주의력 설정 쉬프트 작업 : 마우스의인지 적 유연성의 측정

요약

이 프로토콜의 목표는 마우스의 전두엽 피질 매개인지 적 유연성을 평가하는 작업 (AST)를 이동 주의력 세트로 행동 분석을 수행하는 것입니다.

초록

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

서문

작업 (AST)를 이동 주의력 세트 전 ^{1, 2} 십 년간 쥐의 관심과인지 적 유연성의 척도로 개발되었다. AST는 인간과 인간이 아닌 영장류 ^{3,4에서인지} 기능 장애를 식별하는 데 사용되는 캠브리지 신경 심리 테스트 자동화 배터리 (CANTAB)의 extradimensional / intradimensional 구성 요소를 모델로. 간단한 규칙을 배울 수있는 능력은 그대로 유지하면서, 학습 적자 (규칙, 신경 장애 (즉, 정신 분열증, 강박 장애, 우울증)의 다양한 고통받는 환자에서 발견되는 신경 퇴행성 질환을 변경 한 응답을 수정하려면 즉, 파킨슨 병) 및 사전 전두엽 피질 ^(5)에 병변이있는 환자. 더 일반적으로, 이러한 환자는인지 적 유연성 적자를 갖는 것으로 설명되어 있습니다. 유사 적자는 비 - 인간 영장류 및 설치류 병변 t 모두에 도시 된전두엽 피질 O를 ^1,6-8를 유도하고있다. 이러한 적자는인지 적 유연성의 상태 또는 주의력 세트를 이동하는 장애인의 능력을 나타냅니다.

피사체의 규칙 세트는 무관 큐들에서 중요한 차별화하기 위해 복잡한 자극에 적용될 수 있다는 것을 알게 될 때 주의력 세트가 형성된다. 예를 들어, AST에, 동물 매체와 음식 보상을 페어링하여, 관련없는 큐 (즉, 냄새)주의를 지불하고 관련 큐 (즉, 파고 매체)에 대응하고 무시하는 방법을 배웁니다. 중간 냄새 변경을 파고의 종류,하지만, 보통과 보상 사이의 쌍 협회가 남아있는 곳이 협회는 후속 작업으로 강화된다. 이 강화 된 규칙은인지 세트를 형성한다. 반전과 여분의 차원 변화 :인지 적 유연성의 AST 프로토콜 측정 측면 내에서 두 단계. 반전 단계, 하나 dimensio 내에서 이전에 부정적인 자극에서N (이 예에서 매체) 이전 스테이지로부터 긍정적 인 자극을 무시하는 동물 도전 지금 긍정적이다. 펠트 파고 매체가 이전 단계에서 긍정적 자극이고 예를 들어, 이제 용지 반전에 해당하는, 음 자극했다. 이는 주의력 세트를 유지해야한다는 점에서 유연성이 동물의 도전 (즉, 매체가 관련 치수) 규칙을 변경하면 치수 내 자극과 보상 쌍에 대해 학습한다. 주의력 세트의 형성은 부적합 사이즈 (이 예에서는 냄새) 사이즈에 적합하게 추가 차원 시프트 스테이지에 도전한다. 이전에 학습 법칙을 이용하여 지속적으로 나타낸 바와 같이 선택 보속 응답은, 어느 단계에서인지 유연성 부족을 반영한다.

인간이 아닌 영장류와 설치류 모두에서 병변 연구 PERF 할 수있는 능력에 기인 할 수있다 전두엽 피질의 특정 지역을 보여 주었다AST ^1,9의 특정 단계를 ORM. 안와 전두엽 피질 (OFC)에 병변은 전두엽 피질 (PFC)의 하위 영역은, AST ⁸ 학습 반전에 적자를 유도하는 것으로 나타났다. 또한, 여분의 차원 변위를 특정 어려움 내측 전두엽 피질 (MPFC) 팀의 병변.

AST를 사용하여 수많은 연구 래트 및 인간이 아닌 영장류에서 수행되었지만, 비교적 소수 마우스에서인지 기능의 척도로 AST를 이용했다. 생쥐에서 유전자 조작의 용이성과, 다양한 질환을 연구 적응 및 마우스에서이 행동 측정 검증에 전두엽 기능을 측정하는 중요한 필요성 감안할 PFC 부전과 관련된 질환에 대한 연구에 중요한 추가이다. 여기에 설명 된 프로토콜은 마우스에서 어플리케이션에 최적화되어 Birrell 브라운 ^(1)에 의한 절차의 변형 마우스보고 특정 많이 반영이고이전에 ^{2,6,10-13보고} 된 C 적응.

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프로토콜

참고 :이 연구에 사용 된 동물은 최적의 결과에 대한 4 세 6 개월 사이의 남성 C57BL / 6J 마우스입니다. 마우스 편리 활성 (어두운) 단계에서이를 테스트하기 위해 후진 등주기에 유지됩니다. 동작은 하우징으로부터 분리 된 방에서 수행되는 경우, 마우스는 시험장에 다음 운송 적응 적어도 1 시간을 허용한다. 행동 검사는 육안 검사 세션을 모니터링하는 것이 여전히 실험자 적절한 조명시키면서 가능한 한 작은 쥐의 정상적인 활동에 방해를 최소화 적색광 조건 하에서 수행된다.

참고 : 여기에 기술 된 실험 절차의 모든 측면은 실험 동물의 관리 및 사용, 8 판 (NRC)에 대한 가이드에 있던 수행 하였다 텍사스 건강 과학 대학의 기관 동물 케어 및 사용위원회에 의해 승인되었습니다 샌 안토니오에서 센터.

1. 실험 설정

1. 세라믹 ramekins 작성 (비 다공성을 1.5 "깊이 X 2.5 '직경), 내부 림 (약 1 매체를 파고와"바닥에서); 필터 종이 라운드 반으로 잘라 ramekin에 뒷면 안쪽에 테이프 (그림 1A)
2. 적응, 교육 및 테스트 단계에 대한 약 20 mg의 조각으로, 허니 너트 또는 설탕 코팅 종류 - 가볍게 달게 건조 아침 시리얼 (식품 보상을) 브레이크.
3. 주의력 세트 작업을 이동 (AST) 챔버 (그림 1B) 확인 : 기차를 적응 및 개별 실에서 각 마우스를 테스트를; 최소 8 챔버의 생산을 권장합니다.
   1. 12 "× 8"X 7 "의 AST 챔버를 구축; 70 % 에탄올로 청소가 용이 불투명 한 흰색 아크릴로 만든 벽과 시작 게이트. 단두대 스타일, 이동식 출발 게이트 대기실 (5 "× 8") 및 테스트 영역 (7 "× 8")에 챔버를 분리한다.
   2. 클리어 5 포함(221); 균등하게 테스트 영역의 양측을 분리 X7 "이동식 파티션; 세 컷 ¼ "직경 구멍 파티션의 하부에 이격 한 액세스를 허용하도록 스니핑"분할 (도 1C)의 정면에서 "간격 1.

2. 절차 개요 (그림 2)

1. AST 이전에, 집 마우스 개별적 그들을 적어도 일주일 후진 등 사이클 조정할 수 있습니다.
2. 적응, 기차와 개별 테스트 챔버의 각 동물을 테스트합니다. 테스트의 마지막 날을 마무리 한 후 하나의 마우스와 70 % 에탄올로 청소 각 챔버를 할당합니다. 이것은 "홈 케이지"또는 "자기"와 같은 챔버 냄새를 만들어 테스트하는 동안 스트레스를 최소화됩니다.
3. 향기가 발산 할 수 있도록 이일 테스트에 앞서 테스트 냄비 향기; 마우스는 매우 강한 냄새가 냄비에 발굴되지 않습니다. 25 G 바늘과 주사기를 사용하여 약 0.1 ml에 추가필터 종이의 상단에 에센셜 오일.

3. 취급 (일 ~ 8)

1. 음식 제한의 첫 날 이전에 팔일을 시작 쥐를 처리합니다. 이 테스트 중에 처리와 관련된 스트레스를 줄일 수 있습니다.
2. 무게 및 취급의 기록 체중 매일. 하루에 각 마우스 2 ~ 3 분을 처리합니다.
3. 여러 실험자 쥐의 집합을 테스트에 참여하는 경우, 각각의 실험은 실험자와 친숙 함을 높이고 스트레스와 불안은 훈련이나 시험 일에 경험 줄이기 위해 처리 프로세스에 참여하고 있는지 확인합니다.
4. 시험 기간에 걸쳐 처리 및 기록 가중치를 계속합니다.

4. 식품 제한 (일 9-12)

1. 사일 전에 적응의 시작부터, 제한된 다이어트에 장소 마우스는 자유 먹이 체중 80 ~ 85 %로 마우스를 유지합니다. 하루에 마우스 당 식품의 1g을 제공합니다. 체중 이하로 떨어지면그들은 적절한 범위로 돌아올 때까지 지정된 범위는 하루 2g을 제공합니다.
2. 마우스 테스트 냄비에 적응 할 수 있도록하기 위해 각 가정 케이지의 앞면에서 2 ramekins를 놓습니다. 이들은 음식 보상 파고 마우스를 양성하는 데 동일한 지점이다.
3. 4 일 동안 매일 ramekins 음식의 2g과 음식 보상 (각 시리얼의 절반 조각)의 1 개를 추가합니다.
4. 동작은 음식 제한의 1 일째부터 시작하여 마우스를 수납하는 하나 이상의 분리 된 방에서 수행되어야하는 경우, 하루에 적어도 1 시간 동안 테스트 실로 전송 생쥐 종래 하우징 실로 복귀 것은 허용하도록 행 그것들은 검사실에 적응.
5. 음식 제한의 마지막 날, 적응을 시작하기 전에, 홈 케이지 침구를 변경합니다. 케이지 침구 테스트 교육 및 시험 (절대적으로 필요한 경우가 아니라면) 동안 스트레스 또는 불안 경험을 줄이기 위해 완료 될 때까지 다시 변경되지 않습니다.
6. 유지시험이 끝날 때까지 음식에 제한 쥐. 일 13 ~ 17 일, (음식 펠릿의 일반적으로 <1g) 소비 식품 보상의 양의 추정에 기초 적응, 교육, 또는 테스트 후 쥐의 음식을 제공합니다.

5. 적응도 (일 13 ~ 14)

1. 2 일전 훈련의 시작부터, 붉은 빛에서 어둠주기 동안 적응을 수행합니다.
2. 챔버 내의 홈 케이지에서 더러운 침구 소량의 확산, 이것은 친숙한 "홈 케이지"또는 테스팅 챔버를 "자기"냄새를 도입하여 새로운 환경에있는의 스트레스를 감소시킬 것이다 (동일한 챔버 것 교육 및 시험)의 기간 동안 하나의 마우스에 사용됩니다.
3. 챔버의 대기 지역에있는 물이 깨끗한 ramekin에 배치; 그들은 물에 대한 액세스 권한이없는 경우 마우스는 먹지 않는 경향이있다.
4. ~ 20 (식품 보상과 시험 영역에 음식 제한에 사용 된 두 ramekins 배치각 MG 시리얼 조각).
5. 대기실에서 마우스를 놓고; 시작 게이트를 제거하고 마우스가 1 시간 동안 챔버를 탐험 할 수 있습니다.
6. 지속적으로 시험 영역과 자주 냄비를 탐구하는 쥐를 장려하기 위해 빈 ramekins에 음식 보상 (~ 20 mg의 시리얼 조각)를 추가합니다.
7. 실험자의 존재는 테스트 기간 동안 추가 스트레스가되지 않도록 마우스가 적응 기간 동안 실험을 볼 수 있는지 확인합니다.

6. 훈련 (15 일)

1. 대기실에서 마우스를 놓습니다.
2. 각 시험 영역으로, 음식 보상 (~ 20 mg의 시리얼 조각)를 포함, 빈 ramekins를 놓고 시작 게이트를 들어 올립니다. 마우스 3 분은 모두 식품 보상을 검색 할 수 있습니다. 이 단계를 여러 번 반복합니다.
3. 점차적으로 이후의 시험에서 냄비에 톱밥 / 마우스 케이지 침구를 추가합니다. 트라이 종료하기 전에 각각의 냄비에서 음식 보상을 검색하는 3 분 마우스를 허용알. 마우스가 각각의 냄비에서 음식 보상을 검색하면, 다음 재판을 진행합니다. 마우스가 음식 보상이 부분적으로 덮여되면 파고에 시도를하지 않을 경우, 힌트는, (즉, 음식 보상의 영역에 시리얼 먼지를 뿌려 음식 보상의 영역에 걸쳐 톱밥에서 들여 쓰기를 만들어 제공의 일부를 발견 할 수있다 음식 보상).
4. 식품 보상이 완전히 덮여 마우스가 안정적으로 음식 보상을 찾기 위해 전체 냄비에 발굴 할 수있는 능력을 보여줍니다 때까지 각 시험 후 톱밥 / 침구를 계속 추가.
5. 마우스가 안정적으로 훈련의 시작 2 시간 내에 전체 냄비에 음식 보상을 찾을 수있는 능력을 입증하지 않은 경우, 훈련 이틀째를 계속합니다. 음식 제한에 마우스를 유지하고이 절차 다음날를 반복합니다.
6. 마우스는, 두 개의 연속 일 후에 음식 보상 파고 나머지 실험에서 제외하고, 같은 주석을 실패하면 특급에서 "파고 실패"erimental 기록.

7. 테스트 (일 16 ~ 17)

1. 첫날에, 간단한 차별 (SD), 복합 차별 (CD), 반전 (R1), 인트라 차원 이동 (IDS)을 테스트합니다.
2. (, 옵션 R2), 여분의 차원 이동 (EDS) 둘째 날, 내 차원 시프트 2 (IDS2), 내부 차원 이동 3 (IDS3), 반전 2를 테스트합니다.
3. 쌍 매체와 냄새는 표 1에 도시.
4. 시험 당일에 처리하는 시점에서, 쥐에게 인해 굶주림에 테스트하는 동안 초점의 부족을 피하기 위해 하나의 음식 보상을 제공합니다. 시험 당일이 끝날 때까지이 시점에서 올바른 선택에 대한 보상을 제외한 모든 음식을 제공하지 않습니다.
5. 집게를 (냄비 사이의 향기의 확산을 제한)를 사용하여 테스트의 시작에서 올바른 선택을 나타내는 냄비에 음식 보상의 조각을 배치합니다. 음식 보상 완전히 매체 (도 3 참조)에 의해 커버되어야한다. 시리얼 먼지 O를 뿌려, 음식 보상에서 향기 큐를 피하려면무대의 시작 VER 모든 냄비.
6. 시작 게이트가 닫힌 대기실에 마우스를 놓습니다. 테스트 챔버의 양쪽에있는 냄비를 놓습니다. 스타트 게이트는 제거되고 타이머가 시작되면 시험이 시작된다. 선택을해야 시험 당 각 마우스 3 분을 허용합니다. 마우스를 각 시험에 대한 선택을 할 때까지 (올바른 또는 잘못된) 선택과 시간을 기록한다.
   참고 : "선택"이 중 하나를 냄비에 발굴하기위한 시도로 표시됩니다. 마우스가 미디어를 변위는 음식 보상을 밝히기 위해서 미디어의 음식 보상 또는 난민 충분한을 찾기 위해 작성하는 공간에서 충분히 코를 찌르고 경우 발굴은 선택 사항으로 기록됩니다. 마우스를 3 분 내에 선택을하지 않은 경우, 이것은 선택의 여지 (잘못된)로서 기록된다.
7. 선택은 하나 냄비 만들어되면, 테스트 챔버에서 선택되지 않은 냄비를 제거합니다. 올바른 선택이 이루어진 경우, 마우스가 다시 마우스를 배치하기 전에 음식 보상을 완료 할 수 있도록대기실. 잘못된 선택이 이루어지면, 마우스가 대기실에 마우스를 반환하기 전에 그 선택에 대한 음식 보상이 없다는 것을 보여주기 위해 냄비를 탐험 할 수 있습니다.
8. 각 시험의 끝에, 다시 대기 영역에 마우스를 위치시키고 시작 게이트를 대체.
9. 마우스가 연속적으로 AST의 다음 단계로 이동 8 올바른 재판의 기준을 충족하는지 확인합니다. 마우스 (50) 내에서 연속적으로 시행 8 정답을 획득하지 못하면, 그 단계를 실패하고 테스트를 완료하기에 이동할 수 없다. 6 개의 연속 선택의 여지 (선택없이 3 분)는 참여 실패하지 않으며 다음 단계로 이동하는 마우스를 금지한다.

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결과

이 테스트의 전형적인 따라 조치가 기준 (8 올바른 연속 선택)을 만족하는 단계에 따라 임상 시험의 수입니다. 그림 4a는 AST를 사용하여 치료 C57BL / 6J의 각 단계에서 기준을 충족하는 시험의 평균 수를 보여줍니다. 생쥐 관련된 큐 사이즈 (냄새 또는 미디어)에 주의력 세트 형태로 연속 intradimensional 교대 기준을 만족하는 시험의 감소에 의해 지시하기 때문에 성능이 향상되며, 반전 단?...

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토론

PFC에 의해 매개되는인지 적 유연성 적자 신경 학적 및 신경 정신병 학적 장애의 종류와 관련된 상당한 장애를 나타내고, 결과 이​​들 질환으로 고통받는 사람들의 삶의 질에 큰 영향을 미칠 수있다. 마우스에 사용되는 AST의 최적화는 대뇌 피질의 중재인지 기능 장애를 전두엽에 결합 질병의 유전 적 토대를 조사에 매우 중요합니다. 우리는 상술 한 방법은 특정인지 결핍,인지 유연성 신뢰성 척?...

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자료

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Red Thyme		191140
Lemon		190810
Cinnamon Leaf		191111
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Vanilla in jojoba oil		191231
Anise Seed		191102
Ginger		191121
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