Целевая Dig: Простой дискриминации Аромат раскрывает Дефицит После фронтального повреждения мозга

Резюме

В этом протоколе, роман применение аромат дискриминации описано. Задача Dig является достаточно недорогим задача, которая может быть использована для оценки фронтально-опосредованного познания после повреждения мозга.

Аннотация

Когнитивные нарушения является наиболее частой причиной инвалидности у человека после повреждения мозга, но поведенческих задач использовались для оценки познания в моделях грызунов травмы головного мозга не хватает. Заимствования из оперантного литературе нашей лаборатории использовались основные парадигмы дискриминации аромат ^1-4 Для оценки дефицита в фронтально-ранения крыс. Ранее мы кратко описали Dig задачу и показали, что у крыс с фронтальной повреждения головного мозга тяжелой показать дефицита в нескольких тестах в задаче ^5. Здесь мы приводим более подробный протокол для этой задачи. Крыс помещали в камеру и позволили различать две душистые песках, одно из которых содержит подкрепления. Процесс заканчивается после того, как крыса или правильно дискриминирует (определяется как копание в правильном душистый песок), неправильно дискриминацию, или 30 сек истекает. Крысы, которые правильно различать допускается, чтобы восстановиться и потребляют подкрепления. Крысы, которые ди-scriminate неправильно, немедленно удаляются из камеры. Это может продолжаться через различные повороты и новые ароматы. Первичный анализ является точность для каждого аромата спаривания (кумулятивная доля правильных для каждого аромата). Общие выводы из задач Dig предположить, что это просто экспериментальный препарат, который может оценить дефицит у крыс с двусторонним фронтальной корковых повреждений по сравнению с крысами с односторонним повреждения париетальной. Задача Dig также может быть легко включены в существующие когнитивные тестирования батарей. Использование более таких задач, как это можно привести к более точного тестирования фронтальной травмой следующие функции, которые могут привести к терапевтические возможности для лечения. Все животные использование было проведено в соответствии с протоколами, утвержденными Институциональные уходу и использованию животных комитета.

Введение

Повреждение головного мозга в результате черепно-мозговой травмы (ЧМТ) и инсульт является одной из ведущих причин смерти и инвалидности в Соединенных Штатах. Вместе, эти нарушения результате в общей сложности около 2,5 млн. случаев, с почти 500.000 в результате смерти или ухудшения ^6-7. Несмотря на это тяжелым бременем на общество, очень немногие процедуры были разработаны для лечения или ЧМТ или инсульт. В определенной степени, отсутствие доступных вариантов лечения может быть связано с недостаточным поведенческие оценки новых лекарственных препаратов и методов лечения ^8. В частности, отсутствует задачи точно и чутко оценки влияния лечения на различные когнитивные нарушения после черепно-мозговой травмы в доклинических литературы. В настоящее время большинство когнитивных оценок, которые выполняются оценки пространственной памяти с помощью лабиринта задачи, такие как водном лабиринте Морриса ^9. Есть несколько причин для этого отсутствие тестирования, включая время, необходимое дляполностью характеризовать и оценивать когнитивные нарушения, тяжелые опоры на дорогостоящее оборудование и опыт, чтобы использовать оперантное задач, и скорость, с которой эти оценки могут быть выполнены. С этой целью мы адаптировали основная задача дискриминации аромат, задача Dig, чтобы оценить познания следующих мозговой травмы. Задача Dig разработан, чтобы быть дешевым, быстрым и эффективным инструментом для оценки когнитивной дисфункции после травмы мозга от ЧМТ или инсульт.

Задача Dig опирается на основные принципы оперантного обучения и принятия решений. Как только два выбора решения парадигме, эта задача является одной из простейших дискриминации, что может быть сделано. В протоколе ниже детали для создания задач, а также методика обучения будет описана. Мы обнаружили, что эта задача является самой сильной при оценке фронтально-опосредованные когнитивными нарушениями по сравнению с односторонним дефицита теменной, однако он до сих пор не испытываться в соответствии с модельюгиппокампа повреждения ^5. В идеале, эта задача будет подходят для оценки эффективности лечения или терапии на восстановление фронтальных дефицита после травмы. Однако, вполне возможно, что с изменениями, эта задача также может быть использована для изучения более сложных решений поведения, такие как импульсивность и обобщенные соответствия.

протокол

1. Необходимые материалы для обучения и тестирования

1. Тестирование камеры. Любой контейнер достаточно большой для размещения одного животного и две чашки аромат. Наша лаборатория использован модифицированный оперантного камер (Med Associates Inc) с пол бара удалить, чтобы освободить место для аромата чашки (рис. 1).
2. Запах чашки и подстаканник. Кубки достаточно широким и глубоким, чтобы для рытья и некоторые механизм / держатель для стабилизации них (рис. 2).
3. Ароматические песков. Наше тестирование протокола, используемого ароматы ранее установленных, чтобы не показать ошибки в ответах на крысах (какао, базилик, тмин, кофе) ^4. Каждый душистый песок смешивают в соотношении 1 г одоранта до 110 г без запаха, чистой площадкой "песочница" песок и может храниться в герметичных контейнерах на срок до 6 месяцев.
4. Подкрепления. Мы использовали кусочки фруктов цикл зерновых в качестве подкрепления. Мы рекомендуем подвергая животных подкрепления (путем размещения в их клетках дома) 3 до 5 дней до траining преодолеть neophobic ответов.
5. Остановите часы или таймер.

2. Обработка животных до тренировки

1. Обработка. Как животные будут размещены в и удаляют из камер неоднократно протяжении обучения / тестирования, мы рекомендуем обработку животных трех до пяти дней перед тренировкой для того, чтобы ознакомить их с человеческих контактов.
2. Мотивация. Для того, чтобы мотивировать животных для выполнения этой задачи, некоторый уровень лишение пищи необходимо. Питание ограничения должны быть начаты по крайней мере за три дня до обучения и проверки и животных может поддерживаться на уровне 90% свободного вскармливания веса. Обычно количестве 15-20 г чау в день достаточно, но животное весом должны быть проверены каждый день в то время как ограничение пищи.

3. Копать обучения

Подготовка животного, чтобы вырыть в песке может быть достигнуто в среднем восемь сессий по четыре дня периода времени. Во время раскопок траining, камера должна быть создана путем размещения двух чашек запах в механизм / владельца и размещения установки аромат чашки в камеру. Общая процедура подробно описана ниже с целью формирования животных от потребления подкрепление, чтобы полностью копаться в песке для его получения.

1. Сессия 1 - привыкание камеру и журналов обучения. Полностью заполнить запах чашки с подкреплением (без песка). Поместите животных в аппарате в течение 30 минут позволяет животным свободно потреблять подкрепления.
2. Сессия 2 - песок привыкания. Полностью заполнить запах чашки с подкреплением и залить небольшим количеством песка запаха в каждую чашку, заполняя не более половины стакана. Поместите животных в аппарате в течение 30 минут позволяет животным свободно потреблять подкрепления.
3. Сессия 3 - поверхность копать. Заполните аромат чашки с еще смесь подкрепления и без запаха песок, оставляя несколько подкрепления подвергаются. Поместите животных в аппарат для30 мин позволяет животным свободно потреблять подкрепления. В процессе потребления подвергается подкрепления, животное должно выявить дополнительные подкрепления под поверхностью песка. Животное должно перейти от использования ее рот, чтобы, используя его передними лапами, чтобы удалить каждый подкрепление из песка.
4. Сессия 4 - копать. Заполните аромат чашки со смесью из 1 части подкрепления на 3 части песка без запаха, оставляя 1-2 подкрепления подвергаются. Поместите животных в камере в течение 30 мин позволяет животным свободно потреблять подкрепления. Животное должно начать копать с его передними лапами, чтобы раскрыть дополнительные подкрепления и удалить их из песка. Животные, которые не начинаются, чтобы раскрыть подкрепление после 10 мин период времени должна быть оказана помощь (исследователь должен раскрыть один подкрепление в то время, пока животное не узнает).
5. Сессия 5 - полный копать. Заполните аромат чашки со смесью из 1 части подкрепления на 3 части песка без запаха, не оставляя никаких подкреплений подвергается. Plaсе животное в аппарате в течение 30 минут позволяет животным свободно потреблять подкрепления. Животные должны получать помощь по мере необходимости. Некоторые животные, возможно, потребуется несколько экземпляров этой сессии, с тем, чтобы продемонстрировать копать поведения.
6. Сессия 6 - привыкание суд структуры. Поместите три подкрепления в глубокой, средней и мелкой должности в песке в каждой чашке аромат. Поместите животных в камеру, пока все три извлекаются из каждой чашки, помогая по мере необходимости. После того как все были извлечены, поместить животное в проведении аппарат в течение 15-30 секунд и сброс запах чашки, как описано в этом шаге. Затем поместите животное обратно в камеру и повторите процесс, пока животное не завершен всего четыре испытания. Животное должно привыкнуть к тому, помещается в проведении аппаратов и начать копать сразу при помещении в камеру. Животное должно также демонстрировать полную поведения копать и получить подкрепление в нижней части чашки аромат.
7. Сессия 7 - одно подкрепление. Поместите один подкрепления на половину глубины песка в каждую чашку. Поместите животных в камеру и позволит ему восстановить и подкрепления, а затем поместить его в аппарат для проведения 30 сек. Повторите этот процесс для четырех полных испытаний. Животное должно начать рыть быстрее и требуют минимального помощь от исследователя.
8. Сессия 8 - макет тестирования дискриминации. Заполните чашки, как описано в сессии 7. Дайте животным 30 секунд, чтобы восстановить и подкреплений. Поместите животных в холдинг аппарата, когда оба были восстановлены или 30 сек истекло. Повторите эту процедуру для числа испытаний, которая будет использоваться в стадии тестирования. Животные должны научиться копать быстро, когда помещены обратно в камеру.
9. Дополнительные сессии. В зависимости от первоначального тестирования дискриминации, экспериментатор, возможно, пожелают провести дополнительные сессии для ознакомления животных с заданными ароматы. Крысы будут иметь тенденцию к первоначально проявляют неофобией и предпочитаютзнакомые ароматы, ранее связанные с усилением ^10.

4. Дискриминация Тестирование

1. Исследователь должен выбрать аромат спаривания, в том числе запах которого будет наживкой с подкреплением (правильный дискриминации), а какие нет. Дополнительные решения, такие как число дискриминации и развороты, максимальное количество дней и испытания, и следует ли тестируйте до травмы будет в значительной степени основана на экспериментальных вопрос (см. дополнительные примечания ниже).
2. Крысы могут быть проверены и данные, записанные от руки исследователя. Исследователь должен записать для каждого испытания: правильный или неправильный выбор, задержки начать копать, и испытания, в которых крысы раз на.
   1. Число испытаний вводят должно быть по усмотрению исследователя (см. дополнительные примечания ниже).
   2. Длина суде должно быть по усмотрению исследователя (см. дополнительные примечания ниже).
   3. ИсследователямШер должна случайным суд структуры (слева направо расположение аромат чашки), с оговоркой, что не более трех исследованиях подряд находятся на данной стороне. Это поможет уменьшить побочные предвзятости.
3. Для того, чтобы начать каждое испытание, поместить животное в камеру, стоящие перед сзади, на равном расстоянии от каждой чашки. Размещение животное ближе к одной чашке может увеличить вероятность развития предвзятости.
4. Если животное правильно дискриминацию, позволяет ему получать и потреблять подкрепление, а затем удалить его проведения аппарата в течение 30 сек. Если это раз, или выбирает неправильно, немедленно извлеките его, прежде чем он «исправляет» себя, и поместить его в аппарат для проведения 30 сек.
5. Повторите эту процедуру для выбранного количества испытаний.
6. Как только животное достигает заранее установленного критерия (т.е.> 80% точность в день в течение трех дней подряд), животное может переходить к следующему дискриминация / разворот и повторить процесс.

5. Дополнительные примечания

1. Испытания в нашей лаборатории обнаружили, что обучение и тестирование работы лучших использованием половину зерновой части цикла фруктов, чтобы избежать пресыщения.
2. Во время обучения, некоторые животные, возможно, потребуется больше помощи, чем другие. Мы рекомендуем делать то, что необходимо для достижения копать поведения. Однако, как только начинается тестирование, мы никогда не пытаются вмешаться и улучшить копать поведение крысы.
3. Изменение общее число испытаний может быть достаточным для различных лабораторий. Испытания в нашей лаборатории используется 6, 8 и 12 испытаний за сеанс, 1 сеанс в день, и нашли предпочтение на 8 суде установки.
4. Варьируя длину суда может быть необходимо в некоторых экспериментальных установок (например, животных под напряжением парадигмы, возможно, потребуется увеличить время судебного процесса или меньше общего испытаний).
5. Заданного критерия должно быть использовано для того, чтобы определить, когда животное освоило дискриминации. Испытания в нашей лаборатории требуется accuracУ более чем 80% (5/6 испытаний, 7/8 испытаний, или 10/12 испытаний) в день в течение 3 дней подряд. Тем не менее, более высокий критерий (85%) также может быть использована.
6. Установленных порогов / максимумы должны использоваться для максимального числа дней, проведенных на данный аромат. Это будет в значительной степени продиктован исследования вопроса. Например, наши лабораторные исследования TBI и, как результата прогрессивный характер TBI, крысы, которые еще не достигли критерия перешел на новую дискриминацию / разворот через 12 дней тестирования.
7. Стоит ли тестируйте или просто посттестовых это вопрос, который в значительной степени определяется экспериментальным направлением. Предварительное тестирование позволяет проводить память об оценке после травмы животных, которые могут иметь значение в зависимости от типа травмы. Однако, после тестирования позволяет исследовать различия в скорости сбора на дискриминацию между группами. Наша лаборатория имеет и будет продолжать использовать оба.

Результаты

Есть два основных переменных, которые могут быть записаны в задачу Dig: Правильно / Неправильно и задержки. Тем не менее, не-ответов может также быть записаны и проанализированы, как они могут быть важны при рассмотрении мотивации. Они могут быть использованы для создания мер для анализа, такие как точность (# правильный / всего испытания), ошибки в ответах ¹¹ и задержки. Эти меры могут быть использованы для оценки различных видов обучения, в зависимости от дизайна эксперимента (см. дополнительные примечания выше). Предварительное тестирование животных, позволяет исследователю оценить памяти для узнали дискриминации. Восстановление узнал дискриминации позволяет исследователю увидеть, насколько хорошо животное может адаптироваться к изменяющейся в чрезвычайных ситуациях. Изучение романа дискриминации позволяет исследователям сравнить обучения в разных парах аромат, а также оценить потенциал для нового обучения.

В зависимости от дизайна исследования (см. дополнительные примечания выше), эти меры могут бытьпроанализированы в повторяли дизайн мер или могут быть свернуты в одну переменную. Ранее мы рухнули точности в меру кумулятивная доля правильных для того, чтобы проанализировать каждый аромат дискриминации отдельно ^5. Это произошло путем суммирования количества правильных дискриминации и деления на общее количество испытаний для каждого дискриминации. Серия односторонним между субъектами-анализа дисперсий (ANOVAs) были затем использованы для изучения групповых различий для каждого после травмы аромат дискриминации. Тем не менее, больше мощности могут быть получены для анализа, используя передовые статистические методы, такие как смешанные моделирования эффектов. Еще одной альтернативой является использование теории обнаружения сигналов для анализа данных. Это популярный подход в человеческом принятии решений литературе и позволяет исследователю изучить большую часть данных с заданной теме на одном графике и быстро оценить степень точности, предвзятость, и дефицит ^12. Выбор аналитический подход будет ла-rgely обусловлено экспериментальными вопрос, может ли кто-то хочет сравнить по типам обучения, оценки одного типа обучения, или применить принятия решений подхода к данным.

После двусторонних фронтальной мозговой травмой, наша лаборатория обнаружили, что крысы страдают крупные дефициты практически при всех видах обучения в этой задаче. Фронтально-раненых животных показали дефицит в памяти ранее изученный дискриминации, а также трудности в учебе поворот, что запах спаривания (рис. 3). Фронтальная животных также были трудности в учебе роман дискриминации (рис. 3). В соответствии с предыдущим исследованием ^13, было также значительное увеличение изменчивости в фронтально раненых животных (рис. 3).

В отличие от односторонних травмы теменной в нашей лаборатории не выявили дефицит по всем дискриминации в решении этой задачи. Односторонние крыс нет дефицита в меняМори на ранее изученный дискриминации, а также приобрел разворота дискриминации очень быстро (рис. 4). Они узнали, роман пары запах очень быстро, а также (рис. 4). Кроме того, изменчивость в одностороннем порядке, ранены группа была очень низкой, и большинство крыс оптимальной работы над задачей.

Рисунок 1. Тестирование в нашей лаборатории был проведен в банке стандартных оперантного камер (Med Associates Inc), которые были адаптированы для использования в решении этой задачи путем удаления четырех последовательных полу-бары, чтобы открыть пространство для двух чашек аромат.

Рисунок 2. Тестирование в нашей лаборатории использовались трубы из ПВХ торцевые заглушки (6 см высотой и 5,5 см в диаметре), как запах свзлеты и кусок оргстекла (10 х 22 см) с двумя круглыми отверстиями пробурено (5,5 см в диаметре), как подстаканник аромат.

Рисунок 3. Данный график показывает типичные производительность Шам (синий) по сравнению с фронтально-ранения (красный) крыс через несколько различных этапов тестирования в двух разных форматах. В панели, данные представлены в виде гистограммы с белыми точками, представляющими данные пункты для отдельных крыс в каждой группе. В панели B, те же данные на графике в линейный график. Существовал никакой разницы по предварительной травмы дискриминации приобретения. Тем не менее, после травмы и в тот же дискриминация, притворство крыс выступит на 93% кумулятивных процентов правильно в то время как потерпевшей крыс выступит на 65% кумулятивных процентов правильно. При повороте дискриминации вводили, Injизмерял крыс падать ниже шансы производительности. Кроме того, по роману дискриминации запах фронтально-ранения крыс были трудности в учебе роман спаривания и остались на уровне ниже шансы производительности. Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Рисунок 4. Данный график показывает типичные производительность Шам (синий) по сравнению с односторонним parietally-мозговой травмой крыс (зеленый) через несколько различных этапов тестирования в двух разных форматах. В панели, данные представлены в виде гистограммы с белыми точками, представляющими данные пункты для отдельных крыс в каждой группе. В панели B, те же данные на графике в линейный график. Существует никакой разницы между группами по любому из дискриминацию. Одностороннем порядке вjured крыс осуществляется на или, в некоторых случаях, несколько выше, чем уровни фиктивный после травмы. Нажмите, чтобы увеличить показатель .

Обсуждение

В этом видео мы показали, как задача Dig может быть проведено с использованием относительно недорогих материалов и, с некоторым опытом, испытания могут быть проведены достаточно быстро (~ 10 мин / животного). Это позволяет задачу быть легко включены в существующие батареи тестов для ЧМТ, инсульт и другие травмы мозга. Задача Dig также надежные в том, что оно может оценивать различные аспекты познания, в том числе оценки предыдущей обучения, развороты, и новых приобретений (например, набор ч.). Самое главное, что задача Dig была показана эффективность в оценке фронтального функции после повреждения мозга. Кроме того, аналогичные парадигмы раскопок были использованы для изучения значения передачи в гиппокампе крыс после повреждения ^4, и, следовательно, может быть легко изучена после ЧМТ.

Основные преимущества таких задач, как этого является способность оценивать других форм познания, чем обычно протестирован в большинстве стад-мозговой травмых годов. Там в настоящее время существует нехватка простых, быстро приобрел задач для оценки фронтально-опосредованного познания после повреждения мозга. В области экспериментальной ЧМТ, существует сильная зависимость от лабиринты в качестве единственной оценкой познания ^9. Дискриминация и выбор поведения являются важными аспектами фронтально-опосредованного познания, которые должны быть оценены следующие повреждения головного мозга. Они были изучены в различных парадигм (задержка соответствие к образцу, дифференциальные усиление низкой скорости реагирования, сил на основе принятия решений, и т.д.) в области экспериментального анализа поведения, но не хватает в исследовании черепно-мозговой травмы ^14-16. Разработка новых терапевтических средств для лечения повреждений мозга требует проверки в нескольких формах сенсорные, двигательные и когнитивные функции. Такие задачи, как это может стать жизненно важным для полной оценки когнитивных функций при терапевтическом лечении.

В то время как повторное Dig задачипредставляет собой шаг в правильном направлении для оценки функций мозга после травмы, еще есть ограничения к нему. Она должна быть простой, чтобы строить, управлять и анализировать, но это означает, что существует верхний предел на то, что он может измерять. В настоящее время два варианта все, что может быть оценено по данной парадигмы. Кроме того, задача Dig недостаточно чувствителен для обработки других аспектов лобной дисфункции, такие как импульсивность, которые могут повлиять на принятие решений способности животных.

В то время как задача Dig был показан, чтобы быть успешным для нас в оценке повреждений головного мозга у молодых животных, есть еще несколько вещей, которые можно сделать с задачей дальнейшего совершенствования и улучшения. Они включают в себя оценку особых групп населения (возраст, пол, процедить), сравнивая его непосредственно к оперантного парадигмы она адаптирована с, выполняя прямое сравнение этой задачи с другими задачами, которые оценивают лобной дисфункции после травмы, а также изучения дополнительнальных способов анализа и сравнения данных, полученных от задачи. Эта задача предназначена для решения некоторых вопросов в нашей области, проверив функцию фронтального несколькими способами после повреждения мозга. Тем не менее, одна задача не может измерить все когнитивные процессы, которые подвергаются воздействию черепно-мозговой травмой. Таким образом, мы выступаем за то, что люди продолжают развивать и совершенствовать такие задачи, как описанному в этом протоколе более полно оценить функциональные нарушения после черепно-мозговых травм. Поступая таким образом, мы можем повысить эффективность разработки лекарств и терапии черепно-мозговой травмой путем оценки по нескольким меры.

Материалы

Название материала	Компания	Номер по каталогу	Комментарии
			ОБОРУДОВАНИЕ
Operant палата	Med Associates	ENV-008CT	Количество: 1 Стандартный оперантного камеры, никаких внешних устройств.
Плексиглас	Магазин бытовой техники	N / A	Количество: 1 лист разрезать на нужный размер, чтобы вписаться в камере.
ПВХ Caps конце трубы	Магазин бытовой техники	N / A	Количество: 2 / аромат чашки установки.
			РЕАГЕНТЫ
Песок	Магазин бытовой техники
Различные специи	Местный продуктовый магазин
Подкрепления	Местный продуктовый магазин
			* Оборудование для строительства перечисленных в камере.