W pełni zautomatyzowany protokół kondycjonowania gryzoni do eksperymentów z integracją sensomotoryczną i kontrolą poznawczą

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest wprowadzenie zautomatyzowanych ram behawioralnych do warunkowania instrumentalnego gryzoni w celu przetestowania złożonych zadań poznawczych. Zadanie behawioralne to projekt z pięcioma otworami w kształcie nosa, który jest konwencjonalnie używany do badań nad pięcioma zadaniami szeregowego czasu reakcji. Badani są zobowiązani do utrzymywania pyska w otworze fiksacyjnym do momentu pojawienia się kolejki go po krótkim okresie opóźnienia.

Podczas eposu fiksacji prezentowana jest kolejka instrukcji słuchowych, która prowadzi podmiot do wyboru przyszłego celu motorycznego, który otrzyma nagrodę. Wykorzystanie kolejki słuchowej umożliwia dobrze zdefiniowane przejścia między różnymi epopejami zadań i zezwoleniami, badając wiele aspektów zachowania, a także neuronalne mechanizmy pamięci roboczej, podejmowania decyzji i planowania motorycznego. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak eksperymenty z nawigacją w labiryncie, jest to, że jawne zachowanie motoryczne, które może być zakłócone przez systematyczne zmiany trajektorii badanego, jest zminimalizowane w krytycznej epoce zadania.

Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w kontrolę motoryczną, badania mogą być również wykorzystane do zbadania innych procesów poznawczych wysokiego poziomu, takich jak percepcja, uwaga i tworzenie pamięci. Procedurę zademonstruje Dylan Miller, student studiów licencjackich z mojego laboratorium. Poniższe badanie przeprowadza się w pudełku kondycjonującym operę, składającym się z pięciootworowej ścianki z nosem po jednej stronie i koryta do dostarczania pokarmu po drugiej stronie.

Otwór w środkowym nosku jest uważany za otwór mocujący, a cztery pozostałe otwory, po dwa z każdej strony otworu mocującego, są uważane za otwory docelowe silnika. Każdy otwór jest wyposażony w trójkolorową diodę LED i system detektora emitera wiązki podczerwieni, który wykrywa, kiedy zwierzę wchodzi i chowa się z otworu mocującego. Programowalny generator tonów tworzy dźwięk o pojedynczej częstotliwości z milisekundową precyzją i jest odłączany od głośnika zamontowanego wewnątrz opera box.

Generator tonów i otwory w nos są kontrolowane przez system śledzenia behawioralnego. Korzystając ze specjalistycznego oprogramowania w okresie przyzwyczajenia, codziennie zajmuj się zwierzętami i pozwól im eksplorować komorę kondycjonowania instrumentalnego i pojemnik na żywność, stopniowo ograniczaj spożycie pokarmu przez okres trzech dni, aby osiągnąć 85 do 90% ich pierwotnej masy ciała. Pierwszym krokiem jest zapoznanie osoby badanej z otworami w nosie, portem dostarczania jedzenia oraz skojarzeniem między otworami a nagrodą.

Aby to zrobić, wybierz jeden z dwóch celów zgodnie z losowym harmonogramem i odtwórz kolejkę go, biały dźwięk dźwiękowy, podczas gdy dioda LED wewnątrz otworu. Ustaw oprogramowanie tak, aby nagradzało badanego po wizycie w dołku. Wyłącz czas próby po 30 sekundach, jeśli otwór nie zostanie odwiedzony, i rozpocznij nową próbę, aby pomóc w wyborze celu.

Karaj wizyty w niewłaściwych dołkach, przerywając próbę, po której następuje pięciosekundowa przerwa w dostawie prądu. Następnie wybierz nowy otwór i rozpocznij nową próbę, aż do osiągnięcia pożądanego poziomu wydajności. Aby wyszkolić testera, aby wbił się w otwór mocujący.

Aby rozpocząć próbę, w otworze mocującym żółta dioda LED. Po odwiedzeniu fiksacyjnej natychmiast zagraj w kolejkę go i rozpocznij nową próbę. Gdy pacjent nauczy się odwiedzać otwór mocujący, naucz go, aby trzymał nos w otworze przez określony czas.

Aby to zrobić, poczekaj, aż badany odwiedzi otwór fiksacyjny i zakończy badanie. Jeśli obiekt wycofa się w ciągu 500 milisekund, kara za przedwczesne wycofanie okresem zaciemnienia na siedem sekund. W przeciwnym razie zagraj w kolejkę go i nagrodź prawidłowe wizyty, dostarczając granulkę jedzenia.

Kolejnym krokiem jest wprowadzenie kolejki instrukcji słuchowych jako jednoczęstotliwościowego tonu słuchowego, pulsacyjnego i trójkowego o czasie trwania impulsu 150 milisekund i interwałze międzyimpulsowym 100 milisekund. Ponadto zwiększ długość okresu opóźnienia do średnio 1,5 sekundy. Wybierz losową długość okresu opóźnienia w każdej próbie w oparciu o jednolitą gęstość od 1,3 do 1,8 sekundy.

Odtwórz wskazówkę instruktażową natychmiast po tym, jak obiekt wejdzie do otworu fiksacyjnego. Przypisz dwie wskazówki instruktażowe do każdego z celów. Jednak na tym etapie używaj tylko jednej wskazówki powiązanej z każdym celem, dopóki badani nie zapoznają się lepiej z zadaniem.

Pozwól testerowi użyć zarówno wskazówek dźwiękowych, jak i wizualnych, aby wybrać otwór docelowy, aż do osiągnięcia pożądanego poziomu wydajności. Aby wyszkolić testera, aby używał tylko wskazówek słuchowych, wyłącz diody LED wewnątrz otworu docelowego, aby tester mógł używać tylko wskazówek dźwiękowych. Wprowadź dwie pozostałe wskazówki do sekwencji losowo prezentowanych wskazówek instrukcji po osiągnięciu pożądanej wydajności i powtórz kroki treningu.

Upewnij się, że na końcu każdego kroku badany utrzymuje ponad 75% sprawności behawioralnej przez co najmniej trzy kolejne sesje, zanim przejdzie do następnego etapu. Po osiągnięciu ostatniego etapu utrzymuj podmiot w protokole przez tydzień, aby upewnić się, że wydajność jest utrzymywana na pożądanym poziomie. Zdefiniuj wskaźnik sukcesu jako odsetek prawidłowych wizyt u docelowych podzielony przez łączną liczbę prób.

Wskaźnik sukcesu powinien być mierzony na każdym etapie szkolenia. Różne typy błędów obejmują przedwczesne wycofanie, odsetek prób przerwanych z powodu wczesnego wycofania z powodu błędu komisji za otwór fiksacyjny, odsetek nieudanych prób, gdy badany odwiedza nieskonstruowany cel oraz błąd misji. Odsetek błędów, gdy badany nie odwiedza żadnego z celów po rozpoczęciu badania.

Dla każdego pomiaru próbnego czas reakcji zdefiniowany jako opóźnienie między pojawieniem się kolejki do przejścia a wycofaniem się pacjenta z otworu mocującego. Czas do wycelowania w cel jest również mierzony jako czas między wycofaniem się obiektu z otworu mocującego a wejściem do otworu docelowego. Ten przykład pokazuje wskaźnik sukcesu dla pojedynczego tematu w 14 sesjach nagraniowych.

Typy błędów są zdominowane przez przedwczesne wycofania, przy czym błędy prowizji i błędy pominięcia występują rzadziej. Ten histogram pokazuje rozkład czasu reakcji w różnych próbach. W tym miejscu pokazano rozkład czasu do osiągnięcia celu w różnych badaniach.

Gdy pacjent opanował zadanie, wszczepiono mu 32-kanałowy układ mikroelektrod. W obszarze przedlimbicznym pokazany jest ślad próbki wyrównany z wykresem rastrowym 22. Równolegle rejestrowane jednostki, markery zdarzeń behawioralnych są nanoszone na ślady śladów.

Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o sprawdzeniu Peru przed każdą sesją treningową i monitorowaniu wyników pacjenta po jego zakończeniu. Znaczny spadek wyników behawioralnych może być spowodowany awarią sprzętu po jego opracowaniu. Technika ta powinna utorować drogę naukowcom w dziedzinie neuronauki poznawczej do zbadania odgórnej kontroli zachowań ukierunkowanych na cel.