Automatisierte kognitive Anforderungen für die Aufnahme Neuronale Aktivität Mit einer Bodenprojektion Maze

Das übergeordnete Ziel dieses Protokolls ist es, optimierte Formgebungs- und Trainingsverfahren für vollautomatische visuell-kognitive Aufgaben und die gleichzeitige neuronale Datenerfassung bei Ratten unter Verwendung eines Bodenprojektionslabyrinths zu demonstrieren. Dies wird durch die Integration von Video-Tracking- und neuronalen Datenerfassungssystemen mit einem Verhaltenskontrollsystem erreicht, das in der Lage ist, aufgabenrelevante Reize und intrakranielle Belohnungen entsprechend dem Verhalten des Tieres zu liefern. Nachdem Ratten gelernt haben, eine stationäre Bereitschaftsposition in der Mitte der Arena zu halten, erscheinen Zielbilder, die eine relevante Verhaltensreaktion gemäß den Aufgabenregeln erfordern.

Neuronale Daten mit Zeitstempel für Peri-Event-Analysen zeigen neuronale Korrelate mit der Bereitschaftsposition, dem Beginn der Zielbildpräsentation und anderen aufgabenrelevanten Ereignissen. Was an dieser Technik verworfen wird, ist, dass das Bodenprojektionsrennen sich Verhaltens- und anatomische Beweise zunutze macht, dass Ratten visuelle Informationen in ihrem unteren visuellen Hemifeld verarbeiten. Außerdem nutzen die in diesem Gerät entwickelten Aufgaben die natürliche Haltung der Ratte, um die Umgebung zu erkunden.

Schließlich kann eine ganze Reihe von visuell geführten kognitiven Aufgaben entworfen werden, um die kognitive Funktion zu erforschen. In Nagetiermodellen haben wir das Bodenprojektionslabyrinth entwickelt, um eine bessere Validität und translationale Relevanz für Studien zu gewährleisten, die an Menschen und nicht-menschlichen Primaten durchgeführt wurden. Diese Technik ist besser anwendbar, um menschliche Störungen des Gedächtnisses und der Aufmerksamkeit zu verstehen. Denn diese Störungen beinhalten die Verarbeitung visueller Informationen.

Das Bodenprojektionslabyrinth ist ein offenes Feld ohne Wände. Eine Rückprojektionsleinwand dient als Boden des Geräts. Jede Form der Mazo-Arena kann auf dem Boden platziert werden, oder es können virtuelle visuelle Ränder projiziert werden.

Der Boden der Rückprojektionsleinwand besteht aus drei Schichten. Das Dual-Vision-Gewebe wird über ein dickes, rechteckiges Stück Plexiglas gespannt. Eine dünne Schicht Plexiglas wird über das Gewebe gelegt, um das Sandwich des Bildschirmmaterials zu schützen.

Das Leinwandmaterial zwischen dickem Plexiglas unten und dünnem Plexiglas oben sorgt für die effektivste Bildprojektion unter dem Labyrinth und an der Seite des Labyrinths befindet sich ein Kurzdistanzprojektor, der Bilder auf die Unterseite des Labyrinthbodens zurückprojiziert. Eine Overhead-Kamera, die mit dem Cineplex-Basisverhaltensmodul an einen Computer angeschlossen ist, ermöglicht die Videoverfolgung und die Online-Analyse von Positionsdaten. Um die Position der Ratte zu verfolgen, befestigen Sie entweder LEDs an der Kopfbühne der Ratte oder verfolgen Sie die OID der Rattenkontur. Mit dem Video-Tracking-System sollte die Testarena für Verhaltensaufgaben, die auf dem Plexiglas platziert sind, aus Mattenmaterial bestehen.

Wenn Sie das neuronale Datenerfassungssystem verwenden, stellen Sie sicher, dass das Bodenprojektionslabyrinth und das ICS-System mit dem Vorverstärker geerdet sind, um elektrisches Rauschen zu minimieren. Gewöhnen Sie die Ratte zuerst 10 Minuten lang mit eingeschaltetem Gerät an den Verhaltensraum und bringen Sie die Ratte dann am nächsten Tag wieder in die Kolonie zurück. Wiederholen Sie dies.

Treten Sie am dritten Tag ein, verbinden Sie das ICS und die Stufengurte mit der Ratte und gewöhnen Sie die Ratte für 10 Minuten an die Testarena. Bestimmen Sie am vierten Tag die niedrigste ICS-Amplitude, um eine Ortspräferenz zu ermitteln. Verwendung eines informellen Konditionierungsprotokolls für die Ortspräferenz.

Erhöhen Sie langsam die Amplituden des ersten Pulses und des zweiten Pulses, bis die Ratte an den Ort konditioniert ist, an dem die ICS-Belohnung stattfindet. Typische Amplitudenwerte liegen zwischen 20 und 80 Mikroampere. Geben Sie am fünften Tag und danach eine ICS-Belohnung, um die Ratten in den Bereitschaftsbereich zu trainieren und in die Ost- und West-Bildbereiche einzudringen.

Setzen Sie das Training fort, bis die Ratte zwischen den beiden Bildbereichen wechselt. Es ist wichtig, Ratten so zu trainieren, dass sie eine stationäre Bereitschaftsposition im Bereitschaftsbereich halten. Die Bereitschaftsposition steuert, aus welcher Richtung sich die Ratte den Zielbildern nähert und aus welchen Entfernungen die Ratte die präsentierten Bilder betrachtet.

Geben Sie in der Zwischenstufe 50 Dezibel weißes Rauschen ein, um den Beginn eines Versuchs zu signalisieren. Schalten Sie das weiße Rauschen aus, wenn die Ratte den Bereitschaftsbereich betritt. Automatisieren Sie die Abgabe einer ICS-Belohnung an die Ratte für das Betreten des Bereitschaftsbereichs und für das erfolgreiche Abschließen der Bereitschaftspositionen.

Verringern Sie allmählich die Belohnungswahrscheinlichkeiten für das Betreten des Bereitschaftsbereichs und den erfolgreichen Abschluss der Bereitschaftspositionen auf null bis 10 %. Gleichzeitig verjüngen Sie die Bereitschaftsposition. Latenzen in 100-Millisekunden-Schritten, um die Ratte zu trainieren, anzuhalten und in der Bereitschaftsposition zu warten. In dieser Phase des Trainings ist es wichtig, Ratten in der Bereitschaftsposition nicht zu überbelohnen, da ein Übertraining zu einem verzögerten Übergang zu spätem Shaping und aufgabenspezifischen Regeln führt.

Wenn die Ratte vorzeitig aus der Bereitschaftsposition ausbricht, schalten Sie das weiße Rauschen ein. Die Ratte muss den Versuch auf der gegenüberliegenden Seite der Arena neu starten. Fahren Sie mit der späten Formgebung fort, wenn die Ratte die Bereitschaftsposition bei jedem Versuch bis zu 1200 Millisekunden lang zuverlässig halten kann.

Eine neue Dauer der Bereitschaftsposition bestimmt, wie lange die Ratte still stehen muss, bevor die Zielbilder erscheinen. Das Training während der späten Formgebung ist spezifisch für die Aufgabe und wird in allen Aufgabenparametern automatisiert. Mit der Flexibilität, ICS-Belohnungen für das anfängliche Training in der visuellen Aufgabe durch bedingte Unterscheidung manuell zu liefern, trainieren Sie Ratten auf eine einfache Form- und Leuchtdichteunterscheidung.

Beginnen Sie den Test, indem Sie das weiße Rauschen einschalten. Variieren Sie die erforderliche Dauer, für die die Ratte zwischen den Versuchen in der Bereitschaftsposition bleibt. Wenn eine Ratte nicht zuverlässig eine stationäre Bereitschaftsposition beibehält, geben Sie eine ICS-Belohnung.

Präsentieren Sie manuell ein Bildpaar im Bildpräsentationsbereich, pseudozufällig präsentieren Sie das richtige Bild auf der linken oder rechten Seite des Bildbereichs. Liefern Sie eine ICS-Belohnung. Wenn sich die Ratte am ersten Tag des Trainings dem richtigen Bild nähert.

Geben Sie nur einen 75-Dezibel-Ausbruch von weißem Rauschen aus, um ein Problem mit falscher Antwort zu vermeiden. Ein Korrekturversuch nach einem fehlerhaften Versuch. Korrekturversuche werden auf der gegenüberliegenden Seite der Arena durchgeführt.

Verwenden Sie die gleiche korrekte Latenz für die linke oder rechte Seite und die gleiche Bereitschaftsposition wie für die vorherige falsche Testversion. Sobald die Ratte die einfache Leuchtdichteunterscheidung erfolgreich durchgeführt hat, führen Sie die Aufgabe der bedingten Unterscheidung von Bicon ein. Geben Sie keine Geräuschspitzen für falsche Tests aus.

Für die bibedingte Diskriminierungsaufgabe wird das korrekte Bild durch das Bodenmuster bestimmt. Zum Beispiel ist der schwarze Stern korrekt, wenn der Boden gestreift ist, und der weiße Kreis ist korrekt. Wenn der Boden grau ist, wechseln sich die Versuche zwischen der Ost- und der Westseite ab, wobei das richtige Bild dargestellt wird.

Pseudo-zufällig auf der linken oder rechten Seite des Bildbereichs führen Sie Korrekturversuche nach fehlerhaften Versuchen durch. Für die Aufgabe der visuellen räumlichen Aufmerksamkeit Präsentieren Sie graue Kreise an definierten räumlichen Positionen. Beginnen Sie den Versuch mit weißem Rauschen und schalten Sie es aus, wenn die Ratte den Bereitschaftsbereich betritt.

Nachdem die Ratte die Bereitschaftsposition für die erforderliche Dauer gehalten hat, beleuchten Sie den Zielkreis, indem Sie ihn weiß färben. Die richtigen Standorte werden pseudozufällig zugewiesen. Nachdem die Ratte die Bereitschaftsposition erfolgreich abgeschlossen hat, beleuchten Sie einen Zielkreis und geben Sie eine ICS-Belohnung ab.

Wenn sich die Ratte innerhalb von fünf Sekunden dem richtigen Kreis nähert und sich einem anderen Kreis nähert, wird keine Belohnung ausgezahlt. Die Ratte beginnt auf der gegenüberliegenden Seite der Arena eine neue Prüfung. Wenn sich die Ratte innerhalb von fünf Sekunden keinem Kreis nähert, wird dies als Auslassungsversuch gewertet.

Beleuchten Sie den gesamten Boden und geben Sie zunächst keine Belohnung. Halten Sie den Zielkreis beleuchtet, bis sich die Ratte ihm nähert. Mit fortschreitendem Lernen nimmt die Zeit, die der Zielkreis beleuchtet bleibt, allmählich ab.

Wenn die Ratte eine Genauigkeit von 80 % erreicht, verringern Sie die Beleuchtungszeit auf dem Zielkreis auf eine Sekunde und nehmen Sie keine weiteren Änderungen vor. Wenn die Ratte bei einer Sekunde Beleuchtungsbedingung eine Korrektheit von 80 % erreicht, reduzieren Sie die Cue-Zeit auf 500 Millisekunden. Eine frühe Formgebung erfordert in der Regel 100 bis 150 Versuche, damit die Ratten zwischen dem Ost- und dem Westbildbereich der Arena wechseln können.

Während der frühen Formgebung laufen die Ratten in der Regel durch den Bereitschaftsbereich in der Mitte der Arena und verbringen die meiste Zeit damit, den Umfang der Arena zu erkunden. Für die Zwischenformung benötigen Ratten 600 bis 700 Versuche, um die erforderliche stationäre Bereitschaftsposition zuverlässig zu halten. Ihre Pfade sind stereotype Schleifen vom Bereitschaftsbereich in den Bildbereich.

Mit weniger Zeit, die damit verbracht wird, den Umfang der Arena zu erkunden. Am Ende der Zwischenformung halten die Ratten zuverlässig eine stationäre Bereitschaftsposition im Bereitschaftsbereich. Bevor sich die Ratte dem visuellen Zielreiz nähert, beginnt sie den nächsten Versuch auf der gegenüberliegenden Seite der Arena.

Am Ende der späten Formgebung wurden die Aktivität der einzelnen Einheit und des lokalen Feldpotentials durch das neuronale Datenerfassungssystem erfasst. Im Postkortex von Ratten, die die VBCD-Aufgabe durchführten, erhöhten die Zellen ihre Feuerrate zu Beginn der Zielpräsentation und nahmen zu Beginn der Bodenmusterpräsentation ab. Im posterioren parietalen Kortex von Ratten, die die VSA-Aufgabe durchführten, erhöhten die Zellen ihre Feuerrate als Reaktion auf die Kreisbeleuchtung.

Und wenn sich die Ratte dem Zielkreis in der VSA-Aufgabe näherte, während die Ratten sich in der Bereitschaftsposition vor der Kreisbeleuchtung befanden, zeigte sich eine potenzielle Aktivität des lokalen Feldes im hinteren parietalen Kortex. Während der Leistung in der VSA-Aufgabe zeigte sich eine starke Leistung im Theta-Bereich bei etwa acht Hertz. Durch das Befolgen dieser Formungs- und Trainingsprotokolle kann man eine Vielzahl von Aufgaben entwerfen, um die kognitive Funktion und die visuelle Verarbeitung in Nagetiermodellen zu untersuchen.

Diese Technik bietet Forschern auf dem Gebiet des Lernens von Gedächtnis und Aufmerksamkeit ein ausgeklügeltes Verhaltensparadigma, das eine bessere translationale Relevanz der Ergebnisse in Nagetiermodellen für den Menschen ermöglicht.