A الآلي بالكامل بروتوكول تكييف القوارض للتكامل حسي حركي والتجارب تحكم المعرفي

الهدف العام من التجربة التالية هو تقديم إطار سلوكي مؤتمت للتكييف الإجرائي للقوارض لاختبار المهام المعرفية المعقدة. تعتمد المهمة السلوكية على تصميم يتكون من خمس فتحات لوخز الأنف، وهو تصميم يُستخدم تقليدياً في دراسات مهمة وقت رد الفعل المتسلسل ذات الخيارات الخمسة. ويُطلب من الخاضعين للتجربة الحفاظ على وضع خطمهم داخل فتحة التثبيت حتى ظهور إشارة البدء بعد فترة تأخير قصيرة.

يتم تقديم سلسلة من التعليمات السمعية خلال فترة التثبيت لتوجيه الخاضع للتجربة في اختيار هدف حركي مستقبلي للحصول على مكافأة. يتيح استخدام الإشارة السمعية عمليات انتقال محددة بوضوح بين الفترات المختلفة للمهمة، ويسمح بدراسة جوانب متعددة من السلوك، بالإضافة إلى الآليات العصبية للذاكرة العاملة، واتخاذ القرار، والتخطيط الحركي. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية، مثل تجارب الملاحة في المتاهات، في تقليل السلوك الحركي الظاهر الذي قد يتأثر بالتغيرات المنهجية في مسار الخاضع للتجربة خلال الفترة الحرجة من المهمة.

على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر رؤى حول التحكم الحركي، إلا أنه يمكن استخدام الدراسات أيضاً لاستكشاف عمليات معرفية عليا أخرى، مثل الإدراك والانتباه وتكوين الذاكرة. سيقوم بتوضيح الإجراء ديلان ميلر، وهو طالب جامعي من مختبري. تُجرى الدراسة التالية في صندوق إشراط إجرائي يتكون من جدار يحتوي على خمس فتحات لوخز الأنف على أحد الجانبين ومسرب لتوصيل الطعام على الجانب المقابل.

تُعتبر فتحة وخز الأنف المركزية بمثابة فتحة تثبيت، بينما تُعتبر الفتحات الأربع الأخرى، موزعة بواقع فتحتين على كل جانب من فتحة التثبيت، فتحات لأهداف حركية. كل فتحة مجهزة بمصباح LED ثلاثي الألوان ونظام كاشف وباعث لأشعة تحت حمراء يكتشف اللحظة التي يدخل فيها الحيوان فتحة التثبيت وينسحب منها. ويقوم مولد نغمات قابل للبرمجة بإنتاج نغمة ذات تردد واحد بدقة تصل إلى الميلي ثانية، وهو متصل بمكبر صوت مثبت داخل صندوق التشغيل.

يتم التحكم في مولد النغمات وفتحات وخز الأنف من خلال نظام تتبع السلوك. وباستخدام برنامج متخصص خلال فترة التعود، قم بالتعامل مع الحيوانات يومياً واسمح لها باستكشاف غرفة الإشراط الإجرائي وموزع الطعام، ثم قم بتقييد تناولها للطعام تدريجياً على مدار ثلاثة أيام للوصول إلى 85 إلى 90% من وزن الجسم الأصلي. تتمثل الخطوة الأولى في تعريف الحيوان بفتحات وخز الأنف، ومنفذ توصيل الطعام، والربط بين الفتحات الوامضة والمكافأة.

للقيام بذلك، اختر أحد الهدفين وفق جدول زمني عشوائي وقم بتشغيل قائمة "الانطلاق" (go queue)، وهي عبارة عن ضوضاء سمعية بيضاء بينما يومض مصباح LED داخل الفتحة. اضبط البرنامج لمكافأة الخاضع للتجربة عند زيارة الفتحة. أنهِ التجربة بعد 30 ثانية في حال عدم زيارة الفتحة، وابدأ تجربة جديدة للمساعدة في اختيار الهدف.

عاقب الزيارات إلى الفتحات غير الصحيحة بإنهاء التجربة المتبوع بخمس ثوانٍ من التعتيم. بعد ذلك، اختر فتحة جديدة وابدأ تجربة جديدة حتى يتم الوصول إلى مستوى الأداء المطلوب. لتدريب الخاضع للتجربة على الوخز داخل فتحة التثبيت.

لبدء التجربة، يتم وميض صمام LED أصفر داخل ثقب التثبيت. عند توجه الخاضع للتجربة إلى ثقب التثبيت، قم بتشغيل إشارة البدء (go queue) فوراً وابدأ تجربة جديدة. وبمجرد أن يتعلم الخاضع للتجربة التوجه إلى ثقب التثبيت، قم بتدريبه على إبقاء أنفه داخل الثقب لفترة زمنية محددة.

للقيام بذلك، انتظر حتى يزور الموضوع فتحة التثبيت ثم أنهِ التجربة. إذا تراجع الموضوع في غضون 500 milliseconds، عاقب التراجعات المبكرة بفترة تعتيم لمدة سبع ثوانٍ. بخلاف ذلك، قم بتشغيل إشارة الانطلاق وكافئ الزيارات الصحيحة بتقديم كريّة طعام.

تتمثل الخطوة التالية في تقديم سلسلة التعليمات السمعية على شكل نغمة سمعية بتردد واحد، تكون نبضية وثلاثية، بمدة نبضة تبلغ 150 milliseconds وفترة فاصلة بين النبضات تبلغ 100 milliseconds. بالإضافة إلى ذلك، يتم زيادة طول فترة التأخير لتصل في المتوسط إلى 1.5 seconds. يتم اختيار طول فترة تأخير عشوائي في كل تجربة بناءً على توزيع منتظم يتراوح بين 1.3 إلى 1.8 seconds.

قم بتشغيل إشارة التعليمات فور دخول الخاضع للتجربة في فتحة التثبيت. خصص إشارتي تعليمات لكل هدف من الأهداف. ومع ذلك، استخدم إشارة واحدة فقط مرتبطة بكل هدف في هذه المرحلة حتى يصبح الخاضعون للتجربة أكثر إلماماً بالمهمة.

اسمح للخاضع للاختبار باستخدام الإشارات السمعية والبصرية معاً لاختيار الثقب المستهدف حتى يصل إلى مستوى الأداء المطلوب. ولتدريب الخاضع للاختبار على استخدام الإشارات السمعية فقط، قم بإيقاف تشغيل مصابيح LED الوامضة داخل الثقب المستهدف بحيث لا يتمكن الخاضع للاختبار إلا من استخدام إشارات التعليمات السمعية. وعند الوصول إلى الأداء المطلوب، قم بإدراج الإشارتين الأخريين في تسلسل إشارات التعليمات المقدمة عشوائياً، وكرر خطوات التدريب.

تأكد من أن الخاضع للتجربة يحافظ في نهاية كل خطوة على أداء سلوكي يتجاوز 75% لمدة ثلاث جلسات متتالية على الأقل قبل الانتقال إلى المرحلة التالية. وبمجرد الوصول إلى المرحلة النهائية، استمر في تطبيق البروتوكول على الخاضع للتجربة لمدة أسبوع لضمان الحفاظ على الأداء عند المستوى المطلوب. يتم تعريف معدل النجاح بأنه نسبة الزيارات الصحيحة للأهداف مقسومة على العدد الإجمالي للمحاولات.

يجب قياس معدل النجاح في كل مرحلة من مراحل التدريب. وتشمل أنواع الأخطاء المختلفة السحب المبكر، ونسبة التجارب التي انتهى وقتها بسبب السحوبات المبكرة من ثقب التثبيت (خطأ تكليف)، ونسبة التجارب الفاشلة عندما يزور الخاضع للتجربة هدفاً غير مُنشأ، وخطأ في المهمة، وهو نسبة الأخطاء عندما لا يزور الخاضع للتجربة أيًا من الأهداف بعد بدء التجربة.

قم بقياس زمن الاستجابة لكل تجربة، والذي يُعرف بأنه التأخير بين بدء إشارة الانطلاق وتراجع الخاضع للاختبار عن فتحة التثبيت. كما يتم قياس الوقت المستغرق للوصول إلى الهدف بوصفه المدة بين تراجع الخاضع للاختبار عن فتحة التثبيت ودخوله في فتحة الهدف. يوضح هذا المثال معدل النجاح لخاضع واحد للاختبار عبر 14 جلسة تسجيل.

تهيمن التراجعات المبكرة على أنواع الأخطاء، بينما تحدث أخطاء الارتكاب وأخطاء السهو بوتيرة أقل تكراراً. يوضح هذا المدرج التكراري توزيع زمن الاستجابة عبر التجارب المختلفة. وهنا، يتم عرض توزيع الوقت المستغرق للوصول إلى الهدف عبر التجارب المختلفة.

بمجرد أن أتقن الخاضع للتجربة المهمة، تم زرع مصفوفة أقطاب كهربائية دقيقة مكونة من 32 قناة. وفي المنطقة أمام الطرفية (prelimbic area)، يظهر رسم بياني عينة متوافقة مع مخطط نقطي (raster plot) لـ 22 وحدة تم تسجيلها في آن واحد، مع رسم علامات الأحداث السلوكية فوق الرسوم البيانية.

أثناء محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم تذكر فحص Perus قبل كل جلسة تدريب ومراقبة أداء الخاضع للتجربة بعدها. قد يكون الانخفاض الملحوظ في درجات السلوك ناتجاً عن خلل في المعدات بعد تطويرها. من شأن هذه التقنية أن تمهد الطريق للباحثين في مجال العلوم العصبية المعرفية لاستكشاف التحكم من الأعلى إلى الأسفل في السلوك الموجه نحو الهدف.