2014년 4월 15일
설치류 조건화에 대한 완전 자동화 된 프로토콜을 제안한다. 이 프로토콜은이 컨트롤의 영향을 신경 활동 기본 감각 통합,인지 제어 실험에 대한 정도를 조사하기 위해 행동 사건의 정확한 시간 제어에 의존합니다.
다음 실험의 전반적인 목표는 복잡한 인지 작업을 테스트하기 위해 설치류의 조작적 조건화를 위한 자동화된 행동 프레임워크를 도입하는 것입니다. 행동 과제는 5개의 구멍 노즈 포크 설계로, 일반적으로 5가지 선택 직렬 반응 시간 과제 연구에 사용됩니다. 피험자는 짧은 지연 기간 후 이동 대기열이 나타날 때까지 고정 구멍 내부에 주둥이를 유지해야 합니다.
청각 지시 대기열은 고정 서사시 동안 피험자가 보상을 받을 미래의 운동 목표를 선택하도록 안내하기 위해 제시됩니다. 청각 대기열을 사용하면 서로 다른 작업 서사시와 허가 간의 잘 정의된 전환이 가능하고, 행동의 여러 측면과 작업 기억, 의사 결정 및 운동 계획의 신경 메커니즘을 연구할 수 있습니다. 미로 항법 실험과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 피험자 궤적의 체계적인 변화로 인해 혼동될 수 있는 명백한 운동 동작이 과제의 중요한 시기에 최소화된다는 것입니다.
이 방법은 운동 제어에 대한 통찰력을 제공할 수 있지만 연구는 지각, 주의력 및 기억 형성과 같은 다른 높은 수준의 인지 과정을 조사하는 데에도 사용할 수 있습니다. 이 절차를 시연하는 사람은 제 연구실의 학부생인 Dylan Miller입니다. 다음 연구는 한쪽에는 5개의 구멍 노즈 포켓, 벽, 반대쪽에는 음식 배달 통으로 구성된 오페라 컨디셔닝 박스에서 수행됩니다.
중앙 노즈 포크 구멍은 고정 구멍으로 간주되며 고정 구멍의 각 측면에 2개씩 있는 다른 4개의 구멍은 모터 타겟 구멍으로 간주됩니다. 각 구멍에는 삼색 LED와 동물이 고정 구멍에 들어오고 들어갈 때를 감지하는 적외선 빔 이미터 감지기 시스템이 장착되어 있습니다. 프로그래밍 가능한 톤 제너레이터는 밀리초 정밀도로 단일 주파수 톤을 생성하고 오페라 박스 내부에 장착된 스피커에 연결되지 않습니다.
톤 제너레이터와 노즈 포크 홀은 행동 추적 시스템을 통해 제어됩니다. 습성 기간 동안 특수 소프트웨어를 사용하여 동물을 매일 다루고 조작 조절 실과 먹이 호퍼를 탐험 할 수 있도록하고 3 일 동안 음식 섭취를 점차적으로 제한하여 원래 체중의 85-90 %에 도달합니다. 첫 번째 단계는 피험자가 코 찌르기 구멍, 음식 배달 포트, 깜박이는 구멍과 보상 사이의 연관성에 익숙해지도록 하는 것입니다.
이렇게 하려면 임의의 일정에 따라 두 대상 중 하나를 선택하고 구멍 내부의 LED가 깜박이는 동안 흰색 청각 소음인 이동 대기열을 재생합니다. 구멍을 방문할 때 피험자에게 보상을 주도록 소프트웨어를 설정합니다. 구멍을 방문하지 않은 경우 30초 후에 시도 시간을 초과하고 대상 선택을 돕기 위해 새 시도를 시작합니다.
잘못된 홀에 대한 방문은 재판을 종료한 후 5초 동안 정전을 일으켜 처벌합니다. 그런 다음 새 구멍을 선택하고 원하는 성능 수준에 도달할 때까지 새 시도를 시작합니다. 피험자가 고정 구멍 내부를 찌르도록 훈련시킵니다.
시험을 시작하려면 고정 구멍 내부에서 노란색 LED가 깜박입니다. 고정 구멍을 방문하면 즉시 이동 대기열을 재생하고 새로운 시도를 시작하십시오. 피험자가 고정 구멍을 방문하는 방법을 배우면 일정 시간 동안 구멍 안에 코를 유지하도록 가르칩니다.
이렇게하려면 피험자가 고정 구멍을 방문 할 때까지 기다렸다가 시험을 종료하십시오. 피험자가 500밀리초 이내에 철회하는 경우, 조기 철회에 대해 7초 동안 정전 기간으로 페널티를 줍니다. 그렇지 않으면 이동 대기열을 플레이하고 음식 펠릿을 배달하여 올바른 방문에 대해 보상합니다.
다음 단계는 청각 명령 큐를 펄스 지속 시간이 150밀리초이고 인터펄스 간격이 100밀리초인 단일 주파수 청각 톤, 펄스 및 트리플렛으로 도입하는 것입니다. 또한 지연 기간의 길이를 평균 1.5초로 늘립니다. 1.3초에서 1.8초 사이의 균일한 밀도를 기준으로 각 시도에서 무작위 지연 기간 길이를 선택합니다.
피험자가 고정 구멍에 들어간 직후 지시 신호를 재생합니다. 각 대상에 두 개의 명령 신호를 할당합니다. 그러나 피험자가 작업에 더 익숙해질 때까지 이 단계에서는 각 대상에 대해 하나의 신호만 사용합니다.
피험자가 원하는 성능 수준에 도달할 때까지 청각적 단서와 시각적 단서를 모두 사용하여 목표 구멍을 선택하도록 합니다. 피험자가 청각적 신호만 사용하도록 훈련시키려면, 피험자가 청각적 지시 신호만 사용할 수 있도록 표적 구멍 내부의 깜박이는 LED를 끕니다. 원하는 성과에 도달했을 때 무작위로 제시된 지시 신호의 순서에 다른 두 개의 신호를 소개하고 훈련 단계를 반복합니다.
각 단계가 끝날 때 피험자가 다음 단계로 진행하기 전에 최소 3회 연속 세션 동안 75% 이상의 행동 수행을 유지하는지 확인하십시오. 최종 단계에 도달하면 성능이 바람직한 수준으로 유지되도록 하기 위해 일주일 동안 프로토콜에 피험자를 유지합니다. 성공률을 목표에 대한 올바른 방문 비율을 총 시행 횟수로 나눈 값으로 정의합니다.
성공률은 교육의 각 단계에서 측정해야 합니다. 다양한 오류 유형에는 조기 철회, 고정 구멍 커미션 오류로 인한 조기 철회로 인해 시간이 초과된 시행 비율, 피험자가 구성되지 않은 표적을 방문했을 때 실패한 시행 비율 및 임무 오류가 포함됩니다. 피험자가 임상시험 시작 후 대상을 방문하지 않을 때의 오류 비율입니다.
각 시험에 대해 go 대기열의 시작과 피험자가 고정 구멍에서 후퇴하는 사이의 지연으로 정의된 반응 시간을 측정합니다. 목표까지의 시간은 또한 피험자가 고정 구멍에서 후퇴하여 목표 구멍에 들어갈 때까지의 기간으로 측정됩니다. 이 예는 14개의 레코딩 세션에서 단일 피험자에 대한 성공률을 보여줍니다.
오류 유형은 조기 철회가 지배적이며 커미션 오류 및 누락 오류는 덜 자주 발생합니다. 이 히스토그램은 여러 시도에 걸친 반응 시간의 분포를 보여줍니다. 여기에서는 서로 다른 시행에 걸친 목표 설정 시간의 분포를 보여줍니다.
피험자가 과제를 획득하면 32채널 마이크로 전극 어레이가 이식되었습니다. 변연계 이전 영역에서는 샘플 추적이 22의 래스터 플롯과 정렬된 것으로 표시됩니다. 동시에 기록된 단위, 동작 이벤트에 대한 마커가 추적 위에 표시됩니다.
이 절차를 시도하는 동안 각 훈련 세션 전에 Perus를 확인하고 나중에 피험자의 성능을 모니터링하는 것을 기억하는 것이 중요합니다. 행동 점수의 현저한 감소는 발병 후 장비 오작동으로 인해 발생할 수 있습니다. 이 기술은 인지 신경 과학 분야의 연구자들이 목표 지향적 행동에 대한 하향식 제어를 탐구할 수 있는 길을 열어줄 것입니다.
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이 기사는 설치류의 작업 조건화에 대한 완전 자동화된 프로토콜을 제시하며, 신경 활동에 미치는 정확한 시간 제어의 영향에 중점을 둡니다. 이 연구는 감각운동 통합 및 인지 제어와 관련된 인지 과제를 조사하기 위해 5개 구멍의 코 틀기 설계를 사용합니다.
This automated rodent conditioning protocol addresses a key challenge in preclinical neuroscience: achieving precise sensorimotor control during cognitive task execution. By minimizing overt motor confounds through fixation requirements and auditory cueing, the method enhances measurement fidelity for working memory and decision-making processes. This supports more reliable target validation and mechanistic de-risking in early discovery pipelines.
The protocol fits within the discovery continuum from hypothesis testing to lead identification, particularly for targets modulating cognitive control networks.