We thank G. Pruzzo for his excellent technical assistance and the IIT mechanical workshop for help in building our new apparatus. This research was supported by the Istituto Italiano di Tecnologia, the Marie Curie FP7-Reintegration-Grant N&#176;268247, and by the Italian Ministry of Health Grants for Young Researchers (GR-2010-2315883).

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The authors declare that they have no financial conflicts of interest.

In dieser Studie stellen wir eine neue automatisierte Zwei-Kammer-ID / ED &quot;Operon&quot; Aufgabe für Mäuse, die in der Lage, zuverlässig zu messen kognitive Flexibilität durch Umkehr Lernen, Aufmerksamkeits Satz Bildung und Verschiebung ist. Dieses Paradigma ist analog zu der WCST und ID / ED Aufgaben häufig in menschlichen und nicht-menschlichen Primaten verwendet und überwindet die Hauptbeschränkungen der Vorgängerversionen für Nager. Dieses Operon Paradigma als neues wirksames Instrument für große Drogen-und / oder relevanten kognitiven (dys) Funktionen bei Mäusen mit hoher Relevanz für die translationale Medizin genetischen Screenings verwendet werden. Dieser automatisierte Aufgabe haben folgende Vorteile gegenüber bisher verwendeten ID / ED Aufgabe für Nager: (1) es hat weniger arbeitsintensive Verfahren als die manuelle Version (zB die Software regelt alle Phasen der Aufgabe, stark abnehmenden Interventionen durch die. Versuchsleiter); (2) es keine Quelle von Subjektivität in der gemessenen Para beseitigtter (beispielsweise der Experimentator nicht erforderlich ist, um zu beurteilen, ob das Tier tatsächlich Wahl response); (3) Damit entfällt jegliche Möglichkeit, die Mäuse könnten Verstärkung bezogene Hinweise, um eine Antwort zu machen folgen (dh der Lohn wird immer automatisch in der Mitte Magazin geliefert); (4) es beliebige Umgebungsbedingungen vermeidet (zB Verwendung von Irrgärten und ein Gerät in verschiedenen Größen / Materialien, die Verwendung von Hand hergestellt Cue Stimuli); (5) es ermöglicht die Manipulation von drei verschiedenen Dimensionen mit einem großen Bereich unterschiedlicher Stimuli gemäß den äquivalenten Tasks in der Klinik verwendet. Hier präsentieren wir nur Daten von Mäusen, aber ähnliche Vorteile können auch für Ratten zu erwarten. Es gibt kritische Schritte in der Aufgabe, die interne Konstrukt-Validität Parameter, um verwendet werden, um Aufmerksamkeits areliable Set-Schaltperformance zu identifizieren sind: i) schlechtere Leistung in der EDS-compared zur vorherigen Stufen ii) eine allgemeine Verbesserung von IDS zu IDS2; iii) eine bestimmte Verbesserung in aufeinander folgenden Umkehrstufen, da die mehr ein Tier in im eingestellten Auflösungen trainiert, desto besser sollte es bei zukünftigen innerhalb liegenden Umkehrungen 20 durchzuführen; iv) eine bessere Leistung in der EDSRe im Vergleich zu den EDS. Dieser Roman ID / ED-Operon Aufgabe stellt alle diese Funktionen, im Einklang mit früheren Studien an Primaten mit der CANTAB ID / ED Aufgabe und bei Nagern mit dem Handbuch &quot;Graben&quot; Version 12,13. Außerdem wurde jede Stufe dieser automatisierten Task in eine äquivalente Anzahl von Versuchen ungeachtet des / relevant irrelevant Dimension (dh, Geruch, Textur und Licht) 19 gelernt. Dies zeigte, dass alle Stimuli haben ähnliche Salienz und eignen sich zur Aufmerksamkeits Set-Bildung und / oder Schalten. Unsere Experimente zeigen, dass die Schwierigkeit bei der Lösung des EDS wird auch durch die Zunahme der Latenzzeiten hervorgehoben. Bearbeitungszeiterhöht, um eine optimale Genauigkeit bei schwerer Diskriminierungen 21 aufrecht zu erhalten. So, unter Berücksichtigung der Latenzzeit, um als Index der Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung, Entscheidungsfindung und Problemlösung 18 zu reagieren, die langsameren Latenzzeiten während der EDS eine Strategie angenommen, um die Schwierigkeiten bei der Lösung des Set-Verschiebung Gesicht widerspiegeln könnten. Wir haben gezeigt, dass unsere neue Vorrichtung kann effektiv mit mehr &quot;klassische&quot; Aufmerksamkeits Set-Shifting Paradigma beschäftigt nur zwei Dimensionen während des Tests (dh der zweidimensionalen) verwendet werden, oder mit einem fest-in-Set-Paradigma, was bedeutet, die Verwendung von drei Dimensionen. Je nach auf die kognitiven Funktionen von Interesse ist, ist es möglich, die am besten geeignete Protokoll auszuwählen. Beide Paradigmen wurden zuvor in Menschen, Primaten und Nagetieren 7,12-17 verwendet. Allerdings ist der Stuck-in-Set Verfahren in der Lage, zwischen den verschiedenen Komponenten des Set-Verschiebung zu unterscheiden und ist amErz selektive Maßnahme der Frontallappen Funktionieren bei menschlichen Patienten 7,22. Weiterhin ein Problem, das in der zweidimensionalen Paradigmen auftreten könnten, ist die gelernt Irrelevanz Das könnte Bias der Ergebnisse. Gelernt Irrelevanz perseveration bezieht sich auf die Unfähigkeit, zu besuchen und sich über Informationen, die zuvor nicht relevant 7 war. Diese Situation kann in der EDS-Phase des zweidimensionalen Paradigma auftreten, wenn die Person erforderlich ist, die Aufmerksamkeit auf die zuvor irrelevant Dimension zu verschieben. In diesem Fall ist es praktisch unmöglich, zu erkennen, ob ein EDS Defizit aufgrund der Unfähigkeit, die Aufmerksamkeit von einem zuvor relevanten Dimension und / oder der Unfähigkeit, die Aufmerksamkeit nun zu verschieben, um eine zuvor irrelevant Dimension zu verschieben. Wertminderung können dann nur spiegeln die aktive Hemmung der Reaktion auf eine Dimension zuvor durch seine zufällige Assoziation mit Verstärkungs Feedback irrelevant gemacht. Im Gegensatz dazu ist in der fest-in-Set condition, Versäumnis, auf die neue relevante Dimension verschieben können nicht auf eine früher erworbener Kenntnisse über diese Dimension, da sie vorher nicht erlebt zugeschrieben werden. Versagen, reflektiert daher perseveration zum zuvor relevanten Dimension. Im Ergebnis, selbst wenn in der normalen Wildtyp-Mäusen der &quot;stuck-in-Set&quot; und dem &quot;Zwei-Dimension&quot; Aufmerksamkeits Set-Shifting Paradigmen könnten ähnliche Ergebnisse zu erzielen, die wir ausdrücklich bevorzugen die fest-in-Set perseveration für die Gründe diskutiert über.

Aufmerksamkeits Satz Verschiebung ist ein Maß für die kognitive Flexibilität und Exekutivfunktionen 1. Er bezieht sich auf die Fähigkeit, zwischen beliebigen internen Regeln (&quot;kognitive Aufmerksamkeitssätze&quot;) zu wechseln. Die am häufigsten verwendeten neuropsychologische Aufgaben für die Messung von Aufmerksamkeits Set-Shifting und kognitive Flexibilität beim Menschen sind die Wisconsin Card Sorting Test (WCST) 2 und eine neuere und verfeinerte Version: die intra- und extra dimensionale Aufmerksamkeits Set-Shifting (ID / ED) der Cambridge neuropsychologischer Test Automatische Batterie (CANTAB) 3,4. Diese Aufgaben wurden verwendet, um spezifische kognitive Anomalien in einem breiten Spektrum von psychischen Störungen einschließlich Autismus 5, 6 Schizophrenie, Parkinson-Krankheit 7, Zwangsstörungen 8 und Aufmerksamkeitsdefizit / hyperaktive Störungen 9 zu identifizieren. Die klinische Relevanz und solide methodische Ansatz des WCST und dem ID / ED Tests attracted Interesse an der Durchführung ähnlicher Tests in der präklinischen Forschung 10,11. Diese Aufgaben ermöglichen die selektive Messung im gleichen Thema unterschiedliche kognitive Fähigkeiten wie diskriminierende Lernen, Umkehr Lernen, Bildung einer Aufmerksamkeits Satz, Verlagerung der Aufmerksamkeit innerhalb der gleichen Dimension (. Dh Intradimensionswechsel: IDS) und zwischen den verschiedenen Wahrnehmungsdimensionen (dh, extra-dimensionale Verschiebung:. EDS). Dies ist entscheidend, weil unterschiedliche Hirnschaltkreisen sowie Neuropathologie könnten diese verschiedenen kognitiven Funktionen in unterschiedlicher Weise zu verändern. Zum Beispiel hat eine doppelte Spaltung oder funktionelle Spezialisierung Wirkung zwischen dem lateralen (bei Affen und Menschen) / medial (in Nagern) und Bahnbereiche des PFC in den betrachteten Satz Verschiebungsaufgaben gezeigt. Während der orbitofrontalen Kortex ist in den Umkehrphasen dieser Aufgaben eingebunden, die laterale / mediale PFC Region regelt die extradimensionalen Schaltstufen12-14. Nagetier-Versionen dieser Aufmerksamkeits Set-Shifting-Tests für Primaten wurden erfolgreich erzeugt 13-16. Doch einige Aspekte dieser Nager-Versionen wurden die Begrenzung ihrer Anwendungen und die Nutzung. Beispielsweise werden diese Aufgaben manuell ausführen und daher sehr arbeitsintensiv und schwierig zu standardisieren. Darüber hinaus könnte das Vorhandensein von Lebensmittel Verstärker in den Stimuli in einer zweideutigen Auslegung der Tier Antworten und potenziellen Verzerrung Wahl Fassungs 10 führen. Diese Merkmale haben den Durchsatz des Tests und, noch wichtiger, ihre Anwendung in großem Maßstab von genetischen und / oder Arzneimittel-Screening-Studien begrenzt. Um diese Einschränkungen zu überwinden und die Anwendungsmöglichkeiten der ID / ED Schalt Paradigmen bei Nagetieren zu verbessern, hier stellen wir eine neue Zweikammeroperante basierte Aufgabe, kognitive Flexibilität bei Mäusen zu testen. Diese neue Aufgabe, imitiert die ID / ED Aufgabe in der menschlichen und nicht verwendetmenschlichen Primaten und umgeht die Probleme der früheren Nagetier-Versionen.

<table><tbody><tr><td>Plexiglas walls and aluminum floor</td><td>Custom made</td><td></td><td>(16 x 16 x 16 cm for each chamber)</td></tr><tr><td>Plexiglas door&amp;nbsp;</td><td>Custom made</td><td></td><td></td></tr><tr><td>PC</td><td>Dell Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MED-PC IV software&amp;nbsp;</td><td>(Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>custom made</td><td>Use an operant code in order to automatically control the presentation of the stimuli and the sequence of the stages</td></tr><tr><td>Nose-poke hole&amp;nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>ENV-314M</td><td></td></tr><tr><td>Food magazine&amp;nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>ENV-303M</td><td></td></tr><tr><td>Pellet dispenser for food reinforcement&amp;nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>ENV-203-14P</td><td></td></tr><tr><td>Houselight&amp;nbsp;</td><td>Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>ENV-315M</td><td></td></tr><tr><td>Dilution olfactometer&amp;nbsp;</td><td>(Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>PHM-275</td><td></td></tr><tr><td>Liquid odorants</td><td>(Sigma Aldrich, Dorset, UK)</td><td></td><td>(see Table 1)</td></tr><tr><td>Mineral oil</td><td>(Sigma Aldrich, Dorset, UK)</td><td>M5904</td><td></td></tr><tr><td>Air pump and vacuum</td><td>(Med Associates, St. Albans, VT, USA)</td><td>PHM-280</td><td>Vacuum is recommended for scents removal at the end of each trial</td></tr><tr><td>Light-emitting diodes (LED)</td><td></td><td></td><td>High-intensity, transparent gem, 3 mm</td></tr><tr><td>Floor textures</td><td></td><td></td><td>3x3 cm</td></tr><tr><td>Reinforcement pellets</td><td>TestDiet</td><td>5TUL 14mg</td><td>For mice</td></tr></tbody></table>

an operant intra-/extra-dimensional set-shift task for mice

Alterations in executive control and cognitive flexibility, such as attentional set-shifting abilities, are core features of several neuropsychiatric diseases. The most widely used neuropsychological tests for the evaluation of attentional set-shifting in human subjects are the Wisconsin Card Sorting Test (WCST) and the CANTAB Intra-/Extra-dimensional set shift task (ID/ED). These tasks have proven clinical relevance and have been modified and successfully adapted for research in animal models. However, currently available tasks for rodents present several limitations, mainly due to their manual-based testing procedures, which are hampering translational advances in psychiatric medicine. To overcome these limitations and to better mimic the original version in primates, we present the development of a novel operant-based two-chamber ID/ED "Operon" task for rodents. We demonstrated the effectiveness of this novel task to measure different facets of cognitive flexibility in mice including attentional set formation and shifting, and reversal learning. Moreover, we show the high flexibility of this task in which three different perceptual dimensions can be manipulated with a high number of stimuli cues for each dimension. This novel ID/ED Operon task can be an effective preclinical tool for drug testing and/or large genetic screening relevant to the study of executive dysfunction and cognitive symptoms found in psychiatric disorders.

Figur 2 zeigt ein Beispiel des ID / ED Aufgabe. Paaren von Reizen (entweder &quot;Diskriminierung 1&quot; oder &quot;Diskriminierung 2 &#39;) nach dem Zufallsprinzip in jeder Stufe dargestellt, und die Maus müssen den richtigen Reiz in jedem Paar zu wählen. In diesem Beispiel Tabelle wird die korrekte Exemplar in Fettdruck angegeben. In der ersten Stufe (SD oder einfache Diskriminierung), die Reize in den beiden Nasenlöcher Poke vorgestellt unterschieden sich in einem der drei Dimensionen (zB O1: Vanilla vs. O2: Lavendel) und die Maus ist für die Wahl der richtigen Exemplar (zB O1) belohnt. Sobald die Person das Kriterium in diesem Stadium, die nächste Stufe (CD oder kombinierten Diskriminierung) beginnt, wo die gleichen Exemplare der betreffenden Dimension zufällig um Exemplare einer zweiten präsentiert lagerte, aber irrelevant Dimension als Störfaktor eingeführt (erreicht zB L1:. blaues Licht vs.L2: gelbes Licht). Zwei verschiedene Unterscheidungen sind in diesem Stadium (eithe möglichr &#39;Diskriminierung 1 &quot;oder&quot; Diskriminierung 2&#39;). In der nächsten Stufe (cdre oder kombinierten Diskriminierung Umkehr) werden die Belohnung Eventualitäten umgekehrt, aber die Exemplare und die entsprechende Dimension bleiben unverändert: die Maus, um zu lernen, dass die zuvor korrekten Stimulus ist jetzt nicht korrekt (zB wird Lavendelgeruch jetzt belohnt). In der nächsten Stufe (IDS oder intra-dimensionale Verschiebung), neue Exemplare (beide Gerüche und Lichter) eingeführt, aber die entsprechende Abmessung (Geruch in diesem Beispiel) gleich bleibt (zum Beispiel ist Erdbeer die richtige Wahl). In der nächsten Stufe (IDR oder intra-dimensionalen Umkehr) werden die Belohnung Eventualitäten umgekehrt. Nach einer zweiten Intra-dimensionale Verschiebung (IDS2 und seine Umkehrung), werden neue Exemplare eingeführt, um die außerDimensionsWechsel (EDS), in dem die relevanten Dimension geändert testen. In der &quot;stuck-in-Set&quot; EDS hat die Maus auf die neue Dimension (zB die Textur, T1 konzentrieren: grobem Schleifpapier gegen T2: Fein sandpaper), während die zuvor relevanten Dimension (in diesem Fall, Geruch) ist jetzt die irrelevant Dimension. Im &quot;zweidimensionale&quot; EDS ist die zuvor irrelevant Dimension (in diesem Fall Licht) nun die relevante Dimension. In der letzten Stufe (EDSRe oder Extra-dimensionalen Umkehr) werden die Belohnung Eventualitäten umgekehrt. Um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, die Reiz Abmessungen in der Aufgabe verwendet werden, sollten gleich gut gelernt werden. Wie in Figur 3 gezeigt, visuelle, taktile und Geruchsunterscheidungen in dieser neuen Vorrichtung erforderliche ähnliche Zeit (F (2,64) = 0,36; p = 0,69) und ähnliche Anzahl von Versuchen (F (2,64) = 0,059; p = 0,94), das Kriterium zu erreichen, was darauf hindeutet, dass die Tiere in der Lage, einfache Diskriminierungen unabhängig durchführen die Dimension präsentiert. Wenn eine zuverlässige Aufmerksamkeits Satz hat sich in den Testphasen der Aufgabe, die p entwickelterformance eines normalen Wildtyp-Maus sollte ärmeren in der EDS-Stufe im Vergleich zu früheren und folgenden Stufen sein, wie in früheren Studien in Nagern und Primaten 12,13 ausgewiesen. Insbesondere soll eine robuste Zunahme der Zeit und Prüfungen erforderlich, um Kriterien zu erreichen in der EDS gefunden im Vergleich zu den IDS Phasen werden. Wie in Abbildung 4 mit dem &quot;stuck-in-Set &#39;Protokoll dargestellt, in unserem Experiment, Analyse der Leistung der Mäuse zeigten eine Diskriminierung Wirkung für die Anzahl der Versuche (F (8168) = 9,23; p &lt;0,0001) und Zeit ( F (8.168) = 8,62; p &lt;0,0001) erforderlich, um Kriterien zu erreichen. Tatsächlich benötigt Mäusen weitere Studien und mehr Zeit, um die EDS Stufe lösen im Vergleich zu den CD, IDS, IDS2 und EDSRe Stadien (p &lt;0,05; 4A-B). Ähnlich Leistungsanalyse mit dem &quot;zweidimensionale&quot; -Protokoll (Abbildung 5) getestet wurden, zeigten eine deutliche Unterscheidung Wirkung für die Anzahl der Versuche (F (8,72) = 30,66; p &lt;0,005) und die Zeit (F (8,72) = 4,65; p &lt;0,0005) benötigt, um Kriterien zu erreichen. In der Tat, wir zeigen, dass Mäuse, benötigt mehr Studien (p &lt;0,05) und mehr Zeit (p &lt;0,05), die EDS zu lösen im Vergleich zu CD, IDS, IDS2 und EDSRe (5A-B). Keine Unterschiede in der Verschiebungsfähigkeiten sollten zwischen Mäusen mit unterschiedlichen Abmessungen geprüft beachten. In einem normalen Wildtyp-Maus, die erste Umkehr lernen (dh., Cdre) ist schwieriger als die anfängliche Diskriminierung (dh CD). Im Einvernehmen, wie aus den 4 und 5, benötigt Mäusen weitere Studien (p &lt;0,05; Abbildung 4-5a) und mehr Zeit (p &lt;0,05; Abbildung 4-5B), diese Phase abzuschließen. Darüber hinaus sollte Umkehr Leistung cdre zu verbessern, um den IDS2Re IDSRe, wie wir in unserem Experiment mit den beiden &quot;stecken-in-Set&quot; und &quot;Zwei-Dimension&quot; Protokolle. Diese Results weiteren Stärkung der Beweis für die Bildung einer Aufmerksamkeitssatz durch die Aufgabe. Im Laufe der Aufgabe sollten die Mäuse ihre Geschwindigkeit zu verbessern, um mehr aufeinanderfolgenden Stufen reagieren. Dementsprechend ist die Analyse der Latenzzeit zu reagieren, zeigten eine deutliche Unterscheidung Effekt (F (8,200) = 42,59; p &lt;0,0001). Insbesondere, wie durch repräsentative Ergebnisse in 4C gezeigt, die Latenz in der IDS2 Bühne stoßen verringert im Vergleich zu dem in den IDS, CD und SD-Stufen (p &lt;0,0005). Darüber hinaus, um die Latenzzeit bei der EDS Stufe erhöhte sich im Vergleich zum vorherigen IDS2 und IDS2Re und aufeinander EDSRe Stufen (p &lt;0,05) zu reagieren. Im Einklang mit diesen Ergebnissen, die Analyse der Latenz, die während der &quot;zweidimensionalen&quot; Aufgabe zu reagieren zeigte auch eine signifikante Wirkung von Diskriminierung (F (7,63) = 9,98; p &lt;0,0005). Wie in 5C gezeigt ist, um die Latenzzeit eine Auswahl w machenwie während der EDS erhöhte sich im Vergleich zur vorherigen IDS2 und IDS2Re und aufeinander EDSRe (p &lt;0,05). Da die Latenzzeit zu reagieren, hat sich als ein Index der Entscheidungsverarbeitung 18 wurden diese Ergebnisse weiter darauf hin, dass die Mäuse, einige Probleme der Verarbeitung der neuen Unterscheidungsregel während der EDS. Auf der Grundlage der Verhaltensleistung von Wildtyp-Mäusen (Abbildung 4-5), haben wir festgestellt, dass die minimale Anzahl von Stichprobengröße (von R-Power-Analyse) für jede Versuchsgruppe sollte 8 sein. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig3.jpg" /> Abbildung 3. Einfache Diskriminierungen von Licht, Geruch und Textur sind gleichwertig. (A) Anzahl der Prüfungen und (B) Zeit benötigt, um das Kriterium der einfachen Unterscheidungen mit nur Licht, Geruch oder Textur Reize zu erreichen. Werte stellen Mittelwert ± SEM ganzen Zahlen 2-4. Daten orisprünglich in der veröffentlichten &quot;The ultimate Intra- und extradimensionalen Aufmerksamkeits Set-Shifting Aufgabe für Mice&quot; 19. <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig4.jpg" /> Abbildung 4. Wildtyp C57BL6J männlichen Mäusen Leistung in der &quot;stuck-in-Set &#39;ID / ED Operon Aufgabe. (A) Versuche, (B) Zeit (in Minuten) und Tage benötigt, um das Kriterium in den verschiedenen Phasen der zu erreichen die ID / ED Operon Aufgabe mit Hilfe eines &quot;stuck-in-Set &#39;ID / ED-Paradigma. (C) Zeit (in Sekunden) zwischen der Öffnung des Trenntür und eine nasen Poke Antwort (Latenz zu reagieren) während der verschiedenen Phasen des Vorgangs verstrichen ist. Insgesamt 26 Mäuse wurden getestet; 4 Mäuse wurden ausgeschlossen, weil sie nicht zuverlässig stossen, um die Nahrung Verstärkung während der Trainings abzurufen oder nicht in der Lage, um die E beendenntire Verfahren. A: * p &lt;0,05 im Vergleich zu CD, IDS, IDS2, IDS2Re und EDSRe; B: * p &lt;0,05 im Vergleich zu CD, IDS2, IDS2Re und EDSRe. A und B: #p &lt;0,05, ## p &lt;0,005 im Vergleich zu CD IDSRe und IDS2Re. C: * p &lt;0,05 im Vergleich zu IDS2, IDS2Re und EDSRe. Beachten Sie, dass die Mäuse konnten die gesamte Aufgabe in 5-9 Tagen bei allen Experimenten in den Figuren 3-4 angegeben abzuschließen. Daten, die ursprünglich in &#39;Die ultimative Intra- und extradimensionalen Aufmerksamkeits Set-Shifting Aufgabe für Mice &quot;19 veröffentlicht. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53503/53503fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig5.jpg" /> Abbildung 5. Wildtyp C57BL6J männlichen Mäusen Leistung in der &quot;Zwei-Dimension&quot; ID / EDOperon Aufgabe. (A) Trials, (B) die Zeit (in Minuten) und Tagen benötigt, um das Kriterium in den verschiedenen Phasen des ID / ED Operon Aufgabe unter Verwendung einer zweidimensionalen Paradigma erreichen. (C) Zeit (in Sekunden) zwischen der Öffnung des Trenntür und eine nasen Poke Antwort (Latenz zu reagieren) während der verschiedenen Phasen des Vorgangs verstrichen ist. Insgesamt 13 Mäuse wurden getestet; 3 Mäuse wurden ausgeschlossen, weil sie nicht zuverlässig stossen, um die Nahrung Verstärkung während der Trainings abzurufen oder nicht in der Lage, den gesamten Vorgang zu beenden. A und B: #p &lt;0,05 im Vergleich zu CD und IDS2Re, * p &lt;0,05 im Vergleich zu CD, IDS, IDS2, EDSRe. C: * p &lt;0,05 im Vergleich zu IDS2, IDS2Re und EDSRe. Daten, die ursprünglich in &#39;Die ultimative Intra- und extradimensionalen Aufmerksamkeits Set-Shifting Aufgabe für Mice &quot;19 veröffentlicht. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53503/53503fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um</a>vergrößern Version dieser Figur. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/53503/53503fig6.jpg" /> Abbildung 6. Timeline des gesamten Verfahrens der Protokoll-ID / ED Aufgabe, zu testen. <table fo:keep-together.within-page="1"><tbody><tr><td> Stufe </td><td> Beschreibung </td><td> Zusätzliche Bemerkungen </td><td> Referenzen </td></tr><tr><td> Einfache Diskriminierung (SD) </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Verbindung Diskriminierung (CD) </td><td> Stimuli unterscheiden sich in zwei Wahrnehmungsdimensionen, wie Farbe und Form für visuelle Reize im menschlichen Aufgabe oder zwischen Textur und Geruch Reize für Nager </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Reversal Learning (cdre - IDSRe - IDS2Re - EDSRe) </td><td> Zwei Vorbilds innerhalb eines Wahrnehmungsdimension haben ihre Verstärkung Eventualitäten umgekehrt, so dass das, was war bisher korrekt ist dann falsch und umgekehrt) </td><td> In Serienumkehr Lernens verbessert sich die Leistung mit fort im eingestellten Auflösungen. So Umkehrstufen (dh., Cdre, IDSRe, IDS2Re) nicht nur beurteilen, in Abhängigkeit von verschiedenen kortikalen Arealen, sondern dienen auch 1), um die kognitiv-Aufmerksamkeitssatz durch die EDS Stufe in Frage gestellt zu bilden, und 2), um abergläubische Anlage zu unbeabsichtigten verhindern Aspekte des Stimulus </td><td> - Läsionen des orbitofrontal Kortex bei Mäusen (Bissonette et al., 2008) und monkyes beeinträchtigt Reversal Lernen (Dias et al., 1996) - FMRT während der Leistung auf dem Reversal Learning zeigten Aktivierung des orbitofrontalen Kortex (Hampshire und Owen, 2006) </td></tr><tr><td> Intradimensional Verschiebung (IDS - IDS2) </td><td> Neuartigen Exemplare eingeführt werden, aber das gleiche Maß verstärkt ist </td><td> IDS Stufen sErve als entscheidende interne Kontrolle (dh., sollte EDS schwieriger als IDS), und auch dazu beitragen, die kognitive Aufmerksamkeits Satz bilden </td><td> Dopaminabbau in der PFC beeinträchtigt Aufmerksamkeits Satz Bildung (Robbins und Roberts, 2007). 6-OHDA lädierten Affen nicht den klassischen Reduktions die Reduzierung der Fehler aus der ersten (IDS1) bis zur letzten (IDS5) Diskriminierung zu zeigen, die Akquisition eines Aufmerksamkeitssatz widerspiegeln sollte </td></tr><tr><td rowspan="2"> Extradimensionalen Verschiebung (EDS) </td><td> &quot;stuck-in-Set &#39;Protokoll: bisher nicht relevant Stimulus Dimension wird durch einen neuen Reiz Dimension ersetzt, die unmittelbar relevant </td><td> Versäumnis, auf die neue relevante Dimension verschieben können nicht auf eine früher erworbener Kenntnisse über diese Dimension, da sie vorher nicht erlebt worden war zugeschrieben werden. Misserfolg, daher spiegelt Perseveration auf die zuvor relevanten Dimension </td><td> - Läsionen des mPFC have gewesen Show EDS bei Mäusen beeinträchtigt (Bissonette et al., 2008), und mokeys (Dias et al., 1996) - Frontallappen-Patienten sind in der fest-in-gesetzten Zustand &quot;Perseveration&quot; wertgemindert, aber nicht in dem Zustand &quot;zwei Dimensionen&quot; (. Owen et al, 1993) - Dopamin im mPFC moduliert EDS Leistung bei Mäusen (Papaleo et al, 2008;.. Scheggia et al, 2014) und Ratten (Tunbridge et al., 2004) </td></tr><tr><td> &quot;zwei Dimensionen&quot; Protokoll: der zuvor irrelevant Dimension verstärkt </td><td> eine scheinbare Nichtaufmerksamkeitssatz verschieben können entstehen, wenn ein Thema ist in der Lage, die Aufmerksamkeit von einem vorher relevante Dimension zu verschieben (wenn es irrelevant), ist aber dennoch nicht in der Lage, die Aufmerksamkeit auf die neu relevante Dimension zu konzentrieren </td><td> - Läsion des mPFC in Ratten (Birrell und Brown, 2000) beeinträchtigt EDS Verschiebung - FMRT während der Leistung auf dem EDS hat sich gezeigt, Aktivierung des ventrolateralen PFC (Hampshire und Owen, 2006)60; </td></tr></tbody></table> Tabelle 2: Stufen des ID / ED O peron Aufgabe Beschreibung der Stufen der Aufgabe, einschließlich der Hinweise auf Läsionen und pharmakologischen Studien zu der Rolle der in den verschiedenen Konstrukten während der Aufgabe getestet beteiligten Hirnareale..

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An Operant Intra-/Extra-dimensional Set-shift Task for Mice

Ein Operante Intra- / Extra-dimensionalen Set-Shift-Aufgabe für Mäuse

Attentional set-shifting cognitive abnormalities are a core feature of many psychiatric diseases. Here, we present the development of a novel automatic system for the effective study of attentional set-shifting abilities, executive functions and other cognitive abilities in mice with high translational validity to human studies.

Alterations in executive control and cognitive flexibility, such as attentional set-shifting abilities, are core features of several neuropsychiatric ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Behavior

12.1K Aufrufe.  Istituto Italiano di Tecnologia. Attentional set-shifting cognitive abnormalities are a core feature of many psychiatric diseases. Here, we present the development of a novel automatic system for the effective study of attentional set-shifting abilities, executive functions and other cognitive abilities in mice with high translational validity to human studies.

Serie: An Operant Intra-/Extra-dimensional Set-shift Task for Mice

The Attentional Set Shifting Task: A Measure of Cognitive Flexibility in Mice

Cognitive impairment, particularly involving dysfunction of circuitry within the prefrontal cortex (PFC), represents a core feature of many neuropsychiatric and neurodevelopmental disorders, including depression, post-traumatic stress disorder, schizophrenia and autism spectrum disorder. Deficits in cognitive function also represent the most difficult symptom domain&#160;to successfully treat, as serotonin reuptake inhibitors and tricyclic antidepressants have only modest effects. Functional neuroimaging studies and postmortem analysis of human brain tissue implicate the PFC as being a primary region of dysregulation in patients with these disorders. However, preclinical behavioral assays used to assess these deficits in mouse models which can be readily manipulated genetically and could provide the basis for studies of new treatment avenues have been underutilized. Here we describe the adaptation of a behavioral assay, the attentional set shifting task (AST), to be performed in mice to assess prefrontal cortex mediated cognitive deficits. The neural circuits underlying behavior during the AST are highly conserved across humans, nonhuman primates and rodents, providing excellent face, construct and predictive validity.

The goal of this protocol is to perform a behavioral assay such as the attentional set shifting task (AST) to assess prefrontal cortex-mediated cognitive flexibility in mice.

Die Aufmerksamkeits Set Shifting Aufgabe: Eine Messung der kognitiven Flexibilität bei Mäusen

Cognitive impairment, particularly involving dysfunction of circuitry within the prefrontal cortex (PFC), represents a core feature of many ...

Forschung

Verhalten

Operant Procedures for Assessing Behavioral Flexibility in Rats

Executive functions consist of multiple high-level cognitive processes that drive rule generation and behavioral selection. An emergent property of these processes is the ability to adjust behavior in response to changes in one&#8217;s environment (i.e., behavioral flexibility). These processes are essential to normal human behavior, and may be disrupted in diverse neuropsychiatric conditions, including schizophrenia, alcoholism, depression, stroke, and Alzheimer&#8217;s disease. Understanding of the neurobiology of executive functions has been greatly advanced by the availability of animal tasks for assessing discrete components of behavioral flexibility, particularly strategy shifting and reversal learning. While several types of tasks have been developed, most are non-automated, labor intensive, and allow testing of only one animal at a time. The recent development of automated, operant-based tasks for assessing behavioral flexibility streamlines testing, standardizes stimulus presentation and data recording, and dramatically improves throughput. Here, we describe automated strategy shifting and reversal tasks, using operant chambers controlled by custom written software programs. Using these tasks, we have shown that the medial prefrontal cortex governs strategy shifting but not reversal learning in the rat, similar to the dissociation observed in humans. Moreover, animals with a neonatal hippocampal lesion, a neurodevelopmental model of schizophrenia, are selectively impaired on the strategy shifting task but not the reversal task. The strategy shifting task also allows the identification of separate types of performance errors, each of which is attributable to distinct neural substrates. The availability of these automated tasks, and the evidence supporting the dissociable contributions of separate prefrontal areas, makes them particularly well-suited assays for the investigation of basic neurobiological processes as well as drug discovery and screening in disease models.

The ability to assess executive functions such as behavioral flexibility in rats is useful for investigating the neurobiology of cognition in both intact animals and disease models. Here we describe automated tasks for assessing strategy shifting and reversal learning, which are particularly sensitive to disruptions in prefrontal cortical networks.

Operante Verfahren zur Bewertung der Verhaltensflexibilität bei Ratten

Executive functions consist of multiple high-level cognitive processes that drive rule generation and behavioral selection. An emergent property of these ...

The Double-H Maze: A Robust Behavioral Test for Learning and Memory in Rodents

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their behavioral flexibility and required memory duration, the number of goals and pathways, and also the overall task complexity. A confounding feature in many of these tasks is the lack of control over the strategy employed by the rodents to reach the goal, e.g., allocentric (declarative-like) or egocentric (procedural) based strategies. The double-H maze is a novel water-escape memory task that addresses this issue, by allowing the experimenter to direct the type of strategy learned during the training period. The double-H maze is a transparent device, which consists of a central alleyway with three arms protruding on both sides, along with an escape platform submerged at the extremity of one of these arms.
Rats can be trained using an allocentric strategy by alternating the start position in the maze in an unpredictable manner (see protocol 1; &#167;4.7), thus requiring them to learn the location of the platform based on the available allothetic cues. Alternatively, an egocentric learning strategy (protocol 2; &#167;4.8) can be employed by releasing the rats from the same position during each trial, until they learn the procedural pattern required to reach the goal. This task has been proven to allow for the formation of stable memory traces.
Memory can be probed following the training period in a misleading probe trial, in which the starting position for the rats alternates. Following an egocentric learning paradigm, rats typically resort to an allocentric-based strategy, but only when their initial view on the extra-maze cues differs markedly from their original position. This task is ideally suited to explore the effects of drugs/perturbations on allocentric/egocentric memory performance, as well as the interactions between these two memory systems.

The goal of this protocol is to investigate spatial cognition in rodents. The double-H water maze is a novel test, which is particularly useful to elucidate the different components of learning, consolidation and memory, as well as the interplay of memory systems.

Die Doppel-H Maze: A Robust Verhaltenstest für Lernen und Gedächtnis in Nagetiere

Spatial cognition research in rodents typically employs the use of maze tasks, whose attributes vary from one maze to the next. These tasks vary by their ...

New Variations for Strategy Set-shifting in the Rat

Behavioral flexibility is crucial for survival in changing environments. Broadly defined, behavioral flexibility requires a shift of behavioral strategy based on a change in governing rules. We describe a strategy set-shifting task that requires an attentional shift from one stimulus dimension to another. The paradigm is often used for testing cognitive flexibility in primates. However, the rodent version has not been as extensively developed. We have recently extended an established set-shifting task in the rat1 by requiring attention to different stimuli according to context. All the experimental conditions required animals to choose either a left or right lever. Initially, all animals had to choose on the basis of the location of the lever. Subsequently, a change in the rule occurred, which required a shift in set from location-based rule to a rule in which the correct lever was indicated by a light cue. We compared performance on three different versions of the task, in which the light stimulus was either novel, previously relevant, or previously irrelevant. We found that specific neurochemical lesions selectively impaired the ability to make particular types of set shift as measured by the performance on the different versions of the task.

Set-shifting, a form of behavioral flexibility, requires an attentional shift from one stimulus dimension to another. We extended an established rodent set-shifting task1 by requiring attention to different stimuli according to context. The task was combined with specific lesions to identify neuron subtypes underlying a successful shift.

Neue Variationen für Strategie-Verschiebung in der Ratte

Behavioral flexibility is crucial for survival in changing environments. Broadly defined, behavioral flexibility requires a shift of behavioral strategy ...

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in rodents. In our laboratory, we evaluated the two types of memory in more than 30 strains of genetically engineered mice using the automated version of this apparatus. Here, we present the modified T-maze apparatus operated by a computer with a video-tracking system and our protocols in a movie format. The T-maze apparatus consists of runways partitioned off by sliding doors that can automatically open downward, each with a start box, a T-shaped alley, two boxes with automatic pellet dispensers at one side of the box, and two L-shaped alleys. Each L-shaped alley is connected to the start box so that mice can return to the start box, which excludes the effects of experimenter handling on mouse behavior. This apparatus also has an advantage that in vivo microdialysis, in vivo electrophysiology, and optogenetics techniques can be performed during T-maze performance because the doors are designed to go down into the floor. In this movie article, we describe T-maze tasks using the automated apparatus and the T-maze performance of &alpha;-CaMKII+/- mice, which are reported to show working memory deficits in the eight-arm radial maze task. Our data indicated that &alpha;-CaMKII+/- mice showed a working memory deficit, but no impairment of reference memory, and are consistent with previous findings using the eight-arm radial maze task, which supports the validity of our protocol. In addition, our data indicate that mutants tended to exhibit reversal learning deficits, suggesting that &alpha;-CaMKII deficiency causes reduced behavioral flexibility. Thus, the T-maze test using the modified automatic apparatus is useful for assessing working and reference memory and behavioral flexibility in mice.

This article presents the protocol of T-maze tests using a modified automated apparatus for assessing the learning and memory functions in mice.

T-Labyrinth Erzwungener Wechsel und die Links-Rechts-Discrimination Aufgaben für die Beurteilung der Arbeitsbedingungen und Referenz-Gedächtnis bei Mäusen

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

Neurowissenschaften

A Behavioral Assay for Investigating the Role of Spatial Memory During Instinctive Defense in Mice

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often stereotyped actions elicited in response to innately aversive sensory stimuli, but their success requires enough flexibility for adapting to different spatial environments, which can change rapidly. Here, we describe a behavioral assay to evaluate the influence of learned spatial knowledge on defensive behaviors in mice. We have adapted the widely used Barnes maze spatial memory assay to investigate how mice navigate to a shelter during escape responses to innately aversive sensory stimuli in a novel environment, and how they adapt to acute changes in the environment. This new assay is an ethological paradigm that does not require training and exploits the natural exploration patterns and navigation strategies in mice. We propose that the set of protocols described here are a powerful means of studying goal-directed behaviors and stimulus-triggered navigation, which should be of interest to both the fields of instinctive behaviors and spatial memory.

This protocol describes a behavioral assay, based on the Barnes maze test, to study how instinctive defensive actions are modified by the knowledge of spatial environment.

Ein Verhaltens-Assay für die Untersuchung der Rolle des räumlichen Gedächtnisses während der instinktiven Verteidigung bei Mäusen

Evolution has selected a repertoire of defensive behaviors that are essential for survival across all animal species. These behaviors are often ...

Novel Object Recognition and Object Location Behavioral Testing in Mice on a Budget

Ethologically relevant behavioral testing is a critical component of any study that uses mouse models to study the cognitive effects of various physiological or pathological changes. The object location task (OLT) and the novel object recognition task (NORT) are two effective behavioral tasks commonly used to reveal the function and relative health of specific brain regions involved in memory. While both of these tests exploit the inherent preference of mice for the novelty to reveal memory for previously encountered objects, the OLT primarily evaluates spatial learning, which relies heavily on hippocampal activity. The NORT, in contrast, evaluates non-spatial learning of object identity, which relies on multiple brain regions. Both tasks require an open-field-testing arena, objects with equivalent intrinsic value to mice, appropriate environmental cues, and video recording equipment and the software. Commercially available systems, while convenient, can be costly. This manuscript details a simple, cost-effective method for building the arenas and setting up the equipment necessary to perform the OLT and NORT. Furthermore, the manuscript describes an efficient testing protocol that incorporates both OLT and NORT and provides typical methods for data acquisition and analysis, as well as representative results. Successful completion of these tests can provide valuable insight into the memory function of various mouse model systems and appraise the underlying neural regions that support these functions.

Here we provide a protocol which includes comprehensive instructions for the economical establishment of murine object location and novel object recognition behavioral testing, including the design, cost, and construction of required equipment as well as execution of behavioral testing, data collection, and analysis.

Neuartige Objekterkennung und Objektposition Verhaltens Tests bei Mäusen mit kleinem Budget

Ethologically relevant behavioral testing is a critical component of any study that uses mouse models to study the cognitive effects of various ...

Two Different Real-Time Place Preference Paradigms Using Optogenetics within the Ventral Tegmental Area of the Mouse

Understanding how neuronal activation leads to specific behavioral output is fundamental for modern neuroscience. Combining optogenetics in rodents with behavioral testing in validated paradigms allows the measurement of behavioral consequences upon stimulation of distinct neurons in real-time with high spatial and temporal selectivity, and thus the establishment of causal relationships between neuronal activation and behavior. Here, we describe a step-by-step protocol for a real-time place preference (RT-PP) paradigm, a modified version of the classical conditioned place preference (CPP) test. The RT-PP is performed in a three-compartment apparatus and can be utilized to answer if optogenetic stimulation of a specific neuronal population is rewarding or aversive. We also describe an alternative version of the RT-PP protocol, the so-called neutral compartment preference (NCP) protocol, which can be used to confirm aversion. The two approaches are based on extensions of classical methodology originating from behavioral pharmacology and recent implementation of optogenetics within the neuroscience field. Apart from measuring place preference in real time, these setups can also give information regarding conditioned behavior. We provide easy-to-follow step-by-step protocols alongside examples of our own data and discuss important aspects to consider when applying these types of experiments.

Here we present two easy-to-follow step-by-step protocols for place preference paradigms using optogenetics in mice. Using these two different setups, preference and avoidance behaviors can be solidly assessed within the same apparatus with high spatial and temporal selectivity, and in a straightforward manner.

Zwei verschiedene Echtzeit-Ortspräferenzparadigmen mit Optogenetik im Ventral-Tegmental-Bereich der Maus

Understanding how neuronal activation leads to specific behavioral output is fundamental for modern neuroscience. Combining optogenetics in rodents with ...

Optogenetic Manipulation of Neuronal Activity to Modulate Behavior in Freely Moving Mice

Optogenetic modulation of neuronal circuits in freely moving mice affects acute and long-term behavior. This method is able to perform manipulations of single neurons and region-specific transmitter release, up to whole neuronal circuitries in the central nervous system, and allows the direct measurement of behavioral outcomes. Neurons express optogenetic tools via an injection of viral vectors carrying the DNA of choice, such as Channelrhodopsin2 (ChR2). Light is brought into specific brain regions via chronic optical implants that terminate directly above the target region. After two weeks of recovery and proper tool-expression, mice can be repeatedly used for behavioral tests with optogenetic stimulation of the neurons of interest.
Optogenetic modulation has a high temporal and spatial resolution that can be accomplished with high cell specificity, compared to the commonly used methods such as chemical or electrical stimulation. The light does not harm neuronal tissue and can therefore be used for long-term experiments as well as for multiple behavioral experiments in one mouse. The possibilities of optogenetic tools are nearly unlimited and enable the activation or silencing of whole neurons, or even the manipulation of a specific receptor type by light.
The results of such behavioral experiments with integrated optogenetic stimulation directly visualizes changes in behavior caused by the manipulation. The behavior of the same animal without light stimulation as a baseline is a good control for induced changes. This allows a detailed overview of neuronal types or neurotransmitter systems involved in specific behaviors, such as anxiety. The plasticity of neuronal networks can also be investigated in great detail through long-term stimulation or behavioral observations after optical stimulation. Optogenetics will help to enlighten neuronal signaling in several kinds of neurological diseases.

With optogenetic manipulation of specific neuronal populations or brain regions, behavior can be modified with high temporal and spatial resolution in freely moving animals. By using different optogenetic tools in combination with chronically implanted optical fibers, a variety of neuronal modulations and behavioral testing can be performed.

Optogenetische Manipulation der neuronalen Aktivität, um das Verhalten bei frei beweglichen Mäusen zu modulieren

Optogenetic modulation of neuronal circuits in freely moving mice affects acute and long-term behavior. This method is able to perform manipulations of ...

A Behavioral Task Modeling 'Everyday Memory' in an Event Arena to Foster Allocentric Representations for Rodents

The event arena provides an optimal platform to investigate learning and memory. The appetitive everyday memory task described in this paper provides a robust protocol for the investigation of episodic and spatial memory in rodents, which specifically fosters allocentric memory representation. Rats are trained to find and dig for food during the encoding phase and, after a time delay, rats are given a choice to find the reward food pellet in the correct location. There are two key elements that promote the use of an allocentric strategy in this protocol: 1) rats start from different start locations within and between sessions, 2) a stable home-base is deployed where rats have to carry their food to eat. By means of these modifications, we effectively encourage the rodents to use allocentric spatial representations to perform the task. In addition, the task provides a good paradigm for within-subject experimental design and allows experimenters to manipulate different conditions to reduce variability. Used in conjunction with behavioral and physiological techniques, the resulting rodent model provides an effective test-bed for future research into memory formation and retention.

The goal of this optimized 'everyday memory' protocol in an event arena was to employ a stable home-base that encourages the use of allocentric spatial representations. This animal model provides an effective test-bed for future research into the formation and retention of event memories using behavioral and physiological techniques.

The event arena provides an optimal platform to investigate learning and memory. The appetitive everyday memory task described in this paper provides a ...