Nya varianter för strategi som skiftande i råtta
Summary
Set-växling, en form av beteende flexibilitet kräver en uppmärksamhets övergång från en stimulans dimension till en annan. Vi utökade en etablerad gnagare set-shifting uppgift 1 genom att kräva uppmärksamhet på olika stimuli beroende på sammanhanget. Uppgiften kombinerades med specifika skador för att identifiera neuron subtyper bakom en framgångsrik skift.
Abstract
Behavioral flexibilitet är avgörande för överlevnad i föränderliga miljöer. Brett definierat, beteende flexibilitet kräver en förskjutning av beteende strategi baserad på en förändring i styrande regler. Vi beskriver en strategi som skiftande uppgift som kräver en uppmärksamhet som övergång från en stimulans dimension till en annan. Den paradigm används ofta för att testa kognitiv flexibilitet i primater. Men gnagare versionen inte har så stor utsträckning utvecklats. Vi har nyligen förlängts ett fastställt skiftande uppdrag hos råtta en genom att kräva uppmärksamhet på olika stimuli beroende på sammanhanget. Alla de experimentella betingelserna som krävs djur att välja antingen en vänster- eller högerspaken. Initialt, alla djur hade att välja på grundval av läget för spaken. Därefter kan en förändring i regeln inträffade, som krävde ett skift i uppsättningen från platsbaserade regeln till en regel i vilken den korrekta spaken indikerades av en ljus cue. Vi jämförde prestanda på three olika versioner av uppgiften, där ljuset stimulans var antingen nya, tidigare relevant, eller tidigare irrelevant. Vi fann att vissa neurokemiska skador nedsatt selektivt förmågan att göra vissa typer av inställda förskjutning mätt som resultat på de olika versionerna av uppgiften.
Introduction
Behavioral flexibilitet är en viktig förutsättning för överlevnad i en föränderlig värld. En av de etablerade beteende paradigm för att testa denna förmåga är inställd förskjutning, där en förskjutning av uppmärksamheten från en stimulans dimension till en annan är nödvändig för att ändra åtgärdsstrategier efter en förändring i regel. Flera områden i hjärnan som prefrontala cortex och striatum är inblandade i set-shifting 2, 3, 4, 5. Neurala mekanismer för denna funktion har undersökts i flera arter inklusive människor 5, apor 6 och råttor 1, 7, 8, 9. Men råtta versioner av set-shifting uppgifter har inte så stor utsträckning utvecklats. Kostnadseffektiviteten hos råttor, deras behov storlek för stereotaktisk kirurgi, och tillgången på nyutvecklade genetiska metoder 10, motivera fortsatta utvecklingen av set-shifting paradigm för användning i råttor.
En typisk uppsättning skiftande paradigm för råttor kräver en förändring mellan två beteendestrategier, till exempel, en åtgärdsstrategi och en visuell kö strategi. Råttor har inledningsvis välja ett av två alternativ (t.ex. vänster eller höger spakarna i en operant automatiserad version 1 eller vänster eller höger arm i en T-labyrint version 7, 8, 9, 11). Efter en inställd skift, måste de växla till att använda en visuell-cue strategin såsom en ljus cue som anger rätt sida. I de konventionella set-shifting uppgifter, är det nödvändigt att flytta uppmärksamheten från en stimulans dimension till en annan dimension som tidigare hade varit irrelevant.
INNEHÅLL "> Förutom att byta till en dimension som tidigare hade varit irrelevant, det är också den logiska möjligheten att en stimulans var tidigare relevant, eller tidigare frånvarande och nu roman. verkliga situationer i naturen kan innebära uppmärksamhet till en ny, eller historiskt relevant men inte avgörande kö. Därför ansåg vi dessa subtyper av set-skift, i en ny variant av gnagare set-shifting baserad på en tidigare etablerad automatiserad uppsättning skiftande uppgift 1.Vi har nyligen visat att användningen av den nya versionen av set-shifting paradigm i ett experiment för att bestämma effekten av neurokemiskt specifika lesioner i striatum 12. I vår tidigare studie, riktade vi kolinerga interneuronen släppa acetylkolin (ACH) i dorsomediala eller ventrala striatum eftersom ACh och dessa delområden har varit inblandade i beteende flexibilitet. Alla de experimentella betingelserna krävde samma strategiska skift but var involverade olika typer av uppmärksamhets skift: en ny, tidigare relevant eller tidigare irrelevant kö. Vi här beskriver detaljerade förfaranden för paradigm, och lyfta fram representativa resultat tyder på att striatala kolinerga system spelar en avgörande roll i set-shifting, som är särskiljas mellan olika striatala delregioner beroende på beteende sammanhang 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
Vi utvecklade nya varianter på etablerade uppsättningen skiftande paradigm för användning i råttor. Med hjälp av dessa paradigm var kolinerga lesioner i striatum visade sig försämra set-växling, vilket tyder på en specifik roll striatala kolinerga interneuronen i set-växling: undertryckande av en gammal regel och underlättande av prospektering en ny regel. Effekterna skilde mellan dorsomediala och ventrala striatum, i enlighet med de olika roll dessa strukturer i lärandet.
…
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).
