К вниманию набор Переход Задача: Мера когнитивной гибкости у мышей

Резюме

Цель этого протокола заключается в выполнении поведенческого анализа, таких как сосредоточения внимания множества переключения задач (AST) для оценки префронтальная кора-опосредованной когнитивной гибкости у мышей.

Аннотация

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.

Введение

К вниманию набор Перераспределение обязанностей (AST) была разработана в качестве меры внимания и когнитивной гибкости у крыс более десяти лет назад ^{в 1,2 раза.} АСТ смоделирован intradimensional / внепространственной компонента Кембриджского нейропсихологических тестов автоматизированной батарея (Кембриджский), который используется для идентификации когнитивную дисфункцию у человека и приматов ^3,4. В то время как способность к обучению простых правил остается неизменным, дефицит обучения, чтобы изменить ответ, когда правила изменились найдены у пациентов, страдающих от различных нервно-психических расстройств (например, шизофрении, обсессивно-компульсивное расстройство, депрессия), нейродегенеративных расстройств (например, болезнь Паркинсона) и у пациентов с поражением на предварительно лобной коре ^5. В целом, эти пациенты описаны как имеющие дефицит в когнитивной гибкости. Аналогичные дефициты были показаны в обоих приматов и грызунов когда через повреждения тО префронтальной коры были вызваны ^1,6-8. Эти дефициты показывают состояние когнитивного негибкости или нарушение способности, чтобы сместить к вниманию набор.

К вниманию набор образуется, когда предметом узнает, что набор правил может быть применено к сложным стимулов для того, чтобы отличить информацию от второстепенной подсказки. Например, в AST, животные научиться обращать внимание и реагировать на соответствующей сигналу (например, рытье среды) и игнорировать ненужную кий (то есть, запах), соединяя пищевого вознаграждения со средой. Эта ассоциация затем усиливается в последующих задач, где тип копать средних и запах изменения, но в паре связь между средой и вознаграждения остается. Это укрепило правило формирует познавательный набор. Два этапа в протоколе АСТ измерения различных аспектов когнитивной гибкости: изменение и экстра-мерном смену. На этапе обращения, ранее отрицательных стимулов в течение одного dimensioн (средняя в данном примере) теперь положительным, что ставит под сомнение животное игнорировать положительные стимулы от предыдущей стадии. Например, если чувствовал, рытье среда была позитивные стимулы в предыдущем этапе и бумага были отрицательные стимулы, теперь наоборот. Это ставит гибкость животного в том, что он должен поддерживать сосредоточения внимания набор (т.е. среда соответствующую единицу измерения), а изменения правила уроки для стимула и награды пары в измерении. Формирование для повышенного внимания множества вызов на этапе экстра-мерном сдвига, когда не имеет значения размер (запах в данном примере) становится соответствующую единицу измерения. Персеверативного ответа, как показано в продолжение выбора с использованием ранее научились правило, на любом этапе отражает дефицит познавательной гибкости.

Поражений исследования в обеих приматов и грызунов показали отдельные области префронтальной коры можно отнести к способности перфорацияORM конкретные этапы АСТ ^1,9. Поражения в орбитофронтальную коры (OFC), субрегион префронтальной коры (PFC), как было показано, чтобы вызвать дефицит в реверсивного обучения на АСТ ^8. Кроме того, повреждения медиальной префронтальной коре (MPFC) приводят к специфических трудностей в выполнении особо сдвиг измерений.

В то время как многочисленные исследования с использованием AST были проведены на крыс и приматов, сравнительно мало использовали AST в качестве меры когнитивной функции у мышей. Учитывая легкость генетических манипуляций у мышей, и острая необходимость измерения префронтальной функции коры надпочечников при изучении различных расстройств, адаптации и утверждения этого поведения меру у мышей является важным дополнением к исследованиям заболеваний, связанных с PFC дисфункции. Протокол подробно здесь является модификацией процедуры по Birrell и Brown ^1, который оптимизирован для применения у мышей и отражает многие из мыши-УдельныйС адаптации, которые были ранее сообщалось ^2,6,10-13.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

ПРИМЕЧАНИЕ: Животные, используемые в настоящем исследовании, мужчина C57Bl / 6J между 4 и 6-месячного возраста для получения оптимальных результатов. Мышей содержали при световом цикле обратного для того, чтобы удобно проверить их в течение активного (темной) фазы. Если поведение выполняется в отдельной комнате из корпуса, мыши могут по меньшей мере, 1 ч, чтобы акклиматизироваться следующий транспорт к испытательной комнате. Поведенческая тестирование проводится в условиях красного света свести к минимуму нарушения в нормальной деятельности мышей как можно меньше в то же время позволяя экспериментатором, но достаточную освещенность визуально контролировать сессии тестирования.

ПРИМЕЧАНИЕ: Все аспекты экспериментальной методике, описанной здесь были проведены в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных, 8-е издание (СРН) и были утверждены Комитетом по уходу и использованию Институциональная животного в университете Техаса наук о здоровье Центр в Сан-Антонио.

1. Экспериментальная установка

1. Заполните керамические ramekins (непористый; 1,5 "глубина х 2,5" диаметр), к внутреннему краю с рытья среды (примерно 1 "снизу); фильтровальной бумаги раундов разрезать пополам и приклеенный к внутренней задней ramekin (1А)
2. Перерыв слегка подслащенный сухой хлебный злак завтрака (пищевой наградой) - Мед орех или сахара покрытием сортов, в примерно 20 мг пьес для акклиматизации, обучения и тестирования этапов.
3. Сделайте к вниманию набор Перераспределение обязанностей (AST) камера (рис 1B): Акклиматизироваться поезд и проверить каждой мыши в отдельных камерах; Рекомендуем производство, по крайней мере 8 камер.
   1. Построить 12 "х 8" х 7 "АСТ камеры; Стены и стартовые ворота, сделанные из непрозрачного белого акрила, который легко очистить с 70% этанола. Гильотинного типа, съемный стартовые ворота отделяет камеру в зоне ожидания (5 "х 8") и полигона (7 "х 8").
   2. Включите Ясно 5221; x7 "съемной перегородкой, которая отделяет две стороны полигона равномерно; сократить три ¼ "отверстия диаметром в нижней части перегородки, чтобы позволить доступ перехвата, расположенных один" друг от друга, и один "с передней перегородкой (рис 1С).

2. Порядок Обзор (Рисунок 2)

1. До АСТ, домовые мыши индивидуально и позволить им приспособиться к обратной светового цикла, по крайней мере, одну неделю.
2. Акклиматизироваться, поезд и проверить каждого животного в отдельных камерах тестирования. Связать каждую камеру для одной мыши и чистый с 70% этанола после окончания в последний день тестирования. Это позволит свести к минимуму стресс во время тестирования, делая камеры запах как "домашняя клетка» или «я».
3. Учуяли тестирования горшки 2 дня до тестирования, чтобы аромат, чтобы рассеять; мыши не будет копаться в горшках, которые имеют очень сильный запах. С помощью шприца с иглой 25 G, добавить приблизительно 0,1 млЭфирное масло в верхней части фильтровальной бумаги.

3. Погрузка (Дни 1-8)

1. Ручка мышей, начиная 8 дней до первого дня ограничения пищи. Это позволит снизить нагрузку, связанную с обработкой в ​​процессе тестирования.
2. Взвешивание и вес запись тело каждый день обращения. Ручка каждой мыши 2-3 мин в день.
3. Если несколько экспериментаторы должны быть вовлечены в тестировании набор мышей, убедитесь, что каждый экспериментатор участвует в процессе обработки для увеличения знакомство с экспериментаторами и уменьшить стресс и тревоги, которые испытывают на обучение или тестирование дней.
4. Продолжить обработки и записи веса в течение всего периода испытаний.

4. Ограничение еды (Дни 9-12)

1. С 4 дней до начала акклиматизации, место мышей на ограниченном рационе для поддержания мышей на 80-85% их веса тела свободной подачи. Дайте 1 грамм пищи на мышь в день. Если вес тела падает нижеУказанный диапазон дают 2 г в сутки, пока они не вернуться из соответствующего диапазона.
2. Поместите 2 ramekins на передней панели каждого дома клетке для того, чтобы позволить мыши, чтобы акклиматизироваться к тестированию горшках. Это те же самые места, используемые для обучения мышь, чтобы выкопать для пищевой наградой.
3. Добавить 2 граммов пищи и 1 кусок пищевой наградой (половина кусок зерновых в каждой) в ramekins каждый день в течение 4 дней.
4. Если поведение должны быть выполнены в отдельной комнате, чем тот, в котором размещаются мышей, начиная с дня 1 ограничения пищи, транспортные мышей в комнату тестирования в течение по меньшей мере 1 ч в день перед возвращением в жилищном помещении, чтобы позволить им акклиматизироваться к испытательной комнате.
5. В последний день ограничения питания, до начала акклиматизации, изменить домашний клетки и постельные принадлежности. Клетка постельные принадлежности не будут изменены снова, пока после завершения тестирования, чтобы уменьшить стресс или беспокойство испытывали во время обучения и тестирования (если не абсолютно необходимо).
6. Поддерживатьмыши на пищевые ограничения до конца тестирования. В те дни, 13-17, дают мышей пищу после акклиматизации, обучения или тестирования на основе оценки суммы вознаграждения потребляемой пищи (как правило, <1 г пищевой гранулы).

5. Акклиматизация (Дни 13-14)

1. С 2 дней до начала обучения, выполняют акклиматизации в темное цикла при красном освещении.
2. Распределить небольшое количество грязной подстилки из дома клетку в камере, это приведет к снижению стресса от пребывания в новой среде путем введения знакомый "дом-клетка" или "я" запах в испытательной камере (той же камере будет используется для одной мыши в течение всего срока обучения и тестирования).
3. Поместите чистую ramekin с водой, в зоне ожидания камеры; мыши, как правило, не едят, если они не имеют доступа к воде.
4. Поместите две ramekins, которые были использованы для ограничения пищи в области тестирования с наградой пищи (~ 20мг зерновых шт) в каждом.
5. Наведите в зоне ожидания; удалить стартовые ворота и позволить мышь, чтобы исследовать камеру в течение 1 часа.
6. Постоянно добавить пищевые награды (~ 20 мг зерновых шт) в пустую ramekins в целях поощрения мышей, чтобы исследовать область тестирования, а часто горшки.
7. Убедитесь, что мыши могут видеть экспериментатора в течение всего периода акклиматизации, так что присутствие экспериментатора не дополнительным стресс во время тестирования.

6. Обучение (15 день)

1. Наведите в зоне ожидания.
2. Поместите пустой ramekins, каждый из которых содержит пищевого вознаграждения (~ 20 мг зерновых кусок), в области тестирования и поднять стартовые ворота. Разрешить мыши 3 мин, чтобы получить как продовольственных, так наград. Повторите этот шаг несколько раз.
3. Постепенно добавить опилки / мыши клетку кроватях в горшки в последующих опытах. Разрешить мыши 3 мин до получения пищевого вознаграждения с каждого банка до окончания Triи др. После того, как мышь получены пищевого подкрепления из каждого банка, переходите к следующему суда. Если мышь не пытаются копать раз награда пища частично охвачены, намеки могут быть предоставлены (то есть, посыпать зерновых пылью области пищевого подкрепления, сделать отступ в опилках над площадью пищевой наградой, раскрыть часть пищевой наградой).
4. Продолжайте добавлять опилки / постельные принадлежности после каждого испытания до тех пор, пищевой наградой не полностью покрыты и мышь надежно демонстрирует способность копать в полном горшок, чтобы найти пищевого подкрепления.
5. Если мышь не надежно продемонстрировали способность найти пищевого вознаграждения в полном горшок в 2 часа из начала обучения, по-прежнему второй день обучения. Поддержание мыши на пищевые ограничения и повторите эту процедуру на следующий день.
6. Если мышь не удается добывать награды пищи после двух последовательных дней, исключить его от остальной части эксперимента, как и аннотировать "не рыть" в ехрerimental запись.

7. Тестирование (Дни 16-17):

1. В первый день тестирования простой дискриминации (SD), соединение с дискриминацией (CD), разворот (R1), а внутри сдвиг измерений (IDS).
2. На второй день, проверить внутри размерной сдвиг 2 (IDS2), внутри сдвиг измерений 3 (IDS3), разворот 2 (R2; приобретается отдельно), экстра-сдвиг измерений (ЭЦП).
3. Пара информации и ароматы, как показано в таблице 1.
4. Во время обработки результатов тестирования на день, дают мышам один пищевого вознаграждения, чтобы избежать недостаточное внимание во время тестирования из-за голода. С этого момента и до конца дня тестирования, не обеспечивают никакой пищи, кроме вознаграждения за правильного выбора.
5. В начале тестирования, с помощью пинцета (ограничивает распространение запахов между горшками), поместите кусок пищевого подкрепления в банке, который указывает правильный выбор. Награда пища должна быть полностью освещалось средствами массовой информации (рис 3). Чтобы избежать запах реплику от пищевого подкрепления, посыпать зерновых пыли Oвер все горшки в начале стадии.
6. Наведите в зоне ожидания с стартовых ворот закрыты. Поместите горшки с каждой стороны испытательной камеры. Испытание начинается, когда начала стробирования удаляют и таймер. Разрешить каждой мыши 3 мин на суде, чтобы сделать выбор. Запишите свой выбор (правильный или неправильный) и время, до мышь не сделал свой выбор в каждом испытании.
   ПРИМЕЧАНИЕ: "выбор" указывается попытке выкопать в любом банке. Копать записываются только как выбор, если мышь перемещенных СМИ и ткнул его носом достаточно далеко в пространстве создает найти пищевого подкрепления или перемещенных достаточно средств массовой информации, чтобы раскрыть пищевого подкрепления. Если мышь не сделал выбор в 3 мин, это записывается как без выбора (неправильной).
7. После того, как выбор был сделан для любого банка, снять горшок, который не был выбран из испытательной камеры. Если правильно был сделан выбор, позвольте мыши, чтобы закончить пищевого подкрепления до размещения мышь обратно взона ожидания. Если неправильный выбор сделан, позволяют мышь, чтобы исследовать горшок, чтобы показать, что нет пищевой наградой за свой выбор перед возвращением мышь, чтобы зоне ожидания.
8. В конце каждого испытания, разместить мышь обратно в зону ожидания и заменить стартовые ворота.
9. Убедитесь, что мышь соответствует критерию 8 правильных испытаний последовательно, чтобы перейти к следующему этапу АСТ. Если мышь не получить 8 правильный выбор последовательно в течение 50 испытаний, он не тот этап, и не может двигаться дальше, чтобы завершить испытание. 6 последовательных нет выбора (3 мин без выбора) не является неучастие и запрещает мышь двигаться дальше к следующей стадии.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Типичный зависит мера в этом тесте количество испытаний на этапе удовлетворяла критерию (или 8 правильный выбор последовательных). 4А показывает среднее число испытаний, чтобы удовлетворить критерий на каждой стадии необработанного C57BL / 6J с использованием AST. Как мышей образу?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

Дефицит познавательной гибкости при посредничестве PFC представляет собой значительный инвалидности, связанных с различными неврологическими и нервно-психических расстройств, и может оказать существенное влияние на результаты и качество жизни людей, страдающих от этих заболеваний. ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

Name	Company	Catalog Number	Comments
Testing Chamber			Fabricated in-house, specifications can be found in protocol
3 oz. Ramekins	BIA Cordon Bleu	900002S12	Purchased on amazon.com
Essential Oils:	Fronteir Natural Products Co-Op		Purchased on http://www.frontiercoop.com/prodlist.php?ct=anpceoeo
Clove Bud		191114
Red Thyme		191140
Lemon		190810
Cinnamon Leaf		191111
Rosemary		191133
Citronella Java		191112
Vanilla in jojoba oil		191231
Anise Seed		191102
Ginger		191121
Nutmeg		191161
Filter Paper, 9.0 cm diameter	VWR International	28310-048	Purchased on https://us.vwr.com/
Digging Media
Raffia	Ashland 8 oz Raffia		Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips
Green Felt	Creatology Basic Felt Forest/Dark Green 36 in x 36 in		Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1 cm x 1 cm squares
Brown foam	Creatology Fun Foam 18 x 12 in sheets (light brown/tan)		Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1/2 cm x 2 cm rectangles
Crepe paper (yellow)	Celebrate It Paper Crinkle 4 oz yellow jumbo		Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips
Ribbon (turqoise)	Celebrate It Wide Ribbon 4 in x 10 yd 100% polyester		Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1 cm x 1 cm squares
Metallic	Celebrate It Metallic Crinkle Gold 2 oz		Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips
Googly Eyes, 4 mm		ME4144	Purchased on http://factorydirectcraft.com/index.php
Black Sequins, 3 mm		8780BK
Pink Pom Poms, 1/4 inch		1018221
Pipe Cleaners, red		108430
Bedding material/sawdust			Obtained from in-house animal resources
Timer	Control Company	5000	Purchased on http://www.control3.com/5000p.htm
Lightly sweetened dry breakfast cereal loops	HEB		Honey nut toasted oats used in the protocol described, any lightly sweet coated breakfast cereal is recommended