Il roditore psicomotorio vigilanza Test (rPVT): un metodo per la valutazione delle prestazioni neurocomportamentali in ratti e topi
Summary
Una versione topo dell'umano psicomotorio vigilanza Test (PVT) è descritto che misura gli aspetti di attenzione simili a quelli misurati con la PVT umana, compresi gli aspetti di vigilanza umana come la precisione le prestazioni, la velocità del motore, rispondendo prematura, e cali di attenzione.
Abstract
L'umano psicomotorio vigilanza Test (PVT) è una procedura ampiamente usato per misurare le variazioni di fatica e attenzione sostenuta. Il presente articolo descrive una versione roditore della PVT-definito il "rPVT" -che misura aspetti simili di attenzione (ad esempio, la precisione le prestazioni, la velocità del motore, prematuro rispondere, e cali di attenzione). I dati sono presentati che dimostrano sia a breve che a lungo termine utilità del rPVT quando impiegato con ratti di laboratorio. Ratti facilmente imparare il rPVT, e imparare a eseguire la procedura di base richiede meno di due settimane di allenamento. Una volta acquisite, le prestazioni di ratto nel rPVT mostrano un alto grado di somiglianza a queste stesse misure di performance nel PVT umana, compresa similitudini, vuoti di attenzione, i tempi di reazione, decrementa di vigilanza attraverso il tempo della sessione (cioè, l'umano "time-on compito "effetti), e l'effetto intervallo di risposta-stimolo (RSI) descritto per gli esseri umani. Così il rPVT può essere uno strumento estremamente prezioso per valutare gli effetti di una vasta gamma di variabili sul attenzione sostenuta del tutto simili a spettacoli PVT umani, e quindi possono essere utili per lo sviluppo di nuovi trattamenti per le disfunzioni neurocomportamentali.
Introduction
Il test di vigilanza psicomotoria umana (PVT) è uno strumento ben convalidato ampiamente utilizzato per misurare vigilanza e attenzione sostenuta negli esseri umani, ed è stato originariamente sviluppato da Dinges et al. 1-3 per la valutazione della stabilità dei tempi di reazione e l'attenzione (ad esempio, gli errori in termini di risposte e cali di attenzione precoce), sia all'interno sessioni nel suo complesso e in tutto il tempo all'interno delle singole sessioni. Nel corso degli anni, la PVT umana è stata modificata e aggiornata 4-11 per monitorare cambiamenti temporali nei vari aspetti attenzione, ed è stato dimostrato di essere sensibile ai cambiamenti di privazione del sonno e la stanchezza, ed è influenzata dal consumo di droghe e l'età dei soggetti 12 , 13. La PVT è una procedura apparentemente semplice in cui un soggetto tocca brevemente una schermata quando uno stimolo (di solito un display numero di LED) appare in modo casuale nel tempo, in genere dopo 2 – 10 s. Nella versione umana, la visualizzazione del numero viene incrementato in ms e si fermò quando tegli schermo viene toccato, indicando così il tempo di reazione del soggetto (RT). Riduzioni di vigilanza sono indicati da 1) ha rallentato i tempi di reazione, 2) un aumento della decade (definito "errori di omissione" nella letteratura umana, e di solito definita come RT che sono> 500 ms di lunghezza), e 3) l'aumento rispondendo prematura (definito "errori di commissione" o "false partenze" nella letteratura umana). Altre misure possono essere ottenuti anche con la PVT per l'esame delle variabili come genere e di età differenze; per una revisione di tali misure, vedi Basner e Dinges 4. Infine, la PVT è stato impiegato nella zona generale di valutazione del rischio per l'uomo, ed è stato utilizzato con successo in una vasta gamma di aree operative che includono le industrie militari, aereo e ferroviario, di primo intervento, e ambienti estremi, come missioni estreme Ambiente della NASA operazioni (NEEMO), l'international Mars500 Progetto 14, e sul Spac internazionalee Station (ISS). Sulla ISS, la PVT è chiamato "Reazione Self-Test" ed è impiegato per fornire gli astronauti con individualizzato valutazioni legate alla fatica (ad esempio, i cambiamenti nella RTS o cali di attenzione).
La PVT umana è stato in uso per decenni, come hanno fatto le versioni di roditori di compiti tempi di reazione semplici (che sono in qualche modo simile). E 'stato solo di recente, tuttavia, che una controparte roditore al PVT umano è stato riportato in letteratura. Christie e colleghi hanno descritto una versione del PVT umana per i ratti, e hanno riportato diminuzioni di vigilanza seguenti privazione del sonno 15,16. Recenti studi inoltre hanno riportato versioni del rPVT 17-19. Questi rapporti hanno descritto cambiamenti attenzione sostenuta in seguito a diverse tecniche di privazione del sonno; alti livelli tuttavia, i dati di questi studi hanno anche riportato di prematura rispondenti (ad esempio, in alcuni casi, più del 40% del numero totale di respons); tali prestazioni sono molto diverso da tutti gli spettacoli PVT con gli esseri umani. Tale una grande differenza di roditore vs. prestazioni umane sono probabilmente a causa di differenze nei parametri specifici impiegati nella umana contro le versioni roditore della PVT; per esempio, la Christie et al. studio ha impiegato un caso che varia 3-7 s foreperiod, mentre un PVT umano impiega normalmente 2-10 s foreperiod (anche se vedi Basner et al 5 per una versione a 3 min del PVT umana che utilizza un 1 -. 4 s foreperiod) . L'uso di valori foreperiod relativamente brevi può spesso causare negli animali "timing" le loro risposte, e quindi in grado di promuovere, attraverso il rinforzo accidentale, aumento del numero di risposte premature, come sono stati riportati negli studi di roditori rPVT correnti.
La versione del rPVT qui descritto è basato sulla nostra dell'articolo precedentemente pubblicato 20, e fornisce una descrizione dettagliata delle tecniche e procedure. differiscerispetto alle versioni precedentemente pubblicate del rPVT per i seguenti aspetti: 1) ratti sono stati addestrati con i valori foreperiod variabili di 3 – 10 s, e 2) ratti dovevano rispondere rapidamente, in quanto solo le risposte all'interno di una finestra di risposta breve (anche definito un "limitata hold ") a seguito di insorgenza stimolo sono state rafforzate (1,5 s nel presente studio, 3,0 s nelle precedenti versioni pubblicate del rPVT). Usando queste modifiche così come brevi timeout per errato rispondendo portato a maggiori livelli di controllo dello stimolo, come indicato da significativi miglioramenti nella precisione e livelli di risposta precoce ridotta. Il presente rapporto descrive inoltre i cambiamenti prevedibili delle variabili di performance (ad esempio, difficoltà di attenzione, RTS) che sono parallele a quelle osservate nell'uomo in sede di esame di vigilanza decrementa 21, e in sede di esame altre misure di performance, tra cui l'effetto umano "il tempo sul compito" e il response- intervallo di stimolo (RSI) effetto che si osserva nel PVT umana <sup> 22.
La versione finale del rPVT descritto qui inizia accendendo una luce casa (vedi Figura 1). Dopo un intervallo variabile (foreperiod) di 3 – 10 s è trascorso, la chiave del naso-Poke è illuminato per un massimo di 1,5 s. (Per assicurare un'equa distribuzione delle foreperiods durate, i valori sono generati in modo casuale senza sostituzione da un elenco di 36 possibili valori che vanno da 3 a 10 s, sulla base di incrementi di 200 ms.) Illuminazione della chiave nosepoke è il segnale per un animale rispondere, e una risposta che si verifica tra 150 a 1.500 ms seguito all'insorgenza di luce è rinforzato con un pellet di 45 mg. Dopo una risposta rinforzata, sia la luce chiave naso-Poke e la luce casa siano spenti e un 1 s inter-trial intervallo (ITI; casa luce fuori) ne consegue. Nose-poke a prima dell'inizio luce producono un 8 s timeout (TO) dalle contingenze sperimentali che viene segnalata da spegnere la luce casa. Se non risposte si verificano entro le s res 1.5finestra ponse, sia la luce e la luce nosepoke casa sono spenti, e un 1 s ITI ne consegue. Il valore successivo foreperiod programmata per il successivo processo inizia dopo che sia l'1 s ITI o gli 8 s per, a seconda di quale si sono verificati durante il processo precedente. Le sessioni sono condotte al giorno (5 giorni / settimana), di solito sono costituiti da circa 200 prove, e finiscono dopo 30 min. Ciò risulta con ogni prova avente una durata di circa 7,5 s, in media.
Un progetto per prestazioni di base stabile sulla rPVT si ottiene 1) inizialmente adattamento di un topo per prendere pellet cibo dal vassoio di cibo nella camera, 2) un ratto di rispondere su un tasto Poke naso rafforzando approssimazioni successive alla finale-shaping mano il naso colpire risposta, e 3) lo svolgimento di sedute giornaliere dove i parametri della procedura rPVT (vale a dire, foreperiod, ITI, AD, e tempi di-illuminazione dei tasti) vengono gradualmente adeguato nel corso di una sessione, a seconda di quanto bene ogni ratto sta eseguendo durante ogni sessione (descritto in dettaglio nel seguito).
Protocol
Representative Results
Discussion
La metodologia qui descritta si traduce in prestazioni rPVT in ratti che confrontano favorevolmente in molti aspetti del tipico prestazioni PVT riportati in letteratura umana. Utilizzando le tecniche attuali, si può formare rapidamente ratti per eseguire la rPVT, e le prestazioni ottenute con queste tecniche sono caratterizzati da discriminazioni chiari (cioè elevati livelli di corretta rispondenti, bassi livelli sia di rispondere prematura e decade). Inoltre, le distribuzioni tempo di reazione ottenuti con i…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This research was supported by NASA (NNX15AC17G to CMD), and by NASA cooperative agreement NCC 9-58 (E000010 to CMD, NBPF02802 and NBPF04201 to RDH) with the National Space Biomedical Research Institute.
Materials
| Modular rat operant chamber with stainless steel grid floor | Med Associates | ENV-008 | Med Associates Inc. PO Box 319 St. Albans, Vermont 05478, USA Phone: (802) 527-2343 |
| Sound attenuating chamber | Med Associates | ENV-022MD | Houses rat operant chamber |
| Houselight for rat | Med Associates | ENV-215M | |
| 1" diameter rat nose poke response key | Med Associates | ENV-119M-1 | |
| Pellet receptacle, trough type | Med Associates | ENV-200R2M | |
| Modular pellet dispenser for rat, 45-mg | Med Associates | ENV-203M-45 | |
| PCI Operating package for up to 8 operant chambers | Med Associates | MED-SYST-8 | |
| SmartCtrl | Med Associates | DIG-716P1 | This catalog number has 8 outputs and 4 inputs which is the minimum needed to run the rPVT; SmartCtrl can also be purchased with 16 outputs and 8 inputs for more flexibility |
| Med-PC IV software | Med Associates | SOF-735 | |
| PC computer with PCI card slot | Any manfacturer (e.g., Dell) | Use of the PCI operating package requires a computer with a PCI card slot. Systems that use PCIe are available. Contact Med Associates for details. | |
| Dustless Precision pellets 45-mg rodent grain-based diet | Bio Serv | FO165 | Bio-Serv One 8th Street, Suite 1 Frenchtown, NJ 08825, USA Phone: (800)-996-9908; Standard chow pellets are commonly used. Different pellets (e.g., sucrose) can be acquired from Bio Serv. |
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