We thank G. Pruzzo for his excellent technical assistance and the IIT mechanical workshop for help in building our new apparatus. This research was supported by the Istituto Italiano di Tecnologia, the Marie Curie FP7-Reintegration-Grant N&#176;268247, and by the Italian Ministry of Health Grants for Young Researchers (GR-2010-2315883).

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The authors declare that they have no financial conflicts of interest.

In questo studio presentiamo un romanzo automatizzato bicamerale ID ED compito / &quot;Operon&quot; per topi che è in grado di misurare in modo affidabile la flessibilità cognitiva attraverso l&#39;apprendimento di inversione, formazione insieme attentivo e spostamento. Questo paradigma è analogo al WCST e ID compiti / ED comunemente utilizzati nei primati umani e non umani e supera i principali limiti delle versioni precedenti per i roditori. Questo paradigma Operon può essere utilizzato come un nuovo strumento efficace per la grande droga e / o screening genetici relativi alla cognitive (dis) funzioni in topi con alta rilevanza per la medicina traslazionale. Questo compito automatizzato ha i seguenti vantaggi rispetto ID utilizzato precedentemente compito / ED per i roditori: (1) ha procedure di alta intensità di lavoro in meno rispetto alla versione manuale (ad esempio, il software regola tutte le fasi del compito, notevolmente diminuendo interventi da parte. sperimentatore); (2) elimina qualsiasi fonte di soggettività nella para misuratoTERS (ad esempio, lo sperimentatore non è richiesto di stabilire se l&#39;animale è effettivamente fatto una risposta scelta); (3) elimina ogni possibilità che i topi possano seguire spunti rinforzo correlati, al fine di dare una risposta (ad esempio, la ricompensa è sempre fornito automaticamente sulla rivista al centro); (4) evita le condizioni ambientali arbitrarie (per esempio, l&#39;uso di labirinti e apparecchi di diverse dimensioni / materiali, l&#39;uso di stimoli cue preparati manualmente); (5) consente la manipolazione di tre dimensioni distinte con una vasta gamma di diversi stimoli, conformemente ai compiti umani equivalenti utilizzati nella pratica clinica. Qui vi presentiamo i dati solo dai topi, ma i vantaggi simili potrebbe essere previsto anche per i ratti. Ci sono passaggi critici nel compito, che sono i parametri costrutto-validità interna che possono essere utilizzati al fine di individuare le prestazioni set-shifting attentivo areliable: i) la peggiore performance nel compar EDSed a fasi precedenti ii) un miglioramento generale da IDS per IDS2; iii) un miglioramento specifico in fasi di inversione consecutive, come più di un animale è addestrato in-impostate inversioni, il meglio deve eseguire sul successivo, nel set rigiri 20; iv) una migliore prestazione nel EDSRe rispetto alla EDS. Questo romanzo compito operon ID / ED presenta tutte queste caratteristiche, in linea con gli studi precedenti nei primati che utilizzano il compito Cantab ID / DE e nei roditori che utilizzano il manuale &quot;scavare&quot; versione 12,13. Inoltre, ogni fase di questa operazione automatica è appreso in un numero equivalente di prove a prescindere dalla relativa dimensione / irrilevanti utilizzato (ad esempio, l&#39;odore, la consistenza e la luce) 19. Questo dimostrato che tutti gli stimoli utilizzati hanno rilevanza simile e sono adatti per attentional set-formazione e / o di spostamento. I nostri esperimenti dimostrano che la difficoltà nel risolvere il EDS è anche evidenziata dall&#39;aumento delle latenze di risposta. Tempo di elaborazioneaumenti per mantenere una precisione ottimale durante le discriminazioni più duri 21. Così, considerando la latenza di rispondere come un indice di velocità di elaborazione delle informazioni, il processo decisionale e di problem solving 18, le latenze più lenta nella EDS potrebbe riflettere una strategia adottata per affrontare la difficoltà di risolvere il set-shifting. Abbiamo dimostrato che il nostro apparato romanzo può essere usato efficacemente con più di paradigma set-shifting attentivo &#39;classica&#39; impiegando solo due dimensioni per tutto il test (cioè, il bidimensionale) o con un stuck-in-set paradigma, che implica l&#39;uso di tre dimensioni. A seconda del dominio cognitivo di interesse, è possibile scegliere il protocollo più appropriato. Entrambi questi paradigmi sono stati precedentemente utilizzati in esseri umani, primati e roditori 7,12-17. Tuttavia, la procedura stuck-in-set è in grado di distinguere tra le diverse componenti del set-shifting ed è amORE misura selettiva di funzionamento del lobo frontale in pazienti umani 7,22. Inoltre, un problema che potrebbe verificarsi nel paradigma due dimensione è l&#39;irrilevanza appreso che potrebbero falsare i risultati. Imparato perseverazione irrilevanza si riferisce alla incapacità di occuparsi e conoscere le informazioni che in precedenza era irrilevante 7. Questa situazione può verificarsi in fase EDS del paradigma bidimensionale, come il soggetto deve spostare l&#39;attenzione alla dimensione precedenza irrilevante. In questo caso, è praticamente impossibile discernere se un deficit EDS è dovuta alla incapacità di spostare l&#39;attenzione da una dimensione precedentemente rilevante e / o l&#39;impossibilità ad ora spostare l&#39;attenzione ad una dimensione precedentemente irrilevante. Compromissione può poi basta riflettere l&#39;inibizione attiva di rispondere ad una dimensione fatta in precedenza irrilevante dalla sua associazione casuale di rinforzo feedback. Al contrario, nella con stuck-in-setcondizione, mancata a spostarsi verso la nuova dimensione in questione non può essere attribuito a qualsiasi dell&#39;apprendimento precedente su questa dimensione, dato che non era stato sperimentato in precedenza. Fallimento, quindi, riflette perseveration alla dimensione precedenza rilevante. In conclusione, anche se in condizioni normali topi wild-type il &#39;stuck-in-set&#39; e la &#39;bidimensionale&#39; attentivo set-shifting paradigmi potrebbe produrre risultati simili, abbiamo espressamente preferiscono la stuck-in-set perseverazione per le ragioni discusse al di sopra.

Attentional set-shifting è una misura di flessibilità cognitiva e funzioni esecutive 1. Si riferisce alla possibilità di passare da regole interne arbitrarie (&quot;set cognitivo-attenzionale&quot;). I compiti neuropsicologici più utilizzati per la misurazione dell&#39;attenzione set-shifting e flessibilità cognitiva negli esseri umani sono il Wisconsin Card Sorting Test (WCST) 2 e una versione più recente e più raffinata: il intra ed extra-dimensionale attentivo set-shifting (ID / DE) della Cambridge neuropsicologica Automated Test Batteria (Cantab) 3,4. Questi compiti sono stati utilizzati per identificare specifiche anomalie cognitive in una vasta gamma di disturbi mentali, tra cui l&#39;autismo, la schizofrenia 5 6, disturbi del morbo di Parkinson 7, disturbi ossessivo compulsivo 8 e da deficit di attenzione / iperattività 9. La rilevanza clinica e solido approccio metodologico del WCST e l&#39;ID / test DE hanno attl&#39;interesse racted nella realizzazione di test simili in ricerca preclinica 10,11. Queste attività consentono la misurazione selettiva all&#39;interno dello stesso soggetto di diverse abilità cognitive quali l&#39;apprendimento discriminativo, apprendimento inversione, formazione di un set attenzionale, spostando l&#39;attenzione all&#39;interno della stessa dimensione (. Cioè spostamento intra-dimensionale: IDS) e tra i diversi dimensioni percettive (cioè turno extra-dimensionale:. EDS). Questo è fondamentale perché i circuiti cerebrali distinte, così come neuropatologia potrebbero alterare le funzioni cognitive distinte in modi diversi. Ad esempio, è stata dimostrata una doppia dissociazione o l&#39;effetto di specializzazione funzionale tra il laterale (nelle scimmie e nell&#39;uomo) / mediale (in roditori) e nelle regioni orbitali del PFC nelle attività di set-shifting di attenzione. Mentre la corteccia orbitofrontale è più coinvolto nelle fasi di inversione di tali compiti, il / regione PFC mediale laterale disciplina le fasi di spostamento extra-dimensionali12-14. Versioni roditore di questi test di set-shifting di attenzione per i primati sono stati generati con successo 13-16. Tuttavia, alcuni aspetti di queste versioni di roditori sono state limitando le loro applicazioni e l&#39;utilizzo. Ad esempio, queste operazioni vengono eseguite manualmente e quindi altamente e difficile da standardizzare intensità di lavoro. Inoltre, la presenza di rinforzi alimentari all&#39;interno stimoli potrebbe comportare un&#39;interpretazione ambigua di risposte animali e potenziale di polarizzazione in scelta fabbricazione 10. Queste caratteristiche hanno limitato il throughput di test e, soprattutto, la loro applicazione in larga scala studi genetici e / o droghe-screening. Per superare queste limitazioni e per migliorare le potenziali applicazioni di paradigmi turno ID / DE nei roditori, presentiamo qui un romanzo bicamerale basato su attività operante a testare la flessibilità cognitiva nei topi. Questo compito romanzo imita da vicino il compito ID / DE utilizzata nell&#39;uomo e nonprimati non umani e aggira i problemi delle versioni precedenti. roditori

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

an operant intra-/extra-dimensional set-shift task for mice

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.

La Figura 2 mostra un esempio del compito ID / ED. Coppie di stimoli (o &#39;discriminazione 1&#39; o &#39;Discriminazione 2&#39;) sono presentate a caso in ogni fase, e il mouse devono scegliere il giusto stimolo di ogni coppia. In questa tabella esempio, l&#39;esemplare corretto è riportato in grassetto. Nella prima fase (SD o discriminazione semplice), gli stimoli presentati nei due fori naso-Poke differivano in una delle tre dimensioni (ad esempio, O1: Vaniglia vs. O2: Lavanda) e il mouse viene premiato per la scelta del modello corretto (ad esempio, O1). Una volta che il soggetto raggiunga il criterio in questa fase, la fase successiva (CD o discriminazione composto) inizia, dove gli stessi esemplari della dimensione corrispondente sono presentati sovrapposto a caso dal esemplari di secondo, ma dimensione irrilevante, introdotto come fattore di confusione ( ad esempio, L1:. luce blu vs.L2: luce gialla). Due discriminazioni differenti sono possibili in questa fase (either &#39;Discriminazione 1&#39; o &#39;Discriminazione 2&#39;). Nella fase successiva (CDRE o discriminazione composti inversione), le contingenze ricompensa sono invertiti, ma gli esemplari e alla dimensione rilevanti sono invariati: il mouse deve imparare che lo stimolo precedentemente corretta è ora corretto (ad esempio, lavanda odore è ora ricompensato). Nella fase successiva (IDS o spostamento intra-dimensionale), nuovi esemplari (sia gli odori e luci) sono introdotte, ma la dimensione rilevante (odore in questo esempio) rimane la stessa (ad esempio, fragola è la scelta corretta). Nella fase successiva (IDR o inversione intra-dimensionale), le contingenze ricompensa sono invertiti. Dopo un secondo turno intra-dimensionale (IDS2 e la sua inversione), nuovi esemplari vengono introdotti per testare il turno extra-dimensionale (EDS) in cui la dimensione corrispondente viene modificato. Nel &#39;stuck-in-set&#39; EDS, il mouse deve concentrarsi sulla nuova dimensione (ad esempio, la trama, T1: grossa carta vetrata vs T2: sa benendpaper), mentre la dimensione precedentemente rilevante (in questo caso, odore) è ora la dimensione irrilevante. Nella &#39;bidimensionale&#39; EDS, la dimensione precedenza irrilevante (in questo caso, la luce) è ora la dimensione rilevante. Nella fase finale (EDSRe o extra-dimensionale inversione), le contingenze ricompensa sono invertiti. Al fine di ottenere risultati affidabili, le dimensioni di stimolo utilizzati nel compito dovrebbe essere altrettanto ben appresi-. Come mostrato in figura 3, visivo, tattile e discriminazioni odore in questo romanzo apparato richiesto tempo simile (F (2,64) = 0.36; p = 0,69) e simili numero di prove (F (2,64) = 0,059; p = 0,94) per raggiungere il criterio, suggerendo che gli animali sono in grado di eseguire semplici discriminazioni a prescindere della dimensione presentato. Se un set attenzionale affidabile è stato sviluppato nel corso delle fasi di collaudo del compito, il performance di un normale topo wild-type dovrebbe essere più povero in fase di EDS rispetto alle fasi precedenti e successive, come riportato in precedenti studi nei roditori e primati 12,13. In particolare, un robusto aumento del tempo e le prove necessarie per raggiungere criteri dovrebbe essere trovato nel EDS rispetto alle fasi IDS. Come illustrato nella figura 4, nel nostro esperimento con il protocollo &#39;stuck-in-set&#39;, analisi delle prestazioni dei topi ha rivelato un effetto discriminazione per il numero di prove (F (8.168) = 9.23; p &lt;0,0001) e tempo ( F (8168) = 8.62; p &lt;0.0001) necessaria per raggiungere criteri. Infatti, i topi necessarie più prove e più tempo per risolvere il palco EDS rispetto alle fasi di CD, IDS, IDS2 e EDSRe (p &lt;0.05, figura 4A-B). Analogamente, analisi delle prestazioni testato con il protocollo &#39;bidimensionale&#39; (Figura 5) ha mostrato un effetto significativo discriminazione per il numero di prove (F (8,72) = 30,66; p &lt;0.005) e il tempo (F (8,72) = 4.65; p &lt;0,0005) necessari per raggiungere criteri. Infatti, abbiamo dimostrato che i topi necessarie più prove (p &lt;0,05) e più tempo (p &lt;0,05) per risolvere il EDS rispetto al CD, IDS, IDS2 e EDSRe (Figura 5A-B). Nessuna differenza nella capacità di spostamento devono essere osservate tra i topi testati con diverse dimensioni. In un normale topo wild-type, l&#39;apprendimento della prima inversione (es., CDRE) è più difficile che la discriminazione iniziale (ossia, CD). D&#39;accordo, come evidente dalle figure 4 e 5, i topi necessari altri studi (p &lt;0.05; Figura 4-5A) e più tempo (p &lt;0.05; Figura 4-5B) per completare questa fase. Inoltre, le prestazioni inversione dovrebbe migliorare da CDRE a IDSRe a IDS2Re, come mostriamo nel nostro esperimento con entrambi i protocolli &#39;stuck-in-set&#39; e &#39;bidimensionali. Questi results rafforzare ulteriormente le prove della formazione di un insieme attenzionale attraverso il compito. In tutto il compito, i topi dovrebbero migliorare la loro velocità per rispondere in fasi successive. Di conseguenza, l&#39;analisi della latenza di rispondere mostrato un effetto significativo discriminazione (F (8,200) = 42.59; p &lt;0,0001). In particolare, come dimostrato da risultati rappresentativi nella Figura 4C la latenza per colpire nella fase IDS2 è diminuita rispetto a quella nelle fasi IDS, CD e SD (p &lt;0,0005). Inoltre, la latenza di rispondere aumentata durante la fase di EDS rispetto al precedente IDS2 e IDS2Re e fasi successive EDSRe (p &lt;0.05). In linea con questi risultati, l&#39;analisi della latenza di rispondere durante il compito &#39;bidimensionale&#39; anche mostrato un significativo effetto di discriminazione (F (7,63) = 9.98; p &lt;0,0005). Come mostrato nella figura 5C, la latenza di fare una scelta wcome un aumento durante la EDS rispetto al precedente e IDS2Re IDS2 e EDSRe successiva (p &lt;0,05). Poiché la latenza di rispondere è stato considerato un indice di trasformazione decisionale 18, questi risultati suggeriscono inoltre che i topi incontrato alcuni problemi elaborazione della nuova regola discriminante durante la EDS. Sulla base del rendimento del comportamento di topi wild-type (Figura 4-5), abbiamo stabilito che il numero minimo di dimensione del campione (da analisi di potenza R) per ogni gruppo deve essere di 8. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig3.jpg" /> Figura 3. Semplici discriminazioni di luce, odore e consistenza sono equivalenti. (A) Numero di prove e (B) il tempo necessario per raggiungere il criterio discriminazioni semplici con solo la luce, odore o struttura stimoli. I valori rappresentano media ± SEM tutta figure 2-4. Ori dei datiginally pubblicato &#39;Il massimo intra ed Extradimensional attenzionale Set-Shifting attività per topi&#39; 19. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig4.jpg" /> Figura 4. Wild-tipo C57BL6J prestazioni topi maschi nel tempo &#39;stuck-in-set&#39; ID / ED Operon compito. (A) Trials, (B) (in minuti) e giorni necessari per raggiungere il criterio nelle diverse fasi di l&#39;ID / compito ED Operon utilizzando un paradigma ID / ED &#39;stuck-in-set&#39;. (C) Tempo (in secondi) trascorso tra l&#39;apertura della porta divisore e una risposta naso Poke (latenza rispondere) durante le diverse fasi del compito. Un totale di 26 topi sono stati testati; Sono stati esclusi 4 topi perché non erano colpendo in modo affidabile per recuperare il rinforzo cibo durante la formazione o non sono stati in grado di terminare la postaProcedura ntire. A: * p &lt;0.05 rispetto al CD, IDS, IDS2, IDS2Re e EDSRe; B: * p &lt;0.05 rispetto al CD, IDS2, IDS2Re e EDSRe. A e B: #p &lt;0.05, ## p &lt;0,005 vs CD, IDSRe e IDS2Re. C: * p &lt;0.05 vs IDS2, IDS2Re e EDSRe. Si noti che i topi sono stati in grado di completare l&#39;intera attività in 5-9 giorni in tutti gli esperimenti riportati nelle Figure 3-4. I dati originariamente pubblicato in &#39;Il massimo intra ed Extradimensional attenzionale Set-Shifting attività per topi&#39; 19. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53503/53503fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig5.jpg" /> Figura 5. Wild-tipo C57BL6J prestazioni topi maschi nel &#39;bidimensionale&#39; ID / EDCompito Operon. (A) prove, (B) Tempo (in minuti) e giorni necessari per raggiungere il criterio nelle diverse fasi del compito / DE Operon ID utilizzando un paradigma a due dimensioni. (C) Tempo (in secondi) trascorso tra l&#39;apertura della porta divisore e una risposta naso Poke (latenza rispondere) durante le diverse fasi del compito. Un totale di 13 topi sono stati testati; Sono stati esclusi 3 topi perché non erano colpendo in modo affidabile per recuperare il rinforzo cibo durante la formazione o non sono stati in grado di terminare l&#39;intera procedura. A e B: #p &lt;0.05 rispetto al CD e IDS2Re, * p &lt;0.05 vs CD, IDS, IDS2, EDSRe. C: * p &lt;0.05 vs IDS2, IDS2Re e EDSRe. I dati originariamente pubblicato in &#39;Il massimo intra ed Extradimensional attenzionale Set-Shifting attività per topi&#39; 19. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53503/53503fig5large.jpg" target="_blank">Clicca qui per</a>visualizzare una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig6.jpg" /> Figura 6. Timeline di tutta la procedura del protocollo per testare ID compito / ED. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Palcoscenico </td><td> Descrizione </td><td> Note aggiuntive </td><td> Riferimenti </td></tr><tr><td> Semplice discriminazione (SD) </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Compound Discriminazione (CD) </td><td> Gli stimoli variano in due dimensioni percettive, come il colore e la forma per stimoli visivi nel compito umano, o tra consistenza e odore stimoli per i roditori </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Inversione di apprendimento (CDRE - IDSRe - IDS2Re - EDSRe) </td><td> Due esemplares all&#39;interno di una dimensione percettiva hanno le contingenze di rinforzo invertiti in modo che ciò che prima era corretta è quindi errato e viceversa) </td><td> Nell&#39;apprendimento inversione di serie, le prestazioni migliorano con consecutivi all&#39;interno inversioni-set. Così, le fasi di inversione (es., CDRE, IDSRe, IDS2Re) non solo la funzione di diverse aree corticali valutare, ma servono anche 1) per formare il gruppo attenzionale cognitivo contestato dalla fase EDS, e 2) per evitare condizionata superstiziosa per non intenzionale aspetti dello stimolo </td><td> - Lesioni della corteccia orbitofrontale nel topo (Bissonette et al., 2008) e monkyes compromessa apprendimento Reversal (Dias et al., 1996) - FMRI durante l&#39;esecuzione sull&#39;apprendimento Storno ha mostrato l&#39;attivazione della corteccia orbitofrontale (Hampshire e Owen, 2006) </td></tr><tr><td> Spostamento Intradimensional (IDS - IDS2) </td><td> Esemplari Novel vengono introdotti, ma la stessa dimensione è rinforzata </td><td> IDS fasi sErve come un controllo interno cruciale (es., EDS dovrebbe essere più difficile di quanto IDS), e anche contribuire a formare il set cognitivo-attentivo </td><td> La dopamina esaurimento nel PFC compromessa formazione insieme attenzionale (Robbins e Roberts, 2007). 6-OHDA scimmie lesionati non hanno mostrato la riduzione classica la riduzione degli errori dal primo (IDS1) all&#39;ultimo (IDS5) discriminazione, che deve riflettere l&#39;acquisizione di un insieme attentional </td></tr><tr><td rowspan="2"> Spostamento extradimensionale (EDS) </td><td> &#39;stuck-set in&#39; protocollo: precedentemente dimensione stimolo irrilevante viene sostituito da una nuova dimensione stimolo che diventa subito rilevanti </td><td> fallimento a spostarsi verso la nuova dimensione in questione non può essere attribuito a qualsiasi dell&#39;apprendimento precedente su questa dimensione, dato che non era stato precedentemente sperimentato. Fallimento, quindi, riflette perseveration alla dimensione precedentemente rilevante </td><td> - Lesioni del HAV mPFCe stato spettacolo compromettere EDS nel topo (Bissonette et al., 2008), e mokeys (Dias et al., 1996) - I pazienti lobo frontale sono alterate nel &#39;perseveranza&#39; stato bloccato-in-set, ma non è nella condizione di &#39;due dimensioni&#39; (. Owen et al, 1993) - La dopamina nel mPFC modulato prestazioni EDS nel topo (Papaleo et al, 2008;.. Scheggia et al, 2014) e ratti (Tunbridge et al., 2004) </td></tr><tr><td> protocollo &#39;due dimensioni &quot;: la dimensione precedentemente irrilevante è rinforzata </td><td> un apparente fallimento di spostare insieme attentivo può verificarsi quando un soggetto è in grado di spostare l&#39;attenzione da una dimensione rilevante in precedenza (quando diventa irrilevante) ma è, comunque, in grado di riportare l&#39;attenzione sulla dimensione nuova rilevante </td><td> - Lesione del mPFC nei ratti (Birrell e Brown, 2000) compromessa EDS turno Attivazione fMRI durante l&#39;esecuzione sul EDS ha dimostrato di ventro-laterale PFC (Hampshire e Owen, 2006) -60; </td></tr></tbody></table> Tabella 2: Stadi del ID / ED O una persona compito Descrizione delle fasi del compito, tra riferimenti a lesioni e studi farmacologici affrontare il ruolo delle aree cerebrali coinvolte nei diversi costrutti testati durante il compito..

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An Operant Intra-/Extra-dimensional Set-shift Task for Mice

Un operante intra / extra-dimensionale Set-shift attività per Mice

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.

Alterations in executive control and cognitive flexibility, such as attentional set-shifting abilities, are core features of several neuropsychiatric ...

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Research

JoVE Journal

Behavior

12.2K Views.  Istituto Italiano di Tecnologia. 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.

Video: An Operant Intra-/Extra-dimensional Set-shift Task for Mice

The Attentional Set Shifting Task: A Measure of Cognitive Flexibility in Mice

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&#160;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.

The goal of this protocol is to perform a behavioral assay such as the attentional set shifting task (AST) to assess prefrontal cortex-mediated cognitive flexibility in mice.

La Task attenzionale Set Shifting: una certa flessibilità cognitiva nei topi

Cognitive impairment, particularly involving dysfunction of circuitry within the prefrontal cortex (PFC), represents a core feature of many ...

Ricerca

Comportamento

Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats

Executive functions consist of multiple high-level cognitive processes that drive rule generation and behavioral selection. An emergent property of these processes is the ability to adjust behavior in response to changes in one&#8217;s environment (i.e., behavioral flexibility). These processes are essential to normal human behavior, and may be disrupted in diverse neuropsychiatric conditions, including schizophrenia, alcoholism, depression, stroke, and Alzheimer&#8217;s disease. Understanding of the neurobiology of executive functions has been greatly advanced by the availability of animal tasks for assessing discrete components of behavioral flexibility, particularly strategy shifting and reversal learning. While several types of tasks have been developed, most are non-automated, labor intensive, and allow testing of only one animal at a time. The recent development of automated, operant-based tasks for assessing behavioral flexibility streamlines testing, standardizes stimulus presentation and data recording, and dramatically improves throughput. Here, we describe automated strategy shifting and reversal tasks, using operant chambers controlled by custom written software programs. Using these tasks, we have shown that the medial prefrontal cortex governs strategy shifting but not reversal learning in the rat, similar to the dissociation observed in humans. Moreover, animals with a neonatal hippocampal lesion, a neurodevelopmental model of schizophrenia, are selectively impaired on the strategy shifting task but not the reversal task. The strategy shifting task also allows the identification of separate types of performance errors, each of which is attributable to distinct neural substrates. The availability of these automated tasks, and the evidence supporting the dissociable contributions of separate prefrontal areas, makes them particularly well-suited assays for the investigation of basic neurobiological processes as well as drug discovery and screening in disease models.

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

Procedure operante per la Valutazione di flessibilità comportamentale in Rats

Executive functions consist of multiple high-level cognitive processes that drive rule generation and behavioral selection. An emergent property of these ...

The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their behavioral flexibility and required memory duration, the number of goals and pathways, and also the overall task complexity. A confounding feature in many of these tasks is the lack of control over the strategy employed by the rodents to reach the goal, e.g., allocentric (declarative-like) or egocentric (procedural) based strategies. The double-H maze is a novel water-escape memory task that addresses this issue, by allowing the experimenter to direct the type of strategy learned during the training period. The double-H maze is a transparent device, which consists of a central alleyway with three arms protruding on both sides, along with an escape platform submerged at the extremity of one of these arms.
Rats can be trained using an allocentric strategy by alternating the start position in the maze in an unpredictable manner (see protocol 1; &#167;4.7), thus requiring them to learn the location of the platform based on the available allothetic cues. Alternatively, an egocentric learning strategy (protocol 2; &#167;4.8) can be employed by releasing the rats from the same position during each trial, until they learn the procedural pattern required to reach the goal. This task has been proven to allow for the formation of stable memory traces.
Memory can be probed following the training period in a misleading probe trial, in which the starting position for the rats alternates. Following an egocentric learning paradigm, rats typically resort to an allocentric-based strategy, but only when their initial view on the extra-maze cues differs markedly from their original position. This task is ideally suited to explore the effects of drugs/perturbations on allocentric/egocentric memory performance, as well as the interactions between these two memory systems.

The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.

The Double-H labirinto: una prova comportamentale robusto per l&#39;apprendimento e la memoria nei roditori

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their ...

New Variations for Strategy Set-shifting in the Rat

Behavioral flexibility is crucial for survival in changing environments. Broadly defined, behavioral flexibility requires a shift of behavioral strategy based on a change in governing rules. We describe a strategy set-shifting task that requires an attentional shift from one stimulus dimension to another. The paradigm is often used for testing cognitive flexibility in primates. However, the rodent version has not been as extensively developed. We have recently extended an established set-shifting task in the rat1 by requiring attention to different stimuli according to context. All the experimental conditions required animals to choose either a left or right lever. Initially, all animals had to choose on the basis of the location of the lever. Subsequently, a change in the rule occurred, which required a shift in set from location-based rule to a rule in which the correct lever was indicated by a light cue. We compared performance on three different versions of the task, in which the light stimulus was either novel, previously relevant, or previously irrelevant. We found that specific neurochemical lesions selectively impaired the ability to make particular types of set shift as measured by the performance on the different versions of the task.

Set-shifting, a form of behavioral flexibility, requires an attentional shift from one stimulus dimension to another. We extended an established rodent set-shifting task1 by requiring attention to different stimuli according to context. The task was combined with specific lesions to identify neuron subtypes underlying a successful shift.

Nuove Variazioni per strategia Set-shifting nel ratto

Behavioral flexibility is crucial for survival in changing environments. Broadly defined, behavioral flexibility requires a shift of behavioral strategy ...

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in rodents. In our laboratory, we evaluated the two types of memory in more than 30 strains of genetically engineered mice using the automated version of this apparatus. Here, we present the modified T-maze apparatus operated by a computer with a video-tracking system and our protocols in a movie format. The T-maze apparatus consists of runways partitioned off by sliding doors that can automatically open downward, each with a start box, a T-shaped alley, two boxes with automatic pellet dispensers at one side of the box, and two L-shaped alleys. Each L-shaped alley is connected to the start box so that mice can return to the start box, which excludes the effects of experimenter handling on mouse behavior. This apparatus also has an advantage that in vivo microdialysis, in vivo electrophysiology, and optogenetics techniques can be performed during T-maze performance because the doors are designed to go down into the floor. In this movie article, we describe T-maze tasks using the automated apparatus and the T-maze performance of &alpha;-CaMKII+/- mice, which are reported to show working memory deficits in the eight-arm radial maze task. Our data indicated that &alpha;-CaMKII+/- mice showed a working memory deficit, but no impairment of reference memory, and are consistent with previous findings using the eight-arm radial maze task, which supports the validity of our protocol. In addition, our data indicate that mutants tended to exhibit reversal learning deficits, suggesting that &alpha;-CaMKII deficiency causes reduced behavioral flexibility. Thus, the T-maze test using the modified automatic apparatus is useful for assessing working and reference memory and behavioral flexibility in mice.

This article presents the protocol of T-maze tests using a modified automated apparatus for assessing the learning and memory functions in mice.

T-labirinto alternanza forzata e sinistra-destra Attività discriminazione per la Valutazione di lavoro e la memoria di riferimento nel Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

Neuroscienze

A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often stereotyped actions elicited in response to innately aversive sensory stimuli, but their success requires enough flexibility for adapting to different spatial environments, which can change rapidly. Here, we describe a behavioral assay to evaluate the influence of learned spatial knowledge on defensive behaviors in mice. We have adapted the widely used Barnes maze spatial memory assay to investigate how mice navigate to a shelter during escape responses to innately aversive sensory stimuli in a novel environment, and how they adapt to acute changes in the environment. This new assay is an ethological paradigm that does not require training and exploits the natural exploration patterns and navigation strategies in mice. We propose that the set of protocols described here are a powerful means of studying goal-directed behaviors and stimulus-triggered navigation, which should be of interest to both the fields of instinctive behaviors and spatial memory.

This protocol describes a behavioral assay, based on the Barnes maze test, to study how instinctive defensive actions are modified by the knowledge of spatial environment.

Un'analisi comportamentale per investigare il ruolo della memoria spaziale durante la difesa istintiva nei topi

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often ...

Novel Object Recognition and Object Location Behavioral Testing in Mice on a Budget

Ethologically relevant behavioral testing is a critical component of any study that uses mouse models to study the cognitive effects of various physiological or pathological changes. The object location task (OLT) and the novel object recognition task (NORT) are two effective behavioral tasks commonly used to reveal the function and relative health of specific brain regions involved in memory. While both of these tests exploit the inherent preference of mice for the novelty to reveal memory for previously encountered objects, the OLT primarily evaluates spatial learning, which relies heavily on hippocampal activity. The NORT, in contrast, evaluates non-spatial learning of object identity, which relies on multiple brain regions. Both tasks require an open-field-testing arena, objects with equivalent intrinsic value to mice, appropriate environmental cues, and video recording equipment and the software. Commercially available systems, while convenient, can be costly. This manuscript details a simple, cost-effective method for building the arenas and setting up the equipment necessary to perform the OLT and NORT. Furthermore, the manuscript describes an efficient testing protocol that incorporates both OLT and NORT and provides typical methods for data acquisition and analysis, as well as representative results. Successful completion of these tests can provide valuable insight into the memory function of various mouse model systems and appraise the underlying neural regions that support these functions.

Here we provide a protocol which includes comprehensive instructions for the economical establishment of murine object location and novel object recognition behavioral testing, including the design, cost, and construction of required equipment as well as execution of behavioral testing, data collection, and analysis.

Riconoscimento di oggetti nuovi e oggetto posizione comportamentali test in topi con un budget limitato

Ethologically relevant behavioral testing is a critical component of any study that uses mouse models to study the cognitive effects of various ...

Two Different Real-Time Place Preference Paradigms Using Optogenetics within the Ventral Tegmental Area of the Mouse

Understanding how neuronal activation leads to specific behavioral output is fundamental for modern neuroscience. Combining optogenetics in rodents with behavioral testing in validated paradigms allows the measurement of behavioral consequences upon stimulation of distinct neurons in real-time with high spatial and temporal selectivity, and thus the establishment of causal relationships between neuronal activation and behavior. Here, we describe a step-by-step protocol for a real-time place preference (RT-PP) paradigm, a modified version of the classical conditioned place preference (CPP) test. The RT-PP is performed in a three-compartment apparatus and can be utilized to answer if optogenetic stimulation of a specific neuronal population is rewarding or aversive. We also describe an alternative version of the RT-PP protocol, the so-called neutral compartment preference (NCP) protocol, which can be used to confirm aversion. The two approaches are based on extensions of classical methodology originating from behavioral pharmacology and recent implementation of optogenetics within the neuroscience field. Apart from measuring place preference in real time, these setups can also give information regarding conditioned behavior. We provide easy-to-follow step-by-step protocols alongside examples of our own data and discuss important aspects to consider when applying these types of experiments.

Here we present two easy-to-follow step-by-step protocols for place preference paradigms using optogenetics in mice. Using these two different setups, preference and avoidance behaviors can be solidly assessed within the same apparatus with high spatial and temporal selectivity, and in a straightforward manner.

Due diversi paradigmi di preferenza posto in tempo reale utilizzando l'optogenetica all'interno dell'area tegmentale ventrale del mouse

Understanding how neuronal activation leads to specific behavioral output is fundamental for modern neuroscience. Combining optogenetics in rodents with ...

Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity to Modulate Behavior in Freely Moving Mice

Optogenetic modulation of neuronal circuits in freely moving mice affects acute and long-term behavior. This method is able to perform manipulations of single neurons and region-specific transmitter release, up to whole neuronal circuitries in the central nervous system, and allows the direct measurement of behavioral outcomes. Neurons express optogenetic tools via an injection of viral vectors carrying the DNA of choice, such as Channelrhodopsin2 (ChR2). Light is brought into specific brain regions via chronic optical implants that terminate directly above the target region. After two weeks of recovery and proper tool-expression, mice can be repeatedly used for behavioral tests with optogenetic stimulation of the neurons of interest.
Optogenetic modulation has a high temporal and spatial resolution that can be accomplished with high cell specificity, compared to the commonly used methods such as chemical or electrical stimulation. The light does not harm neuronal tissue and can therefore be used for long-term experiments as well as for multiple behavioral experiments in one mouse. The possibilities of optogenetic tools are nearly unlimited and enable the activation or silencing of whole neurons, or even the manipulation of a specific receptor type by light.
The results of such behavioral experiments with integrated optogenetic stimulation directly visualizes changes in behavior caused by the manipulation. The behavior of the same animal without light stimulation as a baseline is a good control for induced changes. This allows a detailed overview of neuronal types or neurotransmitter systems involved in specific behaviors, such as anxiety. The plasticity of neuronal networks can also be investigated in great detail through long-term stimulation or behavioral observations after optical stimulation. Optogenetics will help to enlighten neuronal signaling in several kinds of neurological diseases.

With optogenetic manipulation of specific neuronal populations or brain regions, behavior can be modified with high temporal and spatial resolution in freely moving animals. By using different optogenetic tools in combination with chronically implanted optical fibers, a variety of neuronal modulations and behavioral testing can be performed.

Manipolazione optogenetica dell'attività neuronale per modulare il comportamento nei topi in movimento libero

Optogenetic modulation of neuronal circuits in freely moving mice affects acute and long-term behavior. This method is able to perform manipulations of ...

A Behavioral Task Modeling 'Everyday Memory' in an Event Arena to Foster Allocentric Representations for Rodents

The event arena provides an optimal platform to investigate learning and memory. The appetitive everyday memory task described in this paper provides a robust protocol for the investigation of episodic and spatial memory in rodents, which specifically fosters allocentric memory representation. Rats are trained to find and dig for food during the encoding phase and, after a time delay, rats are given a choice to find the reward food pellet in the correct location. There are two key elements that promote the use of an allocentric strategy in this protocol: 1) rats start from different start locations within and between sessions, 2) a stable home-base is deployed where rats have to carry their food to eat. By means of these modifications, we effectively encourage the rodents to use allocentric spatial representations to perform the task. In addition, the task provides a good paradigm for within-subject experimental design and allows experimenters to manipulate different conditions to reduce variability. Used in conjunction with behavioral and physiological techniques, the resulting rodent model provides an effective test-bed for future research into memory formation and retention.

<meta charset="utf8"></head><body>Un compito comportamentale che modella la "memoria quotidiana" in un'arena di eventi per promuovere rappresentazioni allocentriche per i roditori

The goal of this optimized 'everyday memory' protocol in an event arena was to employ a stable home-base that encourages the use of allocentric spatial representations. This animal model provides an effective test-bed for future research into the formation and retention of event memories using behavioral and physiological techniques.

Un compito comportamentale che modella la "memoria quotidiana" in un'arena di eventi per promuovere rappresentazioni allocentriche per i roditori

The event arena provides an optimal platform to investigate learning and memory. The appetitive everyday memory task described in this paper provides a ...