Ein vollautomatisiertes und vielseitig verwendbares System zum Testen von Multi-kognitiven Funktionen und Aufnahme neuronaler Aktivitäten bei Nagetieren

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, eine Ratte so zu trainieren, dass sie eine Abfolge von Aufgaben ausführt, mit denen mehrere Gehirnfunktionen untersucht werden können. Dies wird erreicht, indem die Ratten zunächst an die Verhaltenskammer gewöhnt werden. Der zweite Schritt besteht darin, die Ratte darauf zu trainieren, einen Hebel zu drücken, um Futterpellets als Belohnung zu erhalten.

Als nächstes werden die Ratten darauf trainiert, einen versteckten Hebel freizulegen, indem sie ihren Kopf in das Nasenloch stecken. Der letzte Schritt besteht darin, die Ratten darauf zu trainieren, einen sensorischen Hinweis zu erkennen und dann den richtigen Hebel zu drücken, der durch die Warteschlange angezeigt wird. Letztendlich lernen die Ratten die gesamte Abfolge der Aufgaben, die darauf abzielen, die Belohnungen zu erhalten.

Wir haben ein vollautomatisches System für das richtige Verhalten und die Aufzeichnung neuronaler Aktivitäten entwickelt. Mit diesem System können mehrere Gehirnfunktionen untersucht werden. Die einzigartige Zukunft dieses Systems ist eine vom Kunden hergestellte akustisch transparente Kammer, die sich ideal für das Training von Höraufgaben eignet.

Ein weiteres Merkmal dieses Systems ist, dass verschiedene operante Geräte einfach hinzugefügt werden können, was das System sehr vielseitig macht und die Implementierung einer Vielzahl von auditiven, visuellen und audiovisuellen Verhaltensaufgaben ermöglicht. Das System besteht aus drei Hauptkomponenten, einem doppelwandigen, schalldichten Raum, einem mehrkanaligen elektrophysiologischen Aufzeichnungssystem und einem vollautomatischen Verhaltenstestsystem. Eine speziell entworfene Oper in Kammer befindet sich im schallisolierten Raum.

Die Kammer besteht aus drei akustisch transparenten Wänden und einem modularen Bedienfeld zur Überwachung und Aufzeichnung des Verhaltens. Über dem Opernsaal ist eine Videokamera angebracht. Eine Interface-Box überträgt Signale zwischen der Kammer und einem Computer hin und her.

Die akustischen Hinweise werden von einem kalibrierten programmierbaren Audiogenerator erzeugt und über drei Lautsprecher auf dem Bedienfeld für visuelle Hinweise, ein Stimuluslicht und zwei Dreifach-Stimulus-Displays auf der Mittel- und Seitenplatte wiedergegeben. Ein Nasenstichgerät mit drei farbigen LED-Leuchten ist an der Unterseite der mittleren Platte angebracht. Ein Infrarotdetektor, der in der Nasenstupseinheit installiert ist, zeichnet das Anstechen und Halten der Nase auf.

Periodisch sind zwei abnehmbare, einziehbare Ansprechhebel auf jeder Seite des Vorgangs montiert. Die Belohnungen werden durch zwei Pelletspender bereitgestellt, die Lebensmittel in die Pelletbehälter fallen lassen. Vier Paare von Infrarotstrahlen sind am Boden der Kammer platziert, um sowohl die Position des Tieres anzuzeigen als auch Geräte basierend auf der Position des Tieres zu steuern.

Schließlich werden Kabel von einem Kopftisch mit einem Kommutator verbunden, um die neuronale Aktivität aufzuzeichnen. Das experimentelle Protokoll wird über Programme, die innerhalb der Softwareplattform Med PC four erstellt wurden, vollständig automatisiert. Verhaltensdaten werden gespeichert und in Microsoft Excel-Dateien übersetzt, dann in matlab importiert und mit matlab analysiert.

Begrenzen Sie vor dem Training die Futteraufnahme, bis das Gewicht des Tieres 90 % des Ausgangswerts beträgt. Um die Kammer für die Akklimatisierung vorzubereiten, ziehen Sie die Hebel ein, blockieren Sie das Nasenloch mit einem Gummistopfen und legen Sie etwa 20 Pellets Futter in jedes Pellet. Gefäß Setze nun ein naives Tier zur Akklimatisierung in die Kammer.

Die Ratte wird bald anfangen, die Futterbecher zu erkunden und die Pellets zu fressen. Wenn beide Futterbecher leer sind, verwenden Sie die Software, um ein einzelnes Pellet in jede Schale zu geben. Auf diese Weise lernt die Ratte, Nahrung mit dem Becher zu assoziieren.

Zwingen Sie die Ratte, sich zu beiden Seiten der Kammer zu bewegen, indem Sie die Pellets nach dem Zufallsprinzip in jeden Futterbecher geben. In der Regel reicht eine Sitzung aus, um den Food Cup Verein zu gründen: In einer neuen Sitzung fahren Sie beide Hebel in die Kammer aus und lassen den Food Cup leer. Setze als nächstes eine akklimatisierte Ratte in die Kammer.

Wenn das Tier in die Nähe eines Hebels kommt, geben Sie ein Pellet ab. Bieten Sie auch Belohnungen an, wenn die Ratte Interesse an dem Hebel zeigt, z. B. schnüffeln, berühren oder klettern. Ein versehentliches Drücken des Hebels sollte ebenfalls eine Belohnung auslösen.

Um das Drücken des Hebels zu fördern und die Erkundung beider Hebel zu erzwingen, lassen Sie das Tier jeden Hebel eine begrenzte Anzahl von Malen hintereinander drücken, wenn die Grenze erreicht ist, und ziehen Sie den Hebel zurück. Verlängern Sie beide Hebel, um den Vorgang zu wiederholen. Verringern Sie die Begrenzung allmählich, bis sich der Hebel bei jedem Drücken zurückzieht.

Ein bis zwei Sitzungen reichen in der Regel aus, um den Hebel zu etablieren. Push Food reward Association. Ziehen Sie in einer neuen Sitzung die Hebel ein.

Entfernen Sie den Gummistopfen aus dem Einstichloch der Nase und legen Sie mehrere Futterpellets in die Nase. Gerät anstupsen. Führe das Tier wieder in die Kammer ein und fahre einen der beiden Hebel nach dem Zufallsprinzip aus.

Wenn die Ratte an dem Nasenloch nach Futterpellets schnüffelt und den ausgefahrenen Hebel sieht, nähert sich die Ratte und drückt den Hebel, um ein Futterpellet zu erhalten. Nachdem der gedrückt und die Belohnung ausgegeben wurde, ziehe den Hebel zurück, um die Ratte zu ermutigen, das Nasenstichgerät zu erkunden. Normalerweise dauert es eine 30-minütige Sitzung, bis eine Ratte die Aufgabensequenz gelernt hat: Nase, Stoßen, Hebeln, Schieben von Belohnungen.

Setze das Tier in einer weiteren neuen Sitzung in die Kammer, um mit dem Q-Training zu beginnen. Nachdem das Tier einen Nasenstoß ausgeführt hat, spielen Sie einen deutlichen akustischen Hinweis. Verlängern Sie sowohl den rechten als auch den linken Hebel.

Belohnen Sie die Ratte nach jeder Präsentation eines auditiven Hinweises nur, wenn sie den Hebel drückt, der durch den auditiven Hinweis angezeigt wird, das Tier wird allmählich lernen, einen bestimmten auditiven Hinweis zu assoziieren. Mit einem Hebel. Das Tier sollte nun in der Lage sein, die vorgesehene vollständige Abfolge von Training, Nase, Poke, Cue, Lever, Push, Belohnung oder keine Belohnung auszuführen.

Lassen Sie die Ratte die neu erlernte Aufgabe üben, bis ein gleichbleibendes Leistungsniveau erreicht ist. Die Sitzung ist auf 30 Minuten begrenzt. Dieses System kann verwendet werden, um die Aufgabe zur Unterscheidung von zwei alternativen Tonhöhen durchzuführen, die die Frequenzunterscheidungsschwelle einer Ratte untersucht.

Nachdem die Ratten trainiert wurden, schnell den richtigen Hebel zu drücken, der durch einen auditiven Hinweis angezeigt wird, wird eine auditive Lernkurve erreicht. Jede farbige Linie stellt die Variationen der Diskriminierungshäufigkeit eines einzelnen Tieres dar. Die dunkle Linie stellt die gemittelte Lernkurve dar.

Im Durchschnitt dauerte es etwa sieben Trainingseinheiten, um die Trefferquote von 75 % zu erreichen. Kriterium. Das Verhalten der Tiere bei dieser Aufgabe kann auch quantitativ durch verschiedene Messungen charakterisiert werden, einschließlich der Reaktionszeit relativ zum Einsetzen der auditiven Warteschlange, des Intervalls zwischen den Versuchen und der zeitlichen Leistungsdynamik. Auch mehrere kognitive Gehirnfunktionen können mit diesem System untersucht werden.

Die oberen Untertitel beschreiben jede Aktion in der Folge eines Versuchs. Die unteren Bildunterschriften zeigen die kognitiven Verhaltensfunktionen, die in Kombination mit Elektrophysiologie untersucht werden können. Auch die Erfassung der neuronalen Grundlagen der kognitiven Verhaltensfunktionen kann untersucht werden.

Dieses Diagramm zeigt ein Neuron, das im Kernraum ssus einer Ratte aufgezeichnet wurde und die Aufgabe zur Unterscheidung von Tonhöhen mit zwei alternativen Optionen ausführt. Während dieses Diagramm ein Neuron zeigt, das im ventralen segmentalen Bereich aufgezeichnet wurde, ist es wichtig, bei diesem Verfahren genau auf die Unterschiede zwischen Ratten und ihren Verhaltensmerkmalen und kognitiven Fähigkeiten zu achten, sollten Trainingsverfahren und -parameter für beste Trainingsergebnisse individualisiert werden. Obwohl wir dieses System hauptsächlich für das Studienauditorensystem entwickelt haben, kann es durch andere Forschungen leicht angepasst werden, um ein visuelles System und mehrere kognitive Gehirnfunktionen wie Motivation, Aufmerksamkeit, Patienten und Belohnungen zu untersuchen.