Nye variasjoner for Strategi Set-skiftende i Rat
Summary
Set-skiftende, en form for atferds fleksibilitet, krever en oppmerksomhets skifte fra en stimulus dimensjon til en annen. Vi har utvidet en etablert gnager set-skiftende oppgave 1 ved å kreve oppmerksomhet til ulike stimuli i henhold til kontekst. Oppgaven ble kombinert med spesifikke lesjoner for å identifisere neuron subtyper som ligger til grunn en vellykket skift.
Abstract
Behavioral fleksibilitet er avgjørende for å overleve i skiftende omgivelser. Bredt definert, atferdsmessige fleksibilitet krever en omlegging av atferdsstrategi basert på en endring i styrende regler. Vi beskriver en strategi satt skiftende oppgave som krever en oppmerksomhets skifte fra en stimulus dimensjon til en annen. Paradigmet er ofte brukt for å teste kognitiv fleksibilitet hos primater. Men det gnager versjonen har ikke blitt så omfattende utviklet. Vi har nylig utvidet en etablert set-skiftende oppgave i rotte en ved å kreve oppmerksomhet til ulike stimuli i henhold til kontekst. Alle forsøksbetingelser som kreves dyr å velge enten en venstre eller høyre spak. Til å begynne med, alle dyr hadde til å velge på basis av plasseringen av spaken. Deretter ble en endring i regelen fant sted, noe som krevde en forskyvning i set fra posisjonsbasert regel til en regel i hvilket den riktige spaken ble indikert ved en lett signalet. Vi sammenlignet ytelsen på three forskjellige versjoner av oppgaven, der lyset stimulus var enten roman, tidligere relevant, eller tidligere irrelevant. Vi fant at spesifikke nevrokjemiske lesjoner selektivt svekket evnen til å gjøre bestemte typer sett skift målt ved resultater på de ulike versjonene av oppgaven.
Introduction
Behavioral fleksibilitet er en viktig forutsetning for å overleve i en verden i endring. En av de etablerte atferds paradigmer for å teste denne evnen er satt skiftende, der en forskyvning av oppmerksomhet fra en stimulus dimensjon til en annen er nødvendig for å endre handlingsstrategier etter en endring i regelen. Flere områder av hjernen som den prefrontale cortex og striatum er innblandet i set-skiftende 2, 3, 4, 5. Neurale mekanismer for denne funksjon er undersøkt over flere arter, inkludert mennesker, aper 5 6 og rotter 1, 7, 8, 9. Men rotte versjoner av set-skiftende oppgaver er ikke like omfattende utviklet. Kostnadseffektiviteten av rotter, deres aktuelle størrelse for stereotaksisk kirurgi, og tilgjengeligheten av nylig utviklede genetiske metoder 10, motivere videreutvikling av set-skiftende paradigmer for bruk i rotter.
Et typisk sett skifting paradigme for rotter som krever en forandring mellom to atferdsmessige strategier, for eksempel, en strategi for respons og et visuelt signal-strategi. Rotter i utgangspunktet må velge ett av to tilgjengelige alternativer (for eksempel venstre eller høyre spakene i en operant automatisert versjon 1 eller venstre eller høyre arm i en T-labyrint versjon 7, 8, 9, 11). Etter en angitt skift, må de bytte til ved hjelp av et visuelt signal-strategi, slik som en lys signal som indikerer den riktige side. I de konvensjonelle set-skiftende arbeidsoppgaver, er det nødvendig å skifte fokus fra ett stimulus dimensjon til en annen dimensjon som på forhånd var irrelevant.
ontent "> I tillegg til å endre til en dimensjon som på forhånd var irrelevant, det er også den logiske muligheten for at en stimulus var tidligere relevant, eller tidligere fraværende og nå ny. virkelige situasjoner i naturen kan innebære oppmerksomhet mot en ny, eller historisk relevant, men ikke avgjørende signalet. Derfor har vi vurdert disse subtyper av set-shift, i en ny variant av gnager satt flytting basert på en tidligere etablert automatisert oppsett skiftende oppgave 1.Vi har nylig vist at bruken av den nye versjonen av set-skiftende paradigmer i et eksperiment for å bestemme effekten av neurochemically spesifikke lesjoner i striatum 12. I vår forrige undersøkelse, målrettet vi kolinerge interneurons slippe acetylkolin (ACh) av dorsomedial eller ventral striatum siden ACh og de underregioner har vært innblandet i atferds fleksibilitet. Alle forsøksbetingelsene krevde de samme strategiske skift but hver involverte ulike typer oppmerksomhets skift: en roman, tidligere relevant eller tidligere irrelevant kø. Vi her beskriver detaljerte prosedyrer for paradigmer, og markere representative resultater som tyder på at striatale kolinerge systemer spiller en fundamental rolle i set-skiftende, som er disosierbart mellom ulike striatale underregioner avhengig av atferds sammenhenger 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi har utviklet nye varianter på etablerte set skifting paradigme for bruk i rotter. Ved hjelp av disse paradigmer, ble kolinerge lesjoner i striatum funnet å svekke set-giring, noe som tyder på en bestemt rolle striatale kolinerge interneurons i set-giring: undertrykkelse av en gammel regel og tilrettelegging for leting etter en ny regel. Effektene varierte mellom dorsomedial og ventral striatum, i samsvar med den annen rolle av disse strukturene i læring.
Et sett-skiftende oppgav…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by Human Frontier Science Program and the Sasakawa Scientific Research Grant from the Japan Science Society.
Materials
| Standard Modular Test Chamber | Med Associates | ENV-008 | |
| Low Profile Retractable Response Lever | Med Associates | ENV-112CM | |
| Stimulus Light for Rat | Med Associates | ENV-221M | |
| Switchable Dual Pellet/Dipper Receptacle for Rat | Med Associates | ENV-202RM-S | |
| Head Entry Detector for Rat Receptacles | Med Associates | ENV-254-CB | |
| Modular Pellet Dispenser; 45 mg for Rat | Med Associates | ENV-203M-45 | |
| Sonalert Module for Rat | Med Associates | ENV-223AM | 4.5 kHz available (ENV-223HAM) |
| House Light for Rat Chambers | Med Associates | ENV-215M | |
| SmartCtrl Interface Module, 8 input/16 output | Med Associates | DIG-716B | |
| SmartCtrl Connection Panel, 8 input/16 output | Med Associates | SG-716B | |
| 45 mg Tablet-Fruit Punch | TestDiet | 1811255 | Several flavors available |
References
- Floresco, S. B., Block, A. E., Tse, M. T. L. Inactivation of the medial prefrontal cortex of the rat impairs strategy set-shifting, but not reversal learning, using a novel, automated procedure. Behavioural Brain Research. 190, 85-96 (2008).
- Nicolle, M. M., Baxter, M. G. Glutamate receptor binding in the frontal cortex and dorsal striatum of aged rats with impaired attentional set-shifting. European Journal of Neuroscience. 18, 3335-3342 (2003).
- Ragozzino, M. E., Ragozzino, K. E., Mizumori, S. J. Y., Kesner, R. P. Role of the dorsomedial striatum in behavioral flexibility for response and visual cue discrimination learning. Behavioral Neuroscience. 116, 105-115 (2002).
- Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Dissociation in prefrontal cortex of affective and attentional shifts. Nature. 380, 69-72 (1996).
- Monchi, O., Petrides, M., Petre, V., Worsley, K., Dagher, A. Wisconsin Card Sorting Revisited: Distinct Neural Circuits Participating in Different Stages of the Task Identified by Event-Related Functional Magnetic Resonance Imaging. The Journal of Neuroscience. 21, 7733-7741 (2001).
- Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Dissociable Forms of Inhibitory Control within Prefrontal Cortex with an Analog of the Wisconsin Card Sort Test: Restriction to Novel Situations and Independence from "On-Line" Processing. The Journal of Neuroscience. 17, 9285-9297 (1997).
- Floresco, S. B., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Magyar, O. Dissociable Roles for the Nucleus Accumbens Core and Shell in Regulating Set Shifting. The Journal of Neuroscience. 26, 2449-2457 (2006).
- Ragozzino, M. E., Detrick, S., Kesner, R. P. Involvement of the Prelimbic-Infralimbic Areas of the Rodent Prefrontal Cortex in Behavioral Flexibility for Place and Response Learning. The Journal of Neuroscience. 19, 4585-4594 (1999).
- Ragozzino, M. E., Jih, J., Tzavos, A. Involvement of the dorsomedial striatum in behavioral flexibility: role of muscarinic cholinergic receptors. Brain Research. 953, 205-214 (2002).
- Witten, I. B., et al. Recombinase-Driver Rat Lines: Tools, Techniques, and Optogenetic Application to Dopamine-Mediated Reinforcement. Neuron. 72, 721-733 (2011).
- Floresco, S. B., Magyar, O., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Tse, M. T. L. Multiple Dopamine Receptor Subtypes in the Medial Prefrontal Cortex of the Rat Regulate Set-Shifting. Neuropsychopharmacology. 31, 297-309 (2006).
- Aoki, S., Liu, A. W., Zucca, A., Zucca, S., Wickens, J. R. Role of Striatal Cholinergic Interneurons in Set-Shifting in the Rat. The Journal of Neuroscience. 35, 9424-9431 (2015).
- Dias, R., Aggleton, J. P. Effects of selective excitotoxic prefrontal lesions on acquisition of nonmatching- and matching-to-place in the T-maze in the rat: differential involvement of the prelimbic-infralimbic and anterior cingulate cortices in providing behavioural flexibility. European Journal of Neuroscience. 12, 4457-4466 (2000).
- Hunt, P. R., Aggleton, J. P. Neurotoxic Lesions of the Dorsomedial Thalamus Impair the Acquisition But Not the Performance of Delayed Matching to Place by Rats: a Deficit in Shifting Response Rules. The Journal of Neuroscience. 18, 10045-10052 (1998).
- Jones, B., Mishkin, M. Limbic lesions and the problem of stimulus-Reinforcement associations. Experimental Neurology. 36, 362-377 (1972).
- Chen, K. C., Baxter, M. G., Rodefer, J. S. Central blockade of muscarinic cholinergic receptors disrupts affective and attentional set-shifting. European Journal of Neuroscience. 20, 1081-1088 (2004).
- Bradfield, L. A., Bertran-Gonzalez, J., Chieng, B., Balleine, B. W. The thalamostriatal pathway and cholinergic control of goal-directed action: interlacing new with existing learning in the striatum. Neuron. 79, 153-166 (2013).
- Okada, K., et al. Enhanced flexibility of place discrimination learning by targeting striatal cholinergic interneurons. Nat Commun. 5, (2014).
- Ragozzino, M. E. Acetylcholine actions in the dorsomedial striatum support the flexible shifting of response patterns. Neurobiology of Learning and Memory. 80, 257-267 (2003).
- Ravizza, S. M., Carter, C. S. Shifting set about task switching: Behavioral and neural evidence for distinct forms of cognitive flexibility. Neuropsychologia. 46, 2924-2935 (2008).
- Rushworth, M. F. S., Hadland, K. A., Paus, T., Sipila, P. K. Role of the Human Medial Frontal Cortex in Task Switching: A Combined fMRI and TMS Study. Journal of Neurophysiology. 87, 2577-2592 (2002).
- Bissonette, G. B., Roesch, M. R. Rule encoding in dorsal striatum impacts action selection. European Journal of Neuroscience. 42, 2555-2567 (2015).
