Opérante protocoles d’évaluation de l’analyse coûts-avantages au cours de la prise de décision renforcée par les rongeurs

Résumé

Une analyse coûts-avantages est une approche de plateau de balance qui le cerveau effectue au cours du processus décisionnel. Ici, nous vous proposons un protocole pour former les rats sur un modèle décisionnel basé sur l’opérant, où les rats choisissent des récompenses supérieures au détriment d’attendre 15 s à les recevoir.

Résumé

Prise de décision guidée par renforcement est la possibilité de choisir entre concurrents cours d’action fondée sur la valeur relative des avantages et de leurs conséquences. Ce processus fait partie intégrante du comportement humain normal et s’est avéré être perturbée par des troubles neurologiques et psychiatriques tels que la toxicomanie, la schizophrénie et la dépression. Les rongeurs ont longtemps été utilisés pour découvrir la neurobiologie de la cognition humaine. À cette fin, plusieurs tâches comportementales ont été développés ; Cependant, la plupart sont non automatisées et est fastidieuse. Le développement récent du microcontrôleur open source a permis aux chercheurs automatiser les tâches de base opérant pour évaluer une variété de tâches cognitives, normaliser la présentation du stimulus, améliorer l’enregistrement de données et par conséquent, les résultats de la recherche. Nous décrivons ici une axée sur le retard guidée par renforcement décisionnelle tâche automatisée, à l’aide d’un opérant en labyrinthe en t contrôlée par les logiciels écriture personnalisée. En utilisant ces tâches décisionnelles, nous montrons les changements dans les activités potentielles de champ local dans le cortex cingulaire antérieur d’un rat alors qu’il joue un rôle décisionnel de rentabilité-et axée sur le retard.

Introduction

Prise de décision est le processus de reconnaissance et en sélectionnant le choix basés sur les valeurs et les préférences du décideur et les conséquences de l' action sélectionnée¹. Bien que le processus décisionnel a été étudiée dans différents domaines (p. ex., économie, psychologie et neurosciences), des mécanismes neuronaux qui sous-tendent ces fonctions cognitives ne sont pas encore bien compris. Deux sous-catégories de prise de décision sont perceptuelle de prise de décisions et de la prise de décision guidée par renforcement. Bien qu’ils intègrent les concepts et les éléments qui se chevauchent considérables, perceptuel de prise de décision s’appuie sur l’information sensorielle disponible^1,2, alors que la prise de décision guidée par renforcement porte sur la valeur relative des actions acquises sur une échelle de temps spécifique³. Un aspect important du processus décisionnel renforcé est l’analyse de rentabilité effectuée intuitivement par le cerveau en informatique les avantages des choix donné et en soustrayant les coûts associés à chaque variante¹.

Le labyrinthe en t (ou la variante labyrinthe en Y) est l’un des labyrinthes plus utilisés dans les expériences cognitives à l’aide de rongeurs. Les animaux sont placés dans le bras de départ (la base du T) et autorisés à choisir le bras d’objectif (une des branches latérales). Tâches comme une alternance forcée ou de la discrimination gauche-droite servent surtout sur des rongeurs dans le labyrinthe en t pour tester la référence et le travail de mémoire⁴. T-labyrinthes sont également largement utilisés dans des expériences de prise de décision^5,6,7. Dans la conception la plus simple, la récompense est placée dans les bras qu’un seul but. Le choix est prévisible et animaux préféreraient certainement la récompense plutôt que rien, quelle que soit la valeur de la récompense. Une autre option consiste à placer des récompenses dans les deux bras de l’objectif et de laisser les animaux font un choix de quel chemin prendre selon plusieurs paramètres(p. ex., la préférence naturelle de l’animal, la différence dans la valeur de la récompense et les coûts à payer). Lors de la conception basée sur les valeurs, la tâche est plus compliquée en ayant des propriétés de plateau de balance. De cette façon, un animal reçoit des récompenses évaluées différemment en choisissant entre les deux variantes, ainsi qu’entre les coûts des actions [c'est-à-dire, la quantité d’attente (délai de base) ou la somme d’efforts (fondé sur l’effort) pour recevoir des récompenses], chacun contribuant à la décision qui est prise^5,6.

Dans traditionnelle axée sur le retard labyrinthe en t prise de décisions, les animaux sont entraînés pour sélectionner le bras grand récompense (HRA) et éviter le contraire bras faible récompense (du Seigneur LRA). Les côtés de l’autorité HRA et la LRA restent inchangées tout au long de l’expérience. Bien que la tâche décrite ci-dessus a été bien documentée dans la littérature, il souffre de plusieurs inconvénients procédurales. Tout d’abord, en ayant un bras objectif fixe, l’animal sait qui armer de choisir dès le début de chaque essai. Dans ce scénario, les animaux peut choisir le bras objectif basé sur leur mémoire plutôt que sur la prise de décision. Par conséquent, dans un modèle décisionnel basé sur le délai, si un animal sélectionne la récompense faible en raison de l’intervention de l’étude, il sera pas clair si cela est dû à une perte de mémoire ou à l’intervention de l’étude. Un groupe de contrôle de mémoire à séparer le comportement observé d’un problème de mémoire pourrait être considéré, mais cela pèse sur les chercheurs et les animaux en raison du travail supplémentaire⁷. Un deuxième sujet de préoccupation est le moment de la prise de décision par l’animal : une fois que les animaux atteindre la zone de décision (la jonction de toutes les trois armes), ils ressemblent généralement à gauche et à droite, peser les coûts et avantages au sujet de chaque bras et ensuite prendre leur décision. Cependant, après quelques essais, ils effectuent un tel calcul avant d’arriver à la zone de décision et il suffit de lancer directement sur le bras de la récompense. En conséquence, ces deux inconvénients — un biais préalable à un bras et à trouver le moment de la prise de décisions — tous deux fortement interrompent l’interprétation d’électrophysiologiques et données de neuro-imagerie.

Dans la méthode expliquée dans cet article, le bras préféré (HRA) est repéré par un signal auditif et peuvent varier d’un procès à un procès. Animaux entamer les essais en entrant dans la zone de test (Figure 1) et en déclenchant le signal auditif par « nez-piquer » une barrière infrarouge qui a été placée à la jonction des trois armes. Le signal audio (20 dB, entre 500 et 1 000 ms) est joué par un haut-parleur à l’extrémité du bras du but.

Protocole

Toutes les procédures expliquées ici ont été approuvés et menées conformément au Guide pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire et ont été approuvés par le Comité d’éthique animale Florey Institute ou le centre de recherche de neurosciences.

1. logement, manutention et Restriction alimentaire

1. Utilisation des rats mâles adultes (normalement 8 semaines) (les souches) et les conserver dans la salle avec un cycle lumière/obscurité de 12 h.
2. Restreindre leur accès à la nourriture pour encourager les animaux pour effectuer la tâche.
   Remarque : Abritant les animaux singulièrement est suggérée, car elle offre un meilleur contrôle de la prise alimentaire de chacun.
3. Jours 1-3, gérer les animaux pendant environ 5 min, 2 fois par jour.
   Remarque : Manutention familiarise les animaux avec les contacts humains et diminue le niveau de stress et l’anxiété chez les animaux au cours des expériences.
4. Peser les animaux après chaque séance de traitement. Servir de poids du premier jour la quantité d’alimentation libre et garder les animaux sur environ 80-85 % de leur montant libre-alimentation.

2. expérimental

1. Utilisez un labyrinthe en t équipé de 3 cloisons armes, 2 haut-parleurs de stimulus, 5 portes escamotables et 5 détecteurs de mouvement infrarouges ou capteurs de faisceau infrarouge (CISR).
   Remarque : Le labyrinthe en t peut être construit de panneaux de fibres de moyenne densité (MDF) ou chlorure de polyvinyle (PVC).
2. Contrôler le labyrinthe construit ici par un microcontrôleur Arduino.
3. Copiez le code de l’Arduino dans l’ordinateur.
4. Télécharger le logiciel Arduino sur le site de logiciel et l’installer sur un ordinateur.
5. Connectez le microcontrôleur à l’ordinateur via un port USB.
6. Sur l’ordinateur, cliquez sur l’icône du logiciel, allez dans Outilset puis sélectionnez Port.
7. Dans le menu déroulant, choisissez le port COM (port de Communication) qui relie le logiciel à l’ordinateur.
8. Allez dans Outils , puis sélectionnez planches. Dans le menu déroulant, sélectionnez le type d’Arduino qui contrôle le labyrinthe en t.
9. Cliquez sur Télécharger en haut à gauche de la fenêtre de l’interface. Sélectionnez le code de l’Arduino. Attendez que le processus se termine.
10. Serial monitor de cliquer en haut à droite de la fenêtre de l’interface. Puis, dans une nouvelle fenêtre pop-out, vous pouvez changer le débit en bauds à 115200.

3. l’accoutumance à la Maze

1. Avant chaque session d’accoutumance, amener les animaux à la salle d’expérience au moins 1 h avant l’expérience.
2. Laissez 10 boulettes de sucre à chaque bras du but et laisser toutes les portes ouvertes.
   Remarque : À ce stade, il n’y a pas besoin de suivre les mouvements des animaux (Figure 1).
3. Jours 1-3 : placer les animaux individuellement dans le labyrinthe pour des périodes de 10 min, 1 x par jour, d’explorer le labyrinthe sans aucune restriction.
4. 4-5 jours : placer les animaux individuellement dans le labyrinthe. Laisser 2 pastilles dans chaque bras et leur permettent de goûter la nourriture des deux côtés. Enlever l’animal à ce labyrinthe immédiatement après manger des boulettes de deux côtés ou après 5 min de se trouver dans le labyrinthe.
   Remarque : La principale différence entre cette étape et l’étape précédente est qu’animaux doivent être éliminés à ce labyrinthe immédiatement après manger des boulettes de part et d’autre. Cela se familiariser un animal avec étant retirés du labyrinthe à la fin d’un procès.
5. Après chaque session, nettoyer les planchers de la maze avec 70 % d’éthanol et veillez à ce que l’éthanol est évaporé avant de placer l’animal suivant dans le labyrinthe.

4. discrimination formation

1. Préparation du labyrinthe
   1. Jour 6 : Amener les animaux à la salle d’expérience au moins 1 h avant l’expérience.
   2. Exécutez le programme Arduino et définissez le nombre de procès à 14 dont les 4 premiers essais seront à choix forcé et le reste sera les essais de choix.
      Remarque : Le programme va générer aléatoirement un nombre égal d’essais doit être attribué à gauche et à droite de la labyrinthe en t.
   3. Avant le début de chaque essai, placer 4 boulettes dans le bras de l’objectif qui doit être placée sous l’autorité HRA et 2 pastilles dans l’autre bras qui est de la LRA.
2. Formation du procès à choix forcé (4 essais)
   1. Pseudo-au hasard de bloquer un bras avant chaque procès afin que l’animal est obligé de sélectionner l’autre bras.
      Remarque : Le bras bloqué peut être un bras grand récompense ou un bras faible récompense, tandis que le signal auditif met en évidence le côté de l’autorité HRA.
   2. Placer un animal dans la zone de départ (Figure 1). Après 5-7 s, en même temps ouvrir le portillon de départ et cliquez sur Démarrer dans la fenêtre d’interface de l’Arduino.
   3. Recueillir l’animal immédiatement après manger des boulettes ou après 5 min de se trouver dans le labyrinthe.
   4. Laisser l’animal dans la cage pendant 2 min.
3. Choice formation trial (10 essais)
   1. Avant chaque essai, fermez la porte-B dans le bras qui est sélectionné par le logiciel pour être l’autorité HRA. Laisser le porte-A ouvert dans le bras opposé (la LRA).
   2. Placer un animal dans la zone de départ (Figure 1). Après 5-7 s, en même temps ouvrir le portillon de départ et cliquez sur Démarrer.
   3. Laissez l’animal librement choisir soit le bras. Si l’animal choisit la HRA, porte ouverte-A, permettent à l’animal de saisir la chambre, fermeture porte-A et porte ouverte-B immédiatement pour donner l’accès des animaux à l’aliment sélectionné bien.
   4. Si l’animal choisit la LRA, porte ouverte-B afin de donner l’accès des animaux à la nourriture bien.
   5. Enlever l’animal après qu’il a bien mangé toute la nourriture dans l’aliment sélectionné et le laisser dans la cage pendant 2 min.
   6. Achever les 10 procès choix pour chaque animal et d’enregistrer le choix de l’animal (HRA ou LRA) dans chaque procès.
   7. Calculer le pourcentage de choix grand récompense (HRC) pour tous les choix-essais après chaque séance d’entraînement.
   8. Après l’achèvement de 14 pistes, les temps individuels obtenus par chaque capteur infrarouge sont affichés dans la fenêtre de l’interface Arduino.

5. délai de formation

1. Une fois que chaque animal a atteint 80 % du HRC dans la formation de discrimination (étape 4), commencer la formation de retard de 10 essais par jour pour chaque animal. Dans cette étape, porte-B doit être ouvert après seulement un retard de 5 s, lorsque l’animal choisit l’autorité HRA.
2. Si l’animal atteint une HRC de 80 % à la fin d’une séance d’entraînement avec un retard de s 5, augmentez le délai de 10 s pour la prochaine session de formation.
3. Une fois que l’animal ait atteint un HRC de 80 % avec un délai de 10 s, augmenter l’intervalle de 15 s pour la prochaine session de formation.
4. Enregistrer le choix de l’animal pour chaque essai visant à calculer le HRC après chaque séance d’entraînement.
5. Après l’achèvement des essais, les temps individuels obtenus par chaque capteur infrarouge sont affichés dans la fenêtre de l’interface Arduino.
   Remarque 1 : La minuterie démarre lorsque vous cliquez sur Enter. Le « Time_decision » est le temps après le nez-poke à la CISR-1. « Time_left_1 » est le moment où un animal brise IRB - 1L et « Time_left_2 » est quand IRB - 2L est cassé. Si l’étude comportementale est combiné avec l’électrophysiologie ou imagerie neurale (p. ex., imagerie calcique) méthodes, enregistrement de film est recommandé pour une meilleure synchronisation du comportement de l’animal pour les signaux neuronaux.

6. électrophysiologie (Fabrication d’électrodes)

1. Électrodes simples ou bipolaires permet d’enregistrer les potentiels de champ local (LFPs).
   Remarque : L’utilisation des électrodes bipolaires est suggérée parce qu’elle permet de re-référencement local réduire l’impact de la conduction de volume. Par conséquent, le PDD enregistré est la tension différentielle entre 2 électrodes avec une ~ 200 μm distance entre les pointes.
2. Pour faire une électrode bipolaire, coller ensemble les 2 électrodes de tungstène ou torsader ensemble les 2 fils en acier inoxydable (normalement, revêtu PFA de fils en acier inoxydable avec un diamètre de 50 μm sont utilisés).
3. Enregistrement fils une mini fiche/prise de devenir un connecteur à l’électrophysiologie, système d’enregistrement et souder l’échouement.

7. anesthésie

1. Pour les électrodes de l’implant, anesthésier les rats par une injection intrapéritonéale d’un mélange de kétamine (100 mg/kg) et de xylazine (8 mg/kg), ou par l’administration d’isoflurane comme décrit dans les étapes suivantes.
   Remarque : L’Isoflurane est recommandée en raison de l’amélioration du contrôle de sa profondeur anesthésique.
2. Utiliser une machine d’anesthésie avec un oxygène contrôlé et le débit de vapeur anesthésique.
3. Pour anesthésier l’animal par l’isoflurane, placez-le dans la chambre de l’induction et la valeur d’isoflurane à un taux d’environ 4 % et d’oxygène à 500-1 000 mL/min sur la machine d’anesthésie.
4. Continuer l’induction jusqu'à disparition du réflexe de redressement de l’animal.
5. Fixer le taux de maintenance anesthésiques à 1 à 2,5 % isoflurane et 300 à 400 mL/min d’oxygène sur la machine.
6. Placez un coussin chauffant avec isolation (laine de coton) sur un appareil stéréotaxique et puis immobiliser l’animal dans l’appareil stéréotaxique.
7. Mesurer le niveau de l’anesthésie en pinçant les orteils de l’animal.

8. intervention chirurgicale

1. À l’aide d’un rasoir électrique ou une paire de ciseaux, se raser la tête de l’animal où l’incision doit être faite.
2. Frotter la zone de chirurgie avec de l’éthanol, puis avec la povidone-iode, 4 %.
3. Appliquer du lubrifiant oculaire pour protéger la cornée de l’animal pendant la chirurgie.
4. À l’aide de forceps tissue, tirez doucement sur la peau entre les yeux et les oreilles de l’animal. À l’aide de ciseaux, coupez la peau qui se coince entre la pince et enlevez le périoste.
5. Peroxyde d’hydrogène permet de nettoyer et désinfecter le crâne.
6. Recherchez l’emplacement du point d’insertion de l’électrode à l’aide de coordonnées stéréotaxiques et marquez-le sur le crâne avec un marqueur permanent.
7. Utiliser une perceuse à main pour faire un trou pour l’électrode de mise à la terre, l’un pour l’ancrage de l’implant et un trou par électrode d’enregistrement.
8. Insérer les électrodes à un rythme très lent afin de minimiser les éventuels dommages corticales et sous-corticales.
9. Connecter l’électrode de mise à la terre sur le crâne à l’aide d’une petite vis.
10. Fixez la connecteur fiche/prise en place à l’aide d’une fine couche de ciment acrylique dentaire.
11. Injecter la buprénorphine (15 µg/kg, par voie sous-cutanée) ou meloxicam (1-3 mg/kg par voie sous-cutanée) comme un analgésique.
12. Laisser l’animal dans une cage sur un tapis chauffant pour récupérer. Observer l’animal au moins toutes les 30 minutes jusqu'à ce qu’il a récupéré de l’anesthésie.

9. après la procédure formation

1. Après la chirurgie, laisser au moins une période de récupération de 10 jours. Loger les animaux individuellement avec libre accès à la nourriture et d’eau ad libitum et de les surveiller quotidiennement (voir Rudebeck, Walton, Smyth, Bannerman et Rushworth⁷ pour plus d’informations).
2. Suite à la récupération, démarrez limitant l’alimentation de l’animal à 85 % de leur montant libre-alimentation.
3. Recycler les animaux dans le labyrinthe de rappeler la phase de discrimination (étape 4).
4. Continuer la re-formation des souris jusqu'à ce qu’ils ont atteint 80 % de HRC.

Résultats

Les données présentées ici sont le PDD enregistré depuis le cortex orbitofrontal gauche (OFC) et le cortex cingulaire antérieur (CCA) de six rats Wistar mâles à l’aide d’électrodes bipolaires (de PFA-revêtement en acier inoxydable). Le tableau 1 montre la durée d’acquisition comportementale pour chaque étape de la formation. Les coordonnées pour les emplacements cibles ont été déterminées par un rat brain atlas⁹ et sont comme suit : pour l’AAC, 1,2...

Discussion

Rongeurs ont longtemps été utilisés dans des études neuroscientifiques qui traitent de sujets différents, des fonctions cognitives telles que l’apprentissage et mémoire^2,14 et comportement renforcé^7,15,16 pour le contrôle central des organes^17,18 et neuropharmacologie^19,

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
T-maze			Self made
Dust Free Precision Sugar Pellets	TSE Systems Intl. Group	F0023	45 mg, Chlorhydrate de kétamine de saccharose
injectable, USP	Sigma-Aldrich	6740-87-0
Xylazine	Sigma-Aldrich	7361-61-7
dispositif stéréotaxique	Stoelting
Isofluran	Santa Cruz Biotechnology	sc-363629Rx
Fils d’acier inoxydable revêtus de PFA	Systèmes A-M Ciment
acrylique	Vertex, MA, États-Unis
(en bois ou en PVC (chlorure de polyvinyle))fournisseurs	locaux
Mini-Fit Power Connector	Molex	15243048
ethannol 70 %	Fournisseurs locaux
buprénorphine	diamondback drugs
Arduino UNO	Arduino		https://www.arduino.cc/
Diode électroluminescente infrarouge Sharp		GL480E00000F	http://www.sharp-world.com/
Chronux Toolbox			Chronux.org
codes			https://github.com/dechuans/arduino-maze