القوارض النفسي اليقظة اختبار (rPVT): طريقة لتقييم السلوك العصبي الأداء في الجرذان والفئران
Summary
ووصف النسخة الفئران للالحركية اليقظة اختبار البشري (PVT) الذي يقيس جوانب الاهتمام مماثلة لتلك التي تقاس مع PVT الإنسان، بما في ذلك الجوانب من اليقظة الإنسان مثل دقة الأداء، وسرعة المحرك، سابق لأوانه الاستجابة، وهفوات في الاهتمام.
Abstract
والنفسي اليقظة اختبار البشري (PVT) هو إجراء تستخدم على نطاق واسع لقياس التغيرات في التعب والاهتمام المتواصل. تصف هذه المادة نسخة القوارض للوصف الجندي في "rPVT" -من يقيس جوانب مشابهة من الاهتمام (أي دقة الأداء، وسرعة المحرك، من السابق لأوانه الاستجابة، وهفوات في الانتباه). وتعرض البيانات التي تثبت كل من المدى القصير والمدى الطويل فائدة rPVT عندما يعملون مع الفئران المختبرية. الفئران تتعلم بسهولة rPVT، والتعلم لتنفيذ الإجراء الأساسي يأخذ أقل من أسبوعين من التدريب. وبمجرد الحصول عليها، أداء الفئران في rPVT تظهر درجة عالية من التشابه لهذه التدابير الأداء ذاته في PVT الإنسان، بما في ذلك التشابه في، الهفوات في الاهتمام، وأوقات رد الفعل، التناقصات اليقظة في وقت الدورة (أي الإنسان "الوقت على- مهمة "الآثار)، وتأثير الفاصل استجابة التحفيز (RSI) وصفه للبشر. وهكذا صPVT يمكن أن يكون أداة قيمة للغاية لتقييم الآثار المترتبة على مجموعة واسعة من المتغيرات على الاهتمام المتواصل مماثلة تماما لأداء PVT الإنسان، وبالتالي يمكن أن تكون مفيدة لتطوير علاجات جديدة لالاختلالات السلوكية العصبية.
Introduction
اختبار اليقظة النفسي البشري (PVT) هي المستخدمة على نطاق واسع، أداة التحقق من صحة جيدا لقياس اليقظة والانتباه المستمر في البشر، وضعت أصلا من قبل دينجس وآخرون. 1-3 لتقييم استقرار في أوقات رد الفعل والاهتمام (على سبيل المثال، أخطاء من حيث الردود والهفوات في الاهتمام من السابق لأوانه)، سواء داخل جلسات ككل وعبر الزمن في جلسات فردية. على مر السنين، تم تعديل PVT البشرية وتحديث 11/04 لتتبع التغيرات الزمانية في مختلف جوانب الاهتمام، وأنه تم التدليل على أن تكون حساسة للتغيرات في الحرمان من النوم والتعب، ويتأثر تعاطي المخدرات والعمر من المواضيع 12 13. وPVT هو إجراء بسيط على ما يبدو فيها موضوع يمس لفترة وجيزة الشاشة عندما يظهر التحفيز (عادة LED عدد عرض) بشكل عشوائي في الوقت المناسب، وعادة بعد 2-10 ق. في النسخة البشرية، يتزايد عدد العرض في مللي ثانية، وتوقفت عند رلمست انه الشاشة، مما يدل على وقت رد الفعل هذا الموضوع في (RT). يتناقص في اليقظة بالرمز 1) تباطأ أوقات رد الفعل، 2) زيادة في الهفوات (وهو ما يسمى "أخطاء السهو" في الأدب الإنساني، ويعرف عادة بأنه المحطة المذكورة التي هي> 500 مللي ثانية في الطول)، و 3) زيادة في من السابق لأوانه المجيبة (وهو ما يسمى "أخطاء لجنة" أو "بدايات خاطئة" في الأدب الإنساني). ويمكن الحصول على تدابير أخرى مع PVT لفحص متغيرات مثل الفروق بين الجنسين والعمر؛ لمراجعة هذه التدابير، انظر Basner ودينجس 4. وأخيرا، فقد استخدمت في PVT في المنطقة العامة من تقييم المخاطر على البشر، واستخدمت بنجاح في إطار مجموعة واسعة من المجالات التشغيلية التي تشمل الصناعات العسكرية والطيران والسكك الحديدية، أول المستجيبين، والبيئات القاسية مثل البعثات البيئة المتطرفة ناسا عمليات (NEEMO)، والدولي Mars500 مشروع 14 سنة، وعلى SPAC الدوليةمحطة ه (ISS). في محطة الفضاء الدولية، ويسمى الجندي في "الاختبار الذاتي رد الفعل"، وهو يستخدم لتوفير رواد الفضاء مع الفردي ردود الفعل المتعلقة التعب (على سبيل المثال، والتغيرات في المحطة المذكورة أو ثغرات في الاهتمام).
وكان الجندي البشري في استخدام لعدة عقود، وكذلك إصدارات القوارض من المهام في وقت رد الفعل البسيطة (التي تشبه إلى حد ما). وقد تم في الآونة الأخيرة فقط، مع ذلك، أن نظيره القوارض المباشر إلى PVT البشري وقد أفيد في الأدب. ووصفت كريستي وزملاء له نسخة من PVT البشري بالنسبة للفئران، وذكرت انخفاضات في اليقظة بعد الحرمان من النوم 15،16. وأفادت الدراسات الإضافية الأخيرة إصدارات rPVT 17-19. وقد وصفت هذه التقارير التغيرات في اهتمام متواصل التالية مختلف التقنيات الحرمان من النوم. مستويات عالية ومع ذلك، فقد ذكرت البيانات من هذه الدراسات أيضا من السابق لأوانه الاستجابة (على سبيل المثال، في بعض الحالات، أكثر من 40٪ من العدد الإجمالي للRESPONSES)؛ هذه العروض هي تماما على عكس أي عروض PVT مع البشر. مثل هذا الفارق الكبير في القوارض مقابل من المرجح العروض الإنسان بسبب الاختلافات في معايير محددة تستخدم في الإنسان مقابل الإصدارات القوارض من PVT. على سبيل المثال، آل كريستي وآخرون. استخدمت الدراسة متفاوتة بشكل عشوائي 3 – foreperiod 7 ق، في حين أن PVT البشري يستخدم عادة 2-10 ق foreperiod (على الرغم من رؤية Basner آخرون 5 للحصول على إصدار 3-مين من PVT البشري الذي يستخدم 1 – 4 ق foreperiod) . يمكن استخدام القيم foreperiod قصيرة نسبيا غالبا ما تؤدي إلى الحيوانات "توقيت" ردودهم، وبالتالي يمكن أن تعزز، عن طريق تعزيز عرضي، وزيادة أعداد ردود سابقة لأوانها، حيث تم الإبلاغ عنها في الدراسات القوارض rPVT الحالية.
ويستند إصدار rPVT الموصوفة هنا على موقعنا على مقال نشر سابقا 20، ويقدم وصفا تفصيليا لتقنيات والإجراءات اللازمة. وهو يختلفمن الإصدارات التي تم نشرها مسبقا من rPVT في النواحي التالية: 1) تم تدريب الفئران مع القيم foreperiod متغير من 3-10 ثانية، و 2) قد الفئران على الاستجابة بسرعة، نظرا لأن الاستجابات فقط ضمن إطار استجابة قصيرة (كما يطلق عليها اسم "محدودة عقد ") بعد وتعززت (1.5 الصورة في هذه الدراسة بداية التحفيز؛ 3.0 الصورة في الإصدارات المنشورة السابقة للrPVT). باستخدام هذه التعديلات وكذلك مهلة قصيرة للصحيحة المجيبة أدى إلى مستويات أكبر من السيطرة التحفيز، كما يدل على تحسن كبير في دقة وانخفاض مستويات سابق لأوانه الاستجابة. ويصف التقرير أيضا تغييرات متوقعة في متغيرات الأداء (على سبيل المثال، هفوات في الاهتمام، المحطة المذكورة) التي توازي تلك التي ظهرت في البشر عندما تقليلها دراسة اليقظة 21، وعند النظر في مقاييس الأداء الأخرى بما في ذلك تأثير "الوقت على المهمة" الإنسان وresponse- فترة التحفيز (RSI) التأثير الذي لوحظ في PVT البشري <sتصل> 22.
النسخة النهائية من rPVT الموصوفة هنا يبدأ طريق تشغيل ضوء البيت (انظر الشكل 1). بعد فترة متغير (foreperiod) من 3-10 ق المنقضي، يضيء مفتاح الأنف كزة لمدة أقصاها 1.5 ثانية. (لضمان توزيع متساو للforeperiods المدد، يتم إنشاء القيم بشكل عشوائي دون استبدال من قائمة تضم 36 القيم الممكنة التي تتراوح من 3 إلى 10 ق، استنادا إلى 200 مللي الزيادات.) إضاءة المفتاح nosepoke هو إشارة للحيوان ل الرد، والرد الذي يحدث ما بين 150 إلى 1500 مللي ثانية بعد ظهور ضوء يتعزز مع بيليه 45 ملغ. بعد استجابة المسلحة، ويتم تشغيل كل من مفتاح الضوء الأنف كزة وضوء قبالة منزل و1 ق الفاصلة بين المحاكمة (ITI، منزل ضوء إيقاف) تستتبعه. الأنف الوخزات في قبل ظهور ضوء تنتج 8 ق مهلة (TO) من الحالات الطارئة التجريبية التي تتم الإشارة من قبل إطفاء ضوء البيت. إذا لم تحدث استجابة في غضون الصورة الدقة 1.5ponse نافذة، يتم تشغيل كل من ضوء nosepoke وضوء البيت حالا، و1 ق ITI تستتبعه. قيمة foreperiod القادمة المقررة للمحاكمة لاحقة تبدأ بعد، إما ليالي ITI 1 أو 8 ق لل، أيهما حدث أثناء المحاكمة السابقة. يتم تنظيم دورات يوميا (5 أيام / أسبوع)، وتتألف عادة من حوالي 200 المحاكمات، وتنتهي بعد 30 دقيقة. هذه النتائج مع كل تجربة وجود مدة حوالي 7.5 ثانية، في المتوسط.
تشكيل أداء خط الأساس مستقرة على rPVT وأنجزه 1) التكيف في البداية الفئران أن تأخذ الكريات الطعام من علبة الطعام في الغرفة، 2) فأر للرد على مفتاح كزة الأنف من خلال تعزيز تقريبية المتعاقبة إلى نهائي تشكيل اليد الأنف كزة ردا على ذلك، و3) تجري جلسات يومية حيث المعلمات من إجراءات rPVT (أي foreperiod، ITI، ل، ومرات مفتاح الإضاءة) يتم تعديل تدريجيا على مدى الدورة، اعتمادا على مدى كل فأر هو المنفذ خلال كل دورة (وصفها بالتفصيل أدناه).
Protocol
Representative Results
Discussion
المنهجية الواردة في هذه الوثيقة نتائج في العروض rPVT في الفئران التي تضاهي في العديد من الجوانب لأداء PVT نموذجي ورد في الأدب الإنساني. باستخدام التقنيات الحالية، يمكن للمرء أن تدريب بسرعة الفئران لأداء rPVT، وتتميز العروض التي تم الحصول عليها مع هذه التقنيات عن طريق الت?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by NASA (NNX15AC17G to CMD), and by NASA cooperative agreement NCC 9-58 (E000010 to CMD, NBPF02802 and NBPF04201 to RDH) with the National Space Biomedical Research Institute.
Materials
| Modular rat operant chamber with stainless steel grid floor | Med Associates | ENV-008 | Med Associates Inc. PO Box 319 St. Albans, Vermont 05478, USA Phone: (802) 527-2343 |
| Sound attenuating chamber | Med Associates | ENV-022MD | Houses rat operant chamber |
| Houselight for rat | Med Associates | ENV-215M | |
| 1" diameter rat nose poke response key | Med Associates | ENV-119M-1 | |
| Pellet receptacle, trough type | Med Associates | ENV-200R2M | |
| Modular pellet dispenser for rat, 45-mg | Med Associates | ENV-203M-45 | |
| PCI Operating package for up to 8 operant chambers | Med Associates | MED-SYST-8 | |
| SmartCtrl | Med Associates | DIG-716P1 | This catalog number has 8 outputs and 4 inputs which is the minimum needed to run the rPVT; SmartCtrl can also be purchased with 16 outputs and 8 inputs for more flexibility |
| Med-PC IV software | Med Associates | SOF-735 | |
| PC computer with PCI card slot | Any manfacturer (e.g., Dell) | Use of the PCI operating package requires a computer with a PCI card slot. Systems that use PCIe are available. Contact Med Associates for details. | |
| Dustless Precision pellets 45-mg rodent grain-based diet | Bio Serv | FO165 | Bio-Serv One 8th Street, Suite 1 Frenchtown, NJ 08825, USA Phone: (800)-996-9908; Standard chow pellets are commonly used. Different pellets (e.g., sucrose) can be acquired from Bio Serv. |
References
- Dinges, D. F., Orne, M. T., Whitehouse, W. G., Orne, E. C. Temporal placement of a nap for alertness: contributions of circadian phase and prior wakefulness. Sleep. 10, 313-329 (1987).
- Dinges, D. F., Powell, J. W. Microcomputer analyses of performance on a portable, simple visual RT task during sustained operations. Behav Res Method Inst Comp. 17, 652-655 (1985).
- Kribbs, N. B., et al. Effects of one night without nasal CPAP treatment on sleep and sleepiness in patients with obstructive sleep apnea. Am Rev Respir Dis. 147, 1162-1168 (1993).
- Basner, M., Dinges, D. F. Maximizing sensitivity of the psychomotor vigilance test (PVT) to sleep loss. Sleep. 34, 581-591 (2011).
- Basner, M., Mollicone, D., Dinges, D. F. Validity and Sensitivity of a Brief Psychomotor Vigilance Test (PVT-B) to Total and Partial Sleep Deprivation. Acta Astronaut. 69, 949-959 (2011).
- Dinges, D. F., et al. Cumulative sleepiness, mood disturbance, and psychomotor vigilance performance decrements during a week of sleep restricted to 4-5 hours per night. Sleep. 20, 267-277 (1997).
- Drummond, S. P., et al. The neural basis of the psychomotor vigilance task. Sleep. 28, 1059-1068 (2005).
- Jewett, M. E., Dijk, D. J., Kronauer, R. E., Dinges, D. F. Dose-response relationship between sleep duration and human psychomotor vigilance and subjective alertness. Sleep. 22, 171-179 (1999).
- Lim, J., Dinges, D. Sleep deprivation and vigilant attention. Ann N Y Acad Sci. 1129, 305-322 (2008).
- Van Dongen, H. P., Dinges, D. F. Sleep, circadian rhythms, and psychomotor vigilance. Clin Sports Med. 24 (2), 237-249 (2005).
- Van Dongen, H. P., et al. Caffeine eliminates psychomotor vigilance deficits from sleep inertia. Sleep. 24 (7), 813-819 (2001).
- Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168 (2), 312-317 (2006).
- Lim, J., Dinges, D. F. Sleep deprivation and vigilant attention. Annals of the New York Academy of Sciences. 1129, 305-322 (2008).
- Basner, M., et al. Mars 520-d mission simulation reveals protracted crew hypokinesis and alterations of sleep duration and timing. Proc Natl Acad Sci U S A. 110, 2635-2640 (2013).
- Christie, M. A., et al. Microdialysis elevation of adenosine in the basal forebrain produces vigilance impairments in the rat psychomotor vigilance task. Sleep. 31, 1393-1398 (2008).
- Christie, M. A., McKenna, J. T., Connolly, N. P., McCarley, R. W., Strecker, R. E. 24 hours of sleep deprivation in the rat increases sleepiness and decreases vigilance: introduction of the rat-psychomotor vigilance task. J. Sleep Res. 17, 376-384 (2008).
- Oonk, M., Davis, C. J., Krueger, J. M., Wisor, J. P., Van Dongen, H. P. Sleep deprivation and time-on-task performance decrement in the Rat Psychomotor Vigilance Task. Sleep. 38, 445-451 (2015).
- Loomis, S., McCarthy, A., Edgar, D., Tricklebank, M., Gilmour, G. Behavioural evidence that modafinil and amphetamine do not produce equivalent qualities of wake promotion in sleep-restricted rats. Sleep Medicine. 14, 185 (2013).
- Deurveilher, S., Bush, J. E., Rusak, B., Eskes, G. A., Semba, K. Psychomotor vigilance task performance during and following chronic sleep restriction in rats. Sleep. 38, 515-528 (2015).
- Davis, C. M., Roma, P. G., Hienz, R. D. A rodent model of the human psychomotor vigilance test: Performance comparisons. J Neurosci Methods. 259, 57-71 (2016).
- Lim, J., et al. Imaging brain fatigue from sustained mental workload: an ASL perfusion study of the time-on-task effect. Neuroimage. 49, 3426-3435 (2010).
- Tucker, A. M., Basner, R. C., Stern, Y., Rakitin, B. C. The variable response-stimulus interval effect and sleep deprivation: an unexplored aspect of psychomotor vigilance task performance. Sleep. 32, 1393-1395 (2009).
- Skinner, B. F. . The behavior of organisms: an experimental analysis. , (1938).
- Warm, J. S., Parasuraman, R., Matthews, G. Vigilance requires hard mental work and is stressful. Hum Factors. 50, 433-441 (2008).
- Blatter, K., et al. Gender and age differences in psychomotor vigilance performance under differential sleep pressure conditions. Behav Brain Res. 168, 312-317 (2006).
- Raymann, R. J., Van Someren, E. J. Time-on-task impairment of psychomotor vigilance is affected by mild skin warming and changes with aging and insomnia. Sleep. 30, 96-103 (2007).
- Beijamini, F., Silva, A. G., Peixoto, C. A., Louzada, F. M. Influence of gender on psychomotor vigilance task performance by adolescents. Braz J Med Biol Res. 41, 734-738 (2008).
- Davis, C. M., DeCicco-Skinner, K. L., Hienz, R. D. Deficits in Sustained Attention and Changes in Dopaminergic Protein Levels following Exposure to Proton Radiation Are Related to Basal Dopaminergic Function. PLoS One. 10, 0144556 (2015).
- Stebbins, W. C. Response latency as a function of amount of reinforcement. J Exp Anal Behav. 5, 305-307 (1962).
- Stebbins, W. C., Lanson, R. N. Response latency as a function of reinforcement schedule. J Exp Anal Behav. 5, 299-304 (1962).
- Christie, M. A., McCarley, R. W., Strecker, R. E. Twenty-four hours, or five days, of continuous sleep deprivation or experimental sleep fragmentation do not alter thirst or motivation for water reward in rats. Behav Brain Res. 214, 180-186 (2010).
- Koban, M., Sita, L. V., Le, W. W., Hoffman, G. E. Sleep deprivation of rats: the hyperphagic response is real. Sleep. 31, 927-933 (2008).
- Moody, D. B., Stebbins, W. C. . Animal Psychophysics, The Design and Conduct of Sensory Experiments. , 277-302 (1970).
- Pfingst, B. E., Hienz, R. D., Kimm, J., Miller, J. M. Reaction-time procedure for measurement of hearing I. Suprathreshold functions. J Acoust Soc Am. 57, 421-430 (1975).
- Stebbins, W. C. Auditory reaction time and the derivation of equal loudness contours for the monkey. J Exp Anal Behav. 9, 135-142 (1966).
- Hienz, R. D., Weerts, E. M., VandeBerg, J. L., Williams-Blanger, S., Tardif, S. D. . The Baboon in Biomedical Research. , (2009).
- May, B. J., Huang, A. Y., Aleszczyk, C. M., Hienz, R. D., Klump, G. M., Dooling, R. J., Fay, R. R. . Methods of Comparative Acoustics. , 95-108 (1995).
