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

Författarna vill tacka Hannah Zamore, Emily Saks och Josh Searle för deras hjälp med att etablera denna operant strategi skiftande paradigm i Grafe lab. De vill också tacka Kevin Snyder för hans hjälp med MATLAB-koden för analys.

Alla förfaranden i denna studie godkändes av Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) vid Bryn Mawr College. Få IACUC eller på annat sätt tillämpligt myndighetsgodkännande innan du beställer försöksdjur och påbörjar försök.
1. Beredning av djur
<ol><li>Förvärva manliga och kvinnliga vuxna Sprague Dawley råttor. OBS: Råttorna kan levereras före 65 dagars ålder, men påbörja inte procedurer förrän efter denna punkt för att säkerställa att både hanar oc...

Protokollet visar hur man mäter effekterna av stress på kognitiv funktion. Specifikt används ett modifierat operant strategiskiftesparadigm hos gnagare, som mäter kognitiv flexibilitet (analogt med Wisconsin Card Sorting Task hos människor)1. Kognitiv flexibilitet betecknar förmågan att anpassa kognitiva bearbetningsstrategier för att möta nya förhållanden i miljön, och det är avgörande för normal daglig funktion2. Eftersom mänskliga studier om kognitiv flex...

Hos människor kan stressiga livshändelser försämra kognitiv funktion (dvs kognitiv flexibilitet1), vilket betecknar förmågan att anpassa kognitiva bearbetningsstrategier för att möta nya förhållanden i miljön2. Försämring av kognition fäller ut och förvärrar många psykiatriska störningar, såsom posttraumatiskt stressyndrom (PTSD) och egentlig depression (MDD)3,4. Dessa störningar är dubbelt så utbredda hos kvinnor5,6,7,8, men den biologiska grunden för denna skillnad är fortfarande okänd. Aspekter av verkställande funktion hos människor kan bedömas med hjälp av Wisconsin Card Sorting Task, en demonstration av kognitiv flexibilitet2. Prestanda i denna uppgift är nedsatt hos patienter med PTSD9 och MDD10, men den neurala grunden för denna förändring kan endast undersökas av hjärnavbildning11.
Framsteg i förståelsen av hur stress påverkar hjärnan har gjorts genom användning av djurmodeller, särskilt gnagare. Eftersom kognitiv flexibilitet påverkas vid stressrelaterade sjukdomar är det en exceptionellt relevant fenotyp att undersöka hos gnagare. Hittills har de flesta stressneurobiologisk litteratur använt ett alternativt kognitivt flexibilitetsparadigm (ibland kallat grävuppgiften)12,13,14,15. Även om denna uppgift har granskats i stor utsträckning, kräver det mer tid och ansträngning av experimenteraren för att träna gnagare. Anpassad och beskriven här är ett väletablerat automatiserat set-shifting protokoll16 för att bedöma kognitiv flexibilitet hos manliga och kvinnliga Sprague Dawley råttor med olika stressmodeller17,18. Förfarandet kräver minimal tillsyn av experimenteraren och gör det möjligt att testa flera råttor samtidigt. Dessutom, till skillnad från andra versioner av denna automatiserade uppgift19, kräver anpassningen av detta paradigm bara 3 dagars utbildning och inkluderar en effektiv programmerad dataanalys.
Huruvida stress förbättrar eller försämrar kognitiv funktion beror på stressorns typ, intensitet och varaktighet, liksom stressorns timing i förhållande till lärande eller genomförande av en kognitiv uppgift20,21. Protokollet innehåller således stressprocedurer både före och efter operantutbildningen. Den undersöker också representativa resultat från stressstudier. Dessutom har de hjärnregioner som ligger till grund för särskilda aspekter av börsförskjutning varit väletablerade2,16,22; Därför beskriver rapporten också hur man kan rikta in sig på och bedöma vissa hjärnregioner under eller efter stress- och strategiförskjutningsförfarandena.
Det har funnits begränsad forskning om att direkt undersöka könsskillnader i kognitiv flexibilitet18,23.  Protokollet beskriver hur man 1) införlivar både hanråttor och honråttor i det experimentella paradigmet, sedan 2) spårar estrouscykler före och under procedurerna hos fritt cyklande honor. Tidigare studier har visat att stress före operantträning kan leda till könsspecifika underskott i kognitiv flexibilitet hos råttor17. Särskilt honråttor uppvisar störningar i kognitiv flexibilitet efter stress, medan kognitiv flexibilitet förbättras hos hanråttor efter stress17. Intressant nog är ett viktigt kännetecken för stressrelaterade psykiatriska störningar, som har en könsfördomsfördom hos människor, kognitiv inflexibilitet. Dessa resultat tyder på att kvinnor kan vara mer sårbara för denna typ av kognitiv svikt än män. Användningen av dessa tekniker i djurmodeller kommer att kasta ljus över effekterna av stress på hjärnan och hur det försämrar kognition vid psykiatriska störningar hos människor.

<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 påverkar kognitiv funktion. Huruvida stress förbättrar eller försämrar kognitiv funktion beror på flera faktorer, inklusive 1) typ, intensitet och varaktighet av stressorn; 2) typ av kognitiv funktion under studie; och 3) tidpunkt för stressorn i förhållande till lärande eller utförande av den kognitiva uppgiften. Dessutom har könsskillnader mellan effekterna av stress på kognitiv funktion dokumenterats i stor utsträckning. Beskrivs här är en anpassning av en automatiserad operant strategi skiftande paradigm för att bedöma hur variationer i stress påverkar kognitiv flexibilitet hos manliga och kvinnliga Sprague Dawley råttor. Specifikt används återhållsamhetsstress före eller efter träning i denna operantbaserade uppgift för att undersöka hur stress påverkar kognitiv prestanda hos båda könen. Särskilda hjärnområden som är associerade med varje uppgift i detta automatiserade paradigm har varit väletablerade (dvs. den mediala prefrontala cortexen och orbitofrontal cortex). Detta möjliggör riktade manipuleringar under experimentet eller bedömning av vissa gener och proteiner i dessa regioner efter slutförandet av paradigmet. Detta paradigm möjliggör också detektering av olika typer av prestandafel som uppstår efter stress, som var och en har definierat neurala substrat. Också identifierade är distinkta könsskillnader i framhärdande fel efter en upprepad återhållsamhet stress paradigm. Användningen av dessa tekniker i en preklinisk modell kan avslöja hur stress påverkar hjärnan och försämrar kognition vid psykiatriska störningar, såsom posttraumatiskt stressyndrom (PTSD) och egentlig depression (MDD), som visar markanta könsskillnader i prevalens.

Det anpassade automatiserade operant strategiskifte paradigmet som beskrivs ovan användes för att avgöra om upprepad återhållsamhet stress påverkar kognition hos manliga och kvinnliga Sprague Dawley råttor. Representativa beteendedata beskrivs i figur 2 nedan. Kort sagt, kontroll och upprepade gånger återhållna råttor utförde detta operant strategi skiftande test, som bestod av en rad uppgifter: sidodiskriminering, sidovändning och lätt diskriminering.
<p class="jove_conten...

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

Stressiga livshändelser försämrar kognitiv funktion, vilket ökar risken för psykiatriska störningar. Detta protokoll illustrerar hur stress påverkar kognitiv flexibilitet med hjälp av en automatiserad operant strategi skiftande paradigm i manliga och kvinnliga Sprague Dawley råttor. Specifika hjärnområden som ligger till grund för särskilda beteenden diskuteras och resultatens translationella relevans utforskas.

Bedömning av stresseffekter på kognitiv flexibilitet med hjälp av ett operantstrategiskifte paradigm

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 kongruens Task som ett sätt att få en objektiv Behavioral Mät i gummihand 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

Uppmärksamhets Set Shifting Uppgift: Ett mått på kognitiv flexibilitet hos möss

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

Att undersöka effekterna av Neuroleptika och Schizotypy på N400 Använda händelserelaterade Potentialer och semantiska 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 att undersöka Störningar i arbets minne av distraktioner och avbrott

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

Operanta förfaranden för att bedöma Behavioral Flexibilitet i råttor

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

Att bedöma effekterna av musik Lyssna på psyko stress i det dagliga livet

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

Nya varianter för strategi som skiftande i råtta

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

Eye Tracking under visuellt ligger språkförståelse: Flexibilitet och begränsningar i avslöjande visuella sammanhang 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

Med ett klassrumsbaserade Deese Roediger McDermott Paradigm att bedöma effekterna av bilderna på falska minnen

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

Experimentella Paradigm för att mäta effekterna av själv avståndstagande hos unga 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 ...