I detta protokoll är en ny tillämpning av doft diskriminering beskrivs. Den Dig uppgift är en ganska billig uppgift som kan användas för att bedöma frontalt-medierad kognition efter hjärnskada.
Kognitiv nedsättning är den vanligaste orsaken till funktionshinder hos människa efter hjärnskador, men de beteendemässiga uppgifter som används för att bedöma kognition i gnagarmodeller av hjärnskada saknas. Upplåning från operant litteraturen vårt laboratorium använde en grundläggande paradigm doft diskriminering 1-4 för att bedöma brister i frontalt-skadade råttor. Tidigare har vi kortfattat beskrivit Dig uppgiften och visade att råttor med frontal hjärnskada visar allvarliga brister i flera tester inom uppdraget 5. Här presenterar vi en mer detaljerad protokoll för denna uppgift. Råttor placeras i en kammare och tillåts att diskriminera mellan två doftande sand, av vilka den ena innehåller en förstärkare. Rättegången avslutas efter råttan antingen rätt diskriminerar (definierad som gräva i rätt doftande sanden), felaktigt diskriminerar eller 30 sek förflutit. Råttor som korrekt diskriminerande får återhämta sig och konsumera förstärkare. Råttor som discriminate felaktigt omedelbart avlägsnas från kammaren. Detta kan fortsätta genom olika bakslag och dofter nya. Den primära analysen är noggrannheten för varje doft parning (kumulativ andel korrekt för varje doft). De allmänna resultaten från Dig uppgiften tyder på att det är en enkel experimentell beredning som kan bedöma brister i råttor med bilateral främre kortikal skada jämfört med råttor med unilateral parietala skador. Det Dig Uppgiften kan också lätt integreras i en befintlig kognitivt test batteri. Användningen av fler arbetsuppgifter som denna kan leda till noggrannare testning av frontal funktion efter skada, vilket kan leda till terapeutiska alternativ för behandling. Alla djur används har utförts i enlighet med protokoll som godkänts av Institutional Animal Care och användning kommittén.
Hjärnskador till följd av traumatisk hjärnskada (TBI) och stroke är en av de främsta orsakerna till död och handikapp i USA. Tillsammans dessa sjukdomar resulterar i en totalt nästan 2,5 miljoner incidenter, med nästan 500.000 leder till dödsfall eller försämrad 6-7. Trots detta tung belastning på samhället, har mycket få behandlingar har utvecklats för att behandla antingen TBI eller stroke. Till viss del kan bristen på tillgängliga behandlingsalternativ tillskrivas otillräckliga beteendemässiga bedömningar av nya läkemedel och terapier 8. Framför allt finns det en brist på uppgifter till noggrant och lyhört utvärdera effekterna av behandlingarna på de olika kognitiva brister efter hjärnskada i den prekliniska litteraturen. För närvarande de flesta kognitiva bedömningar som utförs utvärdera rumsliga minne med en labyrint uppgift som Morris water maze 9. Det finns flera skäl till denna avsaknad av testning innefattande den tid det tar attfullt karakterisera och utvärdera kognitiva brister, det starka beroendet på dyr utrustning och expertis för att utnyttja operanta uppgifter och den hastighet med vilken dessa utvärderingar kan utföras. I detta syfte har vi anpassat en grundläggande uppgift doft diskriminering, Dig uppgiften att bedöma kognition efter hjärnskada. Den Dig Uppgiften är avsedd att vara en billig, snabb och effektivt verktyg för att utvärdera kognitiv dysfunktion efter hjärnskada från en TBI eller stroke.
Den Dig Uppgiften bygger på de grundläggande operanta principer lärande och beslutsfattande. Eftersom det bara är en två-val beslut paradigm representerar denna uppgift en av de enklaste diskriminering som kan göras. I protokollet nedanför detaljerna för inrättandet uppgiften samt utbildning metoden kommer att beskrivas. Vi har funnit att denna uppgift är starkast vid bedömningen frontalt-medierade kognitiva brister jämfört med unilaterala parietala underskott, men det har ännu inte testas under en modell avhippocampus skada 5. Helst skulle denna uppgift vara lämpad för att utvärdera effektiviteten av en behandling eller terapi om återvinning av frontal underskott efter en skada. Det är dock möjligt att med modifieringar denna uppgift också skulle kunna användas för att utforska mer komplexa beslutsfattande beteenden som impulsivitet och generaliserad matchning.
I den här videon, har vi visat hur Dig uppgift kan utföras med relativt låg kostnad material och, med viss erfarenhet, kan tester utföras relativt snabbt (~ 10 min / djur). Detta gör det möjligt för den uppgift som lätt integreras i befintliga testbatterier för TBI, stroke och andra hjärnskador. Den Dig uppgift är också robust att den kan bedöma flera olika aspekter av kognition, inklusive utvärderingar av tidigare lärande, återföringar och förvärv nya (t.ex. set förskjutning). Viktigast har Dig uppgiften har visat sig vara effektiva vid bedömningen främre funktion efter hjärnskada. Dessutom har en liknande gräva paradigm använts för att studera värdeöverföring i råttor efter hippocampus skada 4, och sålunda kan lätt studerats efter TBI.
De främsta fördelarna med uppgifter som denna är möjligheten att bedöma andra former av kognition än vad som normalt testas i de flesta hjärnskada studtalet. Det för närvarande finns en brist på enkla, snabbt förvärvade uppgifter för bedömning frontalt-medierad kognition efter hjärnskada. Inom området för experimentell TBI, finns det ett starkt beroende av labyrinter som enda bedömning av kognition 9. Diskriminering och val beteende är viktiga aspekter av frontalt-medierad kognition som behöver utvärderas efter hjärnskada. Dessa har studerats under många olika paradigm (fördröjd matchning till prov, differentiell förstärkning av låg svara, ansträngning baserad beslutsfattande etc.) inom området för experimentell analys av beteende, men saknas i studier av hjärnskada 14-16. Utveckling av nya läkemedel för behandling av hjärnskador kräver validering över flera formerna för sensoriska, motoriska och kognitiva funktioner. Uppgifter som detta kan bli avgörande för fullt bedöma kognitiv funktion i terapeutisk behandling.
Medan Dig uppgiften representerar ett steg i rätt riktning för att bedöma hjärnans funktion efter skada, det finns fortfarande begränsningar för den. Det är tänkt att vara enkel att konstruera, administrera och analysera, men det innebär att det finns övre gränser för vad man kan mäta. För närvarande två val är allt som kan bedömas enligt den givna paradigmet. Dessutom är Dig uppgiften inte känslig nog att hantera andra aspekter av frontal dysfunktion, såsom impulsivitet, som kan störa ett djurs beslutsfattande förmåga.
Medan Dig uppgiften har visat sig vara framgångsrika för oss att utvärdera hjärnskador hos unga djur, finns det fortfarande flera saker som kan göras med uppgift att ytterligare förfina och förbättra den. Dessa inkluderar att bedöma särskilda patientgrupper (ålder, kön, stam), jämför den direkt till operanta paradigm Den är anpassad från att utföra en direkt jämförelse av denna uppgift med andra uppgifter som bedömer främre dysfunktion efter skada, och utforska additiOnal sätt att analysera och jämföra data som genererats från uppgiften. Denna uppgift är avsedd att ta upp några av frågorna i vårt område genom att testa frontal funktion på flera sätt efter hjärnskada. Dock kan en uppgift inte mäta alla de kognitiva processer som påverkas av en hjärnskada. Därför förespråkar vi att människor fortsätter att utveckla och förbättra uppgifter som den som beskrivs i detta protokoll för att mer fullständigt utvärdera funktionsnedsättningar efter hjärnskador. På så sätt kan vi öka effektiviteten av läkemedel och terapi utveckling för hjärnskada genom att bedöma över flera åtgärder.
The authors have nothing to disclose.
Finansieringen för detta projekt har tillhandahållits av Arra medel från NINDS bidrag NS045647.
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. |