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

El objetivo general del siguiente experimento es introducir un marco conductual automatizado para el condicionamiento operante de roedores para probar tareas cognitivas complejas. La tarea conductual es un diseño de pinchazo de nariz de cinco orificios que se usa convencionalmente para estudios de tareas de tiempo de reacción en serie de cinco opciones. Se requiere que los sujetos mantengan su hocico dentro de un orificio de fijación hasta la presentación de una cola de salida después de un breve período de retraso.

Se presenta una cola de instrucciones auditivas durante la épica de fijación para guiar al sujeto a elegir un futuro objetivo motor para recibir una recompensa. El uso de una cola auditiva permite transiciones bien definidas entre diferentes epopeyas y permisos de tareas, estudiando múltiples aspectos del comportamiento, así como los mecanismos neuronales de la memoria de trabajo, la toma de decisiones y la planificación motora. La principal ventaja de esta técnica sobre los métodos existentes, como los experimentos de navegación por laberintos, es que el comportamiento motor manifiesto que puede ser confundido por variaciones sistemáticas en la trayectoria del sujeto se minimiza 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 de pregrado de mi laboratorio. El siguiente estudio se realiza en una caja de acondicionamiento de ópera que consta de una pared de cinco orificios en un lado y un canal de entrega de alimentos en el lado opuesto.

El orificio central de la nariz se considera un orificio de fijación, y los otros cuatro orificios, dos a cada lado del orificio de fijación, se consideran orificios de objetivo del motor. Cada orificio está equipado con un LED tricolor y un sistema detector emisor de haz infrarrojo que detecta cuando el animal entra y se retira del orificio de fijación. Un generador de tonos programable crea un tono de frecuencia única con una precisión de milisegundos y se desconecta de un altavoz montado dentro de la caja de ópera.

El generador de tonos y los orificios para pinchar la nariz se controlan a través del sistema de seguimiento del comportamiento. Utilizando un software especializado durante el período de habituación, manipule a los animales diariamente y permítales explorar la cámara de acondicionamiento operante y la tolva de alimentos restrinja gradualmente su ingesta de alimentos durante un período de tres días para alcanzar el 85 al 90% de su peso corporal original. El primer paso es familiarizar al sujeto con los orificios de la nariz, el puerto de entrega de alimentos y la asociación entre los orificios intermitentes y la recompensa.

Para hacer esto, seleccione uno de los dos objetivos en un horario aleatorio y reproduzca la cola de salida, un ruido auditivo blanco mientras el LED dentro del agujero parpadea. Configure el software para recompensar al sujeto en las visitas al hoyo. Se agota el tiempo de espera de la prueba después de 30 segundos si no se visita el hoyo y se inicia una nueva prueba para ayudar en la selección del objetivo.

Castiga las visitas a hoyos incorrectos terminando la prueba seguida de cinco segundos de apagón. A continuación, seleccione un nuevo agujero e inicie una nueva prueba hasta que se alcance el nivel de rendimiento deseado. Para entrenar al sujeto a hurgar dentro del orificio de fijación.

Para iniciar una prueba, se enciende un LED amarillo dentro del orificio de fijación. Al visitar el orificio de fijación, juegue inmediatamente la cola de ir y comience una nueva prueba. 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 la prueba. Si el sujeto se retrae dentro de los 500 milisegundos, penalice las retracciones prematuras con un período de oscurecimiento durante siete segundos. De lo contrario, juegue a la cola de salida y recompense las visitas correctas entregando una bolita de comida.

El siguiente paso es introducir la cola de instrucciones auditivas como un tono auditivo de frecuencia única, pulsado y triplete con una duración de pulso de 150 milisegundos y un intervalo entre pulsos de 100 milisegundos. Además, aumente la duración del período de retraso a un promedio de 1,5 segundos. Elija una duración de período de retraso aleatoria en cada prueba en función de una densidad uniforme entre 1,3 y 1,8 segundos.

Reproduzca la señal de instrucciones 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, solo use una pista asociada para cada objetivo en esta etapa hasta que los sujetos se familiaricen más con la tarea.

Deje que el sujeto utilice señales auditivas y visuales para seleccionar el orificio objetivo hasta que se alcance el nivel de rendimiento deseado. Para entrenar al sujeto para que solo use señales auditivas, apague los LED parpadeantes dentro del orificio objetivo para que el sujeto solo pueda usar señales de instrucciones auditivas. Introduzca las otras dos pistas a la secuencia de pistas de instrucciones presentadas al azar cuando se alcance el rendimiento 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 que se alcanza la etapa final, mantenga el sujeto en el protocolo durante una semana para garantizar que el rendimiento se mantenga en el nivel deseable. 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 agotados debido a retractaciones tempranas del error de comisión del orificio de fijación, el porcentaje de intentos 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 después del inicio del ensayo.

Para cada ensayo, mida el tiempo de reacción definido como el retraso entre el inicio de la cola de salida y la retracción del sujeto del orificio de fijación. El tiempo hasta el objetivo también se mide como el tiempo que transcurre entre que el sujeto se retira del orificio de fijación y entra 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 retractaciones prematuras, y los errores de comisión y los errores de omisión ocurren con menos frecuencia. Este histograma muestra la distribución del tiempo de reacción en diferentes ensayos. Aquí, se muestra la distribución del tiempo a segmentar en diferentes ensayos.

Una vez que el sujeto adquirió la tarea, se le implantó una guía de microelectrodos de 32 canales. En el área prelímbica, se muestra una traza de muestra alineada con un gráfico ráster de 22. Unidades registradas simultáneamente, los marcadores de eventos de comportamiento se trazan sobre las trazas.

Al intentar este procedimiento, es importante recordar verificar los perímetros antes de cada sesión de entrenamiento y monitorear el rendimiento del sujeto después. La disminución significativa en las puntuaciones de comportamiento puede ser causada por un mal funcionamiento del equipo después de su desarrollo. Esta técnica debería allanar el camino para que los investigadores en el campo de la neurociencia cognitiva exploren el control de arriba hacia abajo del comportamiento dirigido a un objetivo.