Name: Um sistema totalmente automatizado e altamente versátil para testes de várias funções cognitivas e registro das atividades neuronais em roedores (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-05-03T12:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 13 s
Description: Aprenda a treinar ratos em tarefas cognitivas automatizadas para investigar funções cerebrais múltiplas. Este sistema versátil integra testes comportamentais com registro de atividades neuronais em tempo real.

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Este trabalho foi financiado pela Fundação de Pesquisa Neurociências e subsídios do Fundo Blasker-Rose-Miah de The San Diego Foundation e Harold G. e Y. Mathers Leila Fundação de Caridade.

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<li>Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+stimuli+enhance+MDMA-conditioned+reward+and+MDMA-induced+nucleus+accumbens+dopamine%2C+serotonin+and+locomotor+responses%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res.+Bull%22%5BJournal%5D)">Auditory stimuli enhance MDMA-conditioned reward and MDMA-induced nucleus accumbens dopamine, serotonin and locomotor responses.</a> Brain Res. Bull. 77, 189-196 (2008).</li>
<li>Kudoh, M., Shibuki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sound+sequence+discrimination+learning+motivated+by+reward+requires+dopaminergic+D2+receptor+activation+in+the+rat+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Learning+%26+Memory%22%5BJournal%5D)">Sound sequence discrimination learning motivated by reward requires dopaminergic D2 receptor activation in the rat auditory cortex.</a> Learning & Memory. 13, 698-69 (2006).</li>
<li>Shiflett, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cue-elicited+reward-seeking+requires+extracellular+signal-regulated+kinase+activation+in+the+nucleus+accumbens%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cue-elicited reward-seeking requires extracellular signal-regulated kinase activation in the nucleus accumbens.</a> J. Neurosci. 28, 1434-1443 (2008).</li>
</ol>

Produção e acesso gratuito deste vídeo-artigo é patrocinado pela Med Associates, Inc.

Um aspecto crítico no projeto de qualquer tarefa auditiva comportamental é a eliminação de sons indesejáveis ​​resultantes da dispersão e deformação no ambiente de teste. Controle de som pobre pode ter um efeito significativo sobre o comportamento que está sendo testado e irá produzir resultados enganosos ou mesmo não interpretável. A câmara de comportamental utilizado no sistema aqui descrito é especificamente concebido para ser acusticamente transparente, a fim de evitar desvios de som a partir das paredes da câmara. Na verdade, quando medido a partir do centro da câmara, a deflexão do som era eficaz indetectáveis ​​(dados não mostrados). Embora este sistema foi desenvolvido principalmente para o estudo do sistema auditivo, ele pode ser facilmente adaptado por outros investigadores para estudar outros sistemas sensoriais. Modificações podem ser feitas facilmente no software e hardware para tarefas diferentes sem alterar a configuração geral do sistema. O painel de operação modular torna o sistema particularmente versatile, permitindo a adição e / ou substituições de diferentes dispositivos para novas tarefas comportamentais. Por exemplo, olfativos tarefas comportamentais pode ser implantado através da apresentação de estímulos olfativos no dispositivo puxão nariz. Os cinco escolha parede puxão iluminado nariz com estímulo olfativo do MED Associates (ENV-115A-DE) pode ser facilmente instalado no painel de operação para tarefas complexas olfativas. Além disso, todos os dispositivos operantes pode ser facilmente substituído por aqueles que são concebidos para os ratos sem alterar a configuração do sistema. Controlo temporal precisa de cada dispositivo operante, bem como a gravação de alta resolução de eventos únicos em um ensaio dado, permitir a manipulação precisa dos dispositivos para personalizar o desenho de tarefas comportamentais para tratar diferentes funções cognitivas do cérebro (ver abaixo). Quando combinado com o registro da atividade neuronal, uma rica variedade de temas no campo das neurociências podem ser estudados com este sistema. Por exemplo, no umatarefa uditory descrito acima, as seguintes questões relacionadas com as funções cognitivas do cérebro podem ser investigados em um único teste: (1). Motivação: Uma vez que cada ensaio é iniciado por animal &quot;auto-motivated&quot; acção nariz puxão-(Figura 5A-um e Figura 3), motivação pode, assim, ser avaliada quantitativamente através da medição do número total de ensaios realizados por um animal numa dada sessão, ou o número de ensaios consecutivos realizada 6,7. (2). Atenção: A chave para a obtenção de uma recompensa em um julgamento é reconhecer correctamente os sinais auditivos. Em cerca de 25% dos ratos que não podiam ser treinados para executar a tarefa, a falta de atendimento às pistas auditivas foi o principal fator. Em contraste, nos ratos que aprenderam a tarefa, uma pausa momentânea de comportamentos foi aparente durante a apresentação sinal sonoro (ver Figura 5A-b e Figura 3). Ao utilizar este sistema, é assim possível a ratos (i) de tela de &quot;atenção defidéficits &quot;e (ii) estudar mecanismos neurais da atenção quando combinado com gravações neuronais enquanto o animal está atendendo a sugestões dos 8-10 auditivos. (3). Decisão: Após o reconhecimento dos sinais auditivos, o animal tem que decidir em que direção voltar-se para abordar a alavanca correta dentro de uma janela de tempo limitado (Figura 5A-c). É, portanto, também um paradigma para o estudo eficaz de tomada de decisão 11,12. (4). Paciência: O momento da extensão da alavanca pode ser controlado de tal forma que o animal tem que esperar para a alavanca depois de chegar ao local onde a alavanca vai estender (Figura 5A-d). Ao variar o comprimento de esperar, a extensão da paciência de um animal pode ser testada e quantificados 13. (5). Prêmios: O objetivo final da tarefa é obter a recompensa (Figura 5A e-e Figura 3). Tarefas comportamentais que usam este sistema pode assimser facilmente projetados para estudar vários aspectos da recompensa tomada de questões ea função dos sistemas de valores do cérebro 14-17.

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

A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents

Nós desenvolvemos um sistema totalmente automatizado para testes de comportamento operante e registro da atividade neuronal através do qual várias funções cognitivas do cérebro podem ser investigados em uma seqüência única tarefa. A única característica deste sistema é uma custom-made câmara, acusticamente transparente que elimina muitos dos problemas associados ao controle auditivo de sinalização em câmaras mais disponíveis comercialmente. A facilidade com a qual os dispositivos operantes podem ser adicionados ou substituídos torna este sistema muito versátil, permitindo a aplicação de uma variedade de auditivo, visual e olfactivos tarefas comportamentais. A automatização do sistema permite o controle fino (10 ms) e temporal preciso selo de tempo de cada evento em uma seqüência predefinida comportamental. Quando combinado com um sistema de gravação multi-canal de eletrofisiologia, múltiplas funções cognitivas do cérebro, tais como motivação, atenção, tomada de decisão, paciência e recompensas, podem ser examinados em seqüência ou de forma independente.

Neste relatório, nós apresentamos um sistema totalmente automatizado e altamente versátil, capaz de, simultaneamente, testar multi-cognitivas comportamentos e registro das atividades neuronais para roedores.

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

Desenvolvemos um sistema totalmente automatizado para testes de comportamento operante e registro de atividade neuronal, por meio do qual múltiplas funções cognitivas cerebrais podem ser ...

O objetivo geral deste procedimento é treinar uma ratazana a realizar uma sequência de tarefas por meio das quais múltiplas funções cerebrais podem ser investigadas. Isso é realizado primeiramente aclimatando as ratazanas à câmara comportamental. O segundo passo é treinar a ratazana a pressionar uma alavanca para obter pellets de alimento como recompensas.Em seguida, os ratos são treinados para revelar uma alavanca escondida ao introduzir a cabeça no orifício de inserção nasal. O passo final consiste em treinar os ratos para reconhecer um estímulo sensorial e, então, pressionar 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 e gravação de atividade neuronal. Usando este sistema, múltiplas funções cerebrais podem ser investigadas. O diferencial exclusivo deste sistema é uma câmara transparente ao som feita sob encomenda, ideal para o treinamento em tarefas auditivas.Outra característica deste sistema é que diferentes dispositivos operantes 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 câmara insonorizada com paredes duplas, um sistema de gravação eletrofisiológica de múltiplos canais e um sistema totalmente automatizado de testes comportamentais. Uma câmara de ópera projetada sob medida está localizada dentro da câmara insonorizada.A câmara é composta por três paredes acusticamente transparentes e um painel operacional modular para monitorar e registrar o comportamento. Uma câmera de vídeo é montada acima da câmara. Uma caixa de interface transmite sinais de ida e volta entre a câmara e um computador.Estímulos auditivos são gerados por um gerador de áudio programável calibrado e são entregues por meio de três alto-falantes localizados no painel de operação para estímulos visuais, uma luz de estímulo e dois displays triplos de estímulo estão localizados nos painéis central e laterais. Um dispositivo de furo para o nariz com três luzes LED coloridas é montado na parte inferior do painel central. Um detector de infravermelho instalado dentro da unidade de furo para o nariz registra a introdução e a manutenção do nariz no orifício.Dois eixos removíveis e retráteis de resposta do período dois são montados em cada lado da operação. Recompensas em painel são fornecidas por dois dispensadores de pelotas que soltam alimento nos receptáculos de pelotas. Quatro pares de feixes de infravermelho são colocados na parte inferior da câmara para indicar tanto a posição do animal quanto para controlar dispositivos com base na posição do animal.Por fim, cabos de um estágio de cabeça são conectados a um comutador para registro da 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 convertidos em arquivos do Microsoft Excel, que são então importados e analisados no matlab.Antes do treinamento, limite a ingestão de alimento até que o peso do animal seja 90% do valor inicial. Para preparar a câmara para a aclimatação, recolha as alavancas, bloqueie o orifício de inserção do focinho com uma rolha de borracha e coloque cerca de 20 pellets de alimento em cada receptáculo de pellet. Coloque agora um animal ingênuo na câmara para aclimatação.O rato logo começará a explorar os potes de comida e a comer os pellets. Quando ambos os potes estiverem vazios, use o software para dispensar um único pellet em cada bandeja. Ao fazer isso, o rato aprenderá a associar a comida ao pote.Force a rata a se mover para ambos os lados da câmara dispensando pelotas aleatoriamente em cada copo de alimento. Uma sessão geralmente é suficiente para estabelecer a Associação com o Copo de Alimento. Em uma nova sessão, estenda ambas as alavancas para dentro da câmara e deixe o copo de alimento vazio. Em seguida, coloque uma rata aclimatada na câmara.Quando o animal entrar na proximidade de uma alavanca, libere uma pelota. Forneça também recompensas quando o rato demonstrar interesse pela alavanca, como farejar, tocar ou subir nela. Um toque acidental na alavanca também deve acionar uma recompensa.Para incentivar a pressão da alavanca e forçar a exploração de ambas as alavancas, permita que o animal pressione cada alavanca consecutivamente um número limitado de vezes; quando o limite for atingido, recolha a alavanca. Estenda ambas as alavancas para repetir o procedimento. Diminua gradualmente o limite até que a alavanca seja recolhida toda vez que for pressionada.Uma a duas sessões geralmente são suficientes para estabelecer a associação entre pressionar a alavanca e a recompensa alimentar. Em uma nova sessão, recolha as alavancas.Remova a rolha de borracha do orifício de inserção do focinho e coloque várias pelotas de alimento no dispositivo de inserção do focinho. Reintroduza o animal na câmara e estenda aleatoriamente uma das duas alavancas.Quando o rato fareja o orifício de inserção do nariz em busca de comprimidos de alimento, ao ver a alavanca estendida, o rato se aproximará e empurrará a alavanca para obter um comprimido. Após a alavanca ser pressionada e a recompensa ser dispensada, recolha a alavanca para incentivar o rato a explorar o dispositivo de inserção do nariz. Normalmente, leva uma sessão de 30 minutos para que um rato aprenda a sequência da tarefa: nariz, inserção, alavanca, empurrar para obter recompensas.Em outra sessão nova, coloque o animal na câmara para iniciar o treinamento Q. Após o animal realizar um evento de enfiar o nariz, reproduza um estímulo auditivo distinto. Estenda as alavancas direita e esquerda.Após cada apresentação de estímulo auditivo, recompense a rata apenas quando ela pressionar a alavanca indicada pelo estímulo auditivo; o animal aprenderá gradualmente a associar um estímulo auditivo específico a uma alavanca. O animal agora deverá ser capaz de realizar a sequência completa pretendida de treinamento: focinho na abertura, estímulo, pressão da alavanca, recompensa ou ausência de recompensa.Permita que a rata pratique a tarefa recém-aprendida até atingir um nível consistente de desempenho. A sessão é limitada a 30 minutos. Este sistema pode ser usado para realizar a tarefa de discriminação de frequência com escolha alternativa dupla, que examina o limiar de discriminação de frequência de uma rata.Após treinar as ratas a pressionar rapidamente a alavanca correta indicada por uma pista auditiva, obtém-se uma curva de aprendizado auditivo. Cada linha colorida representa as variações da frequência de discriminação de um animal individual. A linha escura representa a curva média de aprendizado.Em média, foram necessárias cerca de sete sessões de treinamento para atingir a taxa de acerto de 75%. O comportamento animal nesta tarefa também pode ser caracterizado quantitativamente por diversas 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 utilizando este sistema.As legendas superiores descrevem cada ação em sequência de um ensaio. As legendas inferiores indicam as funções comportamentais cognitivas que podem ser estudadas quando combinadas com eletrofisiologia. A gravação da base neural das funções comportamentais cognitivas também pode ser estudada.Este gráfico mostra um neurônio registrado no espaço nuclear ssus de uma rata realizando a tarefa de discriminação de tom com duas opções 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 os melhores resultados. Embora tenhamos desenvolvido este sistema principalmente para estudar o sistema auditivo, ele pode ser facilmente adaptado por outras pesquisas para estudar o sistema visual e múltiplas funções cerebrais cognitivas, como motivação, atenção, pacientes e recompensas.

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Neurociência

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