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

Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação de neurociência RMH, Austrália; a Fundação australiana do cérebro; o RACP Thyne Reid Fellowship, Austrália; e por um projeto de concessão da ciências cognitivas e do Conselho de tecnologias, Irã de Abbas Haghparast.

Todos os procedimentos explicados aqui foram aprovados e realizados em conformidade com o guia para o cuidado e o uso de animais de laboratório e foram aprovados pelo Comitê de ética do Animal Florey Instituto ou centro de pesquisa da neurociência.
1. habitação, manipulação e restrição alimentar
<ol><li>Usar ratos machos adultos (normalmente de 8 semanas de idade) (qualquer cepas) e mantê-los na sala com um ciclo de luz/escuro de 12-h.</li>
	<li>Restringir o acesso de alimentos pa...

<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>

Roedores têm sido muito utilizados em estudos neurocientíficos que lidam com temas diferentes, desde as habilidades cognitivas como a aprendizagem e memória2,14 e comportamento reforçado7,15,16 para o controle central de órgãos17,18 e Neurofarmacologia19,...

Tomada de decisão é o processo de reconhecimento e selecionando opções com base nos valores e preferências do tomador de decisão e as consequências da ação selecionada1. Embora a tomada de decisão foi estudada extensivamente em campos diferentes (ou seja, economia, psicologia e neurociência), mecanismos neurais subjacentes a tais habilidades cognitivas não são ainda totalmente compreendidos. Duas subcategorias de tomada de decisão são perceptivas de tomada de decisões e tomada de decisão orientada por reforço. Embora eles incorporam conceitos e elementos de sobreposição consideráveis, perceptual de tomada de decisões se baseia em informações sensoriais disponíveis1,2, Considerando que a tomada de decisões guiadas reforço lida com o valor relativo de ações adquirida ao longo de uma escala de tempo específico3. Um aspecto importante do processo de decisão reforçado é a análise de custo-benefício que é intuitivamente realizada pelo cérebro computação os benefícios das escolhas determinados e subtraindo os custos associados de cada alternativa1.
A ZIF (ou a variante Y-labirinto) é um dos labirintos mais utilizados em experiências cognitivas usando roedores. Os animais são colocados no início (a base do T) braço e autorizados a escolher o braço de gol (um dos braços do lado). Tarefas como uma alternância forçada ou discriminação esquerda-direita são usadas principalmente com roedores na ZIF para testar a memória de referência e trabalho4. T-labirintos são também amplamente utilizados em experiências de tomada de decisão5,6,7. O design mais simples, a recompensa é colocada no braço de apenas um gol. A escolha é previsível, e os animais certamente preferiria a recompensa ao invés de nada, independentemente do valor da recompensa. Outra opção é colocar recompensas em ambos os braços do objetivo e então deixar os animais uma escolha de qual caminho tomar, dependendo de vários parâmetros(ou seja, a preferência natural do animal, a diferença do valor das recompensas e os custos a pagar). Na concepção baseada em valor, a tarefa é mais complicada por ter propriedades de escala pesando. Desta forma, um animal recebe recompensas valorizadas de forma diferente, escolhendo entre as duas alternativas, bem como entre os custos das ações [ou seja, a quantidade de espera (baseado em atraso) ou a quantidade de esforço (baseada no esforço) necessários para receber recompensas], cada contribuindo para a decisão que é feita de5,6.
Tradicional baseado em atraso ZIF na tomada de decisão, os animais são treinados para selecionar o braço de alta recompensa (HRA) e evitar o oposto braço baixa recompensa (LRA). Os lados do HRA e LRA permanecem inalterados durante todo o experimento. Embora a tarefa descrita acima tem sido bem documentada na literatura, sofre várias desvantagens processuais. Em primeiro lugar, por ter um braço de objetivo fixo, o animal sabe qual braço escolher desde o início de cada julgamento. Neste cenário, animais podem selecionar o braço objetivo baseado na sua memória, em vez de tomada de decisão. Portanto, em um paradigma de tomada de decisão baseada em atraso, se um animal seleciona a recompensa baixa por causa da intervenção de estudo, não ficará claro se isto é devido a uma perda de memória ou para a estudo de intervenção. Pode ser considerado um grupo de controle de memória para segregar o comportamento observado com o problema de memória, mas isto encargos pesquisadores e animais parecidos devido o trabalho adicional de7. Uma segunda preocupação é o momento de tomada de decisão pelo animal: uma vez animais chegarem à zona de decisão (a junção de todas as três armas), eles geralmente olhar à esquerda e à direita, pesar os custos e benefícios em relação a cada braço e então tomar sua decisão. No entanto, após alguns ensaios, executar tal um cálculo antes de chegar na zona de decisão e simplesmente vão directamente para o braço de recompensa. Como resultado, estes dois inconvenientes — um pre-viés para um braço e encontrar o momento de tomada de decisão — ambos altamente interromper a interpretação de eletrofisiológicos e dados de neuroimagem.
No método explicado neste artigo, o braço preferencial (HRA) é preparado por um sinal auditivo e pode variar de um julgamento para o julgamento. Animais iniciar os ensaios ao entrar na zona de teste (Figura 1) e acionar o sinal auditivo pelo "nariz-cutucando" uma porta de infravermelha que foi colocada na junção das três armas. O sinal de áudio (20 dB, entre 500 e 1.000 ms) é jogado de um alto-falante no final do braço do objetivo.

<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

Tomada de decisão orientada para o reforço é a capacidade de escolher entre concorrentes cursos de ação com base no valor relativo dos benefícios e suas consequências. Este processo é parte integrante do comportamento humano normal e foi mostrado para ser interrompida por desordens neurológicas e psiquiátricas como vício, esquizofrenia e depressão. Roedores têm sido muito utilizados para descobrir a neurobiologia da cognição humana. Para este efeito, foram desenvolvidas várias tarefas comportamentais; no entanto, a maioria é não-automatizados e é trabalhosas. O desenvolvimento recente do microcontrolador aberto permitiu aos investigadores automatizar tarefas baseadas em operante para avaliar uma variedade de tarefas cognitivas, padronizar a apresentação do estímulo, melhorar a gravação de dados e consequentemente, melhorar a a saída da pesquisa. Aqui, descrevemos uma baseado em atraso orientada para o reforço de decisão tarefa automatizada, usando um operante ZIF controlado por programas de software personalizados. Usando essas tarefas de tomada de decisão, nós mostramos as mudanças nas atividades potenciais locais de campo no córtex cingulado anterior de um rato enquanto ele executa uma tarefa de tomada de decisão baseada em atraso e custo-benefício.

Os dados aqui apresentados são a LFP gravado do córtex orbitofrontal esquerdo (OFC) e o córtex cingulado anterior (ACC) de seis ratos machos Wistar utilizando eletrodos bipolares (do PFA revestido de aço inoxidável). A tabela 1 mostra o comprimento de aquisição comportamentais para cada fase de treinamento. As coordenadas para os locais de destino foram determinados de um rat brain atlas9 e são os seguintes: para a AAC, 1,2 mm anterior o br...

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

Operante protocolos para avaliar o custo-benefício durante a tomada de decisão reforçada por roedores

Uma análise de custo-benefício é uma abordagem de escala pesando que o cérebro executa no decurso da tomada de decisão. Aqui, propomos um protocolo para treinar os ratos em uma paradigma de tomada de decisão baseada em operante onde ratos escolhem maiores recompensas em detrimento à espera de 15 s para recebê-los.

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

Combinando Behavioral Endocrinologia e Economia Experimental: Decisão da testosterona e Social Fazendo

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

Neurociência

Operant Sensation Seeking in the Mouse

Sensation operante que procura no mouse

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

Isolando Nasal Células-Tronco olfativo dos roedores ou humanos

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-maze Alternância forçado e Tarefas esquerda-direita para a Avaliação da Discriminação de Trabalho e Memória de Referência em Ratos

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

Em larga escala de gravação de Neurônios por sondas de silicone móveis em Comportando Roedores

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

Um sistema totalmente automatizado e altamente versátil para testes de várias funções cognitivas e registro das atividades neuronais em roedores

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

A polido e reforçado Janela afinado crânio para longo prazo de imagens do cérebro de camundongo

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

Microdiálise de etanol durante a operante determinação auto-administração de etanol e etanol por cromatografia gasosa

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

Registro e análise dos ritmos circadianos em Running rodas Atividade em Roedores

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

Efeitos da estimulação da corrente alternada transcraniana no córtex Motor primário por on-line abordagem combinada com estimulação magnética transcraniana

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