New Variations for Strategy Set-verschuiving in het Rat
Summary
Set-shifting, een vorm van gedrags- flexibiliteit, vereist een attentional verschuiving van de ene stimulus naar de andere dimensie. We verlengden een gevestigde knaagdier set-shifting taak 1 door te eisen dat de aandacht voor verschillende stimuli op basis van context. De taak werd gecombineerd met specifieke letsels aan neuron subtypen ten grondslag liggen aan een succesvolle verandering te identificeren.
Abstract
Behavioral flexibiliteit is essentieel voor overleving in veranderende omgevingen. In grote lijnen gedefinieerd, behavioral flexibiliteit vereist een verschuiving van behavioral strategie op basis van een verandering in het bestuur van de regels. We beschrijven een strategie-shifting taak die een verschuiving van aandacht van de ene stimulus dimensie naar een andere vereist. Het paradigma wordt vaak gebruikt voor het testen van cognitieve flexibiliteit bij primaten. De knaagdier versie is niet zo uitgebreid ontwikkeld. We hebben onlangs uitgebreid een gevestigde ingestelde verschuiving taak in de rat 1 door te eisen dat de aandacht voor verschillende stimuli op basis van context. Alle experimentele voorwaarden die dieren ofwel een linker of rechter hendel kiezen. Aanvankelijk alle dieren moesten kiezen op basis van de locatie van de hefboom. Vervolgens werd een verandering in de regel plaatsvond, die een verschuiving in set van locatiegebaseerde regel regel waarin de juiste hefboom bleek uit een lichte cue vereist. We vergeleken de prestaties op thrêe verschillende versies van de taak, waarin het licht stimulus was of nieuw, voorheen relevant of eerder irrelevant. We vonden dat specifieke neurochemische laesies selectief slechtzienden de mogelijkheid om bepaalde soorten set verschuiving te maken, zoals gemeten door de prestaties van de verschillende versies van de taak.
Introduction
Behavioral flexibiliteit is een belangrijke voorwaarde om te overleven in een veranderende wereld. Een van de gevestigde gedragsparadigma's voor het testen van deze mogelijkheid is set-verschuiving, waarbij een verschuiving van de aandacht van een stimulus naar de andere dimensie nodig voor het veranderen handelingsstrategieën na een verandering in regel. Verschillende hersengebieden zoals de prefrontale cortex en striatum zijn betrokken bij set schakelende 2, 3, 4, 5. Neurale mechanismen hiervoor is onderzocht tussen verschillende soorten, waaronder de mens 5, 6 apen en ratten 1, 7, 8, 9. Echter, de rat versies van-set verschuivende taken zijn niet zo uitgebreid ontwikkeld. De kosteneffectiviteit van ratten, hun juiste maat voor stereotaxische operatie, en de beschikbaarheid van de recent ontwikkelde genetische methoden 10, motiveren verdere ontwikkeling van set verschuivende paradigma's voor gebruik bij ratten.
Een typische set verschuivende paradigma voor ratten vereist een verandering tussen twee gedragsstrategieën: bijvoorbeeld, een reactie strategie en een visuele cue-strategie. Ratten aanvankelijk één van twee beschikbare opties (bijvoorbeeld links of rechts hefbomen per operant automatische versie 1 of links of rechts armen in een T-doolhof versie 7, 8, 9, 11) te selecteren. Na een set shift, ze hebben om over te schakelen naar het gebruik van een visueel-cue strategie, zoals een lamp cue met vermelding van de juiste kant. In deze conventionele set verschuiven taken, is het noodzakelijk om aandacht van de ene stimulus dimensie andere dimensie die voorheen niet relevant was.
NHOUD "> Naast het wijzigen van een afmeting die eerder irrelevant was, is er ook de logische mogelijkheid dat een stimulus voorheen relevant of voordien niet nu nieuwe. werkelijke situaties van aard kan aandacht leiden op een nieuwe, of historisch relevant, maar niet cruciaal cue. Daarom hebben wij deze subtypen van set-shift, in een nieuwe variant van knaagdieren set-shifting op basis van een eerder vastgestelde geautomatiseerde-set verschuiven taak 1.We hebben onlangs aangetoond dat het gebruik van de nieuwe versie van ingestelde verschuiving paradigma een experiment om het effect van neurochemisch specifieke letsels van het striatum 12 bepalen. In onze vorige studie gericht we cholinergische interneuronen vrijgeven van acetylcholine (ACh) van de dorsomediale en ventrale striatum sinds ACh en de subgebieden zijn betrokken bij behavioral flexibiliteit. Alle experimentele omstandigheden eiste dezelfde strategische verschuiving but elke betrokken verschillende soorten aandachtsproblemen shift: een roman, die eerder relevant of eerder irrelevante cue. We beschrijven hier gedetailleerde procedures van de paradigma's, en markeer representatieve resultaten suggereren dat striatum cholinerge systemen een fundamentele rol in set-shifting, die scheidbaar tussen verschillende striatum subregio's, afhankelijk van gedragsproblemen contexten 12 spelen.
Protocol
Representative Results
Discussion
We ontwikkelden nieuwe variaties op de gevestigde-set verschuivende paradigma voor gebruik bij ratten. Het gebruik van deze paradigma's, cholinerge laesies van het striatum bleken set-shifting aantasten, hetgeen duidt op een specifieke rol van striatale cholinerge interneuronen in set-shifting: onderdrukking van een oude regel en faciliteren van onderzoek voor een nieuwe regel. De effecten verschilde dorsomediale en ventrale striatum, overeenkomstig de andere rol van deze structuren bij het leren.
<p class…Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by Human Frontier Science Program and the Sasakawa Scientific Research Grant from the Japan Science Society.
Materials
| Standard Modular Test Chamber | Med Associates | ENV-008 | |
| Low Profile Retractable Response Lever | Med Associates | ENV-112CM | |
| Stimulus Light for Rat | Med Associates | ENV-221M | |
| Switchable Dual Pellet/Dipper Receptacle for Rat | Med Associates | ENV-202RM-S | |
| Head Entry Detector for Rat Receptacles | Med Associates | ENV-254-CB | |
| Modular Pellet Dispenser; 45 mg for Rat | Med Associates | ENV-203M-45 | |
| Sonalert Module for Rat | Med Associates | ENV-223AM | 4.5 kHz available (ENV-223HAM) |
| House Light for Rat Chambers | Med Associates | ENV-215M | |
| SmartCtrl Interface Module, 8 input/16 output | Med Associates | DIG-716B | |
| SmartCtrl Connection Panel, 8 input/16 output | Med Associates | SG-716B | |
| 45 mg Tablet-Fruit Punch | TestDiet | 1811255 | Several flavors available |
References
- Floresco, S. B., Block, A. E., Tse, M. T. L. Inactivation of the medial prefrontal cortex of the rat impairs strategy set-shifting, but not reversal learning, using a novel, automated procedure. Behavioural Brain Research. 190, 85-96 (2008).
- Nicolle, M. M., Baxter, M. G. Glutamate receptor binding in the frontal cortex and dorsal striatum of aged rats with impaired attentional set-shifting. European Journal of Neuroscience. 18, 3335-3342 (2003).
- Ragozzino, M. E., Ragozzino, K. E., Mizumori, S. J. Y., Kesner, R. P. Role of the dorsomedial striatum in behavioral flexibility for response and visual cue discrimination learning. Behavioral Neuroscience. 116, 105-115 (2002).
- Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Dissociation in prefrontal cortex of affective and attentional shifts. Nature. 380, 69-72 (1996).
- Monchi, O., Petrides, M., Petre, V., Worsley, K., Dagher, A. Wisconsin Card Sorting Revisited: Distinct Neural Circuits Participating in Different Stages of the Task Identified by Event-Related Functional Magnetic Resonance Imaging. The Journal of Neuroscience. 21, 7733-7741 (2001).
- Dias, R., Robbins, T. W., Roberts, A. C. Dissociable Forms of Inhibitory Control within Prefrontal Cortex with an Analog of the Wisconsin Card Sort Test: Restriction to Novel Situations and Independence from "On-Line" Processing. The Journal of Neuroscience. 17, 9285-9297 (1997).
- Floresco, S. B., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Magyar, O. Dissociable Roles for the Nucleus Accumbens Core and Shell in Regulating Set Shifting. The Journal of Neuroscience. 26, 2449-2457 (2006).
- Ragozzino, M. E., Detrick, S., Kesner, R. P. Involvement of the Prelimbic-Infralimbic Areas of the Rodent Prefrontal Cortex in Behavioral Flexibility for Place and Response Learning. The Journal of Neuroscience. 19, 4585-4594 (1999).
- Ragozzino, M. E., Jih, J., Tzavos, A. Involvement of the dorsomedial striatum in behavioral flexibility: role of muscarinic cholinergic receptors. Brain Research. 953, 205-214 (2002).
- Witten, I. B., et al. Recombinase-Driver Rat Lines: Tools, Techniques, and Optogenetic Application to Dopamine-Mediated Reinforcement. Neuron. 72, 721-733 (2011).
- Floresco, S. B., Magyar, O., Ghods-Sharifi, S., Vexelman, C., Tse, M. T. L. Multiple Dopamine Receptor Subtypes in the Medial Prefrontal Cortex of the Rat Regulate Set-Shifting. Neuropsychopharmacology. 31, 297-309 (2006).
- Aoki, S., Liu, A. W., Zucca, A., Zucca, S., Wickens, J. R. Role of Striatal Cholinergic Interneurons in Set-Shifting in the Rat. The Journal of Neuroscience. 35, 9424-9431 (2015).
- Dias, R., Aggleton, J. P. Effects of selective excitotoxic prefrontal lesions on acquisition of nonmatching- and matching-to-place in the T-maze in the rat: differential involvement of the prelimbic-infralimbic and anterior cingulate cortices in providing behavioural flexibility. European Journal of Neuroscience. 12, 4457-4466 (2000).
- Hunt, P. R., Aggleton, J. P. Neurotoxic Lesions of the Dorsomedial Thalamus Impair the Acquisition But Not the Performance of Delayed Matching to Place by Rats: a Deficit in Shifting Response Rules. The Journal of Neuroscience. 18, 10045-10052 (1998).
- Jones, B., Mishkin, M. Limbic lesions and the problem of stimulus-Reinforcement associations. Experimental Neurology. 36, 362-377 (1972).
- Chen, K. C., Baxter, M. G., Rodefer, J. S. Central blockade of muscarinic cholinergic receptors disrupts affective and attentional set-shifting. European Journal of Neuroscience. 20, 1081-1088 (2004).
- Bradfield, L. A., Bertran-Gonzalez, J., Chieng, B., Balleine, B. W. The thalamostriatal pathway and cholinergic control of goal-directed action: interlacing new with existing learning in the striatum. Neuron. 79, 153-166 (2013).
- Okada, K., et al. Enhanced flexibility of place discrimination learning by targeting striatal cholinergic interneurons. Nat Commun. 5, (2014).
- Ragozzino, M. E. Acetylcholine actions in the dorsomedial striatum support the flexible shifting of response patterns. Neurobiology of Learning and Memory. 80, 257-267 (2003).
- Ravizza, S. M., Carter, C. S. Shifting set about task switching: Behavioral and neural evidence for distinct forms of cognitive flexibility. Neuropsychologia. 46, 2924-2935 (2008).
- Rushworth, M. F. S., Hadland, K. A., Paus, T., Sipila, P. K. Role of the Human Medial Frontal Cortex in Task Switching: A Combined fMRI and TMS Study. Journal of Neurophysiology. 87, 2577-2592 (2002).
- Bissonette, G. B., Roesch, M. R. Rule encoding in dorsal striatum impacts action selection. European Journal of Neuroscience. 42, 2555-2567 (2015).
