Operante protocollen voor de beoordeling van de kosten-batenanalyse tijdens versterkte besluitvorming door knaagdieren
Summary
Een kosten-batenanalyse is een weging-schaal aanpak waarmee de hersenen in de loop van de besluitvorming. Hier stellen wij een protocol te trainen ratten op een operante gebaseerde besluitvorming paradigma waar ratten kiezen hogere beloningen ten koste van het wachten op 15 s om hen te ontvangen.
Abstract
Versterking geleide besluitvorming is de mogelijkheid om te kiezen tussen concurrerende cursussen actie op basis van de relatieve waarde van de voordelen en de gevolgen daarvan. Dit proces is onlosmakelijk verbonden met het normale menselijke gedrag en worden verstoord door neurologische en psychiatrische aandoeningen zoals schizofrenie, verslaving en depressie is aangetoond. Knaagdieren hebben lange tijd gebruikt om het ontdekken van de neurobiologie van menselijke cognitie. Te dien einde, zijn verschillende gedrags taken ontwikkeld; echter, de meeste zijn niet-geautomatiseerde en arbeidsintensief zijn. De recente ontwikkeling van de open-source-microcontroller heeft onderzoekers voor het automatiseren van operante gebaseerde taken voor de beoordeling van een verscheidenheid van cognitieve taken, standaardisering van de presentatie van de stimulus, de opname van de gegevens te verbeteren en dus, verbetering van de onderzoeksresultaten. Hier beschrijven we een geautomatiseerde vertraging gebaseerde versterking geleide besluitvorming taak, met behulp van een operante T-maze gecontroleerd door aangepaste-geschreven software programma’s. Met behulp van deze besluitvorming taken, laten we zien de veranderingen in het lokale veld mogelijke activiteiten in de voorste cingularis cortex van een rat terwijl het een vertraging gebaseerde kosten-en batenanalyse besluitvorming taak wordt uitgevoerd.
Introduction
De besluitvorming is het proces van herkennen en selecteren van keuzes op basis van de waarden en voorkeuren van de beleidsmaker en de gevolgen van de geselecteerde actie1. Hoewel de besluitvorming is uitgebreid bestudeerd in de verschillende velden (dat wil zeggen, economie, psychologie en neurowetenschap), neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan deze cognitieve vermogens zijn nog niet volledig begrepen. Twee subcategorieën van besluitvorming zijn perceptuele besluitvorming en versterking geleide besluitvorming. Hoewel zij grote overlappende elementen en concepten nemen, perceptuele besluitvorming is afhankelijk van de beschikbare sensorische informatie1,2, terwijl versterking geleide besluitvorming zich met de relatieve waarde bezighoudt van acties een specifieke tijdschaal-3gewonnen. Een belangrijk aspect van de versterkte besluitvorming is de kosten-batenanalyse die intuïtief door de hersenen wordt uitgevoerd door computing de voordelen van de bepaalde keuzes en de daaraan verbonden kosten voor elke alternatieve1af te trekken.
De T-maze (of de variant Y-doolhof) is een van de meest gebruikte doolhoven in cognitieve experimenten met knaagdieren. Dieren zijn in het begin arm (de basis van de T) geplaatst en toegestaan om te kiezen van de doel-arm (een van de takken van de zijkant). Taken zoals een gedwongen afwisseling of links-rechts discriminatie worden vooral gebruikt met knaagdieren in de T-maze voor het testen van de referentie- en werkende geheugen4. T-doolhoven worden ook veel gebruikt in besluitvorming experimenten5,6,7. In het eenvoudigste ontwerp, is de beloning in slechts één doel arm geplaatst. De keuze is voorspelbaar en dieren liever de beloning in plaats van niets, ongeacht de waarde van de beloning. Een andere optie is om de plaats van beloningen in beide armen doel en vervolgens laat de dieren maken een keuze van welk pad te nemen afhankelijk van diverse parameters (dat wil zeggen, de natuurlijke voorkeur van het dier, het verschil in de waarde van de beloningen, en de kosten worden betaald). In de waarde gebaseerde ontwerp, wordt de taak meer bemoeilijkt doordat de wegen-scale-eigenschappen. Op deze manier ontvangt een dier anders gewaardeerd beloningen door te kiezen tussen de twee alternatieven, alsmede tussen de kosten van de acties [dat wil zeggen, het bedrag van het wachten (vertraging-gebaseerd) of de hoeveelheid inspanning (inspanning-gebaseerd) die nodig zijn voor het ontvangen van beloningen], elke bij te dragen tot het besluit dat is genomen5,6.
In traditionele vertraging gebaseerde T-maze besluit-makend, dieren zijn opgeleid om te selecteren van de hoge beloning arm (HRA) en voorkomen het tegenovergestelde lage beloning arm (LRA). De zijkanten van de HRA-server en het LRA blijven onveranderd gedurende het gehele experiment. Hoewel de taak die hierboven beschreven is goed gedocumenteerd in de literatuur, lijdt hij aan verschillende procedurele nadelen. In de eerste plaats doordat de arm van een vaste doel, weet het dier die arm om uit het begin van elke proef te kiezen. In dit scenario kunnen dieren Selecteer de doel-arm gebaseerd op hun geheugen in plaats van op de besluitvorming. Vandaar, in een vertraging gebaseerde besluitvorming paradigma, als een dier de lage beloning door de interventie van de studie selecteert, zal het niet duidelijk of dit te wijten aan een verlies van geheugen of de interventie van de studie is. Een controlegroep geheugen om te scheiden van het waargenomen gedrag van het geheugenprobleem kan worden beschouwd, maar dit bezwaart onderzoekers en dieren zowel vanwege het extra werk7. Een tweede punt van zorg is het moment van besluitvorming door het behandelde dier: zodra dieren bereiken de besluit-zone (de kruising van alle drie armen), ze meestal kijken naar links en naar rechts, wegen de kosten en baten met betrekking tot elke arm, en vervolgens hun beslissing. Echter na enkele proeven, ze uitvoeren van een dergelijke berekening vóór aankomst op de beschikking van de zone en simpelweg stormloop rechtstreeks aan de arm van de beloning. Als een resultaat, deze twee nadelen — een pre vooroordeel op één arm en op het moment van besluitvorming — zowel zeer onderbreken de interpretatie van elektrofysiologische en neuroimaging gegevens.
In de methode uitgelegd in deze paper, de voorkeur arm (HRA) is gecued wordt met een auditieve cue en kan variëren van proces naar proces. Dieren starten de proeven door te voeren de test zone (Figuur 1) en de auditieve cue triggering door “neus-prikken” een infrarood poort die is gelegd op de kruising van de drie armen. Het audiosignaal (20 dB, tussen 500 en 1000 ms) wordt gespeeld van een luidspreker aan het einde van de doel-arm.
Protocol
Representative Results
Discussion
Knaagdieren hebben al lange tijd gebruikt in neurowetenschappelijke onderzoeken die zich met verschillende onderwerpen, van cognitieve vermogens zoals leren en geheugen2,14 en versterkte gedrag7,15,16 bezighouden naar de centrale controle van organen17,18 en neurofarmacologie19,…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gesteund door RMH Neuroscience Foundation, Australië; de Australische hersenen Foundation; de RACP Thyne Reid Fellowship, Australië; en door een project verleent van de cognitieve wetenschappen en technologieën Raad Iran Abbas Haghparast.
Materials
| T-maze | Self made | ||
| Dustless Precision Sugar Pellets | TSE Systems Intl. Group | F0023 | 45 mg, Sucrose |
| Ketamine Hydrochloride Injection, USP | Sigma-Aldrich | 6740-87-0 | |
| Xylazine | Sigma-Aldrich | 7361-61-7 | |
| stereotaxic device | Stoelting | ||
| Isofluran | Santa Cruz Biotechnology | sc-363629Rx | |
| PFA-coated stainless-steel wires | A-M systems | ||
| acrylic cement | Vertex, MA, USA | ||
| (wooden or PVC (polyvinyl chloride)-made) | local suppliers | ||
| Mini-Fit Power Connector | Molex | 15243048 | |
| ethannol 70% | Local suppliers | ||
| buprenorphine | diamondback drugs | ||
| Arduino UNO | Arduino | https://www.arduino.cc/ | |
| Infrared emitting diode | Sharp | GL480E00000F | http://www.sharp-world.com/ |
| Chronux Toolbox | Chronux.org | ||
| Arduino codes | https://github.com/dechuans/arduino-maze |
References
- Gold, J. I., Shadlen, M. N. The neural basis of decision making. Annual Review of Neuroscience. 30, 535-574 (2007).
- Shi, Z., Müller, H. J. Multisensory perception and action: development, decision-making, and neural mechanisms. Frontiers in Integrative Neuroscience. 7, 81 (2013).
- Sutton, R. S., Barto, A. G. . Reinforcement Learning: An Introduction. 1, (1998).
- Khani, A., Rainer, G. Neural and neurochemical basis of reinforcement-guided decision making. Journal of Neurophysiology. 116, 724-741 (2016).
- Fatahi, Z., Haghparast, A., Khani, A., Kermani, M. Functional connectivity between anterior cingulate cortex and orbitofrontal cortex during value-based decision making. Neurobiology of Learning and Memory. 147, 74-78 (2018).
- Khani, A., et al. Activation of cannabinoid system in anterior cingulate cortex and orbitofrontal cortex modulates cost-benefit decision making. Psychopharmacology. 232, 2097-2112 (2015).
- Rudebeck, P. H., Walton, M. E., Smyth, A. N., Bannerman, D. M., Rushworth, M. F. Separate neural pathways process different decision costs. Nature Neuroscience. 9, 1161-1168 (2006).
- Gage, G. J., et al. Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals. Journal of Visualized Experiments. (60), e3565 (2012).
- Paxinos, G., Watson, C. . The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , (1998).
- Bokil, H., Andrews, P., Kulkarni, J. E., Mehta, S., Mitra, P. P. Chronux: a platform for analyzing neural signals. Journal of Neuroscience Methods. 192, 146-151 (2010).
- Cohen, M. X. . Analyzing Neural Time Series Data: Theory and Practice. , (2014).
- Luk, C. -. H., Wallis, J. D. Choice coding in frontal cortex during stimulus-guided or action-guided decision-making. Journal of Neuroscience. 33, 1864-1871 (2013).
- Rudebeck, P. H., et al. Frontal cortex subregions play distinct roles in choices between actions and stimuli. Journal of Neuroscience. 28, 13775-13785 (2008).
- Goshadrou, F., Kermani, M., Ronaghi, A., Sajjadi, S. The effect of ghrelin on MK-801 induced memory impairment in rats. Peptides. 44, 60-65 (2013).
- Haghparast, A., et al. Intrahippocampal administration of D2 but not D1 dopamine receptor antagonist suppresses the expression of conditioned place preference induced by morphine in the ventral tegmental area. Neuroscience Letters. 541, 138-143 (2013).
- Esmaeili, M. -. H., Kermani, M., Parvishan, A., Haghparast, A. Role of D1/D2 dopamine receptors in the CA1 region of the rat hippocampus in the rewarding effects of morphine administered into the ventral tegmental area. Behavioural Brain Research. 231, 111-115 (2012).
- Chaleek, N., Kermani, M., Eliassi, A., Haghparast, A. Effects of orexin and glucose microinjected into the hypothalamic paraventricular nucleus on gastric acid secretion in conscious rats. Neurogastroenterology & Motility. 24, e94-e102 (2012).
- Kermani, M., Eliassi, A. Gastric acid secretion induced by paraventricular nucleus microinjection of orexin A is mediated through activation of neuropeptide Yergic system. Neuroscience. 226, 81-88 (2012).
- Kermani, M., Azizi, P., Haghparast, A. The role of nitric oxide in the effects of cumin (Cuminum Cyminum L.) fruit essential oil on the acquisition of morphine-induced conditioned place preference in adult male mice. Chinese Journal of Integrative Medicine. , 1-6 (2012).
- Ahmadi, A., et al. Synthesis and antinociceptive behaviors of new methyl and hydroxyl derivatives of phencyclidine. Current Medicinal Chemistry. 19, 763-769 (2012).
