注意定势转移测试(Attentional Set-Shifting, AST) 是一种拟人类威斯康辛卡片分类测试(Wisconsin card sorting test, WSCT)的测试流程, 可用于检测啮齿类动物前额叶介导的认知灵活性。认知灵活性是指个体能够觉察环境变化, 并能根据环境变化调整行动策略以完成目的行为程, 是个体适应动态环境变化的认知基础。多种精神疾病, 如自闭症、精神分裂症、帕金森、强迫症、注意力缺陷/多动障碍（attention deficit/hyperactivity disorder, ADHD）、抑郁症、亨廷顿病和阿尔茨海默病相关的痴呆症患者都伴随不同程度和不同特征的认知灵活性受损。近年来, AST 模型越来越多的应用于认知灵活性及其受损所致的精神疾病认知障碍的神经机理研究。

AST 测试的基本过程是训练动物在不同维度，如嗅觉、视觉、触觉等，几对刺激中辨别与奖赏物相关联的正性刺激线索, 并建立与之相应的策略寻找奖赏物。同时随着奖赏物和线索关系的转变调整已习得的策略或建立新的策略。

1、AST测试基本内容

经典AST 检测模型采用七阶段鉴别学习模式，根据检测程序依次为：简单辨别(Simple Discrimination, SD)、复杂辨别(Compound Discrimination,CD)、第一次逆反学习(Reversal Learning 1, RL1)、内维度转换(Intra-Dimensional shift, IDS)、第二次逆反学习(Reversal Learning 2, RL2)、外维度转换(Extra-Dimensional shift, EDS)和第三次逆反学习(Reversal Learning 3, RL3)七个阶段(Brown &Bowman, 2002)。每个动物的AST 测试过程较长(2-3 小时/只)且只能人工实时观察和记录动物的行为表现, 因此研究者在整个实验过程中都必须保持高度注意力, 测试具有相当的难度。

七阶段AST测试程序

（注：表格中与食物关联的线索被称为正性线索, 其所在维度为相关维度; 而与食物无关的线索称为负性线索, 其所在维度为无关维度。下同）

Fox (Fox, Barense, & Baxter, 2003)和Liston (Liston, Miller, Goldwater,et al.,2006)先后提出了简化五阶段AST 检测模式。五阶段与七阶段AST 程序的主要差别在于测试过程不包含RL1 和RL3 阶段, 仅包含五个连续的、难度不断增加的任务阶段, 即SD, CD, IDS, RL 和EDS。

五阶段 AST测试程序

这两种AST 检测程序都包含基本关联学习能力(规则形成和分类能力, 如SD 和CD), 已习得问题解决策略的调整和转换能力(如IDS 和RL), 以及随着环境关系变化抑制旧策略和跨维度建立新的应对策略的能力(如EDS)五种认知反应。

一般来说, AST 测试不同阶段中, 即简单和低水平学习任务需要的达标训练次数和错误率通常会低于复杂和高水平学习任务。以五阶段AST 为例, 动物在AST 高难度任务阶段(如RL 和EDS)的达标次数和错误率通常高于低难度任务阶段(如SD、CD 和IDS)。这种差异是重要的实验证据, 表明前期任务使得动物建立了注意定势, 从而导致随后的认知转换困难。

在AST 中RL 和EDS 是评价认知灵活性的核心指标。SD 和Wistar 种系大鼠是目前最广泛使用的实验动物。

2、传统AST 检测流程

七阶段AST 检测方法（seven consecutive stages）

长方形的测试箱由不透明的白色有机玻璃制成。白色有机玻璃分隔板将测试箱一部分用可上下垂直拉起隔板封闭作为起始区, 另一部分为测试区。用透明有机玻璃隔板将测试区平分为两个区域,每个区域内均置有可固定陶土罐的底座。每次任务前大鼠处于起始区, 拉起隔板使大鼠进入测试区寻找陶土罐中的奖赏物。陶土罐中装有填充物。奖赏物埋在填充物表面下2 cm。

实验大鼠经1 周适应期后, 进行AST 行为测定。从测试前7 天开始限制动物摄食，将体重逐步降低至限食前体重的80%~85%左右,自由饮水。从限食第5 天开始, 每只大鼠均进行如下3 个阶段测试。测试在单独的房间内进行。每次实验前提前1 h 将大鼠放入测试房中进行适应。

第一天适应期：

首先将陶土罐放入饲养笼,训练动物从装满垫料填充物的陶土罐中挖掘食物,直至动物连续3 次在5 min 内找到掩埋的食物。随后将大鼠移入AST 测试装置中, 使其适应测试环境并从检测区两侧放置的陶土罐中挖掘奖赏物, 直至动物连续3 次每次在5 min 内找到掩埋的食物。

第二天训练期:

大鼠在检测箱中分别进行单一气味/介质简单辨别学习。气味辨别任务使用柠檬和紫檀两种气味, 填充物辨别任务选择吹塑纸片和牛皮纸片两种填充物。选择其中一种气味/填充物作为正性线索与奖赏物相关联, 即始终将奖赏物放在正性线索标记的陶土罐中, 每次测试陶土罐的位置随机放置在测试区的左侧或右侧。正确反应为大鼠只挖掘正性线索标记的陶土罐获得奖赏物且不挖掘负性线索标记的陶土罐。以连续6 次正确反应作为完成训练标准。

第三天测试期：

包含7 个连续的, 难度不断增加的任务阶段：简单辨别(Simple Discrimination,SD), 复杂辨别(Compound Discrimination, CD), 第一次逆反学习(Reversal learning 1, RL1), 内维度转换(Intra-Dimensional shifting, IDS), 第二次逆反学习(Reversal learning 2, RL2), 外维度转换(Extra- Dimensional shifting, EDS)和第三次逆反学习(Reversal learning 3, RL3)。各阶段任务依次进行。每一阶段直到动物达到连续6 次正确反应的标准, 然后转至下一阶段任务。每个阶段所记录的指标为：达标训练次数、错误率(错误反应次数与达标训练次数之比)和潜伏期(每次测试时拉起隔板大鼠进入测试区到出现挖掘行为的时间)。

第一阶段为SD 阶段, 两个陶土罐分别以丁香和肉豆蔻气味标记, 以垫料为填充物。其中一种气味(如丁香)作为正性线索, 奖赏物始终放在此陶土罐中。大鼠学习根据正性线索寻找奖赏物直到达到连续6 次正确反应的标准；

第二阶段为CD 阶段, 引入非相关维度线索(两种新的填充物)并与两种气味的陶土罐随机配对呈现, 但其正性线索(气味)与SD 任务相同；

第三阶段为RL1 阶段, 使用与CD 中相同的气味和填充物,气味仍为相关维度, 但先前的正性气味线索变为负性线索, 而先前的负性气味线索变为正性线索;

第四阶段为IDS 阶段, 气味仍旧为相关刺激维度, 填充物为非相关刺激维度, 但此任务中同时更换两种新的气味(肉桂和迷迭香)及两种新的填充物(木珠和塑料珠)。以其中一种气味(如迷迭香)作为正性线索, 其他与CD任务相同；

第五阶段为RL2 阶段, 与RL1 任务类似, 原来在IDS 任务中为正性线索的气味此阶段换为负性线索, 原来的负性线索换为正性线索；

第六阶段为EDS 阶段, 更换新的填充物(白纸条和褶皱纸条)及气味(香茅和百里香)。同时此任务中填充物由不相关刺激维度变为相关刺激维度,其中一种填充物(如褶皱纸条)为正性线索, 而气味变为非相关刺激维度；

第七阶段为RL3 阶段, 与RL1 和RL2 类似, 只是EDS 任务中正性线索和负性线索互换。

为了避免位置和线索偏好, 在测试过程中随机选择相关维度的配对刺激物中的一个作为正性线索。同时每次任务中陶土罐的位置随机放置在测试区的左侧或右侧。

3、Ugo OPERON AST测试全自动测试系统工作原理及优势

尽管 ASST 具有许多优点，但它也存在一些核心局限性。首先，AST测试是一个耗时和劳动密集型的过程，需要训练有素的实验人员的持续参与。其次，涉及的众多变量（例如，气味、挖掘介质、奖励、奖励在碗中的位置）可能会在实验室内部和实验室之间产生相当大的差异;第三，实验操作中人为错误潜在风险极大（例如，奖励气味的倒置）。相对而言，五阶段AST 测试(five consecutive stages)更具操作便利性。

Ugo Basile新开发的Operon 49500 ASST的全自动版本，是针对传统全手动操作难听的潜在解决方案，实现在少量人工监督下执行修改后但类似的 ASST 版本。与手动版本类似，OPERON 允许在执行操作性响应时使用可口的食物奖励完成 ASST 的所有阶段。OPERON 还提供三个维度（嗅觉、触觉视觉和视觉）刺激变化，作为实验对象在整个测试过程中的注意线索。这些刺激集与手动版本提供的刺激不同（特别是对于触觉视觉维度、条件反射区域的纹理，而不是挖掘介质）。同样，操作性反应，将鼻子插入鼻子戳孔而不是挖掘。

Ugo Basile Operon全自动D/ED注意力定势转移测试系统是基于常规手动五阶段AST 测试原理，采用认知操作墙取代传统手动任务中的左右碗，通过自动化任务中的左右鼻子戳孔与声、光、气味刺激自动控制取代测试动物挖掘饲养笼垫料，实现五阶段AST测试操作的全自动转换控制。

Manual Five-stage ASST Protocol

Automated Five-stage ASST Protocol

系统由Operon 主机（集成颗粒分配器的操作墙）、气味释放控制单元和ANY-maze软件组成。

系统有两个设置完全相同的隔间，采用一扇可上下升降滑动门隔离。当小鼠在一间隔间内活动时（例如进行简单的辨别任务时），另一间隔间会自动设置好所有组件来进行下一项任务，实验可自动进行。

两个隔间，每个隔间都有一个带灯的操作墙（operant wall with lights）、气味输送（odor delivery）、推拉门（sliding door）和可更换纹理地板面板旋转装置。

气味输送系统（Odor delivery system）配置有2个输出通道和10个独立流量计（flow meters）。每个通道由电磁阀驱动。气味传递装置可以在Any-Maze控制控制下，可传输多达10种不同的测试气味。因为可以递达并吸回气体，只有鼻戳区域充斥气味，而隔间保持无味状态。

每个操作墙包含自动三维刺激器(视觉、嗅觉和触觉刺激)。

每个隔间都有左右鼻子戳(nose pokes)和颗粒分配器(pellet dispenser)。通过鼻戳控制位于中间的食物分配器完成奖励，鼻戳上方各有6种不同颜色的LED灯作为视觉刺激。

ID/ED 实验由 ANY-maze 管理，它通过 USB控制 Operon 的所有元素（隔间地板纹理、气味刺激的管理以及当动物做出正确的选择时自动给予奖励），并收集和分析数据。实验设置协议可以灵活更改，结果显示为数据、图表、统计信息或原始数据。

4、OPERON小鼠 AST测试全自动测试系统技术规格

订购信息

OPERON AST注意力定势转移实验测试系统设备包括双电动控制的滑动门的测试隔间及两个操作墙。操作墙上有食物分配器、两个用于嗅觉刺激和记录的鼻戳、LED灯和提供触觉刺激的旋转地板。

设备需与ANY-Maze控制（60000-C）、10通道嗅觉测试气味传递系统（49550-010）配合使用。

参考文献：

原三娜, 罗晓敏, 张 帆,等.大鼠注意定势转移任务模型的深入研究：种系和检测程序的影响.心理学报，2014，46（12）1805-1813

Francesca Zoratto, Edoardo Pisa, Claudia Soldati, et al. Automation at the service of the study of executive functions in preclinical models.Sci Rep . 2023 Oct 6;13(1):16890. doi: 10.1038/s41598-023-43631-8.

• 

  Ugo Operon小鼠全自动注意定势转移实验测试分析系统

  AST测试|全自动测试

  了解更多
• 

  Ugo大小鼠条件性位置偏好实验测试箱

  大小鼠cpp实验|any-maze视频跟踪

  了解更多