Name: Un système entièrement automatisé et hautement polyvalent pour Test Multi-Fonctions cognitives et lenregistrement des activités neuronales chez les rongeurs (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-05-03T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 13 s
Description: Découvrez un système automatisé pour tester les comportements cognitifs et enregistrer l'activité neuronale chez les rongeurs. Cette méthode permet d'étudier les fonctions cérébrales liées à l'apprentissage et à la mémoire.

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<li>Sagvolden, T., Johansen, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rat+Models+of+ADHD%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Top+Behav.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Rat Models of ADHD.</a> Curr. Top Behav. Neurosci. , (2011).</li>
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<li>Fraser, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+anxiety-+and+locomotion-related+behaviours+in+mice%3A+a+new+way+of+using+old+tests%5BTitle%5D)+AND+%22Psychopharmacology+%28Berl%29%22%5BJournal%5D)">Measuring anxiety- and locomotion-related behaviours in mice: a new way of using old tests.</a> Psychopharmacology (Berl). 211, 99-112 (2010).</li>
<li>Hui, G. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conditioned+tone+control+of+brain+reward+behavior+produces+highly+specific+representational+gain+in+the+primary+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiology+of+Learning+and+Memory%22%5BJournal%5D)">Conditioned tone control of brain reward behavior produces highly specific representational gain in the primary auditory cortex.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 92, 27-34 (2009).</li>
<li>Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+stimuli+enhance+MDMA-conditioned+reward+and+MDMA-induced+nucleus+accumbens+dopamine%2C+serotonin+and+locomotor+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res.+Bull%22%5BJournal%5D)">Auditory stimuli enhance MDMA-conditioned reward and MDMA-induced nucleus accumbens dopamine, serotonin and locomotor responses.</a> Brain Res. Bull. 77, 189-196 (2008).</li>
<li>Kudoh, M., Shibuki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sound+sequence+discrimination+learning+motivated+by+reward+requires+dopaminergic+D2+receptor+activation+in+the+rat+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Learning+%26+Memory%22%5BJournal%5D)">Sound sequence discrimination learning motivated by reward requires dopaminergic D2 receptor activation in the rat auditory cortex.</a> Learning & Memory. 13, 698-69 (2006).</li>
<li>Shiflett, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cue-elicited+reward-seeking+requires+extracellular+signal-regulated+kinase+activation+in+the+nucleus+accumbens%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cue-elicited reward-seeking requires extracellular signal-regulated kinase activation in the nucleus accumbens.</a> J. Neurosci. 28, 1434-1443 (2008).</li>
</ol>

La production et l&#39;accès gratuit de cette vidéo-article est commandité par les Associés Med, Inc

Un aspect essentiel dans la conception de toute tâche auditive comportementale est l&#39;élimination des sons indésirables résultant de la diffusion et la déviation de l&#39;environnement de test. Le contrôle du son de mauvaise qualité peut avoir un effet significatif sur le comportement à l&#39;essai et produire des résultats trompeurs, voire impossibles à interpréter. La chambre de comportement utilisé dans le système décrit ici est spécifiquement conçu pour être acoustiquement transparent afin d&#39;éviter des détournements son des parois de la chambre. En effet, lorsqu&#39;elle est mesurée à partir du centre de la chambre, la déviation était effectivement son indétectable (données non présentées). Bien que nous avons développé ce système principalement pour étudier le système auditif, il peut être facilement adapté par d&#39;autres chercheurs à étudier d&#39;autres systèmes sensoriels. Modifications peuvent être apportées facilement sur les logiciels et le matériel pour les différentes tâches sans modifier la configuration globale du système. Le panneau de commande modulaire rend le système particulièrement polyvale en permettant pour l&#39;addition et / ou la substitution des différents dispositifs pour de nouvelles tâches comportementales. Par exemple, olfactives des tâches comportementales peuvent être implantés en remettant stimulus olfactif dans le dispositif de poche nez. Les cinq choix paroi éclairée poche nez avec stimulus olfactif de la Associés MED (ENV-115A-DE) peut être facilement installé sur le panneau de commande pour les tâches complexes olfactifs. En outre, tous les appareils opérant peut être facilement remplacé par ceux qui sont conçus pour les souris sans changer la configuration du système. Contrôle précis temporelle de chaque dispositif opérant, ainsi que l&#39;enregistrement haute résolution d&#39;événements uniques dans un essai donné, permettent la manipulation précise des dispositifs pour la personnalisation de la conception de tâches comportementales pour répondre aux différents fonctions cérébrales cognitives (voir ci-dessous). Lorsqu&#39;il est combiné avec l&#39;enregistrement de l&#39;activité neuronale, une riche variété de questions dans le domaine des neurosciences peuvent être étudiés avec ce système. Par exemple, dans la unetâche uditory décrit ci-dessus, les questions suivantes liées à des fonctions cognitives du cerveau peut être étudié dans un essai unique: (1). Motivation: Depuis chaque essai est initiée par animal &quot;auto-motivés&quot; nez-poke action (figure 5A-a et Figure 3), la motivation peut donc être évalués quantitativement en mesurant le nombre total d&#39;essais effectués par un animal dans une session donnée, ou le nombre d&#39;essais consécutifs effectués 6,7. (2). Attention: La clé pour obtenir une récompense dans un essai est de reconnaître correctement les signaux auditifs. Dans environ 25% des rats qui n&#39;ont pas pu être formés pour effectuer la tâche, le manque d&#39;assister aux signaux auditifs a été le principal facteur. En revanche, chez les rats qui ont appris la tâche, une pause momentanée de comportements était évident lors de la présentation signal auditif (voir la figure 5A-b et Figure 3). En utilisant ce système, il est donc possible à des rats d&#39;écran (i) pour attirer l&#39;attention &quot;défiCITS &quot;et (ii) d&#39;étudier les mécanismes neuronaux de l&#39;attention lorsqu&#39;il est combiné avec des enregistrements de neurones alors que l&#39;animal est attentif à les 8-10 signaux auditifs. (3). Décision: Lors de la reconnaissance des signaux auditifs, l&#39;animal doit décider dans quelle direction se tourner vers l&#39;approche du levier correct dans une fenêtre de temps limitée (Figure 5A-c). Il est donc aussi un paradigme efficace pour étudier la prise de décision 11,12. (4). Patience: Le calendrier de l&#39;extension de levier peut être contrôlé de telle sorte que l&#39;animal doit attendre le levier après son arrivée à l&#39;endroit où le levier d&#39;étendre (Figure 5A-d). En faisant varier la longueur de l&#39;attente, dans la mesure de la patience d&#39;un animal peut être testée et quantifiée 13. (5). Récompenses: Le but final de la tâche est d&#39;obtenir la récompense (figure 5A-e et à la figure 3). Tâches comportementales qui utilisent ce système peuvent ainsiêtre facilement conçu pour étudier de nombreux aspects de la récompense de décision des questions et la fonction des systèmes de valeurs du cerveau 14-17.

un système entièrement automatisé et hautement polyvalent pour test multi-fonctions cognitives et l&#39;enregistrement des activités neuronales chez les rongeurs

A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents

Nous avons développé un système entièrement automatisé pour les tests et comportement opérant enregistrement de l&#39;activité neuronale par lequel plusieurs fonctions cérébrales cognitives peuvent être étudiés dans une séquence de tâches unique. La particularité de ce système est un sur-mesure, la chambre acoustiquement transparent qui élimine bon nombre des questions liées au contrôle signal auditif dans les chambres les plus disponibles dans le commerce. La facilité avec laquelle les périphériques opérant peut être ajouté ou remplacé rend ce système très polyvalent, permettant la mise en œuvre d&#39;une variété de auditives, visuelles, olfactives et des tâches comportementales. L&#39;automatisation du système permet temporelle fine (10 ms) de contrôle et de précision d&#39;horodatage de chaque événement dans une séquence prédéfinie de comportement. Lorsqu&#39;il est combiné avec un système multi-canal d&#39;enregistrement d&#39;électrophysiologie, de multiples fonctions cérébrales cognitives, comme la motivation, l&#39;attention, la prise de décision, de la patience, et les récompenses, peut être examinée de manière séquentielle ou indépendamment.

Dans ce rapport, nous présentons un système entièrement automatisé et hautement polyvalent, capable de tester simultanément plusieurs cognitifs des comportements et enregistrer les activités neuronales pour les rongeurs.

Un système entièrement automatisé et hautement polyvalent pour Test Multi-Fonctions cognitives et l&#39;enregistrement des activités neuronales chez les rongeurs

Nous avons mis au point un système entièrement automatisé pour les tests de comportement opérant et l'enregistrement de l'activité neuronale, grâce auquel plusieurs fonctions cognitives cérébrales peuvent être...

L'objectif général de cette procédure est d'entraîner un rat à exécuter une séquence de tâches permettant d'étudier plusieurs fonctions cérébrales. Cela est réalisé en habituant d'abord les rats à la chambre comportementale. La deuxième étape consiste à entraîner le rat à actionner un levier afin d'obtenir des granulés alimentaires en récompense.Ensuite, les rats sont entraînés à révéler un levier caché en introduisant leur tête dans l'orifice de pénétration nasale. La dernière étape consiste à entraîner les rats à reconnaître un signal sensoriel, puis à actionner le levier correct indiqué par la séquence. À terme, les rats apprennent toute la séquence des tâches visant à obtenir les récompenses.Nous avons mis au point un système entièrement automatisé pour les tests comportementaux et l'enregistrement de l'activité neuronale. À l'aide de ce système, plusieurs fonctions cérébrales peuvent être étudiées. La particularité unique de ce système réside dans une chambre transparente sur le plan acoustique, conçue sur mesure, idéale pour l'apprentissage de tâches auditives.Une autre caractéristique de ce système est que différents dispositifs opérants peuvent être facilement ajoutés, ce qui rend le système très polyvalent et permet la mise en œuvre d'une grande variété de tâches comportementales auditives, visuelles et audiovisuelles. Le système est composé de trois éléments principaux : une chambre insonorisée à double paroi, un système d'enregistrement électrophysiologique multicanal et un système de test comportemental entièrement automatisé. Une chambre d'opéra sur mesure est installée à l'intérieur de la pièce insonorisée.La chambre est constituée de trois parois acoustiquement transparentes et d'un panneau opérationnel modulaire permettant de surveiller et d'enregistrer le comportement. Une caméra vidéo est montée au-dessus de la chambre. Une boîte d'interface transmet des signaux entre la chambre et un ordinateur.Les stimuli auditifs sont générés par un générateur audio programmable étalonné et délivrés par trois haut-parleurs situés sur le panneau de commande pour les stimuli visuels, une lumière de stimulation et deux affichages triple stimulus sont situés sur les panneaux central et latéraux. Un dispositif de piquage nasal équipé de trois diodes électroluminescentes de couleur est monté en bas du panneau central. Un détecteur infrarouge installé dans l'unité de piquage nasal enregistre le piquage et la maintien du museau.Des leviers de réponse amovibles et escamotables de période deux sont montés de chaque côté de l'appareil. Les récompenses sont fournies par deux distributeurs de granulés qui laissent tomber la nourriture dans les réceptacles à granulés. Quatre paires de faisceaux infrarouges sont placées en bas de la chambre afin d'indiquer la position de l'animal et de commander des dispositifs en fonction de la position de l'animal.Enfin, les câbles d'une tête d'enregistrement sont reliés à un commutateur pour l'enregistrement de l'activité neuronale. Le protocole expérimental est entièrement automatisé à l'aide de programmes créés dans la plateforme logicielle Med PC four. Les données comportementales sont enregistrées et converties en fichiers Microsoft Excel, puis importées et analysées avec matlab.Avant l'entraînement, limiter l'ingestion de nourriture jusqu'à ce que le poids de l'animal atteigne 90 % de sa valeur initiale. Pour préparer la chambre à l'acclimatation, rentrer les leviers, boucher le trou de sollicitation nasale avec un bouchon en caoutchouc et placer environ 20 pastilles alimentaires dans chaque réceptacle à pastilles. Placer ensuite un animal naïf dans la chambre pour l'acclimatation.Le rat commencera bientôt à explorer les godets alimentaires et à manger les pastilles. Lorsque les deux godets sont vides, utilisez le logiciel pour distribuer une seule pastille dans chaque plateau. Ce faisant, le rat apprendra à associer la nourriture au godet.Forcer le rat à se déplacer des deux côtés de la chambre en distribuant aléatoirement des granulés dans chaque cupule alimentaire. Une seule session est généralement suffisante pour établir l'association à la cupule alimentaire. Dans une nouvelle session, sortir les deux leviers dans la chambre et laisser la cupule alimentaire vide. Placer ensuite un rat habitué dans la chambre.Lorsque l'animal entre dans le voisinage d'un levier, distribuez une pastille. Accordez également des récompenses lorsque le rat manifeste de l'intérêt pour le levier, par exemple en le reniflant, en le touchant ou en y grimpant. Une pression accidentelle sur le levier doit également déclencher une récompense.Pour encourager l'appui sur les leviers et forcer l'exploration des deux leviers, permettez à l'animal d'actionner chaque levier consécutivement un nombre limité de fois ; lorsque cette limite est atteinte, retirez le levier. Réétendez les deux leviers pour répéter la procédure. Diminuez progressivement la limite jusqu'à ce que le levier se retire à chaque pression.Une à deux séances sont généralement suffisantes pour établir l'association levier-récompense alimentaire. Dans une nouvelle séance, rétractez les leviers.Retirez le bouchon en caoutchouc du trou de pénétration nasale et placez plusieurs pastilles alimentaires dans le dispositif de pénétration nasale. Réintroduisez l'animal dans la chambre et faites sortir l'un des deux leviers au hasard.Lorsque le rat renifle l'ouverture du dispositif de piquage nasal pour obtenir des pastilles alimentaires et voit le levier sorti, il s'approche et pousse le levier afin d'obtenir une pastille. Une fois que le levier est enfoncé et que la récompense est distribuée, rentrez le levier pour encourager le rat à explorer le dispositif de piquage nasal. Il faut généralement une seule session de 30 minutes pour qu'un rat apprenne la séquence de la tâche : piquage nasal, levier, poussée, récompense.Dans une autre session nouvelle, placer l'animal dans la chambre pour commencer l'entraînement Q. Après qu'un événement de piquage du nez est effectué par l'animal, diffuser un signal auditif distinct. Sortir les deux leviers droit et gauche.Après chaque présentation d'un signal auditif, récompensez le rat uniquement lorsqu'il actionne le levier indiqué par le signal auditif ; l'animal apprendra progressivement à associer un signal auditif spécifique à un levier donné. L'animal devrait désormais être capable d'effectuer la séquence complète prévue de l'entraînement : introduction du museau, stimulation du trou, signal, pression sur le levier, récompense ou absence de récompense.Laisser le rat s'exercer à la tâche nouvellement apprise jusqu'à l'atteinte d'un niveau de performance constant. La séance est limitée à 30 minutes. Ce système peut être utilisé pour réaliser la tâche de discrimination de hauteur sonore à choix alternatif, qui examine le seuil de discrimination de fréquence d'un rat.Après avoir entraîné les rats à appuyer rapidement sur le levier correct indiqué par un signal auditif, on obtient une courbe d'apprentissage auditive. Chaque ligne colorée représente les variations de la fréquence de discrimination d'un animal individuel. La ligne foncée représente la courbe d'apprentissage moyenne.En moyenne, environ sept séances d'entraînement ont été nécessaires pour atteindre un taux de réussite de 75 %. Le comportement de l'animal dans cette tâche peut également être caractérisé quantitativement par plusieurs mesures, notamment le temps de réaction par rapport au début de la stimulation auditive, l'intervalle inter-essai et la dynamique temporelle de la performance. De multiples fonctions cérébrales cognitives peuvent également être étudiées à l'aide de ce système.Les légendes supérieures décrivent chaque action en séquence au cours d'un essai. Les légendes inférieures indiquent les fonctions comportementales cognitives qui peuvent être étudiées en association avec l'électrophysiologie. L'enregistrement des bases neuronales de ces fonctions comportementales cognitives peut également être étudié.Ce graphique montre un neurone enregistré dans l'espace nucléaire ssus d'un rat effectuant une tâche de discrimination de hauteur sonore à choix alternatif. Bien que ce graphique illustre un neurone enregistré dans la zone segmentaire ventrale, il est important, lors de la réalisation de cette procédure, de prêter une attention particulière aux différences entre les rats, à leurs caractéristiques comportementales et à leurs capacités cognitives ; les protocoles et paramètres d'entraînement doivent être individualisés pour obtenir les meilleurs résultats. Bien que nous ayons développé ce système principalement pour l'étude du système auditif, il peut facilement être adapté par d'autres chercheurs pour étudier le système visuel ainsi que diverses fonctions cérébrales cognitives telles que la motivation, l'attention, les patients et les récompenses.

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