Combinado Shuttle-Box Formação com eletrofisiológica Cortex Gravação e Estimulação como Ferramenta para o Estudo de Percepção e Aprendizagem

O objetivo geral do experimento a seguir é avaliar e manipular a ação da massa neural e a neurodinâmica durante o aprendizado. Isso é conseguido primeiro implantando matrizes de vários eletrodos que permitem a estimulação simultânea específica do local e o registro da atividade neuronal no córtex auditivo. Como uma segunda etapa implantada, os animais são treinados em uma caixa de transporte de dois compartimentos em um paradigma go-no-go enquanto registram a atividade neuronal contínua no córtex auditivo e usam microestimulação intracortical para condicionamento.

Em seguida, a análise do comportamento de aprendizagem e dos padrões de atividade espaço-temporal relacionados à aprendizagem é realizada em uma base experimental offline. Os resultados mostram como a microestimulação cortical site-specific pode ser usada para evocar padrões de atividade espaço-temporal que permitem caracterizar estados cognitivos subjetivos internos. Assim, este método estabelece ligações entre os padrões de atividade do circuito cortical e os estados comportamentais observados de aprendizagem e percepção.

As técnicas aqui descritas demonstram que não só é possível relacionar padrões individuais de atividade cortical a estados comportamentais e cognitivos definidos, mas que também é possível evocar por simulação elétrica percepções definidas que podem ser associadas a diferentes comportamentos. A extensão desses achados é para o desenvolvimento de substituição neuroprotética para função sensorial perdida. Este método também pode ser aplicado a outras espécies de roedores, como ratos e camundongos.

Geralmente, os indivíduos novos neste método terão dificuldades porque a experiência e os padrões bem desenvolvidos no manuseio e treinamento de animais são necessários para obter bons resultados desses experimentos de aprendizado. Primeiro, os feixes de eletrodos multicanais estimulatórios são preparados e, em seguida, implantados cirurgicamente no córtex auditivo. De acordo com as instruções na parte escrita do protocolo, o restante do procedimento começa somente depois que os animais estiverem totalmente recuperados da cirurgia.

As matrizes de superfície epidural são feitas de fio de aço inoxidável disposto em uma matriz de três por seis com uma distância entre eletrodos de cerca de 600 mícrons. Conecte o cabeçote stage amplifier no cabo de gravação. Use um arnês de cabos finos e flexíveis enrolados por uma malha de metal para proteger a conexão contra danos causados por mordidas de animais.

Use um pré-amplificador na caixa blindada para aumentar a relação sinal-ruído e a passagem de banda. Filtre o sinal na faixa de frequência desejada para gravações de potencial de campo local. Dados de amostragem em mais de um kilohertz de frequência de amostragem com um filtro de dois a 300 hertz Para registros de potencial de ação, use uma frequência de amostragem de pelo menos 40 kilohertz e um filtro de 300 a 4.000 hertz.

Para iniciar o teste comportamental, use uma caixa de transporte em uma câmara blindada acústica e elétrica. A caixa contém dois compartimentos separados por um obstáculo. Use alturas de obstáculos apropriadas para espécies específicas, pois a altura do obstáculo influencia o viés comportamental da resposta.

Depois de conectar o animal a ser testado ao cabo de registro e estimulação, coloque suavemente o animal na câmara de treinamento e deixe-o se habituar por três minutos antes do início de uma sessão, registre todas as mudanças de compartimento na fase de habituação. Verifique cuidadosamente a qualidade da gravação antes do início do treinamento. Aplique um filtro de transformada de Fourier rápido online ao sinal para determinar a amplitude do ruído de 50 hertz.

Por fim, verifique novamente todas as conexões entre o conector do cabeçote, os adaptadores, o cabeçote stages, o chicote de cabos e os amplificadores. Use um estimulador multicanal para fornecer microestimulação intracortical aos eletrodos de estimulação para estimulação condicionada. Entregue o estímulo condicionado e, em seguida, entregue o estímulo incondicionado do choque do pé através do piso da grade, certifique-se de que a força do choque aplicado seja aversiva, mas não dolorosa.

Como visto aqui. Apresente tentativas em branco sem estímulo incondicional e estímulo de condição intercalado entre as tentativas para corrigir por meio de comportamento sutil. Classifique uma mudança de compartimento após o início dos estímulos condicionados dentro de uma janela de tempo crítica de quatro segundos como uma resposta de acerto.

Se uma reação condicionada não ocorrer em resposta ao estímulo condicionado dentro da janela de tempo crítica, aplique imediatamente um leve choque no pé por seis a 10 segundos. Como o estímulo incondicional classifica isso como uma falha para tentativas negativas de estímulo condicionado, uma mudança de compartimento dentro da janela de tempo crítica é classificada como uma resposta de alarme falso. Aplique o estímulo incondicionado por até 10 segundos imediatamente após essa resposta condicionada inadequada.

Não aplique o estímulo incondicionado de choque no pé após tentativas negativas de estímulo condicionado quando o animal permanecer no compartimento durante a janela de tempo crítica. Classifique isso como rejeição correta após todo o experimento ser controle completo para a posição estável do conjunto de eletrodos de estimulação, fornecendo anestesia cirúrgica e, em seguida, aplicando corrente catártica monopolar fornecida através de todos os canais de estimulação para obter depósitos de ferro no tecido na posição de implantação. Determine cuidadosamente as latências de escape on-line aumentadas na etapa de força de choque do pé se as latências de escape forem superiores a dois segundos.

Após as primeiras 20 tentativas para analisar os dados de treinamento, calcule as taxas de reação condicionada para tentativas positivas de estímulo condicionado e negativas de estímulo condicionado, conforme mostrado na tela, plote as taxas de reação condicionada em função da sessão ou bloco de teste para avaliar o progresso do treinamento e a dinâmica de aprendizagem. Por fim, execute uma análise profunda de primos de acordo com as instruções na parte escrita do protocolo. Um índice de sensibilidade com o primo profundo de mais de um pode ser usado como critério de limiar para respostas de discriminação bem-sucedidas durante estímulos de condição tentativas positivas são plotadas aqui para tentativas individuais Em todas as sessões de treinamento, todas as respostas com latências abaixo de segundos correspondem a respostas de acerto bem-sucedidas.

Os histogramas de latências de resposta são bimodais, correspondendo às respostas HIIT em menos de seis segundos e respostas de escape em seis a oito segundos. Este é um exemplo típico de um potencial evocado eletricamente ou EEP de um único animal em média em testes positivos de estímulo de condição em uma única sessão de treinamento, o EEP é mostrado antes da remoção de artefatos de estímulo de pulso único em preto e após a remoção de artefatos em vermelho. O pico negativo proeminente conhecido como N dois zero pode ser visto com uma latência de 20 milissegundos.

Esta figura mostra uma análise mais aprofundada das distribuições espaciais da amplitude zero N dois em resposta a um estímulo de condição positiva no eletrodo de estimulação rostral no painel superior e a um estímulo de condição negativa no eletrodo de estimulação do cadarço. No painel inferior, isso revela a resolução espacial dos estados evocados em todo o córtex auditivo. Ao tentar este procedimento, é importante lembrar que o aterramento do piso da grade é fundamental para obter um registro eletrofisiológico de alta qualidade, bem como uma entrega adequada de estimulação elétrica após este procedimento.

Outros métodos, como manipulações optogenéticas e farmacológicas, podem ser incluídos no protocolo para investigar tipos específicos de células e sistemas transmissores no circuito cortical durante a percepção e o aprendizado. Essa técnica abre caminho para pesquisadores da área de uma mera descrição correlativa para uma descrição mais causal do papel da dinâmica neuronal nas funções de aprendizagem e memória.