Um totalmente automatizada Roedor Condicionado Protocolo para Sensorimotor Integração e Experimentos controle cognitivo

O objetivo geral do experimento a seguir é introduzir uma estrutura comportamental automatizada para o condicionamento operante de roedores para testar tarefas cognitivas complexas. A tarefa comportamental é um design de cutucada de nariz de cinco furos que é convencionalmente usado para estudos de tarefas de tempo de reação serial de cinco escolhas. Os sujeitos são obrigados a manter o focinho dentro de um orifício de fixação até a apresentação de uma fila de espera após um curto período de atraso.

Uma fila de instruções auditivas é apresentada durante a epopeia de fixação para orientar o sujeito a escolher um futuro alvo motor para receber uma recompensa. O uso de uma fila auditiva permite transições bem definidas entre diferentes épicos e permissões de tarefas, estudando múltiplos aspectos do comportamento, bem como mecanismos neuronais de memória de trabalho, tomada de decisão e planejamento motor. A principal vantagem dessa técnica sobre os métodos existentes, como experimentos de navegação em labirintos, é que o comportamento motor evidente que pode ser confundido por variações sistemáticas na trajetória do sujeito é minimizado durante a época crítica da tarefa.

Embora esse método possa fornecer informações sobre o controle motor, os estudos também podem ser usados para investigar outros processos cognitivos de alto nível, como percepção, atenção e formação de memória. Demonstrando o procedimento estará Dylan Miller, um estudante de graduação do meu laboratório. O estudo a seguir é realizado em uma caixa de condicionamento de ópera que consiste em uma parede de cinco furos de um lado e uma calha de entrega de comida no lado oposto.

O orifício central do nariz é considerado um orifício de fixação, e os outros quatro orifícios, dois de cada lado do orifício de fixação, são considerados orifícios alvo do motor. Cada orifício é equipado com um LED tricolor e um sistema detector de emissor de feixe infravermelho que detecta quando o animal entra e se retrai do orifício de fixação. Um gerador de tom programável cria um tom de frequência única com precisão de milissegundos e desconectado a um alto-falante montado dentro da caixa de ópera.

O gerador de tons e os orifícios de cutucar o nariz são controlados por meio do sistema de rastreamento comportamental. Usando software especializado durante o período de habituação, manuseie os animais diariamente e permita que eles explorem a câmara de condicionamento operante e o funil de alimentos restringe gradualmente sua ingestão de alimentos durante um período de três dias para atingir 85 a 90% de seu peso corporal original. O primeiro passo é familiarizar o sujeito com os buracos de cutucar o nariz, a porta de entrega de comida e a associação entre os buracos piscantes e a recompensa.

Para fazer isso, selecione um dos dois alvos em uma programação aleatória e reproduza a fila go, um ruído auditivo branco enquanto o LED dentro do buraco está piscando. Configure o software para recompensar o sujeito em visitas ao buraco. Cronometre o teste após 30 segundos se o buraco não for visitado e inicie um novo teste para ajudar na seleção do alvo.

Punir as visitas a buracos incorretos encerrando o teste seguido de cinco segundos de blecaute. Em seguida, selecione um novo furo e inicie um novo teste até que o nível de desempenho desejado seja alcançado. Para treinar o sujeito a cutucar dentro do orifício de fixação.

Para iniciar um teste, um LED amarelo é piscado dentro do orifício de fixação. Ao visitar o orifício de fixação, jogue imediatamente a fila de ir E inicie um novo teste. Uma vez que o sujeito aprenda a visitar o orifício de fixação, ensine-o a manter o nariz dentro do orifício por um determinado período de tempo.

Para fazer isso, espere que o sujeito visite o orifício de fixação e encerre o teste. Se o sujeito se retrair em 500 milissegundos, penalize as retrações prematuras com um período de blecaute por sete segundos. Caso contrário, jogue a fila de go e recompense as visitas corretas entregando um pellet de comida.

O próximo passo é introduzir a fila de instrução auditiva como um tom auditivo de frequência única, pulsado e trigêmeos com duração de pulso de 150 milissegundos e intervalo de interpulso de 100 milissegundos. Além disso, aumente a duração do período de atraso para uma média de 1,5 segundos. Escolha uma duração aleatória do período de atraso em cada tentativa com base em uma densidade uniforme entre 1,3 a 1,8 segundos.

Toque a sugestão de instrução imediatamente após o assunto entrar no orifício de fixação. Atribua duas dicas de instrução a cada um dos destinos. No entanto, use apenas uma sugestão associada para cada alvo neste estágio até que os sujeitos se familiarizem com a tarefa.

Deixe o sujeito usar dicas auditivas e visuais para selecionar o orifício alvo até que o nível de desempenho desejado seja alcançado. Para treinar o sujeito a usar apenas pistas auditivas, desligue os LEDs piscando dentro do orifício alvo para que o sujeito possa usar apenas dicas de instrução auditiva. Apresente as outras duas dicas à sequência de dicas de instrução apresentadas aleatoriamente quando o desempenho desejado for alcançado e repita as etapas de treinamento.

Certifique-se de que, ao final de cada etapa, o sujeito mantenha um desempenho comportamental superior a 75% por pelo menos três sessões consecutivas antes de avançar para o próximo estágio. Uma vez atingido o estágio final, mantenha o sujeito no protocolo por uma semana para garantir que o desempenho seja mantido no nível desejável. Defina a taxa de sucesso como a porcentagem de visitas corretas aos alvos dividida pelo número total de tentativas.

A taxa de sucesso deve ser medida em cada estágio do treinamento. Os diferentes tipos de erro incluem retração prematura, a porcentagem de tentativas expiradas devido a retrações precoces do erro de comissão do orifício de fixação, a porcentagem de tentativas fracassadas quando o sujeito visita um alvo não construído e um erro de missão. A porcentagem de erros quando o sujeito não visita nenhum dos alvos após o início do estudo.

Para cada ensaio, meça o tempo de reação, definido como o atraso entre o início da fila de espera e a retração do sujeito do orifício de fixação. O tempo até o alvo também é medido como a duração entre o sujeito se retrair do orifício de fixação e entrar no orifício alvo. Este exemplo mostra a taxa de sucesso de um único assunto em 14 sessões de gravação.

Os tipos de erro são dominados por retratações prematuras, com erros de comissão e erros de omissão ocorrendo com menos frequência. Este histograma mostra a distribuição do tempo de reação em diferentes ensaios. Aqui, é mostrada a distribuição do tempo para atingir em diferentes tentativas.

Uma vez que o sujeito adquiriu a tarefa, ele foi implantado com um feixe de microeletrodos de 32 canais. Na área pré-límbica, um traço de amostra é mostrado alinhado com um gráfico raster de 22. Unidades registradas simultaneamente, marcadores para eventos comportamentais são plotados em cima dos traços.

Ao tentar este procedimento, é importante lembrar de verificar o Perus antes de cada sessão de treinamento e monitorar o desempenho do sujeito depois. Declínio significativo nos escores comportamentais pode ser causado por mau funcionamento do equipamento após seu desenvolvimento. Essa técnica deve abrir caminho para pesquisadores no campo da neurociência cognitiva explorarem o controle de cima para baixo do comportamento direcionado a objetivos.