마우스에 대한 조작 적 인트라 / 여분의 차원을 설정 교대 작업

요약

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.

초록

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.

서문

주의력 설정 이동은인지 적 유연성과 집행 기능을 ^하나의 척도이다. 그것은 임의의 내부 규칙 ( "인지-주의력 세트") 사이를 전환 할 수있는 능력을 의미한다. 인간 주의력 설정 변속인지 유연성을 측정하기 위해 가장 널리 사용되는 신경 심리학 적 작업은 위스콘신 카드 정렬 검사 (WCST) ⁽²⁾ 및 더 최근의 더 정교한 버전 : 인트라 여분 차원 주의력 세트 시프트 (ID / 캠브리지 신경 심리 검사 자동화 된 배터리 (CANTAB) ^3,4의 ED). 이러한 작업은 자폐증 ⁵ 포함한 정신 장애, 정신 분열증 ^(6), 파킨슨 병 ^(7), 강박 장애 ⁽⁸⁾ 및 주의력 결핍 / 과잉 행동 장애 ^(9)의 넓은 범위에서 특정 이상인지를 식별하기 위해 사용되어왔다. 임상 적 관련성과 WCST와 ID의 고체 방법 론적 접근 / ED 테스트는 AT & T가전임상 연구에서 ^{10, 11과} 동일한 시험 구현 racted 관심. 이러한 작업은 동일한 차원에서 관심의 이동, 이러한 차별적 학습, 반전 학습, 주의력 세트의 형성과 같은 다른인지 능력의 동일한 주제 내에서 선택적으로 측정 할 수 (. 즉, 내 차원 이동 : IDS)과 다른 사이 지각 차원 (즉, 여분의 차원 이동 :. EDS). 별개의 뇌 회로뿐만 아니라 병리학은 다양한 방법으로 이들 고유인지 기능을 변경할 수 있기 때문에 중요하다. 예를 들어, 이중 해리 또는 기능적 전문화 효과 (설치류) / 중간 (원숭이와 인간) 측면과 주의력 설정 이동 작업에서 PFC의 궤도 영역 사이 입증되었다. 안와 전두엽 피질 이러한 작업의 반전 단계에서 더 복잡하지만, 횡 / PFC 내측 영역은 여분 차원 변속 단에 적용^12-14.

영장류 이러한 주의력 설정 이동 테스트 설치류 버전은 성공적으로 ^13-16를 생성하고있다. 그러나, 이들 설치류 버전의 일부 측면들은 애플리케이션 및 사용을 제한하고있다. 예를 들어, 이러한 작업은 수동으로 실행되며, 따라서 매우 노동 집약적 및 표준화하기 어렵다. 또한, 내측 자극 식품 강화제의 존재는 ^열을 선택 결정에 응답 동물과 바이어스 전위의 모호한 해석을 초래할 것이다. 이러한 특성 시험의 처리량과, 더 중요하게, 대규모 유전자 및 / 또는 약물 스크리닝 연구에의 응용을 제한하고있다.

이러한 한계를 극복하고, 설치류에서 ID / ED 시프트 패러다임의 응용 가능성을 향상시키기 위해, 여기 마우스에서인지 유연성을 테스트하는 신규 한 개의 챔버 조건화 기반 태스크를 제안한다. 이 신규 작업 밀접 인간 및 비에서 사용될 ID / ED 태스크를 본뜬영장류와 설치류 이전 버전의 문제를 우회.

프로토콜

모든 절차는 보건 및 지역 동물 사용위원회의 이탈리아 교육부에 의해 승인되었고 유럽 공동체위원회 지침의 실험 동물의 관리 및 사용에 대한 가이드에 따라 실시 하였다.

주 : 그림 6은 ID / ED 작업을 테스트 할 수있는 프로토콜의 전체 절차의 타임 라인을 보여줍니다.

1. 장치

그림 1. 두 챔버 "오페론"장치. 시험 동안, 마우스 포인트의보기를 모방 한 방 전면에서 장치 전체의 상부와 (B)에서 뷰 (A)보기. 1 : 시각적 자극 (LED가) 2 : 음식 잡지; 3 : 코 - 포크 구멍; 4 : 촉각 자극 (텍스처); 5 : 후각 자극; 6 : 자동 슬라이딩 도어; 7 집 -빛; 8 : 문 제어를위한 적외선 photobeam. 챔버 (16 × 16 × 16cm ³⁾ 투명 플라스틱 문으로 구분됩니다 (6). 적외선 photobeams (8) 동물의 움직임을 추적하고, 자동 도어 개방 / 폐쇄가 마우스 챔버를 변경할 수 있도록 제어. 각 챔버는 그들 사이에, 적외선 photobeams 두 코 - 포크 구멍 (3)을 제시하고, 펠렛 디스펜서 식품 보강을 전달 photobeams와 음식 잡지 (2). 집 빛 (7) 두 음식 잡지의 각 위에 있습니다. 각 코 - 포크 구멍이 세 가지인지 적 차원 (냄새,보기, 전술)에 따라 다릅니다 수 변경 자극의 시리즈가 장착되어 있습니다. 원래 '궁극적 인 인트라과 Extradimensional 주의력 마우스에 대한 작업을 세트 시프 ^팅'(19)에 발표했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

내용 "> 참고 : 오페론 장치 (그림 1)은 두 개의 동일한 플렉시 유리 벽 챔버와 알루미늄 층 (16 × 16 × 16 각 챔버에 대한 CM ^3)으로 구성되어 챔버가 자동으로 할 수 있습니다 문을 분할 투명한 플렉시 글라스로 구분됩니다. 마우스가 하나 실에 액세스 할 수 있도록 제어. 각 챔버는 펠릿 디스펜서 식품 보강을 전달 photobeams와 그들 사이, 음식 잡지, 적외선 photobeams 두 코 - 포크 구멍을 가지고 있으며,. 팬과 집 등이 있습니다 두 음식 잡지의 각 위.

1. 세 가지 다른 지각 차원 (즉, 냄새, 시각, 촉각)에 따라 다릅니다 변경 자극 (표 1)의 번호와 함께 코 - 포크 구멍을 착용. 주 : 표 1에 제시된 자극으로 인해 회피 또는 선호도 어떤 교란 요인 및 / 또는 편견을 피하기 위해 선택되었다. 각 차원에 대한 모범의 다섯 쌍으로 허용모든 변화에서 새로운 자극과 모든 변화의에서 과목 시험.
   1. 코 포크 구멍에 후각 자극을 제공하기 위해, 자동, 건조제 필터링 돌리는와 향기 쌍의 프리젠 테이션을 제어하여 코 - 포크 구멍에 희석 후각, 조건 들어오는 공기를 사용합니다.
      1. 두 코 - 포크 구멍을 제어하는​​ 하나의 후각을 사용합니다. 공기 펌프와 코 - 포크 구멍에서 냄새의 제거를위한 진공에 의해 공기 흐름을 조절한다. 후각의 입구와 코 - 포크 장치에 장착 된 콘센트에 진공 공기 펌프를 연결합니다. 그런 다음 각 코 - 포크 입구에 냄새 전달을위한 콘센트를 연결합니다. 분당 1.5 L로 유량을 조정한다.
      2. 악취 냄새를 광유 1:20 희석과 후각의 병을 채 웁니다.
   2. 각 코 - 포크 구멍의 상단에 시각적 자극, 장소 발광 다이오드 (LED) 및 금속 P에서 그들을 보호챔버 ANEL (도 1 및 표 1에 상세를 참조). 출력 인터페이스로 연결합니다.
   3. 촉각 자극, 각 코 포크 구멍 앞에 변경 바닥 텍스처를 탑재합니다. 지원을 슬라이딩에 다른 텍스처를 탑재하고 각 코 - 포크 구멍 앞의 바닥에 작은 구멍 (3 × 3cm ^2)의 대응에 표시되도록, 바닥 아래에 프레임을 사용하여 이동합니다.
2. 실험 기간 동안 자동으로 다른 차원의 자극을 변경하기 위해 제조업 자의 지시에 따라 소프트웨어를 이용하여 자극의 프레젠테이션을 제어한다.
3. 행위 모니터링 소프트웨어를 사용하여 기저 교대과 전위의 활동을 기록하기 위해 장치의 상부에 카메라를 배치 (예., Ethovision, Anymaze) 도울 수있는,인지 기능과 관련이없는 문제가있는 동물을 제거하기 위해.

냄새	텍스처	허파
복숭아 V. 세이지	벨크로 V. 필름	V에 조명. 소등
바닐라 V. 라벤더	거친 사포 V. 미세한 사포	빨간색 V. 녹색
딸기 V. 계	부드러운 판지 V. 산마루 판지	푸른 V. 노란색
자몽 V. 오레가노	스폰지 V. 부드러운 플라스틱	오렌지 V. 흰색
레몬 V. 살구	honeycOMB 용지 V. 알루미늄 호일	조명 V를 수정. 점멸 조명

ID / ED 오페론 작업에 사용되는 표 1. 모범. 복합 차별은 모범 ​​쌍의 고정 조합 (차별의 시퀀스의 예를 들어 그림 2 참조)을 기반으로합니다. 다른 차원에서 모범 쌍은 임의의 조합에 제시되어있다. 다른 차원 중립 자극은 다음과 같습니다없는 향기와 공기 흐름; 백지; 빛의 자극이 없습니다. 표는 원래 년에 출판 '궁극적 인 인트라과 Extradimensional 주의력 마우스에 대한 작업을 세트 시프 ^팅'(19).

2. 동물 준비

참고 : 여기에보고 된 대표적인 결과는 빛 단계에서, 3~7개월 세, 남성 C57BL / 6J 마우스에서 얻었다.

1. 마우스, 단독으로 사내의 무게를 측정 한 후 세에 1 분 동안 처리다른 일.
2. 단일 하우징, 기록 체중 및 24 시간의 음식물 섭취에 순응 일주일 후 3 일간은 기본 중량 및 식품 섭취량을 결정하기 위해.
3. 시험 훈련을하기 전에 일주에 대한 약간의 음식 박탈 요법을 적용합니다. 위하여 실험을하는 동안 음식 제한들이 기준선 자유 먹이 체중의 약 90 %를 유지하는 동안 매일 동물의 체중을 확인한다. 습관화 훈련 단계 전에 세 개의 연속 일 동안, 또한 자신의 홈 케이지에 ≈20 음식 보강 알약을 마우스를 제공합니다. 이는 후속 실험에서 사용되는 음식 펠릿이다.
   참고 : 음식 제한은 쥐 비정상적인 행동과 과도한 응력을 초래할 수 있으므로, 전체 공정 중 어느 단계에서의 체중 감소의 10 %를 초과하지 않는, 그러나, 태스크에 작동 동물의 의욕을 높이기 위해 사용되는 결과에 영향을 미칠 수있다.
   1. 대안 적으로, 단일 하우징을 방지하기 위해, 레생쥐 기 수용 (2 각 케이지 4)를 Ave 이와 시험 후 일정 시간 동안 음식 광고 무제한 액세스를 제공한다. 위하여 실험을하는 동안 음식 제한들이 기준선 자유 먹이 체중의 약 90 %를 유지하는 동안 매일 동물의 체중을 확인한다.

3. 요법 이니

1. 문 분배기없이 장치 내부에서 이동하는 40 분의 1 일 세션에서 쥐를 훈련 어디 식품 용기에 펠렛 배달에있는 코 - 포크 구멍 결과에서 코 - 포크. 이 단계에서 모든 다른 차원 (요법 이니 1) 만 중립 자극 (표 1)를 사용합니다.
2. 40 분마다 시험 (습관화 2)의 끝에서 하나의 챔버로부터 다른 챔버로 이동하는 다음날, 동물들을 훈련. 모든 다른 차원에 대해서만 중립 자극을 사용합니다. 또한이 단계에서, 음식 잡지에 펠릿 배달 코 - 포크 구멍 결과의에 코 - 찌를.마우스는 음식 잡지 보상을 검색 할 때, 다음의 시험을위한 다른 챔버 마우스 액세스 할 수 있도록 구획 도어를 낮출.
3. 셋째 날 (요법 이니 3)에서 두 가지 간단한 차별 수행하기 위해 동물을 훈련 (.; 예를 들어, 벨크로 대 필름, SD1과 SD2. 대에 빛 신호를 빛 신호를,. 현인 대 복숭아) 8 올바른 응답의 기준에 밖으로의 10 연속 시험. 테스트의 다음 단계에서 다시이 모범을 사용하지 마십시오.
   1. 다른 실에 자극 단서가 켜져있는 동안, 중립 자극 한 챔버에 마우스를 놓고 시작하려면; 다음 활성화 자극 단서 챔버 마우스 액세스를 제공하기 위해 도어를 낮출. 마우스가 올바른 자극이 제공되는 코 - 포크 구멍을 선택하는 법을 배워야한다. 세션은 40 분 동안 지속됩니다.
   2. 펠렛 배달 올바른 구멍에 코 포크를 보상 마우스가 음식 잡지에 들어갈 때, 분할 문을 낮출다음 시험을 위해 다른 챔버 마우스 액세스를 얻었다. 잘못된 구멍에 코 - 포크 보상을 5 초 동안 집에 불을 끄지 마십시오. 그런 다음 시험을 위해 다른 챔버 마우스 액세스를 제공하기 위해 도어를 낮출.
   3. 시험을 형성하는 각 단계의 처음 10 시험을 실시 : 마우스가 잘못된 구멍을 선택하면, 오류를 기록하지만 마우스가 올바른 구멍도 찌른다 때까지 시험을 종료하지 않습니다. 마우스가 잘못된 구멍에 찌른다 경우 다음 시험에서, 오류를 기록하고 재판을 종료하기 위해 모든 차원 자극을 끄십시오.
   4. 40 분 후 각 세션을 종료하거나 마우스가 먼저 온 중 5 개의 연속 분에 대한 응답을하지 않을 경우. 마우스가 하나의 세션에서 기준에 도달하지 않는 경우, 다음 날에 시험을 계속한다.
   5. 마우스는 5 세션 후에 습관화 3 SD1 또는 SD2의 기준에 도달 할 수없는 경우, 마우스를 시험 중지 연구에서 제거 그것 때문에그 후 신뢰성 ID / ED 작업의 결과에 영향을 미칠 수있는 기본적인 차별을 수행 할 수 없다.

그림 ID / ED 작업의 2 예. ID의 예 / ED '부착 된 세트'와 '두 차원'패러다임이 표시됩니다. '궁극적 인 인트라과 Extradimensional 주의력 마우스에 대한 작업을 세트 시프 ^{팅'(19)에서} 적응. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

4. '고집-에 설정된'ID / ED 패러다임 절차

참고 :이 절차는 이전에 모두 영장류와 설치류 ^7,15,16에 사용, 그것은 세 가지인지 적 차원을 조작 할 필요가있다각각의 단일 마우스 테스트. 습관화 위상에 관해서는, 모든 테스트 일일 세션은 모든 자극 중성 개의 챔버 중 하나에 마우스를 위치시킴으로써 시작한다. 재판의 시작하기 전에, 자극 단서는 반대 챔버에 전환됩니다. 그런 다음 분할 문은 자극 단서가있는 다른 챔버에 마우스 액세스 권한을 부여 낮아진다.

1. 특히 지각 차원 향해 세트 또는 바이어스를 개발하는 동물을 훈련 (. 예, 냄새, 빛 또는 바닥 질감), (도 2에 또한 예 참조)이 순서대로 표시 다음 차별에 마우스를 노출 :
   1. 단순 차별 (SD)의 경우, 차원에 마우스를 소개 EDS까지 모든 작업에 관련이있다 (냄새, 빛 또는 질감, 그림 2 참조). 즉, 관련 치수가 정확한 응답이 어디 나타내는 하나입니다. 같은 VA와 같은 그림 2의 예에 따라, 현재 두 냄새,nilla (O1), 라벤더 (O2), 올바른 응답으로 O1을 선택합니다.
   2. 복합 차별 (CD)의 경우, 예를 들어 관계가 빛이, (즉, 올바른 응답 하였다되어 표시되지 않음), 두 번째 차원을 소개합니다. 현재 두 개의 표시등 함께 두 가지 차별을하기 위해 냄새 (O1과 O2)와 (L1 및 L2) (그림 2의 예 참조). 정확하고 잘못된 모범은 SD와 동일하다.
   3. 복합 차별 (CDRE)의 반전은 변경되지 않은 증거물과 관련 차원을 떠나 있지만, 이전에 정확한 자극이 지금 잘못된 것을 알고 동물을 가지고있다. 예를 들어, 바닐라 이제 잘못된 선택되는으로, 올바른 응답으로 라벤더를 선택합니다. 이 같은 조건은 다른 반전 단계 (즉, IDSRe, IDS2Re 및 EDSRe)에 대한 발견 될 것이다.
   4. 그 후, 새로운 모범 모두 중요한 사용되는 인트라 차원 시프트 (IDS)를 선택과 관련이없는 치수 (총 변경 디자인). 예를 들어, 냄새와 불 같은 파란색과 노란색 조명 (L3 및 L4)와 같은 딸기, 계피 (O3와 O4)를 사용합니다. 그러나, 시험 과목은 정답을 찾기 위해 같은 관련 차원 다음 유지 있는지 확인합니다. 이 같은 조건은 다른 intradimensional 변화 (즉, IDS2)에 대한 발견 될 것이다.
   5. 이전의 차별에 관해서는, 마우스는 내부 차원 이동 (IDSRe)의 반전을 수행해야합니다. CDRE와 동일한 조건을 사용한다.
   6. 인트라 시프트 2 차원 (IDS2)에 대해, IDS와 동일한 조건을 사용한다.
   7. 마찬가지로, 인트라 차원 시프트 반전 2 (IDSRe2) 미국 CDRE와 동일한 조건을 사용한다.
   8. 여분의 차원 이동 (EDS)에, 마우스는 새로 제시된 자극의 차원 후 올바​​른 구멍을 선택했다. 질감 새로운 차원에서 자극의 쌍을 제시. 예를 들어 올바른 입술로 거친 사포 (T1)를 사용ponse 잘못된 미세한 사포 (T2), 및 예를 들어, 레몬, 살구 (O7과 O8)를위한 두 개의 새로운 냄새와 함께 그들을 제시한다. 이전에 관련 치수는 지금 무관이되었다. 더 이상 이전에 관련이없는 차원을 제시하지 마십시오.
   9. 엑스트라 차원 반전 (EDSRe) 들어 CDRE와 동일한 조건을 사용한다.
2. 그들은 각 단계를 완료하는 데 10 연속 시험에서 8 올바른 선택의 기준에 도달 할 때까지 마우스의 성능을 측정합니다. 기준에 도달 후 자동으로 다음 단계로 이동하는 프로그램 (자재 표 참조)를 설정한다. 40 분 후 매일 세션을 중지 또는 마우스가 연속 5 분에 대한 응답을하지 않을 경우, 세션을 종료하고 중단 같은 무대에서 마우스로 다음날 계속합니다.
   1. 각 단계의 경우, 기준에 도달하는 시간을 측정한다. 마우스가 하나의 세션에서 기준에 도달하지 않은 경우, 연속 된 세션의 총 시간을 요약. 에 대한각 시험은 코 - 포크의 응답 (응답 대기 시간을) 자극 (냄새, 조명, 질감)의 프리젠 테이션에서 시간을 측정한다.
3. 각각의 세션이 끝날 때, 70 % 알코올로 닦아 장치.
4. 항상 차별의 순서를 사용합니다. 그러나 무작위로 자극 치수 및 사용 모범의 쌍을 변경하고 동일하게 실험 그룹에서 그들을 대표와 그룹 사이를 상쇄.
5. 각각의 가능한 ED 변화가 표시되도록 똑같이 내에서 각 실험군 사이에 사용 지각 차원을 상쇄 할 수 있는지 확인합니다 (즉, 빛 텍스처, 빛 냄새, 질감 냄새, 빛에 질감, 냄새에 텍스처, 빛을 악취) . 모범의 조합은 전체 균형을 잡기를 허용하기에 너무 많다; 따라서, 항상 쌍으로 모범을 사용, 자유도를 줄이기 위해; 예를 들면, 라벤더 등 바닐라 자극 (표 1 참조).

5. '두 차원'ID / ED 패러다임 절차

참고 : 다른 조건은 주의력 설정 이동 능력을 측정 모두 영장류 ^12,17 및 설치류 ^(13)에서, '두 차원'패러다임 사용 할 수 있습니다. 이 경우, 두 개의 지각 사이즈 테스트 전반에 걸쳐 사용된다.

1. 이 프로토콜의 경우, 차별의 순서 및 EDS 스테이지 '고착에 설정된'프로토콜까지 기술 한 바와 같이 수행하는 절차 (도 2의 예를 참조)를 사용
   1. SD 및 다음 단계의 경우, IDS2Re까지, '붙어-에 세트'같은 쌍을 사용합니다. 도 2의 예에 도시 된 바와 같이, (정확한 자극으로 O1을 사용 O1 및 O2)를 사용하여 두 냄새.
   2. CD의 경우, '붙어-에 세트'프로토콜로, 새로운 차원을 소개합니다 (예 : 빛, L1과 L2의 경우), 그 관계가와 교란 요인이 될 것입니다.
   3. CDRE 내가 같은 유사하다N '부착 된 세트'프로토콜, 따라서 변경 모범과 관련 차원을 떠나 있지만 (예를 들어, O1) 이전에 정확한 자극이 지금 잘못된 것을 알고 동물을 가지고있다.
   4. IDS에서는 항상 (O3 올바른 자극이다 O3와 O4, L3 및 L4) 두 차원에 대한 자극의 새로운 쌍을 사용합니다.
   5. IDSRe를 들어, 마우스는 IDS의 반전을 수행해야합니다. IDS (예를 들어, O4) 동안 정확 하나입니다 올바른 모범을 선택합니다.
   6. IDS2를 들어, 두 차원 (O5와 O6, L5와 L6)에 대한 자극의 새로운 쌍을 소개합니다.
   7. 반전 이전 단계에서와 같이 IDS2Re에서, 동물이 이전에 정확한 자극 이제 잘못된 (예, O5) 인 것을 알고있다.
   8. '두 차원'프로토콜, EDS를 들어, 마우스는 이전에 관련이없는 차원이 지금 관련 차원이 된 후 올바​​른 응답을 선택해야합니다. 따라서, 빛은 새로운 관련 치수, WHI입니다채널 올바른 응답을 나타냅니다. 특히, 붉은 빛 (L7) 적절한 반응이다. 반대로, (예, 냄새) 이전에 관련 치수는 이제 관련이없는 것입니다.
   9. 반전의 EDS (EDSRe) 후, CDRE에서와 동일한 조건을 사용합니다. 관련 치수는 EDS와 동일하지만 정확하고 잘못된 모범이 반전된다. 따라서, 예를 들면, 녹색 광 (L8)는 이제 올바른 응답이다.

6. 데이터 분석

1. 기준에 도달하는 시험 번호;하여 성능을 측정 기준 (분)에 도달하는 시간; 코 - 포크 응답에 자극의 프레젠테이션 시간 (대기 시간이 응답하는).
2. 통계적인 분석을 위해, 기준에 도달하는 데 필요한 시험 횟수를 조사하는 피험자 내 요인으로 다른 단계 (SD, CD, CDRE, IDS, IDSRe, IDS2, IDSRe2, EDS 및 EDSRe)와 ANOVAs을 사용시기는 필요 각 단계 및 응답 대기 시간을 완료합니다. 범죄자덕트 사후는 뉴먼 - Keuls 테스트를 사용하여 분석한다. 참고 : 중요성에 대한 허용 값은 P <0.05입니다.

결과

도 2는 ID / ED 태스크의 예를 도시한다. 자극 (중 '차별 1'또는 '차별 2')의 쌍 무작위로 각 단계에 표시되고, 마우스를 각 쌍의 올바른 자극을 선택해야합니다. 이 예제 테이블에서 올바른 모범는 굵은 글씨로보고됩니다. 첫 번째 단계 (SD 또는 단순 차별)에서, 두 개의 코 포크 구멍에 제시된 자극 입체적 차이 중 하나 (예, O1 : O2 대 바닐라 : 라벤더) 마우스가 (예를 들어, O1) 올바른 모범을 선택하는 보상한다. 피사체가 교란 인자로서 도입이 단계에서 기준, 다음 단계 (CD 또는 화합물 차별) 시작, 중요한 치수 동일한 모범 번째의 모범 랜덤 중첩 제시되지만 무관 사이즈 (도달하면 예를 들어, L1 :. 푸른 빛 vs.L2 : 황색). 두 개의 다른 차별이 단계 (eithe 가능하다R '차별 1'또는 '차별 2'). 다음 단계 (CDRE 또는 복합 차별 반전)에서 보상 사태는 반전되지만 모범과 관련 치수는 변경되지 않습니다 : 마우스가 이전에 정확한 자극 (예, 라벤더 냄새가 지금 보상) 지금 잘못된 것을 배울 수있다. 다음 단계 (IDS 또는 내부 차원 이동), 새로운 모범 (냄새 및 조명 모두)를 도입하고 있지만 (이 예에서는 냄새) 관련 차원에서 동일하게 유지됩니다 (예를 들어, 딸기는 올바른 선택입니다). 다음 단계 (IDR 또는 내부 차원 반전)에서 보상 사태는 역전된다. 제 2 내부 차원 시프트 (IDS2와 반전) 후에, 새로운 모범이 중요한 치수가 변경되는 추가적인 차원 시프트 (EDS)를 테스트하기 위해 도입된다. T2 대 거친 사포 : '부착 된 세트'EDS에서 마우스가 새로운 차원 (예를 들어, 텍스처, T1에 초점이 미세 사를ndpaper),이 경우, 냄새에 앞서 관련된 치수 ()는 현재 무관 차원된다. "이차원 'EDS (이 경우에, 광) 이전에 무관 차원 해주기 중요한 치수이다. 마지막 단계 (EDSRe 또는 여분의 차원 반전)에서 보상 사태는 역전된다.

신뢰성있는 결과를 얻기 위해, 태스크에 사용 자극 치수는 동등하게 잘 알게 될 것이다. 도 3에 도시 된 바와 같이, 이러한 신규의 장치에서의 시각, 촉각 및 악취 차별 유사한 필요한 시간 (F _{(2, 64)} = 0.36; p = 0.69)과 유사한 시험 번호 (F _{(2, 64)} = 0.059; p = 0.94)을 동물에 관계없이 표시 사이즈 간단한 차별을 수행 할 수 있음을 시사 기준에 도달한다.

신뢰성 주의력 세트 태스크 (P)의 시험 단계에 걸쳐 개발되어 있으면설치류 및 영장류 ^{12, 13의} 이전 연구에서보고 된 정상적인 야생형 마우스의 erformance는, 이전 및 다음 단계에 비해 EDS 단계에서 가난해야한다. 특히, 시간 및 조건을 달성하는 데 필요한 시험의 강력한 증가 IDS 단계에 비해 EDS에서 발견되어야한다. (; P <0.0001 F _(8,168) = 9.23) 및 시간 ( '부착 된 세트'프로토콜 우리의 실험에서,도 4에 도시 된 바와 같이, 마우스의 성능 분석은 차별 시련의 수에 대한 효과를 밝혀 기준에 도달하는 데 필요한 P <0.0001), F _(8168)는 8.62을 =. 실제로, 마우스 실험에 필요한 더 많은 시간은 CD, IDS, IDS2 EDSRe 단계와 비교 단계 EDS를 해결하기 (p <0.05;도 4A-B 참조). 마찬가지로, '이차원'프로토콜 (도 5)에서 테스트의 성능 분석 실험 번호에 대한 상당한 효과를 판정 하였다 (F _(8,72) = 30.66; P <0.005)와 시간 (F _(8,72) = 4.65; P <0.0005)의 기준에 도달 할 필요가 있었다. 실제로, 우리는 필요 이상의 실험 마우스 (p <0.05) 및 시간 (P <0.05)가 CD, IDS, IDS2 및 EDSRe (도 5A-B)에 비해 EDS를 해결할 수 있음을 보여준다. 이동 능력의 차이는 다른 차원에서 테스트 마우스 사이에 관찰 될 수 없습니다.

정상 야생형 마우스에서, 제 반전 학습 (예., CDRE)가 초기 판정 (즉, CD)에 비해 더 어렵다. 이 단계를 완료하기 위해, 더 많은 시간 (그림 4-5B P <0.05), 계약에,도 4 및도 5에서 증거로, 마우스는 더 시험 (그림 4-5A P <0.05)를 필요로했다. 우리는 둘 다 '에-설정 붙어'와 '두 차원'프로토콜과 우리의 실험에서 보여 더욱이, 반전 성능은 IDS2Re에 IDSRe하는 CDRE에서 개선 될 전망이다. 이 resulTS 추가 작업을 통해 주의력 세트의 형성의 증거를 강화.

작업 전반에 걸쳐, 마우스는 연속적인 단계를 통해 응답하는 자신의 속도를 개선한다. 따라서, 대응하는 지연의 분석은 상당한 효과 판정 (; p <0.0001 F _(8,200) = 42.59)을 보였다. 그림 4C의 대표적인 결과에 의해 입증 된 바와 같이 특히, 대기 시간이 감소 하였다 (p <0.0005) IDS, CD 및 SD 단계에서 그와 비교된다 IDS2 단계에 찌를. 또한, 지연 시간과 이전 IDS2 IDS2Re 연속 EDSRe 단계 (p <0.05)에 비해 EDS 단계 동안 증가 대응할. 이러한 결과 라인에서 대기 시간의 분석은 '두 차원'작업 중에 응답은 차별의 중요한 효과 (; P <0.0005 F _(7,63) = 9.98)를 보였다. 도 5c에 도시 된 바와 같이, 대기 시간은 w 선택하도록이전과 IDS2 IDS2Re 연속 EDSRe (p <0.05)과 비교시 증가 된 EDS로. 대응하는 처리 지연이 결정 단계 ^(18)의 지수로 간주 되었기 때문에, 이러한 결과는 상기 마우스는 EDS 동안 새로운 차별적 규칙 처리 몇 가지 문제가 발생했음을 제시한다. 야생형 마우스 (도 4-5)의 행동의 성능에 기초하여, 우리는 각 실험 그룹 (R 전력 분석에 의해) 샘플 크기의 최소한 8되어야한다고 결정했다.

빛, 냄새와 질감의 그림 3. 간단한 차별은 동일합니다. 시험 (A) 번호 만 빛, 냄새 또는 질감 자극 간단한 차별의 기준에 도달하는 데 필요한 (B) 시간. 값은 그림 2-4에 걸쳐 ± SEM을 의미 나타냅니다. 데이터 오라ginally에 발표 된 '궁극적 인 인트라과 Extradimensional 주의력 마우스에 대한 작업을 세트 시프 ^팅'(19).

도 4 야생형 C57BL6J 수컷 쥐 (분) '고착에 설정된 "ID / ED 오페론 태스크. (A) 시험, (B) 시간 성능의 상이한 단계의 기준에 도달하는 데 필요한 일 '고착에 설정된'ID / ED 패러다임을 사용하여 ID / ED 오페론 작업. (C) 시간 (초) 디바이더 도어의 개폐 작업의 다른 단계 동안 코 - 포크 응답 (응답 지연 시간) 사이에 경과. 마우스 (26)의 총 시험 하였다; 4 쥐들은 안정적으로 훈련 기간 동안 음식 강화를 검색 할 수 파고되지 않았기 때문에 제외 또는 전자를 완료 할 수 없었습니다되었다ntire 절차. * P 그림 3-4에보고 된 모든 실험에서 5-9일에서 전체 작업을 완료 할 수 있었다합니다. 데이터는 원래 '궁극적 인 인트라과 Extradimensional 주의력 마우스에 대한 작업을 세트 시프 ^팅'(19)에 발표했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

도 5. '이차원'야생형 C57BL6J 수컷 마우스 성능 ID / ED태스크 오페론. (A) 시험, (B) 시간 (분) 및 이차원 패러다임을 사용하여 ID / ED 오페론 태스크의 다른 단계에서의 기준에 도달하는 데 필요한 일. (C) 시간 (초) 디바이더 도어의 개폐 작업의 다른 단계 동안 코 - 포크 응답 (응답 지연 시간) 사이에 경과. 마우스 (13)의 총 시험 하였다; 3 생쥐들은 훈련 기간 동안 안정적으로 음식물 보강을 검색하는 파고되지 않았기 때문에 배제 또는 전체 절차를 완료 할 수 없었다 하였다. A와 B : #p를 '궁극적 인 인트라과 Extradimensional 주의력 마우스에 대한 작업을 세트 시프 ^팅'(19)에 발표했다. 여기를 클릭하십시오이 그림의 더 큰 버전을 볼 수 있습니다.

프로토콜의 전체 절차의 그림 6. 타임 라인은 ID / ED 작업을 테스트합니다.

단계	기술	추가 참고	참조
간단한 차별 (SD)
복합 차별 (CD)	자극은 인간의 작업에서, 또는 설치류에 대한 질감과 냄새 자극 사이의 시각적 자극에 대한 색상과 모양 등이 지각 차원에서 변화
학습 반전 (CDRE - IDSRe - IDS2Re - EDSRe)	두 모범지각 차원 내에서의 어떤 올바른 이전했다하는 것은 잘못된 것이 그 때문에 자신의 보강 사태가 반전이 그 반대)	시리얼 반전 학습에서 성능이 연속 내의 세트 역전 향상됩니다. 따라서, 반전 스테이지 (예., CDRE는 IDSRe, IDS2Re)는 단지 다른 피질 영역의 기능을 평가하지 아니라 EDS 스테이지 도전 cognitive- 주의력 세트를 형성하기 위해 1)를 제공하고, 2) 비 의도적으로 미신 컨디셔닝 않도록 자극의 측면	- 마우스의 안와 전두엽 피질의 병변 (Bissonette 등 2008 년.) 및 monkyes 장애인 반전 학습 (디아스 등., 1996) - 자기 공명는 반전 학습의 성능 동안 (오웬 2006 년 햄프셔) 안와 전두엽 피질의 활성화를 보여 주었다
Intradimensional 변화 (IDS - IDS2)	신규 모범이 도입되어 있지만, 동일한 치수 보강	IDS 단계 s의중요한 내부 통제 등 정말 짜증나 (예.는 EDS는 IDS보다 더 어려울한다), 또한인지 - 주의력 세트를 형성에 기여	PFC에 도파민 고갈은 주의력 세트 형성 (로빈스와 로버츠, 2007) 장애인. 6-OHDA 병변 원숭이 주의력 세트의 취득을 반영해야하는 마지막 (IDS5) 차별에 고전 감소 제 (IDS1)에서 오류의 감소를 보이지 않았다
Extradimensional 변화 (EDS)	'갇혀 -에 - 설정'프로토콜 : 이전에 관련이없는 자극 치수가 새로운 경기 부양 차원으로 대체 즉시 관련된다	새로운 관련 차원으로 이동하지 않으면 이전에 경험하지었기 때문에이 차원에 대한 사전 학습에 기인 할 수 없습니다. 실패, 따라서 이전에 관련 치수 perseveration 반영	- mPFC 근래의 병변전자되었습니다 쇼 (외. 2008 년 Bissonette) 마우스에 EDS를 손상,하고 mokeys (디아스 등., 1996) - 전두엽 환자가 부착 된 세트 'perseveration'상태에서 손상되지만이 아닌 '두 차원'상태 (. 오웬 등, 1993) - 마우스에서 mPFC에서 도파민 변조 EDS 성능 (Papaleo 등 2008;.. Scheggia 등, 2014)와 쥐 (턴 브리지 등., 2004)
	'두 가지 차원'프로토콜 : 이전에 관련이없는 차원이 강화된다	(이 무관 될 때)하지만 그럼에도 불구하고, 피사체가 새로 관련된 차원에 관심을 집중할 할 수없는 이전에 관련 차원에서 멀리 관심을 이동 할 때 주의력 세트를 이동하는 명백한 오류가 발생할 수 있습니다	- 쥐 mPFC (Birrell 브라운, 2000)의 병변 장애인 EDS 이동 - ventro-측면 PFC (햄프셔와 오웬, 2006)의 EDS 성능 동안의 fMRI가 표시되었습니다 활성화(60);

표 2. 작업 중에 다른 시험 구조에 관련된 뇌 영역의 역할을 어드레싱 병변에 대한 참조를 포함하고 약리학 적 연구 작업 단계의 ID / ED O 페론 태스크 설명의 단계.

토론

이 연구에서 우리는 소설이 안정적으로 반전 학습, 주의력 세트의 형성과 이동을 통해인지 적 유연성을 측정 할 수있는 마우스 두 개의 챔버 ID / ED "오페론"작업을 자동으로 제시한다. 이 패러다임은 WCST와 일반적으로 인간과 인간이 아닌 영장류에 사용되는 ID / ED 작업 유사 및 설치류에 대한 이전 버전의 주요 한계를 극복한다. 이 오페론 패러다임이 큰 약물 및 / 또는 병진 의학에 높은 관련성 마우스의인지 (DYS)에 관련된 기능 유전자 검사를위한 새로운 효과적인 도구로 사용할 수 있습니다.

이 자동화 된 태스크는 설치류 용 이전에 사용 된 ID / ED 태스크에 비해 다음과 같은 장점이있다 : (1) 이는 (설명서 버전보다 덜 노동 집약적 인 절차를 가지고 예를 들면, 소프트웨어가 크게하여 간섭을 감소 과제의 모든 위상을 조절한다. 실험자); (2) 측정 parame의 주관성의 모든 소스를 제거TERS (예, 실험 동물이 실제로 선택 응답했다 여부를 판단 할 필요가 없다); (3) 마우스는 응답을 위해 보강 관련된 큐를 수행 할 수있는 가능성 (즉, 보상은 항상 자동적으로 중심 잡지에서 제공된다) 제거; (4) 임의의 환경 조건을 피할 수 (예를 들어, 미로와 다른 크기 / 재료에있어서, 수동으로 제조 큐 자극의 사용의 사용); (5)이 임상에서 사용 동등한 인간 작업에 따라, 서로 다른 자극의 넓은 범위의 세 가지 치수의 조작을 허용한다. 여기에서 우리는 쥐에서 데이터를 제시하지만, 비슷한 장점은 쥐에 대해도 예상 할 수 있습니다.

EDS의 비교 예에서 I) 열악한 성능 : areliable 주의력 집합 변속 성능을 식별하기 위해 이용 될 수있는 내부 구조체 - 유효 파라미터는 태스크의 중요한 단계가있다이전 단계 II) IDS2에 IDS에서 일반적인 개선 ED; ⅲ) 연속 반전 단계에서 특정 개선, 더 많은 동물이 내 세트 역전의 훈련으로, 더 나은 후속 내 세트 ^(20)를 전환은에서 수행해야한다 EDS 비교 EDSRe에 ⅳ) 더 나은 성능. 이 소설 ID / ED 오페론 작업은 CANTAB ID / ED 작업을 사용 영장류 및 버전 ^{12, 13을} "파고"설명서를 사용하여 설치류에서 기존의 연구와 일치하는 모든 기능을 제공합니다. 또한,이 자동화 된 작업의 각 단계에 관계없이 (즉, 냄새, 질감과 빛) ⁽¹⁹⁾ 사용 관련 / 관련이없는 차원의 시험 해당하는 번호를 알게되었다. 이 사용되는 모든 자극 비슷한 돌출이 있고 주의력 세트 형성 및 / 또는 이동에 적합한 것을 보여 주었다. 우리의 실험은 EDS 해결에 어려움이 또한 응답 대기 시간의 증가에 의해 강조되고 있음을 입증. 처리 시간증가 열심히 차별 ⁽²¹⁾ 중 최적의 정확성을 유지합니다. 따라서, ^(18)을 해결하는 정보 처리, 의사 결정 및 문제의 속도의 지표로 응답하는 지연을 고려하여, EDS 동안 느린 대기 시간 설정 변속을 해결하는데 어려움에 직면 채용 전략을 반영하는 것이다.

우리는 새로운 장치가 효과적으로 더 '전통적인'주의력 세트 시프트 패러다임 (즉, 이차원) 시험에 걸쳐 두 개의 치수를 이용하여 사용될 수 있음을 도시했거나 함께 부착 된 세트 패러다임 사용을 의미 세 가지 차원. 관심 영역인지에 따라, 가장 적합한 프로토콜을 선택할 수있다. 이러한 패러다임 모두는 이전 인간, 영장류 및 설치류 ^7,12-17에 사용되어왔다. 그러나, 고착에 설정된 절차와 오전입니다 설정 이동의 다른 구성 요소를 구별 할 수있다인간의 환자 ^7,22에서 전두엽의 기능을 선택적으로 측정 광석. 또한, 이차원 패러다임에서 발생할 수있는 하나의 문제는 바이어스 결과를 알게 무관 수도있다. 배운 무관의 perseveration이 참석, ⁷ 무관, 과거 정보에 대해 배울 수 없음을 의미한다. 피사체가 이전에 무관 차원 관심을 전환하는 데 필요로이 상황은, 이차원 패러다임의 EDS 단계에서 일어날 수있다. 이 경우, EDS 결핍으로 인해 이전에 중요한 치수 및 / 또는 현재 이전 무관 차원 주목 시프트 무능력 멀리 주목 시프트 무능력인지 분별 기본적 불가​​능하다. 장애는 단지 이전에 피드백을 강화과의 랜덤 협회 무관 만든 차원에 응답의 활성 억제를 반영 할 수있다. 한편, 부착 된 세트의 콘시 조건은, 새로운 관련 차원으로 이동하지 않으면 이전에 경험하지었기 때문에이 차원에 대한 사전 학습에 기인 할 수 없습니다. 실패, 따라서 이전에 관련 치수 perseveration을 반영한다. 결론적으로, 경우에도 '부착 된 세트'와 '두 차원'주의력이 설정 이동 유사한 결과가 발생할 수 있습니다 패러다임을, 우리가 명시 적으로 선호하는 부착 된 세트 perseveration 이유가 논의 정상적인 야생형 생쥐에서 위.

자료

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