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 entrenamiento y acondicionamiento para tareas cognitivas visuales completamente automatizadas y la adquisición simultánea de datos neuronales en ratas, utilizando un laberinto con proyección en el piso. Esto se logra integrando sistemas de rastreo por video y de adquisición de datos neuronales con un sistema de control conductual capaz de presentar estímulos relevantes para la tarea y recompensas intracraneales según la conducta del animal. Una vez que las ratas aprenden a mantener una posición central estacionaria de listo, aparecen imágenes objetivo que requieren una respuesta conductual específica de acuerdo con las reglas de la tarea.

Los datos neuronales con marca de tiempo para análisis peri-evento muestran correlatos neuronales con la posición de preparación, el inicio de la presentación de la imagen objetivo y otros eventos relevantes para la tarea. Lo destacable de esta técnica es que la proyección en el suelo aprovecha evidencia conductual y anatómica de que las ratas procesan la información visual en su hemicampo visual inferior. Asimismo, las tareas diseñadas en este aparato aprovechan la tendencia natural de la rata a explorar el entorno.

Finalmente, se puede diseñar una gran variedad de tareas cognitivas guiadas visualmente para explorar la función cognitiva en modelos de roedores. Desarrollamos el laberinto con proyección en el piso para mejorar la validez y la relevancia traslacional de los 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, ya que estos trastornos implican el procesamiento de información visual.

El laberinto con proyección en el suelo es un campo abierto sin paredes. Una pantalla de proyección trasera sirve como suelo del aparato. Puede colocarse en el suelo cualquier forma de arena de laberinto, o pueden proyectarse bordes visuales virtuales.

El suelo de la pantalla de proyección trasera está construido con tres capas. Una tela de visión dual se extiende sobre una pieza rectangular gruesa de plexiglás. Una capa delgada de plexiglás se coloca sobre la tela para proteger el material de la pantalla, formando un sándwich.

El material de la pantalla situado entre el plexiglás grueso en la parte inferior y el plexiglás delgado en la parte superior proporciona la proyección de imágenes más eficaz por debajo y a los lados del laberinto. Debajo del laberinto se encuentra un proyector de corto alcance que proyecta imágenes en la cara inferior del suelo del laberinto. Una cámara situada encima, conectada a un ordenador con el módulo básico de comportamiento Cineplex, permite el seguimiento por video y el análisis en línea de los datos de posición. Para seguir la posición de la rata, se pueden colocar LEDs en la plataforma craneal de la rata o rastrear el OID del contorno de la rata. El sistema de seguimiento por video requiere que la arena de prueba para tareas conductuales, colocada sobre el plexiglás, esté construida con material mate.

Al utilizar 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 con el 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 a la rata a la colonia al día siguiente. Repita este procedimiento.

En el tercer día, conecte los cables del ICS y del cabezal al ratón y hábituelo en el área de prueba durante 10 minutos. En el cuarto día, determine la amplitud mínima del ICS para establecer una preferencia de lugar, utilizando un protocolo informal de condicionamiento de preferencia de lugar.

Aumente lentamente las amplitudes del pulso uno y del pulso dos hasta que la rata se condicione al lugar donde ocurre la recompensa por EIC. Los valores típicos de amplitud están entre 20 y 80 microamperios. A partir del día cinco, administre una recompensa por EIC para entrenar a las ratas en el área de preparación y para la entrada en las áreas de imagen este y oeste.

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

Para la etapa intermedia, introduzca 50 decibeles de ruido blanco para indicar el inicio de un ensayo. Apague el ruido blanco cuando la rata ingrese al área de preparación. Automatice la administración de una recompensa de ICS a la rata por ingresar al área de preparación y por completar con éxito las posiciones de listo.

Disminuya gradualmente las probabilidades de recompensa por ingresar al área de listo y por la finalización exitosa de las posiciones de listo, hasta alcanzar valores entre cero y el 10%. Al mismo tiempo, reduzca progresivamente las latencias en pasos de 100 milisegundos para entrenar a la rata a detenerse y esperar en la posición de listo. En esta etapa del entrenamiento, es importante no recompensar en exceso a las ratas en la posición de listo, ya que un entrenamiento excesivo provocará un retraso en la transición a la fase tardía del moldeado y a las reglas específicas de la tarea.

Si la rata rompe prematuramente la posición de preparación, encienda el ruido blanco. La rata debe reiniciar el ensayo en el lado opuesto de la arena. Pase al moldeado tardío cuando la rata pueda mantener de forma confiable la posición de preparación durante hasta 1200 milisegundos en cada ensayo.

Una nueva duración de la posición lista determina cuánto tiempo debe permanecer inmóvil la rata antes de que aparezcan las imágenes objetivo. El entrenamiento durante la fase tardía de moldeamiento es específico para la tarea y se automatiza en todos los parámetros de la misma. Con la flexibilidad de administrar manualmente recompensas de ICS durante el entrenamiento inicial en la tarea de discriminación condicional visual, entrene a las ratas en una discriminación simple de forma y luminancia.

Inicie el ensayo encendiendo el ruido blanco. Varíe la duración requerida para que la rata permanezca en la posición lista entre ensayos. Si una rata no mantiene de forma confiable una posición lista estacionaria, administre una recompensa de ICS.

Presente manualmente un par de imágenes en el área de presentación de imágenes, mostrando pseudoaleatoriamente la imagen correcta en el lado izquierdo o derecho del área de imágenes. Administre una recompensa ICS cuando la rata se acerque a la imagen correcta en el primer día de entrenamiento.

Emita únicamente una ráfaga de ruido blanco de 75 decibeles como disuasivo para una respuesta incorrecta. Realice un ensayo de corrección tras un ensayo incorrecto. Los ensayos de corrección se llevan a cabo en el lado opuesto del recinto.

Utilice el mismo lado izquierdo o derecho correcto y la misma latencia de posición preparada que en el ensayo incorrecto anterior. Una vez que la rata realice con éxito la discriminación simple de luminancia, introduzca la tarea de discriminación condicional bicondicional. No emita ráfagas de ruido para los ensayos incorrectos.

En la tarea de discriminación bi-condicional, la imagen correcta se determina según el patrón del suelo. Por ejemplo, la estrella negra es la correcta cuando el suelo es rayado y el círculo blanco es la correcta. Cuando el suelo es gris, los ensayos alternan entre los lados este y oeste, presentándose la imagen correcta.

De forma pseudoaleatoria en el lado izquierdo o derecho del área de la imagen, implemente ensayos de corrección tras ensayos incorrectos. Para la tarea de atención espacial visual, presente círculos grises en ubicaciones espaciales definidas. Inicie el ensayo con ruido blanco y apáguelo cuando la rata ingrese al área de preparación.

Después de que la rata mantenga la posición de espera durante la duración requerida, ilumine el círculo objetivo haciéndolo blanco. Las ubicaciones correctas se asignan de forma pseudoaleatoria. Después de que la rata haya completado con éxito la posición de espera, ilumine un círculo objetivo y administre una recompensa de SIC.

Cuando la rata se acerca al círculo correcto dentro de los cinco segundos, si se acerca a un círculo diferente, no se entrega ninguna recompensa. La rata comienza un nuevo ensayo en el lado opuesto de la arena. Si la rata no se acerca a ningún círculo dentro de los cinco segundos, registre esto como un ensayo de omisión.

Iluumine todo el suelo y no entregue una recompensa inicialmente. Mantenga el círculo objetivo iluminado hasta que la rata se acerque a él. A medida que avance el aprendizaje, disminuya gradualmente el tiempo durante el cual permanece iluminado el círculo objetivo.

Cuando la rata alcance una precisión del 80 %, disminuya el tiempo de iluminación en el círculo objetivo a un segundo y no realice otros cambios. Cuando la rata logre el 80 % de respuestas correctas en la condición de iluminación de un segundo, reduzca el tiempo de la señal a 500 milisegundos. La formación inicial normalmente requiere entre 100 y 150 ensayos para que las ratas alternen entre las áreas este y oeste de la imagen de la arena.

Durante la formación temprana, las ratas suelen correr por el área de espera en el centro de la arena y pasan la mayor parte del tiempo explorando el perímetro de la arena. Para la formación intermedia, las ratas requieren entre 600 y 700 ensayos para mantener de forma confiable la posición estacionaria requerida. Sus trayectorias son bucles estereotipados desde el área de espera hasta el área de la imagen.

Con menos tiempo dedicado a explorar el perímetro de la arena. Al final del moldeado intermedio, las ratas mantienen de forma confiable una posición estacionaria de preparación en el área de listas. Antes de acercarse al estímulo visual objetivo, la rata inicia entonces el siguiente ensayo en el lado opuesto de la arena.

Al final de la fase tardía de conformación, la actividad de unidades individuales y potenciales de campo locales fue recopilada mediante el sistema de adquisición de datos neurales. En la corteza postal de ratas realizando la tarea VBCD, las células aumentaron su frecuencia de disparo al inicio de la presentación del objetivo y disminuyeron al inicio de la presentación del patrón de suelo. En la corteza parietal posterior de ratas realizando la tarea VSA, las células aumentaron su frecuencia de disparo en respuesta a la iluminación del círculo.

Y cuando la rata se acercaba al círculo objetivo en la tarea VSA, mientras las ratas se encontraban en la posición de espera antes de la iluminación del círculo, se observó actividad del potencial de campo local en la corteza parietal posterior. Durante la realización de la tarea VSA se mostró una potencia elevada en el rango theta de aproximadamente ocho hercios. Siguiendo estos protocolos de entrenamiento y moldeamiento, se puede diseñar una gran variedad de tareas para explorar la función cognitiva y el procesamiento visual en modelos de roedores.

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