Name: operant protocols for assessing the cost-benefit analysis during reinforced decision making by rodents
Uploaded: 2018-09-10T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Operant Protocols for Assessing the Cost-benefit Analysis During Reinforced Decision Making by Rodents at JoVE.com

Dit onderzoek werd gesteund door RMH Neuroscience Foundation, Australië; de Australische hersenen Foundation; de RACP Thyne Reid Fellowship, Australië; en door een project verleent van de cognitieve wetenschappen en technologieën Raad Iran Abbas Haghparast.

Alle procedures uitgelegd hier waren goedgekeurd en uitgevoerd volgens de richtsnoeren voor de zorg en het gebruik van proefdieren en goedgekeurd door de ethische commissie voor Florey Instituut dier of het Neuroscience Research Center.
1. behuizing, behandeling en beperking van het voedsel
<ol><li>Volwassene (normaal 8 weken oud) mannelijke ratten (alle stammen) gebruiken en houd ze in de kamer met een 12-h licht/donker cyclus.</li>
	<li>Beperk de toegang van hun voedsel ter bevordering van...

<ol>
	<li>Gold, J. I., Shadlen, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neural+basis+of+decision+making.">The neural basis of decision making.</a> Annual Review of Neuroscience. 30, 535-574 (2007).</li><li>Shi, Z., M&#252;ller, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multisensory+perception+and+action:+development,+decision-making,+and+neural+mechanisms.">Multisensory perception and action: development, decision-making, and neural mechanisms.</a> Frontiers in Integrative Neuroscience. 7, 81 (2013).</li><li>Sutton, R. S., Barto, A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Reinforcement Learning: An Introduction. 1, (1998).</li><li>Khani, A., Rainer, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+and+neurochemical+basis+of+reinforcement-guided+decision+making.">Neural and neurochemical basis of reinforcement-guided decision making.</a> Journal of Neurophysiology. 116, 724-741 (2016).</li><li>Fatahi, Z., Haghparast, A., Khani, A., Kermani, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+between+anterior+cingulate+cortex+and+orbitofrontal+cortex+during+value-based+decision+making.">Functional connectivity between anterior cingulate cortex and orbitofrontal cortex during value-based decision making.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 147, 74-78 (2018).</li><li>Khani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+cannabinoid+system+in+anterior+cingulate+cortex+and+orbitofrontal+cortex+modulates+cost-benefit+decision+making.">Activation of cannabinoid system in anterior cingulate cortex and orbitofrontal cortex modulates cost-benefit decision making.</a> Psychopharmacology. 232, 2097-2112 (2015).</li><li>Rudebeck, P. H., Walton, M. E., Smyth, A. N., Bannerman, D. M., Rushworth, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separate+neural+pathways+process+different+decision+costs.">Separate neural pathways process different decision costs.</a> Nature Neuroscience. 9, 1161-1168 (2006).</li><li>Gage, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+implantation+of+chronic+neural+electrodes+for+recording+single+unit+activity+and+electrocorticographic+signals.">Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals.</a> Journal of Visualized Experiments. (60), e3565 (2012).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1998).</li><li>Bokil, H., Andrews, P., Kulkarni, J. E., Mehta, S., Mitra, P. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chronux:+a+platform+for+analyzing+neural+signals.">Chronux: a platform for analyzing neural signals.</a> Journal of Neuroscience Methods. 192, 146-151 (2010).</li><li>Cohen, M. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Analyzing Neural Time Series Data: Theory and Practice. , (2014).</li><li>Luk, C. -. H., Wallis, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Choice+coding+in+frontal+cortex+during+stimulus-guided+or+action-guided+decision-making.">Choice coding in frontal cortex during stimulus-guided or action-guided decision-making.</a> Journal of Neuroscience. 33, 1864-1871 (2013).</li><li>Rudebeck, P. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frontal+cortex+subregions+play+distinct+roles+in+choices+between+actions+and+stimuli.">Frontal cortex subregions play distinct roles in choices between actions and stimuli.</a> Journal of Neuroscience. 28, 13775-13785 (2008).</li><li>Goshadrou, F., Kermani, M., Ronaghi, A., Sajjadi, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+ghrelin+on+MK-801+induced+memory+impairment+in+rats.">The effect of ghrelin on MK-801 induced memory impairment in rats.</a> Peptides. 44, 60-65 (2013).</li><li>Haghparast, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrahippocampal+administration+of+D2+but+not+D1+dopamine+receptor+antagonist+suppresses+the+expression+of+conditioned+place+preference+induced+by+morphine+in+the+ventral+tegmental+area.">Intrahippocampal administration of D2 but not D1 dopamine receptor antagonist suppresses the expression of conditioned place preference induced by morphine in the ventral tegmental area.</a> Neuroscience Letters. 541, 138-143 (2013).</li><li>Esmaeili, M. -. H., Kermani, M., Parvishan, A., Haghparast, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+D1/D2+dopamine+receptors+in+the+CA1+region+of+the+rat+hippocampus+in+the+rewarding+effects+of+morphine+administered+into+the+ventral+tegmental+area.">Role of D1/D2 dopamine receptors in the CA1 region of the rat hippocampus in the rewarding effects of morphine administered into the ventral tegmental area.</a> Behavioural Brain Research. 231, 111-115 (2012).</li><li>Chaleek, N., Kermani, M., Eliassi, A., Haghparast, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+orexin+and+glucose+microinjected+into+the+hypothalamic+paraventricular+nucleus+on+gastric+acid+secretion+in+conscious+rats.">Effects of orexin and glucose microinjected into the hypothalamic paraventricular nucleus on gastric acid secretion in conscious rats.</a> Neurogastroenterology &amp; Motility. 24, e94-e102 (2012).</li><li>Kermani, M., Eliassi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gastric+acid+secretion+induced+by+paraventricular+nucleus+microinjection+of+orexin+A+is+mediated+through+activation+of+neuropeptide+Yergic+system.">Gastric acid secretion induced by paraventricular nucleus microinjection of orexin A is mediated through activation of neuropeptide Yergic system.</a> Neuroscience. 226, 81-88 (2012).</li><li>Kermani, M., Azizi, P., Haghparast, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+role+of+nitric+oxide+in+the+effects+of+cumin+(Cuminum+Cyminum+L.)+fruit+essential+oil+on+the+acquisition+of+morphine-induced+conditioned+place+preference+in+adult+male+mice.">The role of nitric oxide in the effects of cumin (Cuminum Cyminum L.) fruit essential oil on the acquisition of morphine-induced conditioned place preference in adult male mice.</a> Chinese Journal of Integrative Medicine. , 1-6 (2012).</li><li>Ahmadi, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+antinociceptive+behaviors+of+new+methyl+and+hydroxyl+derivatives+of+phencyclidine.">Synthesis and antinociceptive behaviors of new methyl and hydroxyl derivatives of phencyclidine.</a> Current Medicinal Chemistry. 19, 763-769 (2012).</li></ol>

Knaagdieren hebben al lange tijd gebruikt in neurowetenschappelijke onderzoeken die zich met verschillende onderwerpen, van cognitieve vermogens zoals leren en geheugen2,14 en versterkte gedrag7,15,16 bezighouden naar de centrale controle van organen17,18 en neurofarmacologie19,...

De besluitvorming is het proces van herkennen en selecteren van keuzes op basis van de waarden en voorkeuren van de beleidsmaker en de gevolgen van de geselecteerde actie1. Hoewel de besluitvorming is uitgebreid bestudeerd in de verschillende velden (dat wil zeggen, economie, psychologie en neurowetenschap), neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan deze cognitieve vermogens zijn nog niet volledig begrepen. Twee subcategorieën van besluitvorming zijn perceptuele besluitvorming en versterking geleide besluitvorming. Hoewel zij grote overlappende elementen en concepten nemen, perceptuele besluitvorming is afhankelijk van de beschikbare sensorische informatie1,2, terwijl versterking geleide besluitvorming zich met de relatieve waarde bezighoudt van acties een specifieke tijdschaal-3gewonnen. Een belangrijk aspect van de versterkte besluitvorming is de kosten-batenanalyse die intuïtief door de hersenen wordt uitgevoerd door computing de voordelen van de bepaalde keuzes en de daaraan verbonden kosten voor elke alternatieve1af te trekken.
De T-maze (of de variant Y-doolhof) is een van de meest gebruikte doolhoven in cognitieve experimenten met knaagdieren. Dieren zijn in het begin arm (de basis van de T) geplaatst en toegestaan om te kiezen van de doel-arm (een van de takken van de zijkant). Taken zoals een gedwongen afwisseling of links-rechts discriminatie worden vooral gebruikt met knaagdieren in de T-maze voor het testen van de referentie- en werkende geheugen4. T-doolhoven worden ook veel gebruikt in besluitvorming experimenten5,6,7. In het eenvoudigste ontwerp, is de beloning in slechts één doel arm geplaatst. De keuze is voorspelbaar en dieren liever de beloning in plaats van niets, ongeacht de waarde van de beloning. Een andere optie is om de plaats van beloningen in beide armen doel en vervolgens laat de dieren maken een keuze van welk pad te nemen afhankelijk van diverse parameters (dat wil zeggen, de natuurlijke voorkeur van het dier, het verschil in de waarde van de beloningen, en de kosten worden betaald). In de waarde gebaseerde ontwerp, wordt de taak meer bemoeilijkt doordat de wegen-scale-eigenschappen. Op deze manier ontvangt een dier anders gewaardeerd beloningen door te kiezen tussen de twee alternatieven, alsmede tussen de kosten van de acties [dat wil zeggen, het bedrag van het wachten (vertraging-gebaseerd) of de hoeveelheid inspanning (inspanning-gebaseerd) die nodig zijn voor het ontvangen van beloningen], elke bij te dragen tot het besluit dat is genomen5,6.
In traditionele vertraging gebaseerde T-maze besluit-makend, dieren zijn opgeleid om te selecteren van de hoge beloning arm (HRA) en voorkomen het tegenovergestelde lage beloning arm (LRA). De zijkanten van de HRA-server en het LRA blijven onveranderd gedurende het gehele experiment. Hoewel de taak die hierboven beschreven is goed gedocumenteerd in de literatuur, lijdt hij aan verschillende procedurele nadelen. In de eerste plaats doordat de arm van een vaste doel, weet het dier die arm om uit het begin van elke proef te kiezen. In dit scenario kunnen dieren Selecteer de doel-arm gebaseerd op hun geheugen in plaats van op de besluitvorming. Vandaar, in een vertraging gebaseerde besluitvorming paradigma, als een dier de lage beloning door de interventie van de studie selecteert, zal het niet duidelijk of dit te wijten aan een verlies van geheugen of de interventie van de studie is. Een controlegroep geheugen om te scheiden van het waargenomen gedrag van het geheugenprobleem kan worden beschouwd, maar dit bezwaart onderzoekers en dieren zowel vanwege het extra werk7. Een tweede punt van zorg is het moment van besluitvorming door het behandelde dier: zodra dieren bereiken de besluit-zone (de kruising van alle drie armen), ze meestal kijken naar links en naar rechts, wegen de kosten en baten met betrekking tot elke arm, en vervolgens hun beslissing. Echter na enkele proeven, ze uitvoeren van een dergelijke berekening vóór aankomst op de beschikking van de zone en simpelweg stormloop rechtstreeks aan de arm van de beloning. Als een resultaat, deze twee nadelen — een pre vooroordeel op één arm en op het moment van besluitvorming — zowel zeer onderbreken de interpretatie van elektrofysiologische en neuroimaging gegevens.
In de methode uitgelegd in deze paper, de voorkeur arm (HRA) is gecued wordt met een auditieve cue en kan variëren van proces naar proces. Dieren starten de proeven door te voeren de test zone (Figuur 1) en de auditieve cue triggering door "neus-prikken" een infrarood poort die is gelegd op de kruising van de drie armen. Het audiosignaal (20 dB, tussen 500 en 1000 ms) wordt gespeeld van een luidspreker aan het einde van de doel-arm.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>T-maze</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Self made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dustless Precision Sugar Pellets</td>
			<td>TSE Systems Intl. Group</td>
			<td>F0023</td>
			<td>45 mg, Sucrose</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine Hydrochloride Injection, USP</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>6740-87-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7361-61-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>stereotaxic device</td>
			<td>Stoelting</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isofluran</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>sc-363629Rx</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PFA-coated stainless-steel wires</td>
			<td>A-M systems</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>acrylic cement</td>
			<td>Vertex, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>(wooden or PVC (polyvinyl chloride)-made)</td>
			<td>local suppliers</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini-Fit Power Connector</td>
			<td>Molex</td>
			<td>15243048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ethannol 70%</td>
			<td>Local suppliers</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>buprenorphine</td>
			<td>diamondback drugs</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino UNO</td>
			<td>Arduino</td>
			<td></td>
			<td>https://www.arduino.cc/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infrared emitting diode</td>
			<td>Sharp</td>
			<td>GL480E00000F</td>
			<td>http://www.sharp-world.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chronux Toolbox</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Chronux.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino codes</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>https://github.com/dechuans/arduino-maze</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

operant protocols for assessing the cost-benefit analysis during reinforced decision making by rodents

Versterking geleide besluitvorming is de mogelijkheid om te kiezen tussen concurrerende cursussen actie op basis van de relatieve waarde van de voordelen en de gevolgen daarvan. Dit proces is onlosmakelijk verbonden met het normale menselijke gedrag en worden verstoord door neurologische en psychiatrische aandoeningen zoals schizofrenie, verslaving en depressie is aangetoond. Knaagdieren hebben lange tijd gebruikt om het ontdekken van de neurobiologie van menselijke cognitie. Te dien einde, zijn verschillende gedrags taken ontwikkeld; echter, de meeste zijn niet-geautomatiseerde en arbeidsintensief zijn. De recente ontwikkeling van de open-source-microcontroller heeft onderzoekers voor het automatiseren van operante gebaseerde taken voor de beoordeling van een verscheidenheid van cognitieve taken, standaardisering van de presentatie van de stimulus, de opname van de gegevens te verbeteren en dus, verbetering van de onderzoeksresultaten. Hier beschrijven we een geautomatiseerde vertraging gebaseerde versterking geleide besluitvorming taak, met behulp van een operante T-maze gecontroleerd door aangepaste-geschreven software programma's. Met behulp van deze besluitvorming taken, laten we zien de veranderingen in het lokale veld mogelijke activiteiten in de voorste cingularis cortex van een rat terwijl het een vertraging gebaseerde kosten-en batenanalyse besluitvorming taak wordt uitgevoerd.

De hier gepresenteerde gegevens is de opgenomen LFP uit de linker orbitofrontale cortex (OFC) en de cingularis anterior cortex (ACC) van zes mannelijke Wistar ratten met behulp van bipolaire elektroden (van PFA-bekleed roestvast staal). Tabel 1 toont de gedrags overname lengte voor elk stadium van de opleiding. De coördinaten voor de doellocaties werden bepaald uit een rat brain atlas9 en zijn als volgt: voor de AAC, 1.2 mm anterior to de bregma, ...

Watch this Scientific Journal Video about Operant Protocols for Assessing the Cost-benefit Analysis During Reinforced Decision Making by Rodents at JoVE.com

Operant Protocols for Assessing the Cost-benefit Analysis During Reinforced Decision Making by Rodents

Operante protocollen voor de beoordeling van de kosten-batenanalyse tijdens versterkte besluitvorming door knaagdieren

Een kosten-batenanalyse is een weging-schaal aanpak waarmee de hersenen in de loop van de besluitvorming. Hier stellen wij een protocol te trainen ratten op een operante gebaseerde besluitvorming paradigma waar ratten kiezen hogere beloningen ten koste van het wachten op 15 s om hen te ontvangen.

Reinforcement-guided decision making is the ability to choose between competing courses of action based on the relative value of the benefits and their ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Combining Behavioral Endocrinology and Experimental Economics: Testosterone and Social Decision Making

De combinatie van Behavioral Endocrinologie en Experimentele Economie: Testosteron en Sociaal Decision Making

Behavioral endocrinological research in humans as well as in animals suggests that testosterone plays a key role in social interactions. Studies in ...

Operant Sensation Seeking in the Mouse

Operante Sensation Seeking in de muis

Operant methods are powerful behavioral tools for the study of motivated behavior.  These 'self-administration' methods have been used extensively in drug ...

Isolating Nasal Olfactory Stem Cells from Rodents or Humans

Isoleren neus Olfactorische stamcellen van Knaagdieren of mensen

The olfactory mucosa, located in the nasal cavity, is in charge of detecting odours. It is also the only nervous tissue that is exposed to the external ...

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

T-doolhof Gedwongen Afwisseling en links-rechts Discriminatie Taken voor de beoordeling van Werken en Reference geheugen in Muizen

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

Grootschalige Opname van Neuronen door Movable Silicon Probes in Behaving Knaagdieren

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents

Een Volledig geautomatiseerd en zeer veelzijdige systeem voor het testen van meerdere cognitieve functies en opnemen Neuronale Activiteiten in Knaagdieren

We have developed a fully automated system for operant behavior testing and neuronal activity recording by which multiple cognitive brain functions can be ...

A Polished and Reinforced Thinned-skull Window for Long-term Imaging of the Mouse Brain

Een gepolijste en gewapend verdund-schedel Venster voor de lange termijn beeldvorming van de hersenen van muizen

In vivo imaging of cortical function requires optical access to the brain without disruption of the intracranial environment. We present a method to form ...

Microdialysis of Ethanol During Operant Ethanol Self-administration and Ethanol Determination by Gas Chromatography

Microdialyse van alcohol tijdens de operante ethanol zelftoediening en ethanol bepaling door gaschromatografie

Operant self-administration methods are commonly used to study the behavioral and pharmacological effects of many drugs of abuse, including ethanol.  ...

Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents

Registratie en analyse van circadiane ritmen bij Running-wheel activiteit in knaagdieren

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Effecten van Transcraniële wisselstroom stimulatie op de primaire motorische Cortex door Online-gecombineerde aanpak met Transcraniële magnetische stimulatie

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...