The Dig Taak: een eenvoudige Scent Discriminatie onthult Tekorten Na Frontale Brain Damage
Summary
In dit protocol wordt een nieuwe toepassing van geur discriminatie beschreven. De Dig taak is een redelijk goedkoop taak die kan worden gebruikt om frontaal gemedieerde cognitie beoordelen na hersenbeschadiging.
Abstract
Cognitieve stoornissen is de meest voorkomende oorzaak van invaliditeit bij de mens na hersenbeschadiging, maar de gedrags-taken gebruikt om cognitie te beoordelen in knaagdier modellen van hersenletsel ontbreekt. Lenen bij de operante literatuur ons laboratorium gebruik gemaakt van een elementaire geur discriminatie paradigma 1 tot 4 om tekorten in frontaal gewond ratten te beoordelen. Eerder hebben we kort beschreven de Dig taak en toonde aan dat ratten met frontale hersenbeschadiging ernstige tekorten in meerdere tests als taak 5 tonen. Hier wordt een meer gedetailleerd protocol voor deze taak. Ratten in een kamer geplaatst en men onderscheid tussen twee scented zand, waarvan een bekrachtiger bevat. Het proces eindigt na de rat ofwel juist discrimineert (gedefinieerd als het graven in de juiste geurende zand), verkeerd discrimineert, of 30 sec verstreken. Ratten die correct onderscheid kunnen herstellen en consumeren de bekrachtiger. Ratten die discriminate verkeerd worden onmiddellijk verwijderd uit de kamer. Dit kan worden voortgezet door een verscheidenheid van omkeringen en nieuwe geuren. De primaire analyse is de nauwkeurigheid voor elke geur pairing (cumulatieve percentage correct voor elke geur). De algemene bevindingen van de Dig taak suggereren dat het gaat om een eenvoudige experimentele voorbereiding die tekorten bij ratten met een bilaterale frontale corticale schade kan beoordelen in vergelijking met ratten met een unilaterale pariëtale schade. The Dig taak kan ook gemakkelijk worden opgenomen in een bestaande cognitieve testbatterij. Het gebruik van meer taken zoals deze kan leiden tot meer accuraat frontale functie volgende schade, hetgeen kan leiden tot therapeutische opties voor behandeling. Alle gebruik van dieren werd uitgevoerd in overeenstemming met protocollen goedgekeurd door de Institutional Animal Care en gebruik Comite.
Introduction
Hersenbeschadiging als gevolg van traumatisch hersenletsel (TBI) en beroerte is een van de belangrijkste oorzaken van overlijden en invaliditeit in de Verenigde Staten. Samen vormen deze aandoeningen resulteren in een totaal van bijna 2,5 miljoen incidenten, met bijna 500.000 wat de dood of aantasting 6-7. Ondanks deze zware tol op de samenleving, hebben zeer weinig behandelingen zijn ontwikkeld om ofwel TBI of een beroerte te behandelen. Tot op zekere hoogte, kan het gebrek aan beschikbare behandeling opties worden toegeschreven aan onvoldoende gedragsmatige beoordeling van nieuwe geneesmiddelen en therapieën 8. In het bijzonder is er een gebrek aan taken nauwkeurig en gevoelig de effecten van behandelingen evalueren de verschillende cognitieve tekorten na hersenletsel in de preklinische literatuur. Momenteel is de meerderheid van de cognitieve evaluaties die worden uitgevoerd evalueren ruimtelijk geheugen met behulp van een doolhof taak, zoals de Morris water maze 9. Er zijn meerdere redenen voor dit gebrek aan testen inclusief de tijd die nodig isvolledig te karakteriseren en te evalueren cognitieve tekorten, de grote afhankelijkheid op dure apparatuur en expertise om operante taken te gebruiken, en de snelheid waarmee deze evaluaties kunnen worden uitgevoerd. Daartoe hebben we een aangepaste basis geur discriminatie taak, de Dig taak, tot cognitie volgende hersenletsel te beoordelen. The Dig taak is ontworpen om een goedkope, snelle en effectieve tool voor het evalueren van cognitieve dysfunctie volgende hersenletsel bij een TBI of een beroerte zijn.
The Dig taak is gebaseerd op de fundamentele operante principes van leren en besluitvorming. Omdat het slechts twee keuzebepaling paradigma deze taak is een van de eenvoudigste discriminatie die gemaakt kunnen worden. In het protocol onder de informatie voor het instellen van de taak en de training methodologie worden beschreven. We hebben gevonden dat deze taak is het sterkst wanneer de beoordeling frontaal gemedieerde cognitieve gebreken dan met eenzijdige pariëtale tekorten, maar het is nog niet getest onder een model vanhippocampale schade 5. Idealiter zou deze taak geschikt zijn voor het evalueren van de effectiviteit van een behandeling of therapie op het herstel van de frontale tekorten na een letsel. Het is echter mogelijk dat met wijzigingen deze taak ook kan worden gebruikt om meer complexe besluitvorming gedrag zoals impulsiviteit en gegeneraliseerde matching verkennen.
Protocol
Representative Results
Discussion
In deze video, hebben we laten zien hoe de Dig taak kan worden uitgevoerd met behulp van relatief goedkope materialen en, met enige ervaring, kan het testen vrij snel worden uitgevoerd (~ 10 min / dier). Dit maakt de taak gemakkelijk worden opgenomen in bestaande testbatterijen voor TBI, beroerte en andere hersenletsel. The Dig taak is ook robuust in dat het kan beoordelen verschillende aspecten van cognitie, met inbegrip van evaluaties van eerdere leren, omkeringen, en nieuwe overnames (bijvoorbeeld set shifting). Met name heeft de Dig taak is effectief gebleken bij de beoordeling frontale functie na hersenbeschadiging. Bovendien is een dergelijke dig paradigma gebruikt om waardeoverdracht bij ratten na hippocampale schade 4, en dus gemakkelijk kunnen worden onderzocht na TBI.
De belangrijkste voordelen van taken zoals deze zijn de mogelijkheid om andere vormen van cognitie beoordelen dan wat doorgaans getest meeste hersenletsel studies. Bestaat er momenteel een gebrek aan eenvoudig, snel verworven taken voor de beoordeling van frontaal-gemedieerde cognitie na hersenbeschadiging. In het gebied van experimentele TBI, is er een sterke afhankelijkheid doolhoven als enige beoordeling van cognitie 9. Discriminatie en keuzegedrag zijn belangrijke aspecten van frontaal-gemedieerde cognitie die moeten worden geëvalueerd volgende hersenbeschadiging. Deze zijn bestudeerd onder verschillende paradigma (vertraagd matching-to-sample, differentiële versterking van lage reageert inspanning gebaseerde besluitvorming, enz.) in het gebied van de experimentele analyse van gedrag, maar ontbreken in studies van hersenletsel 14-16. De ontwikkeling van nieuwe therapeutica voor de behandeling van schade aan de hersenen vereist validatie over meerdere modaliteiten van sensorische, motorische en cognitieve functies. Taken zoals dit zou kunnen worden van vitaal belang om volledig beoordelen van cognitieve functies onder therapeutische behandeling.
Terwijl de Dig taak representeert een stap in de goede richting te beoordelen hersenfunctie na verwonding er nog beperkingen aan. Het is de bedoeling om eenvoudig te bouwen, te beheren en te analyseren, maar dit betekent dat er hogere grenzen aan wat het kan meten. Momenteel zijn er twee keuzes zijn alles wat kan worden beoordeeld in het kader van de gegeven paradigma. Bovendien, de Dig taak niet gevoelig genoeg om andere aspecten van frontale disfunctie, zoals impulsiviteit, die kunnen interfereren met de besluitvorming van een dier kunnen verwerken.
Terwijl de Dig taak is aangetoond dat succesvol voor ons bij de evaluatie van schade aan de hersenen bij jonge dieren, zijn er nog een aantal dingen die kunnen worden gedaan met de taak om verder te verfijnen en te verbeteren. Deze omvatten het beoordelen van bijzondere populaties (leeftijd, geslacht, stam), te vergelijken rechtstreeks aan de operante paradigma dat is een bewerking van, het uitvoeren van een directe vergelijking van deze taak met andere taken die frontale disfunctie te evalueren na letsel, en het verkennen van additionale manieren te analyseren en te vergelijken met de gegevens die zijn gegenereerd uit de taak. Deze taak is bedoeld om een deel van de problemen in ons vakgebied aan te pakken door het testen van frontale functie op verschillende manieren na hersenbeschadiging. Toch kan een taak niet meten alle cognitieve processen die worden beïnvloed door een hersenletsel. Zo pleiten wij ervoor dat mensen blijven ontwikkelen en verbeteren op taken zoals die beschreven in dit protocol om meer volledig functionele bijzondere waardeverminderingen te evalueren na hersenletsel. Daarbij kunnen we de effectiviteit van geneesmiddelen en ontwikkeling van behandelingen voor hersenletsel verhogen beoordelen meerdere maatregelen.
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De financiering van dit project werd verzorgd door ARRA middelen uit NINDS subsidie NS045647.
Materials
| Material Name | Company | Catalogue Number | Comments |
| EQUIPMENT | |||
| Operant Chamber | Med Associates | ENV-008CT | Amount: 1 Standard operant chamber, no external devices. |
| Plexiglas | Local Hardware Store | N/A | Amount: 1 sheet Cut into proper size to fit into chamber. |
| PVC Pipe End Caps | Local Hardware Store | N/A | Amount: 2 / scent cup setup. |
| REAGENTS | |||
| Sand | Local Hardware Store | ||
| Various Spices | Local Grocery Store | ||
| Reinforcer | Local Grocery Store | ||
*Equipment is listed for construction per chamber. |
Riferimenti
- Birrell, J. M., Brown, V. J. Medial frontal cortex mediates perceptual attentional set shifting in the rat. J. Neurosci. 20, 4320-4324 (2000).
- Bunsey, M., Eichenbaum, H. Conservation of hippocampal memory function in rats and humans. Nature. 379, 255-257 (1996).
- Eichenbaum, H., Fagan, A., Cohen, N. J. Normal olfactory discrimination learning set and facilitation of reversal learning after medial-temporal damage in rats: Implications for an account of preserved learning abilities in amnesia. J. Neurosci. 6, 1876-1884 (1986).
- Kaiser, D. H., Means, L. Value transfer across odor stimuli using probability of reinforcement in the rat. Behav. Processes. 73, 164-169 (2006).
- Martens, K. M., Vonder Haar, C., Hutsell, B. A., Hoane, M. R. Additional options for behavioral testing in rodent models of traumatic brain injury: A simple discrimination task used as a novel method of testing decision-making behavior. J. Neurotrauma. , (2012).
- Writing Group Members. Executive summary: Heart disease and stroke statistics – 2012 update. Circulation. 125, 188-197 (2012).
- Narayan, R. K., et al. Clinical trials in head injury. J. Neurotrauma. 19, 503-557 (2002).
- Fujimoto, S. T., Longhi, L., Saatman, K. E., McIntosh, T. K. Motor and cognitive function evaluation following experimental traumatic brain injury. Neurosci. Biobehav. Rev. 28, 365-378 (2004).
- Mitchell, D. Experiments on neophobia in wild and laboratory rats: A reevaluation. J. Comp. Physiol. Psychol. 90, 190-197 (1976).
- Baum, W. M. On two types of deviation from the matching law: Bias and undermatching. J. Exp. Anal. Behav. 22, 231-242 (1974).
- Swets, J. A., Dawes, R. M., Monahan, J. Psychological science can improve diagnostic decisions. Psychological Science in the Public Interest. 1, 1-26 (2000).
- Stuss, D. T., Murphy, K. J., Binns, M. A., Alexander, M. P. Staying on the job: The frontal lobes control individual performance variability. Brain. 126, 2363-2380 (2003).
- Burkett, E. E., Bunnell, B. N. Septal lesions and the retention of DRL performance in the rat. J. Comp. Physiol. Psychol. 62, 468-471 (1966).
- Porter, M. C., Burk, J. A., Mair, R. G. A comparison of the effects of hippocampal or prefrontal cortical lesions on three versions of delayed non-matching-to-sample based on positional or spatial cues. Behav. Brain Res. 109, 69-81 (2000).
- Walton, M. E., Bannerman, D. M., Alterescu, K., Rushworth, M. F. S. Functional specialization within medial frontal cortex of the anterior cingulate for evaluating effort-related decisions. J. Neurosci. 23, 6475-6479 (2003).
