Touchscreen ihållande uppmärksamhet uppgift (lör) för råtta

Summary

Bibehållen uppmärksamhet, eller kontinuerligt övervaka situationer för intermittent och oförutsägbara händelser, är en viktig aspekt av kognition. Här detalj vi testa bibehållen uppmärksamhet i råttor med hjälp av touchscreen operant chambers. Vi visar jämförbara prestanda i han- och honråttor, att göra denna uppgift användbar för att studera uppmärksamhet hos båda könen.

Abstract

Bibehållen uppmärksamhet är förmågan att övervaka intermittent och oförutsägbara händelser över en längre tid. Denna uppmärksamhet process subserves andra aspekter av kognition och störs i vissa störningar i nervsystemets utveckling, neuropsykiatriska, och neurodegenerativa sjukdomar. Alltså, det är kliniskt viktigt att identifiera mekanismer som försämrar och förbättra bibehållen uppmärksamhet. Sådana mekanismer upptäcks ofta först med hjälp av djurmodeller. Flera beteende förfaranden för provning aspekter av ihållande uppmärksamhet har därför utvecklats för gnagare. En, först beskrevs av McGaughy och Sarter (1995), kallas bibehållen uppmärksamhet uppgiften (SAT), tränar råttor att skilja mellan signal (dvs, kort ljus presentation) och icke-signal prövningar. Signalerna är korta och därför kräver noggrann uppmärksamhet att uppfattas. Uppmärksamhet krav kan ökas ytterligare genom att införa en distraktor (t.ex., blinkande houselight). Vi har ändrat denna uppgift för touchscreen operant kammare, som är konfigurerade med en pekskärm på ena väggen som kan presentera stimuli och registrera svar. Här detalj vi våra protokoll för SAT i touchscreen chambers. Dessutom presenterar vi standardåtgärder prestanda i manliga och kvinnliga Sprague-Dawley-råttor. Jämförbara prestanda på denna uppgift i båda könen belyser dess användning för uppmärksamhet studier, särskilt som fler forskare är inklusive kvinnliga gnagare i deras experimentell design. Dessutom ökar lätt genomförandet av SAT för de alltmer populära touchscreen kamrarna dess verktyg.

Introduction

Störningar alltifrån uppmärksamhet underskott hyperactivity disorder (ADHD) till schizofreni Alzheimers, dela uppmärksamhet nedskrivningar som funktionen^1,2,3. Underskott i bibehållen uppmärksamhet — möjlighet att kontinuerligt övervaka en situation för intermittent och oförutsägbara händelser — är särskilt störande, eftersom bibehållen uppmärksamhet är avgörande för selektiv och delad uppmärksamhet, liksom andra kognitiva bearbetar^4,5. Även hos friska människor påverkar svårigheter att bibehålla uppmärksamheten negativt kognition, försämrar daglig funktion⁶. Thus, förstå den neurobiologiska grunden för bibehållen uppmärksamhet och hur det blir dysreglerad kan leda till insatser att förbättra kognition som skulle gynna många människor.

För att avgränsa kretsar och molekylära processer som bidrar till korrekt kontra störd uppmärksamhet, många forskare har vänt sig till icke-mänskliga djur modeller, där manipulation av viss cellpopulationer och molekylära processer under uppmärksamhet uppgifter är möjligt. Arbetet har lett till utvecklingen av en mängd operant uppmärksamhet uppgifter som kan bedöma förmågan att upprätthålla uppmärksamhet^7,8,9,10. Ett sådant paradigm, utvecklat av McGaughy och Sarter (1995), är känd som den ihållande uppmärksamhet uppgiften (SAT). Gnagare som utbildad i SAT måste skilja signal prövningar, där en signalljus blinkar kort, från icke-signal prövningar. Uppmärksamhet krav kan ökas genom att införa en visuell distraktor (blinkande houselight)¹⁰. Parametrarna som är avgörande för bedömningen av uppmärksamhet i SAT är väl dokumenterade och denna uppgift har validerats hos manliga och kvinnliga råttor och möss^10,11,12. En version har även anpassats för människor, markera verktyget translationell SAT¹³. Ännu viktigare, användningen av denna uppgift hjälpte implicerade basala framhjärnan corticopetal systemet i bibehållen uppmärksamhet⁴. Specifikt, kolinerga neuron i nucleus basalis Meynert (NBM) / substantia inominata (SI) regionen av basala framhjärnan som projektet till prefrontala cortex är kritiska för träffar, som är korrekt svar på signal prövningar^{14, 15}. Däremot är GABAergic nervceller i denna region tänkt att medla prestanda under rätt avslag (CRs), som är korrekt svar på icke-signal prövningar¹⁶. När den grundläggande kretsen för denna uppgift var etablerad, har faktorer som modulerar denna krets för att försämra uppmärksamhet alltifrån stresshormoner till neurotoxiska proteiner varit identifierade^17,18. Sammantaget belysa dessa studier nyttan av SAT.

En begränsning att genomföra SAT i laboratoriet är att det ursprungliga förfarandet kräver operant chambers permanent konfigurerats för uppgiften, med en center panel ljus och två utdragbara spakarna, en designerat för träffar och en för CRs¹⁰. På en signal rättegång, panelen ljus tänds kort och sedan utöka spakar för att indikera ett 4 s svar fönster. Under fönstret, om utsedda träff spaken trycks får sedan råttan en belöning (antingen mat eller vatten). Felaktiga spaken pressar på signal prövningar, känd som missar, belönas inte. På icke-signalerade prövningar, panelen ljuset förblir avstängd och sedan spakar förlängs. Medan en CR belönas, belönas inte felaktiga spaken pressar på icke-signalerade prövningar, känd som falsklarm. Underlåtenhet att göra något svar under fönstret svar räknas som ett utelämnande. För att öka tillgången på SAT, ändrade vi nyligen uppgiften för touchscreen operant chambers, där en vägg är en pekskärm som kan både Visa visuella stimuli och spela in näsan-poke Svaren¹⁹. Touchscreen kamrarna blir populär på grund av deras mångsidighet att köra en mängd olika uppgifter (t.ex., Parade associera lärande, återföring lärande, etc.) med en bit av utrustning²⁰. Liknar andra touchscreen förfaranden^20,21,22, vår anpassning av SAT kräver användning av en ogenomskinlig plast touchscreen-cover, kallas en mask, med hål skär i den. En central, cirkulära hål kan för presentation av en signal genom att presentera en vit stimulans på skärmen bakom det, och två fyrkantiga svar områden, en designerat för träffar och för CRs, tillåter råttan att göra touch Svaren¹⁹. I de traditionella kammarna, fönstret 4-s svar indikeras normalt med en presentation av spakarna, men en tidigare studie visat att en ton kan också användas för att signalera den svar fönster²³. I touchscreen lör signalera vi likaså fönstret svar med en kort ton. Andra utbildning parametrarna (t.ex.antal prövningar, intertrial intervall, etc.) hålls liknande mellan traditionella och pekskärm lör. Vi bedömde tidigare prestanda mellan traditionella och pekskärm SAT versioner och fann att det var jämförbara, vilket tyder på att pekskärmen SAT är ett giltigt sätt att mäta bibehållen uppmärksamhet¹⁹. Touchscreen ändringen gör SAT mer mångsidig eftersom den kan nu anpassas för utbredd användning i touchscreen operant lådor.

Detta protokoll Detaljer hur du kör touchscreen SAT i laboratoriet. Träningsscheman har ändrats något från vår föregående rapport av uppgift¹⁹ att optimera förvärv tid hos honråttor, som, till skillnad från män, hade svårt att avancera genom de tidigare schema²⁴. Resultat som illustrerar typiska prestanda i han- och honråttor ingår, tillsammans med tips för felsökning av problem med uppgiften.

Protocol

alla experiment genomfördes i enlighet med riktlinjerna som National Institutes of Health och godkändes av Temple University institutionella djur användning och eftervård kommittén. Detta protokoll utvecklades med vuxen (~ 60 dagars ålder börjar när studien) manliga och kvinnliga Sprague-Dawley-råttor (Charles River). 1. material för Touchscreen SAT Se till att en ljuddämpning cubicle omger varje pekskärm kammare och att chambers är utrustade med huset ljus, tongenerat…

Representative Results

Mest uppmärksamhet i studierna, råttor utbildas till kriterier lör och sedan manipulationer för att störa eller förbättra uppmärksamhet utförs. Förvärv data presenteras inte normalt, men vi gör så här för att illustrera priser av förvärvet i manliga och kvinnliga Sprague-Dawley-råttor. Detta kvantifierade vi median antalet dagar att nå kriterier lör (start på fasen peta näsan). Observera att några råttor aldrig gjort det till kriterier (n = 5 hanar och n = 1 kvinnl…

Discussion

Underskott i bibehållen uppmärksamhet redovisas i neuropsykiatriska, störningar i nervsystemets utveckling, och neurodegenerativa sjukdomar^1,2,3, men de processer som bidrar till optimal kontra störd uppmärksamhet är understudied. Detta är delvis eftersom specialutrustning begränsar lätt anpassning av gnagare uppmärksamhet uppgifter. Dock pekskärm chambers lösa problemet genom att ge flexibilitet för att köra en m?…

Materials

Bussey-Saksida Rat Touch Screen Chambers Easy-Install System	Lafayette Instrument	80604-20	Includes: Touch Screen, Chamber base with perforated floors, Large Feeder Reward Area (44.5mm wide x 92.5mm high), Speaker, Houselight, Tone Generator, SAC; Trapezoidal animal working area is 126mm wide at the Feeder, 240mm wide and 332 mm deep at the Screen, and 300 mm in height
Sound Attenuation Cubicles (SAC)	Lafayette Instrument	80604-20	Attenuation to approximately 35dB; 38kg in weight; External dimensions: 600mm wide x 670mm tall x 352mm deep; Internal dimensions: 540mm wide x 610mm tall x 532mm deep
Abet II Software for Touch Screens	Lafayette Instrument	89505	Version 2.19
Whisker Multimedia	Lafayette Instrument	80698-1	Required for Abet II Touch Operation
Pellet Dispenser	Lafayette Instrument	80209-45	45mg Interchangeable Pellet Size Wheel
Camera	Lafayette Instrument	80600-CAM	Filtered and focused for IR light
Microsoft Windows	Microsoft		Windows 7-64 bit recommended
Controller PC-Touch Screen Chambers	Lafayette Instrument	88530	Dual Core Pentinum Processor; 2.5 GHz or greater; keyboard, mouse, and monitor; Installed PCI card, cable and expansion; Four RS232 ports; Four VGA ports
Dustless Precision Pellets	BioServe	F0165	45 mg
Black Acrylic Mask	Everything Plastic	Custom Product	Black polycarbonate with one matte finish side, 3.18 mm thick; Central circular opening, 28.58 mm diameter, 107.95 mm from the bottom, centered between the left and right side; Two square response areas, 28.57 mm x 28.57mm each positioned below and off center, one 85.725 mm from the left and one 85.725 mm from right side, and both 34.925 mm from the bottom.
Utility Cart	Fisher Scientific	11-954-754	30.75 in. x 18.38 in x 33 in
Black towel			Large enough to cover cages for animal transport
Headlights with red lights	Energizer	HDL33A2E	LED white and red light