אופרנטית התוך / Set-משמרת Extra-ממדית המשימה לעכברים

Summary

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.

Abstract

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

סט-הסטת קשב היא מדד של גמישות מחשבתית ופונקציות ביצועיות ^1. זה מתייחס ליכולת לעבור בין הכללים פנימיים השרירותיים ("סטי קוגניטיבי-קשב"). משימות נוירו-פסיכולוגיות הנפוצה ביותר למדידת סט-הסטת קשב וגמישות מחשבתית בבני האדם הן מיון המבחן ויסקונסין הכרטיס (WCST) ² וגרסה האחרונה יותר ומעודנת יותר: התוך וחוץ-ממדי קשב הסטה-סט (זהות / ED) של נוירופסיכולוגיים הבדיקה האוטומטית הסוללה קיימברידג '(CANTAB) ^3,4. משימות אלה היו בשימוש כדי לזהות הפרעות קוגניטיביות ספציפיות במגוון רחב של הפרעות נפשיות כוללים אוטיזם ^{5, 6} סכיזופרניה, הפרעות מחלת פרקינסון ^7, הפרעות טורדניות כפייתיות ⁸ וקשב / היפראקטיביות ^9. הרלוונטיות הקלינית וגישה המתודולוגית מוצקה של WCST והזהות / בדיקות ED יש attעניין racted ביישום של בדיקות דומות במחקר פרה-קליני ^10,11. משימות אלה מאפשרות למדידה סלקטיבית באותו הנושא של יכולות קוגניטיביות שונות כגון למידה מפלה, למידת היפוך, היווצרות של סט קשב, הסטה של תשומת לב באותו הממד (. כלומר משמרת, תוך-ממדית: IDS) ובין שונה ממדים תפיסתיים (כלומר, שינוי נוסף ממדים:. EDS). זה חיוני כי מעגלים שונים במוח, כמו גם נוירופתולוגיה עשויים לשנות תפקודים קוגניטיביים שונים אלה בדרכים שונות. לדוגמא, דיסוציאציה כפולה או השפעת התמחות פונקציונלית הודגמה בין / המדיאלי לרוחב (בקופים ובני אדם) (במכרסמים) ואזורי ההקפה של PFC במשימות הסטה-סט הקשב. בעוד קליפת orbitofrontal היא יותר מעורבת בשלבי ההיפוך של משימות אלה, אזור PFC הרוחב / המדיאלי מסדיר את שלבי שינוי נוספים-ממדיים^12-14.

גרסאות של מכרסמים של בדיקות הסטה-סט קשב אלה לפרימטים כבר נוצרו בהצלחה ^13-16. עם זאת, כמה היבטים של גרסאות מכרסמים אלו הגבלת היישומים והשימוש בם. לדוגמא, משימות אלה מנוהלות באופן ידני ולכן מאוד עתיר עבודה וקשה לתקנן. יתר על כן, הנוכחות של חיזוקים מזון בתוך הגירויים עלולה לגרום לפרשנות דו-משמעית של תגובות של בעלי חיים והטיה פוטנציאלית בבחירת קבלת ^10. מאפיינים אלה מוגבלים התפוקה של בדיקות, וחשוב יותר, היישום שלהם במחקרים גנטיים ו / או הקרנת סמים בקנה מידה גדולה.

כדי להתגבר על מגבלות אלה ועל מנת לשפר את היישומים הפוטנציאליים של פרדיגמות משמרת הזהות / ED במכרסמים, אנו מציגים כאן משימה מבוססת אופרנטית שני קאמרי רומן לבדוק גמישות מחשבתית בעכברים. משימת הרומן הזה מחקה את משימת זיהוי / ED משמשת באדם ואינו הדוקהקופי אדם ועוקף את הבעיות של גרסאות מכרסמים קודם לכן.

Protocol

כל ההליכים אושרו על ידי משרד הבריאות האיטלקי וועדת שימוש בבעלי חיים מקומיים ונערכו בהתאם למדריך לטיפול והשימוש בחי מעבדה להוראות מועצת הקהילה האירופית.

הערה: איור 6 מציג ציר זמן של ההליך כולו של הפרוטוקול כדי לבדוק את הזהות / משימת ED.

1. מכשירים

איור 1. המנגנון "אופרון" שני הקאמרית. () צפה מהחלק העליון של כל המנגנון והנוף (ב ') מהחזית של תא יחיד מחקה את העכבר בנקודת המבט במהלך הבדיקה. 1: גירויים חזותיים (LEDs); 2: מגזין אוכל; 3: חור האף-צק; 4: גירוי מישוש (מרקם); 5: גירוי חוש הריח; 6: דלת הזזה אוטומטית; בית: 7 -אוֹר; 8: photobeam אינפרא אדום לשליטת דלת. צ'יימברס (16 x 16 x 16 סנטימטר ³⁾ מופרדים על ידי דלת פלסטיק שקופה (6). photobeams אינפרא אדום (8) מעקב התנועות של בעלי החיים ושלטו בפתיחה / הסגירה של הדלת האוטומטית כדי לאפשר העכבר כדי לשנות תאים. כל תא מציג שני חורי האף-צק (3) עם photobeams אינפרא אדום, ו, ביניהם, מגזין אוכל (2) עם photobeams בי מנפק גלולה נמסר חיזוק מזון. אור בית (7) ממוקם מעל כל אחד משני מגזיני האוכל. כל חור האף-צק מצויד בסדרה של גירויים משתנים שיכול להשתנות בשלושה ממדים שונים תפיסתית (ריח, נוף, טקט). פורסם במקור ב'התוך האולטימטיבי וExtradimensional קשב Set-העברת משימה לעכברים ^'19. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

תוכן "> הערה: מנגנון אופרון (איור 1) מורכב משני תאים זהים עם קירות פרספקס ורצפת אלומיניום (16 x 16 x 16 סנטימטר ³ לכל תא) לשכות מופרדות על ידי פרספקס שקוף חלוקת דלת שיכולה להיות באופן אוטומטי. נשלט על מנת לאפשר לעכבר כדי לגשת לאחד מהתא. לכל תא שני חורי האף-צק עם photobeams אינפרא אדום, ו, ביניהם, מגזין אוכל עם photobeams בי מנפק גלולה נמסר חיזוק מזון. אוהד ובית-אור נמצאים מעל כל אחד משני מגזיני האוכל.

1. לצייד כל חור האף-צק עם מספר הגירויים משתנים (טבלה 1) המשתנים בשלושה ממדים שונים תפיסתית (כלומר, ריח, ראייה, מישוש). הערה: הגירויים הציעו בטבלה 1 נבחרו על מנת למנוע כל גורם ו / או הטיה בלבול בשל הימנעות או העדפה. חמישה זוגות של מופת לכל ממד לאפשר עםבדיקה ב- נושא של כל המשמרות, עם גירויים חדשים בכל משמרת.
   1. כדי לספק גירויי חוש הריח לתוך חורי האף-צק, להשתמש olfactometer דילול, שאוויר הנכנס מצב לחורי האף-השק באופן אוטומטי desiccating, סינון, rehydrating והשליטה המצגת של זוגות של ריחות.
      1. השתמש olfactometer אחד לשלוט שני חורי האף-צק. לווסת את זרימת אוויר על ידי משאבת אוויר ואבק להסרת הריח באף החורים-צק. חבר את משאבת האוויר לכניסה של olfactometer והוואקום לשקעים רכובים על מכשיר האף-צק. לאחר מכן חבר לשקע למסירת ריח לכל כניסת האף-צק. התאם את קצב הזרימה של 1.5 ליטר לדקה.
      2. לדלל ריחות ריח 01:20 בשמן מינרלים ולמלא את הבקבוקים של olfactometer.
   2. לגירויים חזותיים, דיודות פולטות אור המקום (LED) על גבי כל חור האף-צק ולאבטח אותם בעמ המתכת אנל של החדר (ראה פירוט באיור 1 וטבלה 1). לחבר אותם לממשק הפלט.
   3. לגירויי מישוש, הר מרקמי רצפת שינוי מול כל חור לדחוף את האף. הר המרקמים השונים על הזזה תמיכה ולהעביר אותם באמצעות מסגרות מתחת לרצפה, כך שהם מוצגים בהתכתבות של פתח קטן (3 x 3 סנטימטר ²⁾ על הרצפה מול כל חור האף-צק.
2. לשלוט בהצגת הגירויים באמצעות תוכנה על פי הוראות יצרן כדי לשנות באופן אוטומטי את הגירויים של ממדים שונים במהלך הניסוי.
3. הנח את המצלמה בחלק העליון של המכשיר כדי להקליט פעילות לסירוגין ושל תנועה בסיסית באמצעות תוכנת ניטור התנהגות (למשל., Ethovision, Anymaze), אשר עשוי לעזור לחסל בעלי חיים שיש להם בעיות שאינן קשורות לתפקודים קוגניטיביים.

ריחות	מרקמים	אורות
אפרסק v. מרווה	לקרו v. סרט	אורות בנ. מדליק את
וניל v. בנדר	גס נ נייר הזכוכית. נייר זכוכית עדינה	האדום נ. ירוק
תות v. קינמון	חלק V קרטון. קרטון חרוש	הכחול v. צהוב
אשכולית v. אורגנו	ספוג v. פלסטיק חלק	הכתום v. לבן
לימון נ. מישמש	honeycv נייר OMB. רדיד אלומיניום	לתקן אורות נ. אורות מהבהבים

לשמור-together.within עמודים = "1">

מופת טבלת 1. השתמשה בזהות המשימה / ED operon. הבחנות מתחם מבוססות על שילובים קבועים של זוגות מופת (ראה איור 2 לדוגמא של הרצף של הבחנות). זוגות המופת מממדים שונים מוצגים בשילובים אקראיים. גירויים ניטראליים לממדים שונים: שטף אוויר ללא ריח; נייר לבן; אין גירויי אור. שולחן שפורסם במקור ב'התוך האולטימטיבי וExtradimensional קשב Set-העברת משימה לעכברים ^'19.

2. הכנת בעלי החיים

הערה: תוצאות הנציג דיווחו כאן התקבלו מC57BL / 6J עכברים זכרים, ישנה 3-7 חודשים, במהלך שלב האור.

1. לשקול עכברים, ביחידים-בית ולאחר מכן לטפל דקות 1 על שלושהימים חלופיים.
2. אחרי שבוע של הסתגלות ליחיד דיור, משקל גוף ושיא צריכת מזון 24 שעות אחת לשלושה ימים רצופים כדי לקבוע את משקל הבסיס וצריכת מזון.
3. החל משטר מניעת מזון קל לשבוע 1 לפני האימון למבחן. לבדוק את משקלם של בעלי החיים כל יום בזמן שמזון המוגבל לאורך כל הניסוי על מנת לשמור על 90% ממשקל ההאכלה ללא בסיסם הגוף. במשך שלושה ימים רצופים לפני שלב הכשרת הרגלה, לתת עכברים בכלוב בביתם גם ≈20 כדורי חיזוק מזון. אלה הם כדורי מזון שישמשו בבדיקות שלאחר מכן.
   הערה: הגבלת מזון משמשת להגדלת המוטיבציה של בעלי החיים לעבודה במשימה, עם זאת, לא תעלה על 10% מירידה במשקל בשלב כלשהו של ההליך כולו כפי שהוא עשוי להוביל להתנהגויות חריגות ומתח מוגזם לעכברים, ש עשוי להשפיע על התוצאות.
   1. לחלופין, על מנת למנוע דיור אחת, leתשתה-שוכנו קבוצת העכברים (2 עד 4 כל כלוב) ולתת גישת מזון כרצונך מודעה לתקופת זמן מסוימת לאחר בדיקה. לבדוק את משקלם של בעלי החיים כל יום בזמן שמזון המוגבל לאורך כל הניסוי על מנת לשמור על 90% ממשקל ההאכלה ללא בסיסם הגוף.

3. הרגלה

1. לאמן את העכברים בפגישת 1 יום-של 40 דקות כדי לעבור בתוך המנגנון ללא מחיצת הדלת, שבו האף-צק בכל תוצאות חור האף-צק במשלוח גלולה בקיבול המזון. בשלב זה, להשתמש רק גירויים ניטראליים (טבלה 1) לכל ממדים השונים (הרגלה 1).
2. ביום הבא, להכשיר את בעלי החיים במשך 40 דקות כדי לעבור מתא אחד למשנהו בסוף כל משפט (הרגלה 2). השתמש בגירויים ניטראליים רק לכל ממדים השונים. גם בשלב זה, אף-לתקוע בכל תוצאות חורי האף-צק במשלוח גלולה במגזין האוכל.כאשר העכבר מאחזר את הפרס במגזין האוכל, להוריד את הדלת המפרידה לתת גישת העכבר לתא האחר לניסוי הבא.
3. ביום השלישי (הרגלה 3), לאמן את החיות לבצע שתי הבחנות פשוטות (SD1 וSD2;. לדוגמא, ולקרו לעומת סרט;. אות אור על vs אות אור מ; אפרסק לעומת מרווה.) לקריטריון של 8 תשובות נכונות מתוך 10 מחקרים ברציפות. אל תשתמש במופת אלה שוב במהלך השלבים הבאים של המבחן.
   1. כדי להתחיל, במקום את העכבר בתא אחד עם גירויים ניטראליים, ואילו בתא האחר רמזי הגירויים מופעלים; אז להוריד את הדלת לתת גישת העכבר לתא עם רמזי גירויים מופעלים. העכבר צריך ללמוד לבחור את חור האף-בי לתקוע את הגירוי הנכון מוצג. מפגשים האחרונים במשך 40 דקות.
   2. Reward האף-צק בחור הנכון עם משלוח גלולה וכאשר העכבר נכנס מגזין האוכל, להוריד את הדלת המפרידהלתת גישת העכבר לתא האחר לניסוי הבא. לא לתגמל את האף-צק בחור השגוי ולהדליק את האור בבית למשך 5 שניות. ואז להוריד את הדלת לתת גישת העכבר לתא האחר לניסוי הבא.
   3. לנהל עשרה הניסויים הראשונים של כל שלב כעיצוב ניסויים: אם העכבר בוחר את החור השגוי, להקליט שגיאה אבל לא לסיים את המשפט עד העכבר דוקר גם בחור הנכון. בניסויים שלאחר מכן, אם העכבר דוקר בחור השגוי, להקליט שגיאה ולכבות את כל גירויים ממדיים לסיים את המשפט.
   4. לסיים כל מפגש לאחר 40 דקות או אם עכבר לא מצליח לעשות שום תגובה לחמש דקות ברציפות, מה שבאו קודם. אם העכבר אינו מגיע לקריטריון בפגישה אחת, להמשיך את הבדיקה ביום שלמחרת.
   5. אם עכבר לא יכול להגיע לקריטריון בSD1 או SD2 של הרגלה 3 לאחר 5 מפגשים, להפסיק בדיקת העכבר ולחסל אותו מהמחקר, כי זהאינו מסוגל לבצע באופן מהימן הבחנות בסיסיות שלאחר מכן יכולים להשפיע על התוצאות של משימת זיהוי / ED.

איור 2. דוגמא של משימת זיהוי / ED. דוגמא לזיהוי / ED 'תקוע-שנקבע ב'ופרדיגמות' דו-ממד 'מוצגת. מעובד מתוך "התוך האולטימטיבי וExtradimensional קשב Set-העברת משימה לעכברים ^'19. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

4. "תקוע-שנקבע ב'זהות / ED פרדיגמה נוהל

הערה: הליך זה, ששמש בעבר בשני הקופים והמכרסמים ^7,15,16, יש צורך לתפעל שלושה ממדים שונים של תפיסה לנבדק כל עכבר אחת. באשר לשלבי ההתרגלות, כל המפגשים יומי הבדיקות להתחיל על ידי הצבת העכבר באחד משני התאים שבו כל הגירויים ניטראליים. לפני תחילת משפט, רמזי הגירוי הם מופעלים בתא ההפוך. אז דלת החלוקה היא הורידה לתת גישת העכבר לתא האחר שבם רמזי הגירוי הם ב.

1. לאמן את בעלי החיים כדי לפתח סט, או הטיה, לכיוון ממד תפיסתי מסוים (. למשל, ריח, אור או מרקם רצפה), לחשוף את העכברים להבחנות הבאות מוצגות בצו זה (ראה גם דוגמא באיור 2):
   1. לאפליה הפשוטה (SD), להציג את העכברים לממד (ריח, אור או מרקם, ראה איור 2) שהוא רלוונטי בכל המשימות עד EDS. כלומר, הממד הרלוונטי הוא אחד המציין היכן התשובה הנכונה היא. בעקבות הדוגמא של איור 2, שני ריחות הנוכחיים, כגון vanilla (O1) ולבנדר (O2), ובחר O1 כתגובה הנכונה.
   2. לאפלית המתחם (CD), להציג את הממד שני, למשל האור, שאינו רלוונטי (כלומר, לא מצביע היו התשובה הנכונה הוא). שני אורות הווה (L1 ו- L2) יחד עם הריחות (O1 וO2) כדי שתהיה לי שתי הבחנות אפשריות (ראה דוגמא באיור 2). מופת הנכונה ולא הנכונה היא אותו הדבר כמו בSD.
   3. להיפוך של אפליית המתחם (CDRe), לעזוב את מופת ואת הממד הרלוונטי ללא שינוי, אבל יש לי בעלי החיים לומדים שהגירוי הנכון בעבר הוא עכשיו לא נכון. לדוגמא, בחר בנדר כתגובה הנכונה, עם וניל להיות עכשיו הבחירה שגויה. אותם תנאים יימצאו לשלבים האחרים ההיפוך (כלומר, IDSRe, IDS2Re וEDSRe).
   4. לאחר מכן, בחר שינוי Intra-ממדי (IDS) שבו מופת חדשה משמש לשניהם הרלוונטייםוממדים לא רלוונטיים (שינוי עיצוב כולל). לדוגמא, השתמש תות וקינמון (O3 וO4) כריחות והאורות כחולות וצהובות (L3 וL4) כאורות. עם זאת, להבטיח כי נושאי הבדיקה לשמור הבאים באותו ממד רלוונטי כדי למצוא את התשובה הנכונה. אותם תנאים יימצאו למשמרת אחרת intradimensional (כלומר, IDS2).
   5. באשר לאפליה הקודמת, יש לי העכברים לבצע ההיפוך של המשמרת תוך-ממדית (IDSRe). השתמש באותם תנאים כמו בCDRe.
   6. למשמרת Intra-ממדית 2 (IDS2), להשתמש באותם תנאים כמו בIDS.
   7. באופן דומה, להשתמש באותם תנאים כמו בCDRe להיפוך Intra-ממדי משמרת 2 (IDSRe2).
   8. במשמרת Extra-ממדית (EDS), יש העכברים לבחור את החור הנכון לאחר ממד גירוי שהוצג זה עתה. להציג זוג גירויים מממד חדש, המהווה את המרקם. לדוגמא להשתמש בנייר זכוכית גסה (T1) כמיל הנכוןponse ונייר זכוכית עדינה (T2) כשגוי, ולהציג אותם עם שני ריחות חדשים, למשל לימון ואפרסק (O7 וO8). הממד הרלוונטי בעבר הפך כעת לא רלוונטי. אל תציג את הממד רלוונטי בעבר כבר.
   9. להיפוך במיוחד ממדי (EDSRe), ​​להשתמש באותם תנאים כמו בCDRe.
2. למדוד את הביצועים של העכברים עד שהם מגיעים קריטריון של 8 בחירות נכונות מתוך 10 משפטים רצופים כדי להשלים כל שלב. הגדר את התכנית (ראה טבלה של חומרים) כדי לעבור באופן אוטומטי לשלב הבא לאחר שהגיע לקריטריון. תפסיק פגישה יומית לאחר 40 דק ', או אם עכבר לא מצליח לעשות שום תגובה במשך 5 דקות רצופות, לסיים את הפגישה ולהמשיך למחרת עם העכבר באותו השלב שבו הפסיק.
   1. לכל שלב, למדוד את הזמן כדי להגיע לקריטריון. אם עכבר אינו מגיע לקריטריון בפגישה אחת, לסכם את הזמן הכולל נלקח במפגשים רצופים. בשביל ש כל ניסוי, למדוד את הזמן מהצגה של הגירויים (ריחות, אורות, מרקמים) לתגובה האף-צק (חביון להגיב).
3. בסוף כל מפגש, לנגב את המנגנון עם אלכוהול 70%.
4. השתמש תמיד באותו סדר של ההבחנות. עם זאת, באופן אקראי לשנות את ממדי הגירוי וזוגות מופת המשמשת באותה מידה ולייצג אותם בתוך קבוצות ניסוי ולאזן אותם בין קבוצות.
5. הקפד לאזן במידה שווה את הממדים תפיסתיים שימוש בתוך ובין כל קבוצת ניסוי, כך שכל שינוי אפשרי ED מיוצג (כלומר, אור לריח, אור למרקם, ריח לאור, ריח למרקם, מרקם לאור, מרקם לריח) . השילובים של מופת רבים מדי כדי לאפשר מקזז מלא; לכן, כדי להפחית את דרגות חופש, תמיד להשתמש מופת בזוגות; לדוגמא, גירוי וניל עם לבנדר וכו '(ראה טבלה 1).

ss = "jove_title"> 5. נוהל / ED פרדיגמה 'דו ממד' מזהה

הערה: תנאי נוסף למדידת יכולת הסטה-סט קשב, המשמש גם בפרימטים ^12,17 ומכרסמים ^13, הוא הפרדיגמה "שני-הממד '. במקרה זה, רק שני ממדים תפיסתיים נמצאים בשימוש במבחן.

1. לפרוטוקול זה, להשתמש בצו של ההבחנות וההליך לעקוב כפי שתואר בפרוטוקול "תקוע-שנקבע ב'עד שלב EDS (ראה דוגמא באיור 2):
   1. לSD והשלבים הבאים, להשתמש באותו הזוגות של "הקבוצה תקועה ב-', עד IDS2Re. כפי שניתן לראות בדוגמא של איור 2, להשתמש בשני ריחות (O1 וO2, להשתמש O1 כגירוי נכון).
   2. עבור התקליטור, כמו בפרוטוקול "תקוע-בסט ', להציג את הממד חדש (לדוגמא אור, L1 ו- L2), שאינו רלוונטי וישמש כconfounder.
   3. CDRe דומה כפי שn הפרוטוקול 'תקוע-בסט', ובכך להשאיר את מופת ואת הממד הרלוונטי ללא שינוי, אבל יש לי בעלי החיים לומד שהגירוי הנכון בעבר הוא עכשיו לא נכון (לדוגמא, O1).
   4. בIDS, להשתמש תמיד זוגות חדשים של גירויים לשני ממדים (O3 וO4, L3 ו- L4, בי O3 הוא הגירוי הנכון).
   5. לIDSRe, יש העכברים לבצע ההיפוך של IDS. בחר מופת הנכונה שהיא אחד שלא היה נכון בIDS (למשל, O4).
   6. לIDS2, להציג זוגות חדשים של גירויים לשני הממדים (O5 וO6, L5 וL6).
   7. כמו בשלבים הקודמים היפוך, בIDS2Re, יש בעלי החיים לומדים שהגירוי הנכון בעבר הוא עכשיו לא נכון (לדוגמא, O5).
   8. לפרוטוקול 'דו-הממד ", EDS, העכברים צריכים לבחור את התשובה הנכונה לאחר הממד לא רלוונטי בעבר הופך כעת את הממד הרלוונטי. לפיכך, אור הוא הממד הרלוונטי החדש, WHIפרק מציין את התשובה הנכונה. בפרט, אור אדום (L7) הוא התשובה הנכונה. לעומת זאת, הממד הרלוונטי בעבר (בדוגמא, הריח) הוא עכשיו לא רלוונטי אחד.
   9. לאחר EDS, להיפוך (EDSRe), ​​להשתמש באותם תנאים כמו בCDRe. הממד הרלוונטי הוא אותו הדבר כמו בEDS אבל מופת הנכונה ושגויה הפוכה. כך, למשל, אור ירוק (L8) הוא עכשיו התשובה הנכונה.

ניתוח 6. נתונים

1. למדוד את הביצועים על ידי: מספר הניסויים כדי להגיע לקריטריון; זמן כדי להגיע לקריטריון (בדקות); זמן מהצגה של הגירויים לתגובה האף-צק (חביון להגיב).
2. לניתוח סטטיסטי, להשתמש ANOVAs עם השלבים השונים (SD, CD, CDRe, IDS, IDSRe, IDS2, IDSRe2, EDS, וEDSRe) כגורם בתוך-נושא כדי לבחון את מספר הניסויים הנדרשים כדי להגיע לקריטריונים, עיתוי דרוש כדי להשלים כל שלב וחביון להגיב. קוןפוסט-הוק צינור ניתוחים באמצעות בדיקת ניומן-Keuls. הערה: הערך המקובל למשמעות הוא p <0.05.

תוצאות

איור 2 מראה דוגמא של משימת זיהוי / ED. זוגות של גירויים (או "אפליה 2 '' אפליית 1 'או) מוצגים באופן אקראי בכל שלב, והעכבר צריך לבחור את הגירוי הנכון בכל זוג. בדוגמא השולחן הזה, המופת הנכונה דיווחה בנועז. בשלב הראשון (SD או אפליה פשוטה), הגירויים שהוצגו בשני חורי האף-השק היו שונים באחד משלושת ממדים (למשל, O1: וניל לעומת O2: לבנדר) והעכבר מתוגמל לבחירת המופת הנכונה (למשל, O1). ברגע שהנושא מגיע לקריטריון בשלב זה, השלב הבא (CD או אפליית מתחם) מתחיל, שבו אותו מופת של הממד הרלוונטי מוצגות מעולפת באקראי על ידי מופת של שנייה, אך ממד לא רלוונטי, הציג כגורם בלבול ( למשל, L1:. vs.L2 אור הכחול: אור צהוב). שתי הבחנות שונות אפשריות בשלב (eithe זהר 'אפליית 1 "או" אפליה 2'). בשלב הבא (היפוך CDRe או אפליית מתחם), תלויות הגמול הפוך אבל מופת והממד הרלוונטי הם ללא שינוי: העכבר יש ללמוד כי הגירוי הנכון בעבר הוא עכשיו לא נכון (לדוגמא, ריח לבנדר עכשיו מתוגמלת). בשלב הבא (IDS או שינוי פנים-ממדי), מופת חדשה (שני ריחות ואורות) אבל הם הציגו את הממד הרלוונטי (ריח בדוגמא זו) נשארת זהה (למשל, תות שדה הוא הבחירה הנכונה). בשלב הבא (IDR או היפוך התוך-ממדי), תלויות הגמול הפוך. לאחר שינוי פנים-ממדי שני (IDS2 והיפוכו), מופת חדשה הם הציגו כדי לבחון את השינוי נוסף-ממדי (EDS) שבממד הרלוונטי משתנה. ב'תקוע ב-סט של EDS, העכבר יש להתמקד בממד החדש (למשל, המרקם, T1: נייר זכוכית גסה לעומת T2: sa בסדרndpaper), ואילו הממד הרלוונטי בעבר (במקרה, הריח הזה) הוא החברה הממד לא רלוונטי. ב'דו-הממד של EDS, הממד לא רלוונטי בעבר (במקרה זה, אור) הוא החברה הממד הרלוונטי. בשלב הסופי (היפוך EDSRe או חוץ-ממדי), תלויות הגמול הפוך.

על מנת לקבל תוצאות אמינות, ממדי הגירוי המשמשים במשימה צריכים להיות באותה מידה למדו היטב. כפי שניתן לראות באיור 3, נדרשו חזותי, מישוש וריח הבחנות במנגנון הרומן הפעם דומה (F _(2,64) = 0.36; p = 0.69) ודומים מספר הניסויים (F _(2,64) = 0.059, p = 0.94) כדי להגיע לקריטריון, המצביעים על כך בעלי החיים מסוגלים לבצע הבחנות פשוטות ללא קשר הממד שהוצג.

אם סט קשב אמין פותח במשך שלבי הבדיקה של המשימה, עמ 'erformance של עכבר רגיל wild-type צריך להיות עני בשלב EDS בהשוואה לשלבים קודמים והבאים, כפי שדווח במחקרים קודמים במכרסמים ויונקים ^12,13. בפרט, עלייה חזקה של זמן וניסויים הדרושים כדי להגיע לקריטריונים צריכה להימצא בEDS בהשוואה לשלבי IDS. כפי שמודגם באיור 4, בניסוי שלנו עם הפרוטוקול "תקוע-שנקבע ב', ניתוח ביצועים של העכברים גילה אפקט אפליה למספר הניסויים (F ₍₈₁₆₈₎ = 9.23; p <0.0001) וזמן ( F ₍₈₁₆₈₎ = 8.62; p <0.0001) נדרש כדי להגיע לקריטריונים. יותר ניסויים ואכן, עכברי צורך ויותר זמן כדי לפתור את שלב EDS בהשוואה לשלבי CD, IDS, IDS2 וEDSRe (p <0.05; איור 4 א-ב). כמו כן, ניתוח של ביצועים נבדקו עם הפרוטוקול 'דו-ממד' (איור 5) הראה השפעה אפליה משמעותית עבור מספר הניסויים (F _(8,72) = 3.66; p <0.005) והזמן (F _(8,72) = 4.65; p <0.0005) דרוש כדי להגיע לקריטריונים. ואכן, אנו מראים כי יותר ניסויי עכברים נדרשים (p <0.05) ויותר זמן (p <0.05) כדי לפתור את EDS בהשוואה לתקליטורים, IDS, IDS2 וEDSRe (איור 5 א-ב). לא נמצא הבדלים ביכולות הסטה יש לשים לב בין העכברים שנבדקו עם ממדים שונים.

בעכבר רגיל wild-type, ההיפוך הראשון לומד (כלומר., CDRe) הוא קשה יותר מהאפליה הראשונית (כלומר, CD). בהסכם, כפי שעולים מאיורים 4 ו -5, עכברים צריכים יותר ניסויים (p <0.05; איור 4-5A) ויותר זמן (p <0.05; איור 4-5B) כדי להשלים שלב זה. יתר על כן, ביצועי היפוך צריכים לשפר מCDRe לIDSRe לIDS2Re, כפי שאנו מראים בניסוי שלנו עם שני פרוטוקולים "תקוע-בסט 'ו' דו-הממד". resul אלהTS לחזק את הראיות של היווצרות מערכת קשב דרך המשימה.

לאורך כל המשימה, העכברים צריכים לשפר את המהירות שלהם להגיב על שלבים ברציפות. בהתאם לכך, הניתוח של חביון להגיב הראה השפעה משמעותית אפליה (F _(8,200) = 42.59, p <0.0001). בפרט, כפי שהודגם על ידי נציגי תוצאות באיור 4C חביון לתקוע בשלב IDS2 הוא ירד בהשוואה לזה בשלבי IDS, CD ו- SD (p <0.0005). יתר על כן, חביון להגיב עלה במהלך שלב EDS בהשוואה לIDS2 הקודם וIDS2Re ושלבים רצופים EDSRe (p <0.05). גם בקנה אחד עם תוצאות אלה, הניתוח של חביון להגיב במשימה 'דו-ממד' הראה השפעה משמעותית של אפליה (F _(7,63) = 9.98; p <0.0005). כפי שניתן לראות באיור 5 ג, חביון לעשות בחירה wכעלה במהלך EDS בהשוואה לIDS2 הקודם וIDS2Re וEDSRe רצוף (p <0.05). מאז חביון להגיב כבר נחשב מדד של עיבוד על החלטה, ^18, ​​משתמע מתוצאות אלה עוד כי העכברים נתקלו בבעיות עיבוד השלטון המפלה החדש במהלך EDS. בהתבסס על ביצועי ההתנהגות של wild-type עכברים (איור 4-5), שקבענו, כי המספר המינימלי של גודל מדגם (על ידי ניתוח כוח R) עבור כל קבוצת ניסוי צריך להיות 8.

3. הבחנות פשוט דמותו של אור, ריח ומרקם הן שווה ערך. (א) מספר הניסויים וזמן (ב) נדרש כדי להגיע לקריטריון על הבחנות פשוטות עם גירויי אור היחיד, ריח או מרקם. ערכים מייצגים ממוצע ± SEM ברחבי דמויות 2-4. אורי נתוניםפורסם ginally ב'התוך האולטימטיבי וExtradimensional קשב Set-העברת משימה לעכברים ^'19.

ביצועי איור 4. C57BL6J פרוע מסוג עכברי זכרים בזמן "תקוע-שנקבע ב'ניסויים זהות / ED operon משימה. (א), (ב) (בדקות) וימים הנדרשים כדי להגיע לקריטריון בשלבים השונים של הזהות / המשימה ED operon באמצעות פרדיגמה "תקועה-שנקבע ב'הזהות / ED. (ג) זמן (בשניות) שחלף בין פתיחת דלת המחיצה ותגובת האף-צק (חביון להגיב) בשלבים השונים של המשימה. סך של 26 עכברים נבדק; 4 עכברים לא נכללו משום שהם לא אמינים תוקעים כדי לאחזר את חיזוק המזון במהלך האימון או לא היו מסוגל לסיים את הדוארהליך ntire. : * P <0.05 לעומת CD, IDS, IDS2, IDS2Re וEDSRe; ב ': * p <0.05 לעומת CD, IDS2, IDS2Re וEDSRe. A ו- B: #p <0.05, ## p <0.005 לעומת CD, IDSRe וIDS2Re. C: * p <0.05 לעומת IDS2, IDS2Re וEDSRe. שים לב שהעכברים הצליחו להשלים את כל המשימות ב5-9 ימים בכל הניסויים שדווחו בדמויות 3-4. נתונים שפורסמו במקור ב'התוך האולטימטיבי וExtradimensional קשב Set-העברת משימה לעכברים ^'19. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

מספר איור 5. ביצועי עכברי זכרי C57BL6J פרוע מסוג ב 'שני-הממד' / EDמשימת operon. ניסויים (), (ב) זמן (בדקות) וימים הנדרשים כדי להגיע לקריטריון בשלבים השונים של זהות המשימה / ED operon באמצעות פרדיגמת שני ממד. (ג) זמן (בשניות) שחלף בין פתיחת דלת המחיצה ותגובת האף-צק (חביון להגיב) בשלבים השונים של המשימה. סך של 13 עכברים נבדק; 3 עכברים לא נכללו משום שהם לא אמינים תוקעים כדי לאחזר את חיזוק המזון במהלך האימון או לא היו מסוגל לסיים את ההליך כולו. A ו- B: #p <0.05 לעומת CD וIDS2Re, * p <0.05 לעומת CD, IDS, IDS2, EDSRe. C: * p <0.05 לעומת IDS2, IDS2Re וEDSRe. נתונים שפורסמו במקור ב'התוך האולטימטיבי וExtradimensional קשב Set-העברת משימה לעכברים ^'19. אנא לחצו כאן ללצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

ציר זמן של איור 6. ההליך כולו של הפרוטוקול כדי לבדוק את זהות המשימה / ED.

שָׁלָב	תֵאוּר	הערות נוספות	אזכור
אפליה פשוטה (SD)
מתחם אפליה (CD)	גירויים שונים בשני ממדים תפיסתיים, כגון צבע וצורה לגירויים חזותיים במשימה האנושית, או בין גירויי מרקם וריח למכרסמים
היפוך למידה (CDRe - IDSRe - IDS2Re - EDSRe)	שתי מופתים בתוך ממד תפיסתי יש לי תלויות חיזוקם הפוך, כך שמה היה בעבר נכון אז לא נכון ולהיפך)	במידת היפוך סידורי, ביצועים משתפרים עם רצופות תהפוכות בתוך-סט. לפיכך, שלבי היפוך (כלומר., CDRe, IDSRe, IDS2Re) לא רק להעריך את התפקוד של אזורים בקליפת המוח שונים, אלא גם משרתים 1) כדי ליצור את סט קשב cognitive- לערער על ידי שלב EDS, ו- 2) כדי למנוע אוויר באמונות תפלות ללא מכוון היבטים של הגירוי	- פצעים של קליפת orbitofrontal בעכברים (Bissonette et al, 2008). וmonkyes למידת היפוך לקוי (Dias et al., 1996) - FMRI במהלך הופעה בלמידת ההיפוך הראה הפעלה של קליפת orbitofrontal (המפשייר ואוון, 2006)
המשמרת (IDS - IDS2) Intradimensional	מופת רומן הם הציגו, אבל באותו הממד חיזוק	IDS של שלביםerve כבקרה פנימית חיונית (כלומר., EDS צריך להיות קשה יותר מIDS), וגם לתרום ליצירת הסט הקוגניטיבי-קשב	דלדול הדופמין בPFC לקוי היווצרות סט קשב (רובינס ורוברטס, 2007). 6-OHDA קופים lesioned לא הראו ההפחתה הקלסית ההפחתה בטעויות מהראשונה (IDS1) לאפליה האחרונה (IDS5), שאמור לשקף רכישת סט קשב
משמרת Extradimensional (EDS)	'תקוע-שנקבע ב'פרוטוקול: בעבר ממד גירוי רלוונטי הוא הוחלף על ידי ממד גירוי חדש שמייד הופך רלוונטי	כישלון לעבור לממד הרלוונטי החדש לא ניתן לייחס לכל ידע קודם על הממד הזה שכן הוא לא היה חווה בעבר. כישלון, ולכן, משקף להישרדות לממד הרלוונטי בעבר	- פצעים של HAV mPFCדואר היה תכנית לפגוע בEDS בעכברים (Bissonette et al., 2008), וmokeys (Dias et al., 1996) - חולי אונה קדמיות לקויים במצב 'להישרדות' תקוע-בסט, אך לא במצב "שני ממד '(. Et al אוון, 1993) - דופמין בmPFC מווסת ביצועי EDS בעכברים (Papaleo et al, 2008;.. Scheggia et al, 2014) וחולדות (Tunbridge et al, 2004).
	פרוטוקול "שני ממדים": הממד לא רלוונטי בעבר חיזוק	כישלון לכאורה להעביר סט קשב עלול להתעורר כאשר נושא הוא מסוגל להסיט את תשומת לב מממד רלוונטי בעבר (כאשר הוא הופך להיות לא רלוונטי) אבל, בכל זאת, לא הצליח למקד את תשומת לב בממד הרלוונטי החדש	- נגע של mPFC בחולדות (Birrell ובראון, 2000) לקוי משמרת EDS הפעלת fMRI במהלך הופעה על EDS הוכח של PFC ventro-צדדי (המפשייר ואוון, 2006) -60;

טבלה 2: שלבי תיאור הזהות / ED O פרון משימה של השלבים של המשימה, כוללים אזכור של הנגע ומחקרים פרמקולוגיים פונה התפקיד של אזורים במוח המעורבים במבנים השונים שנבדקו במהלך המשימה..

Discussion

במחקר זה אנו מציגים רומן אוטומטי מזהה משימת שתי קאמריים / ED "אופרון" לעכברים שהוא מסוגל למדוד גמישות מחשבתית דרך למידת היפוך, היווצרות מערכת קשב והסטה באופן מהימן. פרדיגמה זו היא מקבילה לWCST ומשימות / ED זיהוי נפוץ בקופי אדם ולא אנושי ומתגברת על המגבלות העיקריות של הגרסאות הקודמות למכרסמים. הפרדיגמה אופרון זה יכול לשמש ככלי יעיל לתרופה חדש גדולה ו / או הקרנות גנטיות רלוונטיות לקוגניטיבית (פרע) פונקציות בעכברים עם רלוונטיות גבוהות לרפואת translational.

משימה אוטומטית זה יש את היתרונות הבאים על משימה / ED מספר שימש בעבר למכרסמים: (1) יש לה נהלי עבודה אינטנסיבית פחות מהגרסות ידניות (לדוגמא, התוכנה מסדירה את כל השלבים של המשימה, הפחתת התערבויות באופן משמעותי. הנסיין); (2) שהוא מבטל כל מקור של סובייקטיביות בparame המדודters (למשל, הניסוי לא נדרש לשפוט אם או לא בעלי החיים דווקא עשו תגובת בחירה); (3) זה מבטל כל אפשרות שעכברים עלולים לעקוב אחר רמזים הקשורים לחיזוק על מנת להפוך את התגובה (כלומר, את הפרס תמיד נמסר באופן אוטומטי במגזין המרכז); (4) זה ימנע תנאים סביבתיים שרירותיים (למשל, שימוש במבוכים ומכשירים בגדלים / חומרים שונים, שימוש בגירויי אות הוכנו באופן ידני); (5) הוא מאפשר מניפולציה של שלושה ממדים שונים עם מגוון רחב של גירויים שונים, בהתאם למשימות האנושיות שווי ערך בשימוש בהגדרה הקלינית. כאן אנו מציגים נתונים רק מעכברים, אבל יתרונות דומים שניתן היו לצפות גם לחולדות.

ישנם צעדים קריטיים במשימה, שהם פרמטרים מבנה-תוקף פנימיים שניתן להשתמש בי כדי לזהות ביצועי הסטה-סט קשב areliable: i) ביצועים פחות טובים בcompar EDSאד לשלבים קודמים ii) שיפור כללי מIDS לIDS2; iii) שיפור מסוים בשלבי היפוך ברציפות, כיותר של בעלי חיים הם אימן בבתוך-סט היפוכים, טוב יותר שהוא צריך לבצע בהמשך ההיפוכים בתוך-סט ^20; iv) ביצועים טובים יותר בהשוואה לEDSRe EDS. משימת אופרון זה רומן הזהות / ED מציגה את כל התכונות הללו, עולים בקנה אחד עם מחקרים קודמים בפרימטים באמצעות CANTAB הזהות / משימת ED ובמכרסמים באמצעות המדריך "לחפור" גרסה ^12,13. יתר על כן, כל שלב של משימה אוטומטית זה היה למד במספר שווה של ניסויים ללא קשר לממד הרלוונטי / לא רלוונטי בשימוש (כלומר, ריח, מרקם ואור) ^19. זה הוכיח שיש את כל הגירויים המשמשים בולטות דומות ומתאימים להגדרת היווצרות ו / או הסטת קשב. הניסויים שלנו מראים כי הקושי בפתרון EDS גם מודגש על ידי הגידול בשיהוי תגובה. זמן עיבודעליות כדי לשמור על דיוק אופטימלי בהבחנות קשה יותר ^21. לפיכך, בהתחשב בחביון להגיב כמדד למהירות של עיבוד מידע, קבלת החלטות ופתרון בעיות ^18, השיהוי איטי יותר במהלך EDS עשוי לשקף אסטרטגיה אימצה אל הפנים הקושי בפתרון הסט-ההסטה.

הראינו כי מנגנון הרומן שלנו ניתן להשתמש ביעילות עם הפרדיגמה יותר "הקלסית" קשב הסטה-סט העסקת שני ממדים בלבד לאורך כל הבדיקה (כלומר, שני-הממד) או עם תקוע-בסט הפרדיגמה, רומז השימוש של שלושה ממדים. בהתאם לתחום הקוגניטיבי של עניין, ניתן לבחור את הפרוטוקול המתאים ביותר. שתי פרדיגמות אלה היו בשימוש בעבר בבני אדם, קופים ומכרסמים ^7,12-17. עם זאת, ההליך תקוע-בסט הוא מסוגל להבחין בין מרכיבים השונים של מערכת-הסטה והוא בבוקרבצר מידה סלקטיבית של תפקוד אונה קדמי בחולים אנושיים ^7,22. יתר על כן, בעיה אחת שעלולה להתרחש בפרדיגמת שני הממד הוא חוסר הרלוונטיות למדה שאולי להטות את התוצאות. להישרדות רלוונטית למד מתייחסת לחוסר היכולת לטפל וללמוד על מידע שהיה בעבר לא רלוונטי ^7. מצב זה יכול להתרחש בשלב EDS של פרדיגמת שני הממד, כנושא נדרש להעביר את תשומת הלב לממד לא רלוונטי בעבר. במקרה זה, זה בעצם בלתי אפשרי להבחין אם גירעון EDS בשל חוסר היכולת להסיט את תשומת לב מממד רלוונטי בעבר ו / או חוסר יכולת החברה להעביר את תשומת הלב לממד לא רלוונטי בעבר. ירידת ערך עשויה אז פשוט משקף את העיכוב הפעיל להגיב לממד שנעשה לא רלוונטי בעבר על ידי העמותה האקראית שלו עם חיזוק משוב. לעומת זאת, בקון להגדיר תקוע ב-תנאי של, כישלון לעבור לממד הרלוונטי החדש לא ניתן לייחס לכל ידע קודם על הממד הזה שכן הוא לא היה חווה בעבר. כישלון, ולכן, משקף להישרדות לממד הרלוונטי בעבר. לסיכום, גם אם בעכברים נורמלים wild-type "תקוע-שנקבע ב'ושני-ממד 'קשב פרדיגמות עשויים להניב תוצאות דומות הסטה-סט, אנחנו מעדיפים במפורש תקועים-שנקבע להישרדות לסיבות שנדונו מֵעַל.

Materials

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