Summary

Novas Variações para estratégia definida de mudança no Rat

Published: January 23, 2017
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Summary

Set-shifting, uma forma de flexibilidade comportamental, requer uma mudança de atenção de uma dimensão de estímulo para outro. Nós estendemos set-deslocando um roedor estabeleceu a tarefa 1, exigindo atenção a estímulos diferentes de acordo com o contexto. A tarefa foi combinada com lesões específicas para identificar subtipos de neurônios subjacentes uma mudança bem sucedida.

Abstract

flexibilidade comportamental é crucial para a sobrevivência em ambientes mutáveis. Amplamente definido, flexibilidade comportamental requer uma mudança de estratégia comportamental baseada em uma mudança no governo regras. Nós descrevemos uma estratégia definida de mudança de tarefa que exige uma mudança de atenção de uma dimensão de estímulo para outro. O paradigma é muitas vezes usado para testar a flexibilidade cognitiva em primatas. No entanto, a versão roedor não tenha sido tão amplamente desenvolvida. Temos recentemente estendeu uma tarefa de mudança de conjunto estabelecido no rato 1, exigindo atenção a estímulos diferentes de acordo com o contexto. Todas as condições experimentais exigida animais pode optar por uma esquerda ou a alavanca direita. Inicialmente, todos os animais tinham de escolher, com base na localização da alavanca. Posteriormente, uma mudança na regra ocorreu, o que exigiu uma mudança no conjunto de regra baseada em localização com uma regra em que a alavanca correta foi indicado por um sinal de luz. Nós comparamos o desempenho em three diferentes versões da tarefa, na qual o estímulo de luz era ou novela, anteriormente relevante, ou previamente irrelevante. Descobrimos que lesões neuroquímicos específicos prejudicada seletivamente a capacidade de fazer determinados tipos de mudança de set medida pelo desempenho nas diferentes versões da tarefa.

Introduction

flexibilidade comportamental é um requisito fundamental para a sobrevivência em um mundo em mudança. Um dos paradigmas comportamentais estabelecidos para testar essa capacidade é definido de mudança, em que é necessário para mudar estratégias de ação depois de uma mudança na regra de mudança de atenção de uma dimensão de estímulo para outro. Várias regiões do cérebro tais como o córtex pré-frontal e estriado estão implicados em conjunto deslocando-2, 3, 4, 5. Mecanismos neurais para esta função têm sido investigados em vários espécies, incluindo os seres humanos 5, macacos e ratos 6 1, 7, 8, 9. No entanto, as versões de rato de tarefas de mudança de jogo não foram tão amplamente desenvolvida. A relação custo-eficácia dos ratos, a sua adequada tamanho para cirurgia estereotáxica, e da disponibilidade de métodos genéticos desenvolvidos recentemente 10, motivar ainda mais o desenvolvimento de paradigmas de mudança de jogo para uso em ratos.

Um paradigma típico de mudança de conjunto para ratos requer uma mudança entre duas estratégias comportamentais: por exemplo, uma estratégia de resposta e uma estratégia visual-cue. Ratos inicialmente tem que escolher uma das duas opções disponíveis (como alavancas esquerda ou direita em um operante automatizado versão 1 ou braços esquerda ou direita em um labirinto em T versão 7, 8, 9, 11). Depois de uma mudança de set, eles têm que passar a usar uma estratégia visual-sugestão, como um taco de luz indicando o lado correto. Nestas tarefas convencionais de mudança de set, é necessário desviar a atenção de uma dimensão estímulo para outra dimensão que anteriormente tinha sido irrelevante.

onteúdo "> Além de mudar para uma dimensão que anteriormente tinha sido irrelevante, há também a possibilidade lógica de que um estímulo anteriormente era relevante, ou previamente ausente e agora romance. situações da vida real na natureza pode implicar a atenção para um romance, ou historicamente relevantes, mas não fundamental sugestão. por isso, consideramos estes subtipos de set-shift, em uma nova variação do roedor set-shifting com base em uma tarefa de mudança de conjunto automatizado previamente estabelecido 1.

Nós demonstramos recentemente, a utilização da nova versão do jogo de mudança de paradigmas em uma experiência para determinar o efeito de lesões neuroquimicamente específicas do corpo estriado 12. No nosso estudo anterior, orientada interneurónios colinérgicos que libertam acetilcolina (ACh) do estriado ventral desde dorsomedial ou ACh e essas sub-regiões tenham sido implicados na flexibilidade comportamental. Todas as condições experimentais exigiram os mesmos bu mudança estratégicat cada envolvidas tipos diferentes de mudança de atenção: para um romance, anteriormente relevante ou anteriormente sugestão irrelevante. Nós aqui descrever os procedimentos detalhados dos paradigmas, e destacar resultados representativos sugerindo que os sistemas colinérgicos do estriado desempenhar um papel fundamental no set-shifting, que é indissociável entre os diferentes sub-regiões do estriado em função dos contextos comportamentais 12.

Protocol

Todos os procedimentos para o uso de animais foram aprovados pelo Animal Care e do Comitê Use no Instituto Okinawa de Ciência e Tecnologia. 1. Os animais Obter ratos machos Long-Evans (250-300 g à chegada). Após a chegada, abrigar um grupo de dois ou três ratos em conjunto por uma semana e depois separá-los em gaiolas individuais. Note-se que este delineamento experimental envolve alimentar-restrição e tem de segurar um animal de cada gaiola para controlar a quan…

Representative Results

Usamos a estratégia definida de mudança de tarefa descrita acima para investigar o papel dos interneurónios colinérgicos na flexibilidade comportamental. Nós comparamos o efeito sobre a tarefa de uma lesão seletiva induzida por imunotoxina de interneurónios colinérgicos em dorsomedial (DMS), striatum ventral (VS) e controle de injeção de solução salina. Todos os animais tinham de mudar da escolha de uma alavanca com base no lado (esquerda ou direita), para a escolha com base em uma luz de sinalização acima…

Discussion

Nós desenvolvemos novas variações sobre o paradigma de mudança de conjunto estabelecido para utilização em ratos. Usando esses paradigmas, lesões colinérgicos do estriado foram encontrados para prejudicar set-shifting, sugerindo um papel específico de interneurónios colinérgicos do estriado em set-shifting: supressão de uma regra de idade e facilitação da exploração de uma nova regra. Os efeitos diferiram entre estriado ventral dorsomedial e, em conformidade com o diferente papel destas estruturas …

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

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Dissociation in prefrontal cortex of affective and attentional shifts. Nature. 380, 69-72 (1996).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. Witten, I. B., et al. Recombinase-Driver Rat Lines: Tools, Techniques, and Optogenetic Application to Dopamine-Mediated Reinforcement. Neuron. 72, 721-733 (2011).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Jones, B., Mishkin, M. Limbic lesions and the problem of stimulus-Reinforcement associations. Experimental Neurology. 36, 362-377 (1972).
  16. 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).
  17. 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).
  18. Okada, K., et al. Enhanced flexibility of place discrimination learning by targeting striatal cholinergic interneurons. Nat Commun. 5, (2014).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Bissonette, G. B., Roesch, M. R. Rule encoding in dorsal striatum impacts action selection. European Journal of Neuroscience. 42, 2555-2567 (2015).
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Cite This Article
Aoki, S., Liu, A. W., Zucca, A., Zucca, S., Wickens, J. R. New Variations for Strategy Set-shifting in the Rat. J. Vis. Exp. (119), e55005, doi:10.3791/55005 (2017).

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