מכרסמים אוויר פרוטוקול אוטומטי לחלוטין עבור הסנסורית אינטגרציה וניסויי בקרה קוגניטיבית

המטרה הכוללת של הניסוי הבא היא להציג מסגרת התנהגותית אוטומטית להתניה אופרנטית של מכרסמים לבדיקת משימות קוגניטיביות מורכבות. המשימה ההתנהגותית היא עיצוב תקיעת אף עם חמישה חורים המשמש באופן קונבנציונלי למחקרי משימות זמן תגובה סדרתי של חמש בחירות. הנבדקים נדרשים לשמור על חוטמם בתוך חור קיבוע עד להצגת תור Go לאחר תקופת עיכוב קצרה.

תור הוראות שמיעתי מוצג במהלך אפוס הקיבוע כדי להנחות את הנבדק לבחור מטרה מוטורית עתידית לקבלת פרס. השימוש בתור שמיעתי מאפשר מעברים מוגדרים היטב בין אפוסים והיתרים שונים של משימה, חקר היבטים רבים של התנהגות, כמו גם מנגנונים עצביים של זיכרון עבודה, קבלת החלטות ותכנון מוטורי. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות, כגון ניסויי ניווט במבוך, הוא שהתנהגות מוטורית גלויה שעלולה להתבלבל על ידי שינויים שיטתיים במסלול הנבדק ממוזערת בתקופה קריטית של המשימה.

למרות ששיטה זו יכולה לספק תובנה לגבי שליטה מוטורית, ניתן להשתמש במחקרים גם כדי לחקור תהליכים קוגניטיביים אחרים ברמה גבוהה, כגון תפיסה, קשב ויצירת זיכרון. מי שידגים את ההליך יהיה דילן מילר, סטודנט לתואר ראשון מהמעבדה שלי. המחקר הבא מבוצע בקופסת מיזוג אופרה המורכבת מקיר אף בעל חמישה חורים בצד אחד ושוקת משלוח מזון בצד הנגדי.

חור האף המרכזי נחשב לחור קיבוע, וארבעת החורים האחרים, שניים בכל צד של חור הקיבוע נחשבים לחורי מטרה מוטוריים. כל חור מצויד בנורת LED טריקולור ומערכת גלאי פולט קרן אינפרא אדום המזהה מתי החיה נכנסת ונסוגת מחור הקיבוע. מחולל צלילים הניתן לתכנות יוצר צליל בתדר יחיד בדיוק של אלפית שנייה ומנותק לרמקול המותקן בתוך תיבת האופרה.

מחולל הצלילים וחורי האף נשלטים באמצעות מערכת המעקב ההתנהגותית. באמצעות תוכנה מיוחדת במהלך תקופת ההתרגלות, טפל בבעלי החיים מדי יום ואפשר להם לחקור את תא ההתניה האופרנטי וקופסת המזון להגביל בהדרגה את צריכת המזון שלהם במשך תקופה של שלושה ימים כדי להגיע ל-85 עד 90% ממשקל גופם המקורי. הצעד הראשון הוא להכיר את הנושא עם חורי האף הנפתחים, יציאת משלוחי המזון והקשר בין החורים המהבהבים לתגמול.

לשם כך, בחר אחת משתי המטרות בלוח זמנים אקראי והפעל את תור היציאה לדרך, רעש שמיעתי לבן בזמן שהנורית בתוך החור מהבהבת. הגדר את התוכנה לתגמל את הנבדק בביקורים בבור. פסק את הניסיון לאחר 30 שניות אם לא ביקר בחור, והתחל ניסוי חדש כדי לסייע בבחירת המטרה.

הענישו ביקורים בחורים שגויים על ידי סיום הניסוי ואחריו חמש שניות של האפלה. לאחר מכן, בחר חור חדש והתחל ניסיון חדש עד שתגיע לרמת הביצועים הרצויה. לאמן את הנבדק לתקוע בתוך חור הקיבוע.

כדי להתחיל ניסיון, נורית צהובה מהבהבת בתוך חור הקיבוע. עם ביקור בחור הקיבוע, שחק מיד את תור ה-go והתחל ניסיון חדש. ברגע שהנבדק לומד לבקר בחור הקיבוע, למד אותו לשמור על האף שלו בתוך החור לפרק זמן מוגדר.

לשם כך, המתן עד שהנבדק יבקר בחור הקיבוע ויסיים את המשפט. אם הנבדק נסוג תוך 500 אלפיות השנייה, הענישו על נסיגות מוקדמות בתקופת האפלה למשך שבע שניות. אחרת, שחקו בתור ותגמלו את הביקורים הנכונים על ידי משלוח כדור מזון.

השלב הבא הוא להציג את תור ההוראות השמיעתי כצליל שמיעתי בתדר יחיד, פועם ושלישייה עם משך פעימה של 150 מילישניות ומרווח אינטרפולסים של 100 אלפיות השנייה. בנוסף, הגדל את אורך תקופת ההשהיה לממוצע של 1.5 שניות. בחר אורך תקופת עיכוב אקראי בכל ניסוי בהתבסס על צפיפות אחידה בין 1.3 ל-1.8 שניות.

הפעל את רמז ההוראה מיד לאחר שהנבדק נכנס לחור הקיבוע. הקצה שני רמזי הוראות לכל אחת מהמטרות. עם זאת, השתמש רק ברמז אחד המשויך לכל מטרה בשלב זה עד שהנבדקים יכירו טוב יותר את המשימה.

תן לנבדק להשתמש ברמזים שמיעתיים וויזואליים כדי לבחור את חור המטרה עד שתגיע לרמת הביצועים הרצויה. כדי לאמן את הנבדק להשתמש רק ברמזים שמיעתיים, כבה את נוריות ה-LED המהבהבות בתוך חור המטרה כך שהנבדק יוכל להשתמש רק ברמזי הוראה שמיעתיים. הציגו את שני הרמזים האחרים לרצף רמזי ההוראה המוצגים באופן אקראי כאשר מגיעים לביצועים הרצויים, וחזרו על שלבי האימון.

ודא שבסוף כל שלב, הנבדק שומר על ביצועים התנהגותיים גבוהים מ-75% לפחות במשך שלושה מפגשים רצופים לפני שהוא מתקדם לשלב הבא. לאחר שמגיעים לשלב הסופי, שמור את הנושא בפרוטוקול למשך שבוע כדי להבטיח שהביצוע נשמר ברמה הרצויה. הגדר את שיעור ההצלחה כאחוז הביקורים הנכונים ביעדים חלקי המספר הכולל של הניסיונות.

יש למדוד את שיעור ההצלחה בכל שלב של האימון. סוגי השגיאות השונים כוללים נסיגה מוקדמת, אחוז הניסויים שהסתיימו עקב נסיגות מוקדמות משגיאת ועדת חור הקיבוע, אחוז הניסויים הכושלים כאשר הנבדק מבקר במטרה לא בנויה ושגיאת משימה. אחוז השגיאות כאשר הנבדק אינו מבקר באף אחת מהמטרות לאחר התחלת הניסוי.

עבור כל ניסוי, מדוד את זמן התגובה המוגדר כעיכוב בין תחילת תור ה-go לבין הנבדק שנסוג מחור הקיבוע. הזמן עד למטרה נמדד גם כמשך הזמן בין נסיגת הנושא מחור הקיבוע לבין הכניסה לחור המטרה. דוגמה זו מציגה את שיעור ההצלחה של נושא יחיד ב- 14 הפעלות הקלטה.

סוגי שגיאות נשלטים על ידי נסיגות מוקדמות עם שגיאות עמלה ושגיאות השמטה המתרחשות בתדירות נמוכה יותר. היסטוגרמה זו מציגה את התפלגות זמן התגובה על פני ניסויים שונים. כאן, מוצגת התפלגות הזמן למיקוד בין ניסויים שונים.

לאחר שהנבדק רכש את המשימה, הוא הושתל במערך מיקרו-אלקטרודות בן 32 ערוצים. באזור הקדם-לימבי, עקבות דגימה מוצגות מיושרות עם חלקת רסטר של 22. יחידות שנרשמו בו זמנית, סמנים לאירועים התנהגותיים משורטטים על גבי העקבות.

בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לבדוק את הפרו לפני כל אימון ולעקוב אחר ביצועי הנבדק לאחר מכן. ירידה משמעותית בציוני ההתנהגות עלולה להיגרם כתוצאה מתקלה בציוד לאחר פיתוחו. טכניקה זו אמורה לסלול את הדרך לחוקרים בתחום מדעי המוח הקוגניטיביים לחקור שליטה מלמעלה למטה בהתנהגות מוכוונת מטרה.