O psicomotora Teste Rodent Vigilância (rPVT): um método para avaliar Neurobehavioral Desempenho em ratos e camundongos

Summary

Uma versão rato da Vigilância testes psicomotores humana (PVT) é descrito que mede aspectos de atenção semelhantes aos medido com o PVT humano, incluindo os aspectos da vigilância humana, tais como a precisão do desempenho, velocidade do motor, respondendo prematuro e lapsos de atenção.

Abstract

A vigilância dos testes psicomotores humana (PVT) é um procedimento amplamente utilizado para medir alterações na fadiga e atenção sustentada. O presente artigo descreve uma versão roedor da denominou-PVT o "rPVT" -que mede aspectos semelhantes de atenção (ou seja, a precisão do desempenho, velocidade do motor, prematuro responder e lapsos de atenção). Os dados são apresentados demonstram que tanto a curto como a longo prazo utilidade do rPVT quando empregue com ratos de laboratório. Os ratos aprendem facilmente a rPVT, e aprender a executar o procedimento básico leva menos de duas semanas de treinamento. Uma vez adquirido, performances rato no rPVT mostram um alto grau de semelhança com estas mesmas medidas de desempenho no PVT humano, incluindo semelhanças em, lapsos de atenção, tempo de reação, diminui a vigilância em toda tempo da sessão (ou seja, o ser humano "time-on- tarefa "efeitos), eo efeito intervalo de resposta de estímulo (RSI) descreveu para os seres humanos. Assim, o rPVT pode ser uma ferramenta extremamente valiosa para avaliar os efeitos de uma ampla gama de variáveis ​​sobre atenção sustentada bastante semelhantes às performances PVT humanos e, portanto, pode ser útil para o desenvolvimento de novos tratamentos para disfunções neurocomportamentais.

Introduction

O teste de vigilância psicomotora humana (PVT) é, uma ferramenta bem validado amplamente usado para medir a vigilância e atenção sustentada em seres humanos, e foi originalmente desenvolvido por Dinges et ai. ^1-3 para avaliar a estabilidade em tempos de reação e atenção (por exemplo, erros em termos de respostas prematuras e lapsos de atenção), tanto dentro das sessões como um todo e ao longo do tempo dentro de sessões individuais. Ao longo dos anos, a PVT humano foi modificado e atualizado ^4-11 para acompanhar as alterações temporais em vários aspectos atenção, e tem sido demonstrado ser sensível a mudanças na privação do sono e fadiga, e é afetado pelo uso de drogas e idade dos indivíduos ^{12 , 13.} A PVT é um procedimento aparentemente simples em que um sujeito toca rapidamente uma tela quando um estímulo (tipicamente, um visor LED número) aparece aleatoriamente no tempo, tipicamente depois de 2 – 10 s. Na versão humana, a indicação do número é incrementado em ms e parou quando tele tela é tocada, indicando, assim, o tempo de reação do sujeito (RT). Diminuições na vigilância são indicadas por 1) desacelerou tempos de reação, 2) um aumento de lapsos (chamado de "erros de omissão" na literatura humana, e normalmente definido como RTs que são> 500 ms de comprimento), e 3) um aumento no prematura de responder (denominados "erros de comissão" ou "falsos começos" na literatura humana). Outras medidas também podem ser obtidas com o PVT pela análise de variáveis ​​tais como diferenças de género e idade; para uma revisão dessas medidas, ver Basner e Dinges ^4. Finalmente, a PVT tem sido empregado na área geral de avaliação do risco humano, e tem sido usado com sucesso em uma ampla gama de áreas operacionais, que incluem as indústrias militares, transporte aéreo e ferroviário, socorristas e ambientes extremos, como as missões para ambientes extremos da NASA operações (NEEMO), o Projecto Internacional Mars500 ^14, e em SPAC Internacionale Station (ISS). Na ISS, o PVT é chamado de "Reação Auto-Teste" e é empregado para fornecer astronautas com feedback individualizado relacionadas com a fadiga (por exemplo, mudanças na RTs ou lapsos de atenção).

O PVT humana tem sido usado por décadas, assim como as versões de roedores de tarefas simples de tempo de reação (que são um pouco semelhante). Ele foi apenas recentemente, no entanto, que um homólogo roedor directo à PVT humano foi relatado na literatura. Christie e colegas descreveram uma versão do PVT humana para ratos, e relatou diminuições na vigilância seguintes privação do sono ^15,16. Estudos recentes adicionais relataram versões do rPVT ^17-19. Estes relatórios descreveram alterações da atenção prolongada na sequência de várias técnicas de privação de sono; níveis elevados no entanto, os dados obtidos nestes estudos também têm relatado prematura de responder (por exemplo, em alguns casos, mais de 40% do número total de respoNSES); tais performances são muito diferentes de qualquer performances PVT com seres humanos. Tal uma grande diferença de roedor contra desempenhos humanos são provavelmente devido a diferenças de parâmetros específicos empregues no ser humano contra as versões roedor da PVT; Por exemplo, o Christie et ai. estudo utilizou uma variável aleatória 3 – foreperiod 7 s, enquanto um PVT humano normalmente emprega um 2-10 s foreperiod (embora veja Basner et al ⁵ para uma versão de 3 min da PVT humana que usa um. 1 – 4 s foreperiod) . A utilização de valores foreperiod relativamente curtos, muitas vezes pode resultar em animais "calendário" as suas respostas, e assim pode promover, por meio de reforço acidental, aumentou os números de respostas prematuras, como têm sido relatados nos estudos com roedores rPVT actuais.

A versão do rPVT descrito aqui baseia-se no nosso artigo publicado anteriormente ^20, e fornece uma descrição pormenorizada das técnicas e dos procedimentos envolvidos. diferedas versões anteriormente publicadas do rPVT nos seguintes aspectos: 1) os ratos foram treinados com valores foreperiod variáveis ​​de 3 – 10 s, e 2) os ratos tiveram de responder rapidamente, uma vez que apenas respostas dentro de uma janela de resposta curta (também denominado uma "limitada hold ") após o início do estímulo foram reforçadas (1,5 s no presente estudo; 3,0 s nas versões publicadas anteriores do rPVT). Usando estas modificações, bem como tempos de espera para breves incorrecta de responder resultou em maiores níveis de controle de estímulos, como indicado por melhorias significativas na precisão e níveis de resposta prematura reduzida. O presente relatório também descreve as alterações previsíveis em variáveis de desempenho (por exemplo, lapsos de atenção, RTs) que são idênticas às observadas em humanos quando se examina a vigilância diminui ^{21 anos,} e ao examinar outras medidas de desempenho, incluindo o efeito "tempo na tarefa" humana eo resposta- intervalo estímulo (RSI) efeito que se observa no humano PVT <s-se> 22.

A versão final do rPVT descrito aqui começa por acender uma luz casa (veja a Figura 1). Após um intervalo variável (foreperiod) de 3 – 10 s decorrido, a chave nariz puxão é iluminado por um máximo de 1,5 s. (Para assegurar uma distribuição igual de foreperiods durações, os valores são gerados aleatoriamente sem substituição de uma lista de 36 possíveis valores que variam de 3 a 10 s, com base em incrementos de 200 ms.) De iluminação da chave nosepoke é o sinal para um animal responder, e uma resposta que ocorre entre 150 a 1500 ms após o aparecimento de luz é reforçada com uma pelete de 45 mg. Depois de uma resposta reforçada, tanto a luz da tecla nariz puxão ea luz da casa estão desligados e 1 s intervalo inter-julgamento (ITI; casa de luz off) começa. NOSE-cutuca antes do aparecimento de luz produzir um 8 s timeout (TO) a partir das contingências experimentais que é sinalizado por extinguir a luz casa. Se não houver respostas ocorrer dentro dos 1,5 s resjanela ponse, tanto a luz nosepoke e luz da casa estão desligados, e um 1 s ITI segue. O próximo valor foreperiod agendada para o posterior julgamento começa depois tanto os 1 s ITI ou os 8 S para, consoante o que ocorreu durante o julgamento prévio. As sessões são realizadas diariamente (5 dias / semana), normalmente constituídos por cerca de 200 ensaios, e termina após 30 min. Isto resulta com cada ensaio com uma duração de cerca de 7,5 s, em média.

Moldar o desempenho da linha de base estável sobre a rPVT é realizada por 1) inicialmente adaptação de um rato para tirar pelotas do alimento da bandeja de comida na câmara, 2) mão-shaping um rato para responder em uma chave puxão nariz, reforçando aproximações sucessivas para a final nariz picar resposta, e 3) a realização de sessões diárias, onde os parâmetros do procedimento rPVT (ie, foreperiod, ITI, TO, e os tempos de key-iluminação) estão gradualmente ajustados através de uma sessão, dependendo de quão bem cada rato está realizando durante cada sessão (descrito em detalhe abaixo).

Protocol

Laboratory Animal Care foi de acordo com a Política de cuidado humano e Uso de Animais de Laboratório Serviço de Saúde Pública (PHS). Todos os procedimentos foram realizados em estrita conformidade com as recomendações do Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório do National Institutes of Health. O Comitê da Universidade Johns Hopkins Institucional animal Cuidado e Uso aprovou o protocolo e todos os procedimentos. Johns Hopkins também mantém acreditação do seu programa pela Associação para a Avaliação e Acreditaç…

Representative Results

Basais Rato rPVT Performances Com base nos parâmetros descritos aqui, 86,7% dos 122 ratos machos atingiram os parâmetros rPVT finais dentro de uma média de 9,0 (DP = 10,13; n = 122) sessões de treinamento automatizado por computador (descritos em 4.1 – Formação 4.9 rPVT; em nossa experiência, apenas cerca de 2% de ratos não irão adquirir o rPVT). Utilizando a metodologia atual, os ratos em média 73,4% correta de respond…

Discussion

A metodologia aqui descrita resulta em desempenhos rPVT em ratos que se comparam favoravelmente em muitos aspectos ao desempenho PVT típico relatado na literatura humana. Usando as presentes técnicas, pode-se formar rapidamente ratos para executar a rPVT, e os desempenhos obtidos com estas técnicas caracterizam-se por discriminações claras (isto é, níveis elevados de responder correcta, baixos níveis de ambos responder prematura e lapsos). Além disso, as distribuições de tempo de reacção obtido com…

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.