Un sistema totalmente automatizado Protocolo acondicionado Roedor de Sensorimotor Integración y control de los experimentos cognitivos

El objetivo general del siguiente experimento consiste en presentar un marco conductual automatizado para el condicionamiento operante de roedores, destinado a evaluar tareas cognitivas complejas. La tarea conductual es un diseño de cinco orificios para introducir el hocico, que se utiliza convencionalmente en estudios de la tarea de tiempo de reacción seriada de cinco opciones. Los sujetos deben mantener su hocico dentro de un orificio de fijación hasta la presentación de una señal de inicio tras un breve período de retardo.

Se presenta una cola de instrucciones auditivas durante el episodio de fijación para guiar al sujeto a elegir un blanco motor futuro para recibir una recompensa. El uso de una cola auditiva permite transiciones bien definidas entre diferentes episodios de la tarea y posibilita estudiar múltiples aspectos del comportamiento, así como los mecanismos neuronales de la memoria de trabajo, la toma de decisiones y la planificación motora. La ventaja principal de esta técnica frente a métodos existentes, como los experimentos de navegación en laberintos, es que se minimiza el comportamiento motor manifiesto, que podría verse confundido por variaciones sistemáticas en la trayectoria del sujeto durante la época crítica de la tarea.

Aunque este método puede proporcionar información sobre el control motor, los estudios también se pueden utilizar para investigar otros procesos cognitivos de alto nivel, como la percepción, la atención y la formación de la memoria. Quien demostrará el procedimiento será Dylan Miller, un estudiante universitario de mi laboratorio. El siguiente estudio se realiza en una caja de condicionamiento operante que consiste en una pared con cinco orificios para introducir el hocico en un lado y una tolva de entrega de alimento en el lado opuesto.

El orificio central para introducir el hocico se considera un orificio de fijación, y los otros cuatro orificios, dos a cada lado del orificio de fijación, se consideran orificios diana para el movimiento. Cada orificio está equipado con un LED tricolor y un sistema emisor-detecto de haz infrarrojo que detecta cuándo el animal entra y sale del orificio de fijación. Un generador de tonos programable produce un tono de frecuencia única con precisión milimétrica y se conecta a un altavoz montado dentro de la caja de operaciones.

El generador de tonos y los orificios para introducir la nariz se controlan mediante el sistema de rastreo conductual. Mediante un software especializado durante el período de habituación, manipule los animales diariamente y permita que exploren gradualmente la cámara de condicionamiento operante y el comedero, y restrinja progresivamente su ingesta de alimento durante un período de tres días hasta alcanzar entre el 85 y el 90 % de su peso corporal original. El primer paso consiste en familiarizar al sujeto con los orificios para introducir la nariz, el puerto de entrega de alimento y la asociación entre los orificios que parpadean y la recompensa.

Para hacer esto, seleccione uno de los dos objetivos según un horario aleatorio y reproduzca la señal de inicio, un ruido auditivo blanco mientras el LED dentro del orificio parpadea. Configure el software para recompensar al sujeto cuando visite el orificio. Finalice el ensayo tras 30 segundos si no se visita el orificio, e inicie un nuevo ensayo para ayudar en la selección del objetivo.

Sancione las visitas a los orificios incorrectos terminando el ensayo seguido de cinco segundos de apagón. A continuación, seleccione un nuevo orificio e inicie un nuevo ensayo hasta alcanzar el nivel deseado de rendimiento. Para entrenar al sujeto a introducir la pata dentro del orificio de fijación.

Para iniciar un ensayo, se enciende un LED amarillo dentro del orificio de fijación. Al visitar el orificio de fijación, reproduzca inmediatamente la señal de inicio y comience un nuevo ensayo. Una vez que el sujeto aprenda a visitar el orificio de fijación, enséñele a mantener la nariz dentro del orificio durante un período de tiempo determinado.

Para hacer esto, espere a que el sujeto visite el orificio de fijación y finalice el ensayo. Si el sujeto retrae dentro de los 500 milisegundos, penalice las retracciones prematuras con un período de oscuridad total de siete segundos. De lo contrario, reproduzca la señal de inicio y recompense las visitas correctas entregando un comprimido de alimento.

El siguiente paso consiste en introducir la cola de instrucciones auditivas como un tono auditivo de frecuencia única, pulsado en trinos con una duración de pulso de 150 milisegundos y un intervalo inter-pulso de 100 milisegundos. Además, aumente la duración del período de retardo a un promedio de 1,5 segundos. Seleccione una duración aleatoria del período de retardo en cada ensayo basándose en una distribución uniforme entre 1,3 y 1,8 segundos.

Reproduzca la señal de instrucción inmediatamente después de que el sujeto entre en el orificio de fijación. Asigne dos señales de instrucción a cada uno de los objetivos. Sin embargo, utilice solo una señal asociada a cada objetivo en esta etapa, hasta que los sujetos se familiaricen más con la tarea.

Deje que el sujeto utilice tanto pistas auditivas como visuales para seleccionar el orificio objetivo hasta que se alcance el nivel deseado de desempeño. Para entrenar al sujeto a utilizar únicamente pistas auditivas, apague los LEDs intermitentes dentro del orificio objetivo de modo que el sujeto solo pueda utilizar las pistas auditivas de instrucción. Introduzca las otras dos pistas en la secuencia de pistas de instrucción presentadas aleatoriamente cuando se alcance el desempeño deseado, y repita los pasos de entrenamiento.

Asegúrese de que al final de cada paso, el sujeto mantenga un rendimiento conductual superior al 75% durante al menos tres sesiones consecutivas antes de pasar a la siguiente etapa. Una vez alcanzada la etapa final, mantenga al sujeto en el protocolo durante una semana para garantizar que el rendimiento se mantenga en el nivel deseado. Defina la tasa de éxito como el porcentaje de visitas correctas a los objetivos dividido por el número total de ensayos.

La tasa de éxito debe medirse en cada etapa del entrenamiento. Los diferentes tipos de errores incluyen la retracción prematura, el porcentaje de ensayos que finalizan por tiempo agotado debido a retracciones tempranas del orificio de fijación (error de comisión), el porcentaje de ensayos fallidos cuando el sujeto visita un objetivo no construido y un error de misión. El porcentaje de errores cuando el sujeto no visita ninguno de los objetivos tras la iniciación del ensayo.

Para cada ensayo, mida el tiempo de reacción definido como el retraso entre el inicio de la señal de inicio y el momento en que el sujeto se retira del orificio de fijación. También se mide el tiempo hasta el objetivo como la duración entre el retiro del sujeto desde el orificio de fijación y su entrada en el orificio objetivo. Este ejemplo muestra la tasa de éxito de un solo sujeto a lo largo de 14 sesiones de grabación.

Los tipos de error están dominados por retracciones prematuras, mientras que los errores por comisión y los errores por omisión ocurren con menos frecuencia. Este histograma muestra la distribución del tiempo de reacción en diferentes ensayos. Aquí se muestra la distribución del tiempo hasta el objetivo en distintos ensayos.

Una vez que el sujeto adquirió la tarea, se le implantó un arreglo de microelectrodos de 32 canales. En el área pre-límbica, se muestra un trazo de muestra alineado con un gráfico de raster de 22. Las unidades registradas simultáneamente, junto con marcadores para eventos conductuales, se representan encima de los trazos.

Al realizar este procedimiento, es importante recordar verificar los Perus antes de cada sesión de entrenamiento y supervisar posteriormente el desempeño del sujeto. Una disminución significativa en las puntuaciones conductuales puede deberse a un mal funcionamiento del equipo tras su desarrollo. Esta técnica debería allanar el camino para que los investigadores en el campo de la neurociencia cognitiva exploren el control descendente del comportamiento dirigido a metas.