Эта статья знакомит автоматизированный аппарат t-лабиринту, который мы придумали, и протокол, основанный на этот аппарат для анализа на основе задержки принятия решений и решений на основе усилий в свободной движущихся грызунов.
Многие неврологических и психиатрических пациентов свидетельствуют трудности или недостатки в процессе принятия решений. Грызун модели являются полезными для получения более глубокого понимания нейробиологических причины, лежащие в основе принятия решений проблем. Задачи на основе t-лабиринту затрат используется для измерения принятия решений, в котором грызунов выбирать между более высокую награду руку (HRA) и низкое вознаграждение arm (ЛРА). Существует две парадигмы t-лабиринту решений задач, в котором стоимость – время задержки и в физических усилий. Обе парадигмы требуют утомительным и трудоемким управления экспериментальных животных, несколько дверей, Пелле вознаграждение и рычаг выбора записей. В текущей работе мы изобрели аппарат, основанные на традиционных t-лабиринту с полной автоматизации для поставки Пелле, дверь управления и выбора записей. Эта автоматизированная установка может использоваться для оценки как задержки и усилий на основе принятия решений в грызунов. С протоколом, описанные здесь наша лаборатория расследование решений фенотипов несколько генетически измененных мышей. В репрезентативных данных мы показали, что мышей с удаленной медиальной habenular показал отвращения задержки и усилий и склонны выбрать немедленное и легким награду. Этот протокол помогает снизить изменчивость, вызванные экспериментатор интервенции и для повышения эффективности эксперимент. Кроме того, хронические кремния зонд или микроэлектродные записи волоконно оптических изображений и/или манипуляции нейронной активности может легко применяться во время принятия решений задачи с помощью установки описано здесь.
Людей и других животных оценить стоимость (в том числе задержки, усилий и риска), чтобы получить вознаграждение и затем сделать их решение выбрать определенный курс действий. Принятия решений дефициты появляются в многочисленных психоневрологических заболеваний, включая шизофрении (ЖДСР), дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), обсессивно-компульсивное расстройство (ОКР), болезнь Паркинсона (PD) и зависимость от1. Исследования на людей и обезьян показали, что несколько ключевых мозга, которые регионах участвуют в решении сделать2,3,4. Хотя приматы участвовать в более сложные решения задатки, чтобы иметь возможность сделать адаптивные решения, чтобы выжить в среде, где вознаграждение непредвиденные изменения часто сообщалось грызунов. Кроме того механизмы нейронной цепи и молекулярные механизмы лежащие в основе принятия решений можно тщательно расследованы в моделях мыши благодаря наличию chemogenetic инструмент, optogenetic и генетически мышей. Существует несколько задач, используемых для оценки решений поведения грызунов, включая внимания задачу set сдвиг, t-лабиринту задача трудоемкая или на основе задержки, Айова игорных задачи, визуального дискриминации разворота, обучения задачи5, и т.д. T-лабиринту аналогичных затрат выгод протоколы были первоначально разработаны Пьер группы6 и были использованы для изучения воздействия двух видов стоимости решения (задержки и усилий) бесплатно движущихся грызунов7,8, 9,10. Особым преимуществом этой задачи является, что животные не должны быть обучены пресс рычаги или копать в миску. Вместо этого животные делать выбор между высокое вознаграждение высокой стоимости вариант в одной руке (HRA) или низкое вознаграждение низкой стоимости вариант в другой руке (ЛРА). Таким образом эта задача намного проще выполнять.
В основе задержки парадигме Джанкшен дверь вводится после экспериментальных животных входит один из цели оружия, так что животное хранится в цели руку. Если животное выбирает ЛРА, дверь на ЛРА немедленно втягивается и доставляется небольшое количество пищи. Если животное выбирает HRA, дверь на HRA втягивается после необходимых задержки и большое количество гранул пищи доставляется (рис. 1A). В основе усилий парадигме HRA нарушается барьер и животных должны подняться над ним, чтобы получить большое количество гранул (рис. 1B). Вообще говоря на основе задержки парадигма очень полезно для тестирования импульсивность животных моделей и один на основе усилий может помочь выяснить, апатичным животных2,4,11,12, 13. Исследователи Hitherto выполняют этот assay вручную подсчета времени задержки, вставка и снятия двери, маневрирование усилия барьер, подсчитывая количество гранул, размещение окатышей в позицию, размещение и возвращения животных и записи животных выбор для каждого разбирательства. Эти трудовые и временные затраты представляют узкое тяжелой экспериментально для исследователей, сдерживает широкое применение этого поведенческого анализа. В текущей работе мы разработали на основе t-лабиринту установки оценить задержку или усилия на основе принятия решений грызунов, с полной автоматизацией, стандартизации и высокой пропускной способности.
Аппарат
В сотрудничестве с коммерческим производителем (см. Таблицу материалы), мы разработали модифицированных автоматизированной t-лабиринту аппарат, который используется программный инструмент управления (рис. 2). В частности мы ввели «задней двери» и «пути назад» по сравнению с традиционными t-лабиринту (рис. 2), так что животные могут пойти к началу точку себя и начать новое судебное разбирательство. T-лабиринту – матовый серый цвет, и когда состояние эксперимента и программное обеспечение установлены должным образом, могут быть обнаружены как черно-белых мышей. Она состоит из трех оружия: один Пуск руку и две цели оружия, каждый 410 мм в длину с V-образной стены 155 мм в высоту, база 30 мм в ширину и открытым верхом 155 мм в ширину. V-образный коридор может эффективно предотвратить мышей от прыжков. Кроме того коридор V-образный делает его легче применять в vivo записи с кабелями. Поле Начало прилагается в конце начала руку. Поле цель прилагается к концу каждой цели руку. В каждом поле цель доставить определенное количество сладких блюд окатышей установлен автомат с закусками. Пелле потребление определяется инфракрасного датчика и автоматически регистрируется на компьютере. Каждое поле цели подключен к поле Начало прямой коридором. Животных можно автономно вернуться поле Начало через коридор после окончания судебного разбирательства. Есть раздвижные двери 155 мм в высоту на вход и выход полях начала и цели. Кроме того раздвижной дверью расположен на въезде в каждой цели руку, чтобы предотвратить перемещение назад после выбора (рисунок 2A) животных. Все раздвижные двери управляются с помощью компьютера и может быть автоматически открывается и закрывается. Высокая чувствительность 1/2″ заряд спаренных устройств (CCD) монокль камера установлена выше аппарат для отслеживания поведения животных. Фокусное расстояние объектива-2.8-12 мм. Позиция камеры является высотой около 1,9 м. Так как высота лабиринт 0,5 м от пола, расстояние между камерой и лабиринт — около 1,4 м (рис. 2B). Отслеживание данных, полученных из камеры на ПЗС используется для жить управления t-лабиринту, открытие и закрытие конкретные двери, когда животные ввести определенные регионы интереса (ROI). Барьеры, используемые для парадигмы на основе усилий в форме трехмерной прав-angled треугольника (рис. 2 c), которая прекрасно вписывается в V-образной стены и около 155 мм в высоту. Животные должны масштабировать вертикальной стороне, но способны спуск 45° наклона. Аппарат светится в 100 lux в ходе эксперимента. Сахарные гранулы, используемые в эксперименте (см. Таблицу материалы), и силикагель (см. Таблицу материалы) используется для поддержания гранулы сухого.
Принятия решений является познавательный процесс хорошо сохранились в ходе эволюции15. Люди и животные могут оценить стоимость конкурирующих вариантов действий относительно потенциального вознаграждения и затем сделать свой выбор. Пациенты, страдающие от ряда неврологических заболеваний и психических расстройств демонстрируют дефицит различных форм принятия решений16. Поэтому важно исследовать нейробиологических и патофизиологические механизмы, лежащие в основе процесса принятия решений. В последние несколько лет задержки и усилия-на основе которые решений привлекает все больше и больше исследований интерес. Кроме того грызунов, особенно крысы широко использовались для изучения этих двух форм принятия решений17.
Многие исследования привели к интересных открытий с помощью поведенческих задачи с участием t-лабиринту аппарат с HRA и ЛРА2,6,,78,9,10, 18 , 19 , 20 , 21 , 22. в задаче, HRA связывает большие награды с нагрузок задержки или возможное время. На ЛРА животные могут приобрести небольшое вознаграждение сразу без каких-либо время задержки и физических усилий. Традиционный подход опирается на ручное вмешательство человека экспериментатора. В каждом испытании экспериментатор должен рассчитывать окатышей и помещать их в лотки Продовольственная HRA и ЛРА, место цели двери на HRA и ЛРА и затем поместите животное в конце начала руку. Когда животное входит либо оружия, перекрестка дверь необходимо ограничить животного к цели руку. В зависимости от протокола экспериментатор должен рассчитывать время и открыть дверь после задать задержку. После того, как животное входит в область цели и получает pellet(s), экспериментатор должен вернуть его в клетку и записывать животного руку выбор и поведение. Затем экспериментатор должен подготовить t-лабиринту двери и гранулы для следующего судебного разбирательства. Весь обучение и тестирование процессы потребляют чрезвычайно времени и труда. Кроме того еще одной проблемой является отсутствие стандартизации в различных лабораториях.
В этой статье мы представили протокол на основе модифицированных автоматизированных t-лабиринту аппарата с системой видео слежения (рис. 7) для решения проблемы традиционных протоколов. Путем введения «задней двери» и «обратно коридор» для традиционной t-лабиринту, мы получили лабиринт с фигурой «пополам isoceles треугольник». Преимущества этой установки являются (1) полная автоматизация поведенческие обучение и тестирование. Это устраняет влияние экспериментатора субъективности и минимизирует время человека и трудовых обязательств. У нас есть четыре установки в лаборатории, так что четыре мыши могут быть обучены или протестированы одновременно на одном экспериментатор, который невозможно осуществить с помощью традиционных протоколов. (2) существует гибкость программного обеспечения, как программное обеспечение управления позволяет экспериментаторов свободно настроить несколько параметров, включая Пелле номер, время задержки, открытия двери и закрытия, пробная чисел, продолжительность и режим трассировки. Таким образом эта система может удовлетворить различные виды экспериментальной потребностей. (3) есть широкая совместимость, как все раздвижные двери на t-лабиринту предназначены для храниться под основание лабиринт, когда они открыты. Таким образом установка легко интегрируются с различных физиологических систем, включая optogenetic/оптический манипуляции, в vivo электрофизиологии запись и микродиализом. Кроме того для исключения возможности мышей выбрал HRA из-за позиции предпочтение, мы рекомендуем применение управления тест для задержки – и усилия – на основе анализа. По выравниванию издержек на руках две цели, животные имеют возможность испытать оба вознаграждение результатов на той же стоимости. Выбор может быть сделан лишь на основе вознаграждения дифференциальный, тем самым устраняя необходимость учета затрат и выгод до принятия решения. Это также проверяет, является ли любое изменение в выборе животных в результате неспособности масштабировать стоимость или вознаграждение, или дефицит памяти, а не изменения в способ, в котором они оценили их решения.
В нашей лаборатории мы проанализировали около 10 штаммов мышей с этой установки. Одним из примеров было показано в репрезентативных данных, mHb:DTA мышей продемонстрировала надежную фенотип в задержки и усилия-на основе принятия решений. То есть значение награду сильно со скидкой времени и усилий в mHb:DTA мышей. Результат показали важную роль mHb импульсивность управления. Кроме того мы применили кремния зонд записей на свободного перемещения мыши во время процесса принятия решений (неопубликованные данные). Все эксперименты критерии проверки предусмотрена возможность автоматической установки. Таким образом стандартизированный протокол для t-лабиринту на основе принятия решений с автоматизированный аппарат подходит для обнаружения генетические эффекты, фармакологические эффекты и эффекты нейронные цепи на задержки и усилия дисконтирование грызунов. В целом установка имеет много преимуществ в качестве идеальной системой для задержки и усилий на основе принятия анализов.
The authors have nothing to disclose.
Мы хотели бы поблагодарить д-р Мэтью F S Rushworth (Департамент экспериментальной психологии, Оксфордский университет) и д-р Сакагами Masamichi (мозг наука научно-исследовательский центр, Университет Тамагава) за их ценные советы о начале проекта и на деталях протоколов. Мы благодарим д-р Лили Юй за критические замечания и редактирования рукопись. Этот проект был поддержан RIKEN стимул исследовательского проекта (100226201701100443) Q.Z, мозг научного проекта, центр Роман науки инициатив, национальные институты естественных наук (BS291003) Q.Z, (RIKEN старения проекта 10026-201701100263-340120) Q.Z и JSP-страницы Kakenhi субсидий для молодых ученых (B) (17841749) Q.Z.
Авторы взносов: Q.Z задуман и инициировал проект, Q.Z, Ю.К и H.G выполненных экспериментов и анализа данных, H.G координировал работу между лаборатории и о ‘ Хара & Co., Ltd., писал Q.Z и Ю.К рукопись, С.И. надзор проекта.
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 |