A reação de série 5-Choice Tempo Tarefa: A tarefa de atenção e controle de impulso para Roedores

Resumo

Este protocolo descreve a tarefa de tempo de reacção de série 5-escolha, o que é uma tarefa operante base utilizada para estudar a atenção e controlo de impulsos em roedores. Desafios dias de teste, que são modificações da tarefa padrão, aumentar a flexibilidade da tarefa e pode ser combinada com outras manipulações para caracterizar mais profundamente o comportamento.

Resumo

Este protocolo descreve a tarefa de tempo de reacção de série 5-escolha, o que é uma tarefa operante base utilizada para estudar a atenção e controlo de impulsos em roedores. Desafios dia do teste, modificações para a tarefa standard, pode ser usado para tributar de forma sistemática os sistemas neurais que controlam atenção ou controle de impulsos. É importante ressaltar que esses desafios têm efeitos consistentes sobre o comportamento de toda a laboratórios em animais intactos e pode revelar quer melhorias ou déficits de função cognitiva que não são aparentes quando os ratos só são testados na tarefa padrão. A variedade de medidas comportamentais que são recolhidos podem ser usados ​​para determinar se outros factores (isto é., Sedação, défices motivação, imparidade locomotores) estão a contribuir para as alterações de comportamento. A versatilidade do 5CSRTT é reforçada porque é passível de combinação com técnicas farmacológicas, moleculares e genéticas.

Introdução

A tarefa de tempo de reação de série 5-escolha (5CSRTT) foi desenvolvido por Trevor Robbins e seus colegas da Universidade de Cambridge, a fim de compreender os déficits comportamentais apresentados por pessoas diagnosticadas com transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) ^1,2. Baseia-se em tarefas de desempenho contínua utilizados para estudar a atenção nos seres humanos ^3; com a atenção que está sendo definido como a capacidade de alocar e manter o foco de recursos cognitivos de estímulos ou informações específicas, ignorando outras informações ^4. Embora a tarefa foi originalmente projetado para uso com ratos ^1,2, uma versão do mouse também foi desenvolvido ^5,6.

O 5CSRTT base exige ratos para analisar uma matriz horizontal de cinco aberturas para a apresentação de um breve estímulo luminoso (cue) em uma das aberturas; uma vez que o rato detecta o estímulo deve nariz picar na abertura iluminada para receber uma recompensa sedimento açúcar. Assim, A tarefa requer ratos para tanto dividir sua atenção entre os cinco aberturas espacialmente distintas e de manter a atenção até que o estímulo é apresentado em um determinado julgamento e em vários ensaios em uma sessão de ^1,7. A atenção é normalmente avaliada pela precisão de respostas. Embora o 5CSRTT foi originalmente concebido para avaliar a atenção, também é utilizado para avaliar o comportamento impulsivo ou inibição da resposta ^1,7,8: a capacidade de reter o pre-potente ou inapropriado responder ^9. Durante a tarefa, os ratos deve reter responder para a duração do intervalo de ensaio entre (ITI) e responder somente quando o estímulo é apresentada em uma das aberturas ^1. Assim, as respostas prematuras, que ocorrem durante a prévia apresentação ITI a estímulos, fornecer um índice útil de comportamento impulsivo.

O 5CSRTT é incrivelmente flexível tarefa há uma série de modificações a tarefa básica (ou seja, os desafios do dia de teste)que podem ser implementadas para examinar com mais cuidado como experimental manipulações afetar o comportamento. Por exemplo, diminuindo a duração do estímulo ou a redução do ITI são diferentes mecanismos para aumentar a carga de atenção da tarefa e pode ser usado para avaliar sistematicamente os subdomínios de atenção ^1,7,10-12. Em contraste, o aumento da duração do estímulo minimiza as demandas de atenção da tarefa; isso pode ser usado para determinar se uma manipulação interfere com a capacidade de executar os requisitos básicos de resposta a tarefa ^12. Aumentando a duração do ITI pode ser utilizado para determinar se uma manipulação particular afeta impulsivo responder ^1,7,8,13-15. Além disso, usando os desafios dia do teste, tais como as descritas acima, pode revelar déficits ¹⁰ ou melhorias ^16,17 de comportamento que não são aparentes em ratos bem treinados, avaliados com parâmetros de teste padrão.

É importante ressaltar que o 5CSRTT é passível to conjunto com uma série de técnicas diferentes; por exemplo, a cognição tem sido investigada seguintes lesões de áreas cerebrais distintas ^10,18-20, ou neurotransmissor seletiva esgotamento ^2,21,22. Estudos farmacológicos comportamentais têm usado tanto sistêmica ^16,17,23-28 ou discreta administração intracraniana de drogas ^29-32. Além disso o desempenho é facilmente avaliada após a administração da droga aguda e crônica ^{12,16,17,29-32 13,14,23,33.} Os efeitos do desempenho da tarefa sobre a liberação do neurotransmissor ³⁴ e atividade metabólica ³⁵ em áreas cerebrais distintas também foram avaliados. Além disso, o desempenho na tarefa pode ser utilizado para separar os ratos em grupos com base na linha de base ^30,31 desempenho atencional ou níveis de impulsividade ^15,32. Finalmente, com o advento de uma versão do rato 5CSRTT ^5,6, a tarefa tem sido utilizada para investigar as contribuições genéticas para a atenção e impulse controlar ^5,36-39.

Porque o 5CSRTT avalia múltiplas funções cognitivas simultaneamente e é passível de utilizar em combinação de uma variedade de abordagens farmacológicas, moleculares e genéticas, foi rotineiramente usado para avaliar a disfunção cognitiva no contexto de modelos animais de perturbações psiquiátricas e neurológicas. Por exemplo, o 5CSRTT tem sido utilizado para investigar a neurobiologia subjacente às perturbações cognitivas no transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH) ^{37,40,41, 23,33,42} esquizofrenia, dependência de drogas ^13,14,43-45, a doença de Alzheimer ^{18 , 39,} doença de Parkinson ^36, e de Huntington doença ^37.

Este protocolo fornece diretrizes para ratos de formação sobre o 5CSRTT. Porque uma série de medidas de desempenho podem ser coletados, descrevemos como padrões comuns de results deve ser interpretado. Além disso várias modificações comuns ao protocolo básico, os desafios dia do teste, são descritos.

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Protocolo

Este procedimento requer a utilização de animais; estes procedimentos foram aprovados pelo Oberlin College Institutional Animal Care and Use Committee e estão de acordo com o Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório ^46.

1. 5CSRTT Aparelho

1. Um diagrama esquemático do aparelho 5CSRTT é fornecida na Figura 1.
   1. O aparelho 5CSRTT consiste em uma câmara de condicionamento operante (30,5 x 24,1 x 29,2 centímetros) com duas paredes laterais de acrílico, e um piso de grade de aço inoxidável.
   2. A parede frontal de alumínio é arredondado e contém cinco aberturas nariz puxão (2,5 x 2,2 x 2,2 centímetros cada); cada abertura está equipado com um díodo emissor de luz (LED) e um sensor de infravermelhos capazes de detectar a inserção do nariz dos ratos.
   3. A parede traseira de alumínio contém o compartimento de alimentos; isto está ligado a um distribuidor de sedimento e está equipado com um sensor de infravermelhos e uma pequena incandescent luz.
   4. Uma casa de luz incandescente, capaz de iluminar toda a câmara está colocada perto da parte superior da parede de trás.
2. Casa do aparelho 5CSRTT dentro de um ventilador, som atenuado câmara de condicionamento operante.
3. Use um computador PC para controlar a câmara operante e para coletar dados.

2. animal Habitação e Preparação

1. O procedimento requer o uso de animais de experimentação; obter aprovação do Cuidado e Uso Comitê Institucional Animal (IACUC) antes do início das experiências.
2. Ratos Casa em pares.
   1. Manter animais em um ciclo 14:10 claro / escuro (luzes acesas às 07:00) em uma sala com uma temperatura constante de 22 ± 1 ° C.
   2. Permitir livre acesso aos ratos, enquanto a água em suas gaiolas, mas a comida restringi-los.
   3. Comida para restringir ratos de 85-90% do seu peso de alimentação livre de dois a cinco dias antes do início da formação e revistadurante todo o treinamento e teste 5CSRTT. Alimentar ratos após treinos diários e pesá-los diariamente para garantir que eles estão ganhando peso (~ 5 g / semana).

3. 5CSRTT Procedimento

1. Considerações sobre a formação geral 5CSRTT
   1. Ratos treinar em um tempo padrão de dia, no mínimo, 5 dias por semana; formação ocorre através de várias fases (ver Quadro 1) e leva várias semanas.
   2. Ratos treinar e testar na mesma câmara operante (ver secções 3,2-3,5 abaixo); pequenos desvios no ambiente dos ratos pode afetar seu desempenho.
   3. No final de cada sessão de limpar as superfícies da câmara com água contendo hipoclorito de sódio desinfetante (ou outro desinfetante, após consulta com o seu veterinário).
2. Formação Revista
   1. Introduzir pelotas de açúcar (45 mg) a ratos na sua gaiola de origem antes da primeira sessão. Isso minimiza neofobia e garante ratos vão retgrânulos de açúcar rieve da revista alimentos.
   2. Coloque ratos em câmara operante (fãs) com furos na abertura ocluído. Permitir ratos habituar à câmara por 5 min.
   3. Entregar sessenta pelotas de açúcar para a revista de cada um fixo intervalo de 20 seg (FI-20, dia 1) agenda ou um calendário de FI-30 (dia 2).
      Nota: O houselight pode ficar iluminado durante a duração da sessão e à luz revista deve ser iluminada após a entrega da pelota e podem permanecer iluminados até o pellet é recuperada.
   4. No fim da sessão de nota se pelotas de açúcar são consumidos; continuar a formação de pelo menos 2 dias, ou até que todas as pastilhas são consumidos.
3. Formação 5CSRTT
   1. A Figura 2 fornece um diagrama esquemático de um único ensaio 5CSRTT.
   2. Coloque cada rato em uma caixa de condicionamento operante com fãs no. Permitir ratos habituar à câmara por 5 min.
   3. No final do período de habituação, iluminar a luz revista e entregar opellet açúcar ne. O primeiro ensaio começa quando este sedimento é recuperado.
   4. Comece cada ensaio, com um intervalo de avaliação entre (ITI), durante o qual apenas a luz da casa é iluminado. No final do ITI, pseudo iluminar aleatoriamente uma das luzes de abertura para a duração do estímulo prescrito. Permitir que o tempo de ratazana para responder à apresentação do estímulo; o momento em que o rato é deixada a reagir a preensão é limitado (LH).
   5. Respostas Nose cutucar o resultado abertura iluminado na entrega de uma bolinha de açúcar para a revista e iluminação da luz revista; tais respostas são consideradas respostas correctas. Apague a luz revista e iniciar o próximo julgamento sobre recuperação de pellet.
   6. Respostas Nose cutucar aberturas apagadas (respostas incorretas) e falhas de responder durante o resultado LH (omissões) em um tempo fora (TO). Extinguir o houselight durante o TO. Sinalizam o início do próximo ensaio no final do PARA iluminando o houselight.
   7. Pontuação respostas puxão nariz durante o ITI como respostas prematuras; punir essas respostas com um período de TO. Reiniciar o mesmo ensaio após um PARA causada por uma resposta prematura.
   8. Termine cada sessão depois de 90 tentativas ou 30 min, o que ocorrer primeiro.
   9. Para a primeira fase de treino definido para a duração do estímulo 30 segundos, a LH e 30 seg, o ITI a 2 seg e TO a 2 seg. Ajustar estes parâmetros em toda a formação de tal modo que a duração do estímulo é de 1 seg e a LH, ITI e A são todos os 5 segundos (ver Tabela 1). Mova os ratos para a próxima fase de treinamento, uma vez que atingiram os critérios de formação sugeridas. Ratos de teste depois de apresentar um desempenho estável na fase final.
      Nota: ratos Sprague-Dawley geralmente atingem desempenho critério (~ precisão de 65%, <20% omissões) dentro de 4-8 semanas, se treinou 5 dias por semana. Diferentes linhagens de ratos no entanto, têm diferentes habilidades para executar a tarefa. Por exemplo, os ratos Lister Hooded pode alcançar altos níveis deprecisão (> 80%) com menos omissões (<20%), utilizando uma duração de estímulo de curto (0,5 seg) (por exemplo, Bari et al, 2008;.. Mizra e Bright, 2001). Recomenda-se que os investigadores ajustar parâmetros de estímulo e desempenho critério para reflectir estirpe de rato (ou ratinho) utilizado.
4. Teste 5CSRTT
   1. Calcular o desempenho da linha de base (% de precisão, omissões%, respostas prematuras) tomando a média de cada medida de desempenho entre as últimas sessões 3-5 (ver a seguir). Use esses dados para dividir os ratos em grupos (se necessário) ou como base um dos ratos individuais.
   2. Use desafios dia do teste (Tabela 2) para ainda mais o comportamento da sonda.
   3. Por dentro de projetos sujeitos, intercalam treinos com sessões desafio dia do teste.
      Nota: os desafios do dia de teste pode ser usado para complementar o exame do comportamento da tarefa standard. Essas manipulações podem revelar mudanças sutis no comportamento que não são aparentes após extensaformação sobre a tarefa de padrão e / ou ser utilizado para obter uma melhor compreensão da natureza de um déficit de desempenho.
5. Medidas de Desempenho 5CSRTT
   1. Utilize um computador para calcular as medidas de desempenho.
   2. Precisão de responder (% de precisão): Divida o número de respostas corretas pelo total de respostas corretas e incorretas. Esta é a principal medida de atenção.
      [# respostas corretas / (# respostas corretas + # resposta incorreta)] x 100
   3. Omissões: Divida o número de ensaios em que o rato não responderam pelo número total de ensaios completos. % omissões podem reflectir a atenção, mas também pode ser influenciada por sedação, motivação e capacidade do motor, assim, a interpretação de omissões depende de outras medidas de desempenho.
      [# omissões / (# omissões + # respostas corretas + # respostas incorretas)] x 100
   4. Respostas corretas: Divida o número de respostas corretas pelo número total de tentativas comprão apagados.
      [# Respostas corretas / (# omissões + # respostas corretas + # respostas incorretas)] x 100
   5. Respostas incorretas: Divida o número de respostas incorretas pelo número total de ensaios completos.
      [# Respostas incorretas / (# omissões + # respostas corretas + # respostas incorretas)] x 100
   6. Respostas prematuros: Determinar o número de respostas dadas durante o ITI. Esta é a principal medida de comportamento impulsivo.
   7. Respostas perseverativos: Determinar o número de respostas nariz puxão em qualquer abertura após o rato fez uma resposta correta, mas antes a recuperação do sedimento açúcar. Isto é uma medida do comportamento compulsivo.
   8. Entradas revista: Determinar o número de respostas nariz cutucar a revista. Esta é uma medida de motivação.
   9. Latência para Corrigir Resposta: Calcule o tempo médio desde o início do estímulo a uma resposta correta; uma medida de velocidade de processamento ou a tomada de decisões.
   10. Tardency de Resposta incorreta: Calcule o tempo médio desde o início do estímulo a uma resposta incorreta; uma medida de velocidade de processamento ou a tomada de decisões.
   11. Recompensa Retrieval Latência: Calcule o tempo médio de um rato para recuperar a recompensa pellet açúcar; pode refletir a motivação.

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Resultados

Manipulações do 5CSRTT que Probe visuospatial Atenção

Uma abordagem para variar as exigências de atenção da tarefa é alterar a duração do estímulo. À medida que a duração do estímulo diminui, diminui a precisão% (Figura 3A) e% de aumento omissões (Figura 3B; adaptado de 12). Assim mais curtas durações de estímulo aumentar as demandas de atenção da tarefa e durações mais longas de estímulo diminuir as demandas de aten...

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Discussão

O 5CSRTT é uma tarefa muito utilizado para avaliar a atenção e controlo de impulsos em roedores. Atenção é mais comumente medida pela precisão de responder ^1,7,10. Porque a precisão de responder não inclui omissões e porque ambas as respostas corretas e incorretas têm a mesma exigência de resposta (ie., Um nariz cutucar em uma abertura), a precisão não é influenciada pela capacidade locomotora, motivação ou sedação. As omissões% também pode ser usado como uma medida de a...

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Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Five Hole Nose Poke Wall Chamber Package	Med-Associates	MED-NP5L-D1	Alternatively one could use the standard package (Catalog #:MED-NP5L-B1) Deluxe
Dustless Precision Pellet	Bio-Serv	F0021	45 mg Purified