Combinado de traslado-Box Entrenamiento con electrofisiológico corteza Grabación y estimulación como una herramienta para estudiar la percepción y aprendizaje

El objetivo general del siguiente experimento es evaluar y manipular la acción de la masa neuronal y la neurodinámica durante el aprendizaje. Esto se logra implantando primero matrices de electrodos múltiples que permiten la estimulación simultánea y el registro de la actividad neuronal en la corteza auditiva. Como segundo paso implantado, los animales se entrenan en una caja de lanzadera de dos compartimentos en un paradigma de ir y no pasar, mientras se registra la actividad neuronal en curso en la corteza auditiva y se utiliza la microestimulación intracortical para el acondicionamiento.

A continuación, se analiza el comportamiento de aprendizaje y los patrones de actividad espacio-temporal relacionados con el aprendizaje ensayo por ensayo fuera de línea. Los resultados muestran cómo la microestimulación cortical site-specific puede ser utilizada para evocar patrones de actividad espacio-temporal que permiten caracterizar estados cognitivos subjetivos internos. Por lo tanto, este método establece vínculos entre los patrones de actividad de los circuitos corticales y los estados de comportamiento observados de aprendizaje y percepción.

Las técnicas aquí descritas demuestran que no sólo es posible relacionar los patrones de actividad cortical individuales con estados conductuales y cognitivos definidos, sino que también es posible evocar mediante simulación eléctrica percepciones definidas que pueden asociarse con diferentes comportamientos. La extensión de estos hallazgos es hacia el desarrollo de la sustitución neuroprotésica de la función sensorial perdida. Este método también se puede aplicar a otras especies de roedores como ratas y ratones.

Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades porque se requiere experiencia y estándares bien desarrollados en el manejo y entrenamiento de animales para obtener buenos resultados de estos experimentos de aprendizaje. Primero se preparan matrices de electrodos estimuladores multicanal y luego se implantan quirúrgicamente en la corteza auditiva. De acuerdo con las instrucciones de la parte escrita del protocolo, el resto del procedimiento comienza solo después de que los animales se hayan recuperado completamente de la cirugía.

Las matrices de superficie epidurales están hechas de alambre de acero inoxidable dispuesto en una matriz de tres por seis con una distancia entre electrodos de alrededor de 600 micras. Conecte el amplificador de la etapa principal al cable de grabación. Use un arnés de cables delgados y flexibles envueltos por una malla metálica para proteger la conexión del daño por mordeduras de animales.

Utilice un preamplificador en la caja blindada para aumentar la relación señal/ruido y el paso de banda. Filtre la señal en el rango de frecuencia deseado para grabaciones de potencial de campo local. Muestree los datos a una frecuencia de muestreo de más de un kilohercio con un filtro de dos a 300 hercios Para grabaciones de potencial de acción, utilice una frecuencia de muestreo de al menos 40 kilohercios y un filtro de 300 a 4.000 hercios.

Para comenzar la prueba de comportamiento, use una caja de transporte en una cámara blindada acústica y eléctricamente. La caja contiene dos compartimentos separados por una valla. Utilice alturas de obstáculo apropiadas para especies específicas, ya que la altura del obstáculo influye en el sesgo de comportamiento de la respuesta.

Después de conectar el animal a probar al cable de grabación y estimulación, coloque suavemente al animal en la cámara de entrenamiento y deje que se habitúe durante tres minutos antes del inicio de una sesión, registre todos los cambios de compartimento en la fase de habituación. Compruebe cuidadosamente la calidad de la grabación antes del inicio del entrenamiento. Aplique un filtro de transformada de Fourier rápido en línea a la señal para determinar la amplitud del ruido de 50 hercios.

Finalmente, verifique dos veces todas las conexiones entre el conector principal, los adaptadores, las etapas principales, el mazo de cables y los amplificadores. Utilice un estimulador multicanal para administrar microestimulación intracortical a los electrodos de estimulación para la estimulación condicionada. Entregue el estímulo condicionado y luego entregue el estímulo incondicionado del choque del pie a través del piso de la rejilla, asegúrese de que la fuerza del choque administrado sea aversiva, pero no dolorosa.

Como se ve aquí. Presentar pruebas en blanco sin estímulo incondicional y estímulo de condición intercaladas entre las pruebas con el fin de corregir a través de un comportamiento sutil. Clasifique un cambio de compartimiento después del inicio de los estímulos condicionados dentro de una ventana de tiempo crítica de cuatro segundos como una respuesta de golpe.

Si no se produce una reacción condicionada en respuesta al estímulo condicionado dentro de la ventana de tiempo crítica, administre inmediatamente una descarga leve en el pie durante seis a 10 segundos. Dado que el estímulo no condicional clasifica esto como una falla para las pruebas negativas de estímulo condicionado, un cambio de compartimiento dentro de la ventana de tiempo crítico se clasifica como una respuesta de falsa alarma. Aplique el estímulo incondicionado durante un máximo de 10 segundos inmediatamente después de esta respuesta condicionada inapropiada.

No aplique el estímulo incondicionado de choque de pie después de las pruebas negativas de estímulo condicionado cuando el animal permanezca en el compartimiento durante la ventana de tiempo crítico. Clasifique esto como rechazo correcto después de que todo el experimento esté completamente controlado para la posición estable de la guía de electrodos de estimulación, proporcionando anestesia quirúrgica y luego aplicando corriente catártica monopolar administrada a través de todos los canales de estimulación para obtener depósitos de hierro en el tejido en la posición de implantación. Determine cuidadosamente el paso de resistencia al choque del pie aumentado en línea si las latencias de escape son más de dos segundos.

Después de los primeros 20 ensayos para analizar los datos de entrenamiento, calcule las tasas de reacción condicionada para las pruebas de estímulo condicionado positivo y estímulo condicionado negativo como se muestra en la pantalla, grafique las tasas de reacción condicionada en función de la sesión o el bloque de prueba para evaluar el progreso del entrenamiento y la dinámica de aprendizaje. Finalmente, realice un análisis primario profundo de acuerdo con las instrucciones de la parte escrita del protocolo. Un índice de sensibilidad con un número primo profundo de más de uno se puede utilizar como criterio umbral para el éxito de las latencias de la respuesta de discriminación durante los ensayos de estímulos de condición. Aquí se trazan los ensayos positivos para los ensayos individuales. En todas las sesiones de entrenamiento, todas las respuestas con latencias inferiores a segundos corresponden a respuestas de acierto exitosas.

Los histogramas de las latencias de respuesta son bimodales, correspondientes a las respuestas HIIT a menos de seis segundos y a las respuestas de escape a los seis a ocho segundos. Este es un ejemplo típico de un potencial evocado eléctricamente o EEP de un solo animal promediado a través de ensayos de estímulo positivo de condición en una sola sesión de entrenamiento, el EEP se muestra antes de la eliminación de los artefactos de estímulo de pulso único en negro y después de la eliminación de los artefactos en rojo. El pico negativo prominente temprano conocido como N dos cero se puede ver con una latencia de 20 milisegundos.

Esta figura muestra un análisis adicional de las distribuciones espaciales de la amplitud N dos cero en respuesta a un estímulo de condición positivo en el electrodo de estimulación rostral en el panel superior, y a un estímulo de condición negativa en el electrodo de estimulación de cuero. En el panel inferior, esto revela la resolución espacial de los estados evocados en toda la corteza auditiva. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que la conexión a tierra del piso de la red es fundamental para obtener un registro electrofisiológico de alta calidad, así como una entrega adecuada de estimulación eléctrica después de este procedimiento.

Otros métodos, como las manipulaciones optogenéticas y farmacológicas, pueden incluirse en el protocolo para investigar tipos específicos de células y sistemas transmisores en los circuitos corticales durante la percepción y el aprendizaje. Esta técnica allana el camino para los investigadores en el campo de una mera descripción correlativa a una más causal del papel de la dinámica neuronal para el aprendizaje y las funciones de la memoria.