اختبار للاستجابة ادراكية استخدام المستندة رائحة تأخر اختبار مطابقة للعينة في الفئران
Summary
ويصف هذا البروتوكول وسيلة للتحقيق في إمكانية ميتاميموري، أو وعي الذاكرة، في القوارض. نموذج تأخر مطابقة-إلى-عينة المستندة إلى رائحة هو إيكولوجيا ذات صلة برواية سلوكية اختبار مفيدة لتحديد المدى الذي يمكن تواؤمي الاستجابة القوارض استناداً إلى الرصد يخرجهم قوة دولهم الذاكرة.
Abstract
ميتاميموري ينطوي على القدرة المعرفية تقييم قوة ذكريات المرء. لاستكشاف إمكانية ميتاميموري في الحيوانات غير البشرية، تم إنشاء العديد من المهام السلوكية، وكثير منها الاستفادة من خيار لرفض اختبارات الذاكرة. لتقييم ميتاميموري في الفئران، ونحن تستخدم هذا النموذج خيار اختبار انخفاض تكييف السابقة البصرية تأخر بعد مطابقة لنموذج الاختبارات (دمتس)1،2 وضعت لأنواع الرئيسيات لإجراء اختبار على أساس رائحة مناسبة للقوارض. أولاً، يتم إعطاء الفئران عينة تذكر بحفر في كوب من الرمل المعطر. بعد تأخير، تعرض الفئران مع أربعة أكواب المعطرة واضح، من تلك التي تحتوي على رائحة مماثلة خلال العينة؛ إذا تم تحديد هذا كأس مطابقة، ثم الفئران يحصل على مكافأة المفضل، وأكبر. اختيار أي من الأخرى ثلاثة غير مطابقة مملوءة بالرمال المعطرة الكؤوس نتائج لا مكافأة. فترات الاستبقاء هي منفردة معاير أن هذه المواضيع أداء بين 40 وتصحيح 70%، وبالتالي ضمان الفئران في بعض الأحيان تذكر وننسى أحياناً العينة. وهنا التعريف العملي ميتاميموري هو القدرة على التمييز بين وجود وغياب الذاكرة من خلال الاستجابة السلوكية. تحقيقا لهذه الغاية، على الثلثين من المحاكمات، يقدم خيار تراجع بالإضافة إلى اختيار أربعة الأكواب (خيار المحاكمات). إذا كان الخيار انخفاض-اختبار-كأس رمال ملونة unscented، المحدد، الموضوع يتلقى مكافأة أقل-ويفضل أصغر ويتجنب اختبار الذاكرة. على الثلث المتبقي من المحاكمات، الخيار اختبار الانخفاض غير المتاحة (المحاكمات القسري)، مما تسبب في مواضيع لتخمين الكأس الصحيح عندما يتم نسيان العينة. في اختبارات الاختيار، ينبغي تحديد الموضوعات التي تعرف عندما نتذكر أنها الخيار انخفاض عند ضعيف الذاكرة بدلاً من الخضوع لاختبار واختيار غير صحيح. ولذلك، إلى حد كبير أداء أعلى في الاختبارات المختارة بالمقارنة مع اختبارات الذاكرة القسري يدل على استخدام التكيف استجابة اختبار الهبوط والاستجابة ادراكية.
Introduction
ميتاميموري هو القدرة على تقييم قوة المرء ذكريات2،،من34. بينما البشر أظهرت استمرار هذه القدرة المعرفية، هناك نقاش حول وجود ميتاميموري في الحيوانات غير البشرية مثل،من56. أسلوب مشترك واحد لاختبار إمكانية ميتاميموري هو تقديم الحيوانات نونومان مع انخفاض اختبار الخيار، الذي، في حالة تحديد النتائج في مكافأة مضمونة، لكن بشكل أصغر من المكافأة لاستجابة صحيحة للاختبار. إذا كان يمكن رصد مواضيع دولهم الذاكرة، ثم أنهم ينبغي أن تراجع الاختبارات عندما تكون ذاكرتهم ضعيفة (انظر ملاحظات:7،8،،من910).
على مدى العقود القليلة الماضية، تكيفت الإجراءات التي وضعت للرئيسات البشرية ونونهومان11 والحمام12 في عدة طرق لاختبار كذلك لوجود ميتاميموري في القرود1،2،13 . وربما كان الدراسة المنوي أكثر من ميتاميموري في القرود في هامبتون1 تأجيل المباراة إلى عينة الاختبار (دمتس). وبعد التدريب في مهمة النظام التجاري المتعدد الأطراف، التأخير بين العينة واختبار كانت معاير حتى يكون مستوى الصعوبة المتوسط أن القردة كانت لديه فرصة للتذكر والنسيان العينة. وبعد التأخير، عرضت القرود مع خيار لرفض الاختبار. وأظهرت النتائج أن مواضيع إجراء المحاكمات على دقة أكبر بكثير الذي اختاروا الخضوع لاختبار من شأن المحاكمات القسري، مما يوحي بأن القرود رصد قوتهم الذاكرة من نموذج1.
معظم نماذج ميتاميموري اختبار حتى الآن استخدمت البصرية أو المنبهات السمعية، الذي ليس من المستغرب نظراً لأن الأكثر على نطاق واسع اختبار الأنواع الرئيسات نونومان البصرية العالية مثل،من1114. البحوث المحدودة السابقة موجودة في ميتاكوجنيشن في الفئران، كانت الطريقة الحسية المستخدمة بصرية أو سمعية15،16،،من1718. تعطي أدلة قوية مؤخرا ادراكية عن الاستجابة عندما كان مهمة القائم على رائحة يستخدم19، فمن الممكن أن نتائج ملتبسة السابقة في الفئران قد يكون بسبب عدم وجود توحيد النماذج المستخدمة. لقد قمنا بتصميم نموذج19 التي رسملة على إحساس الأولية في الفئران، أولفاكتيون، بتكييف نموذج دمتس مماثلة لتلك المستخدمة في القرود المذكورة أعلاه1. المهام الموصوفة هنا ينطوي على حفر في أكواب مليئة بالرمال للحصول على مكافأة غذاء، مع استفادة السلوك الحفر الطبيعية في مكافحة القوارض.
ويمكن تقييم ميتاميموري في الفئران باستخدام مهمة دمتس المستندة إلى رائحة المعروضة هنا. أولاً، هو إنشاء التسلسل هرمي للمكافآت الغذاء حتى تثبت تفضيل واضح لمكافأة قيمتها أكثر من المواضيع. ثم يتم تدريب الفئران لحفر في كوب من الرمل المعطر للحصول على مكافأة. عقب تقديم فنجان عينة المعطرة، يجب أن تختار المواضيع واحدة من أربعة أكواب المعطرة واضح. مكافأة دفن في الجزء السفلي من الكأس مع رائحة نفس كالعينة. بعد يجيدون الفئران في اختبارات النظام التجاري المتعدد الأطراف الأساسية، فترات الاستبقاء (RIs) هي معاير لكل الفئران حيث أن الأداء يقع بين 40% و 70% معدل النجاح. 2/3 من المحاكمات، الفئران خيرت الانخفاض اختبار الذاكرة لمكافأة أقل مفضل. يتم تقييم مدى قدرة ادراكية الفئران بمقارنة الأداء في المحاكمات التي يقدم الخيار اختبار الانخفاض (المحاكمات الاختيار) للمحاكمات التي تجبر الفئران إجراء الاختبار (أجبر المحاكمات).
بينما تم اختبارها فقط منذ فترة طويلة-إيفانز الفئران في هذا النموذج، يمكن استخدام المهمة لاختبار سلالات أخرى من مختبر الجرذان والفئران إلى مزيد من الدراسة ميتاميموري في أنواع القوارض. كما أنها ستكون مفيدة لاختبار القوارض أعمارهم أو الفئران المحورة وراثيا مع الأمراض مرض الزهايمر فهم أفضل لكيفية تأثير اضطرابات الذاكرة على عمليات ادراكية.
Protocol
Representative Results
Discussion
قدم هنا طريقة جديدة لتقييم الاستجابة ادراكية في الفئران باستخدام مهمة دمتس المستندة إلى رائحة. بسبب أولفاكشن كالشعور الرئيسي القوارض، استخدام رائحة الأفضل للإشارات المرئية في الجرذان والفئران 20،21. استخدام حفر في الرمل سلوك مساحات العلف طبيعي للفئران، مما يجعل المهمة إيكولوجيا ذات الصلة لأنواع القوارض.
خطوة حاسمة في البروتوكول هو ضمان أن هناك تسلسل هرمي للمكافآت الغذاء، أحدها وضوح المفضل على الآخر. خلال المراحل الأولى من الدراسة، كانت الفئران المطلوب أن تختار بين المفترض أن تكون مكافأة المفضل، وقطعة من الحبوب المحلاة، وبيليه الغذاء القياسية الصغيرة. ومع ذلك، اختبار التفضيل أسفرت عن السلوك الاختيار العشوائي، تسبب استخدام الكمية كمصدر لتباين مكافأة. الفئران اختيار بين قطعة كاملة من الحبوب وقطعة ¼ من الحبوب، ويفضل موثوق بها كمية أكبر. دون تفضيل، سواء كانت كمية، أو نوعية الغذاء هناك أي حافز لإجراء الاختبار على الانخفاض، حيث تعد هذه الخطوة الحاسمة.
هو وضع جانبا هاما آخر للبروتوكول السليم RIs وايتيس حيث أن دقة النظام التجاري المتعدد الأطراف لا يزال ضمن المجموعة من 40 إلى 70% الصحيح. إذا كان التأخير قصيرة جداً، والتدخل الحد الأدنى-سبب ايتيس طويلة، ابدأ تجربة الفئران “نسيان” العينة. على العكس من ذلك، إذا RIs وقتاً طويلاً وايتيس قصيرة جداً، الاختبار يصبح من الصعب للغاية والفئران ابدأ أن تذكر العينة. ويمكن الكشف عن مثل هذه الردود بدقة في محاكمات القسري بل بانخفاض معدلات مرتفعة جداً أو منخفضة جداً. ينبغي أن تراجع مواضيع حوالي 10-50% تجارب اختيار: إذا رفض موضوع كل المحاكمة أو انخفاضات ابدأ، لا يمكن تفسير البيانات إيجابية أو سلبية لوجود ميتاميموري والقيمة النسبية لاختبار انخفاض الاستجابة تحتاج إلى إعادة تقييم . في جميع أنحاء هذه التجربة، يحسب متوسط الأداء في محاكمات القسري دائماً في نهاية يومين من الاختبار. كالتقدم المحرز الجرذان من خلال المزيد من المحاكمات من دمتس، يمكن تحسين أدائها، التي ستبدأ معايرة تأخير عودة (انظر الشكل 1B) تصحيح مثل أنه يمكن زيادة التأخير على النحو المناسب بدقة ما زال أقل من 70%. إذا كانت الذاكرة للعينة دائماً أعلى من 70% تنظر في التناقص في ITI. إذا كانت الذاكرة للعينة دائماً أقل من 40% النظر في زيادة في ITI و/أو زيادة حجم العينة رائحة من أربعة إلى روائح 10-20 لتقليل تدخل الذاكرة.
اعتماداً على سلالة الفئران المستخدمة، يسكن في البيئة السكنية، والحيوانات دورة الضوء الظلام، قد تكون الذاكرة الأقوى أو الأضعف. مقارنة بسائر سلالات الفئران المختبرية، مثل ويستار أو دوليس سبراغ، المعروف “إيفانز طويلة” للحصول على المهام المعرفية مع عدد أقل نسبيا من22،المحاكمات23. ولذلك، قد، يستغرق أكثر مراحل التعود، والمزيد من التدريب للقوارض الأخرى للتعرف على المهمة. تم إيواء الفئران في هذه الدراسة في بيئات التخصيب مع الوصول إلى ممارسة ذلك فمن الممكن ذاكرتهم كانت قوية نسبيا24،،من2526. كما تم إيواء الفئران المستخدمة هنا على عكس دورة الضوء الظلام الذي قد يؤدي إلى زيادة الأداء المعرفي إذ أنها اختبرت خلال دورة الظلام.
وتقترح استخدام التكيف استجابة اختبار الهبوط، يتبين من أداء أعلى بكثير في الاختيار مقارنة باختبارات القسري ادراكية الاستجابة. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي الاستجابة ادراكية من الاعتماد على إشارات الذاكرة الداخلية أو الخارجية العظة8. لتحديد ما إذا كان في الواقع استخدام التكيف استجابة اختبار الانخفاض نتيجة لمنبهات الذاكرة الداخلية، ينبغي أن تهدف المجربون للقضاء على العديد من الخارجية العظة ممكن8،14. تعتبر الرموز الخارجية أي المحفزات الخاصة بالاختبار متاحة للجمهور، أو يمكن استخدام الرموز التي تخضع لتوجيه استخدام اختبار انخفاض8. وتشمل الرموز الخارجية المحتملة في هذه المهمة بروز النسبي من روائح الفردية ومدة عينة، وزمن الاستجابة، ومدة RIs. تعميم الاختبارات كما هو موضح هنا، وفي مزيد من التفصيل في ورقة النتائج19 مفيدة في استبعاد الاستجابة السلوكية استناداً إلى الرموز الخارجية مثل الجمعيات البيئية جديلة بسبب عدم تناسق جديلة في معلمات المهمة عبر التجارب.
في هذا النموذج، والفئران بحاجة إلى قرار يتخذ أو رفض الاختبار قبل أن يتم عرض اختبار الذاكرة (انظر 8.2)، إلى حد كبير القضاء على إمكانيات المنافسة استجابة للتحكم في استخدام اختبار انخفاض الاستجابة. المنافسة استجابة هو الميل إلى إجراء الاختبار استناداً إلى الأفق أو رائحة خيار الاختبار الصحيح عندما يتم عرض الاختيار ادراكية التزامن مع اختبار الذاكرة الأساسي8. تتطلب الفئران اختيار اتخاذ أو رفض الاختبار قبل تواجه اختبار الذاكرة نفسها يقلل كثيرا من إمكانية أن تستخدم ضوابط المنافسة استجابة لاستجابة اختبار انخفاض. ومع ذلك، سيكون تحسين واحد لهذا التصميم لدى الفئران اختيار اتخاذ أو رفض الاختبار بجعل استجابة معينة في غرفة منفصلة عن الذاكرة اختبار نفسها. وهذا سيزيد طبيعة المحتملين لهذا النموذج، والتي قد تسمح للقضاء على أكثر نجاحا من منبهات خارجية8،19. تحسنا إضافيا للدراسات المستقبلية، إذا كان ذلك ممكناً، بتسجيل زمن الاستجابة عند النقطة عند الفئران يدخل غرفة الاختبار إلى الوقت الذي يستغرقه للموضوع إلى يساراً أو يميناً (انخفاض أو الخضوع لاختبار، على التوالي). سيتيح هذا الباحثون لتحديد إذا كان زمن الاستجابة بمثابة مواضيع جديلة خارجية المستفادة لإقران باستجابات خاصة العمل الإضافي (انظر8). كما أنه المنير لتسجيل عند تغيير المواضيع استجابتها (انظر 8.2؛ مثل السفر من الجانب اختيار النظام التجاري المتعدد الأطراف من الغرفة إلى منطقة اختبار الهبوط أو العكس بالعكس). وكما نوقش في ورقة النتائج، لاحظنا هذا السلوك مرة واحدة فقط، مما يضيف إلى الاستنتاج بأن الفئران التي اتخذت قرارا باتخاذ أو رفض الاختبار بمجرد دخولهم غرفة الاختبار وقبل أنها صادفت ذكرى اختبار نفسها، التي قاموا بها أخذ العينات بصورة منتظمة كل رائحة الخيار.
نظراً لأن الفئران التي تم اختبارها في هذا النموذج نقل ادراكية الاستجابة عبر اختبارات متعددة في التعميم، واستنتج أن الفئران كانت قادرة على ميتاميموري–أنها يمكن رصد ذاكرتهم ل العينة19. سيكون من المهم لمجموعات بحثية أخرى لاختبار هذا النموذج أو تعديلات مماثلة لأنها كما تثبت الأدلة من مختبرات مختلفة هو مطلوب قبل أن يمكن القول على وجه اليقين أن الفئران قادرة على الاستجابة ادراكية وأن يتم التحكم بسلوك طريق جديلة داخلية أكثر مما هي خارجية. التحقق من وجود هذه القدرة mnemonic الهام، الذي يحط من قدر مع التقدم في السن، قد يكون مفيداً في النهج المتعدية لدراسة الخلل في الذاكرة، كما هو الحال مع الفئران المحورة وراثيا ونماذج من مرض الزهايمر. أنه سيكون من المثمر خصوصا للباحثين لتوظيف هذا النمط السلوكي بالاقتران مع آفات الدماغ، والدماغ المؤقتة المنظمة أو التنشيط (مثل أوبتوجينيتيكس، تشيموجينيتيكس)، ومع التسجيلات الكهربية، كما يمكن توضيح هذه التحقيقات أن الآليات العصبية التي تقوم عليها عمليات ادراكية.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن نشكر بورويل ريبيكا لاستخدام المختبر لها أثناء تسجيل الفيديو وروبرت فيرا للحصول على تعليمات باستخدام إصدار سابق من هذه المخطوطة.
Materials
| Froot loops | Kellogg's | B00I8QZ4HM | Sweetened cereal |
| Sociability Chamber | Noldus Technologies | 46503 / 46553 | |
| Black Contact Paper | Con-Tact | B000KKMO90 | |
| Cardboard | |||
| Ceramic small animal dishes | Norpro | B00061N0QO | 7 cm. in diameter and 3.8 cm tall |
| Play sand | ACTIVA | B004BNBXJ4 | White Sand |
| Duct Tape | 3M | B001HT720O | Black duct tape |
| Cinnamon | Simply Organic | FNTR07824 | Amazon |
| Coffee | Folgers | B016KZTPJU | Amazon |
| Paprika | Simply Organic | B06XB9QGVB | Amazon |
| Thyme | Simply Organic | 579193 | Amazon |
| Colored Sand | Sandtastik Products | B000Q4O9UW | Orange sand |
| 70% isopropyl alcohol | Swan | B00HKDI6WO | Amazon |
| Dust buster (vacuum) | Black + Decker | B01DAI5BZ2 | Cordless vacuum |
| Metal tracks | Home Depot | EC751BA | Used for door in chamber |
| Spatula | Chef Craft | B00B0M5LQK | Bent at a right angle to lower sample cup into testing apparatus |
References
- Hampton, R. R. Rhesus monkeys know when they remember. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 98, 5359-5362 (2001).
- Templer, V. L., Hampton, R. R. Rhesus monkeys (Macaca mulatta) show robust evidence for memory awareness across multiple generalization tests. Animal Cognition. 15 (3), 409-419 (2012).
- Sutton, J. E., Shettleworth, S. J. Memory without awareness: Pigeons do not show metamemory in delayed matching to sample. Journal of Experimental Psychology-Animal Behavior Processes. 34 (2), 266-282 (2008).
- Nelson, T. O., Narens, L. Metamemory: A theoretical framework and new findings. Psychology of Learning and Motivation. 26, 125-322 (1990).
- Carruthers, P. Meta-cognition in animals: A skeptical look. Mind & Language. 23 (1), 58-89 (2008).
- Crystal, J. D. Where Is the Skepticism in Animal Metacognition?. Journal of Comparative Psychology. 128 (2), 152-154 (2014).
- Kornell, N. Where Is the "Meta" in Animal Metacognition?. Journal of Comparative Psychology. 128 (2), 143-149 (2014).
- Hampton, R. R. Multiple demonstrations of metacognition in nonhumans: Converging evidence or multiple mechanisms. Comparative cognition & behavior reviews. 4, 17-28 (2009).
- Smith, J. D., Couchman, J. J., Beran, M. J. Animal Metacognition: A Tale of Two Comparative Psychologies. Journal of Comparative Psychology. 128 (2), 115-131 (2014).
- Smith, J. D., Zakrzewski, A. C., Church, B. A. Formal models in animal-metacognition research: the problem of interpreting animals’ behavior. Psychonomic Bulletin & Review. 23 (5), 1341-1353 (2016).
- Smith, J. D., Shields, W. E., Washburn, D. A. Memory monitoring by animals and humans. Journal of Experimental Psychology-General. 127 (3), 227-250 (1998).
- Inman, A., Shettleworth, S. J. Detecting metamemory in nonverbal subjects: A test with pigeons. Journal of Experimental Psychology-Animal Behavior Processes. 25 (3), 389-395 (1999).
- Brown, E. K., Templer, V. L., Hampton, R. R. An assessment of domain-general metacognitive responding in rhesus monkeys. Behavioural Processes. 135, 132-144 (2017).
- Basile, B. M., Schroeder, G. R., Brown, E. K., Templer, V. L., Hampton, R. R. Evaluation of Seven Hypotheses for Metamemory Performance in Rhesus Monkeys. Journal of Experimental Psychology-General. 144 (1), 85-102 (2015).
- Foote, A. L., Crystal, J. D. Metacognition in the rat. Current Biology. 17 (6), 551-555 (2007).
- Foote, A. L., Crystal, J. D. "Play it Again": a new method for testing metacognition in animals. Animal Cognition. 15 (2), 187-199 (2012).
- Yuki, S., Okanoya, K. Rats Show Adaptive Choice in a Metacognitive Task With High Uncertainty. Journal of Experimental Psychology-Animal Learning and Cognition. 43 (1), 109-118 (2017).
- Kirk, C. R., McMillan, N., Roberts, W. A. Rats Respond for Information: Metacognition in a Rodent?. Journal of Experimental Psychology-Animal Behavior Processes. 40 (2), 249-259 (2014).
- Templer, V. L., Lee, K. A., Preston, A. J. . Rats know when they remember: transfer of metacognitive responding across odor-based delayed match-to-sample tests. , (2017).
- Keller, A., Vosshall, L. B. Better smelling through genetics: mammalian odor perception. Current Opinion in Neurobiology. 18 (4), 364-369 (2008).
- Barnett, S. A. . The rat: A study in behavior. , (2007).
- Andrews, J. S. Possible confounding influence of strain, age and gender on cognitive performance in rats. Cognitive Brain Research. 3 (3), 251-267 (1996).
- Kumar, G., Talpos, J., Steckler, T. Strain-dependent effects on acquisition and reversal of visual and spatial tasks in a rat touchscreen battery of cognition. Physiology & Behavior. 144 (Supplement C), 26-36 (2015).
- Bruel-Jungerman, E., Laroche, S., Rampon, C. New neurons in the dentate gyrus are involved in the expression of enhanced long-term memory following environmental enrichment. European Journal of Neuroscience. 21 (2), 513-521 (2005).
- Nilsson, M., Perfilieva, E., Johansson, U., Orwar, O., Eriksson, P. S. Enriched environment increases neurogenesis in the adult rat dentate gyrus and improves spatial memory. J. Neurobiol. 39 (4), (1999).
- Van Praag, H., Kempermann, G., Gage, F. H. Neural consequences of environmental enrichment. Nature reviews. Neuroscience. 1 (3), 191 (2000).
