著者たちは、ハンナ・ザモア、エミリー・サックス、ジョシュ・サールが、グラーフ研究所でパラダイムを変えるこのオペラ戦略を確立する手助けをしてくれたことに感謝したいと考えています。彼らはまた、分析のためのMATLABコードに彼の助けをしてくれたケビン・スナイダーに感謝したいと思います。

著者らは開示するものは何もない。

プロトコルは、認知機能に対するストレスの影響を測定する方法を示しています。具体的には、修正されたオペラ戦略シフトパラダイムは、認知の柔軟性(人間のウィスコンシンカードソーティングタスクに似ています)を測定するげっ歯類で使用されます1.認知の柔軟性は、環境の新しい条件に直面する認知処理戦略を適応させる能力を示し、それは正常な毎日の機能2のために重要です。認知の柔軟性に関する人間の研究は、主に脳イメージング11に限定されるため、動物におけるこのパラダイムの使用は、脳と認知に対するストレスの影響の理解を大幅に進める。
ストレスは認知機能40を損なう可能性があります。実際、これは、PTSDやMDD3、41などのストレス関連疾患の中で最も一般的な表現型の1つです。さらに、ストレス関連精神疾患の発生には、5、6、7という大きな性差がありますが、これらの偏った発生の背後にある神経生物学の理解はほとんどありません。したがって、両方の男女の動物にパラダイムをシフトするこのオペラ戦略の使用は、精神医学における性差の現在の理解を進めるのに役立つ可能性があります。
このオペラ戦略シフトタスクは、研究者が精神疾患に関連する認知の重要な側面を調べることができます。例えば、実験的操作後の忍耐誤差は、このパラダイムで計算される。忍耐は、PTSDなどのストレス関連精神疾患において観察され、そして、それは、最終的にワーキングメモリを損なう、規則の新しいセットを学ぶために1の能力を損なう3。したがって、忍耐誤差の尺度は翻訳的に関連しています。さらに、注意タスクの省略は、PTSD患者において指摘されており、遅い皮質処理3を示す。したがって、このパラダイムからの省略データは、臨床的対応を有し得る。要するに、この実験的パラダイムモデルによって測定される認知の柔軟性は、精神疾患で観察される主要な表現型をモデル化する。
この実験的パラダイムはまた、認知の柔軟性の根底にある神経基質を標的にする精度を可能にする。例えば、前頭前野(PFC)は、内側前頭前頭前(mPFC)および眼窩前頭前野(OFC)を含む認知柔軟性3のための重要な脳領域であることを示している。PFCのこれらのサブ領域のうち、OFCはサイド反転タスク34、35でのパフォーマンスにとって重要である。これらの脳領域は、ストレス誘発機能変化の主要な標的でもある42,43.興味深いことに、ここで使用されるストレスのモデルは、認知の柔軟性のテストでげっ歯類のその後のパフォーマンスに役割を果たしているように見えます。したがって、将来の実験の設計において考慮されるべきである。ストレスに対するこれらの様々な応答は、認知がストレスの影響を受ける潜在的に新しいメカニズムを指しています。したがって、特定の神経伝達物質、タンパク質、またはこれらの脳領域の活性化を標的とすることは、ストレスが男性と女性のげっ歯類の認知にどのように影響するかについて光を当てる可能性があります。研究者は、ストレスや戦略シフトと組み合わせて異なるタイムポイントでこれらの神経基質を操作するか、またはこれらの行動パラダイムにさらされた後に神経基質を測定することを選択することができます。
この変更されたオペラ戦略のシフトタスクは、ストレス文献で使用される他の認知柔軟性パラダイム(すなわち、げっ歯類を訓練するために実験者によってより多くの時間と労力を必要とする掘削タスク12、13、14、15)よりも明確な利点を有する。この手順は、実験者による最小限の監視を必要とし、同時に複数のラットをテストすることができます。さらに、この自動化タスク19の他のバージョンとは異なり、パラダイムは3日間のトレーニングのみを必要とし、効率的なプログラムされたデータ分析を含みます。
オペラ戦略シフトパラダイムには一定の制限があります。1つの制限は、2つの刺激次元(例えば、左または右のレバーとライトキュー)しかテストできないのに対し、掘削タスク12、13、14、15は第3の刺激次元(例えば、メディアと臭い対テクスチャ)をテストすることができるということです。しかし、このプロトコルで説明されているタスクは、認知の柔軟性構造のテストを可能にする異なるルールに移行するラットの能力のテストをまだ可能にします。さらに、第三の刺激(例えば、臭い)を可能にするために、オペラ室に他のパラメータを追加することが可能であるが、これは、タスクに必要なトレーニングを延長する可能性がある。
このタスクの主な利点は、ストレスが脳に与える影響をさらに理解するために、ストレスや薬理学的操作と組み合わせるシンプルさと能力です。このシンプルさは、生態学的に関連する掘削作業と比較して、被験者がレバープレスを学んでいる間に直面する困難が増加することに留意すべきである。このオペラントタスクは労働集約的な作業がはるかに少ないが、げっ歯類は一般的にこのタスクを取得するためにより多くの試験を必要とします。しかし、掘削タスクとこのパラダイムの両方が同様の神経生物学的メカニズムを係合し、したがって、認知の柔軟性16、44の検査のための有効なオプションを表す。掘削タスクを使用して認知の柔軟性にストレスの影響に関する文献に様々な結果があったが、このオペラの手順23、25、27、45、46、提示された方法は、型、強度、およびストリッサーの持続時間が認知機能20、21に及ぼす複雑な影響を反映している。
タスクのもう 1 つの制限は、げっ歯類が閉じた不透明なボックスに収納されるということです。したがって、コンピュータインターフェイスを介して収集される動作以外の動作はコーディングできません。例えば、ラットによる多くの不作為は、ストレスによって引き起こされた行動阻害、またはラットが眠っているために起こっている。さらに、グルーミング(特にストレスの研究に関連する)などの他のステレオタイプな行動は、タスク中に分析するのが興味深いかもしれません。操作室にカメラを取り付けることは、このタイプの行動精度を可能にするかもしれません。
全体として、このレポートでは、ストレスが脳にどのような影響を与えるかをさらに理解するために、パラダイムをシフトするオペラ戦略と組み合わせてストレス手順の使用を詳述しています。注意すべき点は、成人におけるストレス手順と認知評価に加え、異なる発達段階に関する研究が、認知の柔軟性の病因に関する重要な情報を提供するかもしれないということに留意すべきである。ストレスが認知の柔軟性に及ぼす影響を研究することに加えて、このシンプルで効率的なオペラ戦略シフトパラダイムは、脳が環境の変化にどのように適応するかを調査するための多くの実験的操作と組み合わせることができます。さらに、代替の実験的アプローチは、病変、薬理学、遺伝子編集、電気生理学を含む認知柔軟性の神経基盤を研究するために使用することができます。認知の柔軟性が精神疾患の主要な表現型の1つであるため、神経生物学的基質をさらに理解するために、より多くの研究を行う必要があります。

人間では、ストレスの多いライフイベントは、認知機能(すなわち、認知の柔軟性1)を損なう可能性があり、これは認知処理戦略を環境の新しい条件に直面するように適応する能力を意味する2。認知障害は、心的外傷後ストレス障害(PTSD)および大うつ病障害(MDD)3,4などの多くの精神疾患を引き起こし、悪化させる。これらの疾患は女性5、6、7、8の2倍の流行であるが、この格差の生物学的根拠は不明のままである。人間のエグゼクティブ機能の側面は、ウィスコンシンカードソーティングタスク、認知柔軟性のデモンストレーション2を使用して評価することができます。このタスクにおけるパフォーマンスは、PTSD9およびMDD10を有する患者において損なわれるが、この変化の神経基盤は脳イメージング11によってしか調べることができない。
ストレスが脳にどのような影響を与えるかを理解する上での進歩は、動物モデル、特にげっ歯類の使用を通じて行われてきた。認知の柔軟性はストレス関連疾患に影響を受けるので、げっ歯類を調べるのは非常に関連性の高い表現型です。現在までに、ほとんどのストレス神経生物学の文献は、代替認知柔軟性パラダイム(掘り出し作業とも呼ばれます)12、13、14、15を使用しています。このタスクは広範囲に検証されていますが、げっ歯類を訓練するには実験者によってより多くの時間と労力が必要です。適応し、ここで説明は、様々なストレスモデル17、18を使用して男性と女性のスプレイグドーレーラットの認知の柔軟性を評価するために確立された自動セットシフトプロトコル16です。この手順は、実験者による最小限の監視を必要とし、複数のラットを同時にテストすることができます。さらに、この自動化されたタスク19の他のバージョンとは異なり、このパラダイムの適応は3日間のトレーニングを必要とし、効率的なプログラムされたデータ分析を含みます。
ストレスが認知機能を増強するか、または損なうかは、ストレータの種類、強度、および持続時間、ならびに認知タスク20,21の学習または実行に関連するストレータのタイミングに依存する。したがって、プロトコルは、オペラントトレーニングの前後の両方のストレス手順を組み込んでいます。また、ストレス研究の代表的な結果を調べます。また、セットシフトの特定の側面の基礎となる脳領域は、2、16、22を確立されています。したがって、この報告書はまた、ストレスおよび戦略シフト手順の間または後に特定の脳領域を標的にして評価する方法を説明する。
認知の柔軟性の性差を直接調べる研究は限られています18,23. プロトコルは、1)実験的パラダイムに男性と女性の両方のラットを組み込む方法を説明し、その後2)自由にサイクリング女性の手順の前後にエストルースサイクルを追跡する。以前の研究では、オペラントトレーニング前のストレスは、ラット17の認知柔軟性における性特異的な欠陥につながる可能性があることを示している。特に、雌ラットはストレス後の認知の柔軟性に混乱を示し、一方、認知の柔軟性はストレス17後の雄ラットで改善する。興味深いことに、ヒトの性に偏った発生率を有するストレス関連精神疾患の主な特徴は、認知的柔軟性の不足である。これらの結果は、女性が男性よりもこのタイプの認知障害に対してより脆弱である可能性があることを示唆している。動物モデルにおけるこれらの技術の使用は、脳に対するストレスの影響と、それがヒトの精神疾患における認知を損なう方法に光を当てる。

<table><tbody><tr><td>3 inch glass pipette eye droppers</td><td>Amazon</td><td>4306-30-012LC</td><td>For vaginal lavage</td></tr><tr><td>Alcohol Wipes</td><td>VWR</td><td>15648-990</td><td>To clean trays in set shifting boxes between rats</td></tr><tr><td>Biotin-SP-conjugated AffiniPure Donkey Anti-Mouse lgG (H+L), minimal cross reaction to bovine, chicken, goat, guinea pig, hamster, horse, human, rabbit, sheep serum proteins</td><td>Jackson ImmunoResearch</td><td>715-065-150</td><td>All other DAB protocol staining materials are standard buffers/DAB and are not specified here, as this is not the main focus of the methods paper</td></tr><tr><td>C-fos mouse monoclonal primary antibody</td><td>AbCam</td><td>ab208942</td><td>To stain neural activation in brain areas after set shifting</td></tr><tr><td>Dustless Food Pellets</td><td>Bio Serv</td><td>F0021</td><td>For set shifting boxes (dispenser for reward)</td></tr><tr><td>GraphPad Prism</td><td></td><td></td><td>Used for data analysis</td></tr><tr><td>Leica DM4 B Microscope and associated imaging software</td><td>Leica</td><td></td><td>Lots of different parts for the microscope and work station, for imaging lavage and/or cfos</td></tr><tr><td>MatLab</td><td></td><td></td><td>Software; code to help analyze set shifting data, available upon request.</td></tr><tr><td>Med-PC Software Suite</td><td>Med Associates</td><td>SOF-736</td><td>Software; uses codes to operate operant chambers</td></tr><tr><td>Operant Chambers</td><td>Med PC</td><td>MED-008-B2</td><td>Many different parts for the chamber set up and software to work with it; we also wrote a separate code for set shifting, available upon request.</td></tr><tr><td>Rat Bedding</td><td>Envigo</td><td>T.7097</td><td></td></tr><tr><td>Rat Chow</td><td>Envigo</td><td>T.2014.15</td><td></td></tr><tr><td>Restraint Devices</td><td>Bryn Mawr College</td><td>Made by our shop</td><td>For stress exposure; specifications available upon request.</td></tr><tr><td>Scribbles 3d fabric paint</td><td>Amazon</td><td>54139</td><td>For vaginal lavage</td></tr><tr><td>Sprague Dawley Rats</td><td>Envigo</td><td></td><td>At least D65 Males and Females</td></tr><tr><td>VWR Superfrost Plus Micro Slide</td><td>VWR</td><td>48311-703</td><td>For vaginal lavage and/or brain slices/staining for c-fos</td></tr></tbody></table>

assessment of stress effects on cognitive flexibility using an operant strategy shifting paradigm

ストレスは認知機能に影響を与えます。ストレスが認知機能を高めるか損なうかは、1)タイプ、強度、ストレータの持続時間を含むいくつかの要因に依存します。2)研究中の認知機能の種類;そして3)認知タスクの学習または実行に関連するストレータのタイミング。さらに、ストレスが認知機能に及ぼす影響の性差が広く文書化されている。ここでは、ストレスの変動が男性と女性のスプレイグ・ドーリーラットの認知柔軟性にどのような影響を与えるかを評価するための自動化されたオペラ戦略シフトパラダイムの適応です。具体的には、拘束ストレスは、ストレスが男女の認知能力にどのような影響を与えるかを調べるために、このオペラベースのタスクのトレーニングの前後に使用されます。この自動化されたパラダイムにおける各タスクに関連する特定の脳領域は、十分に確立されている(すなわち、内側前頭前野および眼窩前頭皮質)。これにより、パラダイムの完了時に、実験中の標的操作や、これらの領域の特定の遺伝子およびタンパク質の評価が可能になります。このパラダイムは、ストレスの後に発生するさまざまなタイプのパフォーマンスエラーを検出することを可能にし、それぞれが神経基質を定義しています。また、繰り返し拘束ストレスパラダイムの後の忍耐エラーにおける明確な性差も同定される。前臨床モデルでこれらの技術を使用すると、ストレスが脳にどのような影響を与え、心的外傷後ストレス障害(PTSD)や大うつ病性障害(MDD)などの精神疾患の認知を損なう可能性があります。

上記で概説した適応された自動化されたオペラ戦略シフトパラダイムは、繰り返し拘束ストレスが男性および女性のスプレイグ・ドーリーラットの認知に影響を与えるかどうかを判断するために使用された。代表的な行動データは、以下の 図2 に記載されています。要するに、制御と繰り返し抑制されたラットは、一連のタスクで構成されたこのオペラ戦略シフトテストを行いました:サイド差別、サイド反転、光差別。
各タスクの基準を判断する試行は 、図 2Aに示されています。通常、各タスクのパフォーマンスが向上し、基準に対する試行回数が減少します。これらのデータは、急性拘束に続いて、男性がストレスを受けていないよりも有意に少ない試験で側逆転タスクを完了したことを示し、男性を制御する。逆に、ストレスを受けた女性は、サイドリバースタスクを完了するためにかなり多くの試験を必要としました。これらの結果は、男性がストレスに続いて改善されたパフォーマンスを示したのに対し、女性はパフォーマンス障害を示したことを示唆している。光の差別作業では、ストレスは対照女性に比べて基準に対する試験の数を増加させ、それによって女性のパフォーマンスを損なうが、このタスクでは男性では損なわれなかった。
各アテンション タスクに対して発生したエラーの総数を 図 2Bに示します。基準にする試験の数と一致して、ストレスを受けた男性は男性をコントロールするよりも有意に少ないエラーを犯したのに対し、ストレスを受けた女性は側の逆転タスクでより多くのエラーを犯した。さらに、軽い差別作業では、女性も大幅に多くの誤りを犯しました。要するに、これらのデータは、繰り返しストレスが男性の認知能力を向上させるが、女性の認知能力を損なうことを示唆している。
図 2Cでは、エラーの合計が、さらに、リサレーティブ エラーまたは回帰エラーに分類されました (これら 2 つのタイプのエラーを区別するために、プロトコルのセクション 7 を参照してください)。興味深いことに、ストレスを受けた男性は、男性をコントロールするよりもサイド反転タスクで忍耐的なエラーが少なくなりました。一方、サイド反転と軽い差別の両方のタスクで、ストレスを受けた女性は、コントロール女性よりも多くの忍耐的な誤りを犯しました。いずれのタスク中に発生した回帰的エラーの数にも、治療群の間に違いはありませんでした。
各試行の省略と基準に達するまでの時間を 図2D に示します(これらの計算方法の詳細については、プロトコルのセクション7を参照してください)。 これらの措置は、このタスクが最大の性差を示したので、側逆転タスクでのみ評価された。ストレスを受けた女性は、他のすべての治療群と比較して、省略の割合が高い。また、ストレスは男性の側逆転タスクを完了する時間を短縮するように見えたが、ストレスは女性のタスクの完了を延長した。要するに、繰り返しストレスは女性の認知の柔軟性を損なったが、男性は機能しない。
脳の基質の認知の柔軟性の基礎は 図 3に示されている。側逆転タスクで赤裸々な性差が観察されたので、このタスクの根底にある脳領域を調べて、神経活動に同様の性差を示しているかどうかを判断した。既に説明したように、病変研究は、眼窩前頭皮質(OFC)が側逆転タスク34を仲介することを示している。したがって、c-fosは、神経活性化37の尺度であり、戦略シフトの完了後30分でOFCにラベル付けされ、これはサイド反転タスク38に性能を反映しているはずである。しかし、OFCもこのタスク39の次元外戦略シフトコンポーネントに役割を果たす可能性があります。したがって、瞑想戦略のシフトパラダイム内の特定のタスク中に脳活動を反映するために、適切なタイミングで犠牲を実行することが重要です。ここで、ストレスは、コントロールと比較して男性のOFCにおける神経活性化の有意な増加を誘発した。 しかし、ストレスは、コントロールと比較して女性のOFCにおける神経活性化の有意な減少を誘発した。さらに、男性では、OFC活性化と基準への試験が負の相関であった。具体的には、より高いOFC活性化は、基準に対する試験の数が少ないことと関連していた。対照的に、女性におけるOFC活性化と性能との間に相関関係はなく、OFCがこれらの公演中に離脱したことを示唆した。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61228/61228fig1.jpg"> 図1:トレーニング中やテスト日の間にパラダイムを変えるオペラ戦略の概略図。 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61228/61228fig1large.jpg" target="_blank"></a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61228/61228fig2.jpg"> 図2:操作戦略シフトパラダイムからの代表的な行動データ。(A)試験日に各タスクの基準を判断する試行。サイド反転タスクでは、ストレスは男性のパフォーマンスを向上させたが、女性のパフォーマンスが低下した。軽い差別作業では、ストレスは女性のパフォーマンスを低下させましたが、男性には影響を与えませんでした。(B)テスト日の各タスクのエラー数。ストレスは男性の誤りの数を減らしたが、両方の側の逆転と軽い差別タスクで女性のエラーが増加した。(C)忍耐的および回帰的なエラー分類。ストレスは男性で行われた忍耐的な誤りを減少させたが、両方の側の逆転と軽い差別タスクで女性に行われた忍耐的な誤りを増加させた。(D)省略された試行の割合と、サイド反転タスクにおける基準までの時間。ストレスは雌ラットの省略率を増加した。ストレスは男性が必要とする時間を短縮したが、女性がタスクを完了するために必要な時間を増加した。統計は双方向のANOVAを使用して計算され、続いてTukeyのt検定(n = グループあたり12ラット、誤差範囲はSEM、0.10、*p<0.05#p ≤を表します)。この図は、以前の文書17から変更されています。<a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61228/61228fig2large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61228/61228fig3.jpg"> 図3:オペラ戦略転換パラダイム後の代表的な神経活性化(A) 戦略シフトタスク後のOFCアクティベーション。明視野顕微鏡を用いて可視化したOFCにおけるc-fosに対する抗体を用いた免疫ヒストケミカル3,3'-ジアミノベンジジン(DAB)染色の代表的な画像を、次に定量化した。ストレスは、男性のOFCにおける活性化(c-fos発現細胞の数によって示される)有意に増加し、一方で女性の活性化は減少した。右下の画像パネルのスケールバーは200 μmを表します。統計は双方向ANOVAを使用して計算され、続いてTukeyのt検定(n = 12ラット/グループ、ラット当たり6〜8個のOFCセクション、誤差範囲はSEM、*p<0.05)が続いた。 (B) OFC活性化と相関する側反転タスクにおける基準への試行。男性は有意な負の相関関係を示しましたが、女性はそうではないのに対 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/61228/61228fig3large.jpg" target="_blank">し、ここをクリックしてこの図のより大きなバージョンを表示してください。</a>

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Assessment of Stress Effects on Cognitive Flexibility using an Operant Strategy Shifting Paradigm

ストレスの多い生命事象は認知機能を損ない、精神疾患のリスクを高める。このプロトコルは、男性と女性のスプレイグ・ドーリーラットのパラダイムをシフトする自動化されたオペラ戦略を使用して、ストレスが認知の柔軟性にどのような影響を与えるかを示しています。特定の行動の根底にある特定の脳領域について議論し、結果の翻訳関連性を探求する。

オペラ戦略シフトパラダイムを用いた認知の柔軟性に対するストレス効果の評価

Stress affects cognitive function. Whether stress enhances or impairs cognitive function depends on several factors, including the 1) type, intensity, and ...

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Nanyang Technological University

Research

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Behavior

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The Crossmodal Congruency Task as a Means to Obtain an Objective Behavioral Measure in the Rubber Hand Illusion Paradigm

The rubber hand illusion (RHI) is a popular experimental paradigm. Participants view touch on an artificial rubber hand while the participants' own hidden hand is touched. If the viewed and felt touches are given at the same time then this is sufficient to induce the compelling experience that the rubber hand is one's own hand. The RHI can be used to investigate exactly how the brain constructs distinct body representations for one's own body. Such representations are crucial for successful interactions with the external world. To obtain a subjective measure of the RHI, researchers typically ask participants to rate statements such as "I felt as if the rubber hand were my hand". Here we demonstrate how the crossmodal congruency task can be used to obtain an objective behavioral measure within this paradigm.
The variant of the crossmodal congruency task we employ involves the presentation of tactile targets and visual distractors. Targets and distractors are spatially congruent (i.e. same finger) on some trials and incongruent (i.e. different finger) on others. The difference in performance between incongruent and congruent trials - the crossmodal congruency effect (CCE) - indexes multisensory interactions. Importantly, the CCE is modulated both by viewing a hand as well as the synchrony of viewed and felt touch which are both crucial factors for the RHI.
The use of the crossmodal congruency task within the RHI paradigm has several advantages. It is a simple behavioral measure which can be repeated many times and which can be obtained during the illusion while participants view the artificial hand. Furthermore, this measure is not susceptible to observer and experimenter biases. The combination of the RHI paradigm with the crossmodal congruency task allows in particular for the investigation of multisensory processes which are critical for modulations of body representations as in the RHI.

We demonstrate how an objective measure can be employed in the widely employed rubber hand illusion paradigm. This measure is obtained by modifying the well-established crossmodal congruency task. This task allows the investigation of multisensory processes which are critical for modulations of body representations as in the rubber hand illusion.

ラバーハンドイリュージョンパラダイムにおける客観行動測定値を得るための手段としてクロスモーダル一致タスク

The rubber hand illusion (RHI) is a popular experimental paradigm. Participants view touch on an artificial rubber hand while the participants' own hidden ...

行動学

Irrelevant Stimuli and Action Control: Analyzing the Influence of Ignored Stimuli via the Distractor-Response Binding Paradigm

Selection tasks in which simple stimuli (e.g. letters) are presented and a target stimulus has to be selected against one or more distractor stimuli are frequently used in the research on human action control. One important question in these settings is how distractor stimuli, competing with the target stimulus for a response, influence actions. The distractor-response binding paradigm can be used to investigate this influence. It is particular useful to separately analyze response retrieval and distractor inhibition effects. Computer-based experiments are used to collect the data (reaction times and error rates). In a number of sequentially presented pairs of stimulus arrays (prime-probe design), participants respond to targets while ignoring distractor stimuli. Importantly, the factors response relation in the arrays of each pair (repetition vs. change) and distractor relation (repetition vs. change) are varied orthogonally. The repetition of the same distractor then has a different effect depending on response relation (repetition vs. change) between arrays. This result pattern can be explained by response retrieval due to distractor repetition. In addition, distractor inhibition effects are indicated by a general advantage due to distractor repetition. The described paradigm has proven useful to determine relevant parameters for response retrieval effects on human action.

The distractor-response binding paradigm is described. It can be used to shed light on the influence irrelevant stimuli, competing with targets for a response, can have on human action. Both response retrieval effects and distractor inhibition effects can be analyzed within the paradigm.

無関係な刺激と行動制御：ディストラクタ - 応答パラダイムを結合することにより無視された刺激の影響を分析

Selection tasks in which simple stimuli (e.g. letters) are presented and a target stimulus has to be selected against one or more distractor stimuli are ...

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.

注意のセットシフトタスク：マウスにおける認知の柔軟性の測定

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

Investigating the Effects of Antipsychotics and Schizotypy on the N400 Using Event-Related Potentials and Semantic Categorization

Within the field of cognitive neuroscience, functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a popular method of visualizing brain function. This is in part because of its excellent spatial resolution, which allows researchers to identify brain areas associated with specific cognitive processes. However, in the quest to localize brain functions, it is relevant to note that many cognitive, sensory, and motor processes have temporal distinctions that are imperative to capture, an aspect that is left unfulfilled by fMRI&#8217;s suboptimal temporal resolution. To better understand cognitive processes, it is thus advantageous to utilize event-related potential (ERP) recording as a method of gathering information about the brain. Some of its advantages include its fantastic temporal resolution, which gives researchers the ability to follow the activity of the brain down to the millisecond. It also directly indexes both excitatory and inhibitory post-synaptic potentials by which most brain computations are performed. This sits in contrast to fMRI, which captures an index of metabolic activity. Further, the non-invasive ERP method does not require a contrast condition: raw ERPs can be examined for just one experimental condition, a distinction from fMRI where control conditions must be subtracted from the experimental condition, leading to uncertainty in associating observations with experimental or contrast conditions. While it is limited by its poor spatial and subcortical activity resolution, ERP recordings&#8217; utility, relative cost-effectiveness, and associated advantages offer strong rationale for its use in cognitive neuroscience to track rapid temporal changes in neural activity. In an effort to foster increase in its use as a research imaging method, and to ensure proper and accurate data collection, the present article will outline &#8211; in the framework of a paradigm using semantic categorization to examine the effects of antipsychotics and schizotypy on the N400 &#8211; the procedure and key aspects associated with ERP data acquisition.

Using event-related EEG potentials (ERPs), we investigate the effects of antipsychotic medications on abnormal semantic brain activations in healthy individuals with schizotypal traits. We use ERPs to track distinct changes in brain activity, shedding insight into the cognitive processes associated with semantic categorization.

事象関連電位を使用したN400上の抗精神病薬とSchizotypyの影響を調査し、セマンティック分類

Within the field of cognitive neuroscience, functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a popular method of visualizing brain function. This is in ...

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.

ラットの行動の柔軟性を評価するためのオペラント手順

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

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.

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.

マウス用オペラントイントラ/エクストラ次元セットシフトタスク

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

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.

ラットにおける戦略セット・シフトのための新しいバリエーション

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

Chronic Stress Shifts Effort-Related Choice Behavior in a Y-Maze Barrier Task in Mice

Mood disorders, including major depressive disorder, can be precipitated by chronic stress. The Y-maze barrier task is an effort-related choice test that measures motivation to expend effort and obtain reward. In mice, chronic stress exposure significantly impacts motivation to work for a higher value reward when a lesser value reward is freely available compared to unstressed mice. Here we describe the chronic corticosterone administration paradigm, which produces a shift in effortful responding in the Y-maze barrier task. In the Y-maze task, one arm contains 4 food pellets, while the other arm contains only 2 pellets. After mice learn to select the high reward arm, barriers with progressively increasing height are then introduced into the high reward arm over multiple test sessions. Unfortunately, most chronic stress paradigms (including corticosterone and social defeat) were developed in male mice and are less effective in female mice. Therefore, we also discuss chronic non-discriminatory social defeat stress (CNSDS), a stress paradigm we developed that is effective in both male and female mice. Repeating results with multiple distinct chronic stressors in male and female mice combined with increased usage of translationally relevant behavior tasks will help to advance the understanding of how chronic stress can precipitate mood disorders.

The Y-maze barrier task is a behavior test that examines motivation to expend effort for reward. Here, we discuss testing multiple well-validated chronic stressors including chronic corticosterone and social defeat stress with this behavior, as well as the novel chronic non-discriminatory social defeat stress (CNSDS), which is effective in females.

慢性ストレスは、マウスのY迷路バリアタスクにおける努力関連選択行動をシフトさせる

Mood disorders, including major depressive disorder, can be precipitated by chronic stress. The Y-maze barrier task is an effort-related choice test that ...

<meta charset="utf8"></head><body>げっ歯類モデルの生理学と神経生物学に対する拘束ストレスの影響

Restraint to Induce Stress in Mice and Rats

Across all animal species, exposure to stressful conditions induces stress responses. One method to study the effects of stress using rodent models is the restraint stress procedure. Restraint stress has been used for decades to investigate changes in physiology, genetics, neurobiology, immunology, and other systems impacted by stress. Due to the ease of performing the procedure, low cost, and numerous modifications to scale for the intensity and duration of stress exposure, a vast literature of studies has used restraint stress in mice and rats. As one example, this study presents previously published data showing the impact of restraint stress in transgenic mice on plasma corticosterone levels and optogenetically-induced norepinephrine release. Acute restraint stress increased plasma corticosterone levels, yet this effect was blunted in mice following repeat restraint stress. However, stimulated norepinephrine release in the bed nucleus of the stria terminalis was increased only in the repeat restraint stress group. These data highlight important considerations of restraint parameters on dependent measures. Additional descriptions of restraint stress in rats are also included for comparison. Finally, the influence of the parameters of the restraint (e.g., acute vs. chronic) and characteristics of the animal subjects (strain, sex, age) are discussed.

<meta charset="utf8"></head><body>マウスおよびラットにおけるストレス誘発抑制

This article covers the procedures to induce stress responses using physical restraint stress in mice and rats. Additional considerations that should be observed when selecting and using restraint stress in rodent models are discussed.

マウスおよびラットにおけるストレス誘発抑制

Across all animal species, exposure to stressful conditions induces stress responses. One method to study the effects of stress using rodent models is the ...

オペラ戦略シフトパラダイムを用いた認知の柔軟性に対するストレス効果の評価

要約

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ラバーハンドイリュージョンパラダイムにおける客観行動測定値を得るための手段としてクロスモーダル一致タスク

無関係な刺激と行動制御：ディストラクタ - 応答パラダイムを結合することにより無視された刺激の影響を分析

注意のセットシフトタスク：マウスにおける認知の柔軟性の測定

事象関連電位を使用したN400上の抗精神病薬とSchizotypyの影響を調査し、セマンティック分類

ラットの行動の柔軟性を評価するためのオペラント手順

マウス用オペラントイントラ/エクストラ次元セットシフトタスク

ラットにおける戦略セット・シフトのための新しいバリエーション

慢性ストレスは、マウスのY迷路バリアタスクにおける努力関連選択行動をシフトさせる

マウスおよびラットにおけるストレス誘発抑制

マウスおよびラットにおけるストレス誘発抑制