نظام آلي بالكامل وذات استخدامات متعددة لاختبار متعدد الوظائف المعرفية وتسجيل أنشطة الخلايا العصبية في القوارض

Summary

في هذا التقرير، نقدم نظام آلي بالكامل وتنوعا للغاية قادرة على اختبار واحد متعدد السلوكيات المعرفية وتسجيل أنشطة الخلايا العصبية للقوارض.

Abstract

قمنا بتطوير نظام آلي بالكامل للاختبار سلوك استثابي والعصبية تسجيل النشاط التي يمكن من خلالها تحقيق العديد من وظائف المخ المعرفية في تسلسل مهمة واحدة. الميزة الفريدة لهذا النظام هو حسب الطلب، غرفة شفافة سمعيا يقضي على الكثير من القضايا المرتبطة سيطرة جديلة السمعية في غرف معظم المتاحة تجاريا. السهولة التي يمكن أن تضاف أجهزة استثابي أو استبدالها يجعل هذا النظام تنوعا تماما، مما يتيح لتنفيذ مجموعة متنوعة من السمعي، البصري، والمهام السلوكية حاسة الشم. أتمتة نظام يسمح غرامة الزمنية (10 مللي) مراقبة دقيقة وختم الوقت من كل حدث في تسلسل السلوكية المصممة مسبقا. عند دمجها مع نظام متعدد القنوات تسجيل الكهربية، عدة وظائف المخ المعرفية، مثل الدافع، والانتباه، وصنع القرار، والصبر، والمكافآت، ويمكن النظر بشكل تسلسلي أو بشكل مستقل.

Protocol

نظام لمحة عامة

النظام يتألف من ثلاثة عناصر رئيسية هي: (1) دليل قوي مزدوج الجدران غرفة (شركة الصوتي الصناعية، برونكس، نيويورك)، (2) من مضاعفات نظام تسجيل قناة الكهربية (Neuralynx، بوزمان، طن متري)، و (3) ، مخصصة مؤتمتة بالكامل اختبار النظام السلوكي من شركة ميد المنتسبين (سانت ألبانز، VT).

كما هو مبين في الشكل 1A، وتقع غرفة استثابي داخل غرفة الصوت واقية. هي التي شنت والعاكس (النموذجي SL-36، اليعسوب البحث والتطوير وشركة،، Ridgeley، فيرجينيا الغربية) لربط الكابلات من headstage لنظام تسجيل الكهربية (Figure1A-A)، وكاميرا فيديو لرصد وتسجيل سلوك الحيوان أعلاه غرفة استثابي (Figure1A-B).

مصمم خصيصا غرفة استثابي

ومصمم خصيصا، operan شفافة سمعياتي غرفة (Figure1A-D) ويتكون من ثلاثة جدران شفافة سمعيا واحد وحدات، عملية لوحة (الشكل 1B). ثلاثة مكبرات صوت (مكبر الصوت قفص، ENV_224BM، ميد شركاه) التي شنت على الجزء العلوي من وسطه، وتستخدم الألواح الجانبية اثنين للمنبهات السمعية التي ينبعث منها. تتولد إشارات السمعية من معايرة، مولد الصوت للبرمجة (ANL-926). ضوء التحفيز (ENV_221M) واثنين من الثلاثي التحفيز شاشات LED (ENV_222M) وتقع على لوحات الوسطى والجانبية، على التوالي. ويمكن استخدام هذه الأضواء حافزا لاجراء اختبارات متعددة الحواس السمعية والبصرية في السلوك. تم تركيب جهاز يتدخل مع أضواء ملونة 3 الصمام (ENV_114M) في الجزء السفلي من لوحة الأوسط. ويستخدم للكشف عن الأشعة تحت الحمراء المثبتة داخل الأنف وحدة كزة للإشارة إلى الأنف بدس وعقد فترة. ويمكن استخدام مصابيح الصمام داخل الأنف وحدة كزة للتدريب الأنف الانتظار داخل الحفرة. هي التي شنت استجابة المنقولة رافعة (ENV_112CM) على كل جانب من لوحة استثابي. وmobilitواي من هذه العتلات يسمح تحكم مرنة وجود العتلات، والتي يمكن استخدامها بشكل فعال لكلا تدريب المهمة الأولية ودراسة وظائف عدة معرفية هامة من الدماغ (انظر أدناه). وضعت أربعة أزواج من مصادر شعاع الأشعة تحت الحمراء وأجهزة الكشف عن (EVN_253SD) التي تسيطر عليها وحدة تحكم 4 IR قناة (ENV_253) في الجزء السفلي من الغرفة على حد سواء تشير إلى مواقف الحيوانية والسيطرة على الأجهزة الأخرى على أساس موقف حيوان (الشكل 1A- ه). اثنين من موزعات بيليه مع كل المدمج في حراسة الأشعة تحت الحمراء (ENV_203M-45IR) تستخدم لصرف المكافآت في أوعية بيليه (الشكل 1A-C) يتم استخدام الأشعة تحت الحمراء لرصد خفير فشل موزع بيليه وتوفير إشارات التحذير.

نظام التكوين

ويتضح من نظرة عامة على نظام الاتصالات والمكونات في الشكل 2. وظيفيا، وهناك نوعان مواز، التفاعليةالنظم الفرعية: واحد للتدريب السلوك والآخر لتسجيل الكهربية. تتم مزامنة اثنين من النظم الفرعية من خلال منصة MED-PC برامج الرابع (SOF-735). الكمبيوتر يرسل الأوامر إلى الأجهزة السلوكية والبقول TTL إلى نظام تسجيل العصبية (التدفقات أشار إشارة من السهام الحمراء في الشكل 2)، ويستقبل الإشارات التي تولدها ردود الحيوان والأنشطة العصبية (التدفقات أشار إشارة بواسطة الأسهم الأخضر والأزرق، على التوالي، في الشكل 2). هذه بالتوازي مع ذلك، نظم التفاعلية تمكين تسجيلات للبيانات السلوكية / العصبية المتزامنة والسماح التلاعب في سلوك الحيوان على أساس النشاط العصبي، أو العكس بالعكس.

تدريب سلوك النظام الفرعي لوحة اتصال SmartCtrl (SG-716B) بمثابة لوحة الاتصال في اتجاهين: أي إرسال إشارات التحكم (السهم الأحمر في الشكل 2) من جهاز الكمبيوتر إلى الأجهزة السلوكية (المدرجة في مربع أحمر)، وTRإشارات استجابة ansmit الحيوان (السهم الأخضر في الشكل 2) مرة أخرى إلى الكمبيوتر. كما يتم توجيه مخرجات وحدة تحكم 4 IR قناة (ENV_253) في لوحة الاتصال. بطاقة واجهة (SmartCtrl بطاقة واجهة، وحفر-716B)، وبطاقة فك شفرة (DIG-700F) توصيل إشارات من لوحة الصدد إلى بطاقة PCI (DIG-704PCI) المثبتة في الكمبيوتر. يتم إنشاء الإشارات السمعية من قبل مولد المحفز (ANL-926)، الذي يسيطر أيضا بواسطة برنامج الرابع MED-PC من خلال بطاقة فك شفرة (DIG-700F). كما هو موضح في الشكل رقم 2، واستضافت كل من بطاقات واجهة سطح طاولة مجلس الوزراء في واجهة (SG-6080D). هذه الحكومة أيضا لوازم القوى لجميع الأجهزة سلوك.

وترسل على الفور إشارات الكهربية تسجيل استجابة النظام الفرعي الحيوانات "التي وردت إلى جهاز الكمبيوتر إلى نظام تسجيل العصبية عن طريق بطاقة TTL SuperPort (DIG-726)، وصندوق الفهد واجهة رقمية (Neuralynx، بوزمان، طن متري) (الشكل 2). هذه الأحداث السلوك وقتا ختم وسجلت في وقت واحد مع الأنشطة العصبية. الكشف عن طفرات العصبي ويمكن استخدام الانترنت من نظام تسجيل Neuralynx كإشارات مساهمة في مراقبة سلوك النظام الفرعي لمعالجة أو التدخل سلوك الحيوان. على العكس من ذلك، يمكن استخدام إشارات استجابة الحيوان كما يطلق على التلاعب أو التدخل أنشطة الخلايا العصبية عند دمجها مع تقنيات التحفيز الكهربائي أو optogenetic. وهذه الأساليب أن تكون ذات قيمة لتوضيح الخسائر بين أنشطة الخلايا العصبية والسلوكيات.

مكتوبة البرمجة ومعالجة البيانات وبرامج المكافحة السلوكية مع ترانس الرابع البرمجيات (توماس أ. تاثام والمنتسبين MED) وتجميعها مع مترجم باسكال. ويتحقق أتمتة كل خطوة التدريب عن طريق تحميل البرنامج الرابع ترانس في البرنامج الرابع MED-PC. ويمكن أيضا أن تعدل تدريب المعلمات على الانترنت عن طريق ث المدربينhile وMED-PC رابعا برامج قيد التشغيل. رابعا رموز ترانس يجب أن تكون محددة لإعداد النظام على حد سواء، ومهمة السلوكية. و، وبرامج التدريب القياسية ومع ذلك، يمكن متاحة بحرية من المنتسبين MED ويمكن تعديلها لتلبية حاجات الفرد في مختبر محدد. برامج التدريب المستخدمة في الاجهزة لدينا هي أيضا متاحة مجانا عند الطلب.

يتم حفظ البيانات السلوكية تلقائيا بواسطة برامج الرابع MED-PC. ويمكن ترجمة البيانات المحفوظة في ملفات Microsoft Excel عن طريق استخدام MED-PC لبرنامج اكسل (MPC2XL، توماس تاثام ألف والمنتسبين MED). ويمكن بعد ذلك اكسل الملفات المترجمة يتم استيرادها وتحليلها في بيئة MATLAB (برنامج Mathworks، ناتيك، ماجستير). ويمكن أيضا أن البيانات العصبية جنبا إلى جنب مع الطوابع الزمنية الحدث السلوكية سجلت مع البرنامج الفهد (الفهد 5، Neuralynx، بوزمان، طن متري) يمكن استيرادها إلى MATLAB لتحليلها.

تدريب

لتوضيح عملية من هذا النظام، ونحن هنا لوصفثنائية البديل التمييز الملعب مهمة الاختيار، وتهدف إلى دراسة عتبة التمييز تردد من الفئران. ويبين الشكل التخطيطي للمهمة في الشكل 3.

1. قبل التدريب

1. تبدأ الذكور البالغين من السذاجة، سبراغ داولي، والفئران، سن ~ 60 يوما.
2. قبل التدريب، والإقلال من تناول الطعام حتى وزن هذا الحيوان هو ~ 90٪ من خط الأساس إعلان الوزن libidum.

2. قفص التأقلم

1. لإعداد غرفة للتأقلم، سحب العتلات ومنع ثقب يتدخل مع سدادة مطاطية (مصنوعة من المكبس من حقنة سم مكعب 60) لمنع الحيوانات من تفعيل جهاز الأنف كزة.
2. مكان ~ 20 الكريات الغذائية بشكل كامل (45 ملغ، المنتج # F0021، BioServ، Frenchtown، ونيو جيرسي) في كل وعاء بيليه (الغذاء كوب).
3. وضع الحيوان السذاجة في غرفة للتأقلم. وسوف تبدأ قريبا في الفئران لاستكشاف أكواب طعام وأكل الكريات.
4. إجبار الفئران على التحرك لكلا الجانبين للغرفة من قبل الاستغناء عن الكريات بشكل عشوائي في كل كوب الغذاء. دورة واحدة لمدة 30 دقيقة وعادة ما يكفي لتأسيس جمعية الغذاء كوب. في جلسة واحدة لمدة 30 دقيقة، وفأر يحصل عادة 200-300 الكريات، والتي هي كافية للحفاظ على وزن الجسم في مستوى ثابت من 90٪ ~ من خط الأساس.

3. رافعة دفعة التدريب

1. في جلسة عمل جديدة، وتوسيع نطاق كل من العتلات الى داخل القاعة وترك كأس الطعام الفارغة.
2. المقبل، وضع فأر في غرفة الاقلمة. عندما يدخل الحيوان بالقرب من وسيلة للضغط، الاستغناء عن بيليه يدويا من خلال البرنامج الرابع المتوسط ​​Med-PC. كما تقدم المكافآت عند الفئران تبدي اهتماما في ذراع، مثل شم، لمس، أو تسلق الجبال. وينبغي أن دفعة رافعة عرضي يؤدي أيضا مكافأة automatically من قبل البرنامج.
3. لتشجيع رافعة دفع وإجبار استكشاف كل من العتلات، والسماح للحيوان لدفع كل رافعة على التوالي في عدد محدود من المرات. عند الوصول إلى الحد الأقصى، سحب ذراع. عندما تكون كل العتلات وقد تراجع، مدها إلى تكرار الإجراء.
4. تخفيض الحد تدريجيا حتى يسحب رافعة في كل مرة يتم دفعها. واحد الى اثنين من 30 دقيقة وعادة ما تكون جلسات كافية لإنشاء دفعة رافعة - الغذاء جمعية مكافأة.

4. الأنف كزة التدريب

1. في جلسة عمل جديدة، سحب العتلات، وإزالة سدادة مطاطية من يتدخل. وضع عدة كرات داخل يتدخل لتشجيع الاهتمام الفئران في استكشاف جهاز الأنف كزة.
2. إعادة الحيوان إلى غرفة. تمديد واحدة من الروافع 2 عشوائيا عند الفئران الشمة ثقب الأنف لكزة الغذاء الكريات.
3. رؤية ذراع طويلة، وسوف نقترب من الفئران، ودفع رافعة للحصول على الغذاء PELاسمحوا. بعد الضغط على رافعة والاستغناء عن المكافأة، سحب رافعة لتشجيع الفئران لاستكشاف جهاز كزة الأنف. وعادة ما يستغرق حوالي 20 إلى 30 دقيقة لمعرفة تسلسل مهمة: الأنف كزة تمديد ليفر ليفر → → → دفع المكافآت.

5. جديلة التدريب

1. في جلسة عمل جديدة، ولعب الاشارات السمعية بعد حدث الأنف كزة مع مهلة قصيرة (100-250 مللي ثانية). تمديد كل من اليسار واليمين العتلات قريبا (100 مللي ثانية) بعد كل عرض سمعي جديلة.
2. مكافأة الفئران فقط عندما يدفع رافعة الذي دل عليه جديلة السمعي. وسوف تعلم الحيوان تدريجيا لربط جديلة السمعية المحددة مع واحدة رافعة. هذا الحيوان ثم حرر لبدء محاكمة جديدة مع تسلسل: الأنف كزة → جديلة → → ليفر دفع مكافأة / لا مكافأة (الشكل 3). بسبب ارتفاع معدل كاذبة في دورات التعلم الأولي، للحصول على تكميليوينبغي إيلاء التطوير التنظيمي للحفاظ على وزن الجسم بعد كل دورة تدريبية.
3. في الجلسات القليلة المقبلة لمدة 30 دقيقة، والسماح للممارسة الفئران المهمة المستفادة حديثا حتى يتم التوصل إلى مستوى أداء ثابت (انظر الشكل 3A لمنحنى التعلم بشكل نموذجي). بمجرد يتقن هذه المهمة، ويمكن الحصول على الفئران حوالي 200-300 الكريات في كل جلسة 30 دقيقة، وهي كافية للحفاظ على وزن جسمه.

6. ممثل النتائج

بعد بروتوكول أعلاه، ونحن الفئران المدربة على الاعتراف 2 أنماط مختلفة من نبض نغمة نقية تدرب تتكون من 6 نقاط لهجة مع تردد إما نفسه (F، F، F، F، F، F) أو ترددات مختلفة (F، F-ΔF ، F، F-ΔF، F، F-ΔF) ^1-5. كل نقطة لهجة هو 200 مللي في مدة والفاصل الزمني نقطة لهجة هو 400 مللي. في هذه الدراسة، كان من المقرر أن تكون F 10 كيلوهرتز و ΔF تراوحت 1-50٪ من F (الشكل 3، أعلى). عادة، كان من المقرر ΔFفي قيمة كبيرة نسبيا من خلال دورات تدريبية: 5 كيلو هرتز، كيلوهرتز 4، 3 كيلو هرتز، كيلوهرتز 2، وكيلوهرتز 1، لتسهيل التدريب. وقدم كل نبضة لهجة نقية قطار مع قيمة ΔF مختلفة بشكل عشوائي في دورة معينة.

ويتضح من اختيار الملعب البديل ثنائي المهمة التمييز في الشكل 3. وجرى تدريب الفئران لكزة أنوفهم في حفرة الأنف (1B الشكل والشكل (3)، أسفل) لبدء المحاكمة. كزة الأنف يؤدي بث الاشارات السمعية. بناء على اعتراف من العظة والجرذان تحتاج إلى تشغيل إلى الجانب الصحيح من الغرفة، نقترب من رافعة، انتظر رافعة لتمتد إلى غرفة، ومن ثم دفع رافعة ضمن إطار زمني معين (رافعة وقت نشط، 1-2 ثانية) للحصول على مكافأة (الشكل 3). تم احتساب معدل إصابة لكل قيمة ΔF حيث بلغ عدد المحاكمات ضربة مقسوما على عدد من التجارب الإجمالي لكل فرد قيمة ΔF. والمعيار من 75٪تم استخدام معدل تضررا تشير إلى أن الفئران قد تعلم هذه المهمة. ويرد منحنى التعلم نموذجي لأحد الفئران في الشكل 4A. كل سطر ملون يصور التعلم والتقدم في كل قطار مع نبض ΔF مختلفة (ΔF0 يمثل قطار نبض دائم). في المتوسط، واستغرق الأمر نحو سبعة دورات تدريبية (بدءا من الدورة الأولى من عرض جديلة السمعية والتدريب الخطوة جديلة 5) للوصول الى نسبة بلغت 75٪ معيار.

ويتيح هذا النظام أيضا توصيف الكمي للسلوك الحيوان في تنفيذ المهمة التي صممها المجربون. وتظهر ثلاثة القياسات التي يتم استخدامها على نطاق واسع في الدراسات السلوكية الحيوانية في الشكل 4 ب - ي تم قياس وقت رد الفعل، مما يعكس بشكل رئيسي الانتباه حيوان لهذه المهمة، كما انقضاء الفترة الممتدة بين ظهور جديلة السمعية ودفع رافعة. الفاصل الزمني بين المحاكمة، الأمر الذي يعكس مدى التزام حيوان كان لهذه المهمة التي في الحيوان بادر كل محاكمةوكان لا يعاقب من قبل المهلة في محاكمة زائفة، المرسومة في الشكل 4C. وقد رسم التفاوت الزمني للأداء خلال الدورة، التي تمثل أنماط الأداء الديناميكي للحيوان الشاملة والتي تعكس تحسن / التكيف التي يمكن أن تحدث في جلسة واحدة، في الشكل 4D. تم تقسيم كل دورة في مرحلة مبكرة، وسط، ونهاية (10 دقيقة لكل مرحلة). واستخدمت أرقام المتراكمة من المكافآت في كل مرحلة من المراحل في هذا القياس.

ويمكن أيضا أن الأساس العصبي للسلوك المعرفي عدة (الشكل 5A وانظر المناقشة) تناولها مع هذا النظام من خلال تسجيل الأنشطة العصبية لحيوانات تنفيذ مهمة. وترد أمثلة على النشاط العصبي سجلت في وقت واحد في النواة القاعدية (ملحوظة) ومنطقة الجوفية السقيفية (VTA) من دماغ الفئران في الشكل 5B و C، وإطلاق النار من الخلايا العصبية وقتا المختوم لتتصل كل حدث من المحاكمة (مثل كما الأنف كزة،رافعة دفعة والسمعية عرض جديلة والاعتراف، والفعلية تلقي المكافأة) وتحليلها فيما يتعلق بهذه الأحداث المهمة السلوكية. ونتائج الجمع تسجيل نشاط السلوكية والعصبية مع هذا النظام سيكون مثمرا في توضيح الأساس العصبي لمجموعة متنوعة من السلوكيات المعرفية.

الشكل 1. يقع المكونات الرئيسية للنظام (A) ورسم تخطيطي للغرفة السمعي حسب الطلب استثابي (B). أ. غرفة استثابي في غرفة الصوت واقية مزدوجة الجدران. هي التي شنت أسافين رغوة ماصة للصدى في جميع أنحاء جدران غرفة للقضاء على تشتت الصوت وانحراف ج: عاكس لتوجيه الأسلاك لنشاط الخلايا العصبية نظام تسجيل؛ ب: كاميرا فيديو لرصد وتسجيل سلوك الحيوان؛ ج: بيليه موزعات؛ د: غرفة استثابي (ه):استقبال الأشعة تحت الحمراء. ب. غرفة استثابي يتألف من ثلاثة جدران شفافة وسمعيا لوحة واحدة، وحدات التشغيل. انظر النص للحصول على وصف مفصل.

نظرة عامة على الشكل التخطيطي 2. للنظام. ويتكون النظام من نظامين فرعية هي: التدريب والسلوكية والعصبية نظام تسجيل نشاط. النظم الفرعية 2 التواصل بشكل تفاعلي مع بعضهم البعض عبر نبضات TTL (انظر تكوين النظام للحصول على التفاصيل). السهام الحمراء تمثل الأوامر و / أو الأحداث السلوكية ترسل من جهاز الكمبيوتر، والسهام الخضراء تدل على إشارات استجابة تغذية الحيوانات مرة أخرى إلى الكمبيوتر، والسهم الأزرق يمثل المدخلات إشارة للأحداث تصاعد العصبية الكشف على الانترنت مع نظام تسجيل Neuralynx.

الشكل 3. ثنائية البديل الفصلoice المهمة التمييز التردد. الأعلى، رسم بياني كتلة تظهر تسلسل المهام الأساسية. القاع، تصوير تخطيطي من الإجراءات السلوكية الرئيسية. أسهم خضراء تشير إلى تدفق متتابع من هذه المهمة.

الشكل 4 نتائج الممثل من اثنين واختيار بديل التردد المهمة التمييز ألف منحنيات التعلم:. كل خط ملون يمثل التقدم في التعلم من الفئران على تمييز كل اختلاف تردد (ΔFs). خط مظلم يمثل منحنى التعلم المتوسط ​​للاختلافات تردد. باء توزيع وقت رد فعل قاس كما فات الوقت من بداية جديلة إلى دفعة رافعة. جيم التوزيع من بين محاكمة الفاصلة. ديناميات D. الزمنية للأداء خلال دورة قياس مع المكافآت المتراكمة التي تم الحصول عليها في مرحلة مبكرة، والمتوسطة، والتأخر في جلسة واحدة. Aليرة لبنانية البيانات في B - تم الحصول على (د) في المرحلة الأخيرة عندما أداء الفئران كان ما يزيد على سعر يبلغ 75٪.

الشكل 5. مثال من السلوكيات المعرفية وظائف الدماغ التي يمكن أن يتم التحقيق في استخدام هذا النظام. ألف السلوكيات المعرفية. التسميات التوضيحية أعلى وصف كل عمل في سلسلة من تجربة واحدة. التسميات التوضيحية أسفل تشير إلى السلوكيات المعرفية التي يمكن دراستها. لاحظ أن انتزعت كل العتلات في كل الصور ما عدا في د حيث ذراع هو في تجهيز تمتد الى داخل القاعة. باء إطلاق النار أنماط من الخلايا العصبية المسجلة في ملاحظة من الفئران تنفيذ المهمة السمعية اثنين من خيار. الأعلى، النقطية مؤامرة صورة من إطلاق النار عبر كل محاكمة. كل المستطيل ملون يمثل إطلاق الخلية ويتم ترميز معدل اطلاق النار من قبل القاع اللون.، شبه حتىر الرسم البياني لمعدل اطلاق النار. لاحظ بناء ما يصل من اطلاق النار قبل العمل (دفع رافعة في الساعة صفر ميكروثانية، دلت على ذلك خط أحمر منقط عمودي)، وتشتت تدريجي لاطلاق النار بعد العمل. جيم إطلاق النار أنماط من الخلايا العصبية المسجلة في VTA من فأر تنفيذ المهمة سمعيتين للخيار. الأعلى، النقطية مؤامرة صورة من إطلاق الخلية العصبية VTA واحدة عبر كل محاكمة. كل المستطيل ملون يمثل إطلاق الخلايا العصبية VTA ويتم ترميز معدل اطلاق النار من قبل اللون. القاع، شبه الحدث الرسم البياني لمعدل اطلاق النار الذي يظهر في الصورة النقطية. لاحظ اطلاق متفرق مباشرة قبل العمل من دفع رافعة (في وقت صفر ميكروثانية، دلت على ذلك خط أحمر منقط عمودي)، واطلاق النار قوية خلال الفترة الزمنية عند الفئران والحصول على مكافأة. نشاط هذه الخلايا العصبية الصمت عمليا بين هذه الإجراءات اثنين. واستخدمت stereotrodes التنغستن زرعها في الدماغ إلى تفصيلORD الأنشطة العصبية في وقت واحد من ملاحظة وVTA في حين أن الفئران تم تنفيذ المهمة. تم تنفيذ مسمار-الفرز خارج الخط باستخدام SpikeSort 3D البرمجيات (Neuralynx، بوزمان، طن متري).

Discussion

وثمة جانب بالغ الأهمية في تصميم أي مهمة السمعية السلوكي هو القضاء على الأصوات غير المرغوب فيها الناتجة عن تشتت وانحراف في بيئة الاختبار. يمكن أن ضعف السيطرة على الصوت يكون لها تأثير كبير على سلوك يجري اختبارها، وسوف تسفر عن نتائج مضللة أو حتى uninterpretable. وصفت غرفة السلوكية المستخدمة في النظام هنا، وهو مصمم خصيصا لتكون شفافة سمعيا من أجل تجنب انحراف الصوت من جدران الغرفة. في الواقع، كان انحراف الصوت عندما تقاس من مركز الدائرة، لا يمكن الكشف عنها على نحو فعال (لا تظهر البيانات).

على الرغم من أننا تطوير هذا النظام أساسا لدراسة النظام السمعي، فإنه يمكن تكييفها بسهولة من قبل باحثين آخرين لدراسة النظم الحسية الأخرى. ويمكن إجراء تعديلات بسهولة على كل من البرامج والأجهزة لمختلف المهام من دون تغيير التكوين العام للنظام. لوحة تشغيل وحدات متنوعة بشكل يجعل النظام لا سيماجنيه من خلال السماح لإضافة و / أو استبدال الأجهزة المختلفة للمهام سلوكية جديدة. على سبيل المثال، يمكن زرعها المهام السلوكية حاسة الشم من خلال تقديم الحوافز الشمية في الأنف جهاز كزة. ويمكن الاختيار من خمسة يتدخل جدار مضيئة مع منبه حاسة الشم من المنتسبين MED (ENV-115A-OF) تركيبها بسهولة على لوحة التشغيل لأداء مهام معقدة حاسة الشم. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن كافة الأجهزة استثابي الاستعاضة عنها بسهولة مع تلك التي تم تصميمها للفئران من دون تغيير تكوين النظام.

مراقبة الزمنية الدقيق لكل جهاز استثابي، فضلا عن ارتفاع تسجيل قرار من أحداث واحد في محاكمة معينة، تمكن تلاعب دقيق من الأجهزة لتخصيص تصميم المهام السلوكية للتصدي لمختلف وظائف المخ المعرفية (انظر أدناه). عند دمجها مع تسجيل نشاط الخلايا العصبية، ويمكن دراسة مجموعة متنوعة غنية من القضايا في مجال العلوم العصبية مع هذا النظام. على سبيل المثال، في 1مهمة uditory المذكورة أعلاه، يمكن أن يتم التحقيق على الأسئلة التالية المتعلقة الوظائف المعرفية في المخ في محاكمة واحدة:

(1). الاندفاع: نظرا يبدأ كل محاكمة من قبل الحيوان "لديهم دوافع ذاتية" عمل الأنف كزة (الشكل 5A-A والشكل 3)، ويمكن بالتالي الدافع يمكن تقييمها كميا عن طريق قياس عدد من التجارب التي أجريت من قبل حيوان في دورة معينة، أو إجراء عدد من التجارب على التوالي ^6،7.

(2). انتباه: مفتاح للحصول على مكافأة في محاكمة هو الاعتراف بشكل صحيح الاشارات السمعية. في حوالي 25٪ من الفئران التي لا يمكن أن يتم تدريبهم لتنفيذ المهمة، وعدم السهر على منبهات السمعية وكان العامل الرئيسي. في المقابل، في الفئران الذين تعلموا هذه المهمة، وكان توقف لحظة من السلوكيات واضحة خلال عرض جديلة السمعية (انظر الشكل 5A-B، والشكل 3). باستخدام هذا النظام، وبالتالي فمن الممكن أن الفئران شاشة (ط) لDEFI اهتمام "اتصالات وتكنولوجيا المعلومات "، و (ثانيا) دراسة الآليات العصبية من الاهتمام عند دمجها مع تسجيلات الخلايا العصبية في حين أن الحيوان يشارك في السمع منبهات ^8-10.

(3). القرار: بعد الاعتراف الاشارات السمعية والحيوان أن يقرر أي اتجاه لتحويل من الاقتراب من رافعة الصحيح ضمن إطار ضيق الوقت (الشكل 5A-C). ومن ثم أيضا نموذج فعال لدراسة عملية صنع القرار ^11،12.

(4). الصبر: يمكن التحكم في توقيت تمديد رافعة مثل هذا الحيوان لديه لانتظار رافعة بعد وصوله الى المكان الذي سوف يمتد ذراع (الشكل 5A-D). من خلال تغيير طول انتظار، ويمكن اختبار مدى صبر الحيوان وكميا ^13.

(5). المكافآت: إن الهدف النهائي لهذه المهمة هو الحصول على مكافأة (الشكل 5A الإلكتروني والشكل 3). يمكن المهام السلوكية التي تستخدم هذا النظام وبالتاليأن تكون مصممة بسهولة لدراسة جوانب كثيرة من مكافأة القرارات القضايا وظيفة من وظائف نظم القيم في الدماغ ^14-17.