מכרסמים אוויר פרוטוקול אוטומטי לחלוטין עבור הסנסורית אינטגרציה וניסויי בקרה קוגניטיבית

סיכום

פרוטוקול אוטומטי לחלוטין לתניה אופרנטית מכרסמים מוצע. הפרוטוקול מסתמך על שליטה זמנית מדויקת של אירועים התנהגותיים לחקור כדי שניסויי השפעות שליטה זו אינטגרציה עצבית שבבסיס פעילות הסנסורית ושליטה קוגניטיבית המידה.

תקציר

מכרסמים שימשו באופן מסורתי כמודל חיה סטנדרטי בניסויים במעבדה כרוכים במספר עצום של משימות חושיות, קוגניטיבית ומוטוריות. תפקודים קוגניטיביים גבוהים יותר הדורשים שליטה מדויקת תגובות הסנסורית כגון קבלת החלטות ואפנון קשב, לעומת זאת, נבחנים בדרך כלל בפרימטים לא אנושיים. למרות העושר של התנהגות קופים המאפשרת לגרסות מרובות של פונקציות אלה כדי להיחקר, המודל המכרסם נשאר אלטרנטיבה למודלים הפרימטים אטרקטיבית, יעיל וחסכונית. יתר על כן, היכולת למכן התניה אופרנטית באופן מלא במכרסמים מוסיפה יתרונות ייחודיים על פני הכשרת העבודה אינטנסיבית של פרימטים לא אנושיים בזמן לימודים במגוון רחב של פונקציות מורכבות אלה.

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחולדות אוויר operantly על ביצוע משימות זיכרון עבודה. במהלך תקופות קריטיות של המשימה, הפרוטוקול מבטיח כי התנועה הגלויה של החיה ממוזערת ידי requiring בעלי החיים כדי 'לקבע' עד אות עבור מועברת, בדומה לתכנון ניסוי בקופים לא אנושי. משימה פשוטה שתי חלופית נאלצה בחירה מיושמת כדי להדגים את הביצועים. אנחנו דנים ביישום של פרדיגמה זו למשימות אחרות.

מבוא

לומד את הקשר בין נוירופיזיולוגיה וההתנהגות הוא המטרה הסופית במדעי המוח מערכות. מבחינה היסטורית, יש כבר איזון בין בחירת מודל החיה ורפרטואר התנהגותי ^1-5. בעוד אורגניזמים פשוטים כמו שבלולי ים ⁶ או קלמרי ⁷ נעשו שימוש נרחב כדי לחקור את התכונות של תעלות יונים בודדים, תאי עצב ומעגלים עצביים פשוטים, יש צורך במינים מסדר גבוה יותר ללמוד פונקציות מורכבות יותר, כגון ניווט מרחבית, קבלת החלטות ^8-11 וקוגניטיביות לשלוט ^12-14. למרות היותו מודל חיה סטנדרטי לאדם כמו התנהגות, שימוש בפרימטים לא אנושיים מנחה שיקולי עלות ואתיים שמונעים את השימוש בם על פני מגוון רחב של ניסויים במעבדה אחת הגדרת ^15-18. מודלים של בעלי חיים פשוטים כגון מכרסמים בדרך כלל העדיפו ^19, ובלבד שיש להם מצעים עצביים דומים עומדים בבסיס ההתנהגויות של עניין.

"> יש ראיות רבות המצביעות על כך מכרסמים לשתף מבנים בקליפת המוח וקורטיקליים דומים לאלה שנמצאו בפרימטים ^20-22. מכרסמים ידועים גם לשלב מידע על פני מערכות חוש מרובות כדי להדריך את פעולתם ^23-25, למשל, על ידי התיאום הנעים במהירות ומרחרח במהלך התנהגות ²⁶ גישוש או על ידי שילוב אירועים שמיעתיים וחזותיים / חוש הריח ^25,27.

כאן אנו מתארים מסגרת לתניה אופרנטית של מכרסמים המשמשים לבדיקת משימות קוגניטיביות ^28-32. במסגרת זו, נבדקים נדרשים לקבע בתוך חור nosepoke ולשמור על חוטמם בתוך החור עד להצגת אות דרכים. המשימה התנהגותית היא עיצוב nosepoke חמישה חור המשמש כמקובל ללימודי משימת זמן תגובת סדרה 5 ברירה. בתקופת האיחור, מגוון של רמזי הוראה מוצג להנחות את הנושא כדי לבצע פעולה. במסגרת זו יכולה בקלות להיות שונה כדי להתאיםיש צורך במגוון רחב של ניסויים שבהם הכשרה בנושא כדי למזער את התנועה הגלויה שלה על פני פרק זמן קצר. זה מאפשר לימוד שלפעילות spiking של נוירונים בודדים מושפעת רמזים מסוימים בפרק זמן זה במידה. הפרוטוקול יכול לצמצם את זמן אימון ויכול להפחית את ההשתנות פני למידה בנושא. תרשים זרימה סכמטי של המשימה מוצגת באיור 1.

פרוטוקול

כל ההליכים כרוכים בבעלי חיים אושרו על ידי ועדת אוניברסיטת מישיגן המוסדית טיפול בבעלי חיים ושימוש (IACUC).

1. ניסיוני התקנה

1. השתמש בתיבת התניה אופרנטית אשר מורכבת מקיר חמש גומות nosepoke בצד אחד ושוקת אספקת מזון בצד השני.
   1. חור nosepoke המרכז נחשב כחור "קיבעון" וארבעת חורים אחרים (שתיים בכל צד של חור הקיבעון) נחשבים חורי יעד מוטורי. כל חור הוא מצויד במערכת קרן אינפרא אדומה פולט גלאי שמזהה כאשר החיה נכנסה וחזרה בו מחור הקיבעון LED ושלושה צבעים.
   2. השתמש במחולל טון לתכנות כדי לייצר צלילים בתדר אחד עם דיוק של האלפית שני ולחבר אותו לרמקול המותקן בתוך הקופסה אופרנטית. לשלוט על גנרטור הטון וnosepokes באמצעות מערכת מעקב התנהגותי באמצעות התוכנה המתאימה. השתמש בחומרה וsoftwהם מערכת המספקת ניטור זמנים אלפית שנייה של אירועים ושליטה של ​​רמזים ותגובות התנהגותיות.
      הערה: המשרעת של שני טון ורמזי רעש צריכה להישמר סביב 60 ± 3 dB SPL.

2. הרגלה מוקדם

1. הגבל את צריכת המזון של הנושא למשקלו של הנושא הרגיל (לדוגמא: במשך 3 ימים) 100 גרם בהדרגה ל~ 5 גרם. הנושא צריך לשמור על 85-90% מהמשקל כרצונך מודעה שלהם.
2. להרגיל את הנושא לטיפול על ידי הנסיין וקרא את הנושא עם המכשיר מהיום הראשון של הפעלת פרוטוקול מניעת מזון. התחל טיפול בבעלי החיים ומניחים אותו בתיבת התניה אופרנטית, תוך מתן כדורי מזון בשוקת גלולה כדי לעודד את הנושא כדי לחקור את הכלוב ולהכיר את מיקום משלוח הפרס.

3. הדרכה נושא

1. הערות כלליות
   1. המשימה הציעה כאן צריכה תיאום מדויק בין התפיסה של קיו שמיעה, צמצום תנועות בתקופת האיחור וביצוע תנועה.
   2. בהדרגה להכשיר את הצעד, שלב אחר הנושא כדי להכין אותם להתנהגות הרצויה הסופית.
   3. ודא כי בסוף כל שלב, בכפוף שומר> 75% ביצועים התנהגותיים לפחות שלושה מפגשים רצופים לפני שממשיכים לשלב הבא.
   4. ברגע שהוא הגיע לשלב הסופי, לשמור את הנושא בפרוטוקול במשך שבוע, כדי להבטיח את הביצועים נשמר ברמה הרצויה.
2. התחל: הכר את הנושא עם חורי nosepoke, יציאת משלוח מזון ואת הקשר בין החורים והתגמול המהבהבים.
   1. בחר באחד מתוך ארבע המטרות על לוח זמנים אקראיים.
   2. שחק את אות Go (רעש שמיעתי לבן) ולשמור LED בתוך החור מהבהב (משך דופק 0.3 שניות).
   3. הגדרה שלoftware לתגמל את הנושא על ביקורים לחור.
   4. פסק זמן המשפט לאחר 30 שניות אם החור הוא לא ביקר ולהתחיל משפט חדש.
   5. לא לתגמל את כל ביקורים לחורים נכונים.
3. בחירת יעד: להעניש ביקורים שגויים לחורי nonselected.
   1. על ביקורי חורים שגויים, לסיים את המשפט ואחריו 5 שניות של שחור החוצה.
      הערה: במהלך עידן האפלה, LED חור קיבעון כבוי בכלוב. משמעות דבר היא כי הנושא לא יכול ליזום משפט וצריכה לחכות עד שחור הקיבעון LED מתחיל להבהב.
   2. בחר חור חדש ולהתחיל במשפט חדש.
4. Nosepoke: רכבת כפופה ללתקוע בתוך חור הקיבעון להתחיל משפט.
   1. תהבהב נורה צהובה בתוך חור הקיבעון.
   2. לאחר ביקור חור הקיבעון לשחק מייד את הרמז ללכת ולהתחיל משפט חדש.
   3. להעניש ביקורים שגויים על ידי 5 שניות; של האפלה.
5. עיכוב: למד את הנושא כדי לשמור על האף שלהם בתוך חור הקיבוע לתקופה קצובה של זמן (תקופת עיכוב), כי הוא גדל בהדרגה כאימון מתקדם.
   1. חכה לנושא לבקר חור הקיבעון.
   2. לסיים את המשפט אם הנושא חוזר בטווח של 500 אלפיות שניים. אחרת, לשחק קיו Go.
   3. להעניש את ההכחשות מוקדמות על ידי התקופה האפלה למשך 7 שניות.
   4. תגמל את הביקורים הנכונים על ידי מתן גלולה מזון.
6. שני רמזים (עם אור): עלייה ואקראי אורך תקופת האיחור ולהציג אות ההוראה השמיעתית.
   1. להגדיל את אורכה של תקופת העיכוב לממוצע של 1.5 שניות.
   2. בחר באורך אקראי עיכוב התקופה בכל ניסוי המבוסס על צפיפות אחידה בין 1.3-1.8 שניות.
   3. להציג את אות הוראת כצליל שמיעתי תדר אחד פעמו בשלישיות, עם משך פעימה של 150 אלפיות ומרווח interpulse של 100 אלפיות שניים.
      1. שחק קיו ההוראה מייד לאחר הנושא נכנס לחור הקיבעון.
      2. הקצאת שני רמזי הוראה לכל אחד מהיעדים.
      3. השתמש אך ורק אות אחת קשורה לכל יעד בשלב זה.
   4. בואו הנושא להשתמש בשני רמזים שמיעתיים וחזותיים כדי לבחור את חור היעד.
7. שני רמזים (ללא אור): רכבת הנושא להשתמש רק רמזים שמיעתיים.
   1. כבה את הנוריות מהבהבות בתוך חורי היעד כדי שהנושא יהיה להשתמש רק ברמזי הוראה שמיעתיים.
8. ארבעה רמזים: הציגו את שני הרמזים אחרים לרצף של רמזי הוראה הוצגו באופן אקראי ולחזור על סעיפים 3.5.3-3.6.1.

4. ניתוח התנהגות נתונים

1. שיעור הצלחה: הגדרת שיעור הצלחה כאחוז ביקורים נכונים למטרות מחולקים במספר הכולל של ניסויים.
   1. למדוד את שיעור הצלחה בכל שלב של אימון.
2. סוגי שגיאה:
   1. נסיגה מוקדמת: למדוד את אחוז הניסויים בעתו החוצה בשל הכחשות מוקדמות מחור הקיבעון.
   2. שגיאת עמלה: חישוב אחוז מניסויים נכשלו כאשר הנושא מבקר יעד מיודע
   3. שגיאת השמטה: לחשב את אחוז הטעויות כאשר הנושא לא לבקר בכל המטרות לאחר תחילת משפט.
3. משתנים שנמדדו:
   1. זמן תגובה (RT): לכל ניסוי, למדוד את העיכוב בין הופעת רמז Go וחוזר בה הנושא מחור הקיבעון.
   2. זמן ליעד (TT): מדוד את משך הזמן בין נסיגת הנושא מחור הקיבעון ונכנס לחור היעד.

תוצאות

המסגרת המוצעת מאפשרת אימון בנושא במגוון רחב של משימות קוגניטיביות. כאן אנו מיושמים משימת עיכוב הורה שנועדה לחקור את המנגנונים של פעולות מכוונות מטרה בקליפת מוח הקדם חזיתית המכרסם. איור 1 מציג תרשים זרימה של עיצוב ניסיוני.

כדי להבטיח שהנושא מבין את דרישת המשימה בכל שלב, מדדי ביצוע יש לבחון באופן רציף. איור 2 מראה ביצועי דוגמא לנושא אחד על פני פגישות מרובות. ברגע שהנושא רכש את המשי...

דיון

חולדות היו בשימוש נרחב במחקר במדעי מוח ליותר ממאה שנה. מאז ההשקה של תורנדייק של המושג של החוק לתוקף בחתולים ^34, התניה אופרנטית כבר הגישה סטנדרטית לבדיקת היבטים שונים של התנהגות בעלי חיים. ניסויי מדעי המוח רבים מעורבים בקבלת החלטות ובהכנת מנוע כוללים תקופת עיכוב בין רמזי ההוראה ומרווח הפעולה. רצוי לצמצם את התנועות בתקופות עיכוב אלה כדי להפחית את כל בלבול לנתונים העצביים הנרכשים. בעוד ניסויי ניווט מבוך קונבנציונליים במכרסמים לנצל את הקיבולת הגדולה של המכרסמים כדי לצאת ללק...

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה

שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
תקע אף 5 חורים עם 3 Stim Cue Light Rat Cage	Coulbourn	H21-06M/R
כלוב בדיקה	Coulbourn	H10-11R-TC
תוכנת מצב גרפי	Coulbourn
מחולל צלילים/רעשים הניתן לתכנות	Coulbourn	A12-33
כדורי דיוק ללא אבק	Bio-Serv	F0165
מודול רמקול	Coulbourn	H12-01R