쥐의 행동 유연성을 평가하기위한 조작 적 절차

다음 실험의 전반적인 목적은 자동화된 조작적 조건 형성 방법을 사용하여 쥐의 세트 전환(set shifting) 및 역전 학습(reversal learning)을 포함한 행동 유연성을 평가하는 것입니다. 이를 위해 먼저 동물들이 레버의 돌출과 후퇴에 익숙해지고 일관된 반응을 보이도록 레버 누르기 행동에 대한 사전 훈련을 수행합니다. 그 다음, 동물들을 대상으로 원하는 순서의 첫 번째 과제에 대한 테스트를 진행합니다.

예를 들어, 단서-반응 시퀀스에서의 시각적 단서 식별은 동물이 식별 규칙을 학습하는 능력을 확립합니다. 그 후, 동물이 한 규칙에서 다른 규칙으로 전환하는 능력인 행동 유연성을 평가하기 위해, 해당 시퀀스의 두 번째 과제에 대해 테스트를 수행합니다. 결과는 다양한 약물학적 또는 해부학적 조작에 따라 행동 유연성의 서로 다른 측면에 미치는 영향을 보여줍니다.

미로 기반의 과제나 굴착 과제와 같은 기존 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 자극 제어와 표준화 수준이 더 높으며, 데이터 수집 속도가 크게 향상된다는 점입니다. 실험 절차 시연은 저희 실험실의 학부생인 Bradley Roberts가 진행하며, 쥐를 대상으로 한 행동 유연성 테스트를 수행할 것입니다. 중앙의 강화물 전달 구역 양측에 최소 두 개의 개폐식 레버가 설치되어 있고, 각 레버 상단에 자극 표시등이 하나씩 배치되어 있으며, 하우스 라이트와 강화물 디스펜서가 갖춰진 조작 챔버를 사용하십시오.

하우스 라이트가 자극 광의 검출을 방해하지 않으면서 챔버 전체를 비추도록 하십시오. 강화물로는 45 milligrams sucrose pellet과 같이 기호성이 좋은 먹이를 사용하십시오. 자극 제시, 레버 작동 및 데이터 수집은 컴퓨터 인터페이스를 통해 제어하십시오.

쥐의 사전 훈련에 관한 자세한 내용은 텍스트 프로토콜을 참조하십시오. 텍스트 프로토콜의 지침에 따라 쥐가 레버의 확장 및 수축에 익숙해지도록 하고, 과제의 주요 테스트 단계로 넘어가기 전까지 누락 횟수가 비교적 적은지 확인하기 위해 수축 가능 레버 훈련 세션을 실시합니다. 각 시행 동안 어느 레버를 확장할지 결정하며, 왼쪽 레버 시행 45회와 오른쪽 레버 시행 45회가 되도록 하되 2회 연속으로 같은 레버를 확장하지 않는 의사 무작위 순서로 레버 확장을 교대로 진행합니다.

동일한 레버를 제시하고, 선택된 레버를 확장합니다. 동물이 10초 이내에 레버를 누르면 강화물을 제공하며, 10초가 지나면 레버를 회수합니다. 동물이 10초 이내에 반응하지 않으면 레버를 회수하고 누락으로 기록합니다.

전략 전환을 위한 두 가지 가능한 테스트 시퀀스 중 하나인 대기-반응 시퀀스(queue to response sequence)를 테스트하기 위해, 정해진 일수 동안 또는 동물이 이틀 연속으로 누락 횟수가 5회 이하라는 최소 기준을 충족할 때까지 30분간의 접이식 레버 훈련 세션을 계속합니다. Q 과제에 대한 동물 테스트를 시작하십시오. 이 과제는 조명 자극등 아래에 있는 레버에 반응하도록 동물을 강화하며, 시퀀스 내의 설정 과제(set task)입니다.

각 시행의 시작 시 두 레버를 모두 후퇴시킨 상태에서 왼쪽 또는 오른쪽 자극등 중 하나를 3초 동안 점등합니다. 그 후 두 레버를 챔버 내부로 10초 동안 또는 반응이 나타날 때까지 밀어 넣습니다. 어느 레버에서든 반응이 나타나면, 신호가 켜진 레버에 올바른 반응을 보인 경우에만 강화합니다.

레버를 회수합니다. 세션 전반에 걸쳐 20초마다 시험을 시작합니다. 동일한 자극이 2회 연속으로 나타나지 않도록 시험 순서를 유사 무작위로 결정합니다.

빛을 조사합니다. 동물이 10회 연속 정답을 맞히고 최소 30회의 시행을 완료하거나, 기준에 도달하지 못한 채 150~200회의 시행을 완료할 때까지 테스트를 계속합니다. 다음 날, Q 과제에서 기준에 도달하면 동물을 반응 과제로 이동시킵니다. 이 반응 과제는 시퀀스 내의 전환 과제에 해당하며, 동물이 선호하는 방향의 반대편 레버를 눌렀을 때 보상을 제공합니다.

양쪽 레버가 모두 후퇴된 상태에서 시작되는 신호와 관계없이, 두 자극등 중 하나를 무작위로 3초 동안 점등한 다음, 양쪽 레버를 챔버 내로 10초 동안 또는 반응이 나타날 때까지 돌출시킵니다. 동물의 선호 방향 반대편에 위치한 정답 레버에 대한 반응만 강화하며, 어느 레버든 반응이 나타나면 레버를 후퇴시킵니다. 동물이 10회 연속 정답 반응이라는 기준에 도달할 때까지 시행을 반복합니다.

효율적인 전략 전환은 내측 전전두엽 피질에 의존합니다. 치료 첫째 날, 전전두엽 비활성화는 Q set 과제 수행 능력에 영향을 주지 않았습니다. 그러나 둘째 날의 전전두엽 비활성화는 반응 전환 과제 수행 능력을 유의하게 저하시켰으며, 이는 동물들이 기준 성능에 도달하기 위해 더 많은 시행 횟수가 필요했음을 의미합니다.

이와 대조적으로, 반응 역전 변별은 내측 전전두엽 피질에 의존하지 않는 것으로 나타났습니다. 역전 학습 당일에 전전두엽 피질을 불활성화한 동물들은 생리식염수를 주입한 동물들과 차이가 없었으며, 이는 내측 전전두엽 피질이 아니라 안와전두피질이 다양한 과제에서 역전 학습을 조절한다는 이전 연구 결과들을 뒷받침합니다. 리마인더 시행이 데이터 해석에 어떻게 도움이 될 수 있는지 보여주기 위해, 쥐들은 1일 차에 시각적 Q 규칙을 습득하였습니다.

둘째 날, 쥐에게 vehicle 또는 hallal peritol을 투여한 후, 반응 변별로 전환하기 전 첫째 날의 리마인더 시행(reminder trials)을 20회 실시하였습니다. 그 결과, hallal peritol 투여군에서 리마인더 시행 중 시각적 단서의 회복이 손상된 것으로 나타났습니다. 이후 hallal peritol 투여 쥐들은 기준치에 도달하는 데 필요한 시행 횟수가 더 적었으며, 만약 이전 규칙에 대한 기억이 실제로 손상되었음을 보여주는 리마인더 시행이 없었다면 이러한 결과는 세트 전환(set shifting) 능력이 향상된 것으로 해석되었을 수 있습니다.

행동 유연성과 실행 기능의 신경생물학적 기초를 탐구하기 위해, 이 절차에 해부학적, 환경적 또는 유전적 조작과 같은 다른 방법뿐만 아니라 생리학적 또는 화학적 기록 기술을 추가할 수 있습니다.