Otomatik bir T-maze cihazları ve protokol dayalı karar vermede gecikme ve çaba tabanlı ücretsiz taşıma kemirgenler çözümlemek için
Summary
Bu makalede biz icat ettik otomatik bir T-maze aparat tanıtır ve gecikme dayalı karar verme ve çaba dayalı karar verme ücretsiz hareketli Rodents analiz etmek için bu cihaz bir protokol dayalı.
Abstract
Birçok nörolojik ve psikiyatrik hasta zorluklar ve/veya karar verme açıkları göstermektedir. Kemirgen modelleri nörobiyolojik karar verme sorunların altında yatan nedenleri daha derin bir anlayış oluşturmak yardımcı olur. Fayda-maliyet tabanlı T-maze görev kemirgenler yüksek ödül kol (HRA) ve düşük ödül kol (LRA) arasında seçim karar verme ölçmek için kullanılır. T-maze karar verme görevi, maliyeti belirli bir gecikme süresiyle olduğu ve diğer fiziksel çaba olduğu iki paradigmaları vardır. Her iki paradigmalar deneysel hayvan, birden çok kapılar sıkıcı ve emek yoğun bir yönetim gerektirir, ödül cips ve seçim kayıtları kol. Geçerli çalışma, Pelet teslim, kapı yönetimi ve seçim kayıtları için tam otomasyon ile geleneksel T-maze dayalı bir cihaz icat etti. Bu otomatik Kur hem gecikme ve çaba dayalı karar verme Rodents değerlendirilmesi için kullanılabilir. Burada açıklanan protokolüyle laboratuarımıza birden çok genetik farelerin karar verme fenotipleri araştırıldı. Temsilcisi veri, ablated medial habenular ile fareler aversions gecikme ve çaba gösterdi ve acil ve zahmetsiz ödül seçin eğilimi gösterdi. Bu iletişim kuralı tarafından deneyci müdahale neden değişkenliği azaltmak için ve deney verimliliği artırmak için yardımcı olur. Toplama, kronik silikon sonda veya kayıt elektrot, fiber optik görüntüleme ve/veya sinirsel aktivite manipülasyon kolayca burada açıklanan Kur kullanarak karar verme görevi sırasında uygulanabilir.
Introduction
İnsanların ve diğer hayvanların bir ödül almak için (gecikme, çaba ve risk dahil) maliyet değerlendirmek ve daha sonra eylem belirli bir ders seçmek için onların karar. Karar verme açıkları şizofreni (SZ), dikkat eksikliği hiperaktivite bozukluğu (DEHB), obsesif-kompulsif bozukluk (OKB), Parkinson hastalığı (PD) ve bağımlılığı1de dahil olmak üzere çok sayıda nöropsikiyatrik hastalıkların içinde görünür. Maymunlar ve insanlar üzerinde çalışmalar o birkaç anahtar beyin bölgeleri karar verme2,3,4‘ te söz konusu saptandı. Primatlar daha karmaşık karar kazançlar içinde meşgul rağmen kemirgenler nerede ödül olası durumlar sık sık değişen bir ortamda hayatta kalmak için uyarlamalı kararlar edebilmek için bildirilmiştir. Buna ek olarak, sinirsel devre mekanizmaları ve karar verme temel moleküler mekanizmaları iyice chemogenetic araçları, optogenetic araçları ve genetik fareler durumu nedeniyle fare modellerinde araştırılması. Birden çok görev kemirgenler karar verme davranışları, dikkatte set-shift görev, gereklilikler veya gecikme tabanlı T-maze görev, Iowa kumar görev, görev5, öğrenme görsel ayrımcılık ters de dahil olmak üzere değerlendirilmesinde kullanılan vs. Benzer T-maze fayda-maliyet protokolleri aslında Pierre grup6 tarafından geliştirilen ve ücretsiz hareketli kemirgenler7,8, karar maliyet (gecikme ve çaba) iki tür etkilerini incelemek için kullanılan 9,10. Bu görev özel avantajı hayvanlar kollarını tuşuna basın ya da bir kase içinde kazmak için eğitim gerekmez olduğunu. Bunun yerine, hayvanlar yüksek ödül yüksek bir kol (HRA) veya düşük ödül diğer kol (LRA) düşük maliyetli seçenek seçeneğini maliyet arasında bir seçim yapmak. Bu nedenle, bu görevi gerçekleştirmek daha kolay olur.
Deneysel hayvan bir amaca silah girer sonra gecikme tabanlı paradigmada, böylece hayvan hedef kolundan tutulur bir kavşak kapı tanıtıldı. Hayvan Ira seçerse, Ira hedef kapıyı hemen geri çekildi ve gıda küçük bir miktar teslim edilir. Hayvan HRA seçerse, HRA hedef kapıda gerekli bekleme süresinden sonra geri çekildi ve gıda granül büyük miktarda (Şekil 1A) teslim edilir. Çaba tabanlı paradigma, HRA bir bariyer tarafından engel ve hayvanlar bitti granül (Şekil 1B) büyük miktarda almak için tırmanmak gerekir. Genel olarak, gecikme tabanlı paradigma dürtüsellik hayvan modelleri sınamak çok yararlı ve çaba tabanlı bir kayıtsız hayvanlar2,4,11,12, anlamaya yardımcı olabilir 13. Hitherto araştırmacılar performans bu tahlil el ile gecikme süresini sayma, ekleme ve kapılar çekilmesi, çaba bariyer manevra, Pelet sayılması, granül pozisyon içine yerleştirerek, yerleştirme ve hayvanlar dönen tarafından ve hayvanların seçimler her deneme için kayıt. Bu emek ve zaman maliyetleri ciddi bir deneysel darboğaz yaygın kullanımı bu davranış tahlil engelleyici araştırmacılar için poz. Geçerli çalışma, gecikme veya çaba dayalı karar verme kemirgenler, tam otomasyon, standardizasyon ve yüksek üretim kapasitesi ile değerlendirmek için bir T-maze dayalı kurulum geliştirdik.
Aparatı
Ticari bir üretici ile işbirliği içinde (bakınız Tablo malzeme), bir değiştirilmiş geliştirdiğimiz otomatik bilgisayar yazılımı-esaslı alet kontrol (Şekil 2) kullanılan T-maze aparatı. Özellikle, böylece hayvanlar kendilerini başlatmak için işaret ve yeni bir deneme başlatmak gidip bir “arka kapı” ve “geleneksel T-maze (resim 2), ile karşılaştırıldığında geri” tanıttı. T-maze mat gri renkli olduğunu ve deney durumu ve yazılım doğru şekilde ayarlandığında, iki siyah ve beyaz fareler algılanabilir. Üç silah oluşur: bir başlangıç kolu ve iki gol silah, V şeklinde duvarlı uzunluğu 155 mm içinde yükseklik, her 410 mm 30 mm genişlik ve 155 mm genişliğinde açık bir üst bir taban. V şeklindeki koridorun etkili atlama fare engelleyebilirsiniz. Buna ek olarak, V-şekilli koridor kablolar ile kayıt vivo içinde uygulamak kolaylaştırır. Başlangıç kutusu başlangıç kolu sonuna eklenir. Bir hedef kutusu her hedef kol sonuna eklenir. Bir otomatik gıda dağıtıcı yiyecek parçaları önceden tanımlanmış bir dizi sunmak için her hedef kutusunda yüklenir. Pelet alımı kızılötesi sensör tarafından algılanır ve bir bilgisayar tarafından otomatik olarak kaydedilir. Her hedef kutusunu Başlat kutusunu düz bir koridor tarafından bağlanır. Onlar bir deneme tamamladıktan sonra hayvanlar özerk koridor yolu ile Başlat kutusuna dönebilirsiniz. 155 mm içinde yükseklik giriş ve çıkışlarda başlangıç ve hedef kutuları, sürgülü kapı bulunmaktadır. Ayrıca, bir sürgülü kapı hayvanlar geriye doğru bir seçim (Şekil 2A) yaptıktan sonra hareket etmesini engellemek için her hedef kol girişinde yer alır. Bütün sürgülü kapılar bir bilgisayar tarafından kontrol edilir ve otomatik olarak açılabilir ve kapalı. Bir yüksek hassasiyet 1/2″ ücret eşleşmiş cihaz (CCD) tek gözlük kamera aparatı hayvanların davranış izlemek için ayarlanır. Objektifin odak uzaklık 2,8 – 12 mm’dir. Kamera yaklaşık 1,9 m yüksek konumdur. Labirent yüksekliği yerden 0,5 m kamera ve labirent arasındaki mesafe yaklaşık 1,4 m (Şekil 2B) olduğu için. İzleme veri CCD kamerasından elde kullanılan canlı denetimine açma ve hayvanlar (ROIs) ilgi belirli bölgelerde girdiğinizde belirli kapıları kapatma T-maze. Çaba tabanlı paradigma için kullanılan engelleri V şekilli duvarlara fits mükemmel, üç boyutlu bir dik açılı üçgen (Şekil 2C) şeklinde ve 155 mm içinde yükseklik. Hayvanlar dikey yan ölçek gerekir ama bir 45 ° eğim inerler edebiliyoruz. Aparatı 100 lux adlı deneme sırasında aydınlatılır. Denemede kullanılan granül şeker (bkz. Tablo reçetesi) ve silika jel granül kuru tutmak için kullanılır (bkz. Tablo reçetesi).
Protocol
Representative Results
Discussion
Karar verme bilişsel bir süreç son derece evrim15sırasında korunmuş olduğunu. İnsan ve hayvanların rakip eylem seçenekleri olası ödül göreli maliyetini değerlendirmek ve o zaman onların seçim yapmak. Hastalarda psikolojik bozuklukları ve nörolojik hastalıkların bir numaradan açıkları karar verme16değişik şekillerde göstermektedir. Bu nedenle karar verme sürecinin temel nörobiyolojik ve patofizyolojik mekanizmaları araştırmak önemlidir. Son birkaç yıl içinde gecikme ve çaba karar verme daha fazla çekiyor tabanlı faiz araştırma. Ayrıca, kemirgenler, özellikle fareler karar17bu iki yöntem çalışmaya yaygın olarak kullanılmıştır.
Birçok çalışma ilginç keşifler T-maze aparatı bir HRA ve LRA2,6,7,8,9,10, ile ilişkili bir davranış görevi kullanarak yol açtı 18 , 19 , 20 , 21 , 22. görev, HRA büyük ödüller ile bir zaman gecikmesi ya da çaba efor ilişkilendirir. Ira, hayvanların herhangi bir gecikme süresi ve fiziksel çaba olmadan hemen küçük bir ödül elde edebilirsiniz. Geleneksel yaklaşım insan deneyci’nın el ile müdahale dayanır. Her deneme olarak, deneyci granül saymak ve HRA ve LRA, yiyecek tepsileri koyun için hedefi kapılar HRA ve Ira yerleştirin ve sonra hayvan başlangıç kolu sonuna yerleştirin. Hayvan ya silah girdiği zaman, bir kavşak kapı hayvan hedef kol kısıtlamak için yerleştirilmesi gerekiyor. İletişim kuralı bağlı olarak deneyci zaman saymak ve küme bir gecikmeden sonra hedef kapıyı açmak gerekiyor. Hayvan hedef alan girer ve pellet(s) elde eder sonra deneyci kafese geri ve hayvanın kol seçim ve davranış kayıt gerekir. O zaman deneyci T-maze kapı ve Pelet sonraki duruşma için hazırlamak için ihtiyaç duyduğu. Eğitim ve sınama işlemleri bütün muazzam zaman ve emek yoğun vardır. Ayrıca, farklı labs arasında standardizasyon eksikliği başka bir husustur.
Bu yazıda, değiştirilmiş otomatik T-maze aparatı ile bir video izleme sistemi (geleneksel iletişim kuralları sorunları çözmek için,Şekil 7) dayalı bir protokol sundu. Bir “arka kapı” ve “arka koridor” geleneksel T-maze tanıtarak, labirent “böldüğü ikizkenar üçgen” şeklinde elde edilen. Bu kurulum davranış (1) tam otomasyon avantajları eğitim ve sınama. Bu deneyci öznellik etkisini kaldırır ve insan zamanı en aza indirir ve emek taahhütleri. Böylece dört fareler eğitimli veya aynı anda hangi geleneksel iletişim kuralları kullanılarak gerçekleştirilmesi mümkün değildir bir deneyci tarafından test laboratuarı’dört kurulumları var. (2) Denemecileri serbestçe Pelet numarası, gecikme süresi, kapı açılış ve kapanış, deneme numaraları, süresi ve izleme modu dahil olmak üzere birden çok parametre ayarlamak kontrol yazılımı sağlar gibi yazılım esneklik vardır. Bu nedenle, bu sistemi çeşit deneysel ihtiyaçlarını karşılayabilir. (3) T-maze üzerinde tüm sürgülü kapılar açık olduklarında labirent tabanı altında depolanması için tasarlanmış gibi geniş uyumluluk vardır. Bu nedenle, belgili tanımlık tertibat kolayca optogenetic/optik manipülasyon, in vivo Elektrofizyoloji kayıt ve microdialysis de dahil olmak üzere farklı fizyolojik sistemleri ile entegre edilebilir. Ayrıca, fareler bir konum tercihi nedeniyle HRA açmadı olasılığını dışlamak için gecikme – hem çaba – tabanlı tahlil için bir kontrol testi uygulamak öneririz. İki gol kollarında maliyetleri Dengeleme tarafından hayvan her iki ödül sonuçlar aynı maliyetle deneyim fırsatı var. Seçim sadece ödül temelinde diferansiyel, böylece maliyetler ve faydaları karar vermeden önce tümleştirmek için ihtiyaç kaldırarak yapılabilir. Bu da testler olup maliyet veya ödül, bellek açığı yerine veya bir değişiklik hangi onlar kendi kararlarını değerlendirildi şekilde ölçeklendirmek için bir yetersizlik sonucu hayvanların seçimler herhangi bir değişimdir.
Bizim Laboratuvar fareler bu kurulum ile yaklaşık 10 suşları analiz ettim. Bir örnek mHb:DTA fareler hem gecikme – ve çaba-dayalı karar verme sağlam bir fenotip gösterdi temsilcisi verilerde gösterildi. Diğer bir deyişle, ödül değeri kesinlikle zaman ve çaba mHb:DTA farelerde tarafından iskonto yapılır. Sonucu mHb dürtüsellik kumanda üzerindeki önemli rolü gösterdi. Buna ek olarak, biz ücretsiz hareketli fareler üzerinde karar verme sürecinde (yayınlanmamış veri) Silikon sonda kayıtları başvurdum. Tüm deneyler doğrulama testleri otomatik kurulum özelliği için sağlanan. Böylece, otomatik aparatı ile T-maze göre karar için standart iletişim kuralı genetik etkileri, farmakolojik etkileri ve gecikme ve çaba kemirgenler indirim nöral devre etkileri algılamak için uygundur. Özet olarak, kurulum gecikme ve çaba dayalı karar verme deneyleri için ideal bir sistem olarak hizmet etmek için pek çok avantajı vardır.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dr. Matthew F S Rushworth (Deneysel Psikoloji bölümü, Oxford Üniversitesi) ve Dr. Sakagami Masamichi (beyin bilim araştırma merkezi, Tamagawa üniversite) proje inisiyasyon ve ayrıntıları onların değerli tavsiyeler için teşekkür etmek istiyorum protokollerin. Biz Dr Lily Yu kritik Yorumlar ve el yazması düzenleme için teşekkür ederiz. Bu proje RIKEN teşvik araştırma projesi (100226201701100443) tarafından Q.Z, beyin bilim projesi, merkezi için roman bilim girişimler, Doğa Bilimleri (BS291003) Q.Z, RIKEN yaşlanma proje (için ulusal enstitüleri için desteklenen 10026-201701100263-340120) Q.Z ve JSP’ler Kakenhi Grant-in-Aid genç bilim adamları (B) (17841749) Q.Z. için
Yazarlar katkıları: Q.Z gebe ve başlatılan proje, Q.Z, Y.K ve H.G gerçekleştirilen deneyler ve veri analizi, H.G koordine laboratuvar ve O’HARA & Co, Ltd, arasındaki iş Q.Z ve Y.K el yazması yazdı, sı denetimli proje.
Materials
| automated t-maze for decion making testing | O’HARA & Co.,ltd | no catalog number, customorized | Address requested by the reviewer: 4-28-16 Ekoda, Nakano-ku, Tokyo 165-0022 TEL: 81-3-3389-2451 FAX:81-3-3389-2453 |
| slica gel | Nacalai Tesque | 1709155 | |
| AIN-76A Rodent Tablet 10mg | Test Diet | 1811213(5TUL) | Manufactured for Japan,SLC |
| Time TM1 software | O’HARA & Co.,ltd | no catalog number | |
| SPSS statistics V21.0 | IBM |
References
- Frank, M. J., Scheres, A., Sherman, S. J. Understanding decision-making deficits in neurological conditions: insights from models of natural action selection. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 362 (1485), 1641-1654 (2007).
- Prevost, C., Pessiglione, M., Metereau, E., Clery-Melin, M. L., Dreher, J. C. Separate valuation subsystems for delay and effort decision costs. J Neurosci. 30 (42), 14080-14090 (2010).
- Kennerley, S. W., Walton, M. E. Decision Making and Reward in Frontal Cortex: Complementary Evidence From Neurophysiological and Neuropsychological Studies. Behavioral Neuroscience. 125 (3), 297-317 (2011).
- Kurniawan, I. T., Guitart-Masip, M., Dolan, R. J. Dopamine and Effort-Based Decision Making. Frontiers in Neuroscience. 5, 81 (2011).
- Izquierdo, A., Belcher, A. M. Rodent models of adaptive decision making. Methods Mol Biol. 829, 85-101 (2012).
- Thiebot, M. H., Le Bihan, C., Soubrie, P., Simon, P. Benzodiazepines reduce the tolerance to reward delay in rats. Psychopharmacology. 86 (1-2), 147-152 (1985).
- Green, M. F., Horan, W. P., Barch, D. M., Gold, J. M. Effort-Based Decision Making: A Novel Approach for Assessing Motivation in Schizophrenia. Schizophr Bull. 41 (5), 1035-1044 (2015).
- Fatahi, Z., Sadeghi, B., Haghparast, A. Involvement of cannabinoid system in the nucleus accumbens on delay-based decision making in the rat. Behav Brain Res. 337, 107-113 (2018).
- Iodice, P., et al. Fatigue modulates dopamine availability and promotes flexible choice reversals during decision making. Sci Rep. 7 (1), (2017).
- Rudebeck, P. H., Walton, M. E., Smyth, A. N., Bannerman, D. M., Rushworth, M. F. Separate neural pathways process different decision costs. Nat Neurosci. 9 (9), 1161-1168 (2006).
- Bonnelle, V., et al. Characterization of reward and effort mechanisms in apathy. J Physiol Paris. 109 (1-3), 16-26 (2015).
- Hartmann, M. N., et al. Apathy but not diminished expression in schizophrenia is associated with discounting of monetary rewards by physical effort. Schizophr Bull. 41 (2), 503-512 (2015).
- Lockwood, P. L., et al. Prosocial apathy for helping others when effort is required. Nat Hum Behav. 1 (7), (2017).
- Kobayashi, Y., et al. Genetic dissection of medial habenula-interpeduncular nucleus pathway function in mice. Frontiers in behavioral neuroscience. 7 (17), (2013).
- Hanks, T. D., Summerfield, C. Perceptual Decision Making in Rodents, Monkeys, and Humans. Neuron. 93 (1), 15-31 (2017).
- Lee, D. Decision Making: from Neuroscience to Psychiatry. Neuron. 78 (2), 233-248 (2013).
- Carandini, M., Churchland, A. K. Probing perceptual decisions in rodents. Nature Neuroscience. 16 (7), 824-831 (2013).
- Denk, F., et al. Differential involvement of serotonin and dopamine systems in cost-benefit decisions about delay or effort. Psychopharmacology. 179 (3), 587-596 (2005).
- Walton, M. E., Bannerman, D. M., Rushworth, M. F. S. The Role of Rat Medial Frontal Cortex in Effort-Based Decision Making. The Journal of Neuroscience. 22 (24), 10996-11003 (2002).
- Bardgett, M. E., Depenbrock, M., Downs, N., Points, M., Green, L. Dopamine Modulates Effort-Based Decision-Making in Rats. Behavioral Neuroscience. 123 (2), 242-251 (2009).
- Floresco, S. B., Tse, M. T., Ghods-Sharifi, S. Dopaminergic and glutamatergic regulation of effort- and delay-based decision making. Neuropsychopharmacology. 33 (8), 1966-1979 (2008).
- Assadi, S. M., Yucel, M., Pantelis, C. Dopamine modulates neural networks involved in effort-based decision-making. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 33 (3), 383-393 (2009).
