لمس يستمر الاهتمام المهمة (س) للفئران
Summary
عناية مستمرة، أو باستمرار رصد حالات لإحداث متقطعة ولا يمكن التنبؤ بها، أحد جوانب الهامة للإدراك. هنا نحن بالتفصيل كيفية اختبار اهتماما متواصلا في الفئران باستخدام الدوائر استثابي تعمل باللمس. علينا أن نظهر الأداء القابلة للمقارنة في الفئران الذكور والإناث، مما يجعل هذه المهمة المفيدة للدراسة الاهتمام في كلا الجنسين.
Abstract
الاهتمام المطرد هو القدرة على رصد الأحداث المتقطعة ولا يمكن التنبؤ بها على مدى فترة طويلة من الزمن. وهذه العملية أتينتيونال سوبسيرفيس جوانب أخرى من الإدراك وتعطل في بعض النمائية، العصبية، واضطرابات الأعصاب. وبالتالي، من المهم سريرياً تحديد الآليات التي تضر وتحسين اهتماما متواصلا. يتم غالباً أول من اكتشف مثل هذه الآليات باستخدام نماذج القوارض. ولذلك، وضعت عدة إجراءات السلوك لاختبار جوانب اهتمام متواصل للقوارض. واحد، ووصف لأول مرة من مكجاوغي وسارتر (1995)، ودعا المهمة اهتماما متواصلا (السبت)، بتدريب الفئران للتمييز بين الإشارات (أي، عرضاً موجزاً الخفيفة) والمحاكمات غير إشارة. الإشارات قصيرة ومن ثم تتطلب عناية فائقة لينظر. ويمكن زيادة الطلبات أتينشونال أخرى بإدخال distractor (مثلاً، تومض هوسيليت). وقد قمنا بتعديل هذه المهمة للدوائر استثابي تعمل باللمس، والتي تم تكوينها مع شاشة تعمل بلمس على جدار واحد التي يمكن تقديم المحفزات وتسجيل الاستجابات. هنا نحن بالتفصيل لدينا بروتوكول لجلس في الدوائر تعمل باللمس. بالإضافة إلى ذلك، نقدم الإجراءات القياسية للأداء في ذكور وإناث الفئران سبراغ داولي. الأداء مقارنة بهذه المهمة في كلا الجنسين يسلط الضوء على استخدام الدراسات الاهتمام، لا سيما وأن المزيد من الباحثين بما فيها القوارض الإناث في تصميمها التجريبي. وعلاوة على ذلك، سهل تنفيذ الشركة للدوائر لمس شعبية متزايدة يزيد من فائدته.
Introduction
اضطرابات تتراوح من اضطراب نقص الانتباه فرط النشاط (ADHD) لمرض الفصام لمرض الزهايمر، ضعف حصة أتينشونال كميزة1،،من23. العجز في الانتباه المتواصل – القدرة على رصد حالة لإحداث متقطعة ولا يمكن التنبؤ بها بشكل مستمر – هي مدمرة خاصة، نظراً لأن الاهتمام المستمر أمر حاسم للانتباه الانتقائي ومقسمة، فضلا عن سائر المعرفي عمليات4،5. حتى في الأشخاص الأصحاء، صعوبة مع إدامة الاهتمام سلبيا يؤثر على الإدراك، إضعاف وظيفة يومية6. وبالتالي، فهم أساس العصبية الحيوية اهتماما متواصلا وكيف يصبح dysregulated يؤدي إلى تدخلات لتحسين الإدراك الذي سيفيد الكثير من الناس.
من أجل ترسيم الدوائر والعمليات الجزيئية التي تسهم في المناسبة مقابل الاهتمام تعطلت، تحولت العديد من الباحثين إلى نماذج حيوانية غير البشرية، حيث التلاعب بالسكان خلية محددة والعمليات الجزيئية خلال الاهتمام المهام الممكن. الجهد أدى إلى تطوير مجموعة متنوعة من المهام استثابي الاهتمام التي يمكن تقييم القدرة على الحفاظ على اهتمام7،،من89،10. واحد مثل هذا النموذج، التي وضعتها مكجاوغي وسارتير (1995)، يعرف باسم المهمة اهتماما متواصلا (السبت). يجب أن يميز القوارض دربت في سبت المحاكمات إشارة، فيها ومضات إشارة ضوء بإيجاز، من المحاكمات غير إشارة. ويمكن زيادة أتينشونال مطالب بإدخال distractor بصرية (وامض هوسيليت)10. المعلمات حرجة لتقييم الاهتمام بسبت موثقة توثيقاً جيدا، وقد تم التحقق من صحة هذه المهمة في الفئران الذكور والإناث والفئران10،،من1112. حتى تم إصدار تكييف للبشر، وتسليط الضوء على فائدة متعدية الجنسيات السبت13. الأهم من ذلك، ساعد استخدام هذه المهمة توريط النظام كورتيكوبيتال فوريبرين القاعدية في الاهتمام المتواصل4. على وجه التحديد، اتروبين الخلايا العصبية في النواة باساليس من ميينيرت (مولدوفا) المادة إينوميناتا (SI) منطقة forebrain القاعدية أن المشروع إلى قشرة prefrontal هي حاسمة بالنسبة للزيارات، وردود دقيقة على إشارة المحاكمات14، 15. وفي المقابل، يعتقد جابايرجيك الخلايا العصبية في هذه المنطقة للتوسط في الأداء خلال الرفض الصحيح (CRs)، وردود دقيقة بشأن المحاكمات غير إشارة16. متى أنشئت الدائرة الأساسية لهذه المهمة، والعوامل التي تعدل هذه الدائرة تنال الاهتمام بدءاً من هرمونات الإجهاد لبروتينات سامة للأعصاب قد حددت17،18. مجتمعة، هذه الدراسات تسلط الضوء على الأداة المساعدة للشركة.
حد واحد لتنفيذ سبت في المختبر أن الإجراء الأصلي يتطلب استثابي الدوائر المكونة بشكل دائم للمهمة، مع مركز فريق ضوء وهما دعامتين قابلة للتمديد، واحد مخصص للزيارات وواحد للمؤسسة10. في محاكمة إشارة، ينير الفريق الضوء بإيجاز وثم توسيع دعامتين للإشارة إلى إطار استجابة s 4. خلال هذا الإطار، إذا كان الضغط على رافعة ضرب المعين، ثم الفئران يتلقى مكافأة (الأغذية أو المياه). يضغط رافعة غير صحيحة في محاكمات إشارة، المعروفة باسم يخطئ، لا تكافأ. على المحاكمات غير الإشارة، على ضوء الفريق ما زال خارج، ثم تمتد دعامتين. بينما يكافأ الجمهورية التشيكية، المطابع رافعة غير صحيحة عن محاكمات غير الإشارة، المعروفة بالإنذارات الكاذبة، لا مكافأة. عدم جعل أي رد خلال إطار الاستجابة يعتبر امتناعا. لتوسيع نطاق توافر سبت، قمنا بتعديل المهمة للدوائر استثابي لمس، الذي هو جدار واحد شاشة تعمل بلمس التي يمكن أن يعرض كل المحفزات البصرية وسجل الآنف-كزة الردود19مؤخرا. لمس الدوائر أصبحت شعبية بسبب استعمالاتها لتشغيل مجموعة متنوعة من المهام (مثلاً، ازدواج التعلم المنتسبين، وعكس مسار التعلم، إلخ) مع قطعة واحدة من المعدات20. مماثلة لغيرها من الإجراءات لمس20،،من2122، لدينا تكييف سبت يتطلب استخدام غطاء معتم لمس البلاستيك، يسمى قناع، مع ثقوب يقتطع. ثقب مركزي، التعميم يسمح لعرض إشارة بتقديم حافز بيضاء على الشاشة وراءه، ومنطقتين استجابة مربع واحد مخصص للزيارات وواحد للمؤسسة، تسمح الفئران لجعل اللمس الردود19. في الدوائر التقليدية، وعادة ما تتم الإشارة إلى نافذة الاستجابة 4-s مع العرض تقديمي دعامتين، ولكن دراسة سابقة أظهرت أن لهجة يمكن أيضا استخدامها لإشارة نافذة استجابة23. في سبت لمس، نحن وبالمثل إشارة نافذة الاستجابة مع نغمة قصيرة. معلمات تدريب أخرى (مثلاً، عدد من المحاكمات، والفاصل الزمني إينتيرتريال، إلخ) يتم الاحتفاظ مماثلة بين التقليدي وسبت لمس. قمنا بتقييم الأداء بين إصدارات الشركة التقليدية ولمس سابقا ووجدت أنها قابلة للمقارنة، مما يوحي بأن اللمس SAT وسيلة صالحة لقياس اهتمام مستمر19. تعديل لمس يجعل الشركة أكثر تنوعاً نظراً لأنه يمكن تكييفها لاستخدامها على نطاق واسع في مربعات استثابي لمس الآن.
هذا البروتوكول بالتفصيل كيفية تشغيل لمس سبت في المختبر. جداول التدريب التي غيرت قليلاً من تقريرنا السابق المهمة19 لتحسين وقت الامتلاك في إناث الفئران، التي، على عكس الذكور، صعوبة في المضي قدما من خلال الجداول السابقة24. وترد النتائج التي توضح الأداء النموذجي في الفئران الذكور والإناث، جنبا إلى جنب مع نصائح لاستكشاف مشكلات وإصلاحها مع المهمة.
Protocol
Representative Results
Discussion
عن العجز في الانتباه المتواصل في العصبية، والنماء العصبي، والأعصاب اضطرابات1،2،3، ولكن العمليات التي تسهم الأمثل مقابل الاهتمام تعطلت المداريين. وهذا، في جزء منه، للمعدات المتخصصة يحد من السهل تكييف المهام القوارض من الاهتمام. ومع ذلك، ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
نود أن نشكر برغمان الفرح وسيريتي أتيليو وسارة كوهين، دنكان نينا، قاعة آرون، ليفيبو حنا، وسلفاتوري مادلين لما قدمته من مساعدات السلوك، والدكتور فيناي باريك، الدكتور عبد الجليل ييجلا وروب كول لتقديم المشورة في المعلمات سبت. ونود أن نشكر الدكتور جيل مكجاوغي على النصائح المتعلقة بإجراء التدريب. هذا العمل كان يدعمها في المعاهد الوطنية للصحة منحة NIMH 092438 و “المؤسسة الوطنية للعلوم” منح دائرة الرقابة الداخلية 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).
