Name: assessment of stress effects on cognitive flexibility using an operant strategy shifting paradigm
Uploaded: 2020-05-04T15:00:00
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Die Autoren danken Hannah Zamore, Emily Saks und Josh Searle für ihre Hilfe bei der Etablierung dieses operanten Strategiewechsel-Paradigmas im Grafe-Labor. Sie möchten auch Kevin Snyder für seine Hilfe mit dem MATLAB-Code für die Analyse danken.

Alle Verfahren in dieser Studie wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) am Bryn Mawr College genehmigt. Holen Sie die IACUC- oder anderweitig anwendbare behördliche Genehmigung ein, bevor Sie Labortiere bestellen und mit den Versuchen beginnen.
1. Tierpräparation
<ol><li>Erwerben Sie männliche und weibliche erwachsene Sprague Dawley Ratten. HINWEIS: Die Ratten können vor dem Alter von 65 Tagen entbunden werden, beginnen jedoch erst nach diesem Zeitpunkt mit den...

Das Protokoll zeigt, wie die Auswirkungen von Stress auf die kognitive Funktion gemessen werden können. Insbesondere wird bei Nagetieren ein modifiziertes operatives Strategiewechselparadigma verwendet, das die kognitive Flexibilität misst (analog zur Wisconsin Card Sorting Task beim Menschen)1. Kognitive Flexibilität bezeichnet die Fähigkeit, kognitive Verarbeitungsstrategien an neue Bedingungen in der Umwelt anzupassen, und sie ist entscheidend für das normale tägliche Funktionieren<sup cl...

Beim Menschen können stressige Lebensereignisse die kognitive Funktion beeinträchtigen (d.h. kognitive Flexibilität1), was die Fähigkeit bezeichnet, kognitive Verarbeitungsstrategien an neue Bedingungen in der Umwelt anzupassen2. Eine Beeinträchtigung der Kognition beschleunigt und verschlimmert viele psychiatrische Störungen wie posttraumatische Belastungsstörung (PTBS) und Major Depressive Disorder (MDD)3,4. Diese Störungen sind bei den Frauen5, 6,7,8doppelt so häufig, doch die biologische Grundlage für diese Ungleichheit bleibt unbekannt. Aspekte der exekutiven Funktion beim Menschen können mit der Wisconsin Card Sorting Task, einer Demonstration der kognitiven Flexibilität2,bewertet werden. Die Leistung bei dieser Aufgabe ist bei Patienten mit PTBS9 und MDD10beeinträchtigt, aber die neuronalen Grundlagen dieser Veränderung können nur durch Bildgebung des Gehirns untersucht werden11.
Fortschritte im Verständnis, wie sich Stress auf das Gehirn auswirkt, wurden durch die Verwendung von Tiermodellen, insbesondere Nagetieren, erzielt. Da die kognitive Flexibilität bei stressbedingten Erkrankungen beeinträchtigt ist, ist es ein außergewöhnlich relevanter Phänotyp, der bei Nagetieren untersucht werden muss. Bis heute hat die meiste Stress-Neurobiologie-Literatur ein alternatives kognitives Flexibilitätsparadigma verwendet (manchmal auch als Grabaufgabe bezeichnet)12,13,14,15. Während diese Aufgabe ausführlich überprüft wurde, erfordert es mehr Zeit und Mühe vom Experimentator, Nagetiere zu trainieren. Angepasst und beschrieben ist hier ein gut etabliertes automatisiertes Set-Shifting-Protokoll16 zur Beurteilung der kognitiven Flexibilität bei männlichen und weiblichen Sprague-Dawley-Ratten unter Verwendung verschiedener Stressmodelle17,18. Das Verfahren erfordert eine minimale Aufsicht durch den Experimentator und ermöglicht es, mehrere Ratten gleichzeitig zu testen. Darüber hinaus erfordert die Anpassung dieses Paradigmas im Gegensatz zu anderen Versionen dieser automatisierten Aufgabe19nur 3 Tage Training und beinhaltet eine effiziente programmierte Datenanalyse.
Ob Stress die kognitive Funktion verbessert oder beeinträchtigt, hängt von der Art, Intensität und Dauer des Stressors sowie dem Zeitpunkt des Stressors in Bezug auf das Lernen oder Ausführen einer kognitiven Aufgabeab 20,21. Daher beinhaltet das Protokoll Stressverfahren sowohl vor als auch nach dem Operandentraining. Es untersucht auch repräsentative Ergebnisse aus Stressstudien. Darüber hinaus sind die Gehirnregionen, die bestimmten Aspekten der Mengenverschiebung zugrundeliegen,gut etabliert2,16,22; Daher beschreibt der Bericht auch, wie bestimmte Gehirnregionen während oder nach den Stress- und Strategiewechselverfahren gezielt und bewertet werden können.
Es gibt nur begrenzte Forschung zur direkten Untersuchung von Geschlechtsunterschieden in der kognitiven Flexibilität18,23.  Das Protokoll beschreibt, wie 1) sowohl männliche als auch weibliche Ratten in das experimentelle Paradigma einbezogen werden können, dann 2) Östruszyklen vor und während der Verfahren bei frei kreisenden Weibchen verfolgt werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass Stress vor dem operativen Training bei Ratten zu geschlechtsspezifischen Defiziten in der kognitiven Flexibilität führen kann17. Insbesondere weibliche Ratten zeigen Störungen der kognitiven Flexibilität nach Stress, während sich die kognitive Flexibilität bei männlichen Ratten nach Stress verbessert17. Interessanterweise ist ein Hauptmerkmal stressbedingter psychiatrischer Störungen, die beim Menschen eine geschlechtsspezifische Inzidenz aufweisen, die kognitive Inflexibilität. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Frauen anfälliger für diese Art von kognitiver Beeinträchtigung sein können als Männer. Die Verwendung dieser Techniken in Tiermodellen wird Aufschluss über die Auswirkungen von Stress auf das Gehirn geben und wie er die Kognition bei psychiatrischen Störungen beim Menschen beeinträchtigt.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:895px;" width="893">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">3 inch glass pipette eye droppers</td>
			<td style="width:201px;">Amazon</td>
			<td style="width:161px;">4306-30-012LC</td>
			<td style="width:197px;">For vaginal lavage</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Alcohol Wipes</td>
			<td style="width:201px;">VWR</td>
			<td>15648-990</td>
			<td>To clean trays in set shifting boxes between rats</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Biotin-SP-conjugated AffiniPure Donkey Anti-Mouse lgG (H+L), minimal cross reaction to bovine, chicken, goat, guinea pig, hamster, horse, human, rabbit, sheep serum proteins</td>
			<td style="width:201px;">Jackson ImmunoResearch</td>
			<td style="width:161px;">715-065-150</td>
			<td>All other DAB protocol staining materials are standard buffers/DAB and are not specified here, as this is not the main focus of the methods paper</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">C-fos mouse monoclonal primary antibody</td>
			<td style="width:201px;">AbCam</td>
			<td>ab208942</td>
			<td>To stain neural activation in brain areas after set shifting</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Dustless Food Pellets</td>
			<td style="width:201px;">Bio Serv</td>
			<td>F0021</td>
			<td>For set shifting boxes (dispenser for reward)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">GraphPad Prism</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Used for data analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Leica DM4 B Microscope and associated imaging software</td>
			<td style="width:201px;">Leica</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Lots of different parts for the microscope and work station, for imaging lavage and/or cfos</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">MatLab</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>Software; code to help analyze set shifting data, available upon request.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Med-PC Software Suite</td>
			<td style="width:201px;">Med Associates</td>
			<td style="width:161px;">SOF-736</td>
			<td>Software; uses codes to operate operant chambers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Operant Chambers</td>
			<td style="width:201px;">Med PC</td>
			<td>MED-008-B2</td>
			<td>Many different parts for the chamber set up and software to work with it; we also wrote a separate code for set shifting, available upon request.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Rat Bedding</td>
			<td style="width:201px;">Envigo</td>
			<td>T.7097</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Rat Chow</td>
			<td style="width:201px;">Envigo</td>
			<td>T.2014.15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Restraint Devices</td>
			<td style="width:201px;">Bryn Mawr College</td>
			<td style="width:161px;">Made by our shop</td>
			<td>For stress exposure; specifications available upon request.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Scribbles 3d fabric paint</td>
			<td style="width:201px;">Amazon</td>
			<td>54139</td>
			<td>For vaginal lavage</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:335px;">Sprague Dawley Rats</td>
			<td style="width:201px;">Envigo</td>
			<td style="width:161px;"></td>
			<td>At least D65 Males and Females</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">VWR Superfrost Plus Micro Slide</td>
			<td style="width:201px;">VWR</td>
			<td>48311-703</td>
			<td>For vaginal lavage and/or brain slices/staining for c-fos</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of stress effects on cognitive flexibility using an operant strategy shifting paradigm

Stress beeinflusst die kognitive Funktion. Ob Stress die kognitive Funktion verbessert oder beeinträchtigt, hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich der 1) Art, Intensität und Dauer des Stressors; 2) Art der untersuchten kognitiven Funktion; und 3) Timing des Stressors in Bezug auf das Lernen oder Ausführen der kognitiven Aufgabe. Darüber hinaus wurden Geschlechtsunterschiede zwischen den Auswirkungen von Stress auf die kognitive Funktion umfassend dokumentiert. Hier beschrieben ist eine Adaption eines automatisierten operanten Strategiewechsel-Paradigmas, um zu beurteilen, wie sich Stressschwankungen auf die kognitive Flexibilität bei männlichen und weiblichen Sprague-Dawley-Ratten auswirken. Insbesondere wird Zurückhaltungsstress vor oder nach dem Training in dieser operantenbasierten Aufgabe verwendet, um zu untersuchen, wie sich Stress auf die kognitive Leistungsfähigkeit bei beiden Geschlechtern auswirkt. Bestimmte Gehirnareale, die mit jeder Aufgabe in diesem automatisierten Paradigma assoziiert sind, sind gut etabliert (d.h. der mediale präfrontale Kortex und der orbitofrontale Kortex). Dies ermöglicht gezielte Manipulationen während des Experiments oder die Beurteilung bestimmter Gene und Proteine in diesen Regionen nach Abschluss des Paradigmas. Dieses Paradigma ermöglicht auch die Erkennung verschiedener Arten von Leistungsfehlern, die nach Stress auftreten und jeweils über definierte neuronale Substrate verfügen. Ebenfalls identifiziert wurden deutliche Geschlechtsunterschiede bei ausdauernden Fehlern nach einem wiederholten Zurückhaltungsstressparadigma. Die Verwendung dieser Techniken in einem präklinischen Modell kann zeigen, wie sich Stress auf das Gehirn auswirkt und die Kognition bei psychiatrischen Störungen wie posttraumatischer Belastungsstörung (PTBS) und schwerer depressiver Störung (MDD) beeinträchtigt, die deutliche Geschlechtsunterschiede in der Prävalenz aufweisen.

Das oben beschriebene angepasste paradigma des automatisierten paradigma des strategiewechsels wurde verwendet, um festzustellen, ob wiederholter Zurückhaltungsstress die Kognition bei männlichen und weiblichen Sprague-Dawley-Ratten beeinflusst. Repräsentative Verhaltensdaten sind in Abbildung 2 unten beschrieben. Kurz gesagt, Kontroll- und wiederholt zurückgehaltene Ratten führten diesen operanten Strategiewechseltest durch, der aus einer Reihe von Aufgaben bestand: Seitenunterscheidun...

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Assessment of Stress Effects on Cognitive Flexibility using an Operant Strategy Shifting Paradigm

Stressige Lebensereignisse beeinträchtigen die kognitive Funktion und erhöhen das Risiko psychiatrischer Störungen. Dieses Protokoll veranschaulicht, wie Stress die kognitive Flexibilität beeinflusst, indem ein automatisiertes paradigmatisches Paradigma der operanten Strategie bei männlichen und weiblichen Sprague-Dawley-Ratten verwendet wird. Spezifische Gehirnbereiche, die bestimmten Verhaltensweisen zugrunde liegen, werden diskutiert und die translationale Relevanz der Ergebnisse untersucht.

Bewertung von Stresseffekten auf die kognitive Flexibilität anhand eines operanten Strategiewechsel-Paradigmas

Stress affects cognitive function. Whether stress enhances or impairs cognitive function depends on several factors, including the 1) type, intensity, and ...

Research

JoVE Journal

Behavior

The Crossmodal Congruency Task as a Means to Obtain an Objective Behavioral Measure in the Rubber Hand Illusion Paradigm

Die Kongruenz Crossmodale Aufgabe als ein Mittel zum Ziel Behavioral Messen in der Rubber Hand Illusion Paradigm erhalten

The rubber hand illusion (RHI) is a popular experimental paradigm. Participants view touch on an artificial rubber hand while the participants' own hidden ...

Forschung

Verhalten

The Attentional Set Shifting Task: A Measure of Cognitive Flexibility in Mice

Die Aufmerksamkeits Set Shifting Aufgabe: Eine Messung der kognitiven Flexibilität bei Mäusen

Cognitive impairment, particularly involving dysfunction of circuitry within the prefrontal cortex (PFC), represents a core feature of many ...

Investigating the Effects of Antipsychotics and Schizotypy on the N400 Using Event-Related Potentials and Semantic Categorization

Untersuchung der Auswirkungen von Antipsychotika und Schizotypie auf der N400 Mit Ereignis-korrelierte Potenziale und Semantic Kategorisierung

Within the field of cognitive neuroscience, functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a popular method of visualizing brain function. This is in ...

A Cognitive Paradigm to Investigate Interference in Working Memory by Distractions and Interruptions

A Cognitive Paradigm zu Störungen im Arbeitsgedächtnis von Ablenkungen und Unterbrechungen Untersuchen

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Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats

Operante Verfahren zur Bewertung der Verhaltensflexibilität bei Ratten

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Assessing the Effects of Music Listening on Psychobiological Stress in Daily Life

Die Bewertung der Auswirkungen von Musik hören über psychobiologische Belastungs im täglichen Leben

Music listening is associated with stress-reducing effects. However, most of the results on music listening and stress were gathered in experimental ...

New Variations for Strategy Set-shifting in the Rat

Neue Variationen für Strategie-Verschiebung in der Ratte

Behavioral flexibility is crucial for survival in changing environments. Broadly defined, behavioral flexibility requires a shift of behavioral strategy ...

Eye Tracking During Visually Situated Language Comprehension: Flexibility and Limitations in Uncovering Visual Context Effects

Eyetracking während visuell liegt Sprachverständnis: Flexibilität und Einschränkungen bei der Aufdeckung visuellen Kontext Effekte

The present work is a description and an assessment of a methodology designed to quantify different aspects of the interaction between language processing ...

Using a Classroom-Based Deese Roediger McDermott Paradigm to Assess the Effects of Imagery on False Memories

Ein Klassenzimmer-basierte Pseudoerinnerungen Roediger McDermott Paradigma bei der Beurteilung der Auswirkungen von Bilddaten auf falsche Erinnerungen

Associated word list procedures can elicit false memories in predictable ways by inducing associative processing, thus making it harder to monitor the ...

Experimental Paradigm for Measuring the Effects of Self-distancing in Young Children

Experimentelles Paradigma für die Messung der Auswirkungen selbst zu distanzieren, bei Kleinkindern

Self-distancing (i.e., creating mental distance between the self and a stimulus by adopting a less egocentric perspective) has been studied as a way to ...