Abstract Sustained attention is a core cognitive domain that is often disrupted in neuropsychiatric disorders. Continuous performance tests (CPTs) are the most common clinical assay of sustained attention. In CPTs, participants produce a behavioral response to target stimuli and refrain from responding to non-target stimuli. Performance in CPTs is measured as the ability to discriminate between targets and non-targets. Rodent versions of CPTs (rCPT) have been developed and validated with both anatomical and pharmacological studies, providing a translational platform for understanding the neurobiology of sustained attention. In human studies, using degraded stimuli (decreased contrast) in CPTs impairs performance and patients with schizophrenia experience a larger decrease in performance compared to healthy controls. In this study, we tested multiple levels of stimulus degradation in a touchscreen version of the CPT in mice. We found that stimulus degradation significantly decreased performance in both males and females. The changes in performance consisted of a decrease in stimulus discrimination, measured as d’, and increases in hit reaction time and reaction time variability. These findings are in line with the effects of stimulus degradation in human studies. Overall, female mice demonstrated a more liberal response strategy than males, but response strategy was not affected by stimulus degradation. These data extend the utility of the mouse CPT by demonstrating that stimulus degradation produces equivalent behavioral responses in mice and humans. Therefore, the degraded stimuli rCPT has high translational value as a preclinical assay of sustained attention.

Sustained attention, the ability to focus on an activity or stimulus over time, is significantly impaired in many psychiatric disorders, and there remains a major unmet need in treating impaired attention. Continuous performance tests (CPTs) were developed to measure sustained attention in humans, non-human primates, rats, and mice, and similar neural circuits are engaged across species during CPT performance, supporting their use in translational studies to identify novel therapeutics. Here, we identified electrophysiological correlates of attentional performance in a touchscreen-based rodent CPT (rCPT) in the locus coeruleus (LC) and anterior cingulate cortex (ACC), two inter-connected regions that are implicated in attentional processes. We used viral labeling and molecular techniques to demonstrate that neural activity is recruited in LC-ACC projections during the rCPT, and that this recruitment increases with cognitive demand. We implanted male mice with depth electrodes within the LC and ACC for local field potential (LFP) recordings during rCPT training, and identified an increase in ACC delta and theta power, and an increase in LC delta power during correct responses in the rCPT. We also found that the LC leads the ACC in theta frequencies during correct responses while the ACC leads the LC in gamma frequencies during incorrect responses. These findings may represent translational biomarkers that can be used to screen novel therapeutics for drug discovery in attention.

Effort-related choice (ERC) tasks allow animals to choose between high-value reinforcers that require high effort to obtain or low-value/low-effort reinforcers. Dopaminergic neuromodulation regulates effort-related choice behavior. The enzyme catechol-O-methyltransferase (COMT) metabolizes synaptically-released dopamine. COMT is the predominate regulator of dopamine turnover in regions of the brain with low levels of dopamine transporters, including the prefrontal cortex. Here, we evaluated the effects of the COMT inhibitor tolcapone on ERC performance in a touchscreen-based fixed-ratio/concurrent chow assay in male mice. In this task, mice were given the choice between engaging in a fixed number of instrumental responses to acquire a strawberry milk reward and consuming standard lab chow concurrently available on the chamber floor. We found no significant effects of tolcapone treatment on either strawberry milk earned or chow consumed compared to vehicle treatment. In contrast, we found that haloperidol decreased instrumental responding for strawberry milk and increased chow consumption as seen in previously published studies. These data suggest that COMT inhibition does not significantly affect effort-related decision making in a fixed-ratio/concurrent chow task in male mice.