Name: operant protocols for assessing the cost-benefit analysis during reinforced decision making by rodents
Uploaded: 2018-09-10T13:30:00
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Cette recherche a été financée par la Fondation pour les neurosciences RMH, Australie ; la Fondation australienne de cerveau ; la bourse de Thyne Reid ARPC, Australie ; et par un projet de subvention des Sciences cognitives et Technologies Conseil, Iran à Abbas Haghparast.

Toutes les procédures expliquées ici ont été approuvés et menées conformément au Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire et ont été approuvés par le Comité d’éthique animale Florey Institute ou le centre de recherche de neurosciences.
1. logement, manutention et Restriction alimentaire
<ol><li>Utilisation des rats mâles adultes (normalement 8 semaines) (les souches) et les conserver dans la salle avec un cycle lumière/obscurité de 12 h.</li>
	<li>Res...

<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. 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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. 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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>

Rongeurs ont longtemps été utilisés dans des études neuroscientifiques qui traitent de sujets différents, des fonctions cognitives telles que l’apprentissage et mémoire2,14 et comportement renforcé7,15,16 pour le contrôle central des organes17,18 et neuropharmacologie19,</su...

Prise de décision est le processus de reconnaissance et en sélectionnant le choix basés sur les valeurs et les préférences du décideur et les conséquences de l' action sélectionnée1. Bien que le processus décisionnel a été étudiée dans différents domaines (p. ex., économie, psychologie et neurosciences), des mécanismes neuronaux qui sous-tendent ces fonctions cognitives ne sont pas encore bien compris. Deux sous-catégories de prise de décision sont perceptuelle de prise de décisions et de la prise de décision guidée par renforcement. Bien qu’ils intègrent les concepts et les éléments qui se chevauchent considérables, perceptuel de prise de décision s’appuie sur l’information sensorielle disponible1,2, alors que la prise de décision guidée par renforcement porte sur la valeur relative des actions acquises sur une échelle de temps spécifique3. Un aspect important du processus décisionnel renforcé est l’analyse de rentabilité effectuée intuitivement par le cerveau en informatique les avantages des choix donné et en soustrayant les coûts associés à chaque variante1.
Le labyrinthe en t (ou la variante labyrinthe en Y) est l’un des labyrinthes plus utilisés dans les expériences cognitives à l’aide de rongeurs. Les animaux sont placés dans le bras de départ (la base du T) et autorisés à choisir le bras d’objectif (une des branches latérales). Tâches comme une alternance forcée ou de la discrimination gauche-droite servent surtout sur des rongeurs dans le labyrinthe en t pour tester la référence et le travail de mémoire4. T-labyrinthes sont également largement utilisés dans des expériences de prise de décision5,6,7. Dans la conception la plus simple, la récompense est placée dans les bras qu’un seul but. Le choix est prévisible et animaux préféreraient certainement la récompense plutôt que rien, quelle que soit la valeur de la récompense. Une autre option consiste à placer des récompenses dans les deux bras de l’objectif et de laisser les animaux font un choix de quel chemin prendre selon plusieurs paramètres(p. ex., la préférence naturelle de l’animal, la différence dans la valeur de la récompense et les coûts à payer). Lors de la conception basée sur les valeurs, la tâche est plus compliquée en ayant des propriétés de plateau de balance. De cette façon, un animal reçoit des récompenses évaluées différemment en choisissant entre les deux variantes, ainsi qu’entre les coûts des actions [c'est-à-dire, la quantité d’attente (délai de base) ou la somme d’efforts (fondé sur l’effort) pour recevoir des récompenses], chacun contribuant à la décision qui est prise5,6.
Dans traditionnelle axée sur le retard labyrinthe en t prise de décisions, les animaux sont entraînés pour sélectionner le bras grand récompense (HRA) et éviter le contraire bras faible récompense (du Seigneur LRA). Les côtés de l’autorité HRA et la LRA restent inchangées tout au long de l’expérience. Bien que la tâche décrite ci-dessus a été bien documentée dans la littérature, il souffre de plusieurs inconvénients procédurales. Tout d’abord, en ayant un bras objectif fixe, l’animal sait qui armer de choisir dès le début de chaque essai. Dans ce scénario, les animaux peut choisir le bras objectif basé sur leur mémoire plutôt que sur la prise de décision. Par conséquent, dans un modèle décisionnel basé sur le délai, si un animal sélectionne la récompense faible en raison de l’intervention de l’étude, il sera pas clair si cela est dû à une perte de mémoire ou à l’intervention de l’étude. Un groupe de contrôle de mémoire à séparer le comportement observé d’un problème de mémoire pourrait être considéré, mais cela pèse sur les chercheurs et les animaux en raison du travail supplémentaire7. Un deuxième sujet de préoccupation est le moment de la prise de décision par l’animal : une fois que les animaux atteindre la zone de décision (la jonction de toutes les trois armes), ils ressemblent généralement à gauche et à droite, peser les coûts et avantages au sujet de chaque bras et ensuite prendre leur décision. Cependant, après quelques essais, ils effectuent un tel calcul avant d’arriver à la zone de décision et il suffit de lancer directement sur le bras de la récompense. En conséquence, ces deux inconvénients — un biais préalable à un bras et à trouver le moment de la prise de décisions — tous deux fortement interrompent l’interprétation d’électrophysiologiques et données de neuro-imagerie.
Dans la méthode expliquée dans cet article, le bras préféré (HRA) est repéré par un signal auditif et peuvent varier d’un procès à un procès. Animaux entamer les essais en entrant dans la zone de test (Figure 1) et en déclenchant le signal auditif par « nez-piquer » une barrière infrarouge qui a été placée à la jonction des trois armes. Le signal audio (20 dB, entre 500 et 1 000 ms) est joué par un haut-parleur à l’extrémité du bras du but.

<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

Prise de décision guidée par renforcement est la possibilité de choisir entre concurrents cours d’action fondée sur la valeur relative des avantages et de leurs conséquences. Ce processus fait partie intégrante du comportement humain normal et s’est avéré être perturbée par des troubles neurologiques et psychiatriques tels que la toxicomanie, la schizophrénie et la dépression. Les rongeurs ont longtemps été utilisés pour découvrir la neurobiologie de la cognition humaine. À cette fin, plusieurs tâches comportementales ont été développés ; Cependant, la plupart sont non automatisées et est fastidieuse. Le développement récent du microcontrôleur open source a permis aux chercheurs automatiser les tâches de base opérant pour évaluer une variété de tâches cognitives, normaliser la présentation du stimulus, améliorer l’enregistrement de données et par conséquent, les résultats de la recherche. Nous décrivons ici une axée sur le retard guidée par renforcement décisionnelle tâche automatisée, à l’aide d’un opérant en labyrinthe en t contrôlée par les logiciels écriture personnalisée. En utilisant ces tâches décisionnelles, nous montrons les changements dans les activités potentielles de champ local dans le cortex cingulaire antérieur d’un rat alors qu’il joue un rôle décisionnel de rentabilité-et axée sur le retard.

Les données présentées ici sont le PDD enregistré depuis le cortex orbitofrontal gauche (OFC) et le cortex cingulaire antérieur (CCA) de six rats Wistar mâles à l’aide d’électrodes bipolaires (de PFA-revêtement en acier inoxydable). Le tableau 1 montre la durée d’acquisition comportementale pour chaque étape de la formation. Les coordonnées pour les emplacements cibles ont été déterminées par un rat brain atlas9 et sont comme ...

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

Opérante protocoles d’évaluation de l’analyse coûts-avantages au cours de la prise de décision renforcée par les rongeurs

Une analyse coûts-avantages est une approche de plateau de balance qui le cerveau effectue au cours du processus décisionnel. Ici, nous vous proposons un protocole pour former les rats sur un modèle décisionnel basé sur l’opérant, où les rats choisissent des récompenses supérieures au détriment d’attendre 15 s à les recevoir.

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

This technique can answer key questions in cognitive neurosciences such as how comparing consequences and causes can affect making a decision. The main advantage of this technique is that the special elements such as the location of the board do not affect the animal's decision. Begin by restricting food access to adult male rats in a room with a 12-hour light/dark cycle.On days one to three, handle the animals for five minutes twice a day. Then, weigh the animals after each handling session to determine the free-feeding amount. Next, obtain a T maze equipped with three partitions or arms, two stimulus speakers, five retractable doors, and five infrared motion sensors or Infrared Beam or IRB sensors.Copy the experimental software code into the computer. Then, download the experimental software and install it on a computer. Connect the microcontroller to the computer using a USB port.Next, on the computer, click the software icon, go to Tools and then select Port. From the dropdown menu, choose the COM port which connects the software to the computer. Go to Tools and select Boards.From the dropdown menu, select the type of software that controls the T maze. Then, click Upload on the top left of the interface window. Select the experimental software code, wait until the process finishes.After the process has finished, click Serial Monitor at the top right of the interface window. Then, in a new popup window, change the baud rate to 115, 200. For five days prior to the experimental day, bring the animals to the experiment room for at least one hour.Leave 10 sugar pellets at each goal arm and leave all doors open. During days one through three, place the animals individually in the maze for periods of 10 minutes once per day to explore the maze with no restrictions. During days four through five, place the animals individually in the maze.Leave two pellets in each arm and allow them to sample the food from both sides. Remove the animal from the maze immediately after eating the pellets from both sides or after five minutes of being in the maze. Finally, after each habituation session, clean the maze's floors with 70%ethanol and make sure the ethanol has evaporated before placing the next animal in the maze.On day six, bring the animals to the experiment room at least one hour prior to the experiment. Run the software program and set the trial number to 14 of which the first four trials will be forced choice and the rest will be choice trials. Before each trial begins, place four pellets in the goal arm which is to be cued as the High Reward Arm, HRA, and two pellets in the other arm which is the Low Reward Arm, LRA.For the forced choice trial training, pseudo randomly block one arm before each trial so that the animal is forced to select the other arm. Place an animal in the start box. After five to seven seconds, simultaneously open the start gate and click Start in the software's interface window.Collect the animal immediately after eating pellets or after five minutes of being in the maze and leave the animal in the home cage for two minutes. Prior to each trial, close door B in the arm which is selected by the software to be the HRA. Leave door A open in the opposite arm, the LRA.Then, place an animal in the start box. After five to seven seconds, simultaneously open the start gate and click Start. Let the animal freely choose either arm.If the animal chooses the HRA, open door A, let the animal enter the chamber, shut door A and open door B immediately to give the animal access to the selected food well. If the animal chooses the LRA, open door B in order to give the animal access to the food well. Next, remove the animal after it has eaten all the food in the selected food well and leave it in the home cage for two minutes.Complete the 10 choice trials for each animal and record the animal's choice, either HRA or LRA in each trial. Calculate the percentage of High Reward Choice, HRC, for all choice trials after each training session. Finally, after each animal has reached 80%of HRC in the discrimination training, complete the delay training by opening door B after a five-second delay once the animal chooses the HRA.Run 10 trials per day for each animal. Results indicated that there was a decrease in both the low and the high frequency powers in the ACC from the onset to the end of the stimulus. Comparing the time spent outside the chamber with the time in the chamber, the spectral analysis showed no changes in the oscillatory activities in the ACC.Further, mid to high frequency band activities in the OFC increased following the stimulus onset. No significant changes were observed in the pre-chamber and chamber time windows when they were compared together. While attempting this procedure, it is important to remove any source of anxiety as it can affect the animal's decision and impair the reliability of the result.

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