מסך מגע מתקבלת תשומת לב הפעילות (SAT) עבור חולדות
Summary
תשומת לב מתמשכת, או מצבים לאירועים קטועה ובלתי צפויים, ניטור רציף היא היבט חשוב של קוגניציה. כאן אנחנו מפרטים ובבדיקת תשומת לב מתמשכת אצל חולדות באמצעות מסך מגע operant צ’יימברס. נדגים ביצועים דומים אצל חולדות זכר ונקבה, ביצוע משימה זו שימושית עבור הלומדים תשומת לב משני המינים.
Abstract
תשומת לב מתמשכת היא היכולת לעקוב אחר לסירוגין ואירועים בלתי צפויים על פני תקופה ממושכת של זמן. תהליך זה כל מעסיק subserves היבטים אחרים של קוגניציה, מופרת ב מסוימים התפתחותיות, מנוטלי, הפרעות ניווניות. לכן, חשוב קלינית לזיהוי המנגנונים לפגום ולשפר את תשומת לב מתמשכת. מנגנונים אלה מתגלים לעיתים קרובות תחילה באמצעות מודלים מכרסמים. לכן, פותחו מספר הליכים התנהגות לבדיקת היבטים של תשומת לב מתמשכת עבור מכרסמים. אחד, תיאר לראשונה על ידי McGaughy ו Sarter (1995), קרא את המשימה תשומת לב מתמשכת (שבת), רכבות חולדות להבחין בין האות (קרי, הצגה קצרה אור) וניסויים ללא קליטה. האותות קצרות, ולכן דורשת תשומת-לב רבה להיתפס. ניתן להגדיל כל מעסיק דרישות נוספות על ידי החדרת של distractor (למשל, מהבהבים houselight). אנחנו ששינית את משימה זו עבור תאי operant מסך מגע, אשר מוגדרים עם מסך מגע על קיר אחד יכול להציג גירויים ותגובות הרשומה. כאן אנחנו מפרטים פרוטוקול שלנו למבחני SAT בתאי מסך מגע. בנוסף, אנו מציגים סטנדרט למדידת ביצועים בחולדות ספראג-Dawley זכר ונקבה. ביצועים דומים בפעילות זו משני המינים מדגיש את השימוש ללימודים תשומת לב, במיוחד כאשר חוקרים נוספים הם כולל מכרסמים הנשי בהתווית שלהם. יתר על כן, מימוש ש’ עבור התאים יותר ויותר פופולרי מסך מגע קל מגבירה את השירות שלה.
Introduction
הפרעות קשב והיפראקטיביות (ADHD) ועד סכיזופרניה למחלת אלצהיימר, ליקויי כל מעסיק שיתוף כמו תכונה1,2,3. לגירעונות תשומת לב מתמשכת – היכולת לפקח באופן רציף מצב לאירועים קטועה ובלתי צפויים — הם בעיקר מפוזר, כי תשומת לב מתמשכת הוא קריטי עבור תשומת לב סלקטיבית ומפולגת, כמו גם אחרים קוגניטיבית מעבד4,5. אפילו בקרב אנשים בריאים, קושי עם קשב באופן שלילי משפיע על קוגניציה, ופוגע תפקוד יומיומי6. לפיכך, הבנה בסיס הנוירוביולוגי של תשומת לב מתמשכת, איך זה הופך dysregulated עלול להוביל התערבויות לשפר קוגניציה זה ירוויח הרבה אנשים.
על מנת ניסחו מעגלים ותהליכים מולקולריים לתרום תקין לעומת תשומת לב קטועים, חוקרים רבים פנו מודלים בבעלי חיים שאינם בני אדם, איפה המניפולציה של אוכלוסיות תאים מסוים ותהליכים מולקולריים במהלך תשומת לב משימות אפשרי. המאמץ הוביל לפיתוח מגוון רחב של פעילויות תשומת לב operant שלא יכולים להעריך את היכולת לקיים תשומת לב7,8,9,10. שלתפיסה אחת כזו, שפותח על ידי McGaughy Sarter (1995), ידועה בשם הפעילות תשומת לב מתמשכת (SAT). מכרסמים מאומן ש’ וחייבים להבחין אות ניסויים, בהם אות אור בקצרה מהבהבת, מניסויים ללא קליטה. דרישות כל מעסיק יכול להיות מוגברת על ידי החדרת distractor חזותי (מהבהבים houselight)10. הפרמטרים קריטית להערכת תשומת לב בש’ מתועדים היטב, משימה זו אומתה זכר ונקבה חולדות, עכברים10,11,12. גירסה אפילו כבר מותאם לבני אדם, הדגשת השירות translational של ש’13. חשוב מכך, השימוש של משימה זו עזר לסבך את מערכת corticopetal הקדמי הבזליים תשומת לב מתמשכת4. באופן ספציפי, שימוש נוירונים בריכוזים basalis גרעין של Meynert (NBM) / אזור inominata (SI) הסובסטנציה הקדמי הבזליים המקרינים אל קליפת המוח הקדם חזיתית הם קריטיים עבור כניסות, שהן תגובות מדויק על האות ניסויים14, 15. לעומת זאת, GABAergic נוירונים באזור זה הם חשבו לתווך ביצועים במהלך דחיות הנכון (CRs), אשר הן תגובות מדויק על ניסויים שאינם אותות-16. ברגע המעגל הבסיסי עבור משימה זו הוקמה, גורמים לווסת את מעגל זה כדי לפגום תשומת לב ועד הורמוני דחק חלבונים העצבים כבר מזוהה17,18. באופן קולקטיבי, מחקרים אלה מדגישים את התועלת של ש’.
מגבלה אחת ליישום ש’ במעבדה היא כי ההליך המקורי דורש צ’יימברס operant נקבעה לצמיתות עבור הפעילות, עם אור לוח מרכז, שתי ידיות להארכה, אחד המיועד להיטים ואחד עבור CRs10. על משפט אות, לוח אור המאיר בקצרה ולהרחיב ואז המנופים כדי לציין את חלון התגובה s 4. במהלך החלון, אם המנוף פגע המיועדים לחוץ, אז העכברוש מקבל פרס (מזון או מים). ידית שגוי לוחץ על האות, המכונה מתגעגע, ניסויים לא מתוגמלים. על ניסויים שאינם סימנו, האור לוח תישאר מבוטלת ולאחר מכן המנופים מורחבות. בעוד CR מוענק, ידית שגוי לוחץ על ניסויים שאינם סימנו, המכונה אזעקות שווא, לא מתוגמלים. כשל כדי תגובה כלשהי במהלך חלון התגובה נחשב הפוגעים. כדי להרחיב את הזמינות של ש’, אנחנו ששינה לאחרונה את המשימה עבור תאי operant מסך מגע, בהם קיר אחד הוא מסך מגע שיכול שניהם להציג גירויים חזותיים והאף שיא-לתקוע תגובות19. מסך מגע צ’יימברס הופכים פופולריים בשל צדדיות שלהם כדי להפעיל מגוון רחב של פעילויות (למשל, מזווג עמית למידה, למידה היפוך, וכו ‘) עם חתיכה אחת של ציוד20. 21,20,22, עיבוד שלנו של ש’ דומה לשגרות אחרות מסך מגע דורשת שימוש כיסוי מסך מגע פלסטיק אטום, שנקרא מסכה, עם חורים לתוכו. חור עגול במרכז, מאפשר עבור המצגת של אות על ידי הצגת גירוי לבן על המסך מאחורי זה, וכן שני האזורים התגובה מרובע, אחד המיועד להיטים ואחד עבור CRs, לאפשר את החולדה לגעת תגובות19. תאי מסורתי, החלון לתגובה 4-s מזוהה בדרך כלל עם המצגת המנופים, אך מחקר קודם הראה כי צליל יכול לשמש גם כדי לסמן את חלון התגובה23. ב ש’ מסך מגע, אנחנו אות באופן דומה את חלון התגובה עם צליל קצר. פרמטרים אימון אחרים (למשל, מספר ניסויים, מרווח intertrial, וכו ‘) נשמרים דומים בין מסורתי וישבתי מסך מגע. אנחנו בעבר העריכו ביצועים בין הגירסאות ש’ מסורתיים, מסך מגע, מצאו כי היה דומה, רומז כי מסך מגע ש’ היא דרך חוקית כדי למדוד את תשומת לב מתמשכת19. השינוי מסך מגע הופכת ש’ תכליתי יותר כי זה יכול עכשיו להיות מותאם לשימוש נרחב בתיבות operant מסך מגע.
בפרוטוקול הנוכחי פרטים כיצד להפעיל את מסך מגע ש’ במעבדה. לוחות הזמנים של האימונים שונתה מעט מן הדו ח הקודם שלנו של פעילות19 כדי למטב את רכישת זמן בחולדות הנשי, אשר, בניגוד הזכרים, היה קושי לקדם באמצעות לוחות זמנים קודמים24. תוצאות הממחישות ביצוע טיפוסי בחולדות זכר ונקבה כלולים, יחד עם עצות לפתרון בעיות עם המשימה.
Protocol
Representative Results
Discussion
לגירעונות תשומת לב מתמשכת דווח בכלי מנוטלי, התפתחותיות, ו-2,1,הפרעות ניווניות3אבל לא את התהליכים התורמים אופטימלי לעומת שיבשו תשומת לב היה ממלא מקום. זה, בין השאר, כי ציוד מיוחד מגביל הסתגלות קלה של תשומת לב מכרסמים משימות. עם זאת, מסך מגע צ’י…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ברצוננו להודות ברגמן שמחה אטיליו Ceretti, שרה כהן, נינה דאנקן, היכל ארון, חנה Lefebo, ו סלווטורה מדלן לסיוע שלהם עם ההתנהגות, ואת ד ר שלום עזרא Parikh, ד ר בריטני Yegla, רוב קול לעצה שלהם על הפרמטרים ש’. ברצוננו להודות ד ר ג’יל McGaughy על טיפים על ההליך הכשרה. עבודה זו נתמכה על ידי המכונים הלאומיים לבריאות גרנט NIMH 092438 ו הלאומית למדע להעניק 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).
