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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Questa ricerca è stata sostenuta dalla Fondazione neuroscienze di RMH, Australia; la Fondazione di cervello australiano; il RACP Thyne Reid Fellowship, Australia; e da un progetto di concedere le Scienze Cognitive e tecnologie Consiglio, l'Iran ad Abbas Haghparast.

Tutte le procedure descritte qui sono stati approvati, effettuate in conformità con la guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio e sono stati approvati dal comitato di etica animale Istituto Florey o centro di ricerca di neuroscienza.
1. alloggiamento, manipolazione e restrizione alimentare
<ol><li>Ratti del maschio adulto (normalmente 8 settimane) (eventuali ceppi) e conservatele in camera con un ciclo luce/buio di 12 h.</li>
	<li>Limitare il loro accesso al cibo per incoraggiare...

<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>

Roditori lungamente sono stati usati negli studi sulle neuroscienze che trattano diversi argomenti, da abilità cognitive quali apprendimento e memoria2,14 e comportamento rinforzato7,15,16 al controllo centrale di organi17,18 e neurofarmacologia19,20. Pr...

Processo decisionale è il processo di riconoscimento e selezione di scelte basate sui valori e le preferenze del decisore e le conseguenze dell' azione selezionata1. Anche se il processo decisionale è stato ampiamente studiato in diversi campi (cioè, economia, psicologia e neuroscienze), i meccanismi neurali alla base di tali capacità cognitive ancora completamente non sono capiti. Due sottocategorie del processo decisionale sono decisioni percettive e rinforzo-guida del processo decisionale. Anche se essi incorporano concetti e considerevole degli elementi sovrapposti, percettivo processo decisionale si basa su informazioni sensoriali disponibili1,2, considerando che il processo decisionale di rinforzo-guida offerte con il valore relativo delle azioni maturate nel corso di una specifica scala cronologica3. Un aspetto importante del rinforzo processo decisionale è l'analisi costi-benefici che viene eseguita in modo intuitivo dal cervello calcolando i benefici delle scelte determinate e sottraendo i costi di ogni alternativa1.
Il t-labirinto (o la variante Y-labirinto) è uno dei labirinti più utilizzati in esperimenti cognitivi usando i roditori. Gli animali sono collocati nel braccio di inizio (la base della T) e consentiti di scegliere il braccio di obiettivo (uno dei bracci laterali). Attività come un forzato alternanza o sinistra-destra discriminazione sono usata principalmente con i roditori nel t-labirinto per testare riferimento e lavoro memoria4. T-labirinti sono anche ampiamente utilizzati nel processo decisionale esperimenti5,6,7. Nel modello più semplice, la ricompensa viene inserita nel braccio un solo obiettivo. La scelta è prevedibile, e animali certamente preferirebbe la ricompensa piuttosto che niente, indipendentemente dal valore di ricompensa. Un'altra opzione è di posizionare ricompense in entrambi i bracci obiettivo e poi lasciare che gli animali fanno una scelta di quale percorso a prendere a seconda di diversi parametri (cioè, la preferenza naturale dell'animale, la differenza nel valore di ricompense e i costi da pagare). Nella progettazione basata sul valore, il compito è più complicato avendo proprietà scala di pesatura. In questo modo, un animale riceve premi valutati in modo diverso, scegliendo tra le due alternative, nonché tra i costi delle azioni [cioè, la quantità di attesa (ritardo-base) o la quantità di sforzo (sforzo-basato) necessario per ricevere ricompense], ciascuno contribuendo alla decisione che è stata effettuata5,6.
Nel tradizionale basato su ritardo t-labirinto processo decisionale, gli animali sono addestrati per selezionare il braccio alta ricompensa (HRA) ed evitare l'opposto braccio basso ricompensa (LRA). I lati dell'Autorità registrazione integrità e il LRA rimangono invariati in tutto l'esperimento. Anche se l'attività descritta sopra è stata ben documentata nella letteratura, soffre di diversi inconvenienti procedurali. In primo luogo, avendo un braccio di obiettivo fisso, l'animale sa che braccio da scegliere all'inizio di ogni prova. In questo scenario, gli animali possono selezionare il braccio di obiettivo basato sulla loro memoria, piuttosto che il processo decisionale. Quindi, in un paradigma decisionale basato su ritardo, se un animale seleziona la ricompensa bassa a causa dell'intervento di studio, non sarà chiaro se questo è a causa di una perdita di memoria o l'intervento di studio. Un gruppo di controllo di memoria per segregare il comportamento osservato dal problema di memoria potrebbe essere considerato, ma questo oneri ricercatori e animali simili a causa del lavoro aggiuntivo7. Una seconda preoccupazione è il momento del processo decisionale da parte dell'animale: una volta che gli animali raggiungono la zona di decisione (incrocio di tutte le tre armi), di solito guardare a sinistra e a destra, pesano i costi e i benefici per quanto riguarda ogni braccio e quindi la loro decisione. Tuttavia, dopo un paio di prove, calcoli prima di arrivare alla zona della decisione e semplicemente eseguire direttamente al braccio ricompensa. Di conseguenza, questi due inconvenienti — una pre-distorsione per un braccio e trovare il momento del processo decisionale — entrambi altamente interrompere l'interpretazione di elettrofisiologici e dati di neuroimaging.
Nel metodo spiegato in questo documento, il braccio comodo (HRA) viene ricercato da un segnale uditivo e può variare da prova a prova. Animali avviare le prove di entrare nella zona di test (Figura 1) e innescando il cue uditivo da "naso-frugando" un cancello a infrarossi che è stato inserito all'incrocio delle tre armi. Il segnale audio (20 dB, tra 500 e 1.000 ms) viene riprodotto da un altoparlante all'estremità del braccio obiettivo.

<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

Rinforzo-guidato processo decisionale è la possibilità di scegliere tra concorrenti corsi d'azione basato sul valore relativo i benefici e le loro conseguenze. Questo processo è parte integrante del comportamento umano normale e ha dimostrato di essere disturbato da disturbi neurologici e psichiatrici quali dipendenza, schizofrenia e la depressione. Roditori sono stati utilizzati a lungo per scoprire la neurobiologia della cognizione umana. A tal fine, sono state sviluppate diverse attività comportamentali; Tuttavia, la maggior parte sono non automatizzati e sono alta intensità di lavoro. Il recente sviluppo del microcontrollore open source ha permesso ai ricercatori di automatizzare attività basate su strumentale per valutare una gamma di compiti cognitivi, standardizzando la presentazione dello stimolo, migliorandone la registrazione di dati e di conseguenza, l'output di ricerca. Qui, descriviamo una ritardo-base rinforzo-guida decisionale operazione automatica, usando un operant t-labirinto controllato da programmi software personalizzato. Utilizzando questi compiti decisionali, mostriamo le modifiche alle attività potenziali di campo locale nella corteccia anteriore del cingulate di un ratto mentre esegue un compito decisionale basato su ritardo costi e benefici.

I dati qui presentati sono la LFP registrate dalla corteccia orbitofrontal di sinistra (OFC) e la corteccia cingolata anteriore (ACC) di sei ratti maschii di Wistar utilizzando elettrodi bipolari (di acciaio con rivestimento PFA). La tabella 1 Mostra la lunghezza di acquisizione comportamentale per ogni fase di formazione. Le coordinate per la località di destinazione sono state determinate da un ratto Atlante9 del cervello e sono come segue: per ...

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

Protocolli dell'operatore per valutare l'analisi costi-benefici durante la risoluzione rinforzato dai roditori

Un'analisi costi-benefici è un approccio di scala di pesatura che il cervello esegue nel corso del processo decisionale. Qui, vi proponiamo un protocollo per addestrare i ratti su un paradigma decisionale basato su operant dove ratti scegliere premi più elevati, a scapito in attesa per 15 s a riceverli.

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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