Name: assessment of stress effects on cognitive flexibility using an operant strategy shifting paradigm
Uploaded: 2020-05-04T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessment of Stress Effects on Cognitive Flexibility using an Operant Strategy Shifting Paradigm at JoVE.com

Forfatterne vil takke Hannah Zamore, Emily Saks og Josh Searle for deres hjelp til å etablere denne operaniske strategien som skifter paradigme i Grafe-laboratoriet. De vil også takke Kevin Snyder for hans hjelp med MATLAB-koden for analyse.

Alle prosedyrene i denne studien ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) ved Bryn Mawr College. Få IACUC eller på annen måte gjeldende forskriftsmessig godkjenning før bestilling av forsøksdyr og begynne å eksperimentere.
1. Dyreforberedelse
<ol><li>Skaff mannlige og kvinnelige voksne Sprague Dawley rotter. MERK: Rottene kan leveres før 65 dager, men ikke begynn prosedyrene før etter dette punktet for å sikre at både menn og kvinner er fullt modne.</...

Protokollen viser hvordan man måler effekten av stress på kognitiv funksjon. Spesielt brukes et modifisert operant strategiskifteparadigme hos gnagere, som måler kognitiv fleksibilitet (analogt med Wisconsin Card Sorting Task hos mennesker)1. Kognitiv fleksibilitet betegner evnen til å tilpasse kognitive behandlingsstrategier for å møte nye forhold i miljøet, og det er avgjørende for normal daglig funksjon2. Ettersom menneskelige studier på kognitiv fleksibilitet f...

Hos mennesker kan stressende livshendelser svekke kognitiv funksjon (dvs. kognitiv fleksibilitet1), som betegner evnen til å tilpasse kognitive behandlingsstrategier for å møte nye forhold i miljøet2. Svekkelse i kognisjon utfeller og forverrer mange psykiatriske lidelser, for eksempel posttraumatisk stresslidelse (PTSD) og Major Depressive Disorder (MDD)3,4. Disse lidelsene er dobbelt så utbredt hos kvinner5,6,7,8, men det biologiske grunnlaget for denne forskjellen forblir ukjent. Aspekter ved utøvende funksjon hos mennesker kan vurderes ved hjelp av Wisconsin Card Sorting Task, en demonstrasjon av kognitiv fleksibilitet2. Ytelsen i denne oppgaven er svekket hos pasienter med PTSD9 og MDD10, men det nevrale grunnlaget for denne endringen kan bare undersøkes ved hjerneavbildning11.
Fremskritt i å forstå hvordan stress påvirker hjernen har blitt gjort gjennom bruk av dyremodeller, spesielt gnagere. Ettersom kognitiv fleksibilitet påvirkes i stressrelaterte sykdommer, er det en usedvanlig relevant fenotype å undersøke hos gnagere. Til dags dato har de fleste stress nevrobiologi litteratur brukt et alternativt kognitivt fleksibilitetsparadigme (noen ganger referert til som graveoppgaven)12,13,14,15. Mens denne oppgaven har blitt grundig undersøkt, krever det mer tid og krefter av eksperimentet for å trene gnagere. Tilpasset og beskrevet her er en veletablert automatisert set-shifting protokoll16 for å vurdere kognitiv fleksibilitet hos mannlige og kvinnelige Sprague Dawley rotter ved hjelp av ulike stressmodeller17,18. Prosedyren krever minimal tilsyn av eksperimentet og gjør det mulig å teste flere rotter samtidig. I tillegg, i motsetning til andre versjoner av denne automatiserte oppgaven19, krever tilpasningen av dette paradigmet bare 3 dagers opplæring og inkluderer en effektiv programmert dataanalyse.
Hvorvidt stress forbedrer eller forringer kognitiv funksjon, avhenger av stressorens type, intensitet og varighet, samt tidspunktet for stressoren i forhold til læring eller utførelse av en kognitiv oppgave20,21. Dermed inneholder protokollen stressprosedyrer både før og etter operantopplæringen. Den undersøker også representative resultater fra stressstudier. I tillegg har hjerneregionene som ligger til grunn for bestemte aspekter ved set-shifting vært veletablerte2,16,22; Rapporten beskriver derfor også hvordan man målretter og vurderer bestemte hjerneregioner under eller etter stress- og strategiskifteprosedyrene.
Det har vært begrenset forskning på direkte undersøkelse av kjønnsforskjeller i kognitiv fleksibilitet18,23.  Protokollen beskriver hvordan man 1) inkorporerer både mannlige og kvinnelige rotter i det eksperimentelle paradigmet, deretter 2) sporer østrogensykluser før og under prosedyrene hos fritt syklende kvinner. Tidligere studier har indikert at stress før operant trening kan føre til kjønnsspesifikke underskudd i kognitiv fleksibilitet hos rotter17. Spesielt viser kvinnelige rotter forstyrrelser i kognitiv fleksibilitet etter stress, mens kognitiv fleksibilitet forbedres hos hannrotter etter stress17. Interessant nok er et stort kjennetegn på stressrelaterte psykiatriske lidelser, som har en sex-partisk forekomst hos mennesker, kognitiv ufleksibilitet. Disse resultatene tyder på at kvinner kan være mer sårbare for denne typen kognitiv svikt enn menn. Bruken av disse teknikkene i dyremodeller vil belyse effekten av stress på hjernen og hvordan den svekker kognisjon hos psykiatriske lidelser hos mennesker.

<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 påvirker kognitiv funksjon. Hvorvidt stress forbedrer eller svekker kognitiv funksjon avhenger av flere faktorer, inkludert 1) type, intensitet og varighet av stressoren; 2) type kognitiv funksjon under studie; og 3) tidspunktet for stressoren i forhold til å lære eller utføre den kognitive oppgaven. Videre har kjønnsforskjeller mellom effekten av stress på kognitiv funksjon blitt mye dokumentert. Beskrevet her er en tilpasning av en automatisert operant strategi skiftende paradigme for å vurdere hvordan variasjoner i stress påvirker kognitiv fleksibilitet hos mannlige og kvinnelige Sprague Dawley rotter. Spesielt brukes selvbeherskelsesstress før eller etter trening i denne operantbaserte oppgaven for å undersøke hvordan stress påvirker kognitiv ytelse hos begge kjønn. Spesielle hjerneområder knyttet til hver oppgave i dette automatiserte paradigmet har vært veletablerte (dvs. medial prefrontal cortex og orbitofrontal cortex). Dette muliggjør målrettede manipulasjoner under eksperimentet eller vurdering av bestemte gener og proteiner i disse regionene etter ferdigstillelse av paradigmet. Dette paradigmet tillater også påvisning av forskjellige typer ytelsesfeil som oppstår etter stress, som hver har definert nevrale substrater. Også identifisert er distinkte kjønnsforskjeller i utholdenhetsfeil etter et gjentatt selvbeherskelsesstressparadigme. Bruken av disse teknikkene i en preklinisk modell kan avdekke hvordan stress påvirker hjernen og svekker kognisjon i psykiatriske lidelser, som posttraumatisk stresslidelse (PTSD) og stor depressiv lidelse (MDD), som viser markerte kjønnsforskjeller i utbredelse.

Det tilpassede automatiserte operantstrategiforskyvningsparadigmet som er skissert ovenfor, ble brukt til å avgjøre om gjentatt selvbeherskelsesstress påvirker kognisjon hos mannlige og kvinnelige Sprague Dawley-rotter. Representative atferdsdata er beskrevet i figur 2 nedenfor. Kort sagt, kontroll og gjentatte ganger beherskede rotter utførte denne operant strategiskiftetesten, som besto av en rekke oppgaver: sidediskriminering, side reversering og lett diskriminering.
<p class="jov...

Watch this Scientific Journal Video about Assessment of Stress Effects on Cognitive Flexibility using an Operant Strategy Shifting Paradigm at JoVE.com

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

Stressende livshendelser svekker kognitiv funksjon, noe som øker risikoen for psykiatriske lidelser. Denne protokollen illustrerer hvordan stress påvirker kognitiv fleksibilitet ved hjelp av et automatisert operant strategiskiftende paradigme hos mannlige og kvinnelige Sprague Dawley-rotter. Spesifikke hjerneområder som ligger til grunn for bestemt atferd diskuteres, og translasjonell relevans av resultater utforskes.

Vurdering av stresseffekter på kognitiv fleksibilitet ved hjelp av et operant strategiskiftende paradigme

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

Den Crossmodal congruency Task som et middel for å oppnå et mål Behavioral Mål for Gummi Hånd Illusion Paradigm

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

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

Oppmerksomheten Set Shifting Oppgave: Et mål på kognitiv Fleksibilitet i Mus

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

Gransker effekten av antipsykotika og Schizotypy på N400 Bruke event-relaterte potensialer og semantisk Kategorisering

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

En Kognitiv Paradigm å undersøke Forstyrrelser i Working Memory av distraksjoner og avbrudd

Goal-directed behavior is often impaired by interference from the external environment, either in the form of distraction by irrelevant information that ...

Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats

Operante prosedyrer for å vurdere Behavioral Fleksibilitet i Rats

Executive functions consist of multiple high-level cognitive processes that drive rule generation and behavioral selection. An emergent property of these ...

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

Vurdere effekten av musikk Lytte på psychobiological stress i dagliglivet

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

Nye variasjoner for Strategi Set-skiftende i Rat

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

Øye sporing under visuelt ligger språk forståelse: Fleksibilitet og begrensninger i avdekke visuell kontekst effekter

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

Bruke et klasserom-baserte Deese Roediger McDermott paradigme å vurdere effekten av bilder på falske minner

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

Eksperimentell paradigmet for å måle effekten av selv distansering i små barn

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 ...