Сенсорный экран устойчивого внимания задачу (сб) для крыс
Summary
Постоянного внимания, или непрерывно мониторинг ситуаций для прерывистого и непредсказуемых событий, является важнейшим аспектом познания. Здесь мы подробно как проверить постоянное внимание у крыс с помощью сенсорного экрана оперантной камер. Мы демонстрируем сопоставимой производительности в самцов и самок крыс, что делает эту задачу полезно для изучения внимание в обоих полов.
Abstract
Постоянного внимания является способность контролировать прерывистый и непредсказуемых событий течение длительного периода времени. Этот процесс внимания subserves другие аспекты познания и нарушается в некоторых нейротоксичностью, психоневрологических и нейродегенеративных расстройств. Таким образом клинически важно определить механизмы, которые препятствуют и улучшение постоянного внимания. Такие механизмы нередко сначала обнаруживаются с помощью грызунов модели. Поэтому были разработаны несколько поведение процедуры для тестирования аспекты постоянного внимания для грызунов. Один, впервые описал McGaughy и Sarter (1995), называется задачи постоянного внимания (SAT), поезда крыс различать сигнал (т.е., краткая презентация света) и испытания-сигнала. Сигналы короткий и таким образом требуют пристального внимания к восприниматься. Внимания требует может быть увеличена Далее путем введения дистрактор (например, мигающие houselight). Мы модифицировали эту задачу для сенсорного экрана оперантной камер, которые настроены с сенсорным экраном на одной стене, которая может представлять стимулы и запись ответов. Здесь мы подробно наш протокол для СИДЕЛ в сенсорный экран камеры. Кроме того мы представляем стандартные показатели производительности в крысах Sprague-Dawley мужского и женского пола. Сопоставимой производительности на эту задачу в обоих полов освещаются его использование для исследования внимания, особенно как больше исследователей в том числе женских грызунов в их экспериментальный дизайн. Кроме того простая реализация SAT для камер все более популярным сенсорный увеличивает его полезности.
Introduction
Расстройства от дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) до шизофрении с болезнью Альцгеймера, доля внимания расстройства как функция1,2,3. Дефицит внимания — возможность постоянно следить за ситуацией для прерывистого и непредсказуемых событий — являются особенно разрушительным, потому что постоянное внимание имеет решающее значение для селективного и разделенного внимания, а также другие когнитивные обрабатывает4,5. Даже у здоровых людей трудности с поддержания внимания негативно влияет на познание, умаление ежедневные функции6. Таким образом понимание нейробиологических основу постоянного внимания и как она становится dysregulated может привести к вмешательства для улучшения познания, что принесет пользу многим людям.
Для того, чтобы разграничить цепей и молекулярных процессов, которые способствуют правильной против нарушается внимание, многие исследователи обратились к не человеком животных моделей, где манипуляция конкретных клеточных популяций и молекулярных процессов во внимание задачи-это возможно. Усилия привели к разработке целого ряда оперантной внимания задачи, которые можно оценить способность поддерживать внимание7,8,9,10. Один такой парадигмы, разработанный McGaughy и Sarter (1995), известен как задачи постоянного внимания (сб). Грызуны, обучение в СБ должны отличать сигнал испытания, в которых кратко проблескивает сигнал света, от испытаний-сигнал. Внимания требует может быть увеличен путем введения визуальных дистрактор (мигает houselight)10. Параметры критической оценки внимание в сб, хорошо известны, и эта задача протестирована в самцов и самок крыс и мышей10,,1112. Даже версия была адаптирована для людей, подчеркнув переводческая программа СБ13. Важно отметить, что использование этой задачи помог обвинить базальной переднего corticopetal системы в постоянное внимание4. В частности, холинергических нейронов в ядро basalis Мейнерт (НБМ) / substantia inominata (SI) регион базальной переднего мозга, что проект в префронтальной коре являются критическими для показов, которые являются точные ответы на сигнал испытания14, 15. В противоположность этому ГАМК нейронов в этом регионе считается посредником производительность при правильной отказов (CRs), которые являются точные ответы на испытания-сигнал16. После того, как принципиальная схема для этой задачи была создана, факторы, которые модулируют этой схемы, чтобы ослабить внимание от гормонов стресса до нейротоксическое белков были определены17,18. Вместе эти исследования подчеркнуть полезность SAT.
Одно ограничение для реализации SAT в лаборатории, что первоначальная процедура требует оперантной камер постоянно настроен для задачи с свет панели центр и два удлиняемым рычаги, один для показов и один для CRs10. На пробу сигнал света группа кратко освещает и расширьте рычаги для обозначения 4 s ответ окно. Во время этого окна если назначенный хит рычаг нажат, то крысы получает вознаграждение (пищу или воду). Неправильные рычаг давит на сигнал испытания, известный как для девушек, не вознаграждаются. На несигнальное испытаний Группа свет остается выключенной, затем распространяются рычаги. В то время как CR вознаграждается, неправильные рычаг давит на несигнальное испытания, известный как ложные срабатывания, не вознаграждаются. Неспособность сделать любой ответ во время окна ответ считается как упущение. Чтобы расширить доступность SAT, мы недавно изменен задач сенсорный оперантной камер, в которых одна стена является сенсорный экран, который может как отображать визуальные раздражители и записи нос совать ответов19. Сенсорный экран камеры становятся популярными из-за их универсальность для выполнения различных задач (например, в паре ассоциированных обучение, обучение разворота и т.д.) с одной единицы оборудования20. Похож на других процедур сенсорный20,21,22, наша адаптация SAT требует использования непрозрачных пластиковых сенсорный покрытия, называется маска с отверстиями, нарезать его. Центральный, круглые отверстия позволяет представление сигнала, представляя белый стимул на экране позади него, и две площади ответ области, один для показов и один для ДУС, позволяют крысы сделать сенсорный ответы19. В традиционных камер в 4-х ответ окно обычно указывается с представлением рычаги, но предыдущие исследования показали, что тон может также использоваться для сигнала ответ окно23. В сб сенсорного экрана мы аналогичным образом сигнал ответ окно с кратким тоном. Другие параметры подготовки (например, количество судебных процессов, intertrial интервал и т.д.) находятся аналогичные между традиционными и сенсорный SAT. Мы ранее оценку производительности между традиционной и сенсорный экран версии SAT и обнаружил, что сопоставимые, предполагая, что сенсорный экран SAT является верным способом для измерения постоянного внимания19. Модификация сенсорный экран делает SAT более универсальным, потому, что она теперь может быть адаптирована для широкого использования в сенсорный экран оперантной коробки.
Настоящий Протокол подробно описано, как запускать сенсорный SAT в лаборатории. Учебные планы были слегка изменены из нашего предыдущего доклада задачи19 для оптимизации времени приобретения в самок крыс, которые, в отличие от мужчины, с трудом продвижения через предыдущих графиков24. Результаты, иллюстрирующие типичные производительности в самцов и самок крыс включены, а также советы для устранения неполадок с задачей.
Protocol
Representative Results
Discussion
Дефицит внимания сообщается в психоневрологических, психомоторного развития и нейродегенеративных расстройств1,2,3, но процессы, которые способствуют оптимальной против нарушается внимание изучена. Это, в частности, потому, что специа…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Мы хотели бы поблагодарить Joy Бергманн, Attilio Ceretti, Сара Коэн, Нина Duncan, Аррон холл, Ханна Lefebo и Мадлен Сальваторе за их помощь с поведением и доктор Vinay Parikh, доктор Бритни Yegla и Роб Коул за их советы по параметрами SAT. Мы хотели бы поблагодарить д-ра Джилл McGaughy советы по процедуре подготовки. Эта работа была поддержана национальными институтами здравоохранения грант NIMH 092438 и национального научного фонда предоставить IOS 1552416 D.A.B.
Materials
| Bussey-Saksida Rat Touch Screen Chambers Easy-Install System | Lafayette Instrument | 80604-20 | Includes: Touch Screen, Chamber base with perforated floors, Large Feeder Reward Area (44.5mm wide x 92.5mm high), Speaker, Houselight, Tone Generator, SAC; Trapezoidal animal working area is 126mm wide at the Feeder, 240mm wide and 332 mm deep at the Screen, and 300 mm in height |
| Sound Attenuation Cubicles (SAC) | Lafayette Instrument | 80604-20 | Attenuation to approximately 35dB; 38kg in weight; External dimensions: 600mm wide x 670mm tall x 352mm deep; Internal dimensions: 540mm wide x 610mm tall x 532mm deep |
| Abet II Software for Touch Screens | Lafayette Instrument | 89505 | Version 2.19 |
| Whisker Multimedia | Lafayette Instrument | 80698-1 | Required for Abet II Touch Operation |
| Pellet Dispenser | Lafayette Instrument | 80209-45 | 45mg Interchangeable Pellet Size Wheel |
| Camera | Lafayette Instrument | 80600-CAM | Filtered and focused for IR light |
| Microsoft Windows | Microsoft | Windows 7-64 bit recommended | |
| Controller PC-Touch Screen Chambers | Lafayette Instrument | 88530 | Dual Core Pentinum Processor; 2.5 GHz or greater; keyboard, mouse, and monitor; Installed PCI card, cable and expansion; Four RS232 ports; Four VGA ports |
| Dustless Precision Pellets | BioServe | F0165 | 45 mg |
| Black Acrylic Mask | Everything Plastic | Custom Product | Black polycarbonate with one matte finish side, 3.18 mm thick; Central circular opening, 28.58 mm diameter, 107.95 mm from the bottom, centered between the left and right side; Two square response areas, 28.57 mm x 28.57mm each positioned below and off center, one 85.725 mm from the left and one 85.725 mm from right side, and both 34.925 mm from the bottom. |
| Utility Cart | Fisher Scientific | 11-954-754 | 30.75 in. x 18.38 in x 33 in |
| Black towel | Large enough to cover cages for animal transport | ||
| Headlights with red lights | Energizer | HDL33A2E | LED white and red light |
References
- Cornblatt, B. A., Keilp, J. G. Impaired attention, genetics, and the pathophysiology of schizophrenia. Schizphr Bull. 20 (1), 31-46 (1994).
- Gmehlin, D., et al. Attentional Lapses of Adults with Attention Deficit Hyperactivity Disorder in Tasks of Sustained Attention. Arch Clin Neuropsychol. 31 (4), 343-357 (2016).
- Perry, R. J., Hodges, J. R. Attention and executive deficits in Alzheimer’s disease. A critical review. Brain. 122 (Pt 3), 383-404 (1999).
- Sarter, M., Givens, B., Bruno, J. P. The cognitive neuroscience of sustained attention: where top-down meets bottom-up. Brain Res Rev. 35 (2), 146-160 (2001).
- Smilek, D., Carriere, J. S. A., Cheyne, J. A. Failures of sustained attention in life, lab, and brain: Ecological validity of the SART. Neuropsychologia. 48 (9), 2564-2570 (2010).
- Becker, J. B., Prendergast, B. J., Liang, J. W. Female rats are not more variable than male rats: a meta-analysis of neuroscience studies. Biol Sex Differ. 7 (1), 34 (2016).
- Cope, Z. A., Young, J. W. The Five-Choice Continuous Performance Task (5C-CPT): A Cross-Species Relevant Paradigm for Assessment of Vigilance and Response Inhibition in Rodents. Curr Protoc Neurosci. 4, 9-56 (2017).
- Kim, C. H., et al. The continuous performance test (rCPT) for mice: a novel operant touchscreen test of attentional function. Psychopharmacology (Berl). 232 (21-22), 3947-3966 (2015).
- Robbins, T. W. The 5-choice serial reaction time task: behavioural pharmacology and functional neurochemistry. Psychopharmacology (Berl). 163 (3-4), 362-380 (2002).
- McGaughy, J., Sarter, M. Behavioral vigilance in rats: task validation and effects of age, amphetamine, and benzodiazepine receptor ligands. Psychopharmacology (Berl). 117 (3), 340-357 (1995).
- McGaughy, J., Sarter, M. Effects of ovariectomy, 192 IgG-saporin-induced cortical cholinergic deafferentation, and administration of estradiol on sustained attention performance in rats. Behav neurosci. 113 (6), 1216-1232 (1999).
- St Peters, M., Cherian, A. K., Bradshaw, M., Sarter, M. Sustained attention in mice: expanding the translational utility of the SAT by incorporating the Michigan Controlled Access Response Port (MICARP). Behav Brain Res. 225 (2), 574-583 (2011).
- Demeter, E., Sarter, M., Lustig, C. Rats and humans paying attention: cross-species task development for translational research. Neuropsychology. 22 (6), 787-799 (2008).
- McGaughy, J., Kaiser, T., Sarter, M. Behavioral vigilance following infusions of 192 IgG-saporin into the basal forebrain: selectivity of the behavioral impairment and relation to cortical AChE-positive fiber density. Behav neurosci. 110 (2), 247-265 (1996).
- Gritton, H. J., et al. Cortical cholinergic signaling controls the detection of cues. Proc Natl Acad Sci. 113 (8), E1089-E1097 (2016).
- Burk, J. A., Sarter, M. Dissociation between the attentional functions mediated via basal forebrain cholinergic and GABAergic neurons. Neuroscience. 105 (4), 899-909 (2001).
- Parikh, V., Bernard, C. S., Naughton, S. X., Yegla, B. Interactions between Aβ oligomers and presynaptic cholinergic signaling: Age-dependent effects on attentional capacities. Behav Brain Res. 274, 30-42 (2014).
- Cole, R. D., Kawasumi, Y., Parikh, V., Bangasser, D. A. Corticotropin releasing factor impairs sustained attention in male and female rats. Behav Brain Res. 296, 30-34 (2016).
- Wicks, B., et al. Method for testing sustained attention in touchscreen operant chambers in rats. J Neurosci Meth. 277, 30-37 (2017).
- Hvoslef-Eide, M., Nilsson, S. R., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Cognitive Translation Using the Rodent Touchscreen Testing Approach. Curr Top Behav Neurosci. 28, 423-447 (2016).
- Bussey, T. J., et al. The touchscreen cognitive testing method for rodents: how to get the best out of your rat. Learn Mem. 15 (7), 516-523 (2008).
- Mar, A. C., et al. The touchscreen operant platform for assessing executive function in rats and mice. Nat Protoc. 8 (10), 1985-2005 (2013).
- Gill, T. M., Sarter, M., Givens, B. Sustained visual attention performance-associated prefrontal neuronal activity: evidence for cholinergic modulation. J Neurosci. 20 (12), 4745-4757 (2000).
- Mazure, C. M., Jones, D. P. Twenty years and still counting: including women as participants and studying sex and gender in biomedical research. BMC Womens Health. 15 (1), 94 (2015).
- Toth, L. A., Gardiner, T. W. Food and Water Restriction Protocols: Physiological and Behavioral Considerations. J Am Assoc Lab Anim Sci. 39 (6), 9-17 (2000).
- Nuechterlein, K. H., Luck, S. J., Lustig, C., Sarter, M. CNTRICS Final Task Selection: Control of Attention. Schizo Bull. 35 (1), 182-196 (2009).
- Burk, J. A., Herzog, C. D., Porter, M. C., Sarter, M. Interactions between aging and cortical cholinergic deafferentation on attention. Neurobiol Aging. 23 (3), 467-477 (2002).
- St Peters, M., Demeter, E., Lustig, C., Bruno, J. P., Sarter, M. Enhanced control of attention by stimulating mesolimbic-corticopetal cholinergic circuitry. J Neurosci. 31 (26), 9760-9771 (2011).
- Turchi, J., Holley, L. A., Sarter, M. Effects of nicotinic acetylcholine receptor ligands on behavioral vigilance in rats. Psychopharmacology. 118 (2), 195-205 (1995).
- Newman, L. A., McGaughy, J. Attentional effects of lesions to the anterior cingulate cortex: How prior reinforcement influences distractibility. Behav neurosci. 125 (3), 360-371 (2011).
- Gritton, H. J., Stasiak, A. M., Sarter, M., Lee, T. M. Cognitive Performance as a Zeitgeber: Cognitive Oscillators and Cholinergic Modulation of the SCN Entrain Circadian Rhythms. PLOS ONE. 8 (2), e56206 (2013).
- Newman, L. A., McGaughy, J. Cholinergic deafferentation of prefrontal cortex increases sensitivity to cross-modal distractors during a sustained attention task. J Neurosci. 28 (10), 2642-2650 (2008).
- Yu, A., Dayan, P. Uncertainty, Neuromodulation, and Attention. Neuron. 46 (4), 681-692 (2005).
- Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats. Nat Protoc. 3 (5), 759-767 (2008).
- Bhandari, J., Daya, R., Mishra, R. K. Improvements and important considerations for the 5-choice serial reaction time task-An effective measurement of visual attention in rats. J Neurosci Meth. 270, 17-29 (2016).
- Bangasser, D. A., Shors, T. J. The hippocampus is necessary for enhancements and impairments of learning following stress. Nat Neurosci. 10 (11), 1401-1403 (2007).
- Wiersielis, K. R., et al. Sex differences in corticotropin releasing factor-evoked behavior and activated networks. Psychoneuroendocrinology. 73, 204-216 (2016).
- Parikh, V., et al. Diminished trkA receptor signaling reveals cholinergic-attentional vulnerability of aging. Eur J Neurosci. 37 (2), 278-293 (2013).
- Prusky, G. T., Harker, K. T., Douglas, R. M., Whishaw, I. Q. Variation in visual acuity within pigmented, and between pigmented and albino rat strains. Behav Brain Res. 136 (2), 339-348 (2002).
- Peters, M., Cherian, A. K., Bradshaw, M., Sarter, M. Sustained attention in mice: Expanding the translational utility of the SAT by incorporating the Michigan Controlled Access Response Port (MICARP). Behav Brain Research. 225 (2), 574-583 (2011).
- Romberg, C., Mattson, M. P., Mughal, M. R., Bussey, T. J., Saksida, L. M. Impaired Attention in the 3xTgAD Mouse Model of Alzheimer’s Disease: Rescue by Donepezil (Aricept). J Neurosci. 31 (9), 3500-3507 (2011).
- Clayton, J. A., Collins, F. S. NIH to balance sex in cell and animal studies. Nature. 509 (7500), 282-283 (2014).
