Полностью автоматизированный и очень гибкая система для тестирования нескольких когнитивных функций и запись нейронов деятельности в Грызунов

Общая цель этой процедуры состоит в том, чтобы обучить крысу выполнять последовательность задач, с помощью которых можно исследовать несколько функций мозга. Это достигается путем предварительной акклиматизации крыс к поведенческой камере. Второй шаг заключается в том, чтобы научить крысу нажимать на рычаг для получения пищевых гранул в качестве награды.

Затем крыс обучают раскрывать скрытый рычаг, просовывая голову в отверстие для носа. Последний шаг состоит в том, чтобы научить крыс распознавать сенсорные сигналы, а затем нажимать на правильный рычаг, указанный очередью. В конечном счете, крысы узнают всю последовательность заданий, направленных на получение вознаграждения.

Мы разработали полностью автоматизированную систему для правильного поведенческого тестирования и регистрации нейронной активности. Используя эту систему, можно исследовать множество функций мозга. Уникальное будущее этой системы – изготовленная заказчиком акустически прозрачная камера, которая идеально подходит для обучения слуховым задачам.

Еще одной особенностью данной системы является то, что к ней можно легко добавлять различные оперантные устройства, что делает систему достаточно универсальной, позволяющей реализовывать самые разные слуховые, визуальные и аудиовизуальные поведенческие задачи. Система состоит из трех основных компонентов: звукоизолированной комнаты с двойными стенами, многоканальной электрофизиологической системы записи и полностью автоматизированной системы поведенческого тестирования. Специально разработанная камерная опера находится внутри звуконепроницаемой комнаты.

Камера состоит из трех акустически прозрачных стен и одной модульной панели управления для мониторинга и записи поведения. Видеокамера установлена над оперой в камере. Интерфейсный блок передает сигналы между камерой и компьютером.

Звуковые сигналы генерируются откалиброванным программируемым звуковым генератором и подаются через три динамика, расположенные на панели управления для визуальных сигналов, свет стимулов и два дисплея с тройными стимулами расположены на средней и боковых панелях. В нижней части средней панели установлено устройство для носового тыкания с тремя цветными светодиодными лампочками. Инфракрасный детектор, установленный в устройстве для тыкания носом, записывает, тыкает носом и удерживает.

Период: два съемных выдвижных рычага срабатывания установлены с каждой стороны операции. Награды за панель обеспечиваются двумя дозаторами гранул, которые сбрасывают еду в контейнеры для гранул. Четыре пары инфракрасных лучей размещены на дне камеры, чтобы как указывать положение животного, так и управлять устройствами на основе положения животного.

Наконец, кабели от головного столика подключаются к коммутатору для записи нейронной активности. Протокол эксперимента полностью автоматизирован с помощью программ, созданных в рамках программной платформы Med PC four. Поведенческие данные сохраняются и транслируются в файлы Microsoft Excel, а затем импортируются и анализируются с помощью matlab.

Перед тренировкой ограничьте потребление пищи до тех пор, пока вес животного не достигнет 90% от исходного уровня. Чтобы подготовить камеру к акклиматизации, отведите рычаги назад, заблокируйте отверстие для носа резиновой пробкой и поместите в каждую гранулу около 20 гранул корма. Теперь вместилище поместите наивное животное в камеру для акклиматизации.

Вскоре крыса начнет исследовать чашки с едой и поедать гранулы. Когда обе чашки опустеют, используйте программное обеспечение, чтобы выдать по одной грануле в каждый лоток. При этом крыса научится ассоциировать еду с чашкой.

Заставьте крысу переместиться на обе стороны камеры, случайным образом раздавая гранулы в каждую чашку с едой. На новом сеансе протяните оба рычага в камеру и оставьте чашку пустой. Далее поместите акклиматизированную крысу в камеру.

Когда животное окажется в непосредственной близости от рычага, выдайте гранулу. Также предоставляйте награды, когда крыса проявляет интерес к рычагу, например, принюхивается, трогает или карабкается. Случайное нажатие на рычаг также должно привести к вознаграждению.

Чтобы стимулировать нажатие на рычаг и заставить его исследовать оба рычага, позвольте животному нажать на каждый рычаг последовательно ограниченное количество раз, когда предел будет достигнут, уберите рычаг. Выдвиньте оба рычага, чтобы повторить процедуру. Постепенно уменьшайте предел до тех пор, пока рычаг не будет втягиваться при каждом нажатии.

Для установки рычага обычно достаточно одного-двух сеансов. Push Food reward Association. На новом сеансе уберите рычаги назад.

Снимите резиновую пробку с отверстия для носа и поместите в нос несколько гранул корма. Тыкающее устройство. Снова введите животное в камеру и произвольно выдвиньте один из двух рычагов.

Когда крыса обнюхает носовое отверстие для пищевых гранул, увидев выдвинутый рычаг, крыса подойдет и нажмет на рычаг, чтобы получить пищевую гранулу. После того, как кнопка будет нажата и награда будет выдана, уберите рычаг назад, чтобы побудить крысу исследовать устройство для тыкания носом. Обычно крысе требуется один 30-минутный сеанс, чтобы выучить последовательность задач, нос, тычок, рычаг, толчок наград.

На другом новом занятии поместите животное в камеру, чтобы начать тренировку Q. После того, как животное выполнит упражнение с тычком в нос, воспроизведите отчетливый звуковой сигнал. Выдвиньте правый и левый рычаги.

После каждого предъявления слухового сигнала вознаграждайте крысу только тогда, когда она нажмет на рычаг, на который указывает слуховой сигнал, животное постепенно научится ассоциировать конкретный слуховой сигнал. С одним рычагом. Теперь животное должно быть в состоянии выполнять запланированную полную последовательность тренировок: нюх, тычок, кий, рычаг, толчок, вознаграждение или отсутствие вознаграждения.

Позвольте крысе попрактиковаться в выполнении только что изученной задачи до тех пор, пока не будет достигнут стабильный уровень производительности. Сеанс ограничен 30 минутами. Эта система может быть использована для выполнения задачи по двум альтернативным вариантам различения высоты тона, которая исследует порог частотной дискриминации крысы.

После обучения крыс быстрому нажатию на правильный рычаг, обозначенный звуковым сигналом, получается кривая слухового обучения. Каждая цветная линия представляет собой изменения частоты дискриминации для отдельного животного. Темная линия представляет собой усредненную кривую обучения.

В среднем, требовалось около семи сессий обучения, чтобы достичь 75% попаданий. Критерий. Поведение животных в этой задаче также может быть количественно охарактеризовано несколькими измерениями, включая время реакции относительно начала слуховой очереди, интервал между испытаниями и временную динамику производительности. С помощью этой системы также можно исследовать несколько когнитивных функций мозга.

Верхние подписи описывают каждое действие в последовательности одного испытания. Нижние подписи указывают на когнитивно-поведенческие функции, которые можно изучать в сочетании с электрофизиологией. Также может быть изучена запись нейронной основы когнитивно-поведенческих функций.

На этом графике показан нейрон, записанный в пространстве ядра крысы, выполняющий задачу по различению высоты звука по двум альтернативным выборам. В то время как на этом графике показан нейрон, записанный в вентральной сегментарной области, при попытке этой процедуры важно обратить пристальное внимание на различия между крысами и их поведенческие характеристики, а также когнитивные способности, процедуры и параметры тренировки должны быть индивидуализированы для достижения наилучших результатов обучения. Хотя мы разработали эту систему в основном для системы одитора исследования, она может быть легко адаптирована другими исследованиями для изучения визуальной системы и нескольких когнитивных функций мозга, таких как мотивация, внимание, пациенты и вознаграждения.