Automated compiti cognitivi visivi per la registrazione Neural all'attività utilizzando una proiezione Piano Maze

L'obiettivo generale di questo protocollo è dimostrare procedure di modellazione e addestramento ottimizzate per compiti cognitivi visivi completamente automatizzati e l'acquisizione simultanea di dati neurali nei ratti utilizzando un labirinto di proiezione sul pavimento. Ciò si ottiene integrando sistemi di tracciamento video e acquisizione di dati neurali con un sistema di controllo comportamentale in grado di fornire stimoli rilevanti per il compito e una ricompensa intracranica in base al comportamento dell'animale. Dopo che i ratti imparano a mantenere una posizione stazionaria e pronta al centro dell'arena, appaiono immagini target che richiedono una risposta comportamentale pertinente secondo le regole del compito.

I dati neurali con timestamp per le analisi degli eventi peri mostrano i correlati neurali alla posizione pronta, all'inizio della presentazione dell'immagine target e ad altri eventi rilevanti per l'attività. Ciò che si scopre di questa tecnica è che la corsa alla proiezione a pavimento sfrutta le prove comportamentali e anatomiche che i ratti elaborano le informazioni visive nel loro emicampo visivo inferiore. Inoltre, le attività progettate in questo apparato sfruttano la naturale tenacia del ratto per esplorare l'ambiente.

Infine, un'intera moltitudine di compiti cognitivi guidati visivamente può essere progettata per esplorare la funzione cognitiva Nei modelli di roditori, abbiamo sviluppato il labirinto di proiezione del pavimento per una migliore validità e rilevanza traslazionale per gli studi condotti su esseri umani e primati non umani. Questa tecnica ha una migliore applicazione per comprendere i disturbi umani della memoria e dell'attenzione. Perché questi disturbi comportano l'elaborazione delle informazioni visive.

Il labirinto di proiezione a pavimento è un campo aperto senza pareti. Uno schermo di retroproiezione funge da pavimento dell'apparato. Qualsiasi forma di mazo arena può essere posizionata sul pavimento o possono essere proiettati bordi visivi virtuali.

Il pavimento dello schermo di retroproiezione è costituito da tre strati. Il tessuto a doppia visione è teso su uno spesso pezzo rettangolare di plexiglass. Un sottile strato di plexiglass è posizionato sopra il tessuto per proteggere il materiale dello schermo a sandwich.

Il materiale dello schermo tra il plexiglass spesso sotto e il plexiglass sottile sopra fornisce la proiezione dell'immagine più efficace sotto e sul lato del labirinto c'è un proiettore a focale corta, che proietta le immagini sul lato inferiore del pavimento del labirinto. Una telecamera dall'alto collegata a un computer con il modulo di comportamento di base Cineplex fornisce il tracciamento video e l'analisi online dei dati di posizione. Per seguire la posizione del ratto, collegare i LED al tavolino della testa del ratto o tracciare l'OID del contorno del ratto Con il sistema di tracciamento video, l'arena di prova per le attività comportamentali posizionate sul plexiglass deve essere costruita con materiale di stuoia.

Quando si utilizza il sistema di acquisizione dati neurale, assicurarsi che il labirinto di proiezione del pavimento e il sistema ICS siano collegati a terra al preamplificatore per ridurre al minimo il rumore elettrico. Per prima cosa abituare il ratto alla stanza comportamentale per 10 minuti con l'attrezzatura accesa, quindi riportare il ratto nella colonia il giorno successivo. Ripeti l'operazione.

Passa il terzo giorno, collega l'ICS e i lacci dello stadio di testa al ratto e abitua il ratto all'arena di test per 10 minuti. Il quarto giorno, determinare l'ampiezza ICS più bassa per stabilire una preferenza di luogo. Utilizzando un protocollo informale di condizionamento della preferenza di luogo.

Aumentare lentamente le ampiezze dell'impulso uno e dell'impulso due fino a quando il ratto non è condizionato al luogo in cui si verifica la ricompensa ICS. I valori tipici di ampiezza sono compresi tra 20 e 80 micro e commerciali. Dal quinto giorno in poi, consegna una ricompensa ICS per addestrare i ratti all'area di preparazione e all'ingresso nelle aree di immagine est e ovest.

Continua l'addestramento fino a quando il ratto non si alterna tra le due aree dell'immagine. È fondamentale addestrare i ratti a mantenere una posizione di pronto stazionario nell'area pronta. La posizione pronto controlla da quale direzione il ratto si avvicina alle immagini target e le distanze da cui il ratto visualizza le immagini presentate.

Per la fase intermedia, introdurre 50 decibel di rumore bianco per segnalare l'inizio di una prova. Disattiva il rumore bianco quando il topo entra nell'area pronta. Automatizza la consegna di una ricompensa ICS al ratto per essere entrato nell'area pronta e per aver completato con successo le posizioni pronte.

Riduci gradualmente le probabilità di ricompensa per l'ingresso nell'area pronta e il completamento con successo delle posizioni pronte tra lo zero e il 10% Allo stesso tempo, riduci la posizione pronta. Latenze in incrementi di 100 millisecondi per addestrare il ratto a fermarsi e attendere in posizione pronta. In questa fase dell'addestramento, è importante non premiare eccessivamente i ratti in posizione pronta perché l'allenamento eccessivo comporterà una transizione ritardata verso la modellazione tardiva e regole specifiche per il compito.

Se il ratto rompe prematuramente la posizione di pronto, attiva il rumore bianco. Il topo deve ricominciare la prova sul lato opposto dell'arena. Passa alla sagomatura tardiva quando il ratto può mantenere in modo affidabile la posizione pronta per un massimo di 1200 millisecondi per ogni prova.

Una nuova durata della posizione pronta determina per quanto tempo il ratto deve rimanere fermo prima che appaiano le immagini di destinazione. L'addestramento durante la modellazione tardiva è specifico per l'attività ed è automatizzato in tutti i parametri dell'attività. Con la flessibilità di fornire manualmente le ricompense ICS per l'addestramento iniziale nell'attività visiva di discriminazione condizionale, addestra i ratti su una semplice discriminazione di forma e luminanza.

Inizia la prova attivando il rumore bianco. Variare la durata necessaria affinché il ratto rimanga nella posizione di pronto tra una prova e l'altra. Se un ratto non mantiene in modo affidabile una posizione di pronto fermo, consegna una ricompensa ICS.

Presenta manualmente una coppia di immagini nell'area di presentazione dell'immagine, presenta in modo pseudo casuale l'immagine corretta sul lato sinistro o destro dell'area dell'immagine. Consegna una ricompensa ICS. Quando il ratto si avvicina all'immagine corretta il primo giorno di addestramento.

Emetti solo una raffica di rumore bianco di 75 decibel come deterrente per un problema di risposta errata. Una prova di correzione dopo una prova errata. Le prove di correzione vengono effettuate sul lato opposto dell'arena.

Utilizzare la stessa latenza corretta sul lato sinistro o destro e sulla posizione pronta della precedente versione di prova errata. Una volta che il ratto ha eseguito con successo la semplice discriminazione della luminanza, introduci il compito di discriminazione condizionale bicon. Non emettere esplosioni di rumore per prove errate.

Per l'attività di discriminazione bicondizionale, l'immagine corretta è determinata dal modello del pavimento. Ad esempio, la stella nera è corretta quando il pavimento è a strisce e il cerchio bianco è corretto. Quando il pavimento è grigio, le prove si alternano tra i lati est e ovest con l'immagine corretta presentata.

Pseudo casualmente sul lato sinistro o destro dell'area dell'immagine implementano prove di correzione a seguito di prove errate. Per il compito di attenzione visuo-spaziale: Presentare cerchi grigi in posizioni spaziali definite. Inizia la prova con il rumore bianco e spegnila quando il topo entra nell'area pronta.

Dopo che il ratto ha mantenuto la posizione di pronto per la durata richiesta, illumina il cerchio bersaglio facendolo diventare bianco. Le posizioni corrette vengono assegnate in modo pseudo casuale. Dopo che il ratto ha completato con successo la posizione pronta, illumina un cerchio bersaglio e consegna una ricompensa ICS.

Quando il topo si avvicina al cerchio corretto entro cinque secondi, se il ratto si avvicina a un cerchio diverso, non viene consegnata alcuna ricompensa. Il topo inizia una nuova prova sul lato opposto dell'arena. Se il ratto non riesce ad avvicinarsi a nessun cerchio entro cinque secondi, segna questo come prova di omissione.

Illumina l'intero pavimento e inizialmente non consegnare una ricompensa. Mantieni illuminato il cerchio del bersaglio finché il ratto non si avvicina. Man mano che l'apprendimento procede, diminuisce gradualmente la quantità di tempo in cui il cerchio target rimane illuminato.

Quando il ratto raggiunge l'80% di precisione, riduci il tempo di illuminazione sul cerchio bersaglio a un secondo e non apportare altre modifiche. Quando il ratto raggiunge l'80% corretto nella condizione di illuminazione di un secondo, ridurre il tempo di avvio a 500 millisecondi. La modellatura precoce richiede in genere da 100 a 150 prove affinché i ratti si alternino tra le aree dell'immagine est e ovest dell'arena.

Durante la modellatura iniziale, i ratti in genere corrono attraverso l'area pronta al centro dell'arena e trascorrono la maggior parte del loro tempo esplorando il perimetro dell'arena. Per la sagomatura intermedia, i ratti richiedono da 600 a 700 prove per mantenere in modo affidabile la posizione di pronto stazionario richiesta. I loro percorsi sono loop stereotipati dall'area pronta all'area dell'immagine.

Con meno tempo speso ad esplorare il perimetro dell'arena. Al termine della sagomatura intermedia, i ratti mantengono in modo affidabile una posizione di pronto stazionario nell'area pronta. Prima di avvicinarsi allo stimolo visivo bersaglio, il ratto inizia la prova successiva sul lato opposto dell'arena.

Alla fine della tarda modellatura, l'attività di singola unità e il potenziale di campo locale sono stati raccolti dal sistema di acquisizione dati neurale. Nella corteccia postale dei ratti che eseguono il compito VBCD, le cellule hanno aumentato la loro frequenza di attivazione all'inizio della presentazione del bersaglio e sono diminuite all'inizio della presentazione del pattern di pavimento. Nella corteccia parietale posteriore dei ratti che eseguono il compito VSA, le cellule hanno aumentato la loro frequenza di attivazione in risposta all'illuminazione circolare.

E quando il ratto si è avvicinato al cerchio bersaglio nel compito VSA, mentre i ratti erano in posizione pronta prima dell'attività potenziale del campo locale di illuminazione del cerchio nella corteccia parietale posteriore. Durante l'esecuzione nel VSA il compito ha mostrato una forte potenza nella gamma theta a circa otto hertz. Seguendo questi protocolli di modellazione e addestramento, è possibile progettare una moltitudine di compiti per esplorare la funzione cognitiva e l'elaborazione visiva nei modelli di roditori.

Questa tecnica fornisce un sofisticato paradigma comportamentale per i ricercatori nel campo dell'apprendimento, della memoria e dell'attenzione che forniscono una migliore rilevanza traslazionale dei risultati nei modelli di roditori per gli esseri umani.