Una operante intra / extra-dimensional Conjunto de cambio de tareas para ratones

Resumen

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.

Resumen

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.

Introducción

Atencional puesta a cambio es una medida de la flexibilidad cognitiva y funciones ejecutivas ^1. Se refiere a la capacidad de cambiar entre las normas internas arbitrarias ("conjuntos cognitivo atencional"). Las tareas neuropsicológicas más utilizados para medir atencional puesta a cambio y flexibilidad cognitiva en los seres humanos son la tarjeta de la prueba de Wisconsin Clasificación ^(WCST) 2 y una versión más reciente y más refinado: el intra y extra-dimensional atencional conjunto cambiante (ID / ED) de la prueba de la batería neuropsicológica automatizada de Cambridge (CANTAB) ^3,4. Estas tareas se han utilizado para identificar anormalidades cognitivas específicas en una amplia gama de trastornos mentales, incluyendo el autismo, esquizofrenia ^{5 6,} trastornos de la enfermedad de Parkinson ^7, trastornos obsesivos compulsivos ^{8 y} déficit de atención / hiperactividad ^9. La relevancia clínica y enfoque metodológico sólido del WCST y el ID / pruebas ED tienen attracted interés en la aplicación de pruebas similares en la investigación preclínica ^10,11. Estas tareas permiten la medición selectiva dentro del mismo tema de diferentes habilidades cognitivas como el aprendizaje discriminativo, el aprendizaje de inversión, la formación de un conjunto de atención, el desplazamiento de la atención dentro de la misma dimensión (. Es decir, desplazamiento intra-dimensional: IDS) y entre diferentes dimensiones perceptivas (es decir, cambio extra-dimensional:. EDS). Esto es crucial porque los circuitos cerebrales distintas, así como neuropatología podrían alterar estas funciones cognitivas distintas en diferentes maneras. Por ejemplo, una doble disociación o efecto especialización funcional se ha demostrado entre el lateral (en los monos y los seres humanos) / medial (en roedores) y las regiones orbitales del PFC en las tareas de configuración cambiante de atención. Mientras que la corteza orbitofrontal está más involucrado en las fases de inversión de estas tareas, la región PFC lateral / medial rige las etapas de cambio extra-dimensionales^12-14.

Versiones de roedores de estas pruebas de ajuste de desplazamiento de atención para los primates se han generado con éxito ^13-16. Sin embargo, algunos aspectos de estas versiones de roedores se han limitando sus aplicaciones y su uso. Por ejemplo, estas tareas se ejecutan manualmente y por lo tanto altamente laborioso y difícil de estandarizar. Por otra parte, la presencia de los refuerzos de alimentos dentro de los estímulos podría dar lugar a una interpretación ambigua de las respuestas de los animales y los posibles sesgos en la elección de decisiones ^10. Estas características han limitado el rendimiento de las pruebas y, más importante, su aplicación en estudios genéticos y / o de detección de drogas a gran escala.

Para superar estas limitaciones y para mejorar las aplicaciones potenciales de los paradigmas de cambio de ID / ED en roedores, presentamos aquí una tarea basada en operante de dos cámaras novela para poner a prueba la flexibilidad cognitiva en ratones. Esta tarea novela imita la tarea ID / ED utilizada en humanos y no-primates humanos y elude los problemas de versiones anteriores de roedores.

Protocolo

Todos los procedimientos fueron aprobados por el Ministerio de Salud y el Comité de Uso de Animales local, italiana y se llevaron a cabo de conformidad con la Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio de las Directivas de la Comunidad Europea.

Nota: La figura 6 muestra una línea de tiempo de todo el procedimiento del protocolo para probar ID de tarea / ED.

1. Aparato

Figura 1. El aparato de dos cámaras "Operon". (A) Vista desde la parte superior de todo el aparato y (B) vista desde la parte delantera de una sola cámara imitando el ratón punto de vista durante la prueba. 1: estímulos visuales (LED); 2: La revista de los alimentos; 3: agujero de la nariz-empuje; 4: estímulo táctil (textura); 5: estímulo olfatorio; 6: puerta corredera automática; 7: Casa -luz; 8: PHOTOBEAM infrarrojos para el control de la puerta. Cámaras (16 x 16 x 16 cm ³⁾ están separados por una puerta de plástico transparente (6). Photobeams infrarrojos (8) seguido los movimientos de los animales y se controlan la apertura / cierre de la puerta automática para permitir el ratón para cambiar cámaras. Cada cámara presenta dos orificios de la nariz-empuje (3) con photobeams infrarrojos, y, entre ellos, una revista de alimentos (2) con photobeams donde un dispensador de pellets entregado el refuerzo de los alimentos. Una casa de la luz (7) está situado por encima de cada uno de los dos compartimientos de alimentos. Cada hoyo-nariz empuje está equipado con una serie de estímulos cambiantes que podrían variar en tres dimensiones perceptivas diferentes (olor, vista, tacto). Originalmente publicado en 'El último intra e Extradimensional atencional Set-cambio de tareas para los ratones' ^19. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

contenido "> Nota: El aparato Operon (Figura 1) se compone de dos cámaras idénticas con paredes de plexiglás y un piso de aluminio (16 x 16 x 16 cm ^{3 para} cada cámara) Cámaras están separados por una transparente de plexiglás que dividen puerta que puede ser automáticamente. controlada para permitir el ratón para acceder a cualquiera de las cámaras. Cada cámara tiene dos orificios de la nariz-poke con photobeams infrarrojos, y, entre ellos, una revista de la comida con photobeams donde un dispensador de pellets entregado el refuerzo de alimentos. Un ventilador y una casa de la luz se encuentran por encima de cada uno de los dos compartimientos de alimentos.

1. Equipar cada orificio de la nariz-empuje con un número de estímulos cambiables (Tabla 1) que varían en tres dimensiones perceptuales diferentes (es decir, el olor, la vista, táctiles). Nota: Los estímulos sugeridos en la Tabla 1 se han seleccionado con el fin de evitar cualquier factor de y / o sesgo de confusión debido a la evitación o preferencia. Cinco pares de ejemplares para cada dimensión permiten una conlas pruebas en materia de todos los turnos, con nuevos estímulos en cada turno.
   1. Para entregar estímulos olfativos en los orificios de la nariz-empuje, utilizar un olfatómetro de dilución, que el aire que entra condición a los agujeros de la nariz-poke por desecación de forma automática, el filtrado, la rehidratación y el control de la presentación de pares de olores.
      1. Utilice uno olfatómetro para controlar dos agujeros de la nariz-liebre. Regular el flujo de aire por una bomba de aire y un vacío para la eliminación del olor en los orificios de la nariz-liebre. Conectar la bomba de aire a la entrada del olfatómetro y el vacío a las tomas montadas en el dispositivo de la nariz-empuje. A continuación, conecte la salida para la entrega olor a cada entrada de la nariz-empuje. Ajustar la velocidad de flujo de 1,5 L por minuto.
      2. Diluir esencias de olor 01:20 en aceite mineral y llenar las botellas del olfatómetro.
   2. Para los estímulos visuales, lugar diodos emisores de luz (LED) en la parte superior de cada agujero de la nariz por liebre y fijarlos en el p de metalanel de la cámara (ver detalles en la Figura 1 y Tabla 1). Conectar a la interfaz de salida.
   3. Para los estímulos táctiles, monte texturas de suelo cambiantes frente a cada agujero empuje nariz. Montar las diferentes texturas en soporte deslizante y moverlos utilizando marcos debajo del piso, por lo que se presentan en correspondencia con una pequeña abertura (3 x 3 cm ²⁾ en el suelo delante de cada agujero de la nariz por liebre.
2. Controlar la presentación de los estímulos utilizando software de acuerdo con las instrucciones del fabricante con el fin de cambiar automáticamente los estímulos de diferentes dimensiones durante el experimento.
3. Coloque una cámara en la parte superior del aparato con el fin de registrar la actividad alternancia y locomotora basal utilizando software de monitoreo del comportamiento (por ejemplo., Ethovision, Anymaze), lo que podría ayudar a eliminar los animales que tienen problemas no relacionados con las funciones cognitivas.

OLORES	TEXTURAS	LUCES
melocotón v. salvia	velcro v. la película	luces en v. luces apagadas
vainilla v. lavanda	gruesa lija v. lija fina	rojo v. verde
fresa v. canela	lisa cartón v. cartulina acanalada	v azul. amarillo
pomelo v. orégano	esponja v. plástica lisa	naranja v. blanco
limón v. albaricoque	honeycomb papel v. el papel de aluminio	arreglar las luces v. luces parpadeantes

Tabla 1. Ejemplares utilizados en la tarea / ED Operon ID. Discriminaciones compuestos se basan en combinaciones fijas de pares de ejemplares (véase la Figura 2 para un ejemplo de la secuencia de las discriminaciones). Los pares de ejemplares de diferentes dimensiones se presentan en combinaciones aleatorias. Estímulos neutrales para las diferentes dimensiones son: flujo de aire sin olor; papel blanco; no hay estímulos luminosos. Tabla originalmente publicado en 'The Ultimate intra e Extradimensional atencional Set-cambio de tareas para los ratones' ^19.

2. Preparación de los animales

Nota: Los resultados representativos aquí presentados se obtuvieron de sexo masculino C57BL / 6J, 3 a 7 meses de edad, durante la fase de luz.

1. Sopesar los ratones, por separado de la casa y luego manejar durante 1 minuto en de tresdías alternados.
2. Después de una semana de aclimatación a-vivienda única, ficha peso corporal y la ingesta de alimentos de 24 horas durante tres días consecutivos para determinar el peso de referencia y la ingesta de alimentos.
3. Aplicar un régimen ligero privación de alimentos durante 1 semana antes de la capacitación para la prueba. Compruebe el peso de los animales todos los días, mientras que la alimentación restringida durante todo el experimento con el fin de mantener el 90% de su peso corporal basal dando de forma gratuita. Durante tres días consecutivos antes de la fase de entrenamiento habituación, dar los ratones en su jaula hogar también ≈20 pellets de refuerzo de los alimentos. Estos son los gránulos de comida que se utilizarán en las pruebas posteriores.
   Nota: restricción alimentaria se utiliza para aumentar la motivación de los animales para trabajar en la tarea, sin embargo, no exceda el 10% de la pérdida de peso durante el desarrollo de todo el procedimiento, ya que puede conducir a comportamientos anormales y el estrés excesivo para los ratones, que puede afectar los resultados.
   1. Alternativamente, a fin de evitar el alojamiento individual, leave del grupo alojados ratones (2 al 4 de cada jaula) y dar acceso a la alimentación ad libitum durante un período específico de tiempo después de la prueba. Compruebe el peso de los animales todos los días, mientras que la alimentación restringida durante todo el experimento con el fin de mantener el 90% de su peso corporal basal dando de forma gratuita.

3. La habituación

1. Capacitar a los ratones en una sesión de 1-día de 40 minutos para moverse dentro del aparato sin el divisor de puerta, donde una nariz-empuje en ningún resultado agujero de punta empuje en una entrega de pellets en el recipiente de alimentos. Durante esta fase, utilice sólo los estímulos neutros (Tabla 1) para todas las dimensiones diferentes (habituación 1).
2. Al día siguiente, entrenar a los animales durante 40 min para pasar de una cámara a la otra al final de cada ensayo (habituación 2). Utilice estímulos neutros para todas las dimensiones diferentes. También en esta fase, una nariz-meter en cualquiera de los orificios de la nariz-poke resultados en una entrega de pellets en la revista de alimentos.Cuando el ratón recupera la recompensa en la revista de alimentos, baje la puerta divisoria para dar el acceso del ratón a la otra cámara para la próxima prueba.
3. En el tercer día (habituación 3), entrenar a los animales para realizar dos discriminaciones simples (SD1 y SD2; por ejemplo, velcro cine vs;.. Cue luz sobre vs cue luz apagada; melocotón vs salvia.) A un criterio de 8 respuestas correctas de cada 10 intentos consecutivos. No utilice estos ejemplares de nuevo durante las siguientes fases de la prueba.
   1. Para comenzar, coloque el ratón en una cámara con estímulos neutros, mientras que en la otra cámara las señales estímulos están encendidos; hacia abajo la puerta para dar el acceso del ratón a la cámara con las señales de estímulos activados. El ratón tiene que aprender a elegir el agujero de la nariz por liebre, donde se presenta el estímulo correcto. Las sesiones duran de 40 min.
   2. Premie a una nariz-dedo en el agujero correcto con una entrega de pellets y cuando el ratón entra en la revista de alimentos, baje la puerta divisoriapara dar el acceso del ratón a la otra cámara para la próxima prueba. No recompense una nariz-dedo en el agujero incorrecto y encender la luz de la casa durante 5 segundos. Luego baje la puerta para dar acceso al ratón a la otra cámara para la próxima prueba.
   3. Llevar a cabo los diez primeros ensayos de cada etapa como la conformación de los ensayos: si el ratón selecciona el agujero incorrecto, grabar un error pero no terminar el juicio hasta que el ratón asoma también en el agujero correcto. En ensayos posteriores, si el ratón asoma en el agujero incorrecto, grabar un error y apague todos los estímulos dimensionales de suspender el juicio.
   4. Terminar cada sesión después de 40 minutos o si un ratón no hace ninguna respuesta durante cinco minutos consecutivos, lo que ocurriera primero. Si el ratón no alcanza el criterio en una sola sesión, continuar con la prueba al día siguiente.
   5. Si un ratón no puede alcanzar el criterio en la SD1 SD2 o de la habituación 3 después de 5 sesiones, deje de probar el ratón y eliminarlo del estudio, ya queno es capaz de realizar de forma fiable discriminaciones básicas que podrían afectar a partir de entonces los resultados de la tarea ID / ED.

Figura 2. Ejemplo de la tarea ID / ED. Un ejemplo de la ID / ED 'engreída en establecer' y paradigmas "de dos dimensiones" se muestra. Adaptado de "La Mejor intra e Extradimensional atencional Set-cambio de tareas para los ratones ^'19. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

4. Identificación / ED Procedimiento Paradigma "Stuck-in-set '

Nota: Para este procedimiento, utilizado anteriormente en ambos primates y roedores ^7,15,16, es necesario manipular tres dimensiones perceptivas diferentes paraprueba cada solo ratón. En cuanto a las fases de habituación, todas las sesiones diarias de prueba comienzan colocando el ratón en una de las dos cámaras, donde todos los estímulos son neutrales. Antes del inicio de un juicio, las señales de estímulo se encienden en la cámara opuesta. Entonces la puerta que divide baja a dar acceso al ratón a la otra cámara, donde las señales de estímulo están encendidas.

1. Para entrenar al animal para desarrollar un conjunto, o sesgo, hacia una dimensión perceptiva en particular (. Por ejemplo, el olor, la luz o la textura del suelo), exponen a los ratones a los siguientes discriminaciones que se presentan en este orden (ver también un ejemplo en la figura 2):
   1. Para la discriminación simple (SD), la introducción de los ratones a una dimensión (olor, la luz o la textura, ver Figura 2) que es relevante en todas las tareas hasta que la EDS. Es decir, la dimensión relevante es el que indica que la respuesta correcta es. Siguiendo el ejemplo de la figura 2, presentan dos olores, como vanilla (O1) y lavanda (O2) y seleccione O1 como la respuesta correcta.
   2. Para la discriminación Compuesto (CD), la introducción de una segunda dimensión, por ejemplo, la luz, que es irrelevante (es decir, no eran lo que indica la respuesta correcta). Presentar dos luces (L1 y L2) junto con los olores (O1 y O2) con el fin de tener dos posibles discriminaciones (véase el ejemplo en la Figura 2). Los ejemplares correctas e incorrectas son los mismos que en SD.
   3. Para la inversión de la discriminación Compuesto (CDRE), dejar los ejemplares y la dimensión relevante sin cambios, pero tienen los animales a aprender que el estímulo previamente correcta es ahora incorrecta. Por ejemplo, seleccione la lavanda como la respuesta correcta, con vainilla siendo ahora la opción incorrecta. Estas mismas condiciones se encuentran para las otras fases de inversión (es decir, IDSRe, IDS2Re y EDSRe).
   4. Después de eso, seleccione un desplazamiento intra-dimensional (IDS) en el que los nuevos ejemplares se utilizan tanto para el correspondientey dimensiones irrelevantes (un diseño total del cambio). Por ejemplo, utilice la fresa y la canela (O3 y O4) como los olores y las luces azules y amarillos (L3 y L4) como las luces. Sin embargo, asegúrese de que los sujetos de prueba mantienen después de la misma dimensión relevante con el fin de encontrar la respuesta correcta. Estas mismas condiciones serán encontrados para el otro cambio intradimensional (es decir, IDS2).
   5. En cuanto a la discriminación anterior, tienen los ratones realizar la reversión del cambio de Intra-dimensional (IDSRe). Utilice las mismas condiciones que en el CDRE.
   6. Para Intra-dimensional turno 2 (IDS2), utilizar las mismas condiciones que en el IDS.
   7. Del mismo modo, utilizar las mismas condiciones que en el CDRE para la reversión cambio Intra-dimensional 2 (IDSRe2).
   8. En el turno extra-dimensional (EDS), han los ratones elegir el agujero correcto después de una dimensión de estímulo recientemente presentado. Presentar un par de estímulos a partir de una nueva dimensión, que es la textura. Por ejemplo usar papel de lija grueso (T1), como la res correctosPonse y papel de lija fino (T2) como incorrecta, y presentarlos con dos nuevos olores, por ejemplo el limón y albaricoque (O7 y O8). La dimensión previamente relevante ahora se ha vuelto irrelevante. No presentar la dimensión previamente irrelevante ya.
   9. Para la inversión extra-dimensional (EDSRe), ​​utilice las mismas condiciones que en CDRE.
2. Medir el rendimiento de los ratones hasta que alcanzan un criterio de 8 elecciones correctas de cada 10 ensayos consecutivos para completar cada etapa. Establecer el programa (véase la Tabla de Materiales) para mover automáticamente a la siguiente etapa después de que se alcance el criterio. Detener una sesión al día después de 40 minutos, o si un ratón no hace ninguna respuesta durante 5 minutos consecutivos, terminar la sesión y continuar al día siguiente con el ratón en el mismo escenario donde lo dejó.
   1. Para cada etapa, medir el tiempo para alcanzar el criterio. Si un ratón no alcanza el criterio en una sola sesión, resumir el tiempo total empleado en sesiones consecutivas. porcada ensayo, medir el tiempo de la presentación de los estímulos (olores, luces, texturas) a una respuesta de la nariz-empuje (latencia de respuesta).
3. Al final de cada sesión, limpie el aparato con un 70% de alcohol.
4. Utilice siempre el mismo orden de las discriminaciones. Sin embargo, cambiar aleatoriamente las dimensiones de estímulo y los pares de ejemplares utilizados e igualmente representarlos dentro de los grupos experimentales y de contrarrestar ellos entre los grupos.
5. Asegúrese de que para contrarrestar igualmente las dimensiones perceptivas utilizados en y entre cada grupo experimental de forma que se representa cada posible cambio ED (es decir, la luz de olor, la luz de la textura, el olor a la luz, el olor a la textura, la textura de textura ligera y de olor) . Las combinaciones de ejemplares son demasiado numerosos como para permitir la plena contrapeso; por lo tanto, para reducir los grados de libertad, utilice siempre ejemplares de dos en dos; por ejemplo, estímulo de vainilla con lavanda, etc. (ver Tabla 1).

5. Procedimiento en dos dimensiones 'ID / ED Paradigma

Nota: Otra condición para medir la capacidad de configuración cambiante atencional, utilizado tanto en primates y roedores ^{12,17 13,} es el paradigma de "dos dimensiones". En este caso, sólo dos dimensiones perceptivas se utilizan durante todo el ensayo.

1. Para este protocolo, utilice el orden de las discriminaciones y el procedimiento a seguir como se describe para el protocolo "pegado-in-set 'hasta la etapa de EDS (ver un ejemplo en la figura 2):
   1. Para el SD y las siguientes etapas, utilizar los mismos pares de la "engreída en conjunto ', hasta que el IDS2Re. Como se muestra en el ejemplo de la Figura 2, utilizar dos olores (O1 y O2, utilizar O1 de estímulo correcto).
   2. Para el CD, como en el protocolo "stuck-in-set ', introducir una nueva dimensión (por ejemplo, la luz, L1 y L2), es irrelevante y serviría como un factor de confusión.
   3. El CDRE es similar a la in el protocolo 'stuck-in-set', por lo tanto dejar los ejemplares y la dimensión relevante sin cambios, pero tienen los animales a aprender que el estímulo previamente correcta ahora es incorrecta (por ejemplo, O1).
   4. En los IDS, utilice siempre nuevos pares de estímulos para ambas dimensiones (O3 y O4, L3 y L4, donde O3 es el estímulo correcto).
   5. Para el IDSRe, tienen los ratones realizar la reversión de la IDS. Seleccione el modelo correcto que es el que era incorrecta durante los IDS (por ejemplo, O4).
   6. Para el IDS2, introducir nuevos pares de estímulos para ambas dimensiones (O5 y O6, L5 y L6).
   7. Al igual que en las etapas anteriores de inversión, en el IDS2Re, tienen los animales aprenden que el estímulo previamente correcta ahora es incorrecta (por ejemplo, O5).
   8. Para el protocolo "de dos dimensiones ', la EDS, los ratones tienen que elegir la respuesta correcta después de la dimensión previamente irrelevante ahora se convierte en la dimensión correspondiente. De este modo, la luz es la nueva dimensión relevante, which indica la respuesta correcta. En particular, la luz roja (L7) es la respuesta correcta. Por el contrario, la dimensión relevante anteriormente (en el ejemplo, olor) es ahora el que irrelevante.
   9. Después de la EDS, para la reversión (EDSRe), ​​utilice mismas condiciones que en CDRE. La dimensión relevante es la misma que en el EDS pero los ejemplares correctas e incorrectas están invertidos. Así, por ejemplo, la luz verde (L8) ahora es la respuesta correcta.

Análisis 6. Datos

1. Medir el desempeño por: número de ensayos para alcanzar el criterio; tiempo para alcanzar el criterio (en minutos); tiempo de la presentación de los estímulos a una respuesta nariz-empuje (latencia de respuesta).
2. Para el análisis estadístico, utilice ANOVAs con las diferentes etapas (SD, CD, CDRE, IDS, IDSRe, IDS2, IDSRe2, EDS, y EDSRe) como un factor intra-sujeto para examinar el número de ensayos necesarios para alcanzar los criterios, el tiempo necesario para completar cada etapa y la latencia de respuesta. Estafaanaliza conducto post-hoc mediante la prueba de Newman-Keuls. Nota: El valor aceptado para la significación es p <0,05.

Resultados

La Figura 2 muestra un ejemplo de la tarea ID / ED. Los pares de estímulos (ya sea 'Discriminación 1' o 'Discriminación 2') se presentan al azar en cada etapa, y el ratón deben elegir el estímulo correcto en cada par. En esta tabla de ejemplo, el ejemplo correcto se informó en negrita. En la primera etapa (SD o discriminación sencilla), los estímulos presentados en los dos orificios de la nariz-poke diferían en uno de tres dimensiones (por ejemplo, O1: Vanilla vs. O2: lavanda) y el ratón es recompensado por haber elegido el ejemplo correcto (por ejemplo, O1). Una vez que el sujeto alcanza el criterio en esta etapa, la etapa siguiente (CD o discriminación compuesto) comienza, donde los mismos ejemplares de la dimensión relevante se presentan superpuesto al azar por ejemplares de un segundo, pero dimensión irrelevante, presentado como un factor de confusión ( por ejemplo, L1:. azul claro vs.L2: luz amarilla). Dos discriminaciones diferentes son posibles en esta etapa (either 'Discriminación 1' o 'discriminación 2'). En la siguiente etapa (CDRE o discriminación compuesto reversión), las contingencias de recompensa se ​​invierten, pero los ejemplares y la dimensión relevante son sin cambios: el ratón tiene que aprender que el estímulo previamente correcta ahora es incorrecta (por ejemplo, el olor de la lavanda es ahora recompensados). En la siguiente etapa (IDS o desplazamiento intra-dimensional), nuevos ejemplares (tanto los olores y luces) se introducen, sino la dimensión relevante (olor en este ejemplo) sigue siendo el mismo (por ejemplo, la fresa es la opción correcta). En la siguiente etapa (IDR o reversión intra-dimensional), las contingencias de recompensa se invierten. Después de un segundo desplazamiento intra-dimensional (IDS2 y su reversión), nuevos ejemplares se introducen para probar el cambio extra-dimensional (EDS) en la que se cambia la dimensión relevante. En el 'stuck-in-set' EDS, el ratón tiene que centrarse en la nueva dimensión (por ejemplo, la textura, T1: papel de lija grueso vs T2: bien sandpaper), mientras que la dimensión previamente relevante (en este caso, olor) es ahora la dimensión irrelevante. En el 'bidimensional' EDS, la dimensión previamente irrelevante (en este caso, la luz) es ahora la dimensión relevante. En la etapa final (EDSRe o extra-dimensional reversión), las contingencias de recompensa se invierten.

Con el fin de obtener resultados fiables, las dimensiones de estímulos utilizados en la tarea deben ser igualmente bien aprendidas. Como se muestra en la Figura 3, visual, táctil y discriminaciones de olor en este nuevo aparato requiere un tiempo similar _{(F (2,64)} = 0,36; p = 0,69) y similar número de ensayos _{(F (2,64)} = 0,059; p = 0,94) para alcanzar el criterio, lo que sugiere que los animales son capaces de realizar discriminaciones simples sin importar la dimensión presentada.

Si un conjunto de atención confiable se ha desarrollado durante las fases de prueba de la tarea, el pendimiento de un ratón de tipo salvaje normal debe ser más pobres en la etapa de EDS en comparación con etapas anteriores y siguientes, según lo informado en estudios previos en roedores y primates ^12,13. En particular, un fuerte incremento de tiempo y los ensayos necesarios para alcanzar los criterios debería encontrarse en el EDS en comparación con las etapas de IDS. Como se ilustra en la Figura 4, en nuestro experimento con el protocolo "pegado-in-set ', el análisis del desempeño de los ratones reveló un efecto de discriminación para el número de ensayos _{(F (8,168)} = 9,23; p <0,0001) y el tiempo ( _{F (8,168) =} 8.62; p <0,0001) requerido para alcanzar criterios. De hecho, los ratones necesitaban más pruebas y más tiempo para resolver el escenario EDS en comparación con las etapas de CD, IDS, IDS2 y EDSRe (p <0,05; Figura 4A-B). Del mismo modo, el análisis de rendimiento probado con el protocolo de "dos-dimensión '(Figura 5) mostró un efecto significativo para la discriminación el número de ensayos _{(F (8,72)} = 30,66; p <0,005) y el tiempo _{(F (8,72)} = 4,65, p <0,0005) necesarios para alcanzar criterios. De hecho, se muestra que los ratones se requieren más ensayos (p <0,05) y más tiempo (p <0,05) para resolver la EDS en comparación con CD, IDS, IDS2 y EDSRe (Figura 5A-B). No hay diferencias en las capacidades cambiantes deben ser observados entre los ratones probados con diferentes dimensiones.

En una de tipo salvaje de ratón normal, el aprendizaje de la primera inversión (es decir., CDRE) es más difícil que la discriminación inicial (es decir, CD). De acuerdo, como se desprende de las figuras 4 y 5, los ratones necesitan más ensayos (p <0,05; Figura 4-5a) y más tiempo (p <0,05; Figura 4-5b) para completar esta etapa. Por otra parte, el rendimiento de la inversión debería mejorar de CDRE a IDSRe a IDS2Re, como mostramos en nuestro experimento con ambos protocolos 'stuck-in-set "y" de dos dimensiones. Estos results fortalecer aún más la evidencia de la formación de un conjunto de atención a través de la tarea.

A lo largo de la tarea, los ratones deben mejorar su velocidad de respuesta más etapas consecutivas. En consecuencia, el análisis de la latencia para responder mostró un efecto significativo discriminación _{(F (8,200)} = 42,59; p <0,0001). En particular, como se demuestra por los resultados representativos en la Figura 4c la latencia para meter en la etapa IDS2 está disminuido en comparación con que en las etapas de IDS, CD y SD (p <0,0005). Por otra parte, la latencia para responder aumentó durante la etapa de EDS en comparación con el anterior y IDS2Re IDS2 y etapas EDSRe sucesivas (p <0,05). En línea con estos resultados, el análisis de la latencia de respuesta durante la tarea 'de dos dimensiones también mostró un efecto significativo de la discriminación _{(F (7,63)} = 9,98; p <0,0005). Como se muestra en la Figura 5C, la latencia para hacer una elección wcomo el aumento durante el EDS en comparación con IDS2 anterior y IDS2Re y EDSRe sucesiva (p <0,05). Dado que la latencia de respuesta ha sido considerado como un índice de procesamiento de decisión ^18, estos resultados sugieren, además, que los ratones se encontró con algunos problemas de la tramitación de la nueva norma discriminatoria durante la EDS. Con base en el rendimiento de comportamiento de los ratones de tipo salvaje (Figura 4-5), se determinó que el número mínimo de tamaño de la muestra (por análisis de potencia R) para cada grupo experimental debe ser 8.

Figura 3. discriminaciones simples de la luz, el olor y la textura son equivalentes. (A) Número de ensayos y (B) el tiempo requerido para alcanzar el criterio relativo a las discriminaciones simples con sólo la luz, el olor o la textura estímulos. Los valores representan la media ± SEM largo de las figuras 2-4. Ori datospublicó ginally en 'El último intra e Extradimensional atencional Set-cambio de tareas para los ratones' ^19.

Figura 4. De tipo salvaje C57BL6J rendimiento ratones machos en el tiempo "pegado-in-set 'ID / ED Operon tarea. Trials (A), (B) (en minutos) y los días necesarios para alcanzar el criterio en las diferentes etapas de la ID / tarea ED Operón utilizando un paradigma de ID / ED 'pegado-in-set'. (C) Tiempo (en segundos) transcurrido entre la apertura de la puerta divisor y una respuesta nariz-empuje (latencia de respuesta) durante las diferentes etapas de la tarea. Un total de 26 ratones fueron examinados; Se excluyeron 4 ratones porque no estaban asomando fiable para recuperar el refuerzo de alimentos durante el entrenamiento o no fueron capaces de terminar el correoprocedimiento ntire. A: * p <0,05 frente a CD, IDS, IDS2, IDS2Re y EDSRe; B: * p <0,05 frente a CD, IDS2, IDS2Re y EDSRe. A y B: #p <0,05, ## p <0,005 frente a CD, IDSRe y IDS2Re. C: * p <0,05 frente IDS2, IDS2Re y EDSRe. Tenga en cuenta que los ratones fueron capaces de completar toda la tarea de 5-9 días en todos los experimentos reportados en las figuras 3-4. Datos originalmente publicado en 'El último intra e Extradimensional atencional Set-cambio de tareas para ratones ^"19. Por favor haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5. C57BL6J rendimiento ratones machos de tipo salvaje en el "dos-dimensión" ID / EDTarea operón. Trials (A), (B) tiempo (en minutos) y días necesarios para alcanzar el criterio en las diferentes etapas de la ID de tarea / ED Operon utilizando un paradigma de dos dimensiones. (C) Tiempo (en segundos) transcurrido entre la apertura de la puerta divisor y una respuesta nariz-empuje (latencia de respuesta) durante las diferentes etapas de la tarea. Un total de 13 ratones fueron examinados; Se excluyeron 3 ratones porque no estaban asomando fiable para recuperar el refuerzo de alimentos durante el entrenamiento o no fueron capaces de terminar todo el procedimiento. A y B: #p <0,05 en comparación con CD y IDS2Re, * p <0,05 en comparación con CD, IDS, IDS2, EDSRe. C: * p <0,05 frente IDS2, IDS2Re y EDSRe. Datos originalmente publicado en 'El último intra e Extradimensional atencional Set-cambio de tareas para ratones ^"19. Por favor haga clic aquí paraver una versión más grande de esta figura.

Figura 6. Cronograma de todo el procedimiento del protocolo para probar ID de tarea / ED.

Escenario	Descripción	Notas adicionales	Referencias
Discriminación simple (SD)
Compuesto Discriminación (CD)	Los estímulos varían en dos dimensiones de percepción, como el color y la forma de estímulos visuales en la tarea humana, o entre textura y olor estímulos para roedores
Reversión aprendizaje (CDRE - IDSRe - IDS2Re - EDSRe)	Dos ejemplars dentro de una dimensión perceptiva tienen sus contingencias de refuerzo invierten de manera que lo que antes era correcta es entonces incorrecto y viceversa)	En el aprendizaje de reversión de serie, el rendimiento mejora con retrocesos consecutivos dentro-set. Por lo tanto, las etapas de inversión (es decir., CDRE, IDSRe, IDS2Re) no sólo evaluar la función de las diferentes áreas corticales, pero también sirven 1) para formar el conjunto cognitivo atencional cuestionada por la etapa de EDS, y 2) para prevenir acondicionado supersticiosos que no intencionado aspectos del estímulo	- Las lesiones de la corteza orbitofrontal en ratones (Bissonette et al., 2008) y con problemas de aprendizaje monkyes Reversión (Dias et al., 1996) - FMRI durante la ejecución en el aprendizaje Reversión mostró activación de la corteza orbitofrontal (Hampshire y Owen, 2006)
Turno intradimensional (IDS - IDS2)	Nuevos ejemplares se introducen, pero la misma dimensión se refuerza	IDS etapas serve como un control interno fundamental (es decir., EDS debería ser más difícil que IDS), y también contribuir a formar el conjunto cognitivo atencional	Agotamiento de la dopamina en el PFC afectada formación set atencional (Robbins y Roberts, 2007). 6-OHDA lesionadas monos no mostraron la reducción clásica de la reducción de los errores de la primera (IDs1) hasta el último (IDS5) la discriminación, que debe reflejar la adquisición de un conjunto de atención
Desplazamiento Extradimensional (EDS)	"-in-pegado set 'protocolo: previamente dimensión estímulos irrelevantes se sustituye por una nueva dimensión de estímulo que de inmediato se convierte en relevante	fracaso para cambiar a la nueva dimensión relevante no puede atribuirse a ninguna formación previa sobre esta dimensión, ya que no había experimentado antes. Si no, por lo tanto, refleja la perseverancia con la dimensión previamente relevante	- Las lesiones del VHA mPFCe sido mostrar a perjudicar EDS en ratones (Bissonette et al., 2008), y mokeys (Dias et al., 1996) - Pacientes del lóbulo frontal se vean afectados en la condición 'perseverancia' stuck-in-set, pero no en la condición de "dos dimensiones" (. Owen et al, 1993) - La dopamina en el córtex prefrontal medial modulada rendimiento EDS en ratones (Papaleo et al, 2008;.. Scheggia et al, 2014) y las ratas (Tunbridge et al., 2004)
	protocolo "dos dimensiones": la dimensión previamente irrelevantes se refuerza	un aparente fracaso para cambiar set atencional puede surgir cuando un sujeto es capaz de desviar la atención de una dimensión previamente correspondiente (cuando se convierte en irrelevante), pero es, sin embargo, no puede volver a centrar la atención en la dimensión nueva relevante	- Lesión de la mPFC en ratas (Birrell y Brown, 2000) con problemas EDS cambio FMRI activación durante la ejecución de la EDS se ha demostrado del ventro-lateral PFC (Hampshire y Owen, 2006) -60;

Tabla 2: Etapas de la ID / ED O peron tarea Descripción de las etapas de la tarea, incluyendo referencias a la lesión y los estudios farmacológicos que abordan el papel de las áreas del cerebro involucradas en las diferentes construcciones ensayadas durante la tarea..

Discusión

En este estudio presentamos una novela automatizado de dos cámaras ID / ED tarea "Operon" para los ratones que es capaz de medir con fiabilidad la flexibilidad cognitiva a través del aprendizaje de inversión, la formación set atencional y el desplazamiento. Este paradigma es análoga a la WCST y las tareas / ED ID comúnmente utilizados en primates humanos y no humanos y supera las principales limitaciones de las versiones anteriores para los roedores. Este paradigma Operón se puede utilizar como una nueva herramienta eficaz para grandes de drogas y / o exámenes genéticos pertinentes para cognitivos (dis) funciones en ratones con alta relevancia para la medicina traslacional.

Esta tarea automatizada tienen las siguientes ventajas sobre utilizado previamente tarea / ED ID para roedores: (1) que tiene menos procedimientos de trabajo intensivo que las versiones manuales (por ejemplo, el software regula todas las fases de la tarea, disminuyendo en gran medida las intervenciones de la. experimentador); (2) que elimina cualquier fuente de subjetividad en la pará medidotros (por ejemplo, el experimentador no está obligado a juzgar si el animal ha hecho realidad una respuesta elección); (3) que elimina cualquier posibilidad de que los ratones podrían seguir las señales relacionadas con refuerzo-con el fin de dar una respuesta (es decir, la recompensa siempre se entrega de forma automática en la revista del centro); (4) evita condiciones ambientales arbitrarias (por ejemplo, el uso de laberintos y aparatos de diferentes tamaños / materiales, el uso de estímulos de referencia elaborados manualmente); (5) que permite la manipulación de las tres dimensiones distintas con una gran variedad de estímulos, de acuerdo a las tareas humanas equivalentes utilizados en el ámbito clínico. Aquí presentamos los datos sólo de los ratones, pero ventajas similares Puede preverse también para ratas.

Hay pasos críticos en la tarea, que son parámetros de construcción-de validez interna que se pueden utilizar con el fin de identificar el desempeño conjunto cambiante atencional areliable: i) el rendimiento más pobre en el compar EDSed a etapas anteriores ii) una mejora general de IDS para IDS2; iii) una mejora específica en etapas consecutivas de inversión, ya que cuanto más un animal está entrenado en dentro-establecidos reversiones, mejor debería llevar a cabo en la posterior dentro del conjunto de las inversiones de ^20; iv) un mejor rendimiento en el EDSRe en comparación con el EDS. Esta tarea operón ID / ED novela presenta todas estas características, en consonancia con estudios previos en los primates mediante la tarea CANTAB ID / ED y en roedores utilizando el manual de "cavar" versión ^12,13. Además, cada etapa de esta tarea automatizada se conoció en un número equivalente de ensayos con independencia de la dimensión relevante / irrelevante utilizado (es decir, el olor, la textura y la luz) ^19. Esta demostrado que todos los estímulos utilizados tienen relevancia similar y son adecuados para set-formación y / o cambio atencional. Nuestros experimentos demuestran que la dificultad en la solución del EDS también se pone de relieve por el aumento de las latencias de respuesta. Tiempo de procesamientoaumenta para mantener la precisión óptima durante discriminaciones difíciles ^21. Por lo tanto, teniendo en cuenta la latencia de respuesta como un índice de velocidad de procesamiento de la información, la toma de decisiones y resolución de problemas ^18, las latencias más lentos durante la EDS podrían reflejar una estrategia adoptada para hacer frente a la dificultad en la solución de la puesta a punto de cambio.

Hemos demostrado que nuestro aparato novedoso se puede utilizar eficazmente con el más paradigma conjunto de desplazamiento atencional "clásico" que emplea sólo dos dimensiones durante toda la prueba (es decir, los dos-dimensión) o con un pegado-in-set paradigma, lo que implica el uso de tres dimensiones. Dependiendo del dominio cognitivo de interés, es posible seleccionar el protocolo más apropiado. Ambos de estos paradigmas se han utilizado previamente en los seres humanos, primates y roedores ^7,12-17. Sin embargo, el procedimiento de pegado-in-set es capaz de distinguir entre los diferentes componentes de la puesta a punto de cambio y es ammineral medida selectiva de funcionamiento del lóbulo frontal en pacientes humanos ^7,22. Por otra parte, uno de los problemas que podrían ocurrir en el paradigma de dos dimensiones es la irrelevancia aprendido que podría sesgar los resultados. Aprendido perseveración irrelevancia se refiere a la incapacidad para atender y aprender acerca de la información que antes era irrelevante ^7. Esta situación puede ocurrir en la fase de EDS del paradigma de dos dimensiones, ya que se requiere el tema para desplazar la atención a la dimensión previamente irrelevante. En este caso, es básicamente imposible de discernir si un déficit EDS es debido a la incapacidad para desviar la atención de una dimensión y / o la incapacidad para desviar la atención ahora a una dimensión previamente irrelevante previamente relevante. Deterioro puede entonces simplemente reflejar la inhibición activa de responder a una dimensión previamente hecho irrelevante por su asociación aleatoria con refuerzo de realimentación. En contraste, en el aire atrapado-in-setcondición, el hecho de pasar a la nueva dimensión relevante no puede atribuirse a ninguna formación previa sobre esta dimensión, ya que no había experimentado antes. Si no, por lo tanto, refleja la perseverancia con la dimensión previamente relevante. En conclusión, aunque en ratones normales de tipo salvaje de la 'pegada-en-set "y el" dos dimensiones "atencional conjunto que cambia los paradigmas podría producir resultados similares, preferimos expresamente la engreída en establecer perseveración por las razones expuestas arriba.

Materiales

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