Un sistema completamente automatizzato ed altamente versatile per test multi-funzioni cognitive e di registrare le attività neuronali in roditori

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di addestrare un ratto a eseguire una sequenza di compiti con cui è possibile studiare più funzioni cerebrali. Ciò si ottiene acclimatando prima i ratti alla camera comportamentale. Il secondo passo è addestrare il topo a premere una leva per ottenere pellet di cibo come ricompensa.

Successivamente, i ratti vengono addestrati a rivelare una leva nascosta infilando la testa nel foro del naso. Il passo finale consiste nell'addestrare i ratti a riconoscere un segnale sensoriale e quindi a premere la leva corretta indicata dalla coda. Alla fine, i ratti imparano l'intera sequenza dei compiti volti ad ottenere le ricompense.

Abbiamo sviluppato un sistema completamente automatizzato per i test comportamentali corretti e la registrazione dell'attività neuronale. Utilizzando questo sistema, è possibile studiare più funzioni cerebrali. Il futuro unico di questo sistema è una camera acusticamente trasparente realizzata dal cliente, ideale per l'addestramento alle attività uditive.

Un'altra caratteristica di questo sistema è che è possibile aggiungere facilmente diversi dispositivi operativi, il che rende il sistema abbastanza versatile, consentendo l'implementazione di una varietà di compiti comportamentali uditivi, visivi e audiovisivi. Il sistema è composto da tre componenti principali, una camera insonorizzata a doppia parete, un sistema di registrazione elettrofisiologica a più canali e un sistema di test comportamentali completamente automatizzato. All'interno della sala insonorizzata si trova un'opera da camera progettata su misura.

La camera è composta da tre pareti acusticamente trasparenti e da un pannello operativo modulare per monitorare e registrare il comportamento. Una videocamera è montata sopra l'opera in camera. Una scatola di interfaccia trasmette i segnali avanti e indietro tra la camera e un computer.

I segnali acustici sono generati da un generatore audio programmabile calibrato e vengono forniti tramite tre altoparlanti situati sul pannello operativo per i segnali visivi, una luce di stimolo e due display a triplo stimolo si trovano sul pannello centrale e laterale. Un dispositivo di poke nasale con tre luci LED colorate è montato nella parte inferiore del pannello centrale. Un rilevatore a infrarossi installato all'interno dell'unità di puntura del naso registra, il punzecchiamento e la tenuta del naso.

Periodo: due leve di risposta retrattili rimovibili sono montate su ciascun lato dell'operazione. Le ricompense del pannello sono fornite da due distributori di pellet che rilasciano il cibo nei contenitori del pellet. Quattro coppie di raggi infrarossi sono posizionati sul fondo della camera sia per indicare la posizione dell'animale che per controllare i dispositivi in base alla posizione dell'animale.

Infine, i cavi di uno stadio di testa sono collegati a un commutatore per la registrazione dell'attività neuronale. Il protocollo sperimentale è completamente automatizzato tramite programmi creati all'interno della piattaforma software Med PC four. I dati comportamentali vengono salvati e tradotti in file Microsoft Excel, quindi importati e analizzati con matlab.

Prima dell'allenamento, limitare l'assunzione di cibo fino a quando il peso dell'animale non raggiunge il 90% del basale. Per preparare la camera per l'acclimatazione, ritrarre le leve, bloccare il foro del naso con un tappo di gomma e posizionare circa 20 pellet di cibo in ogni pellet. Il recipiente ora posiziona un animale ingenuo nella camera per l'acclimatazione.

Il topo inizierà presto a esplorare le tazze del cibo e a mangiare i pellet. Quando entrambi i bicchieri del cibo sono vuoti, utilizzare il software per erogare un singolo pellet in ciascun vassoio. In tal modo, il topo imparerà ad associare il cibo alla tazza.

Costringi il topo a spostarsi su entrambi i lati della camera erogando pellet in modo casuale in ogni tazza di cibo. Una sessione è solitamente sufficiente per fondare la Food Cup Association In una nuova sessione, estendere entrambe le leve nella camera e lasciare vuota la tazza del cibo. Quindi, posiziona un topo acclimatato nella camera.

Quando l'animale entra nelle vicinanze di una leva, erogare un pellet. Fornisci anche ricompense quando il topo mostra interesse per la leva, come annusare, toccare o arrampicarsi. Anche una pressione accidentale della leva dovrebbe far scattare una ricompensa.

Per incoraggiare la spinta della leva e per forzare l'esplorazione di entrambe le leve, consentire all'animale di spingere ciascuna leva consecutivamente un numero limitato di volte quando viene raggiunto il limite, ritrarre la leva. Estendere entrambe le leve per ripetere la procedura. Diminuire gradualmente il finecorsa fino a quando la leva si ritrae ogni volta che viene premuta.

Di solito sono sufficienti una o due sessioni per stabilire la leva. Spingere l'Associazione di ricompensa alimentare. In una nuova sessione, ritrarre le leve.

Rimuovere il tappo di gomma dal foro del naso e posizionare diversi pellet di cibo nel naso. Dispositivo di colpo. Reintroduci l'animale nella camera ed estendi una delle due leve in modo casuale.

Quando il ratto annusa il foro del naso per i pellet di cibo, vedendo la leva estesa, il ratto si avvicinerà e spingerà la leva per ottenere un pellet di cibo. Dopo che è stato premuto e la ricompensa è stata erogata, ritrarre la leva per incoraggiare il topo a esplorare il dispositivo di pugno del naso. Di solito ci vuole una sessione di 30 minuti perché un topo impari la sequenza di compiti, il naso, il colpo, la leva, le ricompense di spinta.

In un'altra nuova sessione, posiziona l'animale nella camera per iniziare l'addestramento Q. Dopo che l'animale ha eseguito un evento di pugno al naso, riproduci un segnale uditivo distinto. Estendere entrambe le leve destra e sinistra.

Dopo ogni presentazione del segnale uditivo, premia il ratto solo quando spinge la leva che viene indicata dal segnale uditivo, l'animale imparerà gradualmente ad associare un segnale uditivo specifico. Con una leva. L'animale dovrebbe ora essere in grado di eseguire l'intera sequenza di addestramento prevista, naso, colpo, stecca, leva, spinta, ricompensa o nessuna ricompensa.

Consenti al topo di esercitarsi con il compito appena appreso fino a raggiungere un livello di prestazioni costante. La sessione è limitata a 30 minuti. Questo sistema può essere utilizzato per eseguire il compito di discriminazione del passo a due scelte alternative, che esamina la soglia di discriminazione della frequenza di un ratto.

Dopo aver addestrato i ratti a premere rapidamente la leva corretta indicata da un segnale uditivo, si ottiene una curva di apprendimento uditivo. Ogni linea colorata rappresenta le variazioni di frequenza di discriminazione di un singolo animale. La linea scura rappresenta la curva di apprendimento media.

In media, ci sono volute circa sette sessioni di allenamento per raggiungere il tasso di successo del 75%. Criterio. Il comportamento animale in questo compito può anche essere caratterizzato quantitativamente da diverse misurazioni, tra cui il tempo di reazione relativo all'inizio della coda uditiva, l'intervallo tra le prove e la dinamica temporale della prestazione. Utilizzando questo sistema è possibile studiare anche molteplici funzioni cognitive del cervello.

Le didascalie superiori descrivono ogni azione in sequenza di una prova. Le didascalie in basso indicano le funzioni cognitivo comportamentali che possono essere studiate se combinate con l'elettrofisiologia. Si può anche studiare la registrazione delle basi neurali delle funzioni cognitivo comportamentali.

Questo grafico mostra un neurone registrato nello spazio del nucleo di un ratto che esegue il compito di discriminazione del tono a due scelte alternative. Mentre questo grafico mostra un neurone registrato nell'area segmentale ventrale, quando si tenta questa procedura è importante prestare molta attenzione alle differenze tra i ratti e alle loro caratteristiche comportamentali e alle capacità cognitive, le procedure e i parametri di allenamento devono essere individualizzati per ottenere i migliori risultati di addestramento. Sebbene abbiamo sviluppato questo sistema principalmente per il sistema di auditor dello studio, può essere facilmente adattato da altre ricerche per studiare un sistema visivo e molteplici funzioni cognitive cerebrali come la motivazione, l'attenzione, i pazienti e le ricompense.