Dit protocol wordt een methode voor het onderzoeken van de mogelijkheid van metageheugen of geheugen bewustzijn, bij knaagdieren beschreven. Het vertraagd-matching-naar-sample geur gebaseerde paradigma is een roman, ecologisch relevante gedrags test nuttig voor het bepalen van de mate waarop knaagdieren adaptief gebaseerd op cognitief toezicht op de sterkte van hun geheugen kunnen reageren.
Metageheugen omvat het cognitieve vermogen te beoordelen van de kracht van iemands herinneringen. Om te onderzoeken of metageheugen in niet-menselijke dieren, talrijke gedrags taken zijn gemaakt, waarvan vele een optie om te weigeren geheugentests gebruiken. Om te beoordelen metageheugen bij ratten, we dit paradigma van de optie daling-test gebruikt door vorige visuele vertraagd-wedstrijd-naar-sample tests (DMTS)1,2 ontwikkeld voor primate soorten naar een geur gebaseerde test geschikt voor knaagdieren aan te passen. Ratten krijgen eerst een monster te onthouden door graven in een kopje geurende zand. Na een onderbreking van wordt de rat gepresenteerd met vier duidelijk geurende cups, waarvan er één de identieke geur ervaren tijdens het monster bevat; Als deze overeenkomende beker is geselecteerd, dan is de rat verkrijgt een voorkeur, grotere beloning. Selectie van een van de andere drie niet-overeenkomende zand gevulde geurende cups resulteert in geen beloning. Retentie intervallen worden individueel getitreerd zodanig dat onderwerpen tussen 40 uitvoeren en 70% corrigeren, zorgen daarom voor ratten soms herinneren en soms vergeten het monster. Hier, is de operationele definitie van metageheugen het vermogen om te onderscheiden tussen de aanwezigheid en de afwezigheid van geheugen door gedrags reageert. Voor dit doel, twee-derde van proeven, wordt een optie van het afwijzen gepresenteerd naast de vier keuze cups (keuze proeven). Als de daling-toets optie-een ongeparfumeerde gekleurde zand cup, is geselecteerd, het onderwerp een kleinere mijn voorkeur minder beloning ontvangt en vermijdt de geheugentest. Op het resterende derde deel van de proeven, de daling-test-optie is niet beschikbaar (gedwongen proeven), veroorzaakt door onderwerpen te raden de juiste cup wanneer het monster wordt vergeten. Op keuze tests, moeten onderwerpen die weet wanneer ze herinneren selecteren de optie van het afwijzen als geheugen zwak dan doe de test en kies onjuist is. Daarom aanzienlijk is hogere prestaties op gekozen tests in vergelijking tot gedwongen geheugentests kenmerkend voor het adaptieve gebruik van de daling-test reactie en metacognitieve reageert.
Metageheugen is de mogelijkheid om de kracht van iemands herinneringen2,3,4te beoordelen. Terwijl mensen hebben consequent deze cognitieve capaciteit aangetoond, is er discussie over het bestaan van metageheugen in niet-menselijke dieren bijvoorbeeld5,6. Een gemeenschappelijke methode voor het testen op de mogelijkheid van metageheugen is om niet-menselijke dieren met een daling-toets optie, die, als geselecteerd van resultaten in de beloning van een gegarandeerde, maar kleiner dan de beloning voor een juiste reactie op de proef. Als onderwerpen hun geheugen staat controleren kunnen, dan ze proeven weigeren moeten wanneer hun herinneringen zwak zijn (voor beoordelingen Zie:7,8,9,10).
In de afgelopen decennia, zijn procedures ontwikkeld voor menselijke en niet-menselijke primaten11 en duiven12 aangepast op verschillende manieren verder testen op de aanwezigheid van metageheugen in apen,1,2,13 . Misschien was de meest baanbrekende studie van metageheugen bij apen Hampton’s1 vertraagd wedstrijd-naar-sample test (DMTS). Na een opleiding in de MTS-taak, waren vertragingen tussen het monster en test zodat de moeilijkheidsgraad tussenliggende was zo groot dat apen had een kans om te herinneren en vergeten het monster getitreerd. Na de pauze werden de apen gepresenteerd met de optie voor het afnemen van de test. Resultaten toonden aan dat onderwerpen aanzienlijk meer nauwkeurig op proeven waarin ze kozen op zich te nemen de test dan gedwongen proeven, uitgevoerd suggereert dat apen gecontroleerd hun geheugen kracht van de steekproef1.
De meeste metageheugen paradigma’s getest tot nu toe hebben gebruikt visuele of auditieve stimuli, dat is niet verwonderlijk gezien het feit dat de meeste grote schaal getest soorten zijn sterk visueel niet-menselijke primaten bv11,14. De sensorische modaliteit gebruikt geweest van de eerder beperkte onderzoek dat op metacognition in ratten aanwezig, ook visuele of auditieve15,16,17,18. Gezien de recente robuust bewijs voor metacognitieve reageert een geur gebaseerde taak toen gebruikte19, is het mogelijk dat de vorige onduidelijke resultaten in ratten zou zijn geweest als gevolg van het gebrek aan gestandaardiseerde paradigma’s gebruikt. We ontwierpen een paradigma19 die gekapitaliseerd op rat’s primaire verstand, reukzin, door aanpassing van het DMTS paradigma vergelijkbaar met degene die worden gebruikt bij apen hierboven1beschreven. De hier beschreven betekent dat graven in zand gevulde cups te verkrijgen van een beloning van voedsel, te profiteren van knaagdier van natuurlijke graven gedrag.
Metageheugen kan worden beoordeeld in ratten met behulp van de geur gebaseerde DMTS taak hier gepresenteerd. Ten eerste is een hiërarchie van voedsel beloningen gevestigd zodat onderwerpen een duidelijke voorkeur voor een meer gewaardeerd beloning tonen. Ratten zijn vervolgens opgeleid om te graven in een kopje geurende zand te verkrijgen van een beloning. Na de presentatie van een geurende monster kop, moeten een van vier duidelijk geurende cups onderwerpen kiezen. Een beloning is begraven op de bodem van de beker met de dezelfde geur als het monster. Nadat ratten bedreven op de basistests MTS zijn, worden retentie intervallen (RIs) getitreerd voor elke rat zodat prestaties tussen een 40% en 70% slagingspercentage valt. Op 2/3 van de proeven, ratten de keuze om te weigeren de geheugentest voor een minder gewenste beloning krijgt. Ratten metacognitieve vermogen wordt beoordeeld door het vergelijken van prestaties op proeven waarin de optie daling-test (keuze proeven) te proeven waarin ratten worden gedwongen om de test (gedwongen proeven) wordt ingediend.
Terwijl slechts Long-Evans ratten werden getest in dit paradigma, kan de taak worden gebruikt voor het testen van andere stammen van laboratorium ratten en muizen metageheugen in knaagdiersoort verder te bestuderen. Het zal ook gunstig zijn voor het testen van leeftijd knaagdieren of transgenic muizen met de ziekte van Alzheimer pathologieën om beter te begrijpen hoe Geheugenstoornissen metacognitieve processen beïnvloeden.
Hier is een nieuwe methode voor de beoordeling van metacognitieve reageert bij ratten met behulp van een DMTS geur gebaseerde taak. Als gevolg van de reukzin als knaagdieren primaire zin is het gebruik van geur beter dan visuele aanwijzingen bij ratten en muizen 20,21. Het gebruik van graven in het zand is een natuurlijke foerageren gedrag van ratten, waardoor de taak ecologisch-relevant zijn voor andere knaagdiersoort.
Een cruciale stap in het protocol is ervoor te zorgen dat er een hiërarchie van voedsel beloningen, een daarvan duidelijk de voorkeur boven de andere is. Tijdens de vroege fasen van de studie moesten ratten kiezen tussen de vermoedelijke als voorkeur beloning, een stuk van gezoete granen, en kleine standaard voedsel pellet. Voorkeur testen leverde echter willekeurige keuze gedrag, waardoor het gebruik van de hoeveelheid als de bron van variatie van de beloning. Ratten hebt gekozen tussen een hele stuk van granen en een ¼ stuk van granen, en betrouwbaar favoriet de grotere hoeveelheid. Zonder een voorkeur, of voedselkwaliteit of kwantiteit, is er geen prikkel om de test over dalende, dus deze stap cruciaal is.
Een ander belangrijk aspect van het protocol is de oprichting van juiste RIs en ITIs zodat MTS nauwkeurigheid binnen het bereik van 40 tot 70% correct blijft. Als vertragingen te kort zijn en interferentie minimal-als gevolg van lange ITIs is, ervaren ratten nooit “vergeten” het monster. Omgekeerd, als RIs te lang zijn en de ITIs te kort zijn, de test wordt te moeilijk en ratten nooit onthouden het monster. Dergelijke reacties kunnen worden opgespoord, niet alleen door de nauwkeurigheid op gedwongen proeven maar door daling tarieven die te hoog of te laag. Onderwerpen moeten dalen ongeveer 10-50% van keuze proeven: als een onderwerp elke proef of nooit dalingen weigert, gegevens kunnen niet worden geïnterpreteerd als positief of negatief voor de aanwezigheid van metageheugen en de relatieve waarde van de daling-test reactie moet opnieuw worden beoordeeld . Gedurende het gehele experiment, is de gemiddelde prestaties op gedwongen proeven consequent berekend aan het einde van twee dagen van het testen. Als ratten vooruitgang door middel van meer proeven van DMTS, hun prestaties kan verbeteren, die een titratie terugkeer vertraging zou leiden (Zie figuur 1B) zodanig dat vertragingen op de juiste wijze kunnen worden verhoogd zodat nauwkeurigheid onder 70% blijft corrigeren. Geheugen voor het monster is consequent boven 70% Overweeg het ITI te minderen. Geheugen voor het monster is consequent minder dan 40% Overweeg het ITI te verhogen en/of verhoging van de grootte van de steekproef geur van vier naar 10-20 geuren te verlagen van geheugen inmenging.
Afhankelijk van de stam van ratten gebruikt, huisvesting milieu, en licht-donker cyclus dieren zijn gehuisvest in, geheugen mogelijk zwakkere of sterker. In vergelijking met andere laboratorium rat stammen, zoals Wistar of Sprague Dawleys, staan lange Evans bekend om het verwerven van cognitieve taken met relatief minder proeven22,23. Het kan daarom nemen meer stadia van gewenning, en meer opleiding voor andere knaagdieren om te leren van de taak. Ratten in de huidige studie werden gehuisvest in hoogverrijkt omgevingen met toegang uit te oefenen zodat het mogelijk is dat hun herinneringen waren relatief sterke24,25,26. Ratten gebruikt hier gehuisvest waren ook op een omgekeerde licht-donker cyclus die cognitieve prestaties verhogen kan aangezien zij werden getest tijdens hun donker cyclus.
Adaptieve gebruik van de daling-test reactie, aangegeven door de aanzienlijk hogere prestaties op keuze in vergelijking tot gedwongen proeven suggereert metacognitieve reageert. Echter zou kunnen metacognitieve reageren voortvloeien uit de afhankelijkheid van de signalen van het interne geheugen of externe signalen8. Om te bepalen als in feite adaptieve gebruik van de daling-test reactie het resultaat van interne geheugen signalen is, moeten onderzoekers streven naar het elimineren van zoals vele externe cues mogelijk8,14. Externe signalen worden beschouwd als een openbaar test-specifieke prikkels of signalen die onderwerpen kunnen gebruiken om te leiden van de daling-test gebruik8. Potentiële externe signalen in deze taak opnemen relatieve salience van individuele geuren, monster duur, respons latency en duur van RIs. Generalisatie proeven als beschreven hier, en meer in detail de resultaten papier19 zijn nuttig in uitgesloten gedrags reageert op basis van externe signalen zoals milieu cue verenigingen als gevolg van cue inconsistentie in taakparameters via experimenten.
In dit paradigma, de rat is vereist om de beslissing te nemen of te weigeren de test voordat de geheugentest wordt aangeboden (zie 8.2), grotendeels het elimineren van het potentieel voor reactie concurrentie om gebruik van de daling-test reactie te bepalen. Reactie concurrentie is de neiging om de test op basis van het gezicht of de geur van de juiste test optie wanneer de metacognitieve keuze wordt gelijktijdig met het primaire geheugen test8gepresenteerd. Ratten te kiezen te nemen of te weigeren de test vóór het ontmoeten van de geheugentest die verkleint zelf aanzienlijk de kans op die reactie competitie besturingselementen van de daling-test reactie gebruiken. Echter, een verbetering van dit ontwerp zou zijn om ratten te nemen of te weigeren de test door het maken van een bepaalde reactie in een kamer apart uit het geheugen testen zelf kiezen. Dit zou verder vergroten van de toekomstige aard van dit paradigma, die in de meer succesvolle afschaffing van externe signalen8,19 voorzien kan. Een aanvullende verbetering voor toekomstige studies is om, indien mogelijk, registreren latentie van de reactie op het punt wanneer de rat voert de testen kamer aan de tijd die nodig is voor het onderwerp linksaf of rechtsaf (weigeren of doe de test, respectievelijk). Hierdoor zouden de onderzoekers om te bepalen als respons latency diende als een externe cue onderwerpen geleerd te associëren met bepaalde reacties overwerk (Zie8). Het zou ook verhelderend om te registreren als en wanneer onderwerpen hun reactie wijzigen (zie 8.2; bijvoorbeeld reis van de MTS keuze kant van de kamer naar het testgebied daling of vice versa). Zoals besproken in het papier van de resultaten, waargenomen we dit probleem slechts eenmaal, die wordt toegevoegd aan de conclusie dat ratten die een beslissing te nemen of de test af te wijzen zodra zij betrad de testen kamer en voordat ze het geheugen ondervonden zelf, die zij deden testen door systematisch bemonstering elke keuze geur.
Omdat ratten getest in dit paradigma metacognitieve overgedragen kon reageren over meerdere generalisatie proeven, werd geconcludeerd dat ratten konden metageheugen – zij controleren hun herinneringen voor de monster-19. Het is belangrijk voor andere onderzoeksgroepen dit paradigma of soortgelijke aanpassingen van het testen als ondersteunend bewijs van verschillende laboratoria nodig is voordat kan worden geconcludeerd met zekerheid dat ratten staat metacognitieve reageren en die zijn gedrag wordt bepaald door een interne in plaats van externe cue. Testen op de aanwezigheid van dit belangrijke mnemonic vermogen, die met de leeftijd breekt, kan nuttig zijn bij translationeel benaderingen aan het bestuderen van geheugen dysfunctie, zoals met transgene muizen en modellen de ziekte van Alzheimer. Het zou vooral vruchtbaar voor onderzoekers om dit gedrags paradigma in combinatie met hersenletsels, tijdelijke hersenen inactivatie van of activeringen (b.v. optogenetics, chemogenetics), en met de opnames van het elektrofysiologische, in dienst als deze onderzoeken kunnen verhelderen de neurale mechanismen die ten grondslag liggen aan metacognitieve processen.
The authors have nothing to disclose.
Wij danken Rebecca Burwell voor het gebruik van haar laboratorium tijdens video-opname en Robert Vera voor hulp bij een vorige versie van dit manuscript.
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 |