Um sistema totalmente automatizado e altamente versátil para testes de várias funções cognitivas e registro das atividades neuronais em roedores

O objetivo geral deste procedimento é treinar um rato para realizar uma sequência de tarefas pelas quais várias funções cerebrais podem ser investigadas. Isso é feito primeiro aclimatando os ratos à câmara comportamental. O segundo passo é treinar o rato a empurrar uma alavanca para obter pellets de comida como recompensa.

Em seguida, os ratos são treinados para revelar uma alavanca oculta enfiando a cabeça no buraco do nariz. O passo final é treinar os ratos para reconhecer uma sugestão sensorial e, em seguida, empurrar a alavanca correta indicada pela fila. Em última análise, os ratos aprendem toda a sequência das tarefas destinadas a obter as recompensas.

Desenvolvemos um sistema totalmente automatizado para testes comportamentais corretos e registro de atividade neuronal. Usando este sistema, várias funções cerebrais podem ser investigadas. O futuro único deste sistema é uma câmara acusticamente transparente feita pelo cliente, ideal para treinamento de tarefas auditivas.

Outra característica deste sistema é que diferentes dispositivos operante podem ser adicionados facilmente, o que torna o sistema bastante versátil, permitindo a implementação de uma variedade de tarefas comportamentais auditivas, visuais e audiovisuais. O sistema é composto por três componentes principais, uma sala à prova de som de parede dupla, um sistema de gravação eletrofisiológica de vários canais e um sistema de teste comportamental totalmente automatizado. Uma ópera personalizada na câmara fica dentro da sala à prova de som.

A câmara consiste em três paredes acusticamente transparentes e um painel de operação modular para monitorar e registrar o comportamento. Uma câmera de vídeo é montada acima da ópera na câmara. Uma caixa de interface transmite sinais entre a câmara e um computador.

As pistas auditivas são geradas por um gerador de áudio programável calibrado e são entregues por meio de três alto-falantes localizados no painel de operação para dicas visuais, uma luz de estímulo e dois displays de estímulo triplo estão localizados nos painéis central e lateral. Um dispositivo de cutucar o nariz com luzes LED de três cores é montado na parte inferior do painel do meio. Um detector infravermelho instalado dentro da unidade de cutucar o nariz registra, cutucando e segurando.

Período de duas alavancas de resposta retráteis removíveis são montadas em cada lado da operação. As recompensas do painel são fornecidas por dois dispensadores de pellets que jogam comida nos recipientes de pellets. Quatro pares de feixes infravermelhos são colocados na parte inferior da câmara para indicar a posição do animal e controlar os dispositivos com base na posição do animal.

Por fim, os cabos de um estágio principal são conectados a um comutador para registrar a atividade neuronal. O protocolo experimental é totalmente automatizado por meio de programas criados na plataforma de software Med PC four. Os dados comportamentais são salvos e traduzidos para arquivos do Microsoft Excel e, em seguida, importados e analisados com o matlab.

Antes do treino, limite a ingestão de alimentos até que o peso do animal seja de 90% da linha de base. Para preparar a câmara para a aclimatação, retraia as alavancas, bloqueie o orifício do nariz com uma rolha de borracha e coloque cerca de 20 pellets de comida em cada pellet. Receptáculo agora coloque um animal ingênuo na câmara para aclimatação.

O rato logo começará a explorar os copos de comida e comer os pellets. Quando ambos os copos de comida estiverem vazios, use o software para dispensar um único pellet em cada bandeja. Ao fazer isso, o rato aprenderá a associar comida ao copo.

Force o rato a se mover para ambos os lados da câmara, dispensando pellets aleatoriamente em cada copo de comida. Uma sessão geralmente é suficiente para estabelecer a Food Cup Association Em uma nova sessão, estenda as duas alavancas para dentro da câmara e deixe o copo de comida vazio. Em seguida, coloque um rato aclimatado na câmara.

Quando o animal entrar nas proximidades de uma alavanca, dispense um pellet. Também forneça recompensas quando o rato mostrar interesse na alavanca, como cheirar, tocar ou escalar. Um empurrão acidental da alavanca também deve desencadear uma recompensa.

Para incentivar o empurrão da alavanca e forçar a exploração de ambas as alavancas, permita que o animal empurre cada alavanca consecutivamente um número limitado de vezes quando o limite for atingido, retraia a alavanca. Estenda ambas as alavancas para repetir o procedimento. Diminua gradualmente o limite até que a alavanca se retraia toda vez que for pressionada.

Uma a duas sessões geralmente são suficientes para estabelecer a alavanca. Empurre a Associação de Recompensa Alimentar. Em uma nova sessão, retraia as alavancas.

Remova a rolha de borracha do orifício do nariz e coloque vários grânulos de comida no nariz. Dispositivo de cutucar. Reintroduza o animal na câmara e estenda uma das duas alavancas aleatoriamente.

Quando o rato fareja o nariz em busca de bolinhas de comida, vendo a alavanca estendida, o rato se aproxima e empurra a alavanca para obter uma bolinha de comida. Depois que o for pressionado e a recompensa for dispensada, retraia a alavanca para encorajar o rato a explorar o dispositivo de cutucar o nariz. Geralmente, leva uma sessão de 30 minutos para um rato aprender a sequência de tarefas, nariz, cutucada, alavanca, recompensas de empurrão.

Em outra nova sessão, coloque o animal na câmara para iniciar o treinamento Q. Depois que o animal realizar um evento de cutucada no nariz, toque uma sugestão auditiva distinta. Estenda as alavancas direita e esquerda.

Após cada apresentação de sugestão auditiva, recompense o rato apenas quando ele empurrar a alavanca indicada pela sugestão auditiva, o animal aprenderá gradualmente a associar uma sugestão auditiva específica. Com uma alavanca. O animal agora deve ser capaz de realizar a sequência completa pretendida de treinamento, nariz, cutucada, sugestão, alavanca, empurrão, recompensa ou nenhuma recompensa.

Permita que o rato pratique a tarefa recém-aprendida até que um nível de desempenho consistente seja alcançado. A sessão é limitada a 30 minutos. Este sistema pode ser usado para executar a tarefa de discriminação de tom de duas escolhas alternativas, que examina o limiar de discriminação de frequência de um rato.

Depois de treinar os ratos para empurrar rapidamente a alavanca correta indicada por uma sugestão auditiva, uma curva de aprendizado auditivo é obtida. Cada linha colorida representa as variações de frequência de discriminação de um animal individual. A linha escura representa a curva de aprendizado média.

Em média, foram necessárias cerca de sete sessões de treinamento para atingir a taxa de acerto de 75%. Critério. O comportamento animal nesta tarefa também pode ser caracterizado quantitativamente por várias medidas, incluindo o tempo de reação em relação ao início da fila auditiva, o intervalo entre tentativas e a dinâmica temporal do desempenho. Múltiplas funções cerebrais cognitivas também podem ser investigadas usando este sistema.

As legendas superiores descrevem cada ação na sequência de uma tentativa. As legendas inferiores indicam as funções cognitivo-comportamentais que podem ser estudadas quando combinadas com a eletrofisiologia. O registro da base neural das funções cognitivo-comportamentais também pode ser estudado.

Este gráfico mostra um neurônio registrado no espaço do núcleo de um rato realizando a tarefa de discriminação de tom de escolha de duas alternativas. Embora este gráfico mostre um neurônio registrado na área segmentar ventral, ao tentar este procedimento é importante prestar muita atenção às diferenças entre ratos e suas características comportamentais e capacidade cognitiva, os procedimentos e parâmetros de treinamento devem ser individualizados para obter melhores resultados de treinamento. Embora tenhamos desenvolvido este sistema principalmente para o sistema de auditoria de estudos, ele pode ser facilmente adaptado por outras pesquisas para estudar um sistema visual e múltiplas funções cerebrais cognitivas, como motivação, atenção, pacientes e recompensas.