فرقة سيكلوجية الإنتباه مجموعة التحول: على قدر من المرونة الإدراكية في الفئران
Summary
والهدف من هذا البروتوكول هو لإجراء الفحص السلوكي مثل مجموعة الإنتباه تحويل المهام (AST) لتقييم الفص الجبهي المرونة بوساطة القشرة المعرفية في الفئران.
Abstract
Cognitive impairment, particularly involving dysfunction of circuitry within the prefrontal cortex (PFC), represents a core feature of many neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders, including depression, post-traumatic stress disorder, schizophrenia and autism spectrum disorder. Deficits in cognitive function also represent the most difficult symptom domain to successfully treat, as serotonin reuptake inhibitors and tricyclic antidepressants have only modest effects. Functional neuroimaging studies and postmortem analysis of human brain tissue implicate the PFC as being a primary region of dysregulation in patients with these disorders. However, preclinical behavioral assays used to assess these deficits in mouse models which can be readily manipulated genetically and could provide the basis for studies of new treatment avenues have been underutilized. Here we describe the adaptation of a behavioral assay, the attentional set shifting task (AST), to be performed in mice to assess prefrontal cortex mediated cognitive deficits. The neural circuits underlying behavior during the AST are highly conserved across humans, nonhuman primates and rodents, providing excellent face, construct and predictive validity.
Introduction
تم تطوير مجموعة الإنتباه تحويل المهام (AST) كمقياس للاهتمام والمرونة الإدراكية لدى الفئران أكثر من عشر سنوات 1،2. وعلى غرار AST بعد المكون intradimensional / extradimensional من كامبريدج العصبية اختبار البطارية الآلي (جامعة كيمبردج) الذي يستخدم لتحديد الخلل المعرفي في البشر والرئيسيات غير البشرية 3،4. في حين أن القدرة على تعلم القواعد البسيطة لا تزال على حالها، والعجز في التعلم لتعديل استجابة عندما تغيرت قواعد توجد في المرضى الذين يعانون من مجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية والنفسية (أي والفصام، واضطراب الوسواس القهري، والاكتئاب)، واضطرابات العصبية (أي، مرض باركنسون) ولدى المرضى الذين يعانون من آفات إلى القشرة قبل الجبهية 5. أكثر عموما، يتم وصف هؤلاء المرضى وجود عجز في المرونة الإدراكية. وقد ثبت عجز مماثلة في كل من الرئيسيات غير البشرية والقوارض عندما الآفات رس قشرة الفص الجبهي قد يسببها 1،6-8. هذا العجز تشير إلى وجود حالة من عدم المرونة الإدراكية أو ضعف القدرة على تحويل مجموعة الإنتباه.
يتم تشكيل مجموعة الإنتباه عندما يتعلم موضوع مجموعة من القواعد يمكن تطبيقها للمؤثرات معقدة من أجل التفريق ذات الصلة من الاشارات غير ذات صلة. على سبيل المثال، في AST، سوف حيوانات تعلم على الاهتمام والرد على جديلة ذات الصلة (أي حفر المتوسطة) وتجاهل جديلة لا صلة لها بالموضوع (أي رائحة)، قبل الاقتران مكافأة الطعام مع المتوسط. ثم يتم تدعيم هذه الشراكة في المهام اللاحقة حيث لا يزال نوع من حفر التغييرات المتوسطة ورائحة، ولكن الجمعية تقرن بين المتوسطة والثواب. هذه القاعدة عززت تشكل مجموعة المعرفي. مرحلتين ضمن بروتوكول AST قياس جوانب المرونة الإدراكية: الانعكاس والتحول خارج الأبعاد. في مرحلة الانعكاس، والمحفزات السلبية سابقا ضمن dimensio واحدن (المتوسطة في هذا المثال) هو الآن الإيجابية التي تتحدى الحيوان تجاهل المحفزات الإيجابية من المرحلة السابقة. على سبيل المثال، إذا كان يشعر المتوسطة حفر المحفزات الإيجابية في المرحلة السابقة، وكانت الورقة المحفزات السلبية، والآن العكس هو الصحيح. هذه التحديات المرونة الحيوان في ذلك يجب أن تحافظ على مجموعة الإنتباه (أي والمتوسطة هو البعد ذات الصلة)، في حين تغيير الحكم المستفادة من أجل تحفيز ومكافأة الزوج ضمن البعد. يتم الطعن في تشكيل مجموعة الإنتباه في خارج الأبعاد مرحلة التحول، عندما البعد غير ذي صلة (رائحة في هذا المثال) يصبح البعد ذات الصلة. رد مواظب، كما هو مبين من قبل استمرار خيار استخدام القاعدة تعلمت سابقا، في أي مرحلة يعكس عجزا في المرونة الإدراكية.
وقد أظهرت الدراسات الآفة في كل من الرئيسيات غير البشرية والقوارض مناطق معينة من القشرة قبل الجبهية يمكن أن يعزى إلى القدرة على الأداء الإقتصادي الأداءمكتب إدارة السجلات مراحل معينة من AST 1،9. الآفات إلى القشرة الأمامية المدارية (OFC)، ودون الإقليمية من قشرة الفص الجبهي (PFC)، وقد ثبت للحث على العجز في انعكاس التعلم على AST 8. بالإضافة إلى ذلك، والآفات إلى قشرة الفص الجبهي (MPFC) الرصاص وسطي لصعوبات محددة في أداء التحول خارج الأبعاد.
في حين تم إجراء العديد من الدراسات باستخدام AST في الفئران والقرود غير البشرية، وقد استخدمت قليل نسبيا AST كمقياس للوظيفة الادراك في الفئران. ونظرا لسهولة التلاعب الجيني في الفئران، والحاجة الماسة لقياس وظيفة قشرة الفص الجبهي في دراسة مجموعة متنوعة من الاضطرابات، والتكيف والتحقق من صحة هذا الإجراء السلوكي في الفئران هو إضافة مهمة للبحوث حول الأمراض المرتبطة ضعف PFC. بروتوكول مفصلة هنا هو تعديل لهذا الإجراء من قبل Birrell وبراون 1 الذي هو الأمثل لتطبيقها في الفئران ويعكس العديد من الماوس specifiج التعديلات التي تم الإبلاغ عنها سابقا 2،6،10-13.
Protocol
Representative Results
Discussion
العجز في المرونة الإدراكية بوساطة PFC تمثل العجز الكبيرة المرتبطة مع مجموعة متنوعة من الاضطرابات العصبية والنفسية العصبية، ويمكن أن يكون لها تأثير كبير على النتائج ونوعية حياة الأفراد الذين يعانون من هذه الاضطرابات. تعظيم الاستفادة من AST لاستخدامها في الفئران أمر حي…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا البحث من المنح المقدمة R01-MH090127، P30-MH089868 من المعهد الوطني للصحة العقلية وعدد الجائزة UL1TR001120 من المركز الوطني للنهوض بالحركة العلوم. المحتوى هو فقط من مسؤولية الكتاب ولا تمثل بالضرورة وجهة النظر الرسمية للNIMH أو NCATS. بالإضافة إلى ذلك، نود أن نعترف بامتنان الدكتور ديفيد Morilak لخبرته القيمة في توجيه تطوير طريقة المبكرة.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description | |
| Testing Chamber | Fabricated in-house, specifications can be found in protocol | |||
| 3 0z. Ramekins | BIA Cordon Bleu | 900002S12 | Purchased on amazon.com | |
| Essential Oils: | Fronteir Natural Products Co-Op | Purchased on http://www.frontiercoop.com/prodlist.php?ct=anpceoeo | ||
| Clove Bud | 191114 | |||
| Red Thyme | 191140 | |||
| Lemon | 190810 | |||
| Cinnamon Leaf | 191111 | |||
| Rosemary | 191133 | |||
| Citronella Java | 191112 | |||
| Vanilla in jojoba oil | 191231 | |||
| Anise Seed | 191102 | |||
| Ginger | 191121 | |||
| Nutmeg | 191161 | |||
| Filter Paper, 9.0 cm diameter | VWR International | 28310-048 | Purchased on https://us.vwr.com/ | |
| Digging Media | ||||
| Raffia | Ashland 8 oz Raffia | n/a | Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips |
|
| Green Felt | Creatology Basic Felt Forest/Dark Green 36 in x 36 in | n/a | Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1 cm x 1 cm squares |
|
| Brown foam | Creatology Fun Foam 18 x 12 in sheets (light brown/tan) | n/a | Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1/2 cm x 2 cm rectangles |
|
| Crepe paper (yellow) | Celebrate It Paper Crinkle 4 oz yellow jumbo | n/a | Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips |
|
| Ribbon (turqoise) | Celebrate It Wide Ribbon 4 in x 10 yd 100% polyester | n/a | Purchased on http://www.michaels.com/ cut into 1 cm x 1 cm squares |
|
| Metallic | Celebrate It Metallic Crinkle Gold 2 oz | n/a | Purchased on http://www.michaels.com/ Cut into 1/2" to 1" strips |
|
| Googly Eyes, 4 mm | ME4144 | Purchased on http://factorydirectcraft.com/index.php | ||
| Black Sequins, 3 mm | 8780BK | |||
| Pink Pom Poms, 1/4 inch | 1018221 | |||
| Pipe Cleaners, red | 108430 | |||
| Bedding material/sawdust | Obtained from in-house animal resources | |||
| Timer | Control Company | 5000 | Purchased on http://www.control3.com/5000p.htm | |
| Lightly sweetened dry breakfast cereal loops | HEB | Honey nut toasted oats used in the protocol described, any lightly sweet coated breakfast cereal is recommended | ||
Riferimenti
- Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set shifting in the rat. J Neurosci. 20 (11), 4320-4324 (2000).
- Garner, J. P., Thogerson, C. M., Wurbel, H., Murray, J. D., Mench, J. A. Animal neuropsychology: validation of the Intra-Dimensional Extra-Dimensional set shifting task for mice. Behav Brain Res. 173 (1), 53-61 (2006).
- Nagahara, A. H., Bernot, T., Tuszynski, M. H. Age-related cognitive deficits in rhesus monkeys mirror human deficits on an automated test battery. Neurobiol Aging. 31 (6), 1020-1031 (2010).
- Rock, P. L., Roiser, J. P., Riedel, W. J., Blackwell, S. Cognitive impairment in depression: a systematic review and meta-analysis. Psychol Med. , 1-12 (2013).
- Stuss, D. T., et al. Wisconsin Card Sorting Test performance in patients with focal frontal and posterior brain damage: effects of lesion location and test structure on separable cognitive processes. Neuropsychologia. 38 (4), 388-402 (2000).
- Bissonette, G. B., et al. Double dissociation of the effects of medial and orbital prefrontal cortical lesions on attentional and affective shifts in mice. J Neurosci. 28 (44), 11124-11130 (2008).
- Chase, E. A., Tait, D. S., Brown, V. J. Lesions of the orbital prefrontal cortex impair the formation of attentional set in rats. Eur J Neurosci. 36 (3), 2368-2375 (2012).
- McAlonan, K., Brown, V. J. Orbital prefrontal cortex mediates reversal learning and not attentional set shifting in the rat. Behav Brain Res. 146 (1-2), 97-103 (2003).
- Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Primate analogue of the Wisconsin Card Sorting Test: effects of excitotoxic lesions of the prefrontal cortex in the marmoset. Behav Neurosci. 110 (5), 872-886 (1996).
- Bissonette, G. B., Powell, E. M. Reversal learning and attentional set-shifting in mice. Neuropharmacology. 62 (3), 1168-1174 (2012).
- Colacicco, G., Welzl, H., Lipp, H. P., Wurbel, H. Attentional set-shifting in mice: modification of a rat paradigm, and evidence for strain-dependent variation. Behav Brain Res. 132 (1), 95-102 (2002).
- Kos, T., Nikiforuk, A., Rafa, D., Popik, P. The effects of NMDA receptor antagonists on attentional set-shifting task performance in mice. Psychopharmacology (Berl). 214 (4), 911-921 (2011).
- Tait, D. S., Chase, E. A., Brown, V. J. Attentional Set-Shifting in Rodents: a Review of Behavioural Methods and Pharmacological Results. Curr Pharm Des. , (2013).
- Lapiz-Bluhm, M. D., et al. Behavioural assays to model cognitive and affective dimensions of depression and anxiety in rats. J Neuroendocrinol. 20 (10), 1115-1137 (2008).
- Brigman, J. L., Bussey, T. J., Saksida, L. M., Rothblat, L. A. Discrimination of multidimensional visual stimuli by mice: intra- and extradimensional shifts. Behav Neurosci. 119 (3), 839-842 (2005).
