Tarefas cognitivas Visuais automatizadas para gravação Atividade Neural Usando uma projeção Piso Labirinto

O objetivo geral deste protocolo é demonstrar procedimentos otimizados de modelagem e treinamento para tarefas cognitivas visuais totalmente automatizadas e aquisição simultânea de dados neurais em ratos usando um labirinto de projeção no chão. Isso é conseguido integrando sistemas de rastreamento de vídeo e aquisição de dados neurais com um sistema de controle comportamental capaz de fornecer estímulos relevantes para a tarefa e recompensa intracraniana de acordo com o comportamento do animal. Depois que os ratos aprendem a manter uma posição estacionária no centro da arena, aparecem imagens-alvo que requerem uma resposta comportamental relevante de acordo com as regras da tarefa.

Os dados neurais com carimbo de data/hora para análises de perieventos mostram correlações neurais com a posição pronta, o início da apresentação da imagem alvo e outros eventos relevantes da tarefa. O que é raspado sobre essa técnica é que a corrida de projeção no chão tira proveito das evidências comportamentais e anatômicas de que os ratos processam informações visuais em seu hemicampo visual inferior. Além disso, as tarefas projetadas neste aparelho aproveitam a locação natural do rato para explorar o ambiente.

Finalmente, toda uma infinidade de tarefas cognitivas guiadas visualmente pode ser projetada para explorar a função cognitiva Em modelos de roedores, desenvolvemos o labirinto de projeção de piso para melhor validade e relevância translacional para estudos conduzidos em humanos e primatas não humanos. Esta técnica tem uma melhor aplicação para a compreensão de distúrbios humanos de memória e atenção. Porque esses distúrbios envolvem o processamento de informações visuais.

O labirinto de projeção no chão é um campo aberto sem paredes. Uma tela de projeção traseira serve como piso do aparelho. Qualquer forma mazo arena pode ser colocada no chão, ou bordas visuais virtuais podem ser projetadas.

O piso da tela de projeção traseira é construído em três camadas. O tecido de visão dupla é esticado sobre um pedaço retangular grosso de plexiglass. Uma fina camada de plexiglass é colocada sobre o tecido para proteger o material da tela.

O material da tela entre o acrílico espesso por baixo e o plexiglass fino na parte superior fornece a projeção de imagem mais eficaz abaixo e ao lado do labirinto está um projetor de curta distância, que projeta imagens na parte inferior do piso do labirinto. Uma câmera aérea conectada a um computador com o módulo de comportamento básico Cineplex fornece rastreamento de vídeo e análise online de dados posicionais. Para acompanhar a posição do rato, conecte LEDs ao estágio da cabeça do rato ou rastreie o OID do contorno do rato Com o sistema de rastreamento de vídeo, a arena de teste para tarefas comportamentais colocadas no plexiglass deve ser construída com material de tapete.

Ao usar o sistema de aquisição de dados neurais, certifique-se de que o labirinto de projeção do piso e o sistema ICS estejam aterrados no pré-amplificador para minimizar o ruído elétrico. Primeiro habitue o rato à sala comportamental por 10 minutos com o equipamento ligado e, em seguida, devolva o rato à colônia no dia seguinte. Repita isso.

Pise no terceiro dia, conecte o ICS e as amarras do estágio principal ao rato e habitue o rato à arena de teste por 10 minutos. No quarto dia, determine a menor amplitude do ICS para estabelecer uma preferência de local. Usando um protocolo informal de condicionamento de preferência de lugar.

Aumente lentamente as amplitudes do pulso um e do pulso dois até que o rato seja condicionado ao local onde ocorre a recompensa do ICS. Os valores típicos de amplitude estão entre 20 e 80 micro amperes. No quinto dia em diante, entregue uma recompensa ICS para treinar os ratos para a área pronta e para entrar nas áreas de imagem leste e oeste.

Continue o treinamento até que o rato esteja alternando entre as duas áreas da imagem. É fundamental treinar ratos para manter uma posição de prontidão estacionária na área de prontidão. A posição de prontidão controla a direção de onde o rato se aproxima das imagens-alvo e as distâncias a partir das quais o rato visualiza as imagens apresentadas.

Para o estágio intermediário, introduza 50 decibéis de ruído branco para sinalizar o início de um teste. Desligue o ruído branco quando o rato entrar na área de prontidão. Automatize a entrega de uma recompensa ICS ao rato por entrar na área de prontidão e por concluir com sucesso as posições prontas.

Diminua gradualmente as probabilidades de recompensa para entrar na área de prontidão e conclusão bem-sucedida das posições prontas para entre zero e 10%Ao mesmo tempo, diminua a posição de prontidão. Latências em passos de 100 milissegundos para treinar o rato a parar e esperar na posição de prontidão. Nesta fase do treinamento, é importante não recompensar demais os ratos na posição de prontidão, porque o excesso de treinamento resultará em atraso na transição para a modelagem tardia e regras específicas da tarefa.

Se o rato quebrar prematuramente a posição de prontidão, ligue o ruído branco. O rato tem que reiniciar o teste no lado oposto da arena. Passe para a modelagem tardia, quando o rato puder manter a posição de prontidão de forma confiável por até 1200 milissegundos para cada tentativa.

Uma nova duração da posição de prontidão determina quanto tempo o rato deve permanecer imóvel antes que as imagens alvo apareçam. O treinamento durante a modelagem tardia é específico para a tarefa e é automatizado em todos os parâmetros da tarefa. Com a flexibilidade de fornecer manualmente recompensas ICS para o treinamento inicial na tarefa visual por discriminação condicional, treine ratos em uma discriminação simples de forma e luminância.

Comece o teste ligando o ruído branco. Varie a duração necessária para que o rato permaneça na posição de prontidão entre as tentativas. Se um rato não estiver mantendo de forma confiável uma posição de prontidão estacionária, entregue uma recompensa ICS.

Apresente manualmente um par de imagens na área de apresentação da imagem, apresente aleatoriamente a imagem correta no lado esquerdo ou direito da área da imagem. Entregue uma recompensa ICS. Quando o rato se aproxima da imagem correta no primeiro dia de treinamento.

Emita apenas uma explosão de ruído branco de 75 decibéis como um impedimento para um problema de resposta incorreta. Um teste de correção após um teste incorreto. Os testes de correção são realizados no lado oposto da arena.

Use o mesmo lado esquerdo ou direito correto e a latência de posição pronta da avaliação incorreta anterior. Uma vez que o rato executou com sucesso a discriminação de luminância simples, introduza a tarefa de discriminação condicional bicon. Não emita rajadas de ruído para testes incorretos.

Para a tarefa de discriminação bicondicional, a imagem correta é determinada pelo padrão de piso. Por exemplo, a estrela preta está correta quando o piso é listrado e o círculo branco está correto. Quando o piso é cinza, os testes alternam entre os lados leste e oeste com a imagem correta apresentada.

Pseudo aleatoriamente no lado esquerdo ou direito da área da imagem implementam testes de correção após testes incorretos. Para a tarefa de atenção espacial visual Apresente círculos cinzas em locais espaciais definidos. Comece o teste com ruído branco e desligue-o quando o rato entrar na área de prontidão.

Depois que o rato mantiver a posição de prontidão pela duração necessária, ilumine o círculo alvo tornando-o branco. Os locais corretos são atribuídos pseudo aleatoriamente. Depois que o rato tiver completado com sucesso a posição pronta, ilumine um círculo alvo e entregue uma recompensa ICS.

Quando o rato se aproxima do círculo correto em cinco segundos, se o rato se aproxima de um círculo diferente, nenhuma recompensa é entregue. O rato inicia um novo teste no lado oposto da arena. Se o rato não conseguir se aproximar de qualquer círculo em cinco segundos, marque isso como um teste de omissão.

Ilumine todo o chão e não entregue uma recompensa inicialmente. Mantenha o círculo alvo iluminado até que o rato se aproxime dele. À medida que o aprendizado progride, diminua gradualmente a quantidade de tempo que o círculo alvo permanece iluminado.

Quando o rato atingir 80% de precisão, diminua o tempo de iluminação no círculo alvo para um segundo e não faça outras alterações. Quando o rato atingir 80% de acerto na condição de iluminação de um segundo, reduza o tempo de sinalização para 500 milissegundos. A modelagem inicial normalmente requer de 100 a 150 tentativas para que os ratos alternem entre as áreas de imagem leste e oeste da arena.

Durante a modelagem inicial, os ratos normalmente correm pela área de prontidão no centro da arena e passam a maior parte do tempo explorando o perímetro da arena. Para modelagem intermediária, os ratos precisam de 600 a 700 tentativas para manter de forma confiável a posição de prontidão estacionária necessária. Seus caminhos são loops estereotipados da área pronta para a área da imagem.

Com menos tempo gasto explorando o perímetro da arena. Ao final da modelagem intermediária, os ratos mantêm de forma confiável uma posição de prontidão estacionária na área de prontidão. Antes de se aproximar do estímulo visual alvo, o rato inicia o próximo teste no lado oposto da arena.

No final da modelagem tardia, a unidade única e a atividade potencial de campo local foram coletadas pelo sistema de aquisição de dados neurais. No córtex postal de ratos que executam a tarefa VBCD, as células aumentaram sua taxa de disparo no início da apresentação do alvo e diminuíram no início da apresentação do padrão de piso. No córtex parietal posterior de ratos que realizaram a tarefa VSA, as células aumentaram sua taxa de disparo em resposta à iluminação do círculo.

E quando o rato se aproximou do círculo alvo na tarefa VSA, enquanto os ratos estavam na posição de prontidão antes da atividade potencial do campo local de iluminação do círculo no córtex parietal posterior. Durante o desempenho na tarefa VSA mostrou forte potência na faixa em cerca de oito hertz. Seguindo esses protocolos de modelagem e treinamento, pode-se projetar uma infinidade de tarefas para explorar a função cognitiva e o processamento visual em modelos de roedores.

Essa técnica fornece um paradigma comportamental sofisticado para pesquisadores no campo da memória e atenção de aprendizagem que fornecem melhor relevância translacional das descobertas em modelos de roedores para humanos.