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

L’objectif global de cette procédure est d’entraîner un rat à effectuer une séquence de tâches par laquelle plusieurs fonctions cérébrales peuvent être étudiées. Ceci est accompli en acclimatant d’abord les rats à la chambre comportementale. La deuxième étape consiste à entraîner le rat à pousser un levier pour obtenir des granulés de nourriture en récompense.

Ensuite, les rats sont entraînés à révéler un levier caché en enfonçant leur tête dans le trou du nez. La dernière étape consiste à entraîner les rats à reconnaître un signal sensoriel, puis à appuyer sur le bon levier indiqué par la file d’attente. En fin de compte, les rats apprennent toute la séquence des tâches visant à obtenir les récompenses.

Nous avons développé un système entièrement automatisé pour les tests comportementaux corrects et l’enregistrement de l’activité neuronale. En utilisant ce système, plusieurs fonctions cérébrales peuvent être étudiées. L’avenir unique de ce système est une chambre acoustiquement transparente fabriquée par le client, idéale pour l’entraînement aux tâches auditives.

Une autre caractéristique de ce système est que différents dispositifs opérants peuvent être ajoutés facilement, ce qui rend le système assez polyvalent, permettant la mise en œuvre d’une variété de tâches comportementales auditives, visuelles et audiovisuelles. Le système est composé de trois composants principaux, une salle insonorisée à double paroi, un système d’enregistrement électrophysiologique à canaux multiples et un système de tests comportementaux entièrement automatisé. Un opéra de chambre conçu sur mesure se trouve à l’intérieur de la salle insonorisée.

La chambre se compose de trois parois acoustiquement transparentes et d’un panneau de commande modulaire pour surveiller et enregistrer le comportement. Une caméra vidéo est montée au-dessus de l’opéra dans la chambre. Un boîtier d’interface transmet des signaux entre la chambre et un ordinateur.

Les repères auditifs sont générés par un générateur audio programmable calibré et sont délivrés par trois haut-parleurs situés sur le panneau de commande pour les repères visuels, une lumière de stimulus et deux affichages de stimulus triples sont situés sur les panneaux central et latéral. Un dispositif de poke de nez avec des lumières LED de trois couleurs est monté au bas du panneau central. Un détecteur infrarouge installé dans l’unité de piqûre de nez enregistre, pique le nez et le maintient.

Des leviers de réponse rétractables amovibles de deuxième période sont montés de chaque côté de l’opération. Les récompenses des panneaux sont fournies par deux distributeurs de granulés qui déposent de la nourriture dans les récipients à granulés. Quatre paires de faisceaux infrarouges sont placées au fond de la chambre pour indiquer à la fois la position de l’animal et pour contrôler les dispositifs en fonction de la position de l’animal.

Enfin, les câbles d’un étage de tête sont connectés à un commutateur pour l’enregistrement de l’activité neuronale. Le protocole expérimental est entièrement automatisé via des programmes créés au sein de la plate-forme logicielle Med PC quatre. Les données comportementales sont enregistrées et traduites dans des fichiers Microsoft Excel, puis importées et analysées avec matlab.

Avant l’entraînement, limitez l’apport alimentaire jusqu’à ce que le poids de l’animal soit de 90 % de celui de base. Pour préparer la chambre à l’acclimatation, rétractez les leviers, bloquez le trou du nez avec un bouchon en caoutchouc et placez environ 20 granulés de nourriture dans chaque granulé. Le réceptacle place maintenant un animal naïf dans la chambre pour l’acclimatation.

Le rat commencera bientôt à explorer les gobelets de nourriture et à manger les granulés. Lorsque les deux gobelets sont vides, utilisez le logiciel pour distribuer une seule pastille dans chaque plateau. Ce faisant, le rat apprendra à associer la nourriture à la tasse.

Forcez le rat à se déplacer des deux côtés de la chambre en distribuant des granulés au hasard dans chaque tasse de nourriture. Une séance suffit généralement pour établir l’association de gobelets alimentaires. Dans une nouvelle séance, déployez les deux leviers dans la chambre et laissez le gobelet vide. Ensuite, placez un rat acclimaté dans la chambre.

Lorsque l’animal entre à proximité d’un levier, distribuez une pastille. Offrez également des récompenses lorsque le rat montre de l’intérêt pour le levier, comme renifler, toucher ou grimper. Une pression accidentelle sur le levier devrait également déclencher une récompense.

Pour encourager la poussée du levier et pour forcer l’exploration des deux leviers, laissez l’animal pousser chaque levier consécutivement un nombre limité de fois lorsque la limite est atteinte, rétractez le levier. Déployez les deux leviers pour répéter la procédure. Diminuez progressivement la limite jusqu’à ce que le levier se rétracte à chaque fois qu’il est poussé.

Une à deux séances suffisent généralement pour établir le levier. Association de récompense Push Food. Lors d’une nouvelle session, rétractez les leviers.

Retirez le bouchon en caoutchouc du trou du nez et placez plusieurs granulés de nourriture dans le nez. Dispositif Poke. Réintroduisez l’animal dans la chambre et déployez l’un des deux leviers au hasard.

Lorsque le rat renifle le trou de perçage du nez pour les granulés de nourriture, voyant le levier étendu, le rat s’approche et pousse le levier pour obtenir une boulette de nourriture. Une fois que le est enfoncé et que la récompense est distribuée, rétractez le levier pour encourager le rat à explorer le dispositif de piqûre de nez. Il faut généralement une séance de 30 minutes pour qu’un rat apprenne la séquence de tâches, le nez, le poke, le levier, les récompenses de poussée.

Dans une autre nouvelle session, placez l’animal dans la chambre pour commencer l’entraînement Q. Après que l’animal a effectué un coup de nez, jouez un signal auditif distinct. Déployez les leviers droit et gauche.

Après chaque présentation de signal auditif, récompensez le rat uniquement lorsqu’il appuie sur le levier qui est indiqué par le signal auditif, l’animal apprendra progressivement à associer un signal auditif spécifique. Avec un seul levier. L’animal devrait maintenant être en mesure d’effectuer la séquence complète prévue d’entraînement, nez, poussée, queue, levier, poussée, récompense ou aucune récompense.

Permettez au rat de pratiquer la tâche nouvellement apprise jusqu’à ce qu’un niveau de performance constant soit atteint. La séance est limitée à 30 minutes. Ce système peut être utilisé pour effectuer la tâche de discrimination de pas à deux choix alternatifs, qui examine le seuil de discrimination de fréquence d’un rat.

Après avoir entraîné les rats à pousser rapidement le bon levier indiqué par un signal auditif, une courbe d’apprentissage auditif est obtenue. Chaque ligne colorée représente les variations de fréquence de discrimination d’un animal individuel. La ligne sombre représente la courbe d’apprentissage moyenne.

En moyenne, il a fallu environ sept séances de formation pour atteindre le taux de réussite de 75 %. Critère. Le comportement animal dans cette tâche peut également être caractérisé quantitativement par plusieurs mesures, notamment le temps de réaction par rapport au début de la file d’attente auditive, l’intervalle entre les essais et la dynamique temporelle de la performance. De multiples fonctions cognitives cérébrales peuvent également être étudiées à l’aide de ce système.

Les légendes du haut décrivent chaque action dans l’ordre d’un essai. Les légendes du bas indiquent les fonctions cognitivo-comportementales qui peuvent être étudiées lorsqu’elles sont combinées à l’électrophysiologie. L’enregistrement de la base neuronale des fonctions cognitivo-comportementales peut également être étudié.

Ce graphique montre un neurone enregistré dans l’espace du noyau ssus d’un rat effectuant la tâche de discrimination de hauteur à deux choix alternatifs. Bien que ce graphique montre un neurone enregistré dans la zone segmentaire ventrale, lors de la tentative de cette procédure, il est important de prêter une attention particulière aux différences entre les rats et à leurs caractéristiques comportementales, ainsi qu’à la capacité cognitive, les procédures et les paramètres d’entraînement doivent être individualisés pour obtenir les meilleurs résultats d’entraînement. Bien que nous ayons développé ce système principalement pour l’étude du système auditeur, il peut être facilement adapté par d’autres recherches pour étudier un système visuel et de multiples fonctions cognitives cérébrales telles que la motivation, l’attention, les patients et les récompenses.