Zautomatyzowane wizualne zadania poznawcze do rejestrowania aktywności neuronalnej za pomocą labiryntu projekcji podłogowej

Ogólnym celem tego protokołu jest zademonstrowanie zoptymalizowanych procedur kształtowania i trenowania dla w pełni zautomatyzowanych wizualnych zadań poznawczych i jednoczesnego pozyskiwania danych neuronowych u szczurów za pomocą labiryntu projekcyjnego. Osiąga się to poprzez integrację systemów śledzenia wideo i akwizycji danych neuronowych z systemem kontroli behawioralnej, który jest w stanie dostarczać bodźce istotne dla zadania i nagrodę wewnątrzczaszkową zgodnie z zachowaniem zwierzęcia. Po tym, jak szczury nauczą się utrzymywać nieruchomą pozycję gotowości na środku areny, pojawiają się obrazy docelowe, które wymagają odpowiedniej reakcji behawioralnej zgodnie z zasadami zadania.

Dane neuronowe ze znacznikiem czasu do analiz zdarzeń peri pokazują, że korelacje neuronalne z pozycją gotowości, początkiem prezentacji obrazu docelowego i innymi zdarzeniami istotnymi dla zadania. To, co jest niejasne w tej technice, to fakt, że wyścig projekcji podłogowej wykorzystuje behawioralne i anatomiczne dowody na to, że szczury przetwarzają informacje wizualne w dolnej półkuli widzenia. Ponadto zadania zaprojektowane w tym aparacie wykorzystują naturalną skłonność szczura do eksploracji środowiska.

Wreszcie, można zaprojektować całą mnogość wizualnie sterowanych zadań poznawczych w celu zbadania funkcji poznawczych W modelach gryzoni opracowaliśmy labirynt projekcji podłogowej, aby uzyskać lepszą trafność i znaczenie translacyjne dla badań prowadzonych na ludziach i naczelnych innych niż ludzie. Ta technika ma lepsze zastosowanie w zrozumieniu ludzkich zaburzeń pamięci i uwagi. Ponieważ zaburzenia te wiążą się z przetwarzaniem informacji wizualnych.

Labirynt projekcyjny na podłodze to otwarte pole bez ścian. Ekran do projekcji tylnej służy jako podłoga aparatu. Na podłodze można umieścić dowolny kształt mazo areny lub wyświetlić wirtualne granice wizualne.

Podłoga ekranu do projekcji tylnej zbudowana jest z trzech warstw. Tkanina Dual Vision jest naciągnięta na gruby prostokątny kawałek pleksi. Cienka warstwa pleksi jest nakładana na tkaninę, aby chronić warstwę materiału ekranu.

Materiał ekranu pomiędzy grubą pleksi pod spodem a cienką pleksi na górze zapewnia najbardziej efektywną projekcję obrazu poniżej i z boku labiryntu znajduje się projektor krótkiego rzutu, który z powrotem wyświetla obrazy na spodniej stronie podłogi labiryntu. Kamera górna podłączona do komputera z modułem Cineplex Basic Behavior zapewnia śledzenie wideo i analizę danych pozycyjnych online. Aby śledzić pozycję szczura, przymocuj diody LED do stopnia głowy szczura lub śledź OID konturu szczura Dzięki systemowi śledzenia wideo arena testowa do zadań behawioralnych umieszczona na pleksi powinna być zbudowana z materiału matowego.

Podczas korzystania z systemu akwizycji danych neuronowych upewnij się, że labirynt projekcyjny i system ICS są uziemione do wzmacniacza wstępnego, aby zminimalizować szumy elektryczne. Najpierw przyzwyczaj szczura do pokoju behawioralnego przez 10 minut przy włączonym sprzęcie, a następnie wróć do kolonii następnego dnia. Powtórz to.

Trzeciego dnia podłącz ICS i uwięzi stopnia głównego do szczura i przyzwyczaj szczura do areny testowej przez 10 minut. Czwartego dnia określ najniższą amplitudę ICS, aby ustalić preferencję miejsca. Korzystanie z nieformalnego protokołu warunkowania preferencji miejsca.

Powoli zwiększaj impuls pierwszy i puls o dwie amplitudy, aż szczur zostanie uwarunkowany do miejsca, w którym występuje nagroda ICS. Typowe wartości amplitudy wynoszą od 20 do 80 mikroamperów. W piątym dniu i kolejnych dniach dostarcz nagrodę ICS, aby wyszkolić szczury do obszaru gotowości i wejść do wschodnich i zachodnich obszarów obrazu.

Kontynuuj trening, aż szczur będzie naprzemiennie przechodził między dwoma obszarami obrazu. Bardzo ważne jest wyszkolenie szczurów w utrzymywaniu stacjonarnej pozycji gotowości w obszarze gotowości. Pozycja gotowości kontroluje, z którego kierunku szczur zbliża się do docelowych obrazów oraz odległości, z których szczur ogląda prezentowane obrazy.

Na etapie pośrednim wprowadź 50 decybeli białego szumu, aby zasygnalizować rozpoczęcie próby. Wyłącz biały szum, gdy szczur wejdzie do obszaru gotowości. Zautomatyzuj dostarczanie szczurowi nagrody ICS za wejście do obszaru gotowości i pomyślne ukończenie pozycji gotowości.

Stopniowo zmniejszaj prawdopodobieństwo nagrody za wejście do obszaru gotowości i pomyślne ukończenie pozycji gotowości do poziomu od zera do 10%W tym samym czasie zwężaj pozycję gotowości. Opóźnienia w krokach co 100 milisekund, aby wyszkolić szczura, aby zatrzymał się i czekał w pozycji gotowości. Na tym etapie treningu ważne jest, aby nie przepłacać ze szczurami w pozycji gotowości, ponieważ nadmierne trenowanie spowoduje opóźnione przejście do późnego kształtowania i zasad specyficznych dla zadania.

Jeśli szczur przedwcześnie przerwie pozycję gotowości, włącz biały szum. Szczur musi wznowić próbę po przeciwnej stronie areny. Przejdź do późnego formowania, kiedy szczur może niezawodnie utrzymać pozycję gotowości do 1200 milisekund podczas każdej próby.

Nowy czas trwania pozycji gotowości określa, jak długo szczur musi pozostać nieruchomy, zanim pojawią się obrazy docelowe. Trening podczas późnego kształtowania jest specyficzny dla zadania i jest zautomatyzowany we wszystkich parametrach zadania. Dzięki elastyczności ręcznego dostarczania nagród ICS za wstępne szkolenie w zakresie wizualnego zadania dyskryminacji warunkowej, trenuj szczury w zakresie prostej dyskryminacji kształtów i luminancji.

Rozpocznij próbę, włączając biały szum. Zmieniaj wymagany czas, aby szczur pozostawał w pozycji gotowości między próbami. Jeśli szczur nie utrzymuje niezawodnie stacjonarnej pozycji gotowości, dostarcz nagrodę ICS.

Ręcznie zaprezentuj parę obrazów w obszarze prezentacji obrazu, pseudolosowo zaprezentuj poprawny obraz po lewej lub prawej stronie obszaru obrazu. Dostarcz nagrodę ICS. Gdy szczur zbliży się do prawidłowego obrazu pierwszego dnia treningu.

Emituj tylko wybuch białego szumu o natężeniu 75 decybeli jako środek odstraszający w przypadku problemu z nieprawidłową odpowiedzią. Próba korekcyjna po nieprawidłowej próbie. Próby korekcyjne przeprowadzane są po przeciwnej stronie areny.

Użyj tego samego prawidłowego opóźnienia po lewej lub prawej stronie i pozycji gotowości, co w poprzedniej nieprawidłowej próbie. Gdy szczur pomyślnie wykona prostą dyskryminację luminancji, wprowadź zadanie dyskryminacji warunkowej bicon. Nie emituj impulsów hałasu w przypadku nieprawidłowych prób.

W przypadku zadania dyskryminacji dwuwarunkowej prawidłowy obraz jest określany przez wzór podłogi. Na przykład gwiazda jest poprawna, gdy podłoga jest w paski, a białe kółko jest poprawne. Gdy podłoga jest szara, próby odbywają się naprzemiennie między stroną wschodnią i zachodnią, z prezentowanym prawidłowym obrazem.

Pseudolosowo po lewej lub prawej stronie obszaru obrazu wdrażaj próby korekcyjne po nieprawidłowych próbach. W zadaniu wizualnej uwagi przestrzennej Przedstaw szare okręgi w określonych lokalizacjach przestrzennych. Rozpocznij próbę od białego szumu i wyłącz go, gdy szczur wejdzie do gotowego obszaru.

Po tym, jak szczur utrzyma pozycję gotowości przez wymagany czas, oświetl okrąg docelowy, zmieniając go na biały. Prawidłowe lokalizacje są przypisywane pseudolosowo. Po pomyślnym ukończeniu przez szczura pozycji gotowości, oświetl okrąg celu i dostarcz nagrodę ICS.

Gdy szczur zbliży się do właściwego okręgu w ciągu pięciu sekund, jeśli szczur zbliży się do innego kręgu, nagroda nie zostanie dostarczona. Szczur rozpoczyna nową próbę po przeciwnej stronie areny. Jeśli szczur nie zbliży się do żadnego okręgu w ciągu pięciu sekund, zalicz to jako próbę pominięcia.

Oświetl całą podłogę i początkowo nie dostarczaj nagrody. Utrzymuj oświetlony krąg celu, dopóki szczur się do niego nie zbliży. Wraz z postępem nauki stopniowo zmniejszaj czas, w którym okrąg docelowy pozostaje oświetlony.

Gdy szczur osiągnie 80% dokładności, skróć czas świecenia na okręgu celu do jednej sekundy i nie wprowadzaj żadnych innych zmian. Gdy szczur osiągnie 80% poprawnych warunków oświetlenia w ciągu jednej sekundy, skróć czas sygnalizacji do 500 milisekund. Wczesne kształtowanie zazwyczaj wymaga od 100 do 150 prób, aby szczury mogły przełączać się między wschodnimi i zachodnimi obszarami obrazu areny.

Podczas wczesnego kształtowania szczury zazwyczaj biegają przez gotowy obszar na środku areny i spędzają większość czasu na eksploracji obwodu areny. Do pośredniego kształtowania szczury potrzebują od 600 do 700 prób, aby niezawodnie utrzymać wymaganą stacjonarną pozycję gotowości. Ich ścieżki są stereotypowymi pętlami od obszaru gotowości do obszaru obrazu.

Z mniejszą ilością czasu spędzonego na eksploracji obwodu areny. Pod koniec pośredniego kształtowania szczury niezawodnie utrzymują nieruchomą pozycję gotowości w gotowym obszarze. Przed zbliżeniem się do docelowego bodźca wzrokowego szczur inicjuje kolejną próbę po przeciwnej stronie areny.

Pod koniec późnego kształtowania aktywność potencjału pojedynczej jednostki i pola lokalnego została zebrana przez system akwizycji danych neuronowych. W korze pocztowej szczurów wykonujących zadanie VBCD komórki zwiększały swoją szybkość wypalania na początku prezentacji docelowej i zmniejszały się na początku prezentacji wzoru podłogi. W tylnej korze ciemieniowej szczurów wykonujących zadanie VSA komórki zwiększyły swoją szybkość wypalania w odpowiedzi na oświetlenie okręgu.

A kiedy szczur zbliżył się do okręgu docelowego w zadaniu VSA, podczas gdy szczury były w pozycji gotowości przed oświetleniem okręgu, aktywność potencjału lokalnego pola w tylnej korze ciemieniowej. Podczas wykonywania zadania VSA wykazał dużą moc w zakresie theta na poziomie około ośmiu herców. Postępując zgodnie z tymi protokołami kształtowania i treningu, można zaprojektować wiele zadań w celu zbadania funkcji poznawczych i przetwarzania wzrokowego w modelach gryzoni.

Technika ta zapewnia zaawansowany paradygmat behawioralny dla badaczy zajmujących się uczeniem się, pamięcią i uwagą, który zapewnia lepsze znaczenie translacyjne wyników z modeli gryzoni dla ludzi.