Tareas Cognitivas Visuales automatizadas para grabación Neural actividad utilizando una proyección del suelo Maze

El objetivo general de este protocolo es demostrar procedimientos optimizados de modelado y entrenamiento para tareas cognitivas visuales totalmente automatizadas y la adquisición simultánea de datos neuronales en ratas utilizando un laberinto de proyección en el suelo. Esto se logra mediante la integración de sistemas de seguimiento de video y adquisición de datos neuronales con un sistema de control de comportamiento que es capaz de entregar estímulos relevantes para la tarea y recompensa intracraneal de acuerdo con el comportamiento del animal. Después de que las ratas aprenden a mantener una posición estacionaria en el centro de la arena, aparecen imágenes objetivo que requieren una respuesta conductual relevante de acuerdo con las reglas de la tarea.

Los datos neuronales con marca de tiempo para los análisis de eventos peri muestran correlaciones neuronales con la posición de preparación, el inicio de la presentación de la imagen objetivo y otros eventos relevantes para la tarea. Lo que se destaca de esta técnica es que la carrera de proyección en el suelo aprovecha la evidencia conductual y anatómica de que las ratas procesan la información visual en su hemicampo visual inferior. Además, las tareas diseñadas en este aparato aprovechan la tenencia natural de las ratas para explorar el entorno.

Por último, se pueden diseñar toda una multitud de tareas cognitivas guiadas visualmente para explorar la función cognitiva En modelos de roedores, desarrollamos el laberinto de proyección en el suelo para una mejor validez y relevancia traslacional para estudios realizados en humanos y primates no humanos. Esta técnica tiene una mejor aplicación para comprender los trastornos humanos de la memoria y la atención. Porque estos trastornos implican el procesamiento de la información visual.

El laberinto de proyección en el suelo es un campo abierto sin paredes. Una pantalla de proyección trasera sirve como suelo del aparato. Se puede colocar cualquier forma de mazo arena en el suelo, o se pueden proyectar bordes visuales virtuales.

El suelo de la pantalla de retroproyección está construido con tres capas. El tejido de visión dual se estira sobre una gruesa pieza rectangular de plexiglás. Se coloca una fina capa de plexiglás sobre la tela para proteger el material de la pantalla intercalado.

El material de la pantalla, entre el plexiglás grueso en la parte inferior y el plexiglás delgado en la parte superior, proporciona la proyección de imagen más efectiva en la parte inferior y al lado del laberinto hay un proyector de tiro corto, que proyecta imágenes en la parte inferior del piso del laberinto. Una cámara de techo conectada a una computadora con el módulo de comportamiento básico Cineplex proporciona seguimiento de video y análisis en línea de datos de posición. Para seguir la posición de la rata, conecte LED a la etapa de la cabeza de la rata o rastree el OID del contorno de las ratas Con el sistema de seguimiento de video, la arena de prueba para tareas de comportamiento colocada en el plexiglás debe estar construida con material de estera.

Cuando utilice el sistema de adquisición de datos neuronales, asegúrese de que el laberinto de proyección en el suelo y el sistema ICS estén conectados a tierra al preamplificador para minimizar el ruido eléctrico. Primero habitúe a la rata a la sala de comportamiento durante 10 minutos con el equipo encendido, luego devuelva la rata a la colonia al día siguiente. Repite esto.

Pisa el tercer día, conecta el ICS y las correas del escenario de la cabeza a la rata y habitúa a la rata a la arena de pruebas durante 10 minutos. Al cuarto día, determine la amplitud más baja del ICS para establecer una preferencia de lugar. Usando un protocolo informal de condicionamiento de preferencia de lugar.

Aumente lentamente las amplitudes del pulso uno y del pulso dos hasta que la rata esté condicionada al lugar donde se produce la recompensa de ICS. Los valores de amplitud típicos están entre 20 y 80 microamperios. A partir del quinto día, entregue una recompensa de ICS para entrenar a las ratas en el área lista y para ingresar a las áreas de imagen este y oeste.

Continúe el entrenamiento hasta que la rata alterne entre las dos áreas de la imagen. Es fundamental entrenar a las ratas para que mantengan una posición estacionaria y lista en el área de preparación. La posición de listo controla desde qué dirección la rata se acerca a las imágenes objetivo y las distancias desde las que la rata ve las imágenes presentadas.

Para la etapa intermedia, introduzca 50 decibelios de ruido blanco para señalar el inicio de una prueba. Apague el ruido blanco cuando la rata entre en el área de preparación. Automatice la entrega de una recompensa ICS a la rata por ingresar al área de preparación y por completar con éxito las posiciones listas.

Disminuya gradualmente las probabilidades de recompensa para ingresar al área de listo y completar con éxito las posiciones listas entre cero y 10%Al mismo tiempo, reduzca la posición lista. Latencias en pasos de 100 milisegundos para entrenar a la rata para que se detenga y espere en la posición de listo. En esta etapa del entrenamiento, es importante no recompensar en exceso a las ratas en la posición de preparación porque el sobreentrenamiento resultará en una transición tardía a la formación tardía y a las reglas específicas de la tarea.

Si la rata rompe prematuramente la posición de listo, encienda el ruido blanco. La rata tiene que reiniciar el juicio en el lado opuesto de la arena. Pase a la conformación tardía cuando la rata pueda mantener de forma fiable la posición de preparación durante un máximo de 1200 milisegundos en cada prueba.

Una nueva duración de posición lista determina cuánto tiempo debe permanecer inmóvil la rata antes de que aparezcan las imágenes de destino. El entrenamiento durante el modelado tardío es específico de la tarea y está automatizado en todos los parámetros de la tarea. Con la flexibilidad de entregar manualmente recompensas ICS para el entrenamiento inicial en la tarea visual por discriminación condicional, entrene ratas en una forma simple y discriminación de luminancia.

Comience la prueba activando el ruido blanco. Varíe el tiempo requerido para que la rata permanezca en la posición lista entre ensayos. Si una rata no mantiene de manera confiable una posición estacionaria lista, entregue una recompensa ICS.

Presente manualmente un par de imágenes en el área de presentación de la imagen, presente de forma pseudoaleatoria la imagen correcta en el lado izquierdo o derecho del área de la imagen. Entrega una recompensa de ICS. Cuando la rata se acerca a la imagen correcta el primer día de entrenamiento.

Solo emita una ráfaga de ruido blanco de 75 decibelios como elemento disuasorio para un problema de respuesta incorrecta. Un ensayo de corrección después de un ensayo incorrecto. Las pruebas de corrección se llevan a cabo en el lado opuesto de la arena.

Utilice la misma latencia correcta del lado izquierdo o derecho y de la posición lista que la prueba incorrecta anterior. Una vez que la rata realizó con éxito la discriminación de luminancia simple, introduzca la tarea de discriminación condicional bicon. No emita ráfagas de ruido para pruebas incorrectas.

Para la tarea de discriminación bicondicional, la imagen correcta viene determinada por el patrón de suelo. Por ejemplo, la estrella negra es correcta cuando el suelo está rayado y el círculo blanco es correcto. Cuando el suelo está gris, los ensayos se alternan entre los lados este y oeste con la imagen correcta presentada.

De forma pseudoaleatoria en el lado izquierdo o derecho del área de la imagen, implemente pruebas de corrección después de pruebas incorrectas. Para la tarea de atención espacial visual: Presente círculos grises en ubicaciones espaciales definidas. Comience la prueba con ruido blanco y apáguelo cuando la rata entre en el área de preparación.

Después de que la rata mantenga la posición de listo durante el tiempo requerido, ilumine el círculo objetivo volviéndolo blanco. Las ubicaciones correctas se asignan de forma pseudoaleatoria. Una vez que la rata haya completado con éxito la posición de preparación, ilumina un círculo objetivo y entrega una recompensa de ICS.

Cuando la rata se acerca al círculo correcto dentro de los cinco segundos, si la rata se acerca a un círculo diferente, no se entrega ninguna recompensa. La rata comienza una nueva prueba en el lado opuesto de la arena. Si la rata no logra acercarse a ningún círculo en cinco segundos, anote esto como una prueba de omisión.

Ilumina todo el suelo y no entregues una recompensa inicialmente. Mantenga el círculo objetivo iluminado hasta que la rata se acerque a él. A medida que avanza el aprendizaje, disminuya gradualmente la cantidad de tiempo que el círculo objetivo permanece iluminado.

Cuando la rata alcance una precisión del 80%, disminuya el tiempo de iluminación en el círculo objetivo a un segundo y no realice ningún otro cambio. Cuando la rata logre el 80% de precisión en la condición de iluminación de un segundo, reduzca el tiempo de señal a 500 milisegundos. La conformación temprana generalmente requiere de 100 a 150 ensayos para que las ratas alternen entre las áreas de imagen este y oeste de la arena.

Durante la formación temprana, las ratas generalmente corren a través del área lista en el centro de la arena y pasan la mayor parte de su tiempo explorando el perímetro de la arena. Para el modelado intermedio, las ratas requieren de 600 a 700 ensayos para mantener de manera confiable la posición estacionaria lista requerida. Sus trayectorias son bucles estereotipados desde el área de preparación hasta el área de imagen.

Con menos tiempo dedicado a explorar el perímetro de la arena. Al final del modelado intermedio, las ratas mantienen de manera confiable una posición estacionaria lista en el área lista. Antes de acercarse al estímulo visual objetivo, la rata inicia la siguiente prueba en el lado opuesto de la arena.

Al final de la formación, se recopiló la actividad potencial de una sola unidad y de campo local mediante el sistema de adquisición de datos neuronales. En la corteza postal de las ratas, las células que realizaban la tarea VBCD aumentaron su velocidad de disparo al inicio de la presentación objetivo y disminuyeron al inicio de la presentación del patrón de suelo. En la corteza parietal posterior de las ratas, las células que realizaban la tarea VSA, aumentaron su velocidad de disparo en respuesta a la iluminación circular.

Y cuando la rata se acercó al círculo objetivo en la tarea VSA, mientras las ratas estaban en la posición lista antes de la iluminación del círculo, la actividad potencial del campo local en la corteza parietal posterior. Durante el rendimiento en la tarea VSA mostró una gran potencia en el rango theta a unos ocho hercios. Siguiendo estos protocolos de modelado y entrenamiento, se pueden diseñar multitud de tareas para explorar la función cognitiva y el procesamiento visual en modelos de roedores.

Esta técnica proporciona un paradigma conductual sofisticado para los investigadores en el campo del aprendizaje, la memoria y la atención que proporciona una mejor relevancia traslacional de los hallazgos en modelos de roedores para los humanos.