Fareler için bir Edimsel Intra- / Ekstra boyutlu Set-shift Görev

Özet

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.

Özet

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.

Giriş

Dikkat set-değişen bilişsel esneklik ve yönetici işlevler ¹ bir ölçüsüdür. Bu keyfi iç kurallar ("bilişsel-dikkat setler") arasında geçiş yapmak için yeteneğini ifade eder. İnsanlarda dikkat set-değişimini ve bilişsel esneklik ölçmek için en yaygın olarak kullanılan nöropsikolojik görevleri Wisconsin Kart Eşleme Testi (WKET) ² ve daha yeni ve daha rafine versiyonu: intra ve ekstra boyutlu dikkat set değişen (ID / Cambridge Nöropsikolojik Testi Otomatik Pil (Cantab) ^3,4 ED). Bu görevler, otizm, zihinsel ⁵ de dahil olmak üzere bozuklukları, şizofreni ^6, Parkinson hastalığı ^7, obsesif kompulsif rahatsızlıklar ⁸ ve dikkat eksikliği / hiperaktivite bozukluğu ⁹ geniş bir spesifik bilişsel anormallikleri tanımlamak için kullanılmıştır. Klinik önemi ve WCST ve kimliği katı metodolojik yaklaşım / ED testleri att varpreklinik araştırma ^10,11 benzer testlerin uygulanmasında racted ilgi. Bu görevler aynı boyut içinde dikkat kayması gibi ayrımcı öğrenme, ters öğrenme, bir dikkat seti oluşumu gibi farklı bilişsel yetenekleri aynı konu içinde seçici ölçümü için izin (., Yani içi boyutlu shift: IDS) ve farklı arasındaki algısal boyutları (yani ekstra boyutlu kayması:. EDS). Farklı beyin devreleri gibi nöropatoloji farklı şekillerde bu farklı bilişsel işlevler değiştirebilecek, bu çok önemlidir. Örneğin, bir çift ayrılma ya da fonksiyonel uzmanlaşma etkisi (kemirgenlerde) / medial (maymunlarda ve insanlarda) yanal ve dikkat set-değişen görevler PFC yörünge bölgeleri arasında gösterilmiştir. Orbitofrontal korteks bu görevlerin ters aşamalarında daha fazla yer olsa da, yan / medial PFC bölge ekstra boyutlu vardiya aşamaları yönetir^12-14.

Primatlar bu dikkat set-değişen testlerin Kemirgen versiyonları başarıyla ^13-16 üretilmiştir. Ancak, bu kemirgen sürümleri bazı yönlerini kendi uygulamaları ve kullanımını sınırlayan oylandı. Örneğin, bu görevler elle çalıştırılan ve bu nedenle son derece emek yoğun ve standardize etmek zor. Ayrıca, uyaranlara içinde gıda reinforcers varlığı ¹⁰ seçim yapma hayvan tepkiler ve potansiyel önyargı belirsiz yorumlanmasına neden olabilir. Bu özellikler, test hacmi ve daha da önemlisi, büyük ölçekli, genetik ve / veya ilaç tarama çalışmalarda uygulama sınırlıdır.

Bu sınırlamaları aşmak için ve kemirgenler ID / ED vardiya paradigmalar potansiyel uygulamaları geliştirmek için, biz burada farelerde bilişsel esneklik test etmek için yeni bir iki odacıklı edimsel tabanlı görev sunuyoruz. Bu yeni görev yakından insan ve olmayan kullanılan kimlik / ED görevi taklitİnsan primatlar ve önceki sürümleri kemirgen sorunlarını circumvents.

Protokol

Tüm işlemler Sağlığı ve yerel Hayvan Kullanımı Komitesi İtalyan Bakanlığı tarafından onaylanmış ve Avrupa Topluluğu Konseyi Direktifleri Laboratuvar Hayvanları Bakım ve Kullanım Kılavuzu uyarınca yapılmıştır.

Not: Şekil 6 ID / ED görevi sınamak için protokolün tüm prosedürün bir zaman çizelgesi gösterir.

1. aparat

Şekil 1. iki odacıklı "Operon" aparat. Test sırasında fare noktası görünümü taklit tek odasının önünden tüm aparatları üst ve (B) görünümden (A) Görünüm. 1: görsel uyaranlara (LED'ler); 2: Gıda dergisi; 3: burun-gedikler delik; 4: dokunsal uyaran (texture); 5: koku alma uyaran; 6: otomatik kayar kapı; 7: ev -ışık; 8: Kapı kontrolü için kızılötesi photobeam. Chambers (16 x 16 x 16 ^cm3) şeffaf plastik bir kapı ile ayrılır (6). Kızılötesi photobeams (8) hayvan hareketlerini takip ve otomatik kapı açma / kapama fare odaları değiştirmek için izin kontrol. Her bölme, aralarında, kızıl ötesi photobeams iki burun gedikler delikleri (3) sunulur ve bir pelet dağıtıcı gıda takviye teslim photobeams sahip bir gıda deposu (2). Bir ev ışık (7) iki gıda dergilerinden biri yukarıda yer almaktadır. Her burun-gedikler delik üç farklı algısal boyutları (koku, görünüm, inceliğini) içinde değişebilir değiştirilebilir uyaranların bir dizi ile donatılmıştır. Başlangıçta 'nihai İçi ve extradimensional Dikkat eksikliği Fareler için Görev Set-Shifting' ¹⁹ yılında yayınlanan. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

içeriği "> Not: Operon cihazı (Şekil 1), iki özdeş pleksiglas duvarlı odaları ve bir alüminyum kat (16 x 16 x 16 cm, her bölme için ³⁾ oluşur Chambers otomatik olabilir kapı bölünmesi şeffaf pleksiglas ile ayrılır. Fare ya da bölmeyi erişmesine izin vermek için kontrollü. Her oda bir pelet dağıtıcı gıda takviye teslim photobeams ile aralarında bir gıda dergisi, kızılötesi photobeams iki burun-gedikler delikleri vardır ve. Bir fan ve bir ev ışık bulunur iki gıda dergilerinden biri yukarıda.

1. Üç farklı algısal boyutları (yani, koku, görme, dokunma) değişir değiştirilebilir uyaranlara (Tablo 1) bir dizi ile her burun-gedikler delik donatın. Not: Tablo 1'de önerilen uyaranlar nedeniyle kaçınma veya tercihinize herhangi karıştırıcı faktör ve / veya önyargı önlemek amacıyla seçilmiştir. Her boyut için örneklerinden beş çift ile izinHer vardiyada en yeni uyaranlara tüm vardiya in-konu testi,.
   1. Burun gedikler deliklerine koku uyaranları teslim etmek için otomatik olarak kurutulmasında filtreleme, rehidrasyon ve kokular çiftlerinin sunumunu kontrol ederek burun-gedikler deliklere bir seyreltme olfactometer, koşul gelen hava kullanın.
      1. İki burun-gedikler deliklerini kontrol etmek için bir olfactometer kullanın. Bir hava pompası ve burun-gedikler deliklerinde koku kaldırılması için bir vakum ile hava akımını düzenler. Olfaktometrenin girişi ve burun-gedikler cihaz üzerine monte çıkışları vakum hava pompası bağlayın. Sonra her burun-gedikler girişine koku teslimat için çıkışını bağlayın. Dakikada 1.5 L akış hızını ayarlayın.
      2. Koku kokular mineral yağ içinde 1:20 seyreltin ve olfaktometrenin şişe doldurun.
   2. Her burun-gedikler deliğin üstünde görsel uyaranlara yer ışık yayan diyotlar (LED) için ve metal p onları güvenliodasının panosu (Şekil 1 ve Tablo 1 'de ayrıntıları bakınız). Çıkış arabirimine bağlayın.
   3. Dokunsal uyaranlar için, her burun deliğine gedikler önünde değişken zemin dokuları monte edin. Destek sürgülü farklı dokular monte ve her burun-gedikler deliğin önünde katında küçük bir açıklık (3 x 3 cm ²⁾ denk sunulmuştur böylece zemin altındaki çerçeveleri kullanarak taşıyabilirsiniz.
2. Otomatik olarak deney sırasında farklı boyutlarda uyaranlara değiştirmek için üreticinin talimatlarına göre yazılımı kullanarak uyaranların sunumu kontrol edin.
3. Davranışsal izleme yazılımı kullanarak bazal değişim ve lokomotor aktiviteyi kaydetmek için aparatın üstünde bir kamera yerleştirin (örneğin., Ethovision, Anymaze) yardımcı olabilecek, bilişsel işlevler ilgisiz sorunlar hayvanları ortadan kaldırmak için.

Kokuları	Textures	IŞIKLAR
şeftali v. adaçayı	cırt v. Film	v ışıklar. ışıklar kapalı
vanilya v. lavanta	kaba zımpara v. ince zımpara	Kırmızı v. Yeşil
çilek v. tarçın	Pürüzsüz karton v. ridged karton	Mavi v. Sarı
greyfurt v. kekik	Sünger v. pürüzsüz plastik	Turuncu v. beyaz
limon v. kayısı	honeycomb kağıt v. alüminyum folyo	ışıklar v düzeltmek. yanıp sönen ışıklar

ID / ED Operon görev kullanılan Tablo 1. örnekleri:. Bileşik ayrımcılık örneklerinden çiftleri sabit kombinasyonların (ayrımcılık dizisinin bir örnek için bakınız Şekil 2) dayanır. Farklı boyutlardan örnek çiftleri rastgele kombinasyonları sunulmaktadır. Farklı boyutlar için Nötr uyaranlar şunlardır: hayır kokusu ile hava akı; Beyaz kağıt; Hiçbir ışık uyaranlara. Tablo aslında yayınlanan 'The Ultimate İçi ve extradimensional Dikkat eksikliği Fareler için Görev Set-Kaydırma' ^19.

2. Hayvan hazırlanması

Not: Burada bildirilen sonuçlar temsili aydınlık evresi sırasında, 3 ila 7 aylık erkek C57BL / 6J fareler elde edildi.

1. Fareler, tek başına-ev tartılır ve daha sonra üçe 1 dakika boyunca koludiğer gün.
2. Tek yuva, kayıt vücut ağırlığı ve 24 saat gıda alımı aklimasyonundan bir hafta sonra art arda üç gün taban ağırlığı ve gıda alımını belirlemek.
3. Test için eğitim önce 1 hafta hafif bir yemek yoksunluk rejimi uygulayın. Sırayla Deney boyunca kısıtlı gıda bazal serbest besleme vücut ağırlığının yaklaşık% 90 korumak için ise her gün hayvanların ağırlığını kontrol edin. Alışma eğitim aşamasından önce üç gün boyunca, aynı zamanda evlerine kafeste ≈20 gıda takviye pelet fareler verir. Bu daha sonra test kullanılacak gıda peletlerdir.
   Not: Gıda kısıtlama farelerde anormal davranışlar ve aşırı strese yol açabilir olarak, tüm prosedürün herhangi bir aşamasında kilo kaybı% 10'unu yok, ancak, göreve çalışmak için hayvanların motivasyonunu arttırmak için kullanılan sonuçları etkileyebilir.
   1. Seçenek olarak ise, tek bir konut önlemek için, lefareler grubu-yer (2 her kafes 4) ave ve test sonrası zaman belirli bir süre için ad libitum gıda erişim sağlar. Sırayla Deney boyunca kısıtlı gıda bazal serbest besleme vücut ağırlığının yaklaşık% 90 korumak için ise her gün hayvanların ağırlığını kontrol edin.

3. Alışma

1. Kapı bölücü olmadan aparatın içinde hareket etmek 40 dak 1 gün oturumunda fareler Tren nerede yiyecek haznesine bir pelet teslim herhangi burun-gedikler delik sonuçlarında bir burun-gedikler. Bu aşama sırasında, farklı boyutlarda (Habituation 1) için yalnızca nötr uyaranlara (Tablo 1) kullanılır.
2. 40 dakika her deneme (Habituation 2) sonunda bir odacıktan diğer odacığa geçmek için Ertesi gün, hayvanlar tren. Tüm farklı boyutlar için yalnızca nötr uyarıcılara kullanın. Ayrıca bu aşamada, bir gıda dergisi bir pelet teslim burun-gedikler delikleri sonuçlarında herhangi bir burun karıştırmak.Fare gıda dergisinde ödül aldığında, bir sonraki duruşma için diğer odaya fare erişimi vermek için bölme kapağını indirin.
3. Üçüncü gün (Alışma 3) günü, iki basit ayrımlar yapmak için hayvanları eğitmek (., Örneğin, cırt vs film; SD1 ve SD2. Vs ışık isteka ışık işaret kapalı;. Adaçayı vs şeftali) 8 doğru yanıtların bir kritere üzerinden 10 ardışık denemeler. Testin sonraki aşamalarında tekrar bu örneklerinin halka kullanmayınız.
   1. Diğer odasında uyaranlar ipuçları açıkken, nötr uyaranlar ile tek odasında fare yerleştirin, başlamak için; Daha sonra aktive uyaranlar kuyruklarıyla odasına fare erişimi vermek için kapıyı indirin. Fare doğru uyarıcı sunulmaktadır burun-gedikler delik seçmek için öğrenmek zorunda. Oturum 40 dakika sürer.
   2. Pelet teslim doğru deliğe bir burun körü ödüllendirmek ve fare gıda dergisi girdiğinde, bölen kapağını indirinBir sonraki duruşma için diğer odaya fare erişimi vermek için. Yanlış deliğe bir burun körü ödüllendirmek ve 5 saniye boyunca ev ışığı açmayın. Ardından bir sonraki duruşma için diğer odaya fare erişimi vermek için kapıyı indirin.
   3. Denemeler şekillendirme olarak her aşamasında ilk on deneyler: Fare yanlış delik seçerse, bir hata kayıt fakat fare doğru deliğe de pokes kadar deneme sona yoktur. Fare yanlış deliğe pokes eğer sonraki çalışmalarda, bir hata kaydetmek ve deneme sonlandırmak için tüm boyutsal uyaranlara kapatın.
   4. 40 dakika sonra her oturum sona erdirmek veya fare önce geldi hangisi beş ardışık dakika için herhangi bir yanıt yapmak için başarısız olursa. Fare tek oturumda kriter ulaşamazsa, ertesi gün testi devam ediyor.
   5. Fare 5 seans sonra alışkanlık 3 SD1 veya SD2 içinde kriter erişemiyorlarsa, fare test durdurmak ve çalışma onu ortadan kaldırmak çünkü ogüvenilir sonra ID / ED görevin sonuçlarını etkileyebilecek temel ayrımlar yapmak mümkün değildir.

Şekil ID / ED görevinin 2. Örnek. ID örneği / ED 'stuck-in-set' ve 'iki boyutlu' paradigmalar gösterilmiştir. 'Nihai İçi ve extradimensional Dikkat eksikliği Fareler için Görev Set-Shifting' ¹⁹ den uyarlanmıştır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

4. 'Stuck in set' ID / ED Paradigma Prosedürü

Not: Bu işlem için, önce her iki primatlar ve kemirgenler ^7,15,16 kullanılan bu üç farklı algısal boyutları işlemek için gerekli olanHer tek bir fare test. Alışkanlık aşamaları için olduğu gibi, tüm test günlük oturumları tüm uyaranlar nötr iki odadan birinde fare koyarak başlar. Bir davanın başlamadan önce, uyarıcı işaretler ters odasında açılır. Sonra bölen kapı uyaran ipuçları üzerinde diğer odaya fare erişimi vermek için indirilir.

1. Belirli bir algısal boyutta doğru bir dizi ya da önyargı geliştirmek için hayvan yetiştirmek için (. Örneğin, koku, ışık veya zemin dokusu), (Şekil 2'de de bir örnek görmek) bu sırayla sunulan aşağıdaki ayrımcılık fareler maruz:
   1. Basit ayrımcılık (SD), bir boyut fareler tanıtmak EDS kadar tüm görevlerde alakalı (koku, ışık veya doku, bakınız Şekil 2). Yani ilgili boyut doğru yanıt olduğu belirten biridir vardır. Böyle va olarak Şekil 2 örneğini izleyerek, mevcut iki kokular,nilla (O1) ve lavanta (O2) ve doğru yanıt olarak O1 seçin.
   2. Bileşik ayrımcılık (CD) için, örneğin ilgisiz ışık, (yani, doğru yanıt were gösteren değil), ikinci bir boyut getirmektedir. Mevcut iki ışık birlikte iki olası ayrımlar olması için kokuların (O1 ve O2) ile (L1 ve L2) (Şekil 2'de örneğe bakın). Doğru ve yanlış örnekleri, SD aynıdır.
   3. Bileşik ayrımcılık (CDRe) tersine için, değişmeden örneklerinin halka ve ilgili boyut bırakın, ancak daha önce doğru uyaran artık yanlış olduğunu öğrenmek hayvanlar var. Örneğin, vanilya şimdi yanlış bir seçim olmak, doğru yanıt olarak lavanta seçin. Aynı koşullar, diğer ters fazların (yani, IDSRe, IDS2Re ve EDSRe) için bulunacaktır.
   4. Bundan sonra, yeni bir örnekleri, her ikisi de ilgili geçirilmesi için kullanılan bir intra-boyutlu bir değişim (IDS) öğesinive ilgisiz boyutları (toplam değişiklik tasarımı). Örneğin, koku ve ışık olarak mavi ve sarı ışıklar (L3 ve L4) olarak çilek ve tarçın (O3 ve O4) kullanın. Ancak, test konuları doğru yanıt bulmak için aynı boyutta ilgili aşağıdaki tutmak emin olun. Aynı koşullar, diğer boyutlar arası vardiya (yani IDS2) için bulunacaktır.
   5. Bir önceki ayrımcılık gelince, fareler İçi boyutlu vardiya (IDSRe) ve tersine gerçekleştirmek var. CDRe ile aynı koşullar kullanın.
   6. İçi boyutlu kayması 2 (IDS2) için, IDS aynı koşullar kullanılır.
   7. Benzer şekilde, intra-boyutlu bir kaydırma ters 2 (IDSRe2) için CDRe ile aynı koşullar kullanılır.
   8. Ekstra boyutlu vardiya (EDS), fareler yeni sunulan uyaran boyutunda sonra doğru bir delik tercih var. Doku olan yeni bir boyut gelen uyaranlara bir çift sunun. Örneğin, doğru res olarak kaba zımpara (T1) kullanınponse ve yanlış olarak ince zımpara (T2) ve örnek limon ve kayısı (O7 ve O8) için, iki yeni kokularla sunmak. Daha önce ilgili boyut artık ilgisiz hale gelmiştir. Artık daha önce ilgisiz bir boyut sunmak etmeyin.
   9. İlave boyutlu ters (EDSRe) için, CDRe ile aynı koşullar kullanılır.
2. Her safhasını tamamlamak üzere 10 ardışık denemeler dışında 8 doğru seçimler kriter ulaşana kadar farelerin performansını ölçün. Kriter ulaşıldıktan sonra otomatik olarak bir sonraki aşamaya geçmek için programını (Malzeme Tablosu bakınız) ayarlayın. 40 dakika sonra bir günlük oturumu durdurun veya fare arka arkaya 5 dakika boyunca herhangi bir yanıt yapmak için başarısız olursa, oturumu sonlandırmak ve bıraktığınız aynı sahnede fare ile ertesi gün devam edin.
   1. Her aşaması için, kriter ulaşmak için zamanı ölçmek. Bir fare bir oturumda kriter ulaşamazsa, ardışık oturumlarda alınan toplam zamanı Özetle. İçinHer deneme, bir burun-gedikler tepki (yanıt gecikme) uyaranlara (koku, ışıklar, dokular) ve sunum zamanı ölçmek.
3. Her oturumun sonunda,% 70 alkol ile cihazı silin.
4. Hep ayrımcılık aynı düzeni kullanmaktayız. Ancak, rastgele uyaran boyutları ve kullanılan örneklerinden çiftleri değiştirebilir ve eşit deney grupları içinde onları temsil etmek ve gruplar arasında bunları dengelemek.
5. Her olası ED vardiya temsil edilir ve böylece eşit mesafede ve her bir deney grubu arasında kullanılan algısal boyutları dengelemek için emin olun (örneğin, ışık doku, ışık koku, doku koku, ışık doku, koku doku, ışık koku için) . Örneklerinden kombinasyonları tam dengelemesini izin çoktur; Bu nedenle, her zaman çift olarak örneklerinin halka kullanın, özgürlük derecelerini azaltmak için; Örneğin, lavanta vb vanilya uyaran (bakınız Tablo 1).

5. 'İki boyut' ID / ED Paradigma Prosedürü

Not: Başka bir durum, dikkat set-değişen yeteneğini ölçmek hem primatlarda ^12,17 ve kemirgenler ^13, 'iki boyutlu' paradigma kullanılan. Bu durumda, yalnızca iki algısal boyut test boyunca kullanılır.

1. Bu protokol için, ayrımcılık ve sırasını EDS sahneye 'stuck-in-set' protokolü yukarı için anlatıldığı gibi takip prosedürü (Şekil 2'de bir örneğe bakın) kullanın:
   1. SD ve sonraki aşamalarda için IDS2Re kadar sıkışmış-in-set 'aynı çiftleri kullanınız. Şekil 2 'de gösterildiği gibi, (doğru bir uyarıcı olarak O1 kullanımı, O1 ve O2), iki kokuları kullanın.
   2. CD 'stuck-in-set' protokolü gibi yeni bir boyut tanıtmak (örneğin ışık, L1 ve L2 için), o ilgisiz ve bir karıştırıcı faktör olarak hizmet verecek.
   3. CDRe, i benzern 'stuck-in-set' protokol, böylece değişmemiş örneklerinin halka ve ilgili boyut bırakın, ancak (örneğin, A1) daha önce doğru uyaran artık yanlış olduğunu öğrenmek hayvanlar var.
   4. IDS olarak, her zaman (O3 doğru uyarıcı O3 ve O4, L3 ve L4) her iki boyut için uyaranların yeni çiftleri kullanınız.
   5. IDSRe, fareler IDS tersine gerçekleştirmek var. IDS (örneğin, O4) sırasında yanlış biridir Doğru örnek seçiniz.
   6. IDS2 için her iki boyutlu (O5 ve O6, L5 ve L6) için uyaran yeni çiftleri tanıtmak.
   7. Bir önceki ters aşamalarında olduğu gibi, IDS2Re içinde, hayvanlar önceden doğru uyaran şimdi yanlış (örn O5) olduğunu öğreniyoruz var.
   8. 'Iki boyutlu' protokolü, EDS, fareler, daha önce ilgisiz boyut artık ilgili boyut olduktan sonra doğru yanıt seçmek zorundasınız. Böylece, hafif yeni alakalı boyut, WHI olduğunuch doğru yanıtı göstermektedir. Özellikle, kırmızı ışık (L7) doğru yanıttır. Tersine, (örneğin, koku) daha önce ilgili boyut tipik alakasız bir tanesidir.
   9. Iptali için EDS (EDSRe) eklendikten sonra, CDRe ile aynı koşullar kullanılır. İlgili boyut EDS aynıdır, ancak doğru ve yanlış örnekleri, ters çevrilir. Bu durumda, örneğin, yeşil ışık (L8) artık doğru yanıttır.

6. Veri Analizi

1. Kriter ulaşmak için çalışmaların sayısı;: performansı ölçmek kriter (dakika olarak) ulaşmak için gereken zaman; Bir burun-gedikler tepki uyaran sunum süresi (gecikme yanıt).
2. İstatistiksel analiz için, ölçütleri ulaşmak için gerekli çalışmaların sayısını incelemek için bir denek içi faktör olarak farklı aşamalarında (SD, CD, CDRe, IDS, IDSRe, IDS2, IDSRe2, EDS ve EDSRe) ile ANOVA'lar kullanın, zamanlama gerekli Her sahne ve cevap gecikme tamamlayın. Aleyhtekanal post-hoc Newman-Keuls testi kullanılarak analiz eder. Not: anlamlılık için kabul edilen değer p <0.05 olduğunu.

Sonuçlar

Şekil 2, ID / ED görevinin bir örneğini göstermektedir. Uyaranlara (ya 'Ayrımcılık 1' veya 'Ayrımcılık 2') çiftleri rastgele her aşamasında sunulmaktadır ve fare her çifti doğru uyaran seçmelisiniz. Bu örnekte tablo, doğru örnek kalın olarak rapor edilir. İlk aşamada (SD veya basit ayrımcılık), iki burun-gedikler delikleri sunulan uyaranlar üç boyutlu birinde farklı (örneğin, A1: O2 vs. Vanilla: Lavanta) ve fare (örneğin, A1) Doğru örnek seçimi için ödüllendirilir. Konu karıştırıcı faktör olarak tanıtılan bu aşamada kriter, bir sonraki aşamaya (CD veya bileşik ayrımcılık) başlar, ilgili boyutun aynı örnekleri, saniyenin örnekli tarafından rastgele üst üste sunulan, ancak alakasız boyut (ulaştığında Örneğin, L1:. mavi ışık vs.L2: sarı ışık). İki farklı ayrımcılık bu aşamada (eithe mümkündürr 'Ayrımcılık 1' veya 'Ayrımcılık 2'). Bir sonraki aşamada (CDRe veya bileşik ayrımcılık iptali) ise, ödül yükümlülükler iptal edilmekte, ancak örnekleri, ve ilgili boyut değişmeden: Fare önceden doğru uyaran (örneğin, lavanta kokusu artık ödüllendirilir) şimdi yanlış olduğunu öğrenmek için vardır. Bir sonraki aşamada (IDS veya intra-boyutlu vardiya), yeni örnekleri, (koku ve ışıklar her ikisi de) tanıtıldı, ancak (bu örnekte koku) ilgili boyutu aynı kalır (örneğin, çilek doğru seçimdir). Bir sonraki aşamada (IDR veya intra-boyutlu ters) olarak ödül şarta tersine çevrilir. İkinci içi boyutlu vardiya (IDS2 ve iptali) sonra, yeni örnekleri, ilgili boyut değiştirdi olduğu ekstra boyutlu kayma (EDS) test etmek için tanıtıldı. T2 vs kaba zımpara kağıdı: 'stuck-in-set' EDS içinde, fare yeni bir boyut (örneğin, Doku, T1 odaklanmak zorundadır ince sandpaper), bu durumda, koku daha önce ilgili boyut () artık ilgisiz boyut ise. 'Iki boyutlu' EDS yılında (bu durumda, ışık) daha önce ilgisiz boyut artık ilgili boyuttur. Son aşamada (EDSRe veya ekstra boyutlu iptali) ise, ödül şarta tersine çevrilir.

Güvenilir sonuçlar elde etmek için, görev kullanılan uyarıcı boyutları eşit derecede iyi-öğrenilmelidir. Şekil 3'te gösterildiği gibi, bu yeni bir cihaz görsel, dokunsal ve koku ayrımcılık içindeki bir zaman gerekir _{(F (2,64)} = 0.36, p = 0.69), deneme ve benzeri numarası _{(F (2,64)} = 0.059; p = 0.94) hayvanlar bakılmaksızın sunulan boyut basit ayrımlar yapmak mümkün olduğunu öne sürerek, kriter ulaşmak için.

Güvenilir dikkat set görevi, s test aşamalarında üzerinde geliştirilmiştir isekemirgenler ve primatlarda ^12,13 önceki çalışmalarda bildirilen normal vahşi tip fare performansı alabilirsiniz, önceki ve sonraki aşamalarda göre EDS aşamasında fakir olmalıdır. Özellikle, zaman ve kriterleri ulaşmak için gerekli çalışmaların sağlam bir artış IDS evrelere göre EDS bulunmalıdır. (P _<0,0001, F ₍₈₁₆₈₎ = 9.23) ve saat (sıkışmış-in-set 'protokolü ile deneyde, Şekil 4' de gösterildiği üzere, farelerin performans analizi bir ayrım çalışmaların sayısı etkisi ortaya kriterleri ulaşmak için gerekli p <0.0001) F ₍₈₁₆₈₎ 8.62 =. Nitekim, fareler gerekli daha denemeler ve daha fazla zaman CD, IDS, IDS2 ve EDSRe evrelere göre EDS sahne çözmek için (p ​​<0.05; Şekil 4A-B). Benzer şekilde, 'iki boyutlu' protokolü (Şekil 5) ile test performans analizi deneme sayısı için önemli bir ayrım etkisi göstermiştir (F _(8,72) = 30,66; p <0.005) ve zaman (F _(8,72) = 4.65, p <0.0005) kriterleri ulaşmak gerekiyordu. Gerçekten de, farenin gereken daha denemeler (p <0.05) ve daha fazla zaman (P <0.05) CD, IDS, IDS2 ve EDSRe (Şekil 5A-B) ile karşılaştırıldığında EDS çözmek için ortaya koymaktadır. Değişen yeteneklerine hiçbir fark farklı boyutlarıyla test fareler arasında dikkat edilmelidir.

Normal bir vahşi tipli fare, ilk ters öğrenme (yani., CDRe) Başlangıç ​​ayrım (CD) 'den çok daha zordur. Bu aşamayı tamamlamak için ve daha fazla zaman (Şekil 4-5B p <0.05); anlaşma, Şekil 4 ve 5 ila belirgin olarak, fareler daha denemeler (Şekil 4-5A p <0.05) gerekli. Biz de 'in-seti-sıkışmış' ve 'iki boyutlu' protokolleri ile deney göstermek Dahası, ters performansı, IDS2Re için IDSRe için CDRe dan geliştirmek gerekir. Bu Results başka görevi aracılığıyla bir dikkat kümesinin oluşumu kanıt güçlendirmek.

Görev süresince, fareler ardışık aşamaları üzerinde yanıt onların hızını artırmak gerekir. Buna göre, yanıt gecikme analizi anlamlı ayrımcılık etkisi (p <0.0001 F _(8,200) = 42.59) gösterdi. Şekil 4C'de temsili sonuçlar gösterdiği gibi, özellikle, gecikme süresi azalmış (p <0.0005) IDS, CD ve SD aşamada ile karşılaştırılır IDS2 aşamasında sokmak. Ayrıca, gecikme önceki IDS2 ve IDS2Re ve ardışık EDSRe aşamaları (p <0.05) EDS aşamasında artan yanıtlar vermesine. Bu sonuçlar doğrultusunda, gecikme analizi 'iki boyutlu' görevi sırasında yanıt da ayrımcılık önemli bir etkiye (p <0.0005 F _(7,63) = 9.98) gösterdi. Şekil 5C'de gösterildiği gibi, gecikme w bir seçim yapmakBir önceki IDS2 ve IDS2Re ve ardışık EDSRe (p <0.05) EDS sırasında arttıkça. Cevap gecikme decisional işlem ¹⁸ endeks olarak kabul edilmiştir beri, bu sonuçlar daha fareler EDS boyunca yeni ayrımcı kural işleme bazı sorunlar karşılaştı öneririz. Wild-tip farelerden (Şekil 4-5) davranışsal performansına dayanarak, her bir deney grubu için (R güç analizi ile) örneklem büyüklüğü en az sayıda 8 olması gerektiğini belirledi.

Işık, koku ve doku Şekil 3. Basit ayrımcılık eşdeğerdir. Denemeleri (A) sayısı ve tek ışık, koku veya doku uyaranlara basit ayrımcılıklara ilişkin kriter ulaşmak için gerekli (B) saat. Değerler Şekil 2-4 boyunca ortalama ± SEM temsil etmektedir. Veri originally yayınlanan 'nihai İçi ve extradimensional Dikkat eksikliği Fareler için Görev Set-Kaydırma' ^19.

Şekil 4. Yabani tip C57BL6J erkek fareler (dakika) 'stuck-in-set' ID / ED Operon görev. (A) Denemeler, (B) zamanında performans ve farklı aşamalarında kriter ulaşmak için gerekli günler Bir 'stuck-in-set' ID / ED paradigması kullanılarak ID / ED Operon görev. (C) Süre (saniye cinsinden) bölücü kapısının açılması ve görevin farklı aşamalarında bir burun-gedikler yanıtı (yanıt gecikme) arasında geçen. 26 farelerin toplam test edilmiştir; 4 fareler onlar güvenilir eğitim sırasında gıda takviyesini almak için alay değildi çünkü dışlanmış ya da e bitirmek mümkün değildi edildintire prosedür. A: * p Şekil 3-4 bildirilen tüm deneylerde 5-9 gün içinde tüm görevi tamamlamak mümkün olduğunu unutmayın. Veri aslında 'nihai İçi ve extradimensional Dikkat eksikliği Fareler için Görev Set-Shifting' ¹⁹ yılında yayınlanan. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5. 'İki boyutta' Wild tip C57BL6J erkek fareler performans ID / EDOperon görevi. (A) Denemeler, (B) (dakika) zamanı ve iki boyutlu paradigma kullanarak ID / ED Operon görevinin farklı aşamalarında kriter ulaşmak için gereken günler. (C) Süre (saniye cinsinden) bölücü kapısının açılması ve görevin farklı aşamalarında bir burun-gedikler yanıtı (yanıt gecikme) arasında geçen. 13 farelerin toplam test edilmiştir; 3 fareler onlar güvenilir eğitim sırasında gıda takviyesini almak için alay değildi çünkü dışlanmış veya tüm prosedür bitirmek mümkün değildi. A ve B: #p 'nihai İçi ve extradimensional Dikkat eksikliği Fareler için Görev Set-Shifting' ¹⁹ yılında yayınlanan. Için tıklayınızBu rakamın büyük bir sürümünü görüntüleyin.

Protokolün tüm prosedürün Şekil 6. Timeline ID / ED görevi sınamak için.

Aşama	Açıklama	Ek Notlar	Kaynaklar
Basit Ayrımcılık (SD)
Bileşik Ayrımcılık (CD)	Uyaranlar, insan görev veya kemirgenler için doku ve koku uyaranlara arasında görsel uyaranlara için renk ve şekil olarak iki algısal boyutları, değişir
Öğrenme ters çevrilmesi (CDRe - IDSRe - IDS2Re - EDSRe)	İki örnekalgısal boyut içinde s nedir doğru önceden idi hatalı olduğunu ve böylece onların takviye yükümlülükler ters olan tersi)	Seri ters öğrenme, performans ardışık içinde set ters ile geliştirir. Böylece, ters kademeleri (yani., CDRe, IDSRe, IDS2Re) Sadece farklı kortikal alanlarda fonksiyonunu değerlendirmek değil, aynı zamanda EDS aşamada meydan bilişsel dikkat set oluşturmak için) 1 hizmet ve 2) istenmeyen kadar batıl klima önlemek için uyaran yönleri	- Farelerde orbitofrontal korteks lezyonları (Bissonette ark., 2008) ve monkyes engelli Ters öğrenme (Dias ve ark., 1996) - FMRI Ters öğrenmeye performansı sırasında (Owen, 2006 Hampshire ve) orbitofrontal korteks aktivasyonu gösterdi
Boyutlararası shift (IDS - IDS2)	Roman örnekleri, tanıtıldı, ancak aynı boyut takviye edilmiştir	IDS aşamaları sönemli bir iç kontrol olarak erve (yani., EDS IDS daha zor olmalı), ve aynı zamanda bilişsel-dikkat set oluşturmak katkıda	PFC dopamin tükenmesi dikkat set formasyonu (Robbins ve Roberts, 2007) bozulmuş. 6-OHDA lezyonlu maymunlar bir dikkat set satın yansıtmalıdır, geçen (IDS5) ayrımcılığa klasik azalma ilk (IDS1) gelen hataları azalma görülmedi
Extradimensional shift (EDS)	'stuck-in-set' protokol: Daha önce ilgisiz uyaran boyut, yeni bir teşvik boyuta değiştirilmiştir derhal ilgili hale	Yeni ilgili boyuta geçiş için başarısızlık daha önce deneyimli olmasaydı beri bu boyutları hakkında herhangi bir önceki öğrenmelerin isnat edilemez. Arıza, bu nedenle, daha önce uygun bir boyuta perseverasyon yansıtır	- MPFC hav lezyonlarıe edilmiş göster (et al., 2008 Bissonette) farelerde EDS bozar, ve mokeys (Dias ve ark., 1996) - Frontal lob hastaların takılıp-in-set 'perseverasyon' durumda engelli fakat değil 'iki boyutlu' durumda (. Owen ve diğerleri, 1993) - Farelerde MPFC dopamin modüle EDS performansı (Papaleo ve arkadaşları, 2008;.. Scheggia ve arkadaşları, 2014) ve sıçan (Tunbridge ve arkadaşları, 2004).
	'İki boyutlarınızın protokol: Daha önce alakasız boyut takviye edilmiştir	(alakasız hale geldiğinde) ama yine de, bir konu, yeni alakalı boyuta dikkat yönlendirmesi, yapamaz daha önce ilgili boyuttan uzak dikkatini kaydırmak mümkün olduğunda dikkat set kaydırmak için belirgin bir başarısızlık ortaya çıkabilir	- Sıçanlarda MPFC (Birrell ve Brown, 2000) Lezyon engelli EDS kayması - Ventrolateral PFC (Hampshire ve Owen, 2006) EDS performans sırasında fMRI gösterilmiştir aktivasyon60;

Tablo 2:. Görevi sırasında test farklı yapıları yer alan beyin bölgelerinin rolü ele lezyon referanslar ve farmakolojik çalışmalar dahil olmak üzere görev aşamaları, kimliği / ED Ç peron görev tanımı Aşamaları.

Tartışmalar

Bu çalışmada bir roman güvenilir ters öğrenme, dikkat set oluşumu ve değişen yoluyla bilişsel esneklik ölçebilir fareler için iki odacıklı ID / ED "Operon" görevi otomatik sunuyoruz. Bu paradigma WCST ve yaygın olarak insan ve insan olmayan primatlarda kullanılan kimlik / ED görevleri benzer ve kemirgenler için önceki sürümlerinde önemli kısıtlamaların üstesinden. Bu Operon paradigma büyük ilaç ve / veya translasyonel tıp yüksek alaka ile farelerde bilişsel (dys) ile ilgili fonksiyonlar genetik gösterimleri için yeni etkili bir araç olarak kullanılabilir.

Bu otomatik görev kemirgenler için daha önce kullanılan kimlik / ED görevi üzerinde şu avantajları var: (1) (manuel versiyonları daha az emek-yoğun prosedürleri vardır, örneğin, yazılım büyük ölçüde tarafından azaltıcı müdahaleler, görevin tüm aşamalarını düzenler. deneyci); (2) ölçülen parametre tek öznellik herhangi kaynağını ortadan kaldırırters (örneğin, deneyci hayvan aslında bir seçim yanıtı yapmış olsun veya olmasın yargılamak için gerekli değildir); (3) fareler bir yanıt yapmak için takviye ile ilgili ipuçlarını takip edin ihtimaliniz (yani, ödül her zaman otomatik olarak merkez dergisinde teslim edilir) ortadan kaldırır; (4) isteğe bağlı çevre koşulları önler (örneğin, labirentler ve farklı boyutlarda / malzemelerin aparatın el hazırlanan işaret uyaranların kullanımı kullanımı); (5) Bu klinik ortamda kullanılan, eşdeğer insan görevlerine göre farklı uyarıcılara geniş bir yelpazesi ile üç farklı boyutlarda manipülasyonu sağlar. Burada sadece farelerden veri mevcut, ancak benzer avantajlar sıçanlar için de beklenebilir.

EDS karş i) yoksul performans: areliable dikkat set-değiştirme performansı tanımlamak için kullanılabilecek iç yapı-geçerlik parametreleri görev kritik adımlar vardırönceki aşamalarda ii) IDS2 için IDS genel bir iyileşme ed; iii) ardışık ters aşamalarında belirli bir iyileşme daha bir hayvan içinde set ters eğitilmiş gibi, o kadar iyi izleyen içi sette ²⁰ ters çevrilmesine ilişkin yapmalıdır; EDS ile karşılaştırıldığında EDSRe iv) daha iyi performans. Bu yeni kimlik / ED operon görev Cantab ID / ED görevini kullanarak primatlarda ve sürüm ^12,13 "kazma" kitabını kullanarak kemirgenlerde önceki çalışmalarla tutarlı tüm bu özellikleri, sunar. Üstelik bu otomatik görevin her aşamasında olursa olsun (yani, koku, doku ve ışık) ¹⁹ kullanılan ilgili / ilgisiz boyutunun çalışmaların eşdeğer sayıda öğrenildi. Bu, kullanılan tüm uyaranlara benzer çıkıntı var ve dikkat set-oluşumu ve / veya değişen uygun olduğunu göstermiştir. Bizim deneyler EDS çözümünde zorluk da tepki gecikmeleri artış ile vurgulanır ortaya koymaktadır. İşlem süresiartışlar sert ayrımcılıklara ²¹ sırasında optimum doğruluğunu sağlamak için. Böylece, ¹⁸ çözme bilgi işlem, karar verme ve problem hızı indeksi olarak yanıt gecikme dikkate EDS sırasında yavaş gecikmeleri set-kayması çözümünde zorluk karşısında benimsenen bir strateji yansıtıyor olabilir.

Bizim yeni cihaz etkin bir şekilde daha 'klasik' dikkat set değişen paradigma (yani iki boyutlu) test boyunca sadece iki boyut istihdam ile kullanılabileceğini göstermiştir veya var olan bir sıkışmış-in-set paradigma, kullanımı ima Üç boyutun. Ilgi bilişsel alanda bağlı olarak, en uygun protokolü seçmek mümkündür. Bu paradigmaların bir iki, daha önce insan, primat ve kemirgenler ^7,12-17 kullanılmıştır. Bununla birlikte, takılıp-in-set prosedürü ve am set-vites farklı bileşenleri arasında ayrım yapabiliyorinsan hastalarda ^7,22 frontal lob işleyişi seçici ölçü cevher. Ayrıca, iki boyutlu paradigma oluşabilecek bir problem önyargı sonuçlarını olabilir öğrenilen irrelevance olduğunu. Öğrenilmiş irrelevance perseverasyon katılmak ve ⁷ alakasız önceden olduğu bilgiler hakkında bilgi edinmek için yetersizlik anlamına gelir. Konusu daha önce alakasız boyutuna dikkat değişiklikleri için gerekli olduğu gibi bu durum, iki boyutlu bir paradigma EDS aşamasında oluşabilir. Bu durumda, bir EDS açığı nedeniyle daha önce ilgili boyut ve / veya artık önceden ilgisiz boyutuna dikkat kaydırmaya yetersizlik uzak dikkat kaydırmaya yetersizlik olup olmadığını ayırt etmek neredeyse imkansız. Düşüş sonra sadece daha önce geri takviye ile rastgele dernek tarafından alakasız yapılan bir boyuta yanıt aktif inhibe yansıtabilir. Bunun aksine, takılıp-in-set condition, yeni alakalı boyuta geçiş için başarısızlık daha önce deneyimli olmasaydı beri bu boyutları hakkında herhangi bir önceki öğrenmelerin isnat edilemez. Arıza, bu nedenle, daha önce uygun bir boyuta perseverasyon yansıtır. Sonuç olarak, olsa bile 'stuck-in-set' ve 'iki boyutlu' dikkat set değişen benzer sonuçlar üretebilir paradigmaları, biz açıkça tercih takılıp-in-set perseverasyon nedenleri tartışıldı normal wild-tip farelerde Yukarıda.

Malzemeler

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