В сочетании Трансфер-Box Обучение с электрофизиологических Cortex записи и стимуляции как инструмент для изучения восприятия и обучения

Общая цель следующего эксперимента состоит в том, чтобы оценить и манипулировать нейронным массовым действием и нейродинамикой во время обучения. Это достигается за счет первой имплантации многоэлектродных матриц, которые позволяют одновременно стимулировать и регистрировать активность нейронов в слуховой коре. В качестве второго этапа имплантации животные обучаются в двухкамерном челночном боксе по принципу «не годись», записывая при этом текущую активность нейронов в слуховой коре и используя внутрикортикальную микростимуляцию для обусловливания.

Затем анализ поведения при обучении и связанных с обучением пространственно-временных паттернов активности выполняется на пробной основе в автономном режиме. Результаты показывают, как сайт-специфичная корковая микростимуляция может быть использована для вызова пространственно-временных паттернов активности, которые позволяют охарактеризовать внутренние субъективные когнитивные состояния. Таким образом, этот метод устанавливает связи между паттернами активности корковых контуров и наблюдаемыми поведенческими состояниями обучения и восприятия.

Описанные здесь методы демонстрируют, что можно не только связать отдельные паттерны активности коры головного мозга с определенными поведенческими и когнитивными состояниями, но также можно вызвать с помощью электрического моделирования определенные восприятия, которые могут быть связаны с различным поведением. Расширение этих результатов направлено на разработку нейропротезного замещения утраченной сенсорной функции. Этот метод также может быть применен к другим видам грызунов, таким как крысы и мыши.

Как правило, люди, плохо знакомые с этим методом, будут испытывать трудности, потому что для получения хороших результатов от этих экспериментов по обучению требуется опыт и хорошо развитые стандарты в обращении с животными и их дрессировке. Сначала подготавливаются стимулирующие многоканальные электродные решетки, а затем хирургическим путем имплантируются в слуховую кору. Согласно инструкциям в письменной части протокола, остальная часть процедуры начинается только после того, как животные полностью восстановятся после операции.

Эпидуральные поверхностные массивы изготавливаются из проволоки из нержавеющей стали, расположенной в матрице три на шесть с межэлектродным расстоянием около 600 микрон. Подключите усилитель головной сцены к записывающему кабелю. Используйте жгут из тонких гибких кабелей, обернутых металлической сеткой, чтобы защитить соединение от повреждения укусами животных.

Используйте предварительный усилитель в экранированной коробке для увеличения отношения сигнал/шум и полосы пропускания. Отфильтруйте сигнал в нужном диапазоне частот для записи локального потенциала поля. Дискретизация данных с частотой дискретизации более одного килогерца с фильтром от 2 до 300 герц Для регистрации потенциалов действия используйте частоту дискретизации не менее 40 килогерц и фильтр от 300 до 4 000 герц.

Чтобы начать поведенческий тест, используйте челночный ящик в акустически и электрически экранированной камере. Коробка содержит два отделения, разделенных препятствием. Используйте высоту барьера, подходящую для конкретного вида, так как высота барьера влияет на поведенческую предвзятость реакции.

После подключения тестируемого животного к регистрирующему и стимулирующему кабелю аккуратно поместите животное в тренировочную камеру и дайте ему привыкнуть в течение трех минут до начала сеанса, запишите все изменения отсека в фазе привыкания. Внимательно проверьте качество записи перед началом тренировки. Примените к сигналу фильтр быстрого преобразования Фурье, чтобы определить амплитуду шума 50 Гц.

Наконец, еще раз проверьте все соединения между разъемом головки, адаптерами, ступенями головки, жгутом проводов и усилителями. Используйте многоканальный стимулятор для подачи внутрикортикальной микростимуляции на электроды стимуляции для условной стимуляции. Подайте условный стимул, а затем проведите шоковый стимул ноги через решетчатый пол, убедитесь, что сила наносимого удара вызывает отвращение, но не вызывает боли.

Как видно здесь. Представляйте пустые попытки без безусловного стимула и стимула состояния, перемежающихся между попытками, чтобы скорректировать с помощью тонкого поведения. Классифицируйте изменение отсека после появления условных стимулов в пределах критического временного окна в четыре секунды как реакцию на попадание.

Если условная реакция не возникает в ответ на условный стимул в течение критического временного окна, немедленно нанесите легкий удар ногой в течение 6-10 секунд. Поскольку необусловленный стимул классифицирует это как промах для испытаний с отрицательным результатом условного стимула, изменение отсека в пределах критического временного окна классифицируется как ложная реакция тревоги. Применяйте безусловный стимул в течение 10 секунд сразу после этой неадекватной условной реакции.

Не применяйте шоковый шок ногой в качестве безусловного раздражителя после условных отрицательных испытаний, когда животное остается в отсеке в течение критического временного окна. Классифицируем это как правильное отторжение после всего эксперимента – это полный контроль за стабильным положением электродной решетки стимуляции, обеспечение хирургической анестезии и последующее применение монополярного катарсического тока, подаваемого через все каналы стимуляции, для получения отложений железа в тканях в месте имплантации. Тщательно определите задержки побега онлайн увеличенной силы удара ноги, шаг, если задержка побега превышает две секунды.

После первых 20 попыток анализа обучающих данных рассчитайте условные скорости реакции для условных стимулов положительных и условных стимулов отрицательных, как показано на экране Условные скорости реакций в зависимости от сеанса или пробного блока для оценки прогресса обучения и динамики обучения. Наконец, проведите глубокий прайм-анализ в соответствии с инструкциями в письменной части протокола. Индекс чувствительности с глубоким простым числом более единицы может быть использован в качестве порогового критерия для успешного различения Задержки реакции во время испытаний с положительными стимулами состояния построены здесь для отдельных испытаний На всех тренировочных сессиях все ответы с латентностью менее секунды соответствуют успешным реакциям на попадание.

Гистограммы задержек отклика являются бимодальными, что соответствует ответам HIIT менее чем за шесть секунд и к экранирующим реакциям через шесть-восемь секунд. Это типичный пример электрически вызванного потенциала или ЭЭП от одного животного, усредненного по положительным пробам стимула состояния за один сеанс тренировки, ЭЭП показана черным цветом до удаления артефактов одного импульсного стимула, а после удаления артефактов — красным. Ранний заметный отрицательный пик, известный как N два нуля, можно увидеть с задержкой в 20 миллисекунд.

На этом рисунке показан дальнейший анализ пространственных распределений амплитуды N с двумя нулями в ответ на положительный стимул на электроде ростральной стимуляции на верхней панели и на стимул отрицательного условия на электроде стимуляции няни. На нижней панели это показывает пространственное разрешение вызванных состояний по всей слуховой коре. При проведении этой процедуры важно помнить, что заземление сетчатого пола имеет решающее значение для получения высококачественной электрофизиологической записи, а также для правильной доставки электрической стимуляции после этой процедуры.

Другие методы, такие как оптогенетические и фармакологические манипуляции, могут быть включены в протокол для исследования конкретных типов клеток и трансмиттерных систем в корковой схеме во время восприятия и обучения. Этот метод прокладывает путь для исследователей в этой области от простого коррелятивного к более причинно-следственному описанию роли нейронной динамики в обучении и функциях памяти.