions que dans l'IDS.
   7. De même, utiliser les mêmes conditions que dans Cdre pour le renversement intra-dimensionnelle SHIFT 2 (IDSRe2).
   8. Dans le passage extra-dimensionnelle (EDS), les souris ont choisir le bon trou après une dimension de relance récemment présenté. Présenter une paire de stimuli à partir d'une nouvelle dimension, qui est la texture. Par exemple, utilisez du papier de verre grossier (T1) que les res correctsponse et papier de verre fin (T2) comme incorrecte, et de les présenter avec deux nouvelles odeurs, par exemple citron et d'abricot (O7 et O8). La dimension précédemment pertinente est devenu hors de propos. Ne plus présenter la dimension précédemment hors de propos.
   9. Pour l'inversion extra-dimensionnelle (EDSRe), ​​utiliser les mêmes conditions que dans Cdre.
2. Mesurer la performance de la souris jusqu'à ce qu'ils atteignent un critère de choix corrects 8 sur 10 essais consécutifs pour terminer chaque étape. Réglez le programme (voir le tableau des matériaux) pour déplacer automatiquement sur la prochaine étape après le critère est atteint. Arrêter une session par jour après 40 min, ou si une souris parvient pas à faire toute réponse pendant 5 minutes consécutives, terminer la session et continuer le lendemain avec la souris sur le même stade où il l'avait laissé.
   1. Pour chaque étape, mesurer le temps d'atteindre le critère. Si une souris ne parvient pas au critère en une seule session, résumer le temps total pris en sessions consécutives. Pourchaque essai, mesurer le temps de la présentation des stimuli (odeurs, lumières, textures) à une réponse nez-Poke (latence de répondre).
3. À la fin de chaque session, essuyez l'appareil avec 70% d'alcool.
4. Utilisez toujours le même ordre des discriminations. Cependant, changer aléatoirement les dimensions de relance et les paires d'exemplaires utilisés et aussi de les représenter au sein de groupes expérimentaux et de les contrebalancer entre les groupes.
5. Assurez-vous que pour contrebalancer aussi les dimensions perceptuelles utilisées au sein et entre chaque groupe expérimental de sorte que chaque changement de ED possible est représenté (par exemple, la lumière à l'odeur, la lumière à la texture, l'odeur à la lumière, l'odeur de la texture, de la texture à la lumière, de la texture à l'odeur) . Les combinaisons d'exemplaires sont trop nombreux pour permettre pleine contrepoids; par conséquent, de réduire les degrés de liberté, toujours utiliser exemplaires en paires; par exemple, la vanille relance avec de la lavande, etc. (voir le tableau 1).

5. ID Procédure / ED Paradigm 'Two-dimension'

Remarque: Une autre condition pour mesurer la capacité attentionnelle set-shifting, utilisé à la fois chez les primates et les rongeurs ^{12,17 13,} est le paradigme »en deux dimensions. Dans ce cas, seules deux dimensions perceptuelles sont utilisés tout au long du test.

1. Pour ce protocole, utiliser l'ordre des discriminations et de la procédure à suivre, comme décrit pour le protocole «coincé en set 'jusqu'à la phase EDS (voir un exemple dans la figure 2):
   1. Pour le SD et les étapes suivantes, utilisez les mêmes paires de l''ensemble coincé en', jusqu'à ce que le IDS2Re. Comme le montre l'exemple de la figure 2, utiliser deux odeurs (O1 et O2, O1 utiliser comme stimulus correct).
   2. Pour le CD, comme dans le protocole «coincé en jeu», d'introduire une nouvelle dimension (par exemple la lumière, L1 et L2), qui est hors de propos et servirait un facteur de confusion.
   3. Le Cdre est similaire à celle in le protocole «coincé en jeu», laissez donc les exemples et la dimension pertinente inchangé, mais les animaux ont appris que précédemment stimulus correct est maintenant incorrecte (par exemple, O1).
   4. Dans les IDS, utiliser toujours de nouvelles paires de stimuli pour les deux dimensions (O3 et O4, L3 et L4, où O3 est le stimulus correct).
   5. Pour la IDSRe, les souris ont effectuent le renversement de l'IDS. Sélectionnez le modèle correct qui est celui qui était incorrecte lors de l'IDS (par exemple, O4).
   6. Pour la IDS2, introduire de nouvelles paires de stimuli pour les deux dimensions (O5 et O6, L5 et L6).
   7. Comme dans les étapes précédentes de renversement, dans le IDS2Re, ont les animaux apprennent que le stimulus correct précédemment est maintenant incorrecte (par exemple, O5).
   8. Pour le protocole "à deux dimensions", l'EDS, les souris ont à choisir la bonne réponse après la dimension précédemment pertinent devient maintenant la dimension pertinente. Ainsi, la lumière est la nouvelle dimension pertinente, WHIch indique la réponse correcte. En particulier, la lumière rouge (L7) est la bonne réponse. Inversement, la dimension pertinente précédemment (dans l'exemple, odeur) est maintenant celui pertinent.
   9. Après l'EDS, pour le renversement (EDSRe), ​​utilisez mêmes conditions que dans Cdre. La dimension pertinente est la même que dans l'EDS, mais les exemplaires corrects et incorrects sont inversés. Ainsi, par exemple, la lumière verte (L8) est maintenant la bonne réponse.

Analyse des données 6.

1. Mesurer la performance par: nombre d'essais pour atteindre le critère; temps pour atteindre le critère (en minutes); le temps de la présentation des stimuli à une réponse nez-Poke (latence de répondre).
2. Pour l'analyse statistique, utiliser des analyses de variance avec les différentes étapes (SD, CD, cdre, IDS, IDSRe, IDS2, IDSRe2, EDS, et EDSRe) comme un facteur intra-sujet pour examiner le nombre d'essais requis pour atteindre les critères, le calendrier nécessaire pour compléter chaque étape et le temps de latence pour répondre. Escroquerieconduit analyses post-hoc en utilisant le test de Newman-Keuls. Remarque: La valeur acceptée pour la signification est p <0,05.

Résultats

La figure 2 montre un exemple de l'ID de tâche / ED. Paires de stimuli (soit «discrimination 1» ou «Discrimination 2 ') sont présentés de façon aléatoire à chaque étape, et la souris doivent choisir le stimulus correct dans chaque paire. Dans cette table d'exemple, le bon exemple est rapporté en gras. Dans la première étape (SD ou la simple discrimination), les stimuli présentés dans les deux trous de nez pokes différaient dans l'une des trois dimensions (par exemple, O1: Vanilla vs O2: Lavande) et la souris est récompensé pour choisir le modèle approprié (par exemple, O1). Une fois le sujet atteint le critère dans cette étape, l'étape suivante (CD ou discrimination composé) commence, où les mêmes exemplaires de la dimension pertinente sont présentés superposée au hasard par exemplaires d'une seconde, mais la dimension hors de propos, présenté comme un facteur de confusion ( par exemple, L1:. bleu clair vs.L2: jaune clair). Deux discriminations différentes sont possibles dans ce stade (either 'discrimination 1 »ou« discrimination 2'). Dans l'étape suivante (CDRE ou de discrimination composé inversion), les contingences de fidélité sont inversés, mais les exemples et la dimension pertinente sont inchangées: la souris doit apprendre que précédemment stimulus correct est maintenant incorrecte (par exemple, odeur de lavande est maintenant récompensé). Dans la prochaine étape IDS (ou changement intra-dimensionnelle), de nouveaux exemplaires (deux odeurs et lumières) sont introduits, mais la dimension pertinente (odeur dans cet exemple) reste le même (par exemple, la fraise est le bon choix). Dans l'étape suivante (IDR ou le renversement intra-dimensionnelle), les contingences de fidélité sont inversés. Après un deuxième quart de travail intra-dimensionnelle (IDS2 et son renversement), de nouveaux exemplaires sont introduits pour tester le changement extra-dimensionnelle (EDS), dans laquelle la dimension pertinente est modifiée. Dans le «coincé en jeu 'EDS, la souris doit se concentrer sur la nouvelle dimension (par exemple, la texture, T1: papier de verre grossier vs T2: fine SAndpaper), tandis que la dimension pertinente précédemment (dans ce cas, l'odeur) est maintenant la dimension hors de propos. Dans le 'à deux dimensions' EDS, la dimension précédemment pertinent (dans ce cas, la lumière) est maintenant la dimension pertinente. Dans la phase finale (EDSRe ou extra-dimensionnelle inversion), les contingences de fidélité sont inversés.

Afin d'obtenir des résultats fiables, les dimensions de relance utilisés dans la tâche doivent être également bien tirés. Comme le montre la Figure 3, visuelles, tactiles et olfactives discriminations de ce nouvel appareil similaire doivent temps (F _(2,64) = 0,36; p = 0,69) et analogue nombre d'essais (F _(2,64) = 0,059; p = 0,94) pour atteindre le critère, ce qui suggère que les animaux sont capables d'accomplir les discriminations simples, indépendamment de la dimension présenté.

Si un ensemble attentionnel fiable a été développé au cours des phases de test de la tâche, le performance d'un type sauvage souris normale devrait être plus pauvres au stade EDS par rapport aux étapes précédentes et suivantes, tel que rapporté dans les études antérieures chez les rongeurs et les primates ^12,13. En particulier, une forte hausse de temps et d'essais nécessaires pour atteindre les critères devrait être trouvée dans l'EDS par rapport aux stades IDS. Comme le montre la figure 4, dans notre expérience avec le protocole «coincé en set ', l'analyse des performances de la souris a révélé un effet de discrimination pour le nombre d'essais (F _(8,168) = 9,23; p <0,0001) et le temps ( _{F (8,168) =} 8,62; p <0,0001) nécessaire pour atteindre critères. En effet, les souris avaient besoin de plus d'essais et plus de temps pour résoudre le stade EDS par rapport aux stades CD, IDS, IDS2 et EDSRe (p <0,05; Figure 4A-B). De même, l'analyse de la performance testée avec le protocole "à deux dimensions" (Figure 5) a montré un effet de discrimination significative pour le nombre d'essais (F _(8,72) = 30,66; p <0,005) et le temps (F _(8,72) = 4,65; p <0,0005) nécessaires pour atteindre les critères. En effet, nous montrons que les souris requis plus d'essais (p <0,05) et plus de temps (p <0,05) pour résoudre l'EDS par rapport à CD, IDS, IDS2 et EDSRe (figure 5A-B). Aucune différence dans les capacités de déplacement devraient être observées entre les souris testées avec des dimensions différentes.

Dans un type sauvage souris normale, la première inversion apprentissage (ie., CDRE) est plus difficile que la discrimination initiale (ie, CD). En accord, comme en témoigne les figures 4 et 5, les souris avaient besoin de plus d'essais (p <0,05; Figure 4-5a) et plus de temps (p <0,05; Figure 4-5B) pour compléter cette étape. En outre, les performances d'inversion devrait améliorer de Cdre à IDSRe à IDS2Re, comme nous le montrons dans notre expérience avec les deux protocoles «coincé en jeu» et «deux dimensions». Ces results renforcer encore la preuve de la formation d'un ensemble attentionnel travers la tâche.

Tout au long de la tâche, les souris doivent améliorer leur vitesse de répondre par étapes consécutives. En conséquence, l'analyse de la latence de répondre montré un effet significatif de discrimination (F _(8,200) = 42,59; p <0,0001). En particulier, comme l'a démontré des résultats représentatifs de la figure 4C la latence pour pousser à l'étape de IDS2 est diminué par rapport à celle dans les IDS, CD et SD stades (p <0,0005). En outre, le temps de latence pour répondre augmenté au cours de l'étape EDS rapport à la précédente IDS2 et IDS2Re et les étapes de EDSRe successives (p <0,05). Conformément à ces résultats, l'analyse de la latence de répondre au cours de la tâche "à deux dimensions" a également montré un effet significatif de la discrimination (F _(7,63) = 9,98; p <0,0005). Comme le montre la figure 5C, la latence de faire un choix wcomme EDS augmenté au cours du précédent par rapport à IDS2 et IDS2Re et EDSRe successives (p <0,05). Depuis le temps de latence pour répondre a été considéré comme un indice de traitement décisionnel ^18, ces résultats suggèrent en outre que la souris a rencontré quelques problèmes de traitement de la nouvelle règle discriminatoire au cours de la EDS. Basé sur la performance comportementale des souris de type sauvage (figure 4-5), nous avons déterminé que le nombre minimal de taille de l'échantillon (par analyse de puissance R) pour chaque groupe expérimental devrait être 8.

Figure 3. discriminations simples de la lumière, l'odeur et la texture sont équivalentes. (A) Nombre d'essais et de temps (B) nécessaire pour atteindre le critère de discriminations simples avec seulement la lumière, l'odeur ou la texture des stimuli. Les valeurs représentent la moyenne ± ETM à travers les figures 2-4. Ori de donnéesginalement publié dans "Le nec plus ultra intra et extradimensionnels Attentional Set-transfert de tâches pour souris» ^19.

Figure 4. type sauvage C57BL6J performances de souris mâles dans le temps »coincé en set 'ID / ED Operon tâche. (A) des essais, (B) (en minutes) et les jours nécessaires pour atteindre le critère dans les différentes étapes de l'ID / ED Operon tâche en utilisant un paradigme ID / ED 'stuck-in-set'. (C) Temps (en secondes) écoulé entre l'ouverture de la porte de diviseur et une réponse nez-Poke (latence de répondre) pendant les différentes étapes de la tâche. Un total de 26 souris ont été testés; 4 souris ont été exclus parce qu'ils ne sont pas piquer fiable pour récupérer le renforcement de la nourriture au cours de la formation ou ne sont pas en mesure de terminer l'entire procédure. A: * p <0,05 par rapport au CD, IDS, IDS2, IDS2Re et EDSRe; B: * p <0,05 par rapport à CD, IDS2, IDS2Re et EDSRe. A et B: #p <0,05, ## p <0,005 par rapport à CD, et IDS2Re IDSRe. C: * p <0,05 par rapport à IDS2, IDS2Re et EDSRe. Notez que les souris ont été en mesure de compléter l'ensemble de la tâche en 5-9 jours dans toutes les expériences rapportées dans les figures 3-4. Les données à l'origine publié dans "Le nec plus ultra intra et extradimensionnels Attentional Set-transfert de tâches pour souris» ^19. S'il vous plaît cliquez ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5. De type sauvage C57BL6J performances de souris mâles dans le «deux-dimension 'ID / EDTâche d'Operon. (A) pour les essais, (B) le temps (en minutes) et les jours nécessaires pour atteindre le critère dans les différentes étapes de la tâche ID / ED Operon utilisant un paradigme à deux dimensions. (C) Temps (en secondes) écoulé entre l'ouverture de la porte de diviseur et une réponse nez-Poke (latence de répondre) pendant les différentes étapes de la tâche. Un total de 13 souris ont été testées; 3 souris ont été exclus parce qu'ils ne sont pas piquer fiable pour récupérer le renforcement de la nourriture au cours de la formation ou ne sont pas en mesure de terminer la procédure. A et B: #p <0,05 par rapport au CD et IDS2Re, * p <0,05 par rapport au CD, IDS, IDS2, EDSRe. C: * p <0,05 par rapport à IDS2, IDS2Re et EDSRe. Les données à l'origine publié dans "Le nec plus ultra intra et extradimensionnels Attentional Set-transfert de tâches pour souris» ^19. S'il vous plaît cliquez ici pourvoir une version plus grande de cette figure.

Figure 6. Calendrier de l'ensemble de la procédure du protocole pour tester ID tâche / ED.

Étape	Description	Notes complémentaires	Les références
Discrimination simple (SD)
Composé discrimination (DR)	Stimuli varient en deux dimensions perceptuelles, comme la couleur et la forme des stimuli visuels dans la tâche humaine, ou entre la texture et l'odeur stimuli pour les rongeurs
Reprise apprentissage (CDRE - IDSRe - IDS2Re - EDSRe)	Deux exemplaires dans une dimension perceptive ont leurs contingences de renforcement inversés de sorte que ce qui était auparavant correcte est alors incorrecte et vice versa)	En série apprentissage de retournement, qui améliorent les performances renversements consécutifs à l'intérieur-jeu. Ainsi, les étapes d'inversion (ie., Cdre, IDSRe, IDS2Re) non seulement évaluer la fonction des différentes aires corticales, mais aussi servent 1) pour former l'ensemble attentionnel cognitivo contestée par la scène EDS, et 2) pour empêcher conditionné superstitieux involontaire les aspects du stimulus	- Lésions des cortex orbitofrontal chez la souris (Bissonette et al., 2008) et des troubles d'apprentissage monkyes Reversal (Dias et al., 1996) - IRMf pendant l'exécution sur l'apprentissage d'inversion de l'activation du cortex orbitofrontal (Hampshire et Owen, 2006) a montré
Décalage Intradimensional (IDS - IDS2)	Les nouveaux exemplaires sont introduits, mais la même dimension est renforcée	IDS étapes sErve comme un contrôle interne cruciale (ie., EDS devrait être plus difficile que IDS), et aussi de contribuer à former l'ensemble cognitivo-attentionnel	Appauvrissement de la dopamine dans le PFC altérée formation de jeu attentionnel (Robbins et Roberts, 2007). 6-OHDA singes lésés ne montrent pas la réduction classique de la réduction des erreurs de la première (IDS1) au dernier (IDS5) la discrimination, qui devrait refléter l'acquisition d'un ensemble attentionnel
Changement extradimensionnel (EDS)	«coincé en-set 'protocole: précédemment dimension de relance pertinent est remplacé par une nouvelle dimension de relance qui devient immédiatement pertinente	l'échec de passer à la nouvelle dimension pertinente ne peut être attribuée à tout apprentissage préalable sur cette dimension, car il n'a pas été précédemment connu. Échec, donc, reflète persévération à la dimension pertinente précédemment	- Les lésions de la VHA CPFme été exposition à porter atteinte à EDS chez la souris (Bissonette et al., 2008), et mokeys (Dias et al., 1996) - Les patients de lobe frontal sont dépréciés dans le «persévération 'état bloqué en jeu, mais pas dans l'état" deux dimensions "(. Owen et al, 1993) - La dopamine dans le CPFm modulé performances EDS chez la souris (Papaleo et al, 2008;.. Scheggia et al, 2014) et de rats (Tunbridge et al., 2004)
	protocole «deux dimensions»: la dimension précédemment sans importance est renforcée	un échec apparent de passer ensemble attentionnel peut survenir quand un sujet est capable de détourner l'attention d'une dimension pertinente précédemment (quand il devient inutile), mais est néanmoins incapable de recentrer l'attention sur la dimension nouvellement pertinentes	- Lésion de la CPFm chez les rats (Birrell et Brown, 2000) altérée EDS changement Activation IRMf lors de l'exécution sur la EDS a été montré du ventro-latéral PFC (Hampshire et Owen, 2006) -60;

Tableau 2: Étapes de l'ID / ED O Peron tâche Description des étapes de la tâche, y compris les références à la lésion et des études pharmacologiques portant sur ​​le rôle des zones du cerveau impliquées dans les différentes constructions testées au cours de la tâche..

Discussion

Dans cette étude, nous présentons un roman automatisé deux chambres ID / ED tâche "Operon" pour les souris qui est capable de mesurer de façon fiable la flexibilité cognitive à travers l'apprentissage d'inversion, la formation de jeu attentionnel et le déplacement. Ce paradigme est analogue à la WCST et ID tâches / ED couramment utilisés chez les primates humains et non humains et surmonte les limitations majeures des versions précédentes pour les rongeurs. Ce paradigme Operon peut être utilisé comme un nouvel outil efficace pour un grand médicament et / ou projections génétiques pertinents pour cognitives (dys) fonctions chez la souris avec un grand intérêt pour la médecine translationnelle.

Cette tâche automatisée ont les avantages suivants par rapport précédemment utilisé ID tâche / ED pour les rongeurs: (1) il a des procédures de main-d'œuvre moins que les versions manuelles (par exemple, le logiciel réglemente toutes les phases de la tâche, ce qui diminue grandement les interventions de la. expérimentateur); (2) il élimine toute source de subjectivité dans le Paramé mesuréeTER (par exemple, l'expérimentateur ne sont pas nécessaires pour juger si oui ou non l'animal a effectivement fait une réponse de choix); (3) il élimine toute possibilité que les souris pourraient suivre signaux liés renfort afin d'apporter une réponse (par exemple, la récompense est toujours livré automatiquement dans le magazine de centre); (4) il évite les conditions environnementales arbitraires (par exemple, l'utilisation de labyrinthes et appareils de différentes tailles / matériaux, l'utilisation de stimuli de repère préparés manuellement); (5), il permet la manipulation de trois dimensions distinctes avec une large gamme de différents stimuli, conformément aux tâches humaines équivalents utilisés dans le cadre clinique. Nous présentons ici des données provenant de souris, mais des avantages similaires pouvait s'y attendre également pour les rats.

Il ya des étapes critiques dans la tâche, qui sont internes paramètres construction-validité qui peuvent être utilisés afin d'identifier les performances de jeu de décalage attentionnel areliable: i) une performance moindre dans le compar EDSed à ii étapes précédentes) une amélioration générale de l'IDS à IDS2; iii) une amélioration spécifique dans les étapes d'inversion consécutifs, que plus un animal est formé à l'intérieur-set reprises, mieux ce qu'il doit faire sur ultérieure dans-jeu Reprises ^20; iv) une meilleure performance dans le EDSRe rapport à l'EDS. Cette tâche roman opéron ID / ED présente toutes ces caractéristiques, cohérentes avec les études précédentes chez les primates en utilisant le CANTAB ID / tâche ED et chez les rongeurs en utilisant le manuel "creuser" la version ^12,13. En outre, chaque étape de cette tâche automatisée a été appris en un nombre équivalent d'essais indépendamment de la dimension pertinente / non pertinent utilisé (par exemple, l'odeur, la texture et la lumière) ^19. Cette démontré que tous les stimuli utilisés ont saillance similaire et sont adaptés pour set-formation et / ou le déplacement de l'attention. Nos expériences démontrent que la difficulté à résoudre le EDS est également mise en évidence par l'augmentation des latences de réponse. Le temps de traitementaugmente pour maintenir la précision optimale pendant discriminations dures ^21. Ainsi, compte tenu de la latence de répondre comme un indice de vitesse de traitement de l'information, la prise de décision et de résolution de problèmes ^18, les latences plus lente pendant l'EDS pourraient refléter une stratégie adoptée pour faire face à la difficulté de résoudre l'ensemble décalage.

Nous avons montré que notre nouvel appareil peut être utilisé efficacement avec l'ensemble plus de décalage attentionnel paradigme «classique» utilisant seulement deux dimensions à travers le test (par exemple, les deux dimensions) ou avec un coincé en définir paradigme, ce qui implique l'utilisation de trois dimensions. Selon le domaine d'intérêt cognitif, il est possible de choisir le protocole le plus approprié. Ces deux paradigmes ont déjà été utilisés chez les humains, les primates et les rongeurs ^7,12-17. Cependant, la procédure coincé en-set est capable de distinguer entre les différentes composantes de la série-shifting et est hore mesure sélective de fonctionnement du lobe frontal chez les patients humains ^7,22. En outre, un problème qui pourrait se produire dans le paradigme à deux dimensions est la non-pertinence appris que pourrait biaiser les résultats. Appris persévération de pertinence renvoie à l'incapacité d'assister à et en apprendre davantage sur l'information qui était auparavant hors de propos ^7. Cette situation peut se produire dans la phase EDS du paradigme à deux dimensions, que le sujet est nécessaire pour détourner l'attention à la dimension précédemment hors de propos. Dans ce cas, il est pratiquement impossible de discerner si un déficit EDS est due à l'incapacité de détourner l'attention d'une dimension précédemment pertinente et / ou l'incapacité à passer désormais l'attention à une dimension précédemment hors de propos. Dépréciation peut alors tout simplement le reflet de l'inhibition active de répondre à une dimension déjà fait hors de propos par son association avec le renforcement de la rétroaction aléatoire. En revanche, dans le con coincé en-setcondition, l'échec de passer à la nouvelle dimension pertinente ne peut être attribuée à tout apprentissage préalable sur cette dimension, car il n'a pas été connu auparavant. Échec, donc, reflète persévération à la dimension pertinente précédemment. En conclusion, même si chez les souris de type sauvage normales, le «coincé en-set» et le «deux-dimension« attentionnel set-changements de paradigmes pourraient produire des résultats similaires, nous préférons expressément le coincé en définir persévération pour les raisons évoquées au dessus de.

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Plexiglas walls and aluminum floor	Custom made		(16 x 16 x 16 cm for each chamber)
Plexiglas door	Custom made
PC	Dell Inc.
MED-PC IV software	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	custom made	Use an operant code in order to automatically control the presentation of the stimuli and the sequence of the stages
Nose-poke hole	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-314M
Food magazine	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-303M
Pellet dispenser for food reinforcement	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-203-14P
Houselight	Med Associates, St. Albans, VT, USA)	ENV-315M
Dilution olfactometer	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	PHM-275
Liquid odorants	(Sigma Aldrich, Dorset, UK)		(see Table 1)
Mineral oil	(Sigma Aldrich, Dorset, UK)	M5904
Air pump and vacuum	(Med Associates, St. Albans, VT, USA)	PHM-280	Vacuum is recommended for scents removal at the end of each trial
Light-emitting diodes (LED)			High-intensity, transparent gem, 3 mm
Floor textures			3x3 cm
Reinforcement pellets	TestDiet	5TUL 14mg	For mice