La prueba de roedores psicomotor Vigilancia (rPVT): Un método para evaluar el rendimiento neuroconductual en ratas y ratones
Summary
Una versión de la rata de la prueba humana vigilancia psicomotora (PVT) se describe que mide los aspectos de la atención similares a los medidos con el PVT humana, incluyendo los aspectos de la vigilancia humana tales como la precisión de rendimiento, velocidad del motor, que responden prematuro y fallas en la atención.
Abstract
La vigilancia de las pruebas psicomotoras humana (PVT) es un procedimiento ampliamente utilizado para medir los cambios en la fatiga y la atención sostenida. En el presente artículo se describe una versión roedor de la PVT-denominado el "rPVT" -que mide aspectos similares de la atención (es decir, la precisión de rendimiento, velocidad del motor, respondiendo prematura, y lapsos de atención). Los datos se presentan demuestran que tanto a corto como a largo plazo utilidad de la rPVT cuando se emplea con ratas de laboratorio. Las ratas aprenden fácilmente la rPVT, y aprender a realizar el procedimiento básico tarda menos de dos semanas de entrenamiento. Una vez adquiridas, las actuaciones de rata en el rPVT muestran un alto grado de similitud con estas mismas medidas de rendimiento en el PVT humana, incluyendo, similitudes en lapsos de atención, tiempos de reacción, decrementos de vigilancia en todo tiempo de la sesión (es decir, el ser humano "tiempo-situ tarea "efectos), y el efecto intervalo de respuesta-estímulo (RSI) se describe para los seres humanos. Así, el rPVT puede ser una herramienta muy valiosa para evaluar los efectos de una amplia gama de variables sobre la atención sostenida bastante similares a las actuaciones de PVT humanos, y por lo tanto puede ser útil para el desarrollo de nuevos tratamientos para trastornos neuroconductuales.
Introduction
La prueba de vigilancia psicomotriz humana (PVT) es una herramienta ampliamente utilizada, bien validada para la medición de vigilancia y atención sostenida en los seres humanos, y fue desarrollado originalmente por Dinges y col. 1-3 para evaluar la estabilidad en el tiempo de reacción y la atención (por ejemplo, errores en cuanto a las respuestas y los lapsos de atención prematuros), tanto dentro de las sesiones como un todo y en todo momento dentro de las sesiones individuales. A través de los años, la PVT humano ha sido modificado y actualizado 4-11 para realizar un seguimiento de los cambios temporales en varios aspectos la atención, y se ha demostrado ser sensible a los cambios en la privación del sueño y la fatiga, y se ve afectada por el consumo de drogas y la edad de los sujetos 12 , 13. El PVT es un procedimiento aparentemente simple en el que un sujeto se refiere brevemente una pantalla cuando un estímulo (por lo general una pantalla LED serie) aparece aleatoriamente en el tiempo, por lo general después de 2 – 10 s. En la versión humana, la visualización del número se incrementa en ms y se detuvo cuando tque se toca la pantalla, lo que indica el tiempo de reacción del sujeto (RT). Las disminuciones en la vigilancia se indican mediante 1) redujeron los tiempos de reacción, 2) un aumento en lapsos (denominado "errores de omisión" en la literatura humana, y por lo general se define como RTS que son> 500 ms de duración), y 3) un aumento en prematura de responder (se denominan "errores de comisión" o "salidas en falso" en la literatura humana). Otras medidas también se pueden obtener con el PVT del examen de variables tales como las diferencias de género y edad; para una revisión de estas medidas, véase Basner y Dinges 4. Por último, el PVT se ha empleado en el área general de la evaluación del riesgo humano, y ha sido utilizado con éxito en una amplia gama de áreas operativas que incluyen las industrias militares, aéreo y ferroviario, socorristas y ambientes extremos, tales como misiones ambiente extremo de la NASA operaciones (NEEMO), el Proyecto internacional Mars500 14, y en la Spac Internacionale Station (ISS). En la ISS, el PVT se llama "reacción de auto-prueba" y se emplea para proporcionar a los astronautas con información individualizada relacionados con la fatiga (por ejemplo, los cambios en los TR o fallas en la atención).
El PVT humana ha estado en uso durante décadas, así como versiones de roedores de tareas sencillas de tiempo de reacción (que son algo similar). Se ha Sólo recientemente, sin embargo, que un homólogo de roedor directo a la PVT humano se ha reportado en la literatura. Christie y colaboradores describieron una versión de la PVT humano para las ratas, y informaron disminuciones en la vigilancia siguientes privación del sueño 15,16. Estudios recientes adicionales han informado de versiones de la rPVT 17-19. Estos informes han descrito cambios en la atención sostenida después de varias técnicas de privación del sueño; sin embargo, los datos de estos estudios también han informado de altos niveles de prematuro que responden (por ejemplo, en algunos casos, más de 40% del número total de RESPOns); tales actuaciones son muy diferente a cualquier actuaciones PVT con los seres humanos. Una diferencia tan grande en roedores vs. actuaciones humanos son probablemente debido a diferencias en los parámetros específicos empleados en el ser humano frente a las versiones de roedores de la PVT; Por ejemplo, el Christie et al. estudio empleó un 3 variando aleatoriamente – foreperiod 7 s, mientras que un PVT humana normalmente se emplea un 2 – 10 s foreperiod (aunque ver Basner et al 5 para una versión de 3 minutos de la PVT humana que utiliza un 1 -. 4 s foreperiod) . El uso de valores foreperiod relativamente cortos a menudo puede resultar en animales "timing" sus respuestas, y por lo tanto puede promover, a través de refuerzo accidental, número de respuestas prematuros aumentó, como se ha informado en los estudios actuales de roedores rPVT.
La versión de la rPVT descrito aquí se basa en nuestro artículo publicado previamente 20, y proporciona una descripción detallada de las técnicas y procedimientos involucrados. Difierede las versiones previamente publicadas de la rPVT en los siguientes aspectos: 1) las ratas fueron entrenadas con los valores foreperiod variables de 3 – 10 s, y 2) las ratas tenido que responder con rapidez, ya que sólo las respuestas dentro de una ventana de respuesta corto (también denominado un "limitado hold ") después del inicio del estímulo fueron reforzadas (1,5 s en el presente estudio; 3,0 s en las versiones anteriores publicadas de la rPVT). El uso de estas modificaciones, así como breves tiempos de espera para que respondieron incorrecta dio lugar a mayores niveles de control de estímulos, como se indica por las mejoras significativas en la precisión y la reducción de los niveles de respuesta precoz. El presente informe también describe los cambios previsibles en las variables de rendimiento (por ejemplo, fallas en la atención, RTS) que son paralelos a los observados en los seres humanos cuando se examina la vigilancia decrementos de 21 años, y al examinar otras medidas de rendimiento, incluyendo el efecto humano "tiempo en la tarea" y la respuesta- intervalo de estímulo (RSI) efecto que se observa en la PVT humana <shasta> 22.
La versión final de la rPVT descrito aquí comienza por encender una luz casa (ver Figura 1). Después de un intervalo variable (foreperiod) de 3 – 10 s transcurre, la clave de la nariz-empuje está iluminada por un máximo de 1,5 s. (Para asegurar una distribución equitativa de foreperiods duraciones, los valores son generados al azar sin reemplazo de una lista de 36 posibles valores que van de 3 a 10 s, basado en incrementos de 200 ms.) La iluminación de la tecla nosepoke es la señal para que un animal responder, y una respuesta que se produce entre 150 y 1.500 ms siguientes al inicio de la iluminación se refuerza con una pastilla de 45 mg. Después de una respuesta reforzada, tanto en la luz de la tecla nariz-liebre y la luz de la casa se apagan y un 1 s intervalo entre ensayos (ITI; casa de la luz apagada) se produce. Nose-pinchazos antes de la aparición de la luz producen un tiempo de espera de 8 s (A) de las contingencias experimentales que se señalan en la extinción de la luz de la casa. Si no hay respuestas ocurren dentro de los 1,5 s resPonse ventana, tanto la luz y la luz nosepoke casa se apagan, y un 1 s ITI se produce. El siguiente valor foreperiod programada para el juicio subsiguiente comienza después de cualquiera de los 1 s ITI o los 8 s A, lo que ocurra durante el juicio previo. Las sesiones se llevan a cabo todos los días (5 días / semana), se componen normalmente de alrededor de 200 ensayos, y terminan después de 30 minutos. Esto da como resultado con cada ensayo que tiene una duración de alrededor de 7,5 s, en promedio.
Que regula el desempeño de línea de base estable sobre la rPVT se lleva a cabo mediante: 1) la adaptación inicialmente una rata de tomar bolitas de comida de la bandeja de comida en la cámara, 2) una rata para responder en una tecla de empuje nariz mediante el refuerzo de aproximaciones sucesivas a la final, la conformación de la mano nariz asoman respuesta, y 3) la realización de sesiones diarias donde los parámetros del procedimiento rPVT (es decir, foreperiod, ITI, a, y los tiempos de iluminación de teclas) se ajustan gradualmente durante un período de sesiones, dependiendo de qué tan bien cada rata está llevando a cabo durante cada sesión (que se describe en detalle a continuación).
Protocol
Representative Results
Discussion
La metodología descrita en el presente documento da como resultado actuaciones rPVT en ratas que se comparan favorablemente en muchos aspectos a la realización PVT típico descrito en la literatura humana. Usando las técnicas actuales, se puede formar rápidamente ratas para realizar la rPVT, y los rendimientos obtenidos con estas técnicas se caracterizan por discriminaciones claras (es decir, altos niveles de correcta que respondieron, bajos niveles tanto de responder prematuro y lapsos). Además, las dist…
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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