Das Nagetier Psychomotorik Vigilance Test (rPVT): Eine Methode zur Beurteilung der Neuropsychologische Leistung bei Ratten und Mäusen
Summary
Eine Ratte Version des menschlichen Psychomotorik Vigilance Test (PVT) beschrieben, die mit dem menschlichen PVT gemessen Aspekte der Aufmerksamkeit ähnlich denen Maßnahmen, einschließlich der Aspekte der menschlichen Wachsamkeit wie Leistungsgenauigkeit, Motordrehzahl, vorzeitige reagiert und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit.
Abstract
Der menschliche Psychomotorische Vigilance Test (PVT) ist ein weit verbreitetes Verfahren für Änderungen der Ermüdung und anhaltende Aufmerksamkeit zu messen. Der vorliegende Artikel beschreibt ein Nagetier – Version des PVT-bezeichnet die "rPVT" , dh ähnliche Aspekte der Aufmerksamkeit misst (dh Leistungsgenauigkeit, Motordrehzahl, vorzeitige reagiert und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit). Die Daten werden präsentiert, die sowohl die kurz- und langfristigen Nutzen des rPVT zeigen, wenn sie mit Laborratten eingesetzt. Ratten lernen leicht die rPVT, und das Erlernen der grundlegenden Vorgang auszuführen dauert weniger als zwei Wochen Training. Einmal erworben, Ratte Leistungen in der rPVT zeigen einen hohen Grad der Ähnlichkeit zu diesen gleichen Performance – Maßnahmen im menschlichen PVT, einschließlich Ähnlichkeiten bei Verfehlungen in der Aufmerksamkeit, Reaktionszeiten, Wachsamkeit Dekremente über Sitzungszeit (dh der Mensch "time-on- task "Effekte), und die Antwort-Stimulus-Intervall (RSI) Wirkung beim Menschen beschrieben. So ist die rPVT kann ein äußerst wertvolles Werkzeug für die Beurteilung der Auswirkungen von einer Vielzahl von Variablen auf nachhaltige Aufmerksamkeit ganz ähnlich wie die menschliche PVT Leistungen sein und kann somit für die Entwicklung neuer Therapien für Neuropsychologische Störungen nützlich sein.
Introduction
Der menschliche psycho Vigilanz – Test (PVT) ist ein weit verbreitetes, gut validierten Werkzeug für Menschen in Wachsamkeit und anhaltende Aufmerksamkeit zu messen, und wurde ursprünglich von Dinges et al entwickelt. 1-3 für die Stabilität der Reaktionszeiten und die Aufmerksamkeit der Bewertung (zB Fehler in Bezug auf die vorzeitige Reaktionen und Verfehlungen in der Aufmerksamkeit), die beide innerhalb von Sitzungen als Ganzes und über die Zeit in den einzelnen Sitzungen. Im Laufe der Jahre hat der Mensch PVT modifiziert und aktualisiert 4-11 zeitlichen Änderungen in verschiedenen Aspekten Aufmerksamkeit zu verfolgen, und wurde gezeigt, auf Veränderungen in Schlafentzug und Ermüdung empfindlich zu sein und wird durch Drogenkonsum und Alter der Patienten 12 betroffen , 13. Die PVT ist ein scheinbar einfaches Verfahren, bei dem ein Gegenstand kurz einen Bildschirm berührt, wenn ein Stimulus (typischerweise eine LED-Nummernanzeige) zufällig in der Zeit erscheint, in der Regel nach 2 bis 10 s. In der menschlichen Variante wird die Nummernanzeige in ms inkrementiert, und angehalten, wenn ter Bildschirm berührt wird, damit die Reaktionszeit des unter Angabe von Gegenstand (RT). Abnahmen der Wachsamkeit sind mit 1 bezeichnet) verlangsamte Reaktionszeiten, 2) eine Erhöhung der Verfehlungen (bezeichnet als "Fehler der Unterlassung" in der menschlichen Literatur, und in der Regel als RTs definiert, die> 500 ms lang), und 3) eine Erhöhung der (bezeichnet als "Fehler der Kommission" oder "Fehlstarts" in der menschlichen Literatur) vorzeitig zu reagieren. Andere Maßnahmen können auch mit dem PVT für die Prüfung solcher Variablen wie Geschlecht und Altersunterschiede erhalten werden; eine Überprüfung dieser Maßnahmen finden Basner und Dinges 4. Schließlich hat die PVT in den allgemeinen Bereich der Risikobewertung beim Menschen eingesetzt worden, und wurde unter einer Vielzahl von Einsatzgebieten erfolgreich eingesetzt, die das Militär, Luft- und Eisenbahnindustrie, Ersthelfer und extreme Umgebungen wie NASA Extreme Environment Missionen umfassen Operationen (NEEMO), der internationale Mars500 – Projekt 14, und auf der internationalen Space Station (ISS). Auf der ISS wird die PVT die "Reaktion Selbsttest" genannt und wird verwendet , Astronauten mit individualisierten ermüdungsbedingten Feedback (zB Änderungen in RTS- oder Verfehlungen in der Aufmerksamkeit) zur Verfügung zu stellen.
Der menschliche PVT ist seit Jahrzehnten im Einsatz, als Nagetier-Versionen von einfachen Reaktionszeitaufgaben haben (was ein wenig ähnlich sind). Es wurde jedoch erst vor kurzem, dass ein direkter Nagetier Gegenstück zum menschlichen PVT wurde in der Literatur berichtet. Christie und Kollegen beschrieben , eine Version des menschlichen PVT für Ratten und berichtete Abnahme der Wachsamkeit folgenden Schlafentzug 15,16. Weitere neuere Studien haben Versionen des rPVT 17-19 berichtet. Diese Berichte haben beschriebenen Veränderungen in Daueraufmerksamkeit nach verschiedenen Techniken Schlafentzug; jedoch haben die Daten aus diesen Studien berichtet hohe vorzeitige Reaktion (beispielsweise in einigen Fällen mehr als 40% der Gesamtzahl der respoNSEs); solche Leistungen sind ganz anders als alle PVT Auftritte mit den Menschen. Solch ein großer Unterschied in rodent gegen menschliche Leistungen aufgrund der Unterschiede in spezifischen Parameter im menschlichen gegenüber den Nagetieren Versionen der PVT eingesetzt wahrscheinlich; zum Beispiel al die Christie et. Studie beschäftigte sich zufällig ändernde 3 – 7 s Vorperiode, während ein Mensch PVT normalerweise ein 2 beschäftigt – 10 s Vorperiode (obwohl siehe Basner et al 5 für eine 3-min – Version des menschlichen PVT , die eine 1 verwendet -. 4 s Vorperiode) . Die Verwendung von relativ kurzen Vorperiode Werte können häufig bei Tieren "Timing" ihre Reaktionen zur Folge haben, und können so zu fördern, über zufällige Verstärkung, die Zahl der vorzeitigen Reaktionen erhöht, wie sie in den aktuellen Nagetier rPVT Studien berichtet worden.
Die Version des rPVT hier beschriebenen basiert auf unserer früher veröffentlichten Artikel 20, und enthält eine detaillierte Beschreibung der Techniken und -verfahren. es unterscheidetvon bisher veröffentlichten Versionen des rPVT in folgenden Punkten: 1) Ratten mit variabler Vorperiode Werte von 3 ausgebildet wurden – 10 s und 2) Ratten schnell reagieren musste, bezeichnet, da nur Antworten innerhalb einer kurzen Antwortfenster (auch eine "begrenzte halten ") nach Beginn des Stimulus verstärkt wurden (1,5 s in der vorliegenden Studie, 3,0 s in den vorherigen veröffentlichten Versionen des rPVT). Mit diesen Änderungen sowie kurze Timeouts für falsch in einem höheren Niveau der Stimuluskontrolle führte Ansprechend, wie durch deutliche Verbesserungen in der Genauigkeit und reduzierte Mengen an vorzeitiger Reaktion angezeigt. Der vorliegende Bericht beschreibt auch vorhersehbare Veränderungen in Leistungsvariablen (zB Verfehlungen in der Aufmerksamkeit, EZS) , die wie beim Menschen parallel bei der Prüfung der Wachsamkeit 21 dekrementiert, und bei der Prüfung anderer Performance – Maßnahmen , einschließlich der menschlichen "Zeit auf Aufgabe" -Effekt und die response- Reizintervall (RSI) Wirkung, die im menschlichen PVT beobachtet <sbis> 22.
Die endgültige Version des rPVT hier beschrieben beginnt , indem Sie auf ein Haus Licht drehen (siehe Abbildung 1). Nach einem variablen Intervall (Vorperiode) von 3 bis 10 s abgelaufen ist, wird die Nasen Poke Schlüssel für maximal 1,5 s belichtet. (Um eine gleichmäßige Verteilung der Vorperioden Dauer zu gewährleisten, werden die Werte zufällig generiert, ohne Ersatz aus einer Liste von 36 möglichen Werte, die von 3 bis 10 s liegen, bezogen auf 200 ms-Schritten.) Beleuchtung des nosepoke Schlüssel ist das Signal für ein Tier reagieren und eine Antwort, die zwischen 150 bis 1500 ms nach dem Beginn der hell~~POS=TRUNC tritt mit einer 45-mg-Pellet verstärkt wird. Nach einer verstärkten Reaktion, die beide die Nase Poke Schlüssellicht und das Haus Licht ausgeschaltet und ein 1 s Inter-trial-Intervall (ITI, Haus Licht aus) erfolgt. Nose-Pokes bei vor Licht Beginn erzeugen ein 8 s Timeout (TO) aus den experimentellen Eventualitäten, die durch Löschen des Hauses Licht signalisiert wird. Wenn keine Antworten treten innerhalb der 1,5 s response Fenster sowohl das nosepoke Licht und Haus Licht ausgeschaltet sind, und ein 1 s ITI erfolgt. Die nächste geplante Vorperiode Wert für die nachfolgende Studie beginnt nach entweder die 1 s ITI oder die 8 s TO, je nachdem, was während der vorangegangenen Studie aufgetreten. Die Sitzungen werden täglich durchgeführt (5 Tage / Woche), in der Regel von etwa 200 Studien, bestehen und nach 30 Minuten beendet. Dies führt bei jedem Versuch eine Dauer von etwa 7,5 s mit durchschnittlich.
Shaping stabile Basisleistung auf der rPVT erfolgt zunächst durch 1) eine Ratte Anpassung aus dem Nahrungsmittelbehälter zu nehmen Futterpellets in der Kammer, 2) von Hand Gestaltung einer Ratte auf einer Nase Poke Schlüssel zu reagieren, indem sie schrittweise Annäherungen an die letzte Verstärkung Nase stecken Antwort, und 3) die Durchführung von täglichen Sitzungen , in denen die Parameter des rPVT Verfahren (dh Vorperiode, ITI, TO, und Schlüsselbelichtungszeiten) werden schrittweise während einer Sitzung angepasst, je nachdem , wie gut jede Ratte während jeder Sitzung ausführt (unten im Detail beschrieben).
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Methodik beschriebenen Ergebnisse hierin in rPVT Leistungen in Ratten, die in den menschlichen Literatur berichtet vorteilhaft in vielen Aspekten der typischen PVT Leistung vergleichen. Unter Verwendung der vorliegenden Techniken kann man schnell Ratten trainieren , um die rPVT durchzuführen, und die mit diesen Techniken erhaltenen Leistungen werden durch klare Benachteiligungen gekennzeichnet (dh hohe richtig reagiert, geringe voreilig reagiert und hinfällig). Ferner sind die Reaktionszeitverteilungen mi…
Disclosures
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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