Un completamente automatizzata Roditore condizionata Protocollo per Sensomotoria Integrazione e esperimenti di controllo cognitive

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di introdurre un quadro comportamentale automatizzato per il condizionamento operante dei roditori per testare compiti cognitivi complessi. Il compito comportamentale è un design a cinque fori che viene convenzionalmente utilizzato per studi di attività sul tempo di reazione seriale a cinque scelte. I soggetti sono tenuti a mantenere il muso all'interno di un foro di fissazione fino alla presentazione di una coda di go dopo un breve periodo di ritardo.

Durante l'epica fissazione viene presentata una coda di istruzioni uditive per guidare il soggetto a scegliere un futuro bersaglio motorio per ricevere una ricompensa. L'uso di una coda uditiva consente transizioni ben definite tra diverse epiche di compiti e permessi, studiando molteplici aspetti del comportamento, nonché i meccanismi neuronali della memoria di lavoro, del processo decisionale e della pianificazione motoria. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come gli esperimenti di navigazione nel labirinto, è che il comportamento motorio evidente che può essere confuso da variazioni sistematiche nella traiettoria del soggetto è minimizzato durante l'epoca critica del compito.

Sebbene questo metodo possa fornire informazioni sul controllo motorio, gli studi possono essere utilizzati anche per indagare altri processi cognitivi di alto livello, come la percezione, l'attenzione e la formazione della memoria. A dimostrare la procedura sarà Dylan Miller, uno studente universitario del mio laboratorio. Il seguente studio è stato eseguito in una scatola di condizionamento dell'opera costituita da una parete di poke a cinque fori su un lato e da una mangiatoia per la consegna del cibo sul lato opposto.

Il foro centrale del naso è considerato un foro di fissazione e gli altri quattro fori, due su ciascun lato del foro di fissaggio, sono considerati fori target del motore. Ogni foro è dotato di un LED tricolore e di un sistema di rilevamento dell'emettitore di raggi infrarossi che rileva quando l'animale entra e si ritira dal foro di fissaggio. Un generatore di suoni programmabile crea un tono a singola frequenza con precisione al millisecondo e viene scollegato da un altoparlante montato all'interno della scatola dell'opera.

Il generatore di toni e i fori per il naso sono controllati attraverso il sistema di tracciamento comportamentale. Utilizzando un software specializzato durante il periodo di assuefazione, maneggiare gli animali quotidianamente e consentire loro di esplorare la camera di condizionamento operante e la tramoggia del cibo limitare gradualmente l'assunzione di cibo in un periodo di tre giorni per raggiungere l'85-90% del loro peso corporeo originale. Il primo passo è familiarizzare il soggetto con i fori del naso, la porta di consegna del cibo e l'associazione tra i fori lampeggianti e la ricompensa.

Per fare ciò, seleziona uno dei due bersagli su un programma casuale e riproduci la coda di go, un rumore uditivo bianco mentre il LED all'interno del foro lampeggia. Imposta il software in modo che ricompensi il soggetto durante le visite al buco. Scadere la prova dopo 30 secondi se la buca non viene visitata e iniziare una nuova prova per facilitare la selezione del bersaglio.

Punisci le visite alle buche sbagliate terminando il processo seguito da cinque secondi di blackout. Quindi, seleziona un nuovo foro e inizia una nuova prova fino a raggiungere il livello di prestazioni desiderato. Per addestrare il soggetto a infilare all'interno del foro di fissaggio.

Per iniziare una prova, un LED giallo lampeggia all'interno del foro di fissaggio. Dopo aver visitato il foro di fissaggio, gioca immediatamente la coda di go e inizia una nuova prova. Una volta che il soggetto impara a visitare il foro di fissaggio, insegnagli a mantenere il naso all'interno del foro per un determinato periodo di tempo.

Per fare ciò, attendere che il soggetto visiti il foro di fissazione e terminare la prova. Se il soggetto si ritrae entro 500 millisecondi, penalizzare le retrazioni premature con un periodo di blackout di sette secondi. Altrimenti, gioca la coda di andata e premia le visite corrette consegnando un pellet di cibo.

Il passo successivo consiste nell'introdurre la coda di istruzioni uditive come un tono uditivo a frequenza singola, pulsato e triplette con una durata dell'impulso di 150 millisecondi e un intervallo interimpulsivo di 100 millisecondi. Inoltre, aumentare la durata del periodo di ritardo a una media di 1,5 secondi. Scegli una durata del periodo di ritardo casuale a ogni prova in base a una densità uniforme compresa tra 1,3 e 1,8 secondi.

Riproduci il segnale di istruzioni subito dopo che il soggetto è entrato nel foro di fissaggio. Assegna due spunti di istruzione a ciascuno dei bersagli. Tuttavia, in questa fase, utilizzare solo un segnale associato per ciascun bersaglio fino a quando i soggetti non acquisiscono maggiore familiarità con l'attività.

Lascia che il soggetto utilizzi segnali sia uditivi che visivi per selezionare il foro target fino a raggiungere il livello di prestazione desiderato. Per addestrare il soggetto a utilizzare solo segnali uditivi, spegnere i LED lampeggianti all'interno del foro di destinazione in modo che il soggetto possa utilizzare solo segnali di istruzioni uditive. Introduci gli altri due segnali nella sequenza di segnali di istruzione presentati casualmente quando viene raggiunta la prestazione desiderata e ripeti i passaggi dell'allenamento.

Assicurati che alla fine di ogni passaggio, il soggetto mantenga prestazioni comportamentali superiori al 75% per almeno tre sessioni consecutive prima di passare alla fase successiva. Una volta raggiunta la fase finale, mantieni il soggetto sul protocollo per una settimana per assicurarti che le prestazioni siano mantenute al livello desiderabile. Definisci il tasso di successo come la percentuale di visite corrette ai target divisa per il numero totale di prove.

Il tasso di successo dovrebbe essere misurato in ogni fase dell'allenamento. I diversi tipi di errore includono la retrazione prematura, la percentuale di prove scadute a causa di retrazioni precoci dovute all'errore di commissione del foro di fissazione, la percentuale di prove fallite quando il soggetto visita un bersaglio non costruito e un errore di missione. La percentuale di errori quando il soggetto non visita nessuno dei bersagli dopo l'inizio della prova.

Per ogni prova, misura il tempo di reazione, definito come il ritardo tra l'inizio della coda di go e il soggetto che si ritira dal foro di fissazione. Il tempo di targeting viene anche misurato come il tempo che intercorre tra la ritrazione del soggetto dal foro di fissazione e l'ingresso nel foro di destinazione. Questo esempio mostra la percentuale di successo di un singolo soggetto in 14 sessioni di registrazione.

I tipi di errore sono dominati da ritiri prematuri con errori di commissione ed errori di omissione che si verificano meno frequentemente. Questo istogramma mostra la distribuzione del tempo di reazione tra le diverse prove. Qui viene mostrata la distribuzione del tempo di targeting tra i diversi studi.

Una volta che il soggetto ha acquisito il compito, gli è stato impiantato un array di microelettrodi a 32 canali. Nell'area pre limbica, viene mostrata una traccia di esempio allineata con un grafico raster di 22. Le unità registrate simultaneamente, i marcatori per gli eventi comportamentali vengono tracciati sopra le tracce.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordarsi di controllare il Perus prima di ogni sessione di allenamento e monitorare le prestazioni del soggetto in seguito. Un calo significativo dei punteggi comportamentali può essere causato da un malfunzionamento dell'apparecchiatura dopo il suo sviluppo. Questa tecnica dovrebbe aprire la strada ai ricercatori nel campo delle neuroscienze cognitive per esplorare il controllo dall'alto verso il basso del comportamento diretto all'obiettivo.