Combiné navette-Box formation avec électrophysiologique Cortex enregistrement et la stimulation comme un outil pour étudier perception et l'apprentissage

L’objectif général de l’expérience suivante est d’évaluer et de manipuler l’action de masse neuronale et la neurodynamique pendant l’apprentissage. Ceci est réalisé en implantant d’abord des réseaux d’électrodes multiples qui permettent une stimulation et un enregistrement simultanés spécifiques au site de l’activité neuronale dans le cortex auditif. Dans un deuxième temps, les animaux sont entraînés dans une boîte navette à deux compartiments dans un paradigme de go no-go tout en enregistrant l’activité neuronale en cours dans le cortex auditif et en utilisant la microstimulation intracorticale pour le conditionnement.

Ensuite, l’analyse du comportement d’apprentissage et des modèles d’activité spatio-temporelle liés à l’apprentissage est effectuée essai par essai hors ligne. Les résultats montrent comment la microstimulation corticale spécifique au site peut être utilisée pour évoquer des modèles d’activité spatio-temporelle qui permettent de caractériser des états cognitifs subjectifs internes. Ainsi, cette méthode établit des liens entre les modèles d’activité des circuits corticaux et les états comportementaux observés d’apprentissage et de perception.

Les techniques décrites ici démontrent qu’il est non seulement possible de relier des modèles d’activité corticale individuels à des états comportementaux et cognitifs définis, mais qu’il est également possible d’évoquer par simulation électrique des perceptions définies qui peuvent être associées à différents comportements. L’extension de ces résultats est vers le développement d’une substitution neuroprothétique pour la fonction sensorielle perdue. Cette méthode peut également être appliquée à d’autres espèces de rongeurs comme les rats et les souris.

En général, les personnes qui ne connaissent pas cette méthode auront du mal parce que l’expérience et des normes bien développées dans la manipulation et le dressage des animaux sont nécessaires pour obtenir de bons résultats de ces expériences d’apprentissage. Tout d’abord, des réseaux d’électrodes multicanaux stimulateurs sont préparés, puis implantés chirurgicalement dans le cortex auditif. Selon les instructions de la partie écrite du protocole, le reste de la procédure ne commence qu’une fois que les animaux se sont complètement rétablis de la chirurgie.

Les réseaux de surface épidurale sont fabriqués à partir de fil d’acier inoxydable disposé dans une matrice de trois par six avec une distance entre les électrodes d’environ 600 microns. Branchez l’amplificateur de tête dans le câble d’enregistrement. Utilisez un harnais de câbles minces et flexibles enveloppés d’un treillis métallique pour protéger la connexion contre les dommages causés par les morsures d’animaux.

Utilisez un préamplificateur dans le boîtier blindé pour augmenter le rapport signal/bruit et le passe-bande. Filtrez le signal dans la gamme de fréquences souhaitée pour les enregistrements de potentiel de champ local. Échantillonnez des données à une fréquence d’échantillonnage supérieure à un kilohertz avec un filtre de deux à 300 hertz Pour les enregistrements de potentiel d’action, utilisez une fréquence d’échantillonnage d’au moins 40 kilohertz et un filtre de 300 à 4 000 hertz.

Pour commencer le test de comportement, utilisez une boîte navette dans une chambre blindée acoustiquement et électriquement. La boîte contient deux compartiments séparés par une haie. Utilisez des hauteurs d’obstacle appropriées pour des espèces spécifiques, car la hauteur de l’obstacle influence le biais comportemental de la réponse.

Après avoir connecté l’animal à tester au câble d’enregistrement et de stimulation, placez doucement l’animal dans la chambre d’entraînement et laissez-le s’habituer pendant trois minutes avant le début d’une séance, enregistrez tous les changements de compartiments dans la phase d’accoutumance. Vérifiez soigneusement la qualité de l’enregistrement avant le début de l’entraînement. Appliquez un filtre à transformée de Fourier rapide en ligne au signal pour déterminer l’amplitude du bruit de 50 hertz.

Enfin, vérifiez toutes les connexions entre le connecteur de tête, les adaptateurs, les étages de tête, le faisceau de câbles et les amplificateurs. Utilisez un stimulateur multicanal pour délivrer une microstimulation intracorticale aux électrodes de stimulation pour une stimulation conditionnée. Délivrez le stimulus conditionné, puis délivrez le stimulus inconditionnel de choc du pied à travers le sol de la grille, assurez-vous que la force du choc délivré est aversive, mais pas douloureuse.

Comme on le voit ici. Présentez des essais à blanc sans stimulus inconditionnel et stimulus de condition intercalés entre les essais afin de corriger par un comportement subtil. Classez un changement de compartiment après l’apparition des stimuli conditionnés dans une fenêtre de temps critique de quatre secondes comme une réponse au coup.

Si une réaction conditionnée ne se produit pas en réponse au stimulus conditionné dans la fenêtre de temps critique, administrez immédiatement un léger choc du pied pendant six à 10 secondes. Comme les stimulus inconditionnels classent cela comme un échec pour les essais négatifs de stimulus conditionnés, un changement de compartiment dans la fenêtre de temps critique est classé comme une réponse de fausse alarme. Appliquez le stimulus inconditionné pendant jusqu’à 10 secondes immédiatement après cette réponse conditionnée inappropriée.

N’appliquez pas le stimulus inconditionné de choc du pied après des essais négatifs de stimulus conditionnés lorsque l’animal reste dans le compartiment pendant la fenêtre de temps critique. Classez cela comme un rejet correct après que l’ensemble de l’expérience est un contrôle complet de la position stable du réseau d’électrodes de stimulation, fournissant une anesthésie chirurgicale, puis appliquant un courant cathartique monopolaire délivré par tous les canaux de stimulation pour obtenir des dépôts de fer dans le tissu à la position d’implantation. Déterminez soigneusement les latences d’évacuation en ligne augmentation de la force de choc du pied étape si les latences d’évacuation sont supérieures à deux secondes.

Après les 20 premiers essais pour analyser les données d’entraînement, calculez les taux de réaction conditionnés pour les essais positifs et négatifs aux stimulus conditionnés, comme indiqué sur l’écran, tracez les taux de réaction conditionnés en fonction de la session ou du bloc d’essai pour évaluer la progression de l’entraînement et la dynamique d’apprentissage. Enfin, effectuez une analyse première approfondie selon les instructions de la partie écrite du protocole. Un indice de sensibilité avec un nombre premier profond supérieur à un peut être utilisé comme critère de seuil pour une réponse de discrimination réussie Les latences pendant les essais positifs de stimuli de condition sont tracées ici pour les essais individuels Sur toutes les séances d’entraînement, toutes les réponses avec des latences inférieures à quelques secondes correspondent à des réponses réussies au hit.

Les histogrammes de latences de réponse sont bimodaux correspondant aux réponses HIIT à moins de six secondes et aux réponses d’échappement à six à huit secondes. Il s’agit d’un exemple typique d’un potentiel évoqué électriquement ou EEP d’un seul animal moyenné à travers les essais positifs de stimulus de condition en une seule séance d’entraînement, l’EEP est montré avant l’élimination des artefacts de stimulus d’impulsion unique en noir, et après l’élimination des artefacts en rouge. Le pic négatif précoce connu sous le nom de N deux zéro peut être observé à une latence de 20 millisecondes.

Cette figure montre une analyse plus poussée des distributions spatiales de l’amplitude nulle N deux en réponse à un stimulus de condition positive au niveau de l’électrode de stimulation rostrale dans le panneau supérieur, et à un stimulus de condition négative à l’électrode de stimulation du cocarlot. Dans le panneau inférieur, cela révèle la résolution spatiale des états évoqués dans tout le cortex auditif. Lors de la tentative de cette procédure, il est important de se rappeler que la mise à la terre du sol du réseau est essentielle pour obtenir un enregistrement électrophysiologique de haute qualité, ainsi qu’une bonne administration de la stimulation électrique après cette procédure.

D’autres méthodes, telles que les manipulations optogénétiques et pharmacologiques, peuvent être incluses dans le protocole afin d’étudier des types de cellules et des systèmes de transmetteurs spécifiques dans les circuits corticaux pendant la perception et l’apprentissage. Cette technique ouvre la voie aux chercheurs dans le domaine d’une simple description corrélative à une description plus causale du rôle de la dynamique neuronale dans les fonctions d’apprentissage et de mémoire.