W pełni zautomatyzowany i wysoce wszechstronny system do testowania funkcji wielopoznawczych i rejestrowania aktywności neuronalnej u gryzoni

Ogólnym celem tej procedury jest wyszkolenie szczura do wykonywania sekwencji zadań, za pomocą których można badać wiele funkcji mózgu. Osiąga się to poprzez uprzednią aklimatyzację szczurów do komory behawioralnej. Drugim krokiem jest wyszkolenie szczura, aby naciskał dźwignię, aby uzyskać granulki jedzenia jako nagrody.

Następnie szczury są szkolone, aby odsłonić ukrytą dźwignię, wsuwając głowę w otwór w nosie. Ostatnim krokiem jest wyszkolenie szczurów w rozpoznawaniu sygnału sensorycznego, a następnie naciśnięcie właściwej dźwigni wskazanej przez kolejkę. Ostatecznie szczury uczą się całej sekwencji zadań mających na celu zdobycie nagród.

Opracowaliśmy w pełni zautomatyzowany system do prawidłowego testowania behawioralnego i rejestrowania aktywności neuronalnej. Za pomocą tego systemu można badać wiele funkcji mózgu. Unikalną przyszłością tego systemu jest wykonana przez klienta akustycznie przezroczysta komora, która idealnie nadaje się do treningu zadań słuchowych.

Inną cechą tego systemu jest to, że można łatwo dodawać różne urządzenia operacyjne, co czyni system dość wszechstronnym, umożliwiając realizację różnych zadań słuchowych, wzrokowych i audiowizualnych behawioralnych. System składa się z trzech głównych komponentów: dźwiękoszczelnego pomieszczenia o podwójnych ścianach, wielokanałowego systemu rejestracji elektrofizjologicznej oraz w pełni zautomatyzowanego systemu testów behawioralnych. Specjalnie zaprojektowana opera w pomieszczeniu znajduje się w dźwiękoszczelnym pomieszczeniu.

Komora składa się z trzech akustycznie przezroczystych ścian i jednego modułowego panelu operacyjnego do monitorowania i rejestrowania zachowania. Kamera wideo jest zamontowana nad operą w pomieszczeniu. Skrzynka interfejsu przesyła sygnały tam iz powrotem między komorą a komputerem.

Sygnały słuchowe są generowane przez skalibrowany programowalny generator audio i są dostarczane przez trzy głośniki umieszczone na panelu operacyjnym dla wskazówek wizualnych, lampka bodźca i dwa potrójne wyświetlacze bodźców znajdują się na środkowym i bocznym panelu. Urządzenie do szturchania nosa z trzema kolorowymi diodami LED jest zamontowane w dolnej części środkowego panelu. Detektor podczerwieni zainstalowany w jednostce do szturchania nosa rejestruje, szturchanie nosa i trzymanie.

Okres Dwie zdejmowane wysuwane dźwignie reagowania są zamontowane po każdej stronie operacji. Nagrody panelowe są dostarczane przez dwa dozowniki pelletu, które wrzucają jedzenie do pojemników na pellety. Na dnie komory umieszczono cztery pary wiązek podczerwieni, które wskazują pozycję zwierzęcia i sterują urządzeniami na podstawie pozycji zwierzęcia.

Wreszcie, ze stopnia głównego są podłączone do komutatora w celu rejestrowania aktywności neuronalnej. Protokół eksperymentalny jest w pełni zautomatyzowany za pomocą programów stworzonych w ramach platformy oprogramowania Med PC four. Dane behawioralne są zapisywane i przekształcane do plików Microsoft Excel, a następnie importowane i analizowane za pomocą matlaba.

Przed treningiem ogranicz przyjmowanie pokarmu do momentu, gdy waga zwierzęcia osiągnie 90% wartości wyjściowej. Aby przygotować komorę do aklimatyzacji, cofnij dźwignie, zablokuj otwór na nos gumowym korkiem i umieść około 20 granulek jedzenia w każdym granulce. Pojemnik umieszcza teraz naiwne zwierzę w komorze w celu aklimatyzacji.

Szczur wkrótce zacznie eksplorować kubki z jedzeniem i jeść granulki. Gdy oba kubki na żywność są puste, użyj oprogramowania, aby dozować pojedynczą granulkę do każdej tacy. W ten sposób szczur nauczy się kojarzyć jedzenie z kubkiem.

Zmuś szczura do przemieszczenia się na obie strony komory, dozując losowo granulki do każdego kubka z jedzeniem. Jedna sesja zwykle wystarcza do założenia Stowarzyszenia Kubków Spożywczych W nowej sesji wysuń obie dźwignie do komory i pozostaw kubek na żywność pusty. Następnie umieść zaaklimatyzowanego szczura w komorze.

Gdy zwierzę znajdzie się w pobliżu dźwigni, dozuj granulkę. Zapewnij również nagrody, gdy szczur wykaże zainteresowanie dźwignią, na przykład wąchanie, dotykanie lub wspinanie się. Przypadkowe naciśnięcie dźwigni powinno również uruchomić nagrodę.

Aby zachęcić do pchania dźwigni i wymusić eksplorację obu dźwigni, pozwól zwierzęciu popchnąć każdą dźwignię kolejno ograniczoną liczbę razy po osiągnięciu limitu, cofnij dźwignię. Rozciągnij obie dźwignie, aby powtórzyć procedurę. Stopniowo zmniejszaj limit, aż dźwignia będzie się cofać za każdym razem, gdy zostanie popchnięta.

Jedna lub dwie sesje zwykle wystarczą do ustalenia dźwigni. Stowarzyszenie Push Food Reward. W nowej sesji wycofaj dźwignie.

Wyjmij gumowy korek z otworu na nos i umieść w nosie kilka granulek jedzenia. Szturchanie urządzenia. Ponownie wprowadź zwierzę do komory i losowo rozsuń jedną z dwóch dźwigni

Kiedy szczur powącha otwór w nosie w poszukiwaniu granulek jedzenia, widząc wysuniętą dźwignię, szczur zbliży się i popchnie dźwignię, aby uzyskać granulkę jedzenia. Po naciśnięciu przycisku i wydaniu nagrody cofnij dźwignię, aby zachęcić szczura do zbadania urządzenia do szturchania nosa. Zwykle szczur potrzebuje jednej 30-minutowej sesji, aby nauczyć się sekwencji zadań, nosa, szturchnięcia, dźwigni, popychania nagród.

W kolejnej nowej sesji umieść zwierzę w komorze, aby rozpocząć trening Q. Po tym, jak zwierzę wykona zdarzenie szturchnięcia nosa, odtwórz wyraźną wskazówkę dźwiękową. Wysuń zarówno prawą, jak i lewą dźwignię.

Po każdej prezentacji sygnału słuchowego nagradzaj szczura tylko wtedy, gdy naciśnie dźwignię wskazywaną przez wskazówkę słuchową, zwierzę stopniowo nauczy się kojarzyć określoną wskazówkę słuchową. Za pomocą jednej dźwigni. Zwierzę powinno być teraz w stanie wykonać zamierzoną pełną sekwencję treningu, nosa, szturchnięcia, kija, dźwigni, pchnięcia, nagrody lub braku nagrody.

Pozwól szczurowi ćwiczyć nowo wyuczone zadanie, aż zostanie osiągnięty stały poziom wydajności. Sesja jest ograniczona do 30 minut. System ten może być używany do wykonywania zadania dyskryminacji wysokości dźwięku dwóch alternatywnych wyborów, które bada próg dyskryminacji częstotliwości szczura.

Po przeszkoleniu szczurów, aby szybko naciskały właściwą dźwignię wskazywaną przez wskazówkę słuchową, uzyskuje się słuchową krzywą uczenia się. Każda kolorowa linia reprezentuje zmiany częstotliwości dyskryminacji pojedynczego zwierzęcia. Ciemna linia reprezentuje uśrednioną krzywą uczenia się.

Średnio potrzeba było około siedmiu sesji treningowych, aby osiągnąć 75% wskaźnik trafień. Kryterium. Zachowanie zwierząt w tym zadaniu można również scharakteryzować ilościowo za pomocą kilku pomiarów, w tym czasu reakcji w stosunku do początku kolejki słuchowej, interwału między próbami i czasowej dynamiki wydajności. Za pomocą tego systemu można również badać wiele funkcji poznawczych mózgu.

Górne podpisy opisują każdą akcję w sekwencji jednej próby. Dolne podpisy wskazują funkcje poznawczo-behawioralne, które można badać w połączeniu z elektrofizjologią. Można również badać neuronalne podstawy funkcji poznawczo-behawioralnych.

Ten wykres przedstawia neuron zapisany w przestrzeni jądra szczura wykonującego zadanie dyskryminacji dwóch alternatywnych tonów. Chociaż wykres ten pokazuje neuron zapisany w brzusznym obszarze segmentowym, podczas próby tej procedury ważne jest, aby zwrócić szczególną uwagę na, na różnice między szczurami i ich cechy behawioralne oraz zdolności poznawcze, procedury treningowe i parametry powinny być zindywidualizowane, aby uzyskać najlepsze wyniki treningu. Chociaż opracowaliśmy ten system głównie dla systemu audytora badania, można go łatwo dostosować do innych badań w celu zbadania układu wzrokowego i wielu funkcji poznawczych mózgu, takich jak motywacja, uwaga, pacjenci i nagrody.