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国家协议。作者手稿;PMC 2014年8月13日发布。
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预防性维修识别码:项目经理4131754
EMSID:EMS59746系列
PMID:24051960

用于评估大鼠和小鼠执行功能的触摸屏操作平台

总结

本协议详细介绍了在触摸屏平台内开发的一系列分析,以测量啮齿动物执行功能的各个方面。其中包括三个主要程序:灭绝,衡量减少以前与奖励相关但现在不再与奖励相关的反应的速度和程度;反向学习,测量将反应转换为与奖励相关的视觉刺激的速度和程度(以及转换为与以前没有奖励但现在没有奖励的视觉刺激);以及五选择连续反应时间(5-CSRT)任务,评估选择性检测和适当响应简短呈现的、空间上不可预测的视觉刺激的能力。这些方法旨在评估互补和重叠结构,包括选择性和分散的视觉注意、抑制控制、灵活性、冲动性和强迫性。这些程序包括一个更广泛的触摸屏测试组的一部分,该测试组评估啮齿动物的认知能力,具有很高的转化为人类研究的潜力。

简介

执行功能可以被概念化为一组协调和调节其他认知(子)过程或行为的过程或机制。虽然目前还没有关于执行功能所需内容的精确正式定义,但人们普遍认为它对灵活、目标导向行为的动态和组织起着重要作用,并与它所支配的其他基本认知属性(例如记忆、感知)相区别1,2执行功能通常被描述为一系列过程,包括选择、更新和规划运动序列、暂停和停止动作、适当时监控和改变行为以及划分、切换和维持注意力-5-这些过程可能具有重叠的特征和机制,同时也代表不同的心理结构,6这种过程的中断与各种精神和神经疾病有关7-9有大量证据表明,执行功能至少部分取决于额叶的功能完整性10-13因此,建立标准化、可靠、实用(例如,易于实施)和翻译的啮齿类动物执行功能临床前分析,提供有效(例如,面部、预测、构造),变得越来越重要人类认知过程模型(有关人类认知动物模型中翻译有效性的最新讨论,请参阅14-17).

已经设计了许多范式和程序来衡量执行功能的各个方面。在人类身上,典型的例子包括威斯康星卡片分类测试、伦敦塔测试、空间工作记忆任务、Stroop任务、反向学习范式和持续表现测试18-22在非人类灵长类和啮齿类动物中,已经开发出许多与这些测试类似的测试,例如基于气味和视觉的内/外维度集移位任务,以及空间工作记忆、反向学习和注意力控制测试的迷宫和操作室变体23-27本文重点介绍了在啮齿类动物触摸屏平台中开发的三种食欲程序,以评估执行功能的某些方面:消退,这是一种减少(抑制)先前与奖励相关但现在不再与奖励相关的习得反应的速度和程度的分析;反向学习,一种将反应转换为与奖励相关的视觉刺激的速度和程度的指数,该视觉刺激以前没有,但现在已经变为与奖励有关(并且远离以前但现在不再奖励的视觉刺激);以及五选择连续反应时间(5-CSRT)任务,该任务测量选择性检测和适当响应简短呈现的、空间上不可预测的视觉刺激的能力。这三项测试已经过验证,并证明对评估各种动物模型的执行功能方面很有用。然而,我们的实验室和其他实验室正在不断改进当前的协议,并开发新的翻译测试来评估执行功能。

如下文所示,本协议中描述的三项任务中的每一项都已在非触摸屏测试设备(如实验迷宫或专用操作室)中实现。然而,如前所述,使用触摸屏方法评估啮齿动物的认知能力有几个优点28-31简言之,这些包括高度自动化和标准化,同时测试多个受试者的能力,尽量减少因试验内或试验间处理而产生的可能混淆和变化,在人类和非人类灵长类动物中使用与类似任务相似的刺激和反应特征,引入新视觉元素的能力,以及将行为测试与同一仪器内的一组认知任务进行交叉比较的能力,以帮助描述影响测试性能或实验操作效果的因素。

该方法的相对弱点包括中等至长时间的训练程序、受试者视觉功能中断或差异导致的潜在混淆,以及大多数食欲者常见的局限性,操作范式(例如,表现可能对食物限制、享乐/动机因素、基本学习机制和运动控制的变化敏感)。重要的是,可以通过进行适当的对照实验或检查相关的因变量,如试验遗漏和反应时间,来评估并潜在地排除后一种混淆的影响,以引发反应或收集奖励。此外,对许多动物进行并行测试的能力可能有助于抵消由于训练时间延长而造成的任何损害。

A) 灭绝

学会停止做出不再提供所需或适应性结果的响应的能力与学会首先产生行为一样重要。自从早期描述灭绝以来32,很明显,这是一个复杂的现象:在许多情况下,行为变化不能简单地用“忘记”以前学到的东西来解释,而且它的表达已经被证明对上下文高度敏感33-34最近关于灭绝学习的许多文献都致力于研究条件性恐惧反应灭绝的机制,通常使用标准操作测试仪器35-36虽然很少有研究调查习得性食欲反应消退的神经基础,但有证据表明,它至少在某种程度上涉及到与恐惧消退类似的底物——人类前额叶皮层的腹内侧区和啮齿动物的边缘下皮层,以及包括纹状体和杏仁核在内的相关皮层下回路,都与食欲反应的消失有关37-38最近的报告进一步表明,对食欲反应消失的异常抵抗可能在一定程度上是以强迫行为为特征的疾病的基础,例如成瘾和强迫性障碍38-39因此,灭绝学习可能通过与其他形式的抑制控制、理论复杂性以及特定额叶脑回路的调节相平行,与执行功能相一致。

在这里概述的灭绝程序中,首先训练动物获得简单的视觉引导反应(例如,触摸白色方块),以获得奖励。在这个习得阶段之后,动物会有类似的机会作出反应,但缺乏奖励和相关线索。动物抑制反应的时间和程度是灭绝学习的基本指标。该方案的变体已用于测试各种突变小鼠系的灭绝40-44和遗传菌株45-46。我们最近才开始在大鼠身上使用这一程序,在翻译这一相对简单的任务时没有观察到或预计会出现重大问题。事实上,在大鼠或小鼠学会对奖赏作出反应的大多数操作环境中,也可以使用类似的方法来测试灭绝47-48.

触摸屏消光分析已被用来有效地表征近交系小鼠之间的行为差异。这些研究表明,一些小鼠菌株,包括常用的C57BL/6J和BALB/cJ小鼠,与某些其他菌株(如DBA/2J)相比,在灭绝任务上表现良好。此外,一些菌株,如129S1/SvImJ,尽管在其他灭绝措施(如巴甫洛夫恐惧)上受到显著损害,但仍表现出正常的触摸屏灭绝45虽然通过损伤或其他技术尚未确定介导触摸屏消亡的主要脑区,但利用基因突变小鼠进行的研究已初步揭示了这种行为的分子基础。例如,一种主要谷氨酸受体亚型AMPA-GluA1的基因缺失显著延缓了灭绝42而编码NMDA受体亚单位GluN2A的基因没有缺失40也不是编码谷氨酸转运体GLAST的基因41,扰乱了行为。此外,Discs突触后支架蛋白的大同源物(Dlg)家族的两个副log的缺失突变导致了相互作用:在Dlg2−/−小鼠中,灭绝被延缓,但在Dlg 3−/–小鼠中显著增强43最近在阿尔茨海默病(AD)相关淀粉样蛋白病理学的TgCRND8小鼠模型中也观察到增强的灭绝44这些发现突出了触摸屏消光分析的双向敏感性和使用多个触摸屏任务的测试电池方法的实用性30,其中灭绝的影响可以与其他执行职能的影响区分开来,并以其他方式告知。

虽然这里描述的触摸屏消光分析相对简单,但消光是一种复杂的现象,有许多因素或潜在过程可能会影响其表达(例如,泛化减退、反应抑制、巴甫洛夫和/或工具学习机制)49一方面,这提醒我们在解释灭绝结果时必须小心,特别是关于动物的遥远和近期学习历史——灭绝高度依赖于环境。另一方面,它表明存在各种行为探测、当前程序的修改和扩展(例如,恢复、更新、重新收购),可以提供有价值的额外见解46触摸屏平台提供的刺激控制的灵活性和广度使其特别适合创新和扩大研究,以检查灭绝过程。

B) 反向学习

除了灭绝学习之外,生物在面对不断变化的环境或规则时,能够以其他方式灵活调整其行为也很重要。吸引力逆转学习程序是这种灵活性的广泛使用的分析方法。在这些程序中,受试者首先被教导区别对待,并选择一个有回报的刺激/反应选项,而不是无回报的刺激或反应选项。在这个歧视学习阶段之后,奖励关联发生了变化,受试者不仅要学会消除以前奖励的反应,还要学会选择以前没有奖励(现在有奖励)的选项。学习新的“反向”歧视的速度和程度提供了灵活性指标。在包括精神分裂症在内的许多神经精神疾病中都观察到了逆转学习缺陷50、帕金森氏病51和强迫症52也有相当多的证据表明,在几个不同的物种中,测试设备和协议将反向学习与包括前额叶皮层(PFC)在内的功能性神经回路联系起来,特别是眶额皮层(OFC)区域24,53-59-和背纹状体60以及神经药理学因素,如5-羟色胺(5-HT)61-63和多巴胺信号64-66.

使用啮齿类动物触摸屏视觉反向学习程序也观察到了相关发现,该程序具有将几乎相同的刺激和反应特征与人类和非人类灵长类动物常用的方法相结合的转换优势。两大鼠的眼眶前额病变67,99和老鼠68与小鼠背外侧纹状体损伤一样,显著延缓视觉反转学习68大鼠内侧PFC的损伤69和老鼠40也有人观察到,只有当视觉刺激难以辨别时,才会影响反转。相反,大鼠杏仁核受损99研究发现,小鼠腹内侧核特异性PFC损伤可显著促进逆转学习68.进一步发现,甲基苯丙胺全身治疗后,触摸屏反向学习被延迟100,一个D1主义者70以及NMDA受体亚单位GluN2A KO转基因小鼠40在TgCRND8小鼠淀粉样病变模型中观察到了增强的逆转学习44以及进行提高大脑5-HT含量的操作,如5-HT转运体敲除或用5-羟色胺选择性再摄取抑制剂氟西汀进行亚慢性治疗71.编码AMPA受体亚单位GluA1的基因的缺失也会略微改善逆转42.

与Extinction一样,这些发现突出了触摸屏可视反向学习程序的双向敏感性。此外,有其他过程被认为有助于逆转,而不仅仅是那些描述为消灭一个以前有回报但目前没有回报的应对方案的过程。这些包括克服学习到的无关性和/或避免以前没有得到回报的反应选项,注意并选择适当的反应策略(例如,根据刺激物的视觉辨别而不是以自我为中心的位置偏见进行选择),以及获得新的刺激-奖励关联62触摸屏平台提供的刺激控制的灵活性使其特别适合尝试分离此类过程(例如,通过引入新的“替代”刺激和/或新的响应选项–参见实验设计供进一步讨论)。

C) 五选项串行反应时间任务

触摸屏五选择连续反应时间(5-CSRT)任务是五选择任务的改进版,最初是使用经典的九孔操作室为大鼠开发的27,用于研究人类注意过程的五选择系列反应任务的类似物72.操作室法也经过改进,可用于小鼠73-74,目前已有大量工作评估了不同小鼠品系以及转基因和突变品系之间的5-CSRT表型差异75-81.

5-CSRT任务训练啮齿动物报告在水平孔阵列中的五个空间位置上伪随机呈现的短暂视觉刺激的发生和位置。该任务可用于评估执行功能的各个方面:响应精度(在所有尝试的试验中,正确的比例)通常被解释为持续的、空间上分散的注意力的衡量标准;遗漏(当没有反应时的试验)是全球注意力过程的一个假定指标,但也对感觉、运动或动机变化敏感;过早(刺激开始前的反应)或坚持不懈的反应(结果反馈后的额外反应)是抑制控制的措施,可能分别与冲动性和强迫性的结构有关。此外,反应和奖赏收集延迟与处理速度和运动/动机因素有关。这些测量结果在一定程度上反映了可分性认知过程,并已证明对不同的药物治疗和啮齿动物PFC不同部分的完整性敏感。之前已经对这两只大鼠的5-CSRT任务的传统操作盒版本的应用和协议进行了详细总结82和老鼠74.

这里概述的5-CSRT任务程序首先由Susan Bartko、Carola Romberg和同事开发,用于使用触摸屏平台测试鼠标。触摸屏方法最近被用于检测各种基因小鼠模型的执行功能。与野生型对照组相比,这两组小鼠均为三重转基因AD小鼠模型(3xTgAD)83和TgCRND8小鼠AD典型淀粉样病变模型44当任务的注意力负荷因缩短目标刺激的持续时间而增加时,整个会话的反应准确性降低。通过给予胆碱酯酶抑制剂多奈哌齐(Aricept)可以改善3xTgAD小鼠的注意缺陷,多奈哌齐对AD患者具有促认知作用。胆碱能M1受体(M1R−/−)纯合缺失的小鼠在表现准确性方面没有改变,但与野生型小鼠相比,表现出较少的遗漏、较高的过早反应和更大的持续性84最近,研究发现,与C57Bl/6J小鼠相比,近交系BTBR T+tf/J小鼠(自闭症的假定模型)检测短刺激的准确性降低,冲动性增加,动机降低85。此方法与传统版本具有相似的优点和局限性82此外,它还具有对视觉目标刺激(例如亮度、对比度、大小、间距)的超强灵活性和控制能力,并且能够在与许多其他认知测试相同的仪器和行为环境中进行测试31,86.

实验设计

一般注意事项

由于本协议中的程序主要是以小鼠为对象发布的,因此主要任务描述基于为小鼠开发的程序。用于反向学习,这是首次使用老鼠在触摸屏上开发的69,重点介绍了鼠标和大鼠协议之间的主要差异。虽然灭绝和5-CSRT任务触摸屏方法尚未在大鼠身上发表,但最近在我们实验室(K.McAllister、L.Lyon、A.C.Mar、L.M.Saksida和T.J.Bussey)进行的未发表研究表明,翻译这些相对简单和成熟的任务不会出现重大问题。还应注意的是,尽管下文所述的协议是基于上述原始出版物,但后来进行了一些小的改进,以进一步优化程序。

本协议描述了我们实验室目前使用的标准程序。

在这里描述的所有任务中,特定的研究问题和实验操作可能会影响行为过程。为了清楚起见,我们将讨论限制在4种常用的治疗方案。在案例1中,受试者在实验开始前接受治疗(例如,组成性转基因或敲除模型、发育操作)。在案例2中,受试者在任务获得前接受治疗,但在训练前接受治疗(例如,亚慢性药物治疗、神经毒性损伤)。在案例3中,受试者在获得后接受治疗,以使用受试者之间的设计(例如,神经毒性损伤、亚慢性药物治疗)评估对渐进表现水平或获得后行为挑战的影响。在案例4中,受试者在表现水平上或在获得后行为挑战期间接受短暂操作,这可以在受试者体内进行(例如,系统药理学或脑内输液程序)。我们将在程序中酌情提及这些情况。如果对习得和主要任务的影响都感兴趣,可以在培训开始之前进行操作(例如案例1和案例2)。然而,如果对主要任务的影响是首要的或唯一的,研究人员可能更愿意在实际可行的情况下在习得阶段之后引入操作(例如案例3和案例4)。还应注意的是,尽管5-CSRT任务通常会产生稳定的表现水平,并有助于检查急性操作(例如,案例4),但动物通常需要多次训练才能达到灭绝和逆转学习的标准(见计时),并且可能很难评估急性操作对这些程序中的学习的影响。

还有几个选项可用于确定动物从习得训练到习得后操作的推进点(包括案例3和案例4,以及习得后行为挑战,包括反向学习、灭绝和5-CSRT探测阶段):

  • 固定培训期在进入主要任务阶段或探针测试之前,对所有动物进行预先确定数量的采集阶段训练,无论性能水平如何。当所有动物必须在特定时间点或年龄逆转时,例如在评估进展性疾病模型时,该方案是可取的87然而,使用这种方法,一些动物可能会受到明显的过度训练,而其他动物则无法获得最初的意外情况,这可能会混淆对后续主要任务或探针测试效果的解释。
  • 集团标准继续对动物进行采集阶段训练(例如,预训练阶段和/或主要任务阶段),直到所有动物在进入主要任务阶段或探针测试之前达到标准。当需要完整的采集曲线时,该方案是可取的,因为所有动物在主要任务或探针测试之前的训练天数相同。然而,一些受试者可能会过度训练和/或在习得阶段获得更多奖励,这可能会混淆初级任务或探究测试的表现。
  • 个人标准达到采集阶段标准后,立即将每只动物转移到主要任务阶段或在会话中进行探测测试。此选项可防止因采集过程中过度训练而可能产生的结转效应(灭绝和逆转学习可能对此类过度训练特别敏感)。然而,由于主要任务测试可能会在动物之间交错进行,因此很难根据群体平均表现水平做出决定。此外,根据某些动物习得阶段的持续时间,个体受试者或实验组之间可能存在显著的时间/年龄差异。
  • 混合方法这是团体标准和个人标准方法的混合。对于大多数常见的实验设计,我们通常建议使用此选项。使用此选项,训练动物在所有采集阶段达到标准,并“休息”,直到所有动物达到标准。然后,可以在同一时间对所有动物进行一到三次测试,以确保它们在进入主要任务阶段或探针测试之前仍按标准执行。如果在习得过程中最快和最慢的学习者之间存在很大差异,那么对已经达到标准的动物偶尔进行“提醒”会很有用(例如,每周一次)。如果一只动物在“提醒”环节中的表现低于标准,则该动物将每天接受训练,直到重新达到标准。该方案选项可确保所有动物在同一测试日经历其初始主要任务阶段,并将过度训练的影响降至最低。然而,根据习得的可变性,应该注意的是,一些受试者可能会接受更多的训练和奖励。

本协议中描述的三项测量执行功能方面的测试可以一起进行和/或作为灵活测试电池的一部分,包括评估其他认知领域的触摸屏任务(参见31,86). 这种组合方法可以被定制来测试特定的假设,或用于生成个体或动物组的一般认知特征,这可能有助于解释行为数据。如果在受试者中测试动物(每只动物测试所有感兴趣的任务),这种方法可能会更加强大,但是,在确定适当的任务呈现顺序时必须小心。

训练前

本协议中的所有三项任务都是由食物奖励激励的,需要对触摸屏做出仪器响应。为了确保有足够的动力,动物在任务前训练之前开始受到温和的食物限制,并在整个实验过程中持续。预训练的目的是逐步形成适当的屏幕接触行为,通常包括三到五个阶段,然后针对每个任务进行训练。反应窗口的数量和大小以及预训练期间使用的视觉刺激的大小和类型取决于任务。对于消退和5-CSRT任务,预训练刺激是一个实心的白色方块。对于视觉辨别的反向学习,预训练刺激通常从40个不同的黑白形状的库中选择,这些形状与主要任务过程中使用的刺激不同。使用大量不同刺激的理由是尽量减少训练前和任务特定刺激之间的泛化。

开始轻度食物限制后,动物习惯于食物奖励和房间,每天至少进行2次(第一阶段,见程序步骤4和5)。第2阶段(参见图1),进行了一系列试验,其中在一个响应窗口内呈现刺激。如果在30秒内没有触碰刺激物,刺激物将被移除,其偏移与奖赏传递、弹匣灯的激活以及短暂的(1s,3kHz)音调(条件增强物)同时发生。刺激的立即抵消、三重奖励的传递以及杂志灯光和音调的激活都会鼓励对刺激的触摸。在获取奖励之后,开始一个试验间间隔(ITI),之后自动启动下一次试验。对于灭绝和5-CSRT任务,ITI通常设置为5秒。对于反向学习,ITI一般设置为20秒,因为已经证明较长的ITI可能有助于促进学习29。我们目前的标准程序是在刺激呈现和ITI期间关闭房灯(在“暂停”期间打开房灯——见下文第5阶段),但这些任务中的每一项都是在打开房灯的情况下执行的。尽管我们尚未对这些程序变体进行任何直接比较,当室内灯在刺激呈现期间打开时,由于环境光水平较高,亮度对比度可能会有所降低,这可能会增加信号检测的阈值。

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预培训阶段2-5的流程图概述。

第二阶段:在一个反应窗口中显示视觉刺激。如果不触碰,30秒后会发生刺激偏移,并提供奖励。如果触碰,立即抵消,并提供三倍奖励。在奖励收集和ITI期后,下一个刺激将在新的试验中提出。第三阶段:按第二阶段进行,但刺激在触摸屏上保持不变。待进行灭绝试验的动物在达到第3阶段的标准后,可以直接进入灭绝程序。第4阶段:按第3阶段进行,但动物必须在ITI后进出杂志才能开始下一次试验。第五阶段:按第四阶段进行,但触摸空白的响应窗口(当屏幕上有刺激时)会因超时而被阻止。在此之后,ITI可能会启动下一个试验,但在大多数任务的预训练中,这是一个CT,其中代表了以前的刺激,而不是一个新的试验。请注意,5-CSRT预培训的第5阶段中没有给出CT。斜体的标签表示动物需要执行动作的步骤。

第3阶段(参见图1)在所有方面都与第二阶段相似,但受试者需要触摸刺激物以产生奖励传递、刺激抵消和激活杂志灯光和色调。继续接受灭绝训练的受试者将在完成第3阶段后接受灭绝训练。

第4阶段(参见图1)与第3阶段类似,但受试者还需要触发刺激呈现,称为试验“启动”。会议以“免费”奖励和杂志照明开始,表明试验可能由受试者发起。当动物的鼻子戳入杂志时,杂志灯熄灭,并发出短暂(0.2秒)的咔哒声。当动物从杂志中抽出鼻子时,刺激就会出现在屏幕上。每次试验之间的ITI后也需要启动。

第5阶段(参见图1)与第4阶段类似,但受试者在刺激呈现期间,通过立即移除刺激和启动室内照明状态反转的超时时间的负反馈(例如,开-关或关-开-见上文第2阶段),不鼓励触摸空白响应窗口。此阶段用于向受试者介绍提示错误响应的线索(例如,超时时间)。只有在超时时间过后,ITI才开始,之后才能启动下一次试验。对于正在进行反向学习训练的受试者,暂停后的任何试验都被指定为纠正试验,在该试验中,相同的刺激物/刺激物被重新呈现在相同的位置。可以连续进行的矫正试验次数没有限制,但一旦受试者反应正确,矫正程序结束,恢复正常的非矫正试验。矫正试验不计入会话试验限制。矫正试验的目的是帮助抵消副作用或刺激性偏见的发展,并确保受试者每次训练都能获得一致数量的奖励。虽然5-CSRT任务训练也可以实施纠正试验,但我们当前的标准协议不包括5-CSRT预训练或其主要程序中的纠正试验。

在预训练的第5阶段结束时,受试者每次训练应完成足够数量的试验(如程序),以促进后续任务中会话的完成。请注意,与小鼠相比,大鼠通常有机会在每次训练中完成更多的试验,例如,训练前为100次,而不是30次。大鼠在每次试验中比小鼠容易完成更多的试验,这可能是因为小鼠与大鼠的体重比小于小鼠与大鼠的奖励颗粒大小比(14mg:45mg)。

预处理性能分析通常很少。如果需要或在实验操作之前匹配性能水平,可以分析完成每个预培训阶段所需的会话数或完成预培训所需的总会话数(见上文案例2)。

A) 灭绝

这里描述的消光程序是对最近出版物(上文讨论)中描述的方法进行一系列改进的结果;这些变化通常包括简化刺激和应对要求。灭绝程序采集阶段的试验结构(参见图2b)只需要对标准操作性预训练范式进行一点修改(与上述第4阶段的预训练相比)。在响应获取阶段,会话以向杂志“免费”提供奖励和杂志灯光照明开始,这表明可能会启动试验。试验由受试者头部进入杂志开始(关闭杂志灯并激活0.2秒的听觉点击),随后头部从杂志中抽出,在触摸屏的中央位置开始呈现单个实心白色方形刺激。当受试者接触到刺激物时,刺激物从屏幕上移除,发出奖励,杂志灯和1s音调打开。奖励收集后,杂志灯熄灭,5s ITI开始,之后,杂志灯亮起,受试者再次有机会开始新的试验。

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灭绝任务。

一个:灭绝范式中使用的三孔口罩示意图。B类:习得学习阶段的流程图概述。启动后,在触摸屏的中央位置显示一个实心白色方形刺激。当受试者接触到刺激物时,会给予奖励,在奖励收集和ITI后,可能会启动新的试验。斜体的标签表示动物需要执行动作的步骤。C类:灭绝学习阶段的流程图概述。每次试验都以10秒的ITI开始,然后在触摸屏上显示单个实心白色方形刺激。受试者无需启动试验。如果受试者触碰刺激物(反应)或在10秒内未触碰刺激(遗漏),刺激物将被移除,并启动导致下一次试验的10 s ITI。在灭绝阶段,没有奖励或条件强化物(例如,与奖励传递相关的托盘或音调)被传递。斜体的标签表示动物需要执行动作的步骤。D类:C57BL/6J小鼠的代表性数据,采用二选择捕获和灭绝程序,显示符合标准的典型会话数(数据来自46).E类:来自相同小鼠的代表性数据显示了反应消失的时间进程。数据以平均值表示,误差条指示S.E.M。

上述响应获取阶段试验结构有几种替代方案。例如,可以进一步简化程序,消除试验启动的要求(例如,从上述预培训阶段3直接进入下面的消光阶段)。这将允许更快的预处理时间,并与下文所述的消光阶段程序有更多的程序相似性。另一种可能性是在2或3个屏幕位置随机选择刺激位置(使用2或3刺激面罩-参见设备设置). 可以对采集阶段进行编程,使对空白位置的触摸导致刺激消失,打开室内灯,并开始一段时间,在此期间,动物无法启动新的刺激呈现(参见上文第5阶段的预训练)。事实上,在触摸屏上使用两个刺激位置的消光程序已被频繁使用并取得成功40-42虽然更复杂,但这种方法可以帮助区分受试者是获得对视觉刺激的特定反应,还是简单地接近触摸屏。事实上,几乎任何反应学习程序都可以在消退学习之前使用,但条件是消退学习的速度、范围和解释可以根据在反应获取过程中或更早阶段所学的内容而有所不同。重要的是要重申,由于灭绝的表达高度依赖于训练背景,因此只能根据类似的训练历史来比较灭绝学习的速度。

在当前程序的熄灭阶段(请参阅图2c)每个试验通常以10秒的ITI开始,然后在触摸屏上显示单个实心白色方形刺激。受试者无需启动试验。如果受试者触碰刺激物(反应)或在10秒内未触碰刺激(遗漏),刺激物将被移除,并启动导致下一次试验的10 s ITI。在灭绝阶段,没有奖励或条件强化物(例如,与奖励传递相关的托盘或音调)被传递。

由于动物通常需要多次训练才能达到灭绝标准(参见计时预期结果)可能很难调查急性实验操作的影响(案例4的一个例子)。然而,消退阶段的任务参数可能会被调整(例如,减少试验的标准数量和/或增加会话长度),以帮助促进急性操作的调查。在消光阶段(例如恢复程序)之后,还可以进行各种训练后探针测试13–请参见程序)进一步评估可能适合急性实验操作的灭绝学习方面。最成熟的绝灭后探针包括各种形式的复发——绝灭训练前所学相关行为的复发33,88例如,在重新引入无条件强化物(即食物奖励)和/或条件强化物后,可以通过检查灭绝前行为的恢复来评估再获得,重新引入的方式完全取决于受试者对以下内容的陈述和反应:,视觉刺激(即在灭绝过程中移除这些增强物之前的学习阶段)。如果再获得只是部分的(例如,时间或强化物的数量有限),或者再暴露于非条件刺激不是在先前学习的刺激或反应上偶然传递的,则探测过程通常被描述为恢复46。在偶然或非一致暴露于条件强化物(例如,不含非条件强化物)后,也可以评估恢复情况,尽管这种重新引入灭绝前学习环境要素的程序通常称为更新49,88这些灭绝后探针可用于评估复发倾向以及灭绝过程的性质和程度;例如,恢复的强度被认为是上下文条件作用强度的指标89-90有关此类灭绝后探测器的更全面的理论讨论,请参见33,49.

灭绝学习的主要衡量标准是达到标准所需的课程、回应和试验次数。此外,还可以检查响应延迟和响应速度。消光后探测会话通常通过计算上次消光会话期间和消光后探测器会话期间的响应差异进行分析。

B) 反向学习

视觉反向学习任务的测试结构需要对视觉辨别任务进行简单调整(c.f。,31)如图所示图3b。每节课开始时,向杂志提供“免费”奖励,杂志灯亮起,表示可能会启动试验。当受试者进入(由0.2秒的听觉点击和杂志灯熄灭发出信号)并从奖励杂志中抽出头部时,启动试验;头部抽出后,在触摸屏上两个不同的预定义位置立即出现两个刺激(参见设备设置). 其中一个刺激被指定为正确(CS+),而另一个刺激则被指定为不正确(CS-)。每次试验中,CS+和CS-的位置是伪随机确定的,但限制条件是连续3次以上的试验(不包括校正试验,见下文)中刺激不会显示在相同的位置。如果受试者接触到正确的刺激物,两个刺激物都会被移除,弹匣灯和1s音调都会打开,并且会发出奖励。当受试者进入杂志领取奖励时,会启动20秒的ITI。如果受试者接触到不正确的刺激物,两个刺激物都会被移除,并且室内灯会打开5秒的超时时间(没有奖励)。当超时时间结束时,室内灯关闭,启动20秒ITI。当ITI期在正确或错误的试验后结束时,杂志灯亮起,让受试者有机会开始新的试验。不正确的试验会导致后续试验成为纠正试验——以与上述试验相同的方式进行,但限制条件是两个刺激物与前一次试验位于相同的位置。在动物接触CS+之前,将继续进行矫正试验,并且不会增加该疗程的总试验次数。视觉辨别学习的获得和逆转过程是相同的,只是在逆转学习过程中,先前正确的刺激(CS+)变成了错误的刺激(CS−),而先前错误的刺激则变成了正确的(CS+)。

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反向学习任务。

一个:反向学习范式中使用的双窗口掩码和刺激的示意图。B类:反向学习程序的流程图概述。启动后,一对刺激(CS+,CS-)出现在屏幕上的伪随机位置。正确的回答(对CS+)将得到奖励,在奖励收集和ITI后,可能会启动新的试验。不鼓励错误的回答(对CS−的回答)出现超时,然后在ITI和启动后,表示之前的试验类型(纠正试验)。修正试验循环将继续,直到做出正确的响应。斜体的标签表示动物需要执行动作的步骤。C类:通常用于大鼠视觉辨别和反向学习的蜘蛛与平面刺激(复制自29经允许)。D类:大鼠更容易获得的水平和垂直模式刺激。E类:使用“城堡”与“脸”摄影刺激(C.a.Oomen,未发表结果)的大鼠(n=10,有物体-位置配对联想学习和试验-独特非匹配-位置训练史)的典型反向学习表现。F: 小鼠(n=17,混合背景(约1:15 CBA/ca:C57BL/6J),使用“大理石”与“扇形”刺激(A.E.H.,未发表的结果)的典型反向学习表现。数据表示为平均值+/-S.E.M。

反向学习通常使用达到标准所需的会话数、试验次数和错误数(非纠正试验中的错误回答)进行评估。此外,可以分析潜伏期、偏差百分比和持续得分(参见第10B vi步程序)

可以修改几个反转过程参数,以影响性能并深入了解底层流程。一个例子是使用相对于标准形状图像更难区分的刺激(例如,具有正确和错误刺激重叠特征的刺激(混合、变形或复杂照片)31,91这可能会增加通过延长反向训练期检测某些实验诱导的性能改进的潜力。此外,已经观察到使用亮度匹配模式而不是形状刺激来加快视觉辨别标准的实现(Mar等人,《测量行为会议》,乌得勒支,2012年8月——见图3d).

复审后的实验操作包括序列反转测试,可用于补充67以及添加不同的信息62对于第一次反转,或多次重复习得和反转(使用新的刺激集),这可能会减少先前反转的学习迁移量(参见程序). 这两种形式的重复反向学习可能会为首次反向接触的人招募单独或额外的学习机制。另一种反转后的实验操作是在反转阶段用新刺激替换CS+或CS-刺激。当与多个反转结合使用时,这种操作可能有助于分离过程,例如对先前奖励的选项的坚持(例如,在反转期间用新的刺激物替换CS+)或避免先前未奖励的选项(例如,用新的激励物替换CS-),这可能会影响反向学习性能。该策略已成功用于绒猴的触摸屏视觉辨别和反转范式62.

使用两个以上刺激和/或反应窗口的视觉辨别和反向学习程序的变体也在开发中。这些任务的基本程序与标准任务类似。例如,最近在大鼠身上进行了3刺激版本(J.Alsiö、a.C.Mar、D.E.Theobald和T.W.Robbins,未发表的数据)。在视觉辨别学习过程中(使用三窗口掩模),在三个不同的位置呈现三种不同的刺激(一种刺激被指定为CS+,另两种刺激都被指定为CS-),而不是在两个位置使用两种刺激。反转后,前一个CS+变为CS−,而前一个CS−刺激之一变为新的CS+。在辨别和反向学习过程中,第三个刺激仍然是CS。这项三刺激任务比双刺激任务更困难,因此可能为检测某些促认知效应提供更大的机会。三刺激任务还可以将持续性错误(即对前一个CS+的反应)与使用其他搜索策略时出现的错误(即空间反应偏差,包括对恒定CS-的反应)分离开来。如果在辨别和逆转阶段将恒定CS−刺激作为中性刺激(例如,记录,但在接触中性CS刺激时没有编程后果),则可以观察到类似的效果。另一个例子是只使用两个刺激,但将位置数量增加到3或4(使用适当的3或4窗口遮罩),从而增加位置与刺激的比率。该程序增加了任务的难度,并有助于控制或排除受试者使用简单的配置学习策略解决辨别或反转问题的可能性(例如,当CS+左/CS−右时,触摸左;当CS+右/CS−-左时,触摸右)。这也可能有助于减少空间偏见的发展。

C) 五选项串行反应时间任务

基本的5-CSRT任务要求动物在一排五个屏幕位置上保持和分散注意力,以便检测和响应简短的视觉刺激(参见图4a-b). 这里概述的鼠标触摸屏5-CSRT任务程序的变化之前已经描述过,主要协议与大鼠的标准操作程序有几个关键差异82简单地说,每个疗程包括40-60次试验,最多允许60分钟,而对于大鼠,试验次数通常在30-60分钟内为100+次。每节课都以提供“免费”奖励和杂志灯光照明开始。从杂志上领取奖励后,杂志灯熄灭,5秒ITI期开始。ITI结束后,弹仓灯再次点亮,表示现在可以开始试验。奖励收集后的5秒ITI和第二个杂志条目要求被专门引入到鼠标触摸屏程序中,以进一步分开空间试验,从而允许老鼠更长时间地消费奖励,并添加一个自我调节元素,以帮助抵消老鼠有时在更传统的版本(例如,导致大量的审判遗漏)。可以删除此附加的ITI和/或启动要求,以使程序更等同于5-CSRT任务的标准版本82用于测试大鼠或增加当前鼠标协议的难度。

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5-选择串行反应时间(5-CSRT)任务。

一个:5-CSRT范式中使用的五孔口罩示意图。B类:5-CSRT任务的流程图概述。当受试者进入并从照明的杂志中取出头部时,试验开始。经过5秒的延迟后,在五个响应窗口中的一个窗口中简要显示白色方形刺激。当刺激出现时(或在随后的短暂限制期内),触摸白色方块位置会被记录为正确的尝试并获得奖励。获得奖励将启动5秒ITI。任何其他响应窗口中的响应都会被记录为不正确的试用,并在5s ITI开始之前导致超时。在刺激呈现期间或限制时段内,如果屏幕上没有响应,则会被记录为遗漏,并会导致超时。刺激开始前的反应被记录为过早反应,并导致超时,但过早试验不会影响会话试验计数。ITI结束后,杂志被照亮,受试者可以启动另一次试验。C和D:说明成年C57Bl/6J小鼠的反应准确性和遗漏分别依赖于刺激持续时间的代表性数据(S.Nilsson、L Saksida、T Bussey,未发表的数据)。数据表示为平均值+/-S.E.M。

5秒ITI结束后,可通过进入杂志头(通过关闭杂志灯和0.2秒的听觉点击发出信号)并退出奖励杂志来启动试验。在固定的5秒“延迟”期后,在五个屏幕位置中的一个位置短暂出现一个实心白色方形刺激(例如,2秒)。刺激位置是伪随机地选择的,使得它在整个会话中均等地呈现在每个位置。在回答错误或遗漏之后,没有实施任何纠正试验。有四种可能的试验结果。在刺激呈现期间或在刺激被移除后的5秒“有限保持”时间内触摸屏幕的某个位置会导致“正确”或“错误”的测试。如果反应与视觉刺激位于同一位置,则记录“正确”试验;如果触摸其他四个“空白”位置中的一个则记录“错误”试验。如果没有做出触摸反应,则该审判被归类为“遗漏”。如果在刺激开始前的延迟时间内接触到某个部位,则该试验被视为“过早”。早期试验被记录下来,但不包括在会话的总试验计数中(例如,类似于其他程序中的纠正试验)。在过早反应后,重复相同的试验,直到进行正确、错误或遗漏的试验。如果在正确或错误的响应后仍存在刺激,则会立即从屏幕上删除刺激。正确的测试之后,将点亮杂志灯,并发出5秒的音调和奖励。错误的试验、过早的试验和试验遗漏都会在5秒的超时期后打开室内灯。在收取奖励或超时期结束后,下一次试验之前的5秒ITI期开始。训练动物通过一系列阶段达到基线5-CSRT参数,在这些阶段,刺激持续时间逐渐缩短,以增加任务难度(参见表2). 当动物在基线时表现稳定时,可以使用各种探针进一步评估表现,包括刺激持续时间、刺激亮度、刺激呈现前的延迟以及试验次数/会话长度的变化。这些备选方案在程序在标准操作装置中也实施了其他操作,这也可能有助于增加触摸屏任务的注意力需求。示例包括取消试验开始的要求(例如,目标呈现是由实验者控制的,而不是由自己控制的)和改变刺激呈现的速度(例如,高事件率为1s或低事件率为20s)101-102

表2

5-选择串行反应时间任务培训程序
步骤培训阶段会话长度(分钟)每次试验(最大值)延迟(s)信息技术产业刺激持续时间(s)标准时间安排
10摄氏度i-iv 5-CSRT培训6040-60(小鼠)100(大鼠)55从8升到4升到2(或更低)完成所有试验,每段时间连续4次试验中有3次准确率>80%,遗漏率<20%60分钟,约12-30节课
10C伏 5-CSRT探针可变刺激持续时间,(会话之间)6040-60(小鼠)100(大鼠)55每个持续时间的连续(例如下降)或平衡会话,例如2.0、1.0、0.8、0.6、0.4、0.2不适用每个探针2个疗程,其间有2个疗程基线
10C伏 5-CSRT探针可变刺激持续时间(会话内)6040-60(小鼠)100(大鼠)55以伪随机顺序呈现的会话内刺激持续时间可变,例如2.0、1.0、0.8、0.6、0.4、0.2不适用每个探针2个会话
10C伏 5-CSRT探针增加了试验和会话长度90100-200(小鼠)150-300(大鼠)55典型基线(例如,2 s)不适用1-2节基线课,2节探究课
10C伏 5-CSRT探测变量ITI(会话间和会话内)6040-60(小鼠)100(大鼠)2-145典型基线(例如,2 s)不适用基线检查1-2次,每个探针2次
10C伏 5-CSRT探头降低刺激亮度6040-60(小鼠)100(大鼠)55典型基线(例如,2 s)不适用基线检查1-2天,每个探头2天

材料

试剂

  • 大鼠或小鼠(参见试剂设置)
  • 动物外壳(参见试剂设置)
  • 啮齿动物食物颗粒(例如,啮齿动物颗粒,英国特殊饮食服务)
  • 食物奖励:固体(例如,Bio-Serv®纯化啮齿动物无尘精密颗粒®,45 mg(大鼠)/14 mg(小鼠),通过英国Esher Sandown Scientific)或液体(Yazoo®草莓奶昔,FrieslandCampina UK Ltd)
  • 清洁材料(例如,TriGene®、70%乙醇溶液、硬刷)

关键步骤奖励颗粒通常对老鼠有效。我们对老鼠使用液体或固体。在某些情况下,液体奖励可能是更好的选择,例如,当使用导致运动改变的操作时,可能会影响咀嚼、导致口干或减少动机。流动奖励还提供了更大的灵活性来改变强化值(例如浓度、体积)。

注意安全在奖励分配器中加入无尘精密颗粒®时,请小心丢弃灰尘,因为这可能会堵塞分配器。

注意安全应在每个测试日结束时彻底冲洗所有液体奖励容器和输送管线,以防止潜在有害微生物的堵塞和/或生长。

设备

  • 带通风系统的声光衰减箱,包括手术室和奖励递送系统。
  • 触摸屏操作室(例如来自Campden Instruments Ltd.、Med Associates Inc.、其他商业供应商;或定制操作系统)。请注意,这些是特定于物种的。请参见设备设置.
  • 腔室上方的摄像头,连接到闭路监视器和数字视频录制设备,用于监视和记录动物的行为(可选,但建议使用)
  • 控制软件和设备(通常可从操作室供应商处获得)
  • 带响应窗口的黑色塑料口罩(不同任务的数量和大小不同–参见设备设置)
  • 鼠笼架(有关某些任务,请参阅设备设置)
  • 适当的数据分析软件
  • 在动物附近搬运或工作时,应始终佩戴个人防护设备(例如一次性医用手套、实验室工作服或工作服、FFP2口罩),以尽量减少过敏原的接触。

注意安全插入或卸下响应窗口遮罩时,请完全关闭电源,注意不要损坏触摸屏。否则可能需要重新校准触摸屏和/或维护或更换触摸屏。

试剂设置

啮齿动物

实验室红色或商用大鼠/小鼠通常用于测试。测试雄性啮齿动物有一些优点,例如避免了雌性啮齿动物潜在的发情周期相关的性能变异,以及当雄性啮齿类动物必须在与雌性啮齿齿动物相同的仪器中进行测试时,可能会增加雄性啮齿目动物之间的攻击性92-93最常见的是,我们使用C57BL/6或129子串遗传背景的李斯特连帽大鼠和小鼠。我们更喜欢在啮齿动物是年轻人时开始训练,例如10-14周大的老鼠。然而,雌性、老年啮齿动物和各种菌株也已成功测试29,94.

注意安全所有使用活动物的实验必须得到国家和机构机构的批准,并按照其规定进行。

注意安全如果开始限制食物时动物还没有完全长大,那么必须允许它们在继续生长的过程中增加足够的体重。标准应变增长曲线可用于指导(例如。,http://jaxmice.jax.org/support/weight/index.html). 请参阅的步骤3程序了解更多详细信息。

动物住房

老鼠应成群结队(如2-5),用木屑、被褥和(可选,尽管建议)某种形式的遮蔽物(如塑料管或硬纸板管)。应每周清洁笼子并更换床上用品等。外壳室应保持恒定的温度(20-24°C)和湿度(55±10%)。照明通常为12小时的光暗周期,早上7:00或晚上7:00熄灯(我们建议早上7:00熄灯,以便在啮齿类动物的昼夜节律活动期进行测试)。

设备设置

啮齿动物触摸屏操作室

不同公司制造的啮齿动物触摸屏操作室可能有所不同,但具有许多共同的功能。使用的具体模型取决于实验者的需要和偏好。在这里,我们将介绍Campden Instruments Ltd.的鼠标和老鼠室以及我们内部组装的盒子。

坎普登密室

装在一个密集的纤维板盒子里,配有风扇(用于通风和屏蔽外部噪音)、触摸屏显示器(大鼠:15.0英寸,屏幕分辨率1024×768(旋转);鼠标:12.1英寸,屏幕分辨率600×800),音调和点击发生器,室内灯(LED),弹仓单元(带光线和红外光束以检测进入;在标准配置中,这是在测试场地外,在触摸屏对面的墙上),以及与液体奖励瓶相连的颗粒分配器和/或泵(参见图5a用于大鼠室)。这些小室呈梯形[大鼠:30 h×33 l(屏幕-magazine)×25 w(屏幕处)或13 w(弹匣处)cm;鼠标:20 h×18 l×24或6 w cm;不包括地板之间的空间],由3个通向触摸屏的黑色塑料墙组成,旨在帮助动物将注意力集中在触摸屏和奖励传递区域。触摸屏使用光学红外传感器,因此无需受试者施加任何压力即可记录响应。我们发现,与其他类型的触摸屏相比,这一功能大大提高了性能,而且它们特别坚固可靠(例如,不受测试过程中可能积聚的轻微屏幕表面划痕或污垢的影响)。通过一个透明的盖子进入试验箱,在动物试验期间,可以用锁扣将其固定在梯形墙上。地板由穿孔不锈钢制成,高于内衬滤纸的托盘。两个额外的光束延伸到竞技场的侧壁之间,平行于屏幕,以检测竞技场前部(大鼠:距屏幕约6厘米;鼠标:约7厘米)或后部(大鼠距弹仓约5厘米;鼠标约3.5厘米)动物的运动。可以在腔室上方安装一个小型红外摄像头,以监测动物的行为(可选,但建议使用)。在老鼠的房间里,在口罩上安装一个架子,通过迫使老鼠在做出选择之前倒退,证明可以有效地减少冲动反应,提高对刺激的注意力28在坎普登鼠室中,可以在地面以上15 cm处以90°角安装一个弹簧“架子”(24 w×6 l cm),用于某些任务。Campden Instruments Ltd.提供关于设置触摸屏设备的建议,包括触摸屏和奖励分配器校准。

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坎普登仪器老鼠触摸屏室的带注释照片。

(1) 触摸屏,(2)除响应窗口外,覆盖触摸屏的黑色塑料面罩,(3)黑色有机玻璃墙,(4)颗粒分配器(可选),(5)红外线光束组件,(6)位于腔室上方的室内灯,(7)位于腔体上方的红外线摄像头,(8)音调和点击发生器,(9)装有通风风扇的声光衰减箱。

我们的内部商会

密胺盒内的腔室(由Med Associates手术室在我们的实验室改造而成)配有风扇、红外触摸屏显示器(大鼠:29.0 h×23.0 w cm;鼠标:16.0 h×21.2 w cm;Craft Data Limited,Chesham,UK)、音调发生器、点击发生器、室内灯(3 w)、杂志(带光线和红外光束)和颗粒分配器。与Campden系统一样,光学红外触摸屏无需受试者施加任何压力即可记录触摸。房间呈矩形,由金属框架和透明有机玻璃墙组成(大鼠:29 h×31 l×24 w cm;小鼠:13 h×25 l×19 w cm;不包括地板下的空间)。通过铰链侧壁进入,在测试期间用门闩固定。地板是不锈钢条,间距为1厘米,位于内衬滤纸的托盘上方。该杂志配备了一个灯(3 W)和一个光电管鼻戳探测器。在离地面14.0 cm的老鼠房内还安装了一个弹簧“架子”(20.5 w×6 l cm),与屏幕和口罩呈90°角。

面具和刺激物

触摸屏前面安装了一个带响应窗口的黑色塑料面罩(鼠室内:38.7 h×30.0 w cm;鼠坎普登:35.8 h×28.0 w cm,鼠室内:11.8 h×22.8 w cm;鼠标坎普登(24.3 h×28.0w cm),以减少意外触摸屏幕,并使响应位置从背景中清晰可见。根据任务的不同,这些系统具有不同数量和大小的响应窗口。对于消光,口罩的构造最好能阻挡除中央响应窗口外的整个触摸屏(对于老鼠,通常为5.0-7.1×5.0-7.1厘米,离地面1.5厘米;对于老鼠,窗户尺寸可以类似或更大,离地面2.5厘米,无架子,如果有架子,则离地面16.0厘米)。根据使用的程序,也可以使用其他类型的掩码(例如,2窗口反向学习掩码或3窗口对象位置配对关联学习掩码;请参阅图2a,3a和31). 视觉刺激通常是一个尺寸和位置与掩模响应窗口相似的实心白色方形。

对于反向学习,使用带有两个响应窗口的掩码(请参见图3a). 对于小鼠,两个响应窗口通常为7.0×7.5 cm,位于中央,窗口间距0.5 cm,高于网格地板1.5 cm。对于大鼠,两个响应窗口通常为10.0×10.0 cm,位于中央,窗口相距1.0 cm,或者离地面2.5 cm,没有架子,或者如果包括架子,则离地面16.0 cm。(其他掩码类型可能用于反转任务变量,例如三窗口Object-Location Paired-Associates Learning掩码)。视觉刺激通常从一组定制的图像中选择(例如,参见图3c和31). 最近的开发工作已经证明使用模式作为刺激(例如。,图3d)可以提高视觉辨别的速度和程度(Mar等人,《测量行为会议》,乌得勒支,2012年8月)。

对于5-CSRT任务,应在屏幕前插入一个五选口罩(参见图4a). 对于小鼠来说,五个反应窗口通常是2.0-4.0×2.0-4.0厘米的正方形,位于中心,窗口间隔1.0厘米,高于网格地板1.5厘米。对于大鼠,五个响应窗口通常为2.0-3.0×2.0-3.0 cm正方形,位于中心位置,窗口间距为1.0-1.5 cm,距网格地板1.5-2.0 cm。对于老鼠,不使用架子。视觉刺激通常是一个尺寸和位置与遮罩响应窗口相似的实心白色方形。

控制软件和设备

控制软件可从操作室供应商处购买,例如“Whisker Server”95; ELO软件(ELO Touchsystems Inc.)。多个腔室可以由一台计算机控制,但重要的是要检查是否满足最低系统要求(例如内存和显卡),以防止刺激呈现和腔室响应出现延迟。所有任务软件均基于早期出版物,可从Campden Instruments Ltd.获得用户指南和技术支持(某些情况下不包括最近的修改),某些情况下还可从Med Associates Inc.(K-Limbic)或其他供应商处获得。或者,可以使用通用编程语言(例如,Visual Basic 6.0(Microsoft、Redmond、WA))对软件进行编程。

程序

预培训准备

  • 1.如果没有必要从外部来源将动物运输到设施,请直接执行步骤2。否则,在进行第3步之前,应允许运输的动物有至少7天的适应期,可以自由获取食物和水。驯化4天后,开始基本的搬运和称重程序(步骤2)。

关键步骤我们建议在规划和设计啮齿动物实验时,就畜牧业的各个方面咨询您的机构动物护理监管机构。

关键步骤一些小鼠队列的受试者之间的变异性相对较高,因此需要较大的样本量。在可能的情况下,样本量的计算应基于之前对该种动物的研究得出的功率计算,最好是来自同一动物供应商。我们建议尽量缩小受试队列的年龄范围,以减少潜在的年龄相关变异性。

关键步骤对于要进行灭绝测试的触摸屏幼稚动物,在进入灭绝培训步骤10A之前,遵循准备和预培训步骤1-7。对于要接受反向学习或5-CSRT任务训练的触摸屏幼稚动物,在进行反向学习训练(步骤10B)或5-CSRC训练(步骤10 C)之前,遵循准备和所有预训练步骤1-9。如果受试者之前在电池中接受过另一个仪器触摸屏任务的培训和测试,请保持饮食限制,并在之前运行的最高预培训步骤开始培训。

  • 2.连续三天称量每只动物的体重,并计算每只动物自由进食的平均体重。

关键步骤确保在整个实验过程中能够稳定可靠地识别每只动物。

  • 3.开始食品限制,遵守机构和国家指南。通过控制每天给动物的食物量(例如,对于大鼠,每100克体重约7克食物;对于小鼠,每25-35克小鼠摄入2-3克食物)。当动物接近目标体重时,开始第4步。在整个触摸屏测试过程中保持食物限制。

关键步骤重要的是每天(小鼠)或每周两次(大鼠)检查动物的体重,直到达到目标体重。这也有助于使动物习惯于被处理。目的是避免每天体重下降超过5%,避免免费喂养时体重下降低于85%。

关键步骤如果开始限食时动物尚未完全发育成熟,则应根据该物种/菌株的已知生长曲线每周向上调整目标体重,以考虑足以确保正常发育的额外体重增加(参见试剂设置).

  • 4.在笼子内引入奖励(颗粒或奶昔),使动物适应1-3天。牢骚满腹的奖励可能会分散在笼子地板上;液体奖励应该倒在一个宽而浅的盘子里。

训练前

  • 5.设置仪器(参见材料)用于预培训阶段(实验设计–第1阶段),打开所有电子元件,使受试者能够适应这些元件。在本步骤和所有后续步骤中,根据任务需要使用触摸屏掩码和刺激(请参阅设备设置). 虽然在第一阶段没有必要运行任何软件,但如果有必要的仪器和软件,我们建议记录受试者的活动。如果计算机程序没有自动执行此操作,请在会话之前手动将约10粒奖励颗粒或0.2毫升液体奖励放入每个腔室的弹匣中。将每只啮齿动物放在指定的房间内30分钟。取出啮齿动物并检查是否已吃光所有奖励。将每只动物放回各自的笼子。进入第6步的标准是在一个会话中连续2个会话消耗所有奖励。

关键步骤除非有其他实验原因需要调整预训练进度,否则动物的达标标准通常可以在随后的测试环节中移至第6步(参见实验设计). 过度习惯化可能会阻碍某些动物的操作性学习。

关键步骤动物在训练期间接受奖励时需要较少的标准啮齿动物食物颗粒;根据需要调整每日食物限额,以保持目标体重。保持步骤3中描述的动物称重程序。如果在行为测试之前或测试过程中笼子内的动物之间存在较大的体重差异,请考虑在将动物放回笼子之前单独喂养动物,以更好地控制动物的每日摄入量。

关键步骤由于实验环境的变化会影响动物的行为表现,因此,要在每天大约相同的时间训练、称重和喂食每只动物,对每只动物使用相同的操作盒,并让相同的实验者或一组实验者进行实验。尝试平衡试验组的试验室和试验时间。

关键步骤应定期清洁操作室(例如,一周一次或多次),以避免在敏感任务阶段环境发生变化,确保触摸屏和红外光束保持最大灵敏度,并防止污垢和粪便堆积。我们通常拆除内腔(尽可能),并使用纸巾或硬刷用表面消毒剂(例如TriGene®和70%乙醇)清洁。

  • 6.按照中的详细说明设置设备材料和第2阶段的软件程序,设置详见实验设计。对于使用单个位置的消光,只应使用该单个位置来显示刺激。将每个受试者放在指定的房间里,开始训练。60分钟或100次试验(大鼠)/30次试验(老鼠)完成后,会话结束,以先到者为准。会话结束后,将每只动物放回各自的笼子。当个体受试者达到在60分钟内完成所有30项试验(小鼠)或60项试验(大鼠)的标准时,将其推进下一个训练阶段。达到标准后,可以立即将动物移至第6步进行训练。

关键步骤除非有其他实验原因需要调整预训练进度,否则动物的达标标准通常可以在随后的测试环节中移至步骤7(参见实验设计). 过度的巴甫洛夫训练暴露可能会阻碍一些动物后来的操作性学习。

关键步骤在每堂课结束时,记录每个受试者的关键数据(例如,正确回答的次数、完成的试验次数),以防计算机故障。然而,大多数软件程序会记录许多其他度量(请参阅实验设计).

关键步骤如果在实验开始前测试操作的效果(参见中的案例1实验设计)确保实验组和对照组的动物通过限制每次试验的次数来适应最低应答者,从而完成每次试验的可比次数。

  • 7.使用第3阶段的软件程序重复步骤6中的程序,设置详见实验设计。对于要进行灭绝测试的动物,在达到本步骤的标准后,继续执行步骤10。
  • 8.如果您的程序没有自动执行此操作,请在运行此步骤的软件之前,手动向杂志中提供单个免费奖励。使用第4阶段的软件程序重复步骤6中的程序,详见实验设计.
  • 9.使用不同的软件程序进行步骤8中的步骤5(参见实验设计). 完成这一阶段的标准是在60分钟内(大鼠)完成所有正确率≥80%的试验(不包括纠正试验),或在35分钟内(小鼠)完成所有连续两次试验的正确率≥75%的试验。对于接受5-CSRT任务训练的动物,如果在最终5-CSRT工作方案中不需要ITI(例如,增加任务难度或将大鼠用作受试者(参见实验设计),在执行此步骤和所有预培训步骤时,将ITI设置为0 s。此外,由于在5-CSRT培训(步骤10C)期间没有进行纠正试验,因此也可以根据需要从当前步骤中删除这些试验。

关键步骤动物完成预训练所需的天数可能会有所不同。我们建议当动物在第9步达到标准时“休息”,进行“提醒”环节,然后重新设定所有受试者的角色,以便整个小组可以在同一天进行特定的触摸屏任务,除非有特定的实验原因需要这样做(参见实验设计).

关键步骤如果受试者计划在训练前但任务获得前接受实验治疗(案例2,实验设计),现在执行这些操作(完成步骤9后)。在步骤9(阶段5,实验设计)在特定任务培训之前。

关键步骤根据完成预培训所需的课时数量,尝试平衡实验组。

任务

  • 10.继续执行灭绝(选项A)、反向学习(选项B)或5选项连续反应时间任务(选项C)。

A) 灭火

i、。收购

每周5-7天,每天进行一次采集训练。保持与预培训期间相同的设备设置,并使用此阶段的软件程序进行设置,详见实验设计.将每个受试者放入指定的房间并开始课程。对于老鼠来说,这个过程要么在30分钟后结束,要么在30次试验完成后结束(以先到者为准)。对于大鼠,每节课可以进行更多的试验(例如60+)。会话结束后,将每只动物放回各自的笼子。

如果在消退阶段之前需要更短的采集程序,只需继续第7步中的受试者培训(预培训阶段3,实验设计)直到达到该采集阶段的标准,并继续执行步骤10Aiii。

关键步骤如果使用了多响应窗口掩码(请参见设备设置)可以对额外的任务获取阶段进行编程,以便触摸空白位置会导致刺激偏移和超时(参见第9步和第5步中的预训练阶段实验设计). 触摸空白(即不包含刺激)的反应窗口应在此处和所有后续实验阶段进行测量。这种方法可以帮助确定动物是对视觉刺激产生特定的反应,还是只是接近触摸屏。

关键步骤如果在实验或任务获取开始之前测试操作的效果(案例1和案例2,实验设计)确保实验组和对照组的动物在整个任务获取过程中完成每个会话的可比试验次数。

关键步骤在每节课结束时,记录每个受试者的关键数据(例如,完成的试验次数、所需时间),以防计算机出现故障。然而,大多数软件程序会记录许多其他度量(请参阅实验设计).

ii、。继续采办培训

这项任务的获得标准是在连续五个疗程的12.5分钟内(小鼠)完成所有试验。对于大鼠,留出更多时间,例如25分钟。在大多数实验情况下(例如,情况1和2),我们建议当受试者达到这一标准时,单独进行灭绝训练(步骤10Aiii.)(见实验设计供讨论和备选方案)。如果受试者计划在采集后但在步骤10Aiii之前接受实验治疗。(例如,案例3,参见实验设计),我们建议在所有动物一次达到标准时进行这些操作,根据采集性能平衡控制组和实验组,然后重新设定基准(参见实验设计).

(三)。灭绝

按照步骤10Ai.进行操作。,但使用软件程序进行消光阶段,如实验设计。对于小鼠,会话在最多30次试验(或大约10分钟)后终止。对于大鼠,可能需要进行更多的试验(例如60+),因此需要时间。

(四)。继续绝种训练

对于每个受试者,直到他们达到连续两次试验的标准,且遗漏率≥77%(即对于小鼠,30次试验中至少有23次)。如果对消光后实验操作不感兴趣,我们建议对受试者进行不少于十次的消光试验,以便绘制群体消光曲线。如果他们感兴趣,当满足消光标准时,将受试者单独推进至步骤10A v。

关键步骤在每次绝育结束时,记录每个受试者的关键数据(例如,完成的试验数量、遗漏的数量),以防计算机出现故障。每天对这些进行分析,以确定每个受试者是否符合标准。

关键步骤除了扣留食物奖励外,还应扣留光和音调“条件强化物”,因为它们可能足以在灭绝期间保持反应。该方案的变体可用于测试条件强化刺激在无食物奖励的情况下,通过呈现刺激,但忽略食物奖励,在灭绝期间保持反应的能力。

(v)。灭绝后的实验操作

可以进行几次消光后操作。(参见实验设计). 以下描述了一些已发布的恢复程序示例46.按照与步骤10Aiii类似的方式进行。,但对基本消光软件程序进行了微小修改:

  • 通过或有部分重新暴露奖励结果,恢复工具响应。使用软件程序评估这一点,其中奖励和所有条件强化物(例如,音调、杂志灯)在一个疗程的前几个试验(例如,6)中,在适当的触摸反应后立即发送,而在其余试验中没有奖励或条件强化物。
  • 通过非一致部分重新暴露奖励结果,恢复工具响应。使用一个软件程序评估这一点,在该程序中,在一个疗程的前几个试验(例如,6)中,刺激抵消后,奖励和条件强化物会延迟交付(例如,4秒),而在剩下的试验中没有奖励或条件强化物。
  • 仅通过条件强化物的偶然再暴露恢复仪器响应。使用一个软件程序评估这一点,在该程序中,在所有测试中,在适当的触摸响应后立即提供条件强化物(例如,音调、杂志灯光,但没有奖励)。
  • 通过非一致性再暴露条件强化物恢复仪器响应。使用一个软件程序评估这一点,在该程序中,在整个疗程的所有试验中,在刺激抵消后,条件强化物(例如,音调、杂志灯光,但没有奖励)在一定的延迟(例如,4s)下传递。

不及物动词。数据分析

分析采集和消亡阶段的以下性能度量:

  • 每个灭绝会话中的响应数量(以及相反的遗漏)
  • 单位时间的响应率(例如每分钟)
  • 完成会话所花费的时间
  • 达到标准所需的试验和/或疗程数量
  • 对刺激作出反应所用的时间(反应潜伏期)
  • 检索奖励(获取)或检查食物杂志(灭绝)所花费的时间(杂志延迟)
  • 如果适用,可以通过计算恢复期间的响应与最后一次消光期间的响应之间的差异来确定仪器响应的恢复。

B) 逆向学习

i、。视觉辨别能力获得培训

当受试者准备好开始任务训练时,根据完成预训练所需的训练次数,平衡刺激对意外事件的奖励(例如,大约一半的每组接受给定的刺激,如CS+,另一半为CS-,其余的则相反)。开始每周5-7天进行一次每日一次的视觉识别训练。提供单一免费奖励(如果您的程序没有自动完成)。按照中对此任务的详细说明设置设备材料以及此阶段的软件程序,其设置详见实验设计每个科目都有适当的奖励或有事项。将每个主题放在指定的房间里,然后开始课程。60分钟或完成100次试验(大鼠)/30次试验(小鼠)(以先到者为准)后,会话结束。会话结束后,将每只动物放回各自的笼子。

关键步骤仔细考虑你选择的刺激方案。任何新的刺激组合都应预先评估刺激偏差-参见实验设计31.

关键步骤在测试的第一天仔细监测视觉刺激偏差(见数据分析,步骤10Bvi)。如果动物表现出强烈的刺激偏差,考虑修改刺激。

关键步骤考虑到训练开始时的表现是偶然的,将训练时间限制为60分钟内50次试验(大鼠)/15次试验(小鼠),至少进行2次训练。继续进行,直到受试者能够在30分钟内完成这项工作。给每个受试者一个偶数目的减少疗程,这样他们就可以合并成完整的100(或30)个试验疗程进行分析。如果受试者完成的试验少于要求的次数,则错过的试验可能会添加到下一个疗程所需的试验中(如果少于10次),或在新的疗程中进行。

关键步骤如果在实验或任务获取开始之前测试操作的效果(案例1和案例2,请参见实验设计)确保实验组和对照组的动物在整个任务获取过程中完成每个会话的可比试验次数。限制每次试验的次数,以适应最低响应者。

关键步骤在每堂课结束时,记录每个受试者的关键数据(例如,正确回答的次数、完成的试验次数),以防计算机故障。然而,大多数软件程序会记录许多其他度量(请参阅实验设计).

关键步骤由于不同菌株在这项任务中的表现不同,因此可以相应地调整性能标准。

ii、。继续采办培训

直到达到采集标准。该任务的获取标准是连续两次完成所有试验,准确率≥80%,或者85%(例如,)(不包括校正试验)。反向学习可能是最重要的,因此无论实验操作如何(例如,案例1-4,参见实验设计),我们建议在动物达到标准时进行“休息”,并进行“提醒”,直到整个组达到标准,在此基础上,整个组可以在升级为StepBiii之前重新设定基准(参见实验设计详细信息和备选方案)。如果受试者计划在获得后但在反向学习之前接受实验治疗(案例3,参见实验设计)在所有动物达到标准(至少)一次后执行这些操作,根据捕获性能平衡控制组和实验组,然后重新设定基准。

(三)。反向学习

继续进行视觉辨别采集(上述步骤10Bi.)。请注意,软件程序中的奖励意外事件应针对每个主题进行逆转。

关键步骤当受到奖励意外事件逆转的挑战时,受试者的表现水平在最初的逆转会话中可能会下降到20%或更低的准确度。这些低强化率通常导致响应更少,每次治疗完成的试验数量更少。这可能会导致动物每次试验完成的试验数量出现较大差异,从而难以进行准确分析。为了说明这一点,试验可以限制在60分钟内进行50次试验(大鼠)/15次试验(小鼠),至少进行2次试验。继续进行,直到受试者能够在30分钟内完成所有试验。给每个受试者一个偶数目的这些减少的疗程,以便将它们合并成完整的100(或30)个试验疗程进行分析。如果受试者完成的试验少于要求的次数,则错过的试验可能会添加到下一个疗程所需的试验中(如果少于10次),或在新的疗程中进行。

(四)。继续逆向学习培训

对于每个受试者,直到他们达到完成所有试验的标准,且准确率≥80%(例如,对于小鼠,30次试验中有24次正确反应),不包括纠正试验,连续两次。如果对反转后的实验操作不感兴趣,我们建议对受试者进行最少次数的测试(例如,对小鼠测试20次),以便绘制组反转曲线。如果受试者感兴趣,可以在达到逆转标准时将受试者单独推进到步骤10Bv,或者在达到标准时“休息”动物,并进行“提醒”训练,直到整个组达到标准,然后在进入步骤10Bv之前重新设定基线(参见实验设计详细信息和备选方案的讨论)。

(v)。事后实验操作

有几个选项,包括:

  • 连续或多次反向学习。在反转阶段(步骤10Bii-iv)初始完成后,使用相同的刺激物按照标准重复反转阶段。这种序列反转可以用来补充67以及添加不同的信息96到第一次反转时的观测值。或者,对于每个串联重复,可以使用一组新的刺激物连续重复辨别和反转(步骤10Bi-iv)。如果感兴趣的是受试者内部操作(例如药物治疗),则后一种方法可能特别有用。动物应该在颠倒顺序和实验治疗中适当平衡。
  • 刺激替代。在反转阶段,用新的刺激物替换CS+或CS-。当与多个反转(如上所述)一起执行时,通过适当的平衡,这种方法可能有助于分离过程,例如坚持以前奖励的选项或避免以前没有奖励的选项,这些选项可能会影响反转学习性能62(请参见实验设计)

不及物动词。数据分析

分别分析视觉辨别和反向学习阶段的绩效指标:

  • 准确度百分比,表示为正确试验次数除以试验总数乘以100。如果所有受试者都完成了一定的最少次数的训练,例如5、10、20次,那么这可能以习得或逆转曲线的形式出现。
  • 达到标准所需的会话、测试、正确和错误回答。
  • 刺激出现后对屏幕的平均正确和错误响应延迟。
  • 正确响应后检索奖励的平均杂志延迟。
  • 对刺激和/或反应位置的偏见百分比(尤其是在每只动物的第一次训练中)。
  • 坚持性反应,表示为每个错误反应的平均纠正试验次数97.

在反转阶段,还可以分析其他措施:

  • 坚持性错误和学习性错误的数量,按照不同的标准划分为学习阶段。在某些情况下,在10个试验箱中获得>50%的正确回答之前做出的错误回答被编码为坚持性错误,而在10个试验箱中获得≤50%的正确响应后做出的错误响应被编码为学习错误。我们通常推荐一种方法,该方法基于二项式分布概率确定的机会表现来定义持续性学习阶段和新的学习阶段(例如,在小于40(老鼠)或100(老鼠)的正确试验中出现的错误被编码为持续性,而在≥40(老鼠正确的试验编码为“新学习”)67此外,在可行的情况下,可以使用基于信号检测理论的相关方法将反向学习分为3个阶段96可计算出判别(d’)和偏差(c)的度量值,并将其与双尾标准值下的正态累积分布函数(CDF)进行比较(p<0.05)。当CDF(d')<0.05可被编码为持续性错误时,在0.05≤CDF(d')≤0.95之间的错误可编码为偶然性错误,而CDF(c')>0.95可编码为学习性错误。
  • Win-stay和Lose-shift百分比98Win-stay比例表示为正确答案的数量,然后是第二个正确答案,除以奖励答案的总数。损失移位表示为错误响应后正确响应的比例除以错误响应的总数。

C) 5种选择的连续反应时间任务

i、。5-CSRT培训

每周5-7天,每天进行一次5-CSRT培训。提供单一免费奖励(如果您的程序没有自动完成)。按照中对此任务的详细说明设置设备材料以及此阶段的软件程序,其设置详见实验设计设置适当的初始测试参数(参见表1):刺激持续时间,8s;ITI,5秒或0秒;有限持有,5秒;暂停,5秒。将每个受试者放在指定的房间内,开始课程。训练通常在60分钟或完成100次试验(大鼠)/40-60次试验(小鼠)后结束(以先到者为准)。会话结束后,将每只动物送回各自的家中笼子。

表1

故障排除
问题可能的原因解决方案
奖励消费不完全动物不太习惯奖励在家里的笼子里额外奖励几天
动物食物限制不足在法规允许的情况下,减少每日食物限额以减少动物体重
性能不稳定或较差动机不足或过度密切关注体重控制;考虑暂时分开喂食,以帮助平衡每日食物摄入量
厌恶面具或触摸屏通过在口罩上涂抹食物奖励(例如花生酱、颗粒或其他),增加对口罩和滤网的探索
在家庭笼子里过度打斗监控家庭笼子和动物的一般健康状况。考虑暂时分开喂食或永久分开喂食(但请注意,社会隔离是动物的压力源)
住房室内的压力源(例如噪音)经常观察房间和笼子,必要时移动
学习能力差可能有必要将其排除在实验之外
性能和/或试验完成突然下降触摸屏错误(例如无响应、不显示图像)重新启动系统;运行测试程序(如果可用);检查物理连接;清洁屏幕和红外阵列;重新校准屏幕;联系制造商
奖励交付停止或不一致检查物理堵塞/断开;检查计算机接口错误;代替
未检测到启动清洁库光束;检查物理连接;如果有故障,请更换
控制系统错误(软件或硬件)重新启动系统;检查物理连接;必要时更换硬件,联系供应商
动物似乎会进行异常低/高数量的运动束交叉(例如坎普登)红外线光束故障清洁的红外光束;检查红外发射器和探测器的位置;更换故障光束

关键步骤如果在实验或任务获取开始之前测试操作的效果(案例1和案例2,请参见实验设计)确保实验组和对照组的动物在5-CSRT训练期间完成每节课相当数量的试验。限制每次试验的次数,以适应最低响应者。

关键步骤在每堂课结束时,记录每个受试者的关键数据(例如,正确回答的次数、完成的试验次数),以防计算机故障。然而,大多数软件程序都会记录许多其他度量(参见数据分析,步骤10C vi)。

关键步骤作为视觉信号检测任务,5-CSRT性能对影响视觉刺激感知的参数(例如屏幕亮度、对比度或眩光、环境室照明、刺激大小和间距)敏感。这些参数的精确组合可能会使系统性能或多或少变得困难。因此,本阶段和以后阶段的性能标准可能需要相应地稍作修改。

关键步骤某些动物品系或实验组的感知能力可能不同。因此,可能需要相应修改本阶段和以后阶段的性能标准。

ii、。高级5-CSRT培训阶段

当个体受试者达到完成所有试验的标准,且反应准确率≥80%,试验遗漏率≤20%(刺激持续时间为8秒)时,按照步骤10C i继续训练,刺激持续时间缩短为4秒。

(三)。高级5-CSRT培训阶段

当个体受试者达到完成所有试验的标准,反应准确率≥80%,试验遗漏率≤20%(刺激持续时间为4s)时,按照步骤10C i继续训练,刺激持续时间缩短为2s。

(四)。继续5-CSRT培训

5-CSRT训练通常是训练后探针操作的前奏,因此在此阶段确保稳定的性能水平非常重要。在大多数实验案例中,我们建议在进入探针之前同步动物(参见实验设计). 因此,当个别受试者达到完成所有试验的标准,且反应准确率≥80%,试验遗漏率≤20%(刺激持续时间为2s)时,我们建议用“提醒”环节“休息”他们,直到整个组达到标准(至少)一次,在此基础上,在进行探测之前,可以对整个组进行重新定位(参见实验设计详细信息和备选方案)。如果受试者计划在训练后但在探针测试前接受实验治疗(例如,案例3,参见实验设计)在所有动物达到标准(至少)一次后,根据训练成绩平衡控制组和实验组,然后重新调整。为了重新设定基准,我们建议继续训练,直到受试者至少连续3次表现稳定(准确率≥80%,遗漏率≤20%)。

(v)。训练后探头

根据实验的目的,可以实施基本5-CSRT程序的不同变体,以探索注意力和抑制控制的各个方面。我们描述了基本任务的一些常见操作。要进行这些训练后探针测试,请按照步骤10C iv.进行,但要修改软件和/或实验参数,如下所述。瞬态处理可以以适当的控制方式进行(例如,案例4,拉丁方设计,实验设计).

  • 可变刺激持续时间:任务的注意力需求可以通过减少刺激持续时间来挑战,例如,从2秒(基线刺激持续时间)减少到1.5、1、0.8、0.6、0.4或0.2秒。可以使用会话间方法,其中每个会话(或两个连续会话)显示一个单次刺激持续时间,然后是至少2个“基线”刺激持续时间为2s的训练,以确保在随后的挑战训练之前恢复稳定的基线表现。如果刺激持续时间是按顺序(如降序)而非平衡(如拉丁方设计)给出的,则这些插值基线会话也有助于抵消顺序效应。或者,可以使用会话内方法,其中在一个会话内的试验中随机呈现几个不同的刺激持续时间(例如,0.8、0.6、0.4和0.2秒),每个会话的演示次数大致相同。
  • 增加试验和会话长度:为了进一步提高5-CSRT任务的注意力要求,使用预定的刺激持续时间(例如2 s基线),但将一次试验的次数增加到100-200次(大鼠为150-300次),并将最大持续时间从60分钟延长到90分钟。
  • 可变延迟:通过改变目标呈现前的延迟,改变目标发生的可预测性,可以增加任务的注意力需求。这种操作也可用于观察反应偏差的相应变化(例如,试验遗漏或过早反应)103.对于可变延迟,使用预定的刺激持续时间(例如2 s基线),但在刺激开始之前减少(例如2-4 s)或增加(例如8-10 s)延迟时间。对于上述可变刺激持续时间,可变延迟可以在会话间或会话内方式实现。由于动物很容易适应这种操作,因此通过足够数量的“基线”会话(例如3-4)对每个探测会话进行空间重复演示非常重要。
  • 降低刺激亮度:要通过降低刺激的可检测性来增加注意力需求,请使用预定的刺激持续时间(例如,2 s基线),但要降低白色方形刺激的亮度。刺激物的对比度也可能改变为类似的效果。

关键步骤在探究过程中,所有实验组的受试者都必须完成相当数量的试验。限制每次试验的次数,以适应最低响应者。

不及物动词。数据分析

分析5-CSRT培训的绩效衡量指标,并探究个别课程和/或特定试验类型的连续多天平均值的绩效。

  • 准确度:正确百分比,根据对正确位置作出响应的所有试验计算,除以正确和错误试验的总数。这一指标通常被用作注意力控制的主要指标。
  • 遗漏:动物没有反应的所有试验的百分比。遗漏通常被用作衡量整体注意过程的指标,但也可能对感官、运动或动机因素的差异敏感。
  • 正确和错误反应延迟:刺激出现在屏幕上和动物做出正确或错误触摸反应之间的时间。省略的试验不包括在内。这些潜伏期通常用于评估认知处理速度,但也可能受到动机和运动因素的影响。
  • 杂志延迟:正确响应后收集奖励的时间。该变量用于评估动机和/或运动控制。
  • 过早反应:在刺激出现之前的延迟期内触摸屏幕。通常用于衡量“等待”冲动。
  • 记录每个受试者在预训练的每个阶段以及5-CSRT训练中呈现的每个刺激持续时间达到标准表现所需的训练次数。如果主要5-CSRT表现出现了总赤字,这将特别有用。
  • 通过将会话划分为10个试块并计算每个试块的准确率或遗漏率,可以评估整个会话的注意力表现。
  • 坚持不懈的正确回应是在正确回应之后,在领取奖励之前进行的额外屏幕触摸;这些通常被用来衡量强迫性。
  • 坚持不懈的错误回应是在错误回应之后,在暂停期间做出的额外回应;这些通常被用来衡量强迫性。

计时

通常,从第5步开始,每次测试最多允许约80分钟(例如,60分钟的测试时间,外加20分钟的额外时间,用于将动物从测试室运送到测试室、设置软件等)。消退阶段所需的时间更少(例如,在采集步骤10A i-iii期间不到30分钟),在消退阶段不到15分钟(对于小鼠)。每个程序步骤的大致时间以会话数表示如下。这些时间是根据我们的经验估计的,反映了任务每个阶段动物的平均队列。这些估计基于每日训练,每周5-7天。这些估计值取决于几个因素,包括压力、年龄、食物匮乏程度和以往的检测经验。

预培训准备,步骤1-4

~6或10(3+7)天。时间取决于动物是否是从外部来源获得的,在这种情况下,在开始限制进食之前需要7天的适应期。驯化后,在开始第1阶段预训练之前,允许大约3天的初始食物限制。动物抵达后约2天即可开始定期搬运和称重。为每只动物每天预留约5分钟的平均时间。

预训练,步骤5-9

约10-15次。请注意,当使用具有较小响应窗口(例如<3.0×3.0 cm)的口罩和/或如果需要重新调整时,预训练可能需要更长的时间(例如,约10-30次训练)。还要注意的是,只有在对动物进行测试的第一个仪器任务之前,才需要进行全面的预训练。在测试其他触摸屏任务之前,通常应该从之前达到的最高预训练阶段开始测试动物。由于训练有素,他们可能会在相对较少的训练后超越这一阶段。

消光(采集阶段),步骤10A i-ii

备选方案i.-a.:5-20届会议;选项i.-b.:5-10次。

熄灭(熄灭阶段),步骤10Aiii-iv

6-20次会议。

灭绝(灭绝后实验操作),Step10Av

这涉及的会话数量有限,但有些可能需要长达数周的时间,而不需要在探测之前进行测试。

视觉辨别获取,步骤10Bi-ii

用标准视觉刺激达到习得标准所需的平均会话数为~5-6(大鼠)/~8-10(小鼠)。请注意,如果需要“休息”和“重新定位”(例如,在步骤10Biii之前),则可能需要额外的会话。

反向学习,步骤10Biii-iv

为了在逆转过程中达到标准,小鼠通常需要400-500次试验(13-16次),而Lister Hooded大鼠大约需要600-700次试验(6-7次)。

5-CSRT培训,步骤10Ci-iv

12-30节课。

5-CSRT探针,步骤10Cv

对于大鼠,大约1-21个疗程。对于一些较长的训练方案(例如,>30),小鼠可能需要更多的训练(请参阅程序)

故障排除

有关触摸屏操作室测试方法的一般故障排除建议,请参阅表1未能通过预训练或获取阶段的动物,可能是由于动力不足、视力受损或严重的运动缺陷,不能在获取后阶段进行测试,例如灭绝和逆转学习。研究人员可能希望设定通过这些阶段的最大次数(例如,第2步20次,第3-4步20次),并排除但注意并报告未能达到这些阈值的性能标准的动物。

在5-CSRT培训和探索课程中,所有可用试验都被大量遗漏或未完成,这可能表明缺乏动力。在训练过程中,如果你怀疑过度进食可能会导致动力不足,你可以推迟给受试者喂食,并在2小时后重新测试。如果问题确实是动机不足,则应改进绩效。确认了这一点后,注意不要再次过量喂食,并使第二天的低动力循环持续下去。

预期结果

灭绝

对于C57BL/6J小鼠品系(或与C57BL/6J杂交的突变小鼠),获取通常需要5-20个疗程,而灭绝平均不到10个疗程(参见图2d-e13). 然而,这些性能配置文件在不同的鼠标菌株之间可能会有显著差异。例如,另一个常用的近交系DBA/2J在这一任务上表现出比C57BL/6J株慢得多的灭绝速度。在分析未回交到同源C57BL/6J背景的突变小鼠的灭绝时,应考虑这些菌株差异。这种差异也可能是使用不同鼠种执行此任务的一个因素。

反向学习

图3在大鼠中表现出典型的逆转表现(e(电子))和老鼠((f)). 请注意,表现因应变、年龄、使用的刺激和以前的测试经验而异。

5-CSRT公司

请参见图4c-d例如。

致谢

这里描述的协议是我们实验室目前使用的协议,由该小组当前成员编写。然而,许多研究人员为触摸屏任务的开发做出了贡献,我们谨感谢他们的贡献。他们包括苏珊·巴特科、乔纳森·布里格曼、苏珊娜·福伍德、卡罗琳·格雷贝尔、艾丽西娅·伊兹奎尔多、路易莎·里昂、阿妮莉丝·马蒂、凯蒂·麦卡利斯特、斯蒂芬妮·麦克提格、杰斯·尼提亚南特哈拉、卡罗拉·隆伯格、约翰·塔尔波斯和博伊尔·温特斯。还感谢Martha Hvoslef-Eide博士在创建和修改口罩示意图和流程图方面的帮助。

根据115008号赠款协议,导致这些结果的研究得到了创新医学倡议联合事业的支持,其中的资源包括EFPIA实物捐助和欧盟第七框架计划的财政捐助[FP7/2007-2013];Wellcome Trust/MRC[089703/Z/09/Z]和英国阿尔茨海默病研究院[ART/PG2006/5]。A.E.H.根据第241995号赠款协议(“GENCODYS”项目)和第242167号赠款协议,从欧洲联盟第七框架计划获得资金。J.A.得到了瑞典药物科学院的支持。A.H.得到了NIAAA校内研究项目(ZIA AA000411)的支持。

脚注

竞争性金融利益:Campden Instruments Ltd.的L.M.S.和T.J.B.顾问A.E.H.是Synome Ltd.的员工。

参与者信息

亚当·马尔,英国剑桥大学心理学系和英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所;ku.ca.mac@286ma电话:01223 766157;传真:01223 333564。

Alexa E.Horner,Synome有限公司,英国剑桥Babraham研究院Moneta大楼,英国剑桥大学心理学系,英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所。

西蒙·尼尔森,英国剑桥大学心理学系和英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所。

约翰·阿尔西奥,英国剑桥大学心理学系和英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所。

Brianne A.Kent,英国剑桥大学心理学系和英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所。

金智勋,英国剑桥大学心理学系和英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所。

安德鲁·霍姆斯,美国马里兰州贝塞斯达国立卫生研究院国家酒精滥用和酒精中毒研究所行为和基因组神经科学实验室。

Lisa M.Saksida,英国剑桥大学心理学系和英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所。

蒂莫西·J·布西,英国剑桥大学心理学系和英国剑桥大学行为与临床神经科学研究所。

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