Tâches cognitives visuels automatisés pour l'enregistrement de neurones activité en utilisant une projection au sol Maze

L’objectif global de ce protocole est de démontrer des procédures de mise en forme et d’entraînement optimisées pour des tâches cognitives visuelles entièrement automatisées et l’acquisition simultanée de données neuronales chez le rat à l’aide d’un labyrinthe de projection au sol. Ceci est réalisé en intégrant des systèmes de suivi vidéo et d’acquisition de données neuronales à un système de contrôle comportemental capable de fournir des stimuli pertinents à la tâche et une récompense intracrânienne en fonction du comportement de l’animal. Une fois que les rats ont appris à tenir une position stationnaire au centre de l’arène, des images cibles apparaissent qui nécessitent une réponse comportementale pertinente selon les règles de la tâche.

Les données neuronales horodatées pour les analyses péri-événements montrent des corrélats neuronaux avec la position prête, le début de la présentation de l’image cible et d’autres événements pertinents pour la tâche. Ce que l’on retient de cette technique, c’est que la course de projection au sol tire parti des preuves comportementales et anatomiques que les rats traitent les informations visuelles dans leur hémichamp visuel inférieur. De plus, les tâches conçues dans cet appareil tirent parti de la capacité naturelle du rat à explorer l’environnement.

Enfin, toute une multitude de tâches cognitives guidées visuellement peuvent être conçues pour explorer la fonction cognitive Dans des modèles de rongeurs, nous avons développé le labyrinthe de projection au sol pour une meilleure validité et une pertinence translationnelle pour les études menées chez l’homme et les primates non humains. Cette technique a une meilleure application pour comprendre les troubles humains de la mémoire et de l’attention. Parce que ces troubles impliquent le traitement de l’information visuelle.

Le labyrinthe de projection au sol est un champ ouvert sans murs. Un écran de rétroprojection sert de sol à l’appareil. N’importe quelle forme de mazo arena peut être placée sur le sol, ou des bordures visuelles virtuelles peuvent être projetées.

Le sol de l’écran de rétroprojection est composé de trois couches. Le tissu à double vision est tendu sur un épais morceau rectangulaire de plexiglas. Une fine couche de plexiglas est placée sur le tissu pour protéger le matériau de l’écran en sandwich.

Le matériau de l’écran entre le plexiglas épais en dessous et le plexiglas mince sur le dessus fournit la projection d’image la plus efficace en dessous et sur le côté du labyrinthe se trouve un projecteur à courte focale, qui projette des images sur la face inférieure du sol du labyrinthe. Une caméra aérienne reliée à un ordinateur avec le module de comportement de base Cineplex permet le suivi vidéo et l’analyse en ligne des données de position. Pour suivre la position du rat, fixez des LED à la tête du rat ou suivez l’OID du contour du rat Avec le système de suivi vidéo, l’arène d’essai pour les tâches comportementales placée sur le plexiglas doit être construite en matériau de tapis.

Lorsque vous utilisez le système d’acquisition de données neuronales, assurez-vous que le labyrinthe de projection au sol et le système ICS sont mis à la terre sur le préamplificateur pour minimiser le bruit électrique. Habituez d’abord le rat à la salle comportementale pendant 10 minutes avec l’équipement allumé, puis renvoyez le rat à la colonie le lendemain. Répétez cette opération.

Le troisième jour, connectez l’ICS et les attaches de tête au rat et habituez le rat à l’arène de test pendant 10 minutes. Le quatrième jour, déterminez l’amplitude ICS la plus basse pour établir une préférence de lieu. Utilisation d’un protocole informel de conditionnement des préférences de place.

Augmentez lentement les amplitudes de l’impulsion un et de l’impulsion deux jusqu’à ce que le rat soit conditionné à l’endroit où la récompense ICS se produit. Les valeurs d’amplitude typiques se situent entre 20 et 80 microampères. Le cinquième jour et au-delà, livrez une récompense ICS pour entraîner les rats à la zone prête et à entrer dans les zones d’image est et ouest.

Continuez l’entraînement jusqu’à ce que le rat alterne entre les deux zones d’image. Il est essentiel d’entraîner les rats à maintenir une position stationnaire dans la zone prête. La position prête contrôle la direction dans laquelle le rat s’approche des images cibles et les distances à partir desquelles le rat voit les images présentées.

Pour l’étape intermédiaire, introduisez 50 décibels de bruit blanc pour signaler le début d’un essai. Désactivez le bruit blanc lorsque le rat entre dans la zone prête. Automatisez la livraison d’une récompense ICS au rat pour être entré dans la zone prête et pour avoir terminé avec succès les positions prêtes.

Diminuez progressivement les probabilités de récompense pour entrer dans la zone prête et réussir à terminer les positions prêtes entre zéro et 10 %. Dans le même temps, réduisez progressivement la position prête. Latences par pas de 100 millisecondes pour entraîner le rat à s’arrêter et à attendre en position prête. À ce stade de l’entraînement, il est important de ne pas trop récompenser les rats en position prête, car un entraînement excessif entraînera une transition retardée vers une mise en forme tardive et des règles spécifiques à la tâche.

Si le rat rompt prématurément la position prête, activez le bruit blanc. Le rat doit recommencer l’épreuve de l’autre côté de l’arène. Passez à la mise en forme tardive lorsque le rat peut maintenir de manière fiable la position prête jusqu’à 1200 millisecondes pour chaque essai.

Une nouvelle durée de position prête détermine combien de temps le rat doit rester immobile avant que les images cibles n’apparaissent. L’entraînement lors du façonnage tardif est spécifique à la tâche et est automatisé dans tous les paramètres de la tâche. Avec la possibilité de fournir manuellement des récompenses ICS pour l’entraînement initial dans la tâche visuelle par discrimination conditionnelle, entraînez des rats sur une forme simple et une discrimination de luminance.

Commencez l’essai en activant le bruit blanc. Variez la durée requise pour que le rat reste en position prête entre les essais. Si un rat ne maintient pas de manière fiable une position stationnaire, offrez-lui une récompense ICS.

Présentez manuellement une paire d’images dans la zone de présentation de l’image, présentez de manière pseudo aléatoire l’image correcte sur le côté gauche ou droit de la zone d’image. Offrez une récompense ICS. Lorsque le rat s’approche de l’image correcte le premier jour de formation.

N’émettez qu’une rafale de 75 décibels de bruit blanc comme moyen de dissuasion en cas de problème de réponse incorrecte. Un essai de correction après un essai incorrect. Des essais de correction sont effectués de l’autre côté de l’arène.

Utilisez le même côté gauche ou droit correct et la même latence de position prête que lors de l’essai incorrect précédent. Une fois que le rat a réussi la discrimination de luminance simple, introduisez la tâche de discrimination conditionnelle bicon. N’émettez pas de rafales de bruit pour des essais incorrects.

Pour la tâche de discrimination conditionnelle bi, l’image correcte est déterminée par le motif du sol. Par exemple, l’étoile noire est correcte lorsque le sol est rayé et le cercle blanc est correct. Lorsque le sol est gris, les essais alternent entre les côtés est et ouest avec l’image correcte présentée.

De manière pseudo aléatoire sur le côté gauche ou droit de la zone de l’image, mettez en œuvre des essais de correction après des essais incorrects. Pour la tâche d’attention spatiale visuelle Présentez des cercles gris à des emplacements spatiaux définis. Commencez l’essai avec un bruit blanc et désactivez-le lorsque le rat entre dans la zone prête.

Une fois que le rat a maintenu la position prête pendant la durée requise, illuminez le cercle cible en le rendant blanc. Les emplacements corrects sont attribués de manière pseudo aléatoire. Une fois que le rat a réussi à se mettre en position de préparation, illuminez un cercle cible et livrez une récompense ICS.

Lorsque le rat s’approche du bon cercle dans les cinq secondes, si le rat s’approche d’un cercle différent, aucune récompense n’est délivrée. Le rat commence une nouvelle épreuve de l’autre côté de l’arène. Si le rat ne s’approche pas d’un cercle dans les cinq secondes, marquez cela comme un essai d’omission.

Illuminez tout l’étage et ne donnez pas de récompense au départ. Gardez le cercle cible allumé jusqu’à ce que le rat s’en approche. Au fur et à mesure que l’apprentissage progresse, diminuez progressivement le temps pendant lequel le cercle cible reste éclairé.

Lorsque le rat atteint une précision de 80 %, réduisez le temps d’éclairage sur le cercle cible à une seconde et n’apportez pas d’autres modifications. Lorsque le rat atteint une correction de 80 % sur la condition d’éclairage d’une seconde, réduisez le temps de repère à 500 millisecondes. Le façonnage précoce nécessite généralement 100 à 150 essais pour que les rats alternent entre les zones d’image est et ouest de l’arène.

Au cours de la mise en forme précoce, les rats traversent généralement la zone prête au centre de l’arène et passent la plupart de leur temps à explorer le périmètre de l’arène. Pour une mise en forme intermédiaire, les rats ont besoin de 600 à 700 essais pour maintenir de manière fiable la position stationnaire requise. Leurs chemins sont des boucles stéréotypées de la zone prête à l’emploi à la zone d’image.

Avec moins de temps passé à explorer le périmètre de l’arène. À la fin de la mise en forme intermédiaire, les rats maintiennent de manière fiable une position stationnaire dans la zone prête. Avant de s’approcher du stimulus visuel cible, le rat lance ensuite l’essai suivant de l’autre côté de l’arène.

À la fin de la mise en forme tardive, l’activité potentielle d’une unité unique et du champ local a été collectée par le système d’acquisition de données neuronales. Dans le cortex postal des rats effectuant la tâche VBCD, les cellules ont augmenté leur taux de décharge au début de la présentation de la cible et diminué au début de la présentation du motif de sol. Dans le cortex pariétal postérieur des rats effectuant la tâche VSA, les cellules ont augmenté leur taux de décharge en réponse à l’éclairage du cercle.

Et lorsque le rat s’est approché du cercle cible dans la tâche VSA, alors que les rats étaient en position prête avant l’illumination du cercle, l’activité potentielle du champ local dans le cortex pariétal postérieur. Au cours de la performance dans la tâche VSA, il a montré une forte puissance dans la gamme thêta à environ huit hertz. En suivant ces protocoles de mise en forme et d’entraînement, on peut concevoir une multitude de tâches pour explorer la fonction cognitive et le traitement visuel dans des modèles de rongeurs.

Cette technique fournit un paradigme comportemental sophistiqué pour les chercheurs dans le domaine de l’apprentissage, de la mémoire et de l’attention, qui offre une meilleure pertinence translationnelle des résultats dans les modèles de rongeurs pour les humains.