大鼠(shǔ)注意(yì)定勢轉(zhuǎn)移任務模型的深(shēn)入研究(jiū)
： 種(zhǒng)係和檢測(cè)程序的影(yǐng)響*

原(yuán)三(sān)娜 1,2  羅曉敏 1,2  張(zhāng)  帆 1,2  邵  楓(fēng) 3  王(wáng)瑋(wěi)文 1 (1 中國科學院心理(lǐ)健(jiàn)康重(zhòng)點實驗(yàn)室, 中國(guó)科(kē)學院心理研(yán)究所(suǒ), 北京 100101) (2 中(zhōng)國科學院(yuàn)大(dà)學, 北京 100039) (3 北京(jīng)大學心(xīn)理(lǐ)係(xì), 北京 100871)

摘(zhāi)  要  注意定勢轉移任務(attentional set-shifting task, AST)可(kě)用於(yú)特異性檢(jiǎn)測(cè)齧(niè)齒類動物前(qián)額葉皮層及(jí)其(qí) 皮層下神(shén)經通(tōng)路介(jiè)導的(dí)認知靈活性(xìng), 是目前研究認(rèn)知靈活性及(jí)其障礙神經(jīng)基礎(chǔ)的(dí)重要模型(xíng)。本研(yán)究係統調(tiáo)查 了大(dà)鼠種(zhǒng)係和(hé)檢測程(chéng)序(xù)差異對(duì) AST 結果的影(yǐng)響。通過(guò)比較 Wistar 和 Sprague Dawley (SD)兩個(gè)種(zhǒng)係(xì)大鼠(shǔ)在(zài)七 階段和(hé)五階段(duàn)兩種(zhǒng) AST 檢測程序中的認知(zhī)表現, 研究發現
：(1) SD 和(hé) Wistar 大鼠前額葉認(rèn)知(zhī)功(gōng)能(néng)存(cún)在差異, 後者的總體認(rèn)知表(biǎo)現優(yōu)於前(qián)者(zhě)。尤(yóu)其(qí)是 Wistar 大(dà)鼠(shǔ)在逆反學(xué)習(xí)階段(duàn)的達標訓(xùn)練(liàn)次數(shù)及錯(cuò)誤(wù)率(shuài)顯著低於 SD 大(dà)鼠, 表明(míng) Wistar 大(dà)鼠具有(yǒu)更(gēng)高(gāo)的策(cè)略轉換靈活性。(2)在(zài) AST 測試(shì)中逆(nì)反學習(xí)和外維(wéi)度定勢轉(zhuǎn)移(yí)是認(rèn)知靈 活性評(píng)價(jià)的(dí)核(hé)心(xīn)指(zhǐ)標。這兩種(zhǒng)認(rèn)知轉(zhuǎn)換(huàn)過程分別以前(qián)期策略和(hé)注意定勢建立為(wéi)基礎。結果顯示(shì)在(zài)兩種 AST 檢測(cè)程序中(zhōng) Wistar 和(hé) SD 大鼠(shǔ)在(zài)逆反學習和/或(huò)外(wài)維度定勢轉(zhuǎn)移(yí)等復雜學(xué)習階(jiē)段(duàn)的(dí)達(dá)標訓練(liàn)次(cì)數和錯誤(wù)率均(jūn) 高於其(qí)它簡單(dān)關(guān)聯(lián)學習(xí)階(jiē)段, 表(biǎo)明在(zài)目前實驗(yàn)條(tiáo)件(jiàn)下大鼠(shǔ)均表(biǎo)現出(chū)定勢(shì)形(xíng)成(chéng)和轉換(huàn)困難(nán)的(dí)反(fǎn)應(yīng)模(mó)式, 不同(tóng) 認知反(fǎn)應(yīng)間的結構(gòu)關係(xì)具有穩定性。這些(xiē)結(jié)果(guǒ)提示大鼠(shǔ)前額(é)葉皮質介(jiè)導(dǎo)的認知靈(líng)活(huó)性存(cún)在(zài)種係差異, AST 各 階段認知(zhī)反應間(jiān)的結構效度(dù)不受目前使(shǐ)用的(dí)大鼠(shǔ)種(zhǒng)係和檢測程序(xù)差異(yì)的影響(xiǎng), 擴展了(liǎo)對 AST 模(mó)型的認識。 關鍵(jiàn)詞  認(rèn)知靈活(huó)性; 注意定勢轉(zhuǎn)移(yí)任務(wù); 種係差異(yì); 逆反學習; 外(wài)維度(dù)定勢轉移(yí) 分(fēn)類號  B845

1  前言

        注(zhù)意定(dìng)勢轉移(yí)任(rèn)務(wù)(Attentional set-shifting, AST)是一種(zhǒng)擬(nǐ)人類威斯康辛(xīn)卡片分(fēn)類(lèi)測(cè)試 (Wisconsin card sorting test, WSCT)模型(xíng), 可用(yòng)於(yú)檢(jiǎn) 測(cè)齧齒類(lèi)動物前額(é)葉介導(dǎo)的認知(zhī)靈(líng)活性(Brown & Bowman, 2002)。認知靈(líng)活(huó)性是指個(gè)體能夠覺察環 境(jìng)變化(huà), 並(bìng)能根(gēn)據環境(jìng)變化的要(yào)求(qiú)調整行(háng)動(dòng)策略以 完成目的(dí)行為(wéi)的過程, 是(shì)個體(tǐ)適應動態環(huán)境變化(huà)的(dí) 認知(zhī)基(jī)礎(chǔ)。多種(zhǒng)精神(shén)疾病, 如(rú)抑(yì)鬱(yù)症(Lyche, Jonassen, Stiles, Ulleberg, Landrø, 2011), 精(jīng)神分裂 症(zhèng)(Hilti et al., 2009; Millan et al., 2012)患(huàn)者都伴(bàn)隨 不同(tóng)程度和不同特(tè)征的(dí)認知(zhī)靈活(huó)性損傷。固著(zhuó)性認(rèn)知(zhī)和情(qíng)感偏誤(wù)還(huán)被認為是(shì)造成抑(yì)鬱症和(hé)焦(jiāo)慮症(zhèng)的 重要(yào)病(bìng)因(yīn)學(xué)因(yīn)素之(zhī)一(yī)(Beck, 2008)。近年(nián)來, AST 模 型越來(lái)越多(duō)的應用於認知靈活(huó)性(xìng)及其損害(hài)所(suǒ)導致 的(dí)精神疾病認知(zhī)障礙(ài)的(dí)神經機理研究(Bissonette & Powell, 2012; Bondi, Jett, & Morilak, 2010; Durstewitz, Vittoz, Floresco, & Seamans, 2010; Floresco, Block, & Tse, 2008; Millan et al., 2012)。目前不同 AST 研(yán) 究采用(yòng)的(dí)檢測程序和實驗(yàn)動物種(zhǒng)係存在差(chà)異(yì), 研(yán)究(jiū) 結果也不一致(zhì)(Birrell & Brown, 2000; Bissonette & Powell, 2012; Cain, Wasserman, Waterhouse, & McGaughy, 2011; Colacicco, Welzl, Lipp, & Wurbel, 2002)。上(shàng)述(shù)因素(sù)對(duì)檢測結果的(dí)影響以(yǐ)及(jí)影響程(chéng)度(dù) 目前並不清(qīng)楚(chǔ), 開(kāi)展係(xì)統(tǒng)研究(jiū)有(yǒu)利(lì)於(yú)比較(jiào)和整(zhěng)合已(yǐ)有(yǒu)研究發現(xiàn), 並為(wéi)模型(xíng)的(dí)合理選擇(zé)提供行為(wéi)學(xué)依(yī)據。

       AST 測試(shì)的(dí)基本過程(chéng)是(shì)訓練動物在(zài)不(bù)同(tóng)維(wéi)度 (如(rú)嗅(xiù)覺(jué)，視(shì)覺，觸(chù)覺等(děng))的幾對(duì)刺(cì)激(jī)中(zhōng)辨(biàn)別與獎(jiǎng)賞(shǎng) 物(wù)相(xiāng)關聯的(dí)正(zhèng)性刺(cì)激綫索(suǒ), 並(bìng)建(jiàn)立與(yǔ)之相(xiāng)應(yīng)的(dí)策略(lüè) 尋(xún)找(zhǎo)獎賞(shǎng)物(wù)。同時(shí)隨著獎(jiǎng)賞(shǎng)物和綫(xiàn)索(suǒ)關係的(dí)轉(zhuǎn)變(biàn)調 整已(yǐ)習得(dé)的(dí)策略或(huò)建(jiàn)立新的策(cè)略(Birrell & Brown, 2000)。經(jīng)典(diǎn)的 AST 檢測模型采(cǎi)用七階(jiē)段(duàn)鑒別學習 模式(shì), 根據(jù)檢測程(chéng)序依(yī)次包(bāo)括(kuò)
：簡單辨別(Simple Discrimination, SD)，復雜辨(biàn)別(bié)(Compound Discrimination, CD)，次(cì)逆反(fǎn)學習(xí)(Reversal Learning 1, RL1)，內維(wéi)度轉換(Intra-Dimensional shift, IDS)， 第二(èr)次逆(nì)反學習(Reversal Learning 2, RL2)，外(wài)維度 轉換(Extra-Dimensional shift, EDS)和第(dì)三(sān)次逆反學 習(xí)(Reversal Learning 3, RL3)七(qī)個(gè)階段(Brown & Bowman, 2002)。由於每(měi)個動物(wù)的 AST 測試過程(chéng)較(jiào) 長(2~3 小時/隻)且隻(zhī)能(néng)人工實時觀察和記錄(lù)動物(wù)的(dí) 行為表(biǎo)現(xiàn), 因此研(yán)究者(zhě)在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程(chéng)中(zhōng)都(dū)必須保 持高度注意力(lì), 測試(shì)具有相當(dāng)的(dí)難(nán)度(dù)。隨後, Fox (Fox, Barense, & Baxter, 2003)和Liston (Liston et al., 2006)提出了(liǎo)簡(jiǎn)化(huà)的五階段 AST 檢(jiǎn)測(cè)模式, 檢測(cè)程 序(xù)依(yī)次(cì)包(bāo)括
：SD，CD，IDS，RL 和(hé) EDS 五(wǔ)個階段。 可(kě)見, 這兩(liǎng)種 AST 檢測程序都(dū)包(bāo)含基本關聯(lián)學(xué)習(xí) 能力(規(guī)則形成和(hé)分(fēn)類(lèi)能力(lì), 如 SD 和 CD), 已習得 問題解(jiě)決策略的(dí)調整和轉換能力(如IDS和(hé)RL), 以及(jí)隨著環境關係(xì)變(biàn)化抑製(zhì)舊(jiù)策(cè)略(lüè)和(hé)跨(kuà)維度(dù)建立新 的應(yīng)對(duì)策略(lüè)的能力(lì)(如 EDS)五種認知(zhī)反(fǎn)應, 但不同 檢(jiǎn)測(cè)階段間的(dí)順(shùn)序(xù)關(guān)係和(hé)逆(nì)反學習(xí)次數(shù)存在差異。 考慮(lǜ)到在 AST 中除了 SD, 其它(tā)認(rèn)知(zhī)成分都包含前(qián) 期(qī)“經驗”的影響及調整(zhěng)過程(chéng), 可以(yǐ)推(tuī)測(cè)前(qián)期“經驗” 參(cān)數(shù), 例如經(jīng)驗(yàn)類(lèi)型和經歷(lì)次(cì)數, 可(kě)能(néng)影(yǐng)響個(gè)體隨 後的(dí)適應性(xìng)調(tiáo)節過(guò)程。目前(qián)使(shǐ)用(yòng)的七(qī)階(jiē)段(duàn)和五階(jiē)段 AST檢測(cè)程(chéng)序存在上述差異, 它(tā)們是否會對動(dòng)物認 知表現產生影響及(jí)其影響程(chéng)度目(mù)前還不(bù)清楚。一般(bān) 來說, AST 測(cè)試(shì)不(bù)同階段(duàn)的認知反應存在一定的(dí)結(jié) 構(gòu)關(guān)係, 即簡(jiǎn)單(dān)和低水平學習任(rèn)務(wù)需要的達標訓練 次數和錯誤(wù)率通常(cháng)會(huì)低(dī)於(yú)復(fù)雜和高(gāo)水平(píng)學(xué)習(xí)任(rèn)務。以(yǐ)五階(jiē)段 AST 為(wéi)例, 動(dòng)物(wù)在(zài) AST 高難度(dù)任(rèn)務(wù)階(jiē)段 (如(rú) RL 和 EDS)的達標次數(shù)和(hé)錯誤率(shuài)通(tōng)常(cháng)高於低難 度任(rèn)務階(jiē)段(如 SD，CD 和(hé) IDS)。這(zhè)種差異(yì)是重要 的實驗證據, 表(biǎo)明(míng)前期任務使得動物建立了(liǎo)注(zhù)意(yì)定 勢, 從(cóng)而(ér)導(dǎo)致隨(suí)後(hòu)的認知(zhī)轉(zhuǎn)換困難。本研究將(jiāng)通(tōng)過 比(bǐ)較在(zài)兩種(zhǒng)檢測程(chéng)序(xù)中(zhōng)上述認(rèn)知(zhī)反(fǎn)應(yīng)間結構(gòu)關係 的(dí)一致性評(píng)價(jià)不同檢測。

       在 AST 中 RL 和(hé) EDS 是(shì)評(píng)價(jià)認(rèn)知靈活(huó)性的(dí)核心 指標(Lapiz-Bluhm et al., 2008)。人類(lèi)，靈長(cháng)目和齧 齒類(lèi)動物的比較研究發(fā)現(xiàn), 認(rèn)知(zhī)靈(líng)活(huó)性依賴於前(qián)額(é) 葉(yè)及(jí)其相關(guān)神經通路的功能(néng)(Robbins & Arnsten, 2009)。前(qián)額葉的結構(gòu)和功(gōng)能(néng)受遺傳因素(sù)和環(huán)境(jìng)因 素(sù)的(dí)影(yǐng)響。例如人(rén)類 WSCT 中的錯誤反應(yīng)次數(shù)和(hé)錯(cuò) 誤(wù)率(反映認知(zhī)固著(zhuó)性(xìng)的(dí)主(zhǔ)要指(zhǐ)標)具有(yǒu) 37%~46% 中等程度(dù)的(dí)遺傳(chuán)基(jī)礎(chǔ)(Anokhin, Heath, & Ralano, 2003)。藥物，應(yīng)激或(huò)腦區損毀等(děng)不同處置差(chà)異(yì)性(xìng) 影響(xiǎng)齧齒類動(dòng)物(wù) AST 各階段的認(rèn)知(zhī)表現 (Bondi, Rodriguez, Gould, Frazer& Morilak, 2008; Chen, Baxter, & Rodefer, 2004; McAlonan & Brown, 2003)。 目前(qián)齧(niè)齒(chǐ)類動物研究絕(jué)大多(duō)數(shù)采用 SD (Bondi et al., 2008)和Hooded Lister (Allison & Shoaib, 2013; Tait, Marston, Shahid, & Brown, 2009)大鼠, 也有(yǒu)采用(yòng) Long Evans (Cain et al., 2011; Chen et al., 2004; Newman & McGaughy, 2011)或(huò) Wistar-Kyoto (WKY) (Lapiz-Bluhm et al., 2008)大鼠作為(wéi)實(shí)驗(yàn)動物(wù)。由於(yú) 研(yán)究(jiū)采(cǎi)用的實驗(yàn)程序也不一(yī)致(zhì), 種係差(chà)異是(shì)否影(yǐng)響(xiǎng) 大鼠(shǔ) AST 結(jié)果目前尚(shàng)不清(qīng)楚。SD 和(hé) Wistar 種係大(dà) 鼠(shǔ)是目前廣泛(fàn)使(shǐ)用的(dí)實驗動物(wù)。已(yǐ)知這兩類(lèi)大鼠(shǔ) 在某些(xiē)行為和(hé)認(rèn)知功能(néng)方(fāng)麵(miàn)存(cún)在差(chà)異。例(lì)如 Wistar 大(dà)鼠(shǔ)對於放置(zhì)在(zài)測(cè)試箱中的新穎物(wù)體的探索行(háng)為(wéi) 多(duō)於(yú) SD 大(dà)鼠(shǔ)(Andrews, Jansen, Linders, Princen, & Broekkamp, 1995)。在(zài) Morris 水(shuǐ)迷(mí)宮測試中(zhōng), SD 和(hé) Wistar 大鼠(shǔ)海(hǎi)馬依(yī)賴的(dí)空間學習(xí)能(néng)力也存(cún)在差異 (Van der Borght, Wallinga, Luiten, Eggen, Van der Zee, 2005)。本研(yán)究(jiū)將比(bǐ)較它(tā)們在前額(é)葉介(jiè)導(dǎo)的認 知靈(líng)活(huó)性(xìng)方麵是(shì)否(fǒu)存(cún)在差(chà)異。

       總(zǒng)的(dí)來說, 注意定勢(shì)轉移(yí)任(rèn)務特異(yì)性檢測(cè)前額(é) 葉及(jí)其相關(guān)神(shén)經(jīng)通路(lù)功(gōng)能(néng), 是研究(jiū)認知(zhī)靈(líng)活性(xìng)及(jí)其 障(zhàng)礙神經(jīng)基礎(chǔ)的重要(yào)模型(xíng)。本研究係統(tǒng)比(bǐ)較(jiào)了(liǎo)大(dà)鼠(shǔ)種係(xì)和(hé)檢測(cè)程(chéng)序差異對(duì)注意定(dìng)勢任務的影(yǐng)響, 為(wéi)相(xiāng)關(guān)研(yán)究(jiū)實(shí)驗(yàn)動物和實(shí)驗(yàn)程序的(dí)選(xuǎn)擇(zé)提(tí)供依(yī)據。