Die Aufmerksamkeits Set Shifting Aufgabe: Eine Messung der kognitiven Flexibilität bei Mäusen
Summary
Das Ziel des Protokolls ist es, eine Verhaltenstest wie Aufmerksamkeits Satz Schaltaufgabe (AST) und präfrontalen Kortex vermittelten kognitiven Flexibilität bei Mäusen beurteilt auszuführen.
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
Die Aufmerksamkeits Satz Verschiebung Aufgabe (AST) wurde als Maß der Aufmerksamkeit und der kognitiven Flexibilität bei Ratten vor über einem Jahrzehnt 1,2 entwickelt. AST ist nach dem intradimensional / extradimensional Komponente der Cambridge neuropsychologischen Testmated Batterie (CANTAB), die verwendet wird, um die kognitive Dysfunktion bei Menschen und nicht-menschlichen Primaten 3,4 identifizieren modelliert. Während die Fähigkeit, einfache Regeln zu lernen intakt bleibt, Defizite in Lernen, um eine Antwort, wenn die Regeln bei Patienten mit einer Vielzahl von neuropsychiatrischen Störungen (zB, Schizophrenie, Zwangsstörungen, Depressionen) geändert zu finden sind, neurodegenerative Erkrankungen zu modifizieren (dh Parkinson-Krankheit) und bei Patienten mit Verletzungen an den präfrontalen Kortex 5. Ganz allgemein werden diese Patienten mit der Defizite der kognitiven Flexibilität beschrieben. Analog Defizite in sowohl nicht-menschlichen Primaten und Nagetieren, wenn Läsionen t gezeigto präfrontalen Kortex wurden induzierte 1,6-8. Diese Defizite zeigen einen Zustand kognitiver Inflexibilität oder eine gestörte Fähigkeit zur Aufmerksamkeits Satz verschieben.
Ein Aufmerksamkeits Satz gebildet wird, wenn ein Thema erfährt, dass ein Satz von Regeln können komplexe Reize, um von irrelevanten Signale unterscheiden relevanten angewendet werden. Zum Beispiel in der AST, Tiere lernen, darauf zu achten und reagieren auf die jeweiligen Cue (dh Graben mittel) und ignorieren eine irrelevante Cue (dh, Geruch), indem Sie nach einer Futterbelohnung mit dem Medium. Diese Zuordnung wird dann in nachfolgenden Aufgaben verstärkt, wo die Art der Graben Medium und Geruchsveränderungen, aber die paarweise Verbindung zwischen Mittel- und Belohnung bleibt. Dies verstärkt Regel bildet eine kognitive Set. Zwei Stufen innerhalb der AST-Protokoll Maßnahme Aspekte der kognitiven Flexibilität: Umkehr und der extraDimensionsWechsel. Am Wendephase der zuvor negativen Impulse innerhalb eines dimension (Medium in diesem Beispiel) ist jetzt positiv, was das Tier herausfordert, die positiven Impulse aus der vorherigen Stufe zu ignorieren. Wenn beispielsweise Filz Graben Medium war die positiven Impulse in der vorherigen Stufe und Papier war die negativen Impulse, nun umgekehrt ist. Das fordert Flexibilität des Tieres, dass es muss die Aufmerksamkeitssatz pflegen (dh ist mittel die entsprechende Dimension), während die Änderung der Regel gelernt, für Anregung und Belohnung Paar innerhalb einer Dimension. Die Bildung einer Aufmerksamkeitssatz am extradimensionalen Schaltstufe, wenn die Dimension irrelevant (Geruch in diesem Beispiel) wird die entsprechende Dimension in Frage gestellt. Ein kehr Antwort, wie durch eine anhaltende Wahl mit Hilfe der zuvor gelernten Regel angegeben ist, an jeder Bühne spiegelt ein Defizit in der kognitiven Flexibilität.
Läsionsstudien sowohl in nicht-menschlichen Primaten und Nagern spezifischen Regionen des präfrontalen Cortex nachgewiesen werden kann, die Fähigkeit, Perf zurückzuführenorm bestimmten Phasen des AST 1,9. Läsionen an den orbitofrontalen Kortex (OFC), ein Teilbereich des präfrontalen Kortex (PFC), haben gezeigt, dass Defizite in der Umkehrung Lernen am AST 8 induzieren. Zusätzlich Läsionen an den medialen präfrontalen Kortex (MPFC) führen zu besonderen Schwierigkeiten bei der Durchführung des außerDimensionsWechsel.
Während zahlreiche Studien mit dem AST wurden an Ratten und nicht-menschlichen Primaten durchgeführt wurden, sind relativ wenige AST als Maß für kognitive Funktion in Mäusen verwendet. Angesichts der Leichtigkeit der Genmanipulation von Mäusen, und die kritische Notwendigkeit, präfrontalen Kortex-Funktion bei der Untersuchung eine Reihe von Krankheiten, die Anpassung und die Validierung dieses Verhaltensmaßnahme bei Mäusen zu messen, ist eine wichtige Ergänzung der Erforschung von Krankheiten mit PFC Dysfunktion. Die hier aufgeführten Protokoll ist eine Modifikation des Verfahrens von Birrell und Brown 1, die für die Anwendung in Mäusen optimiert ist und spiegelt viele der Maus-spezific Anpassungen, die zuvor berichtet 2,6,10-13 wurden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Defizite in der kognitiven Flexibilität durch die PFC vermittelt einen wesentlichen Behinderung mit einer Vielzahl von neurologischen und neuropsychiatrischen Störungen verbunden sind, und kann einen großen Einfluss auf die Ergebnisse und die Lebensqualität von Personen, die unter diesen Erkrankungen haben. Optimierung der AST für den Einsatz in Mäusen ist von entscheidender Bedeutung, um die Untersuchung der genetischen Grundlagen von Krankheiten verbunden ist, um kortikale vermittelte kognitive Dysfunktion präf…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Forschung wurde unterstützt durch Zuschüsse R01-MH090127, P30-MH089868 vom National Institute of Mental Health und Verleihungsnummer UL1TR001120 vom National Center for Advancing Translational Sciences unterstützt. Der Inhalt ist allein in der Verantwortung der Autoren und nicht unbedingt die offizielle Meinung des NIMH oder NCATS. Darüber hinaus möchten wir danken Dr. David Morilak für seine wertvolle Know-how bei der Führung des frühen Methodenentwicklung.
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 | ||
References
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