Un protocole conditionné rongeurs entièrement automatisé pour sensorimotrice intégration et expériences de contrôle cognitif

L’objectif global de l’expérience suivante est d’introduire un cadre comportemental automatisé pour le conditionnement opérant des rongeurs afin de tester des tâches cognitives complexes. La tâche comportementale est une conception de nez à cinq trous qui est conventionnellement utilisée pour les études de tâches de temps de réaction en série à cinq choix. Les sujets sont tenus de maintenir leur museau à l’intérieur d’un trou de fixation jusqu’à la présentation d’une file d’attente après une courte période de délai.

Une file d’attente d’instructions auditives est présentée pendant l’épopée de fixation pour guider le sujet dans le choix d’une future cible motrice pour recevoir une récompense. L’utilisation d’une file d’attente auditive permet des transitions bien définies entre différentes épiques et permis de tâches, en étudiant de multiples aspects du comportement, ainsi que les mécanismes neuronaux de la mémoire de travail, de la prise de décision et de la planification motrice. Le principal avantage de cette technique par rapport aux méthodes existantes, telles que les expériences de navigation dans les labyrinthes, est que le comportement moteur manifeste qui peut être confondu par des variations systématiques de la trajectoire du sujet est minimisé à l’époque critique de la tâche.

Bien que cette méthode puisse donner un aperçu du contrôle moteur, les études peuvent également être utilisées pour étudier d’autres processus cognitifs de haut niveau, tels que la perception, l’attention et la formation de la mémoire. Dylan Miller, un étudiant de premier cycle de mon laboratoire, fera la démonstration de la procédure. L’étude suivante est réalisée dans une boîte de conditionnement d’opéra composée d’un mur de nez à cinq trous d’un côté et d’une auge de livraison de nourriture de l’autre côté.

Le trou central du nez est considéré comme un trou de fixation, et les quatre autres trous, deux de chaque côté du trou de fixation, sont considérés comme des trous de cible moteur. Chaque trou est équipé d’une LED tricolore et d’un système de détection d’émetteur de faisceau infrarouge qui détecte quand l’animal entre et se rétracte du trou de fixation. Un générateur de tonalités programmable crée une tonalité à fréquence unique avec une précision de la milliseconde et se déconnecte à un haut-parleur monté à l’intérieur de la boîte d’opéra.

Le générateur de sons et les trous de nez sont contrôlés par le système de suivi comportemental. À l’aide d’un logiciel spécialisé pendant la période d’habituation, manipulez les animaux quotidiennement et laissez-les explorer la chambre de conditionnement opérante et la trémie alimentaire restreindre progressivement leur consommation de nourriture sur une période de trois jours pour atteindre 85 à 90 % de leur poids corporel initial. La première étape consiste à familiariser le sujet avec les trous de nez, le port de livraison de nourriture et l’association entre les trous clignotants et la récompense.

Pour ce faire, sélectionnez l’une des deux cibles selon un calendrier aléatoire et jouez la file d’attente, un bruit auditif blanc pendant que la LED à l’intérieur du trou clignote. Réglez le logiciel pour récompenser le sujet lors de ses visites au trou. Arrêtez l’essai après 30 secondes si le trou n’est pas visité, et commencez un nouvel essai pour aider à la sélection de la cible.

Punissez les visites de trous incorrects en mettant fin à l’essai suivi de cinq secondes de black-out. Ensuite, sélectionnez un nouveau trou et commencez un nouvel essai jusqu’à ce que le niveau de performance souhaité soit atteint. Pour entraîner le sujet à piquer à l’intérieur du trou de fixation.

Pour démarrer un essai, une LED jaune clignote à l’intérieur du trou de fixation. Lors de la visite du trou de fixation, jouez immédiatement à la file d’attente et commencez un nouvel essai. Une fois que le sujet a appris à visiter le trou de fixation, apprenez-lui à maintenir son nez à l’intérieur du trou pendant une période de temps déterminée.

Pour ce faire, attendez que le sujet visite le trou de fixation et terminez l’essai. Si le sujet se rétracte dans les 500 millisecondes, pénalisez les rétractions prématurées par une période d’obscurité de sept secondes. Sinon, jouez la file d’attente et récompensez les bonnes visites en livrant une pastille de nourriture.

L’étape suivante consiste à introduire la file d’attente d’instructions auditives sous la forme d’une tonalité auditive à fréquence unique, pulsée et triplée avec une durée d’impulsion de 150 millisecondes et un intervalle d’interimpulsion de 100 millisecondes. De plus, augmentez la durée de la période de retard à une moyenne de 1,5 seconde. Choisissez une durée de délai aléatoire à chaque essai en fonction d’une densité uniforme comprise entre 1,3 et 1,8 seconde.

Jouez le repère d’instructions immédiatement après que le sujet est entré dans le trou de fixation. Attribuez deux repères d’instruction à chacune des cibles. Cependant, n’utilisez qu’un seul indice associé à chaque cible à ce stade jusqu’à ce que les sujets se familiarisent avec la tâche.

Laissez le sujet utiliser à la fois des repères auditifs et visuels pour sélectionner le trou cible jusqu’à ce que le niveau de performance souhaité soit atteint. Pour entraîner le sujet à n’utiliser que des repères auditifs, éteignez les LED clignotantes à l’intérieur du trou cible afin que le sujet ne puisse utiliser que des repères auditifs. Introduisez les deux autres indices dans la séquence d’indices d’instructions présentés au hasard lorsque la performance souhaitée est atteinte, et répétez les étapes d’entraînement.

Assurez-vous qu’à la fin de chaque étape, le sujet maintient une performance comportementale supérieure à 75 % pendant au moins trois séances consécutives avant de passer à l’étape suivante. Une fois l’étape finale atteinte, gardez le sujet sur le protocole pendant une semaine pour vous assurer que les performances sont maintenues au niveau souhaitable. Définissez le taux de réussite comme le pourcentage de visites correctes vers les cibles divisé par le nombre total d’essais.

Le taux de réussite doit être mesuré à chaque étape de la formation. Les différents types d’erreurs comprennent la rétraction prématurée, le pourcentage d’essais retardés en raison de rétractions précoces dues à l’erreur de commission du trou de fixation, le pourcentage d’essais échoués lorsque le sujet visite une cible non construite et une erreur de mission. Le pourcentage d’erreurs lorsque le sujet ne visite aucune des cibles après le début de l’essai.

Pour chaque essai, mesurez le temps de réaction défini comme le délai entre le début de la file d’attente et le moment où le sujet se rétracte du trou de fixation. Le temps nécessaire pour cibler est également mesuré comme le temps entre le moment où le sujet se rétracte du trou de fixation et entre dans le trou cible. Cet exemple montre le taux de réussite d’un seul sujet sur 14 sessions d’enregistrement.

Les types d’erreurs sont dominés par les rétractations prématurées, les erreurs de commission et les erreurs d’omission se produisant moins fréquemment. Cet histogramme montre la distribution du temps de réaction à travers différents essais. Ici, la répartition du temps de ciblage entre les différents essais est montrée.

Une fois que le sujet a acquis la tâche, il a été implanté avec un réseau de micro-électrodes à 32 canaux. Dans la zone prélimbique, une trace d’échantillon est alignée sur un graphique matriciel de 22. Les unités enregistrées simultanément, les marqueurs d’événements comportementaux sont tracés au-dessus des traces.

Lors de cette procédure, il est important de ne pas oublier de vérifier le Perus avant chaque séance d’entraînement et de surveiller les performances du sujet par la suite. Une baisse significative des scores comportementaux peut être causée par un dysfonctionnement de l’équipement après son développement. Cette technique devrait ouvrir la voie aux chercheurs dans le domaine des neurosciences cognitives pour explorer le contrôle descendant du comportement dirigé vers un but.