Registro do potencial de ação simples Neurônios 'de livremente mover Pombos em três estágios da aprendizagem

O objetivo geral do experimento a seguir é caracterizar os padrões de resposta de neurônios individuais. Enquanto o sujeito experimental realiza uma tarefa de discriminação visual envolvendo aquisição, extinção e reaquisição de respostas condicionadas. Primeiro, um sujeito experiente é treinado para emitir uma de duas possíveis respostas escolhidas após a apresentação de um entre dois estímulos visuais diferentes.

Após o animal realizar de forma confiável uma discriminação respondendo aleatoriamente a um dos dois estímulos, essa resposta não é mais seguida por reforço. Uma vez que a resposta condicionada a esse estímulo tiver deteriorado, as respostas são novamente reforçadas continuamente, levando a uma rápida reaquisição da resposta. Os resultados mostram que os padrões de resposta de neurônios individuais mudam gradualmente enquanto o animal está envolvido na tarefa de aprendizagem.

A principal vantagem desta técnica em relação aos métodos existentes é que diferentes estágios de aprendizagem são implementados em uma única sessão dentro de algumas horas. Isso permite acompanhar os potenciais de ação de neurônios individuais ao longo do processo de aprendizagem. Este método pode fornecer insights sobre os mecanismos subjacentes ao comportamento operante adaptativo no nível celular individual.

Para iniciar a modelagem automática, coloque uma pomba em uma câmara de teste que tenha sido montada conforme descrito no protocolo textual complementar. Em seguida, apresente um estímulo visual de inicialização de cinco segundos na tecla central. Imediatamente após o término do estímulo de inicialização ou após um único bicote na tecla de resposta, o que ocorrer primeiro, desligue a iluminação da tecla e apresente a recompensa alimentar ativando o comedouro por dois segundos.

Mantenha o intervalo entre ensaios mais longo que a apresentação do estímulo. Tempo para facilitar a aprendizagem. O estímulo de inicialização será reutilizado como a confirmação de inicialização e tecla de escolha na tarefa final.

Quando o animal responder em pelo menos 85% das tentativas, reduza o intervalo entre tentativas progressivamente até 10 segundos e o tempo de apresentação até dois segundos. Aumente o número de respostas necessárias para reforço para três. Aumente o número total de tentativas por dia, de modo que o animal seja treinado por aproximadamente uma hora.

Repita essas etapas de treinamento para as teclas de resposta esquerda e direita até que a resposta seja obtida de forma confiável ao estímulo de inicialização para todas as teclas. Alterne aleatoriamente os ensaios para as teclas esquerda, direita e central; agora, apresente primeiro o estímulo de inicialização no centro e, ao obter uma resposta, apresente o estímulo de inicialização em uma das teclas laterais. Não reforce a resposta da tecla central.

Alterne aleatoriamente, de tentativa para tentativa, qual lado dos teclados é reforçado. Se não houver resposta ao teclado central após cinco segundos, encerre a tentativa. Esta fase de treinamento dura cerca de três dias após a inicialização do IST.

Apresente dois novos estímulos, que posteriormente servirão como estímulos familiares na tarefa final, e repita os passos de condicionamento automático com esses estímulos para obter uma resposta aos estímulos familiares. O treinamento com os novos estímulos geralmente produz respostas corretas em até quatro dias. Ilumine apenas a tecla de escolha, que é a correta para o estímulo familiar fornecido.

Esta fase do treinamento deve durar cerca de uma semana, uma vez que o sujeito realize desempenho confiável com pelo menos 85% das respostas à tecla lateral correta. Introduza ensaios com escolha livre em que ambas as teclas laterais são iluminadas durante a fase de escolha. A resposta à tecla lateral correta é reforçada com alimento no eixo por dois segundos.

Respostas incorretas são seguidas pela luz da casa se apagando por dois segundos. Se nenhuma resposta for fornecida dentro de três segundos, configure o programa para encerrar o ensaio e reiniciar o intervalo entre ensaios. Esta fase do treinamento deve durar cerca de duas semanas.

Aumente gradualmente a fração de ensaios com escolha livre de 20% para 100% ao longo do treinamento. Se o sujeito apresentar desempenho superior a 90% de acertos nos ensaios com escolha livre, reduza a probabilidade de recompensa para respostas corretas para 0,5, ao mesmo tempo que aumenta o número de ensaios por sessão para 1000. Não altere os parâmetros diariamente, mas escolha-os de forma flexível.

Dependendo do nível de desempenho do indivíduo. Esta fase de treinamento dura cerca de quatro semanas. As pombas são inerentemente neofóbicas e tenderão a evitar bicar estímulos desconhecidos.

Portanto, repita a autoformação para uma ampla variedade de estímulos visuais diversos. Após a conclusão do treinamento, pode-se realizar a tarefa final de escolha forçada de intervalo único com estímulos novos sob diferentes condições de reforço. Durante a fase de aquecimento, permita que o sujeito realize 50 tentativas com os estímulos familiares.

Defina a probabilidade de recompensa para esses estímulos como menor que um em todas as fases, para evitar a perda de motivação para responder durante a fase de aquisição. Alterne aleatoriamente os ensaios com a apresentação dos estímulos familiares e novos, atribuindo teclas de resposta diferentes como corretas para os dois estímulos novos e reforçando cada resposta correta. Calcule a porcentagem de respostas corretas como uma média móvel dos últimos 120 ensaios.

A aquisição está completa quando o desempenho para cada estímulo novo excede 85% após pelo menos 150 tentativas terem sido realizadas durante a fase de extinção. Pare de reforçar respostas corretas e punir respostas incorretas a um estímulo novo aleatório. Inicie a fase de requisição quando estiver correto.

Respostas ao estímulo de extinção caem abaixo de 60% e o animal completou pelo menos 150 tentativas no total nesta fase. Durante a fase de reaquisição, reforce as respostas corretas e puna as respostas incorretas ao estímulo de extinção, como foi feito durante a fase de aquisição. Encerre a sessão quando o desempenho para este estímulo exceder 85% e o animal tiver realizado pelo menos 150 tentativas nesta fase.

Implante os eletrodos. Após os animais completarem várias vezes todo o processo de aquisição, extinção e reaquisição, utilize um novo par de estímulos novos para cada sessão e avance os eletrodos pelo menos 125 micrômetros ou metade de uma volta do parafuso do drive antes de iniciar. Caso não sejam observados potenciais de ação com relação sinal-ruído suficiente, aborte a sessão e coloque o animal na página inicial antes de tentar novamente no dia seguinte.

Utilizando o software de análise offline Ban, aplique um filtro passa-faixa a todos os canais de 500 a 5.000 hertz com atenuação acentuada, extraia os potenciais de ação com limiares de amplitude e classifique-os manualmente utilizando análise de componentes principais. Um código MATLAB personalizado para classificação dos resultados está disponível no repositório de arquivos do MATLAB Central. Uma unidade isolada bem definida deve formar um agrupamento claramente distinto.

No espaço do componente principal, não há sinal de múltiplas unidades quando todos os comprimentos de onda registrados são sobrepostos e representados como um mapa de calor. Apresentam amplitudes de forma de onda de pico simetricamente distribuídas e gravação estável ao longo da sessão, conforme demonstrado pela invariabilidade da amplitude de pico, sem ou com muito poucos eventos de disparo que ocorrem durante o período refratário do disparo anterior. E uma relação sinal-ruído de pelo menos dois.

Inspecione os canais brutos fora de linha quanto a artefatos relacionados ao movimento e descarte quaisquer canais, se necessário. Teste a ocorrência de possíveis artefatos elétricos durante o bicar da tecla. Ao examinar o histograma de tempo das contagens de disparos em relação a cada bicada de tecla registrada.

Artifatos induzidos por bicadas aparecerão como um pico no histograma dentro de 50 milissegundos de tempo, zero como um gráfico extra de verificação. As formas de onda de todos os eventos de disparo registrados dentro de 20 milissegundos de uma tecla são separadas e comparadas às formas de onda de disparos detectadas fora dessa janela. Esses dados comportamentais de um animal realizando a tarefa de escolha forçada de intervalo único mostram 100% de escolhas corretas desde o início do treinamento para o estímulo novo um e atingindo desempenho critério para o estímulo novo dois dentro de 180 tentativas nesta sessão; o estímulo novo dois foi escolhido aleatoriamente para passar por extinção, o que significa que todas as escolhas subsequentes a esse estímulo não são mais recompensadas nem punidas durante a extinção.

O desempenho diminui para o estímulo de extinção, mas permanece alto para o outro estímulo novo. O nível de critério para extinção é alcançado na tentativa 370, quando respostas corretas e incorretas são novamente reforçadas e punidas durante a requisição. O critério de desempenho de 85% é alcançado na Tentativa 402.

O padrão de resposta de uma unidade no bulbo olfatório registrado lateralmente enquanto um animal estava realizando esta tarefa mostra modulação da resposta durante a apresentação de um estímulo novo. Na fase de aquisição, as unidades respondem fortemente ao estímulo novo. Dois.

No início da aprendizagem, há pouca alteração na atividade de disparo durante as fases de extinção e reaquisição. Também há pouca resposta a estímulos novos. Apenas um durante a sessão.

Outra unidade responde durante movimentos para a direita, mas não para a esquerda, sugerindo um codificação sensoriomotora. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como treinar animais passo a passo para realizar a tarefa final de escolha forçada de um único intervalo com contingências dinâmicas de reforço. Esta técnica abrirá caminho para pesquisadores na área de aprendizado e memória explorarem a reorganização de redes neurais durante diferentes tipos de aprendizagem no nível de célula única.