This study was supported by Human Frontier Science Program and the Sasakawa Scientific Research Grant from the Japan Science Society.

動物の使用に関するすべての手順は沖縄科学技術大学院大学で動物実験委員会によって承認されました。 1.動物<ol><li>雄のロングエバンスラット（到着時に250〜300グラム）を取得します。 </li><li>到着すると、週に2つまたは3匹のラットのグループを収容し、後で個々のケージにそれらを分離します。この実験的なデザインは、食物制限を伴い、食品が消費量を制御するために、各ケージに動物を保持する必要があることに注意してください。 </li><li>食物および水を随意にすべての動物を提供し、標準条件（23℃で12時間/ 12時間の明/暗サイクル）の下でそれらを収容します。 </li><li> 5日行動実験の開始前に、実験を通して水への自由なアクセスを持つそれらの平均体重の約85％の動物が食物制限します。 </li><li>トンを理解するために、実験の開始前に5日間の最低5分の日のために動物を扱います実験者との裾。 </li></ol>行動試験および分析のために2.ハードウェアとソフトウェア<ol><li> ハードウェア <ol><li>音減衰ボックスを装備したオペラントチャンバーを使用してください。 </li><li>チャンバは、いくつかの追加の添付ファイルが組み込まれている：2レセプタクルレバーをフロントパネルに、ちょうどレバー上記二つの光の合図、2つのレバー間の先頭エントリ、食品ディスペンサー、純粋な音源とを検出するためのセンサ付き雑誌スポットリアパネルの家の光。 </li></ol></li><li> ソフトウェア <ol><li>トランスIVソフトウェアによって書かれたプログラムコードの下のコントロールのすべての行動のイベント。信号と訓練と試験中のすべての行動のイベントを検出するために、メッド-PC IVのソフトウェアを使用してください。 </li><li>トランスIVは、行動試験のためのコードを書くために使用します。書き込み用の新しいファイルを開きます。 </li><li>プログラムが書き込まれると、翻訳し、ソフトウェアの中でそれをコンパイルします。エラーがある場合は、コードを変更します。検出して、再試行してください。 </li><li>ユーザーのコードは、実験の実際の開始前トライアルランを行うことにより、正常に動作する場合、プログラムの成功のデバッグの際に、ご確認ください。 </li><li> MED-PC IVを使用して、行動実験を実行します。ソフトウェアを開き、「オープンセッション」をクリックして、各ボックスに単一のプログラムを割り当てます。 </li><li>すべてのプログラムが正常に各ボックスに割り当てられた後、実験を開始するために必要な信号を送ります。 </li><li>タスクの完了後、「データ保存」をクリックしてデータを保存したり、自動的にデータを保存するためにコードを書く（詳細については、MED-PC IVのためのプログラマのマニュアルを参照してください）。 </li><li>データが指定したフォルダにエクスポートされたら、後で使用するために取得日と動物ID番号などのデータを変更します。収集されたデータは、（プロトコル、3.7）以下に記載の行動分析のためのMatlabにインポートされます。 </li></ol></li></ol> 3.行動のトレーニングとテスト<ol><li> 馴化とマガジンのトレーニング。 </強いです&gt; <ol><li>これらの段階の間、動物へのレバーを提示していません。 </li><li>馴化フェーズの間、20分の日のためにオペラントチャンバー内に動物を配置します。同日、ショ糖報酬にそれらをよく理解し、それらのホームケージ内の動物に10ショ糖ペレット（45 mg）を、与えます。 </li><li>次に、雑誌のトレーニングを開始します。室内で動物を置き、食品トレー、ペレットの買収の場所を学ぶ機会を提供し、動物に20ショ糖ペレット（毎分1ペレット）を得ました。 注：これらの段階は、我々は食品トレーから室と食に慣れた動物を作るためにそれらを採用していても、原因オペラント反応せず、ペレットを得た上で、動物の潜在的な混乱をスキップすることができます。 </li></ol></li><li> 連続強化スケジュール <ol><li>レバーを押すことで報酬を得るために、連続強化スケジュールに動物を訓練します。 60ペレットは蜂を持ってまで、このトレーニングのセッションが続きますnが受信した（60レバープレス）または40分が経過しました。 </li><li>現在のいずれかの後半に反対レバーのプレゼンテーションに続いて（30ペレットが得られるまで）セッションの前半を通して、左または右のレバー、。順序は、日常的に交番されます。 </li><li>動物が正常に少なくとも2日間連続して60報酬を得られるまで、この強化スケジュールを続行します。彼らは第1のレバー押しをすると、この補強の進捗に影響を与える可能性がどのように迅速の動物の間で高い変動があるかもしれないことに注意してください。この場合、応答は最初のセッションを介して行われていないレバーに向かって接近するそれらをやる気に提示レバーにいくつかのショ糖ペレットを置きます。 注：可能な代替は、レバーが第一高速このフェーズの完了を作るために動物に提示されたときにスクロースペレットを置くことです。 </li></ol></li><li> レバー押しの訓練および試験における裁判のためのタイムスケジュール。 </strオング&gt; <ol><li> 3秒（s）はトーンを持つ単一のトライアルを開始します。 </li><li>トーンの終了後2秒、現在2つのレバーと動物が10秒以内にレバーのいずれかを押すことができます。応答が10秒以内に行われない場合には、両方のレバーを撤回し、漏れの試みとして、この裁判を数えます。 </li><li>レバープレスのトレーニング、どちらかの側に存在する唯一のシングルレバーの場合。 </li><li>実験条件のほとんどでは、レバーの1つ以上の光刺激がありました。トーンが停止した直後に光合図を回して、動物が応答が行われていないときのいずれかが応答をしたか、レバー挿入後10秒を持っているときにオフにします。 </li><li> 20〜30秒で試行間の間隔を設定します。 </li></ol></li><li> レバープレストレーニング <ol><li>この訓練段階では、動物には光を提示していません。 </li><li>以下で説明するテストセッションなどの裁判のために同じタイムスケジュールで5-8のセッションのレバー押しの訓練の下で動物を訓練します。 </li><li>目でトレーニング、現在左または右レバーがランダムであり、レバーは、レバーが提示された後10秒以内に押されなければならない、または試用が応答なしの省略としてカウントされます。レバープレスのトレーニングのためのセッションは、80の試験で構成される。 </li><li>動物は80試行のうち、不作為の10％未満を獲得した後、以下の側バイアス試験に移動します。 </li></ol></li><li> サイドバイアス試験 <ol><li>左または右のレバー1のいずれかに動物の嗜好を決定するために、サイド・バイアステストを実行します。裁判は、両側に2つのレバープレスを伴います。 </li><li>オペラントチャンバー内に動物を配置し、それらをレバーのどちらかを選択することができます。次の試行では、動物は、報酬を得るために、反対側のレバーを選択しなければなりません。動物の第二の試みは、最初の応答の同じ側にある場合、報酬を与えないと応答は反対側に行われるまで裁判を継続します。 </li><li> 7試験の合計を実施動物の側の好みを決定します。 </li></ol></li><li> テスト。 <ol><li>毎日のセッションは80件の試験で構成されています。 </li><li> 図1に示すようにセットシフト手続きのための3つの異なる条件を準備します。 </li><li>すべての3つの条件が同様に正しい側（フェーズ2、視覚的合図戦略）を示す光合図を以下に同じ側に一貫している1レバー（フェーズ1、応答戦略）を選択からの行動戦略を変更するに動物を必要とします。 </li><li>動物がレバーの位置に基づいてレバーを押す必要がいる4つのセッションのための対応戦略（フェーズ1）の初期学習、で始まります。このフェーズでは、前述したように、予備側バイアス試験に基づいて、自分の好みにレバー反対に正しい面を設定します。 </li><li>次に、10セッションのために視覚的な手がかり学習（フェーズ2）を開始します。どちらかのレバーの上に照射される光のキューは、正しいレバーを示しています。この位相シフトでは、3ディ以下に記載されるように注意シフトfferentパターン（3.3.6-3.3.8）3つの実験条件の間で比較することができます。 </li><li>セットシフト条件1（ 図1A）では、フェーズ1には、光を与えませんが、光の合図が条件1でフェーズ2で正しい側を示し、したがって、動物は、新規な刺激に出席する必要があります。 </li><li>セットシフト条件2（ 図1B）では、フェーズ1で正しいレバー上に光合図を提示し、再びこの状態で相2に、光キューが関連していたが、必ずしも相に選択を行うために必要ではありません1.このように動物は以前に関連するキューに出席しなければなりません。 </li><li>セットシフト条件3（ 図1C）では、このようにそれを無視しなければならない段階1でランダムに左または右レバーの上に光合図をオンにします。フェーズでは2匹の動物は、以前は無関係となっている光刺激に注意を払うために必要とされています。 </li></ol></li><li> 行動分析。 <ol><li>セッションを通して、漏れ試験を除く、日常的に正答率を測定します。 </li><li>視覚的な合図学習の10セッション中に蓄積されたエラーをカウントし、以前の研究1で説明したように固執、退行または強化することはありませんエラーにそれらを分類します。そこでは、エラーの種類の詳細な分析は、セット・シフトに別々の機能を示唆しています。 </li><li>動物のパフォーマンスはチャンスレベル4、6、13、14、15を下回っていた間、以前に正しいレバーに誤った応答のよう固執エラーを定義します。同様の基準は、以前の研究1、3、7、11で使用されてきました。 </li><li>原則に基づいた方法に基づいて、基準を決定動物が最初の10試行の移動ウィンドウで10不正解の回答（累積二項分布に基づいて、8月10日の誤差以上= 0.054を、作るの確率）のうち8個未満を獲得するポイントとして固執し、回帰エラーの間に分離します。 </li><li>この点を見つけるために、1 回試験から10トライアルウィンドウの移動平均の計算を開始し、&lt;8/10の誤差が測定されるまで、一度に1トライアルことによってそれを進めます。光キューは視覚的な手掛かり戦略の間に、以前に間違ったレバーの上に照らされているすべての試験全体でこの分析を行います。 </li><li>退行エラーとしてこの時点後にコミット以降のすべてのエラーを定義します。 </li><li>動物は、光の合図が点灯していないされた以前に間違ったレバーに反応したときに視覚的な手がかり学習時には、強化することはありませんエラーをカウント。学習段階に基づいて、初期または後期の部分に分割します。 10セッションの前半（SESの中で発生したエラーイオン1-5）が早期に考慮され、後半（セッション6-10）のものは、後半のものとみなされます。 </li></ol></li></ol>

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</ol>

The authors have nothing to disclose.

<html>我々は、ラットでの使用のために確立された一連のシフトパラダイムに新しいバリエーションを開発しました。新しいルールのための探査の古いルールの抑制と促進：これらのパラダイムを使用して、線条体のコリン作動性病変がセットシフトで線条体コリン作動性介在ニューロンの特定の役割を示唆し、設定シフトを損なうことが判明しました。効果は学習におけるこれらの構造の異なる役割に応じて、背内側と腹側線条体との間で異なっていました。 セットシフトタスクが広くヒトからげっ歯類1、4、5、7、8、9、12までの範囲の種における行動の柔軟性を試験するために使用されてきました。 「セット」という用語は、与えられた裁判で行動に関連する刺激のプロパティとして定義されています&quot;外部参照&quot;&gt; 20、21。本研究では、被験者は、関連する設定した変化に基づいて行動戦略を変更するために必要された新たなバリエーションを導入しました。新しいバージョンでは、設定シフトを使用して、他の研究と慎重に比較する必要があります。典型的なセットシフトパラダイムでは、被験者は最初に行動を導くために、関連するセットを形成し、無関係なセットを無視します。設定シフトした後、被験者は、以前に無関係なセットに出席しなければなりません。私たちがここで提案の三つの条件のうち、唯一の条件3は、セットのシフトを伴います。条件1及び2は、新規な刺激または化合物の刺激のサブセットのいずれかが該当することになるこのようなセットシフトタスク異なります。学習曲線と無傷のラットの固執エラーの数は3つの条件との間の最初の取得と再取得の違いを明らかにしました。このように、各条件措置異なる機能：小説キューへの応答の取得、関連への関心が、ない重要な手がかりと無関係な手がかりに注意。これらの新しいバリエーションは、行動の柔軟性の異なる形態のための神経機構を調査するために有用です。 ラットは定位手術、トランスジェニック株の可用性、および認知能力に適していそれらの大きなサイズを含む行動の柔軟性を、基礎となる神経機構を研究するための多くの利点を持っています。以前の研究は、T迷路ベースを確立またはラットの1、7、8、9、11にセットシフトタスクのバージョンを自動化しています。自動化されたバージョンが利用できない場合には、この記事で紹介三つの異なる操作は、T-迷路ベースのセットシフトタスク3、7にも適用可能です。また、などの異なる感覚モダリティを持つ他の刺激の大きさ臭気キューはさらなる変形を拡張する、22を組み合わせることができます。 これは、以前にDMSの不活性化が示されているかVSセットシフト損なうことが以前に無関係な刺激7,9に出席必要とする場合。これはまた、本研究の条件3の場合です。しかし、答えられることを残る重要な問題は、障害のセットシフトはシフトの間（このような対応戦略から、視覚的なキュー戦略のような）アクション戦略を変更することができないことから派生しているかどうかであるか、に注意を払うことができないこと初期差別に無関係であった刺激。単一の実験的背景を調べることによって、これらの2つの可能性を決定することは不可能です。シフト戦略のより一般的な障害から特定の注意障害を分離するために、我々は、2つの異なる使用して、セットシフトタスクの新しいバリエーションを作成しようとしてきました注目の同じシフトが異なるタイプを必要とする耳鼻咽喉科条件。 これらの追加の条件を使用して、我々は異なる文脈での戦略のシフトの根底にある神経の基板を分離することができます。たとえば、新しい刺激が導入された条件1でのVSの保続病変ラットは、私たちが注意プロセスや新しいルールのための重要な新規性へのアプローチで腹コリン作動系の潜在的なメカニズムを明らかにすることができました。一方、我々は戦略的なシフトにDMS病変の一般的な効果は観察されませんでした。むしろ、それは以前に無関係な手がかりに注意を払うために必要な刺激不測の事態が変化する状況や動物に特異的でした。二つの追加条件が正常に戦略をシフトさせる一般的な障害のために制御します。これは、DMSとVSコリン作動性システムは彼らが動作していても、古い戦略と探索行動の円滑化の抑制に共通の役割を持っていると結論することができました異なる環境コンテキスト、およびどちらも1は戦略自体をシフトさせるのに一般的な役割を担っています。 結論として、新しいセットシフトばらつきにより、より詳細には、ラットの認知の柔軟性を分析し、異なる環境のコンテキストの下で行動の柔軟性のための神経機構のさらなる理解を助けるために行います。この記事で紹介したような前頭前皮質および海馬などの他の主要な脳領域の関与をテストする今後の研究は、種々の状況を使用して奨励されるだろう。

行動の柔軟性は、変化する世界での生存のための重要な要件です。この能力を試験するための確立された行動パラダイムの一つは、別の刺激次元から注意のシフトは、ルールの変更後のアクション戦略を変更するために必要である、設定シフトです。例えば前頭前皮質及び線条体などのいくつかの脳領域は、2、3、4、5セットをシフトに関与しています。この機能のための神経機構は、ヒト5、サル6およびラット1、7、8、9を含むいくつかの種を越えて研究されてきました。しかし、セットシフトタスクのラットのバージョンは、広範囲に開発されていません。ラットの費用対効果、それらの適切な<html>定位手術のためのサイズ、および最近開発された遺伝学的方法10の利用可能性は、ラットで使用するための一連のシフトパラダイムのさらなる発展をやる気。 例えば、応答戦略とビジュアル・キュー戦略：ラッ​​トのための典型的なセットシフトパラダイムは2行動戦略の変化を必要とします。ラットは、最初に2つの利用可能な（例えば、T-迷路のバージョン7にバージョン1または左または右の腕を自動化されたオペラントで左または右のレバーなど、8、9、11）のいずれかのオプションを選択する必要があります。セットシフトした後、彼らはそのような正しい側を示す光合図などのビジュアル・キュー戦略を、使用に切り替える必要があります。これらの従来のセットシフトタスクでは、以前には無関係であった別の次元に1刺激次元から注意をシフトする必要があります。 ontent &quot;&gt;以前には無関係であった寸法に変更することに加えて、刺激が以前に関連する、または以前には存在しなかったと今小説ことを論理的な可能性もある。自然の中で実際の生活状況は、新規に注意を伴うこと、または歴史的に関連するが、重要ではないキュー。したがって、我々は、齧歯類の新しいバリエーションに設定されたシフト以前に確立された自動化されたセットシフトタスク1に基づいて、設定シフトのこれらのサブタイプを検討しました。 我々は最近、線条体12のneurochemically特定の病変の効果を決定するための実験でセットシフトパラダイムの新バージョンを使用することを実証しました。我々の以前の研究では、アセチルコリン以来、背内側または腹側線条体のアセチルコリン（AChのを）解放するコリン作動性介在ニューロンを対象とし、それらのサブ領域は、行動の柔軟性に関与しています。すべての実験条件は同じ戦略的シフト府を要求しました注意シフトのトン関係する各異なる種類：小説に、以前に関連するまたは以前に無関係な合図。ここでは、線条体のコリン作動性システムは、行動コンテキスト12に応じて、異なる線条体のサブ領域間の解離であるセットシフト、で基本的な役割を果たしていることを示唆している代表的な結果をパラダイムの詳細な手順を説明し、強調表示します。

<table><tbody><tr><td>Standard Modular Test Chamber</td><td>Med Associates</td><td>ENV-008</td><td></td></tr><tr><td>Low Profile Retractable Response Lever</td><td>Med Associates</td><td>ENV-112CM</td><td></td></tr><tr><td>Stimulus Light for Rat</td><td>Med Associates</td><td>ENV-221M</td><td></td></tr><tr><td>Switchable Dual Pellet/Dipper Receptacle for Rat</td><td>Med Associates</td><td>ENV-202RM-S</td><td></td></tr><tr><td>Head Entry Detector for Rat Receptacles</td><td>Med Associates</td><td>ENV-254-CB</td><td></td></tr><tr><td>Modular Pellet Dispenser; 45 mg for Rat</td><td>Med Associates</td><td>ENV-203M-45</td><td></td></tr><tr><td>Sonalert Module for Rat</td><td>Med Associates</td><td>ENV-223AM</td><td>4.5 kHz available (ENV-223HAM)</td></tr><tr><td>House Light for Rat Chambers</td><td>Med Associates</td><td>ENV-215M</td><td></td></tr><tr><td>SmartCtrl Interface Module, 8 input/16 output</td><td>Med Associates</td><td>DIG-716B</td><td></td></tr><tr><td>SmartCtrl Connection Panel, 8 input/16 output</td><td>Med Associates</td><td>SG-716B</td><td></td></tr><tr><td>45 mg Tablet-Fruit Punch</td><td>TestDiet</td><td>1811255</td><td>Several flavors available</td></tr></tbody></table>

new variations for strategy set-shifting in the rat

行動の柔軟性は、環境の変化に生存のために重要です。大まかに定義され、行動の柔軟性がルールを支配するの変化に基づいて行動戦略のシフトを必要とします。私たちは、別の刺激次元から注意のシフトを必要とする戦略セットシフトタスクについて説明します。パラダイムは、多くの場合、霊長類における認知の柔軟性をテストするために使用されます。しかし、齧歯類のバージョンは、広く開発されていません。我々は最近、文脈に応じて異なる刺激に注意を必要とすることによって、ラット1で確立されたセットシフトタスクを高めています。すべての実験条件は、左または右のレバーのどちらかを選択するために動物を必要としました。最初に、すべての動物は、レバーの位置に基づいて選択しなければなりませんでした。続いて、ルールの変更は、正しいレバーが光合図で示されたルールには、ロケーションベースのルールからセットのシフトを必要とする、発生しました。我々はTHREのパフォーマンスを比較しました電子光刺激は、以前に関連する、または以前に無関係のいずれか小説だったタスクの異なるバージョン、。私たちは、特定の神経化学的病変が選択タスクの異なるバージョンのパフォーマンスによって測定されるように設定されたシフトの特定のタイプを作る能力を損なうことがわかりました。

私たちは行動の柔軟性にコリン作動性介在ニューロンの役割を調査するために、上記の戦略セットシフトタスクを使用していました。私たちは、背内側におけるコリン作動性介在ニューロン（DMS）、腹側線条体（VS）と生理食塩水を注射した対照の免疫毒素によって誘発される選択的病変のタスクに影響を比較しました。全ての動物は、正しいレバー上記キュー光に基づいて選択することに、（左または右）側に基づいてレバーを選択することから切り替える必要がありました。 （1）小説、（2）以前に関連する（正しいレバーを示す）、または（3）以前に無関係な（ランダムに割り当てられた）：私たちは、キュー光がどちらかあったに設定されたシフトの3つの実験条件を用いました。 これらの3つの実験条件では、応答戦略の最初の買収は、線条体におけるコリン作動性の損失が初期学習（ - 2C 図2A）には影響を与えなかったことを示唆している、すべての治療群において無傷でした。これらの結果は、DMSまたはVSの不活性化は17、18、19がそのまま学習初期左線条体に全身16または局部的に初期差別7、9、およびコリン作動性アンタゴニストのそのアプリケーションに影響を与えなかったことを示す以前の研究と一致しています。 セットシフト条件1（ 図2A、小説キュー）で、正答率が有意差はなかったです。しかし、固執エラーの数が有意に対照よりVS病変群で増加しました。セット・シフトの間に条件2（ 図2B、以前に関連するキュー）学習性能やエラーの種類のいずれも、病変によって変更されました。これとは対照的に、セットシフト状態で3（ 図2C、以前は無関係キュー）、トン彼は固執エラー数は、群間で有意に異なっていました。具体的には、DMS病変後の固執エラーの有意な増加がありました。対照群と比較して、強化することはありませんエラーの数が大幅に視覚的な手がかり学習の後期における早期のではなく、中に明らかであった両方のDMSとVS病変群で減少しました。 小説刺激がより固執エラーを引き起こして、新しい重要な手がかりとして与えられたときに要約すると、VSコリン作動性病変は戦略的シフトを破壊しました。一方、DMS病変はセットシフト以前に無関係な刺激への注意がエラータイプの異なる分布が得られ、必要とされただけで影響を受けます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55005/55005fig1.jpg" /> 図1：セットシフトのための3つの異なる条件。 3つのうちフローチャートセットシフトパラダイムの変形例（A、BおよびC）。黄色い丸は、視覚的な手がかりを示しています。青木らからの許可を得て転載。 12。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55005/55005fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/55005/55005fig2.jpg" /> 図2：セットシフトタスクにおける行動の結果。正しい応答と視覚的な手がかり戦略の両方における応答（左）、視覚的合図戦略（中央）の10セッションでコミットエラーのタイプ、および強化することはありませんエラー（右）の初期および後期の成分が（各実験条件に対して示されているの割合、行動戦略のシフトは、以前に関連する刺激に、新たな刺激、Bに注意が必要<strong&gt; C、）以前に無関係な刺激に。最後のグループのサイズは、次の条件1、N = 16（対照）、N = 19（DMS）、N = 14（VS）を、条件2は、N = 13（対照）、N = 18（DMS）、N = 14（VS）。条件3、N = 21（対照）、N = 17（DMS）、N = 16（VS）。手段は、SEMの±としてデータが示されています。アスタリスクは*、**、***はそれぞれ、P &lt;0.05、&lt;0.01および&lt;0.001です。青木らからの許可を得て転載。 12。 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55005/55005fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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New Variations for Strategy Set-shifting in the Rat

設定シフト、行動の柔軟性の形は、別の刺激次元から注意のシフトが必要です。私たちは、文脈に応じて異なる刺激に注意を必要とすることによって確立された齧歯類セットシフトタスク1を拡張しました 。タスクが成功したシフトの基礎となるニューロンサブタイプを同定するための特定の病巣と合わせました。

ラットにおける戦略セット・シフトのための新しいバリエーション

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

new-variations-for-strategy-set-shifting-in-the-rat

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Behavior

8.2K ビュー.  Okinawa Institute of Science and Technology. 設定シフト、行動の柔軟性の形は、別の刺激次元から注意のシフトが必要です。私たちは、文脈に応じて異なる刺激に注意を必要とすることによって確立された齧歯類セットシフトタスク1を拡張しました 。タスクが成功したシフトの基礎となるニューロンサブタイプを同定するための特定の病巣と合わせました。 

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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.

注意のセットシフトタスク：マウスにおける認知の柔軟性の測定

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

行動学

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.

ラットの行動の柔軟性を評価するためのオペラント手順

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.

ダブルH迷路：げっ歯類での学習と記憶のための堅牢な行動試験

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 ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

ラットでのタスクに到達高精度熟練前肢の取得

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

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.

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.

マウス用オペラントイントラ/エクストラ次元セットシフトタスク

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

The Structure of Skilled Forelimb Reaching in the Rat: A Movement Rating Scale

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and primates. The video describes a test situation that allows filming of repeated acts of reaching for food by the rat that has been mildly food deprived. A rat is trained to reach through a slot in a holding box for food pellet that it grasps and then places in its mouth for eating. Reaching is accomplished in the main by proximally driven movements of the limb but distal limb movements are used for pronating the paw, grasping the food, and releasing the food into the mouth. Each reach is divided into at least 10 movements of the forelimb and the reaching act is facilitated by postural adjustments. Each of the movements is described and examples of the movements are given from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation. Because the reaching act for the rat is very similar to that displayed by humans and nonhuman primates, the scale can be used for comparative purposes. from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation.

Experiments on animals were performed in accordance with the guidelines and regulations set forth by the University of Lethbridge Animal Care Committee in accordance with the regulations of the Canadian Council on Animal Care.

The skilled reaching scale divides the movement by a forelimb in a reach for food act into composite elements each of which are evaluated with a three-point scale. The rating scale is described for a normal rat and can be applied toward evaluating neurological motor disorders.

ラットに到達熟練前肢の構造：運動評価尺度

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and ...

生物学

Peering into the Dynamics of Social Interactions: Measuring Play Fighting in Rats

Play fighting in the rat involves attack and defense of the nape of the neck, which if contacted, is gently nuzzled with the snout. Because the movements of one animal are countered by the actions of its partner, play fighting is a complex, dynamic interaction. This dynamic complexity raises methodological problems about what to score for experimental studies. We present a scoring schema that is sensitive to the correlated nature of the actions performed. The frequency of play fighting can be measured by counting the number of playful nape attacks occurring per unit time. However, playful defense, as it can only occur in response to attack, is necessarily a contingent measure that is best measured as a percentage (#attacks defended/total # attacks X 100%). How a particular attack is defended against can involve one of several tactics, and these are contingent on defense having taken place; consequently, the type of defense is also best expressed contingently as a percentage. Two experiments illustrate how these measurements can be used to detect the effect of brain damage on play fighting even when there is no effect on overall playfulness. That is, the schema presented here is designed to detect and evaluate changes in the content of play following an experimental treatment.

Play fighting in the rat involves attack and defense of the nape of the neck, which if contacted, is gently nuzzled with the snout. Because the movements of one animal are countered by the actions of its partner, play fighting is a complex, dynamic interaction. This dynamic complexity raises methodological problems about what to score for experimental studies. We present a scoring schema that is sensitive to the correlated nature of the actions performed. Two experiments illustrate how these measurements can be used to detect the effect of brain damage on play fighting even when there is no effect on overall playfulness. That is, the schema presented here is designed to detect and evaluate changes in the content of play following an experimental treatment.

社会的相互作用のダイナミクスにピアリング：ラットでの戦闘を再生し測定

Play fighting in the rat involves attack and defense of the nape of the neck, which if contacted, is gently nuzzled with the snout. Because the movements ...

神経科学

A Task for Assessing the Impact of a Partner on the Speed and Accuracy of Motor Performance in Rats

To our knowledge, no study has examined the effect of mere presence on accuracy of performance in animals. Therefore, we developed an experimental task to measure rats&#8217; motor performance (speed and accuracy) in a social condition. Rats were trained to run on a runway and pull down a lever at the end of the runway. In testing, rats performed the task solitarily (single) or in the presence of a confederate rat beyond the lever (pair or a social condition). As indices of the performance speed, we measured the time needed to start running, run through the runway, and pull down the lever. As the index of performance accuracy, we counted the number of trials in which rats could pull down the lever during their first attempt. One-way and two-way repeated-measure analyses of variance were used to analyze the data. This run-and-pull task enabled us to examine the effect of the presence of another conspecific on both speed and accuracy of motor performance in one experiment. The results showed that rats performed the task faster but less accurately in pair sessions than in single sessions. This protocol would be a valid animal model to examine the effect of mere presence on speed and accuracy of motor performance in rats.

A procedure to measure the speed and accuracy of rats&rsquo; motor performance in a social condition is described. The protocol enables us to investigate the effect of the mere presence of others on speed and accuracy of motor performance in one experiment.

ラットにおける運動性能の速度と精度に対するパートナーの影響を評価するタスク

To our knowledge, no study has examined the effect of mere presence on accuracy of performance in animals. Therefore, we developed an experimental task to ...

Assessment of Stress Effects on Cognitive Flexibility using an Operant Strategy Shifting Paradigm

Stress affects cognitive function. Whether stress enhances or impairs cognitive function depends on several factors, including the 1) type, intensity, and duration of the stressor; 2) type of cognitive function under study; and 3) timing of the stressor in relation to learning or executing the cognitive task. Furthermore, sex differences among the effects of stress on cognitive function have been widely documented. Described here is an adaptation of an automated operant strategy shifting paradigm to assess how variations in stress affect cognitive flexibility in male and female Sprague Dawley rats. Specifically, restraint stress is used before or after training in this operant-based task to examine how stress affects cognitive performance in both sexes. Particular brain areas associated with each task in this automated paradigm have been well-established (i.e., the medial prefrontal cortex and orbitofrontal cortex). This allows for targeted manipulations during the experiment or the assessment of particular genes and proteins in these regions upon completion of the paradigm. This paradigm also allows for the detection of different types of performance errors that occur after stress, each of which has defined neural substrates. Also identified are distinct sex differences in perseverative errors after a repeated restraint stress paradigm. The use of these techniques in a preclinical model may reveal how stress affects the brain and impairs cognition in psychiatric disorders, such as post-traumatic stress disorder (PTSD) and major depressive disorder (MDD), which display marked sex differences in prevalence.

Stressful life events impair cognitive function, increasing the risk of psychiatric disorders. This protocol illustrates how stress affects cognitive flexibility using an automated operant strategy shifting paradigm in male and female Sprague Dawley rats. Specific brain areas underlying particular behaviors are discussed, and translational relevance of results are explored.

オペラ戦略シフトパラダイムを用いた認知の柔軟性に対するストレス効果の評価

Stress affects cognitive function. Whether stress enhances or impairs cognitive function depends on several factors, including the 1) type, intensity, and ...

A Complex Diving-For-Food Task to Investigate Social Organization and Interactions in Rats

For many species, where status is a vital motivator that can affect health, social hierarchies influence behavior. Social hierarchies that include dominant-submissive relationships are common in both animal and human societies. These relationships can be affected by interactions with others and with their environment, making them difficult to analyze in a controlled study. Rather than a simple dominance hierarchy, this formation has a complicated presentation that allows rats to avoid aggression. Status can be stagnant or mutable, and results in complex societal stratifications. Here we describe a complex diving-for-food task to investigate rodent social hierarchy and behavioral interactions. This animal model may allow us to assess the relationship between a wide range of mental illnesses and social organization, as well as to study the effectiveness of therapy on social dysfunction.

This protocol describes a method of examining social hierarchy in a rat model. Rats perform a complex diving-for-food task in which they form a distinct hierarchy according to their willingness to dive underwater and swim to obtain a food pellet. This method is used to understand decision making and social relationships among highly social animals in small groups.