Le Rongeur psychomoteur Vigilance Test (RPVT): une méthode d'évaluation des performances neurocomportementales chez les rats et les souris
Summary
Une version de rat de l'humain psychomoteur Vigilance Test (PVT) est décrit qui mesure les aspects de l'attention similaires à celles mesurées avec le PVT humain, y compris les aspects de la vigilance humaine tels que la précision de la performance, la vitesse du moteur, répondant prématurée, et manque d'attention.
Abstract
L'humain psychomoteur Vigilance Test (PVT) est une procédure largement utilisée pour mesurer les changements dans la fatigue et une attention soutenue. Le présent article décrit une version de rongeur de la PVT-appelle le «RPVT» , ce mesure aspects similaires de l' attention (précision de la performance, la vitesse du moteur, prématuré de répondre, et manque d'attention). Les données sont présentées qui démontrent à la fois à court et à long terme l'utilité de la RPVT lorsqu'il est utilisé avec des rats de laboratoire. Les rats apprennent facilement le RPVT, et apprendre à effectuer la procédure de base prend moins de deux semaines de formation. Une fois acquis, les performances de rat dans le RPVT montrent un degré élevé de similitude avec ces mêmes mesures de performance dans le PVT humain, y compris des similitudes dans, manque d'attention, temps de réaction, décréments de vigilance à travers le temps de la session ( à savoir, l' être humain "temps en glissement tâche "effets), et l'effet d'intervalle réponse-stimulus (RSI) décrit pour l'homme. Ainsi, la rPVT peut être un outil extrêmement précieux pour évaluer les effets d'un large éventail de variables sur une attention soutenue tout à fait semblables à des performances PVT humaines, et peut donc être utile pour le développement de nouveaux traitements pour les dysfonctionnements neurocomportementaux.
Introduction
Le test de vigilance psychomoteur humain (PVT) est largement utilisé, outil bien validé pour la mesure de la vigilance et une attention soutenue chez les humains, et a été initialement développé par Dinges et al. 1-3 pour l' évaluation de la stabilité dans le temps de réaction et l' attention (par exemple, des erreurs en termes de réponses et manque d'attention prématurés), à la fois au sein de sessions dans son ensemble et à travers le temps dans les séances individuelles. Au fil des ans, le PVT humain a été modifié et mis à jour 4-11 pour suivre les changements temporels dans divers aspects attention, et il a été démontré pour être sensible aux variations de la privation de sommeil et la fatigue, et est affectée par la consommation de drogues et de l' âge des sujets 12 , 13. Le PVT est une procédure apparemment simple dans laquelle un sujet touche brièvement un écran quand un stimulus (typiquement un affichage du numéro LED) apparaît de façon aléatoire dans le temps, généralement après 2 – 10 s. Dans la version humaine, l'affichage du numéro est incrémenté en ms et arrêté lorsque til écran est touché, indiquant ainsi le temps de réaction du sujet (RT). Les diminutions de la vigilance sont indiquées par 1) ont ralenti les temps de réaction, 2) une augmentation des défaillances (appelé «erreurs d'omission» dans la littérature humaine, et généralement définie comme inhalothérapeutes qui sont> 500 ms de longueur), et 3) une augmentation de ayant répondu prématurée (appelées «erreurs de commission» ou «faux départs» dans la littérature humaine). D'autres mesures peuvent également être obtenus avec le PVT pour l'examen des variables telles que les différences de sexe et d'âge; pour un examen de ces mesures, voir Basner et Dinges 4. Enfin, le PVT a été employé dans le domaine général de l'évaluation des risques pour les humains, et a été utilisé avec succès dans un large éventail de domaines opérationnels qui comprennent les militaires, l'aviation et l'industrie ferroviaire, les premiers intervenants et les environnements extrêmes tels que les missions Extreme Environnement de la NASA opérations (NEEMO), le projet Mars500 international 14, et sur le Spac internationale Station (ISS). Sur l'ISS, le PVT est appelée la "réaction d' auto-test" et est utilisé pour fournir des astronautes avec des commentaires liés à la fatigue individualisée (par exemple, les changements dans inhalothérapeutes ou manque d'attention).
Le PVT humain a été utilisé pendant des décennies, tout comme les versions rongeurs de tâches simples de temps de réaction (qui sont à peu près semblable). Il a été récemment, cependant, qu'un rongeur contrepartie directe du PVT humain a été rapporté dans la littérature. Christie et ses collègues ont décrit une version du PVT humaine pour les rats, et ont signalé une diminution de la vigilance suite à une privation de sommeil 15,16. D' autres études récentes ont rapporté des versions du RPVT 17-19. Ces rapports ont décrit des changements dans une attention soutenue selon diverses techniques de privation de sommeil; des niveaux élevés cependant, les données issues de ces études ont également rapporté des prématurés qui ont répondu (par exemple, dans certains cas, plus de 40% du nombre total de RespoNSE); ces performances sont tout à fait à la différence des performances PVT avec les humains. Une telle grande différence de rongeurs par rapport à des performances humaines sont probablement dues à des différences dans les paramètres spécifiques utilisés chez l' être humain par rapport à la version de rongeur du PVT; par exemple, Christie et al. étude a utilisé un 3 variant de façon aléatoire – foreperiod s 7, tandis qu'une PVT humaine emploie normalement une 2 – foreperiod de 10 (bien voir Basner et al 5 pour une version 3-min du PVT humain qui utilise un 1 -. La foreperiod 4) . L'utilisation de valeurs de foreperiod relativement courtes peut souvent entraîner des animaux "timing" de leurs réponses, et peut donc promouvoir, à travers le renforcement accidentelle, le nombre de réponses prématurées a augmenté, comme cela a été rapporté dans les études chez les rongeurs RPVT actuelles.
La version du RPVT décrite ici est basée sur notre article publié antérieurement 20, et fournit une description détaillée des techniques et procédures. Il diffèreà partir de versions précédemment publiées du RPVT sur les points suivants: 1) les rats ont été formés avec des valeurs de foreperiod variables de 3 – 10 s, et 2) les rats ont dû réagir rapidement, étant donné que seules les réponses au sein d'une fenêtre de réponse court (appelé également "limitée hold ") après le début du stimulus ont été renforcés (1,5 s dans la présente étude, 3,0 s dans les versions publiées précédentes du RPVT). L'utilisation de ces modifications ainsi que de brefs délais d'attente pour incorrecte ayant répondu a abouti à des niveaux plus élevés de contrôle du stimulus, comme indiqué par des améliorations significatives en termes de précision et de niveaux de réponse prématurée réduite. Le présent rapport décrit également des changements prévisibles dans les variables de performance (par exemple, manque d'attention, inhalothérapeutes) qui sont parallèles à ceux observés chez l' homme où la vigilance examinant décrémente 21, et lors de l' examen d' autres mesures de rendement , y compris l'effet humain »de temps sur la tâche» et le response- intervalle de stimulus (RSI) l'effet que l'on observe dans le PVT humain <sup> 22.
La version finale du RPVT décrite ici commence en allumant un feu de maison (voir Figure 1). Après un intervalle variable (foreperiod) de 3 – 10 s est écoulé, la clé du nez-poche est éclairé pour un maximum de 1,5 s. (Pour assurer une répartition égale des foreperiods durées, les valeurs sont générées aléatoirement sans remplacement à partir d'une liste de 36 valeurs possibles qui vont de 3 à 10 s, sur la base de 200 ms.) Illumination de la clé de nosepoke est le signal d'un animal répondre, et une réaction qui se produit entre 150 et 1 500 ms après le début de la lumière est renforcée par une pastille de 45 mg. Après une réponse renforcée, à la fois la clé lumière nez-poche et la lumière de la maison sont éteints et l'intervalle entre les essais d'un 1 (ITI; maison éteint) s'ensuit. Nez-pokes à avant l'apparition de lumière produisent le délai d'un 8 (TO) des contingences expérimentales qui est signalé par l'extinction de la lumière de la maison. Si aucune réponse ne se produisent dans les 1,5 s resfenêtre ponse, à la fois la lumière nosepoke et la maison de lumière sont éteints, et un 1 s ITI Ensuès. La valeur foreperiod suivante prévue pour le procès subséquent commence après soit les 1 s ITI ou 8 s TO, selon survenus au cours du procès précédent. Les sessions sont effectuées chaque jour (5 jours / semaine), se composent normalement d'environ 200 essais, et se terminent après 30 min. Il en résulte avec chaque essai ayant une durée d'environ 7,5 s, en moyenne.
Façonner la performance de base stable sur la RPVT est réalisée par 1) l'adaptation d'abord un rat de prendre des boulettes de nourriture sur le plateau de la nourriture dans la chambre, 2) un rat pour répondre sur une clé poke nez en renforçant des approximations successives pour la finale de mise en forme à la main nez piquez réponse, et 3) des séances quotidiennes où les paramètres de la procédure de RPVT (ie, foreperiod, ITI, TO, et les temps d'éclairage des touches) sont ajustées progressivement au cours d' une session, selon la façon dont chaque rat effectue lors de chaque session (décrit en détail ci-dessous).
Protocol
Representative Results
Discussion
La méthodologie décrite ici conduit à des performances RPVT chez les rats qui se comparent favorablement à de nombreux aspects de la performance du PVT typique rapportés dans la littérature humaine. En utilisant les techniques actuelles, on peut former rapidement des rats pour effectuer la RPVT, et les performances obtenues avec ces techniques sont caractérisées par des discriminations claires (ie, des niveaux élevés de bon répondant, de faibles niveaux de la fois prématurée de répondre et défail…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by NASA (NNX15AC17G to CMD), and by NASA cooperative agreement NCC 9-58 (E000010 to CMD, NBPF02802 and NBPF04201 to RDH) with the National Space Biomedical Research Institute.
Materials
| Modular rat operant chamber with stainless steel grid floor | Med Associates | ENV-008 | Med Associates Inc. PO Box 319 St. Albans, Vermont 05478, USA Phone: (802) 527-2343 |
| Sound attenuating chamber | Med Associates | ENV-022MD | Houses rat operant chamber |
| Houselight for rat | Med Associates | ENV-215M | |
| 1" diameter rat nose poke response key | Med Associates | ENV-119M-1 | |
| Pellet receptacle, trough type | Med Associates | ENV-200R2M | |
| Modular pellet dispenser for rat, 45-mg | Med Associates | ENV-203M-45 | |
| PCI Operating package for up to 8 operant chambers | Med Associates | MED-SYST-8 | |
| SmartCtrl | Med Associates | DIG-716P1 | This catalog number has 8 outputs and 4 inputs which is the minimum needed to run the rPVT; SmartCtrl can also be purchased with 16 outputs and 8 inputs for more flexibility |
| Med-PC IV software | Med Associates | SOF-735 | |
| PC computer with PCI card slot | Any manfacturer (e.g., Dell) | Use of the PCI operating package requires a computer with a PCI card slot. Systems that use PCIe are available. Contact Med Associates for details. | |
| Dustless Precision pellets 45-mg rodent grain-based diet | Bio Serv | FO165 | Bio-Serv One 8th Street, Suite 1 Frenchtown, NJ 08825, USA Phone: (800)-996-9908; Standard chow pellets are commonly used. Different pellets (e.g., sucrose) can be acquired from Bio Serv. |
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