Un sistema totalmente automatizado y altamente versátil para las pruebas múltiples funciones cognitivas y el registro de las actividades neuronales en los roedores

El objetivo general de este procedimiento es entrenar a una rata para que realice una secuencia de tareas mediante las cuales se puedan investigar múltiples funciones cerebrales. Esto se logra aclimatando primero a las ratas a la cámara de comportamiento. El segundo paso es entrenar a la rata para que empuje una palanca y obtenga gránulos de comida como recompensa.

A continuación, las ratas son entrenadas para revelar una palanca oculta metiendo la cabeza en el agujero de la nariz. El paso final es entrenar a las ratas para que reconozcan una señal sensorial y luego presionar la palanca correcta indicada por la cola. En última instancia, las ratas aprenden toda la secuencia de las tareas destinadas a obtener las recompensas.

Hemos desarrollado un sistema totalmente automatizado para las pruebas de comportamiento correctas y el registro de la actividad neuronal. Con este sistema, se pueden investigar múltiples funciones cerebrales. El futuro único de este sistema es una cámara acústicamente transparente fabricada por el cliente, que es ideal para el entrenamiento de tareas auditivas.

Otra característica de este sistema es que se pueden agregar fácilmente diferentes dispositivos operantes, lo que hace que el sistema sea bastante versátil, permitiendo la implementación de una variedad de tareas conductuales auditivas, visuales y audiovisuales. El sistema se compone de tres componentes principales, una sala insonorizada de doble pared, un sistema de registro electrofisiológico de múltiples canales y un sistema de pruebas de comportamiento totalmente automatizado. Una ópera de cámara diseñada a medida se encuentra dentro de la sala insonorizada.

La cámara consta de tres paredes acústicamente transparentes y un panel de operación modular para monitorear y registrar el comportamiento. Una cámara de video está montada sobre la ópera en la cámara. Una caja de interfaz transmite señales de ida y vuelta entre la cámara y una computadora.

Las señales auditivas son generadas por un generador de audio programable calibrado y se entregan a través de tres altavoces ubicados en el panel de operación para señales visuales, una luz de estímulo y dos pantallas de estímulo triple ubicadas en los paneles central y lateral. En la parte inferior del panel central se monta un dispositivo de pinchazo en la nariz con luces LED de tres colores. Un detector de infrarrojos instalado dentro de la unidad de pinchazo nasal registra, pinchazo y retención de la nariz.

Período: dos palancas de respuesta retráctiles extraíbles están montadas a cada lado de la operación. Las recompensas del panel son proporcionadas por dos dispensadores de pellets que dejan caer comida en los receptáculos de pellets. Se colocan cuatro pares de rayos infrarrojos en la parte inferior de la cámara para indicar la posición del animal y para controlar los dispositivos en función de la posición del animal.

Por último, los cables de una etapa de cabeza se conectan a un conmutador para registrar la actividad neuronal. El protocolo experimental está totalmente automatizado a través de programas creados dentro de la plataforma de software Med PC four. Los datos de comportamiento se guardan y traducen a archivos de Microsoft Excel, luego se importan y analizan con matlab.

Antes del entrenamiento, limite la ingesta de alimentos hasta que el peso del animal sea el 90% del valor basal. Para preparar la cámara para la aclimatación, retraiga las palancas, bloquee el orificio de la nariz con un tapón de goma y coloque aproximadamente 20 gránulos de comida en cada gránulos. Receptáculo ahora coloque un animal ingenuo en la cámara para aclimatarse.

La rata pronto comenzará a explorar las tazas de comida y comerá los gránulos. Cuando ambos vasos de comida estén vacíos, use el software para dispensar una sola bolita en cada bandeja. Al hacerlo, la rata aprenderá a asociar la comida con la taza.

Obliga a la rata a moverse a ambos lados de la cámara dispensando gránulos al azar en cada taza de comida. Una sesión suele ser suficiente para establecer la Asociación de Vasos de Comida En una nueva sesión, extienda ambas palancas dentro de la cámara y deje el vaso de comida vacío. A continuación, coloque una rata aclimatada en la cámara.

Cuando el animal entre en las proximidades de una palanca, dispense una bolita. También proporcione recompensas cuando la rata muestre interés en la palanca, como olfatear, tocar o trepar. Un empujón accidental de la palanca también debería desencadenar una recompensa.

Para fomentar el empuje de la palanca y forzar la exploración de ambas palancas, permita que el animal empuje cada palanca consecutivamente un número limitado de veces cuando se alcance el límite, retraiga la palanca. Extienda ambas palancas para repetir el procedimiento. Disminuya gradualmente el límite hasta que la palanca se retraiga cada vez que se empuje.

Una o dos sesiones suelen ser suficientes para establecer la palanca. Asociación de recompensas Push Food. En una nueva sesión, retraiga las palancas.

Retire el tapón de goma del orificio de la nariz y coloque varias bolitas de comida en la nariz. Dispositivo de empuje. Vuelva a introducir el animal en la cámara y extienda una de las dos palancas al azar.

Cuando la rata olfatea el orificio de la nariz en busca de gránulos de comida, al ver la palanca extendida, la rata se acercará y empujará la palanca para obtener una bolita de comida. Después de presionar y dispensar la recompensa, retraiga la palanca para alentar a la rata a explorar el dispositivo de pinchazo nasal. Por lo general, se necesita una sesión de 30 minutos para que una rata aprenda la secuencia de tareas, nariz, empuje, palanca, recompensas de empuje.

En otra nueva sesión, coloque al animal en la cámara para comenzar el entrenamiento Q. Después de que el animal realice un evento de tocamiento de nariz, reproduzca una señal auditiva distinta. Extienda las palancas derecha e izquierda.

Después de cada presentación de señales auditivas, recompense a la rata solo cuando presione la palanca que indica la señal auditiva, el animal aprenderá gradualmente a asociar una señal auditiva específica. Con una sola palanca. El animal ahora debería ser capaz de realizar la secuencia completa prevista de entrenamiento, nariz, empuje, taco, palanca, empuje, recompensa o sin recompensa.

Permita que la rata practique la tarea recién aprendida hasta que alcance un nivel de rendimiento constante. La sesión está limitada a 30 minutos. Este sistema se puede utilizar para realizar la tarea de discriminación de tono de dos opciones alternativas, que examina el umbral de discriminación de frecuencia de una rata.

Después de entrenar a las ratas para que empujen rápidamente la palanca correcta indicada por una señal auditiva, se obtiene una curva de aprendizaje auditivo. Cada línea de color representa las variaciones de frecuencia de discriminación de un animal individual. La línea oscura representa la curva de aprendizaje promediada.

En promedio, se necesitaron alrededor de siete sesiones de entrenamiento para alcanzar la tasa de aciertos del 75%. Criterio. El comportamiento de los animales en esta tarea también se puede caracterizar cuantitativamente mediante varias mediciones, incluyendo el tiempo de reacción en relación con el inicio de la cola auditiva, el intervalo entre ensayos y la dinámica temporal del rendimiento. Múltiples funciones cognitivas del cerebro también pueden ser investigadas usando este sistema.

Los subtítulos superiores describen cada acción en secuencia de un juicio. Las leyendas inferiores indican las funciones cognitivo-conductuales que se pueden estudiar cuando se combinan con la electrofisiología. También se puede estudiar el registro de las bases neuronales de las funciones cognitivo-conductuales.

Este gráfico muestra una neurona registrada en el espacio del núcleo de una rata realizando la tarea de discriminación de tono de dos opciones alternativas. Si bien este gráfico muestra una neurona registrada en el área segmentaria ventral, al intentar este procedimiento es importante prestar mucha atención a las diferencias entre las ratas y sus características de comportamiento, y la capacidad cognitiva, los procedimientos y parámetros de entrenamiento deben individualizarse para obtener los mejores resultados de entrenamiento. Aunque desarrollamos este sistema principalmente para estudiar el sistema auditor, puede ser fácilmente adaptado por otras investigaciones para estudiar un sistema visual y múltiples funciones cognitivas del cerebro como la motivación, la atención, los pacientes y las recompensas.