Ein vollautomatisiertes und vielseitig verwendbares System zum Testen von Multi-kognitiven Funktionen und Aufnahme neuronaler Aktivitäten bei Nagetieren

Summary

In diesem Bericht präsentieren wir eine voll automatisierte und äußerst vielseitige System kann gleichzeitig testen Multi-kognitive Verhalten und die Aufnahme neuronaler Aktivitäten für Nagetiere.

Abstract

Wir haben ein vollautomatisches System für Prüf-und operante Verhalten neuronaler Aktivität durch die Aufnahme der mehrere kognitive Funktionen des Gehirns in einem einzigen Tasksequenz untersucht werden können, entwickelt. Die Besonderheit dieses Systems ist eine Sonderanfertigung, akustisch transparente Kammer, die viele der Probleme mit auditiven Cue-Steuerung in den meisten kommerziell erhältlichen Kammern verbunden eliminiert. Die Leichtigkeit, mit der operanten Geräte hinzugefügt oder ersetzt werden kann, macht dieses System sehr vielseitig, so dass für die Umsetzung einer Vielzahl von auditiven, visuellen und olfaktorischen Verhaltens-Aufgaben. Automatisierung des Systems erlaubt die genaue zeitliche (10 ms) Kontrolle und präzise Zeitstempel für jedes Ereignis in einer vordefinierten Reihenfolge Verhaltensstörungen. In Verbindung mit einem Multi-Channel-Recording-System Elektrophysiologie, mehrere kognitive Funktionen des Gehirns, wie Motivation, Aufmerksamkeit, Entscheidungsfindung, Geduld und Belohnungen kombiniert, können nacheinander oder unabhängig voneinander untersucht werden.

Protocol

Systemübersicht

Das System besteht aus drei Hauptkomponenten: (1) eine doppelwandige schalldichte Zimmer (Industrial Acoustical Company, Bronx, New York), (2) ein Mehrkanal elektrophysiologischen Recording-System (Neuralynx, Bozeman, MT), und (3) eine vollautomatische, individuelle Verhaltens-Testsystem von der Med Associates Inc. (St. Albans, VT).

Wie in 1A gezeigt, ist die Kammer innerhalb des operanten schalldichten Raum befindet. Kommutator (Typ SL-36, Libelle Forschung und Entwicklung, Inc., Ridgeley, West Virginia) zum Verbinden von Kabeln headstage der elektrophysiologischen Aufzeichnungssystem (Abbildung1A-a), und eine Videokamera zur Überwachung und Aufzeichnung tierischen Verhaltensweisen oben montiert der operanten Kammer (Abbildung 1A-B).

Speziell gefertigte Operante Kammer

Der speziell angefertigte, akustisch transparente Operant Kammer (Abbildung1A-d) besteht aus drei akustisch transparenten Wände und eine modulare-Bedienfeld (1B). Drei Referenten (Cage Tweeter, ENV_224BM, Med Associates) auf der Oberseite der Mitte montiert und zwei Seitenwände sind zur Abgabe von akustischen Signale verwendet. Auditive Hinweise werden durch eine geeichte, programmierbare Audio-Generator (ANL-926) erzeugt. Ein Reiz Licht (ENV_221M) und zwei Dreifach-Stimulus-LED-Displays (ENV_222M) auf der Mittel-und Seitenteile entfernt, beziehungsweise. Diese Lichter können Stimulus für auditiv-visuelle multisensorische Verhaltenstests verwendet werden. Eine Nase Sack Gerät mit drei farbigen LED-Leuchten (ENV_114M) wird am unteren Rand der Mitte montiert. Ein Infrarot-Detektor in der Nase Sack Gerät installiert wird verwendet, um zu signalisieren, Nase und Stossen Haltedauer. Die LED leuchtet in der Nase Sack Gerät kann für die Ausbildung Nase-hold in das Loch eingesetzt werden. Eine bewegliche Reaktion Hebel (ENV_112CM) auf jeder Seite des operanten montiert. Die MobiliTy dieser Hebel ermöglicht eine flexible Kontrolle des Vorhandenseins der Hebel, die effektiv für die Aus-aufgabenbezogene Ausbildung und das Studium von mehreren wichtigen kognitiven Funktionen des Gehirns (siehe unten) verwendet werden können. Vier Paare von Infrarotstrahl Quellen und Detektoren (EVN_253SD) von einem Vier-Kanal IR-Controller (ENV_253) gesteuert werden, zu dem Boden der Kammer platziert sowohl die Positionen des Tieres und andere Geräte zu steuern basierend auf eines Tieres Position (1A- e). Zwei Pellet Spender mit je einem eingebauten Infrarot Posten (ENV_203M-45IR) sind für die Abgabe Prämien in das Pellet Aufnahmen (1A-c) verwendet. Die Infrarot-Wache wird für die Überwachung Ausfall Pellet Spender und die Bereitstellung Warnsignale verwendet.

System-Konfiguration

Die Übersicht über die System-Verbindungen und Hardware-Komponenten ist in Abbildung 2 dargestellt. Funktionell, gibt es zwei parallele, interaktiveSub-Systeme: eines für Verhaltenstraining und die andere für die elektrophysiologische Ableitung. Die beiden Sub-Systeme werden durch die MED-IV-PC-Software-Plattform (SOF-735) synchronisiert. Der Computer sendet Befehle an Verhaltens-Geräte und TTL-Impulse zu neuronalen Recording-System (Signal-Flows durch die roten Pfeile in Abbildung 2 gezeigt), und empfängt Signale von Tier Antworten und neuronale Aktivitäten (Signal-Flow aus dem grünen und blauen Pfeile angedeutet, jeweils erzeugt, in Abbildung 2). Diese parallele, interaktive Systeme ermöglichen Aufnahmen synchronisiert Verhaltensstörungen / neuronalen Daten und erlauben Manipulation von Tierverhalten auf neurale Aktivität, oder umgekehrt basiert.

Verhaltenstraining Sub-System A SmartCtrl Anschlussfeld (SG-716b) dient als bidirektionale Kommunikation Panel: dh das Senden der Steuersignale (roter Pfeil in Abbildung 2) von Computer zu den Verhaltens-Geräten (siehe Liste in roter Kasten), und transmit Tieres Antwortsignale (grüner Pfeil in Abbildung 2) zurück auf den Computer. Die Ausgänge des Vier-Kanal-IR-Controller (ENV_253) werden auch in den Anschluss-Panel geroutet. Eine Schnittstellenkarte (SmartCtrl Schnittstellenkarte, DIG-716b) und eine Dekodier-Karte (DIG-700F) Übermittlung der Signale von dem Anschlussfeld auf eine PCI-Karte (DIG-704PCI) in dem Computer installiert. Die akustischen Signale werden durch den Reizgenerator (ANL-926), die auch von der MED-PC IV Software durch die Dekodier-Karte (DIG-700F) gesteuert wird, erzeugt. Wie in 2 dargestellt ist, werden alle Interface-Karten in einer Tischplatte Schnittstelle Schrank (SG-6080D) gehostet. Dieser Schrank liefert auch Kompetenzen für alle Geräte Verhalten.

Elektrophysiologische Aufnahme-Subsystem Animals 'Antwort-Signale vom Computer empfangen werden sofort auf das neuronale System über die Aufnahme Superport TTL-Karte (DIG-726) und der Cheetah Digital Interface Box (N gesendeteuralynx, Bozeman, MT) (Abbildung 2). Diese Verhalten Ereignisse werden mit einem Zeitstempel versehen und gleichzeitig mit neuronalen Aktivitäten aufgezeichnet. Neuronale Spitzen detektiert online von der Neuralynx Aufzeichnungssystem als Eingangssignale der Verhaltenssteuerung Subsystem zum Handhaben oder störenden Tierverhalten verwendet werden. Umgekehrt kann das Tier Antwortsignale als Auslöser für die Manipulation oder Störung neuronalen Aktivität, wenn sie mit elektrischen oder optogenetische Stimulation Techniken kombiniert verwendet werden. Diese Ansätze werden als wertvoll für die Aufklärung Kausalitäten zwischen neuronalen Aktivitäten und Verhaltensweisen.

Programmierung und Datenverarbeitung Die Verhaltenskontrolle Programme werden mit Trans IV-Software (Thomas A. Tatham und MED Associates) geschrieben und kompiliert mit Pascal Compiler. Automation jedes Training Schritt wird durch das Laden der Trans-IV-Programm in die MED-IV-PC-Software realisiert. Trainings-Parameter können auch online durch Trainer w eingestellt werdenährend die MED-PC-IV-Software läuft. Die Trans IV-Codes müssen spezifisch sein sowohl für das System-Setup und Verhaltensstörungen Aufgabe. Standard-Ausbildungsprogramme sind, jedoch kann kostenlos über die MED Associates und modifiziert, um einzelne Labor die spezifischen Bedürfnisse angepasst werden. Trainingsprogramme in unserem Setups verwendet werden, sind ebenfalls frei auf Anfrage erhältlich.

Behavioral Daten werden automatisch von der MED-IV-PC-Software gespeichert. Die gespeicherten Daten können in Microsoft Excel-Dateien mit Hilfe der MED-PC in Excel-Programm (MPC2XL, Thomas A. Tatham und MED Associates) übersetzt werden. Die übersetzte Excel-Dateien können dann importiert und analysiert werden, in einer MATLAB-Umgebung (MathWorks, Natick, MA). Die neuronalen Daten zusammen mit den Verhaltens-Ereignis Zeitstempel mit der Cheetah-Software (Cheetah 5, Neuralynx, Bozeman, MT) aufgenommen wurden, können auch in MATLAB zur Analyse importiert werden.

Ausbildung

Um den Betrieb dieses Systems zu veranschaulichen, beschreiben wir hier einZwei-Alternative Wahl Pitch Diskriminationsaufgabe, entwickelt um den Frequenzbereich Diskriminierung Schwelle von einer Ratte zu untersuchen. Eine schematische Darstellung des Vorgangs in 3 gezeigt.

1. Pre-Training

1. Beginnen Sie mit nicht vorbehandelten erwachsenen Mann, Sprague-Dawley, Ratten, Alter ~ 60 Tage.
2. Vor dem Training, schränken die Nahrungsaufnahme, bis das Gewicht des Tieres ist ~ 90% des Ausgangswertes ad libidum Gewicht.

2. Cage Akklimatisierung

1. Um die Kammer für die Akklimatisation vorzubereiten, die Hebel zurückziehen und blockieren die Nase Sack Loch mit einem Gummistopfen (aus dem Kolben einer 60 ml-Spritze) zu Tier aus der Aktivierung der Nasen-Sack Gerät zu verhindern.
2. Platz ~ 20 voll Ernährungs-Pellets (45 mg, Product # F0021, BIOSERV, Frenchtown, NJ) in jedem Pellet Behälter (Nahrungsmittel-Becher).
3. Legen Sie einen naiven Tier in der Kammer für Akklimatisierung. Die Ratte wird in Kürze beginnen, die Nahrung Tassen erkunden und fressen die Pellets.
4. Erzwingen Sie die Ratte auf beiden Seiten der Kammer durch den Verzicht auf Pellets nach dem Zufallsprinzip in jeder Tasse Essen zu bewegen. Ein 30-minütigen Sitzung ist in der Regel genug für die Gründung der Lebensmittel-Cup Verein. In einem 30-minütigen Sitzung, die Ratte in der Regel erhält 200 bis 300 Pellets, die genug, um ihr Körpergewicht in einem konstanten Niveau von ~ 90% des Ausgangswertes zu halten sind.

3. Lever-Push-Schulung

1. In einer neuen Sitzung, verlängern beide Hebel in die Kammer zu verlassen und das Essen Tasse leer.
2. Als nächstes legen Sie einen akklimatisierten Ratte in die Kammer. Wenn das Tier in die Nähe eines Hebels eintritt, verzichtet ein Pellet manuell durch die Med-PC IV-Software. Auch Belohnungen, wenn der Ratte zeigt Interesse an dem Hebel, wie Schnupfen, zu berühren, oder Klettern. Eine zufällige Hebel Push auslösen sollte auch eine Belohnung automsystematisch durch das Programm.
3. Auf den Hebel drücken zu fördern und Exploration von beiden Hebeln zwingen, lassen Sie das Tier zu schieben jedem Hebel fortlaufend eine begrenzte Anzahl von Zeiten. Wenn das Limit erreicht ist, ziehen Sie den Hebel. Wenn beide Hebel haben eingefahren, erweitern sie um die Prozedur zu wiederholen.
4. Reduzieren Sie allmählich die Grenze, bis der Hebel zieht jedes Mal, wenn es gedrückt wird. Ein bis zwei 30 Minuten-Sitzungen sind in der Regel genug für die Gründung der Hebel Push - Lebensmittel Belohnung Vereins.

4. Nose-Poke Ausbildung

1. In einer neuen Sitzung, die Hebel zurückziehen, und entfernen Sie den Gummistopfen aus der Nase Sack. Setzen Sie mehrere Pellets in der Nase Sack zu Ratte das Interesse an der Erforschung der Nase Sack-Gerät zu fördern.
2. Wiedereinführung des Tieres in die Kammer. Verlängern einer der beiden Hebel zufällig, wenn die Ratte die Nase-Sack Loch für Futterpellets riecht.
3. Seeing die erweiterte Hebel wird die Ratte zu nähern und drücken Sie den Hebel, um ein Lebensmittel pel erhaltenlassen. Nachdem der Hebel gedrückt wird und der Lohn verzichtet wird, schieben Sie der Hebel, um die Ratte zu ermutigen, die Nase Sack Gerät zu erkunden. Es dauert normalerweise ungefähr 20 bis 30 Minuten, um den Task-Sequenz lernen: Nose-Poke → Hebelverlängerung → Hebel Push → Belohnungen.

5. Cue-Schulung

1. In einer neuen Sitzung, spielen die auditive Signale nach einer Nasen-Sack Veranstaltung mit einer kurzen Verzögerung (100 bis 250 ms). Strecken Sie beide linken und rechten Hebel kurz (100 ms) nach jedem Cue auditiven Präsentation.
2. Belohnen Sie den Ratten nur, wenn sie den Hebel, die durch die auditive Cue angezeigt wird schiebt. Das Tier wird nach und nach lernen, um eine bestimmte auditive Cue mit einem Hebel zu verknüpfen. Das Tier ist dann frei, um eine neue Verhandlung mit der Sequenz beginnen: Nose-Poke → → Cue Lever Push → Belohnung / No Reward (Abbildung 3). Wegen der hohen Rate falsch in den ersten Lerneinheiten, ergänzende food sollte gegeben, um das Körpergewicht nach jeder Trainingseinheit zu halten.
3. In den nächsten 30 Minuten Sessions, lass die Ratte Praxis die neu gelernten Aufgabe, bis eine konstante Leistung erreicht wird (siehe Abbildung 3A für eine typische Lernkurve). Sobald die Aufgabe gemeistert wird, kann eine Ratte etwa 200 erhalten - 300 Pellets in jeder 30-minütigen Sitzung, die genug, um sein Körpergewicht zu halten sind.

6. Repräsentative Ergebnisse

Im Anschluss an die obige Protokoll, um uns trainierten Ratten erkennen zwei unterschiedliche Muster der reinen Ton Impulsfolgen, bestehend aus sechs Pips Ton entweder mit der gleichen Frequenz (F, F, F, F, F, F) oder verschiedenen Frequenzen (F, F-&Dgr; , F, F-&Dgr; F, F, F-AF) ^05.01. Jeder Ton Pip ist 200 ms Dauer und der Ton PIP-Intervall beträgt 400 ms. In der vorliegenden Studie wurde die F auf 10 kHz und &Dgr; reichte von 1 bis 50% der F (Abbildung 3, oben). Typischerweise wurde &Dgr; gesetztbei relativ großen Wert während des Trainings: 5 kHz, 4 kHz, 3 kHz, 2 kHz und 1 kHz, zur Erleichterung der Ausbildung. Jeder reinen Ton Impulsfolge mit verschiedenen &Dgr;-Wert wurde zufällig in einer Sitzung vorgestellt.

Die Zwei-Alternative Wahl Pitch Diskriminationsaufgabe ist in Abbildung 3 dargestellt. Die Ratten wurden darauf trainiert, ihre Nase in die Nase Loch (Abbildung 1B und Abbildung 3, unten), um einen Versuch starten zu stecken. Nose Sack löst Ausstrahlung der auditorischen Cues. Nach der Anerkennung der Cues, müssen Ratten auf die richtige Seite der Kammer laufen, nähern sich der Hebel, warten Sie auf den Hebel, um in die Kammer zu verlängern, und dann drücken Sie den Hebel innerhalb eines bestimmten Zeitfensters (Hebel aktiven Zeit, 1 bis 2 Sekunden), um eine Belohnung (Abbildung 3) zu erhalten. Die Trefferrate wurde für jede &Dgr; Wert wie die Anzahl der Treffer Studien durch die Anzahl der insgesamt Studien für jeden einzelnen &Dgr; Wert geteilt wird. Ein Kriterium von 75%Hit-Rate wurde verwendet, um anzuzeigen, dass die Ratte hatte die Aufgabe gelernt. Eine typische Lernkurve eine Ratte ist in 4A dargestellt. Jede farbige Linie zeigt den Lernfortschritt für jeden Impulsfolge mit verschiedenen &Dgr; (ΔF0 stellt den konstanten Impulsfolge). Im Durchschnitt dauerte es etwa sieben Sitzungen der Ausbildung (beginnend mit der ersten Sitzung der auditiven Präsentation Cue, Cue Schritt 5 Training), um die 75% Trefferquote Kriterium zu erreichen.

Dieses System erlaubt auch quantitative Charakterisierung Tierverhalten bei der Durchführung der Aufgabe Experimentatoren gestalten. Drei Messungen, die weit in Tierverhaltensstudien verwendet werden, sind in Abbildung 4 dargestellt B - D Die Reaktionszeit, was vor allem eines Tieres Aufmerksamkeit auf die Aufgabe, wurde als Verstreichen der Zeit zwischen dem Beginn der auditiven und Cue-Hebel Push gemessen.. Die Inter-Trial-Intervall, was, wie engagiert ein Tier auf die Aufgabe war, in dem das Tier initiiert jeden Versuchund wurde nicht durch Time-out im falschen Versuch bestraft wird, wurde in 4C dargestellt. Die zeitliche Variation der Leistung innerhalb einer Sitzung, die die dynamische Muster eines Tieres Gesamtleistung und was eine Verbesserung / Anpassung, die innerhalb einer einzigen Sitzung auftreten konnte, wurde in Abbildung 4D eingezeichnet. Jede Sitzung wurde in frühe, mittlere und späte Phase (10 Minuten pro Stufe) unterteilt. Aufsummierten Anzahlen von Belohnungen in jeder Stufe in diese Messung verwendet.

Die neuronalen Grundlagen kognitiver mehrere Verhaltensweisen (5A und siehe Diskussion) können ebenfalls mit diesem System durch Aufzeichnung der neuronalen Aktivitäten von Tieren eine Aufgabe angegangen werden. Beispiele für neuronale Aktivität gleichzeitig in der Nucleus basalis (NB) und ventralen Tegmentum (VTA) vom Gehirn einer Ratte aufgezeichnet sind in Abbildung 5B und C dargestellt. Die Entlassungen von Neuronen sind mit einem Zeitstempel versehen, um zu jedem Ereignis der Studie (z. beziehen wie Nasen-Sack,Hebel Push-, Hör-Cue-Präsentation und Anerkennung, und die tatsächlichen Erhalt der Belohnung) und analysiert in Bezug auf diese Aufgabe Verhaltensstörungen Veranstaltungen. Ergebnisse der kombinierten Verhaltens-und neuronale Aktivität die Aufnahme mit diesem System wird bei der Aufklärung der neuronalen Grundlagen von einer Vielzahl von kognitiven Verhaltens fruchtbar.

Abbildung 1. Die wichtigsten Komponenten des Systems (A) und eine schematische Zeichnung der maßgeschneiderten auditiven operanten Kammer (B). A. Die operante Kammer befindet sich in einem doppelwandigen schalldichten Raum. Reflexionsarmer Schaum Keile sind in den Wänden des Raumes, um Sound-Streuung und Ablenkung zu eliminieren montiert a:. Kommutator für Routing-Leitungen, um neuronale Aktivität Recording-System, b: Video-Kamera für die Überwachung und Aufzeichnung das Verhalten von Tieren; c: Pellet-Zapfsäulen; d: Operante Kammer . e:Infrarot-Empfänger. B. Die operante Kammer besteht aus drei akustisch transparenten Wänden und einer modularen-Bedienfeld. Siehe Text für detaillierte Beschreibungen.

Abbildung 2. Schematische Darstellung des Systems. Das System besteht aus zwei Sub-Systeme: Verhaltenstraining und neuronaler Aktivität Recording-System. Die beiden Subsysteme interaktiv miteinander kommunizieren via TTL-Impulse (siehe System-Konfiguration für Details). Die roten Pfeile stellen Befehle und / oder Verhaltensstörungen Ereignisse aus dem Computer gesendet, die grünen Pfeile bezeichnen Tier Antwortsignale Fütterung an den Computer zurück, und der blaue Pfeil stellt Signaleingänge neuronaler Ereignisse erkannt online mit dem Neuralynx Recording-System.

Abbildung 3. Zwei-Alternative ChOICE Frequenzdiskrimination Aufgabe. Top, Block Diagramm, das die grundlegende Aufgabe Sequenz. Unten, Schematische Darstellung der wichtigsten Verhaltensweisen zu verbessern. Grüne Pfeile zeigen die sequenzielle Strömung der Aufgabe.

Abbildung 4 Repräsentative Ergebnisse der Zwei-alternative Wahl Frequenzdiskrimination Aufgabe A. Lernkurven:.. Jede farbige Linie stellt den Lernfortschritt von einer Ratte auf Diskriminierung jeder Frequenzänderung (ΔFs). Die dunkle Linie stellt die gemittelte Lernkurve für Frequenzschwankungen. B. Verteilung der Reaktionszeit gemessen als Zeit Runden vor dem Einsetzen der Cue-Hebel, um Push. C. Verteilung der Inter-Prozess-Intervall. D. zeitliche Dynamik der Leistung innerhalb einer Sitzung gemessen mit gesammelte Boni in der frühen, mittleren und späten Stadium einer Sitzung erhalten. Einwerde die Daten in B - D wurde in der letzten Stufe, wenn der Ratte Leistung über die 75% Trefferquote war erhalten.

Abbildung 5. Beispiel für kognitive Verhalten und Hirnfunktionen, die mit dem System untersucht werden. Kann A. Kognitive Verhaltensweisen. Die Top-Titel beschreiben jede Aktion in einer Abfolge von einer Studie. Die unteren Beschriftungen weisen den kognitiven Verhaltensweisen, die untersucht werden können. Beachten Sie, dass beide Hebel in allen Bildern wurden wiederholt, außer in d, wobei der Hebel in der Verarbeitung, die sich in der Kammer extrahiert. B. Einbrennen Muster eines Neurons im NB einer Ratte aufgezeichnet Durchführen des Zweiwerte-Choice-auditiven Aufgabe. Top, Rasterbild Grundstück von Brennen über jeden Versuch. Jeder farbige Rechteck steht für das Abfeuern der Zelle und die Feuerrate wird durch die Farbe. Unten, Peri-even-codiertt Histogramm der Feuerrate. Beachten Sie die Aufbau von der Zündung vor der Aktion (Druckhebel zum Zeitpunkt Null Mikrosekunden von der rot-gestrichelte senkrechte Linie angedeutet) und schrittweise Dispersion des Brennens nach der Aktion. C Entladungsmuster eines Neurons in der VTA der aufgezeichneten eine Ratte Durchführung der Zwei-Wahl auditive Aufgabe. Top, Raster-Bild Grundstück von dem Abfeuern eines einzigen Neurons VTA über jeden Versuch. Jeder farbige Rechteck steht für das Zünden des VTA Neuronen und ihre Feuerrate wird durch farblich codiert. Unten, Peri-Event-Histogramm der Feuerrate im Raster-Bild gezeigt. Beachten Sie die spärlichen Brennen unmittelbar vor der Wirkung des Hebels (zum Zeitpunkt Null Mikrosekunden, durch die vertikale rote Linie angedeutet) und kräftig Brennen innerhalb des Zeitraumes, wenn die Ratte erhalten die Belohnung. Die Aktivität dieses Neurons ist nahezu geräuschlos zwischen diesen beiden Maßnahmen. Tungsten stereotrodes im Gehirn implantiert wurden, um rec verwendetord neuronalen Aktivitäten gleichzeitig von der NB und VTA während der Ratte wurde die Durchführung der Aufgabe. Spike-Sorting wurde off-line durchgeführt mit SpikeSort 3D-Software (Neuralynx, Bozeman, MT).

Discussion

Ein kritischer Aspekt im Design eines auditiven Verhaltens-Aufgabe ist die Beseitigung der unerwünschten Geräusche, die sich aus Streuung und Ablenkung in der Testumgebung. Schlechte Klangregelung kann einen signifikanten Einfluss auf das Verhalten der Testphase und werden irreführende oder gar nicht interpretierbare Ergebnisse zu produzieren. Die Verhaltens-Kammer in dem System verwendet hier beschrieben wurde speziell entwickelt, um akustisch transparent sein, um Sound Ablenkung von den Kammerwänden zu vermeiden. In der Tat, wenn sie von der Mitte der Kammer gemessen wurde, betrug Schallumlenkung effektiv nicht nachweisbar (Daten nicht gezeigt).

Obwohl wir dieses System entwickelt, hauptsächlich für die Untersuchung des auditorischen Systems, kann es leicht von anderen Forschern angepasst werden, um andere sensorische Systeme zu studieren. Änderungen können leicht auf Software und Hardware für verschiedene Aufgaben vorgenommen werden, ohne dabei die allgemeine Konfiguration des Systems. Der modulare Bedienfeld macht das System besonders vielseitile, indem es für die Addition und / oder Substitution von verschiedenen Geräten für neue Verhaltens-Aufgaben. Zum Beispiel kann olfaktorischen Verhaltens Aufgaben durch die Bereitstellung Geruchsreizes in die Nase Sack implantiert werden. Die fünf Wahl beleuchteten Nase Sack Wand mit Geruchs-Stimulus von der MED Associates (ENV-115A-DES) kann leicht auf dem Bedienfeld für komplexe Aufgaben olfaktorischen installiert werden. Darüber hinaus können alle operanten Geräte leicht mit denen, die für Mäuse ohne Änderung der Konfiguration des Systems ausgebildet ersetzt werden.

Genaue zeitliche Steuerung der einzelnen operante Gerät sowie hochauflösende Aufzeichnung einzelner Ereignisse in einem bestimmten Prozess, ermöglichen eine exakte Manipulation der Geräte für die Anpassung der Gestaltung von Verhaltens-Aufgaben an verschiedene kognitive Funktionen des Gehirns ansprechen (siehe unten). Wenn mit neuronaler Aktivität Aufnahme kombiniert, kann eine große Vielfalt von Themen auf dem Gebiet der Neurowissenschaften mit diesem System untersucht werden. Zum Beispiel, in der auditory Aufgabe oben beschrieben, können die folgenden Fragen im Zusammenhang mit Gehirn kognitive Funktionen in einer einzigen Studie untersucht werden:

(1). Motivation: Da jeder Versuch wird durch Tieres "Eigenmotivation" Nase-Sack Aktion (5A-a und Abbildung 3), Motivation kann also quantitativ durch die Messung der Gesamtzahl der Studien, die von einem Tier in einer bestimmten Sitzung ausgeführt beurteilt werden initiiert, oder die Anzahl der aufeinander folgenden Prüfungen durchgeführt ^6,7.

(2). Achtung: Der Schlüssel für den Erhalt einer Belohnung in einer Studie ist es, richtig zu erkennen, die auditorischen Cues. In etwa 25% der Ratten, die nicht geschult, um die Aufgabe zu erfüllen werden könnten, mangels Anwesenheit zu den auditorischen Cues war der wichtigste Faktor. Im Gegensatz dazu bei den Ratten, die die Aufgabe gelernt haben, war eine kurze Pause von Verhaltensweisen während der auditiven Präsentation Cue ersichtlich (siehe Abbildung 5a-b und Abbildung 3). Durch die Nutzung dieser Anlage ist es somit möglich, (i) Bildschirm Ratten für "Aufmerksamkeit DefiCITS "und (ii) zu studieren neuronalen Mechanismen von Aufmerksamkeit, wenn sie mit neuronalen Aufnahmen kombiniert, während das Tier an den auditorischen Cues ^10.08 besuchen wird.

(3). Beschluss: Nach der Anerkennung der auditorischen Cues, hat das Tier zu entscheiden, welche Richtung zu drehen, um den richtigen Hebel innerhalb eines begrenzten Zeitfensters (Abbildung 5a-c) zu nähern. Es ist somit auch ein wirksames Paradigma für die Untersuchung der Entscheidungsfindung ^11,12.

(4). Geduld: Der Zeitpunkt der Hebelverlängerung kann so gesteuert werden, dass das Tier an für den Hebel nach der Ankunft an der Stelle, wo der Hebel verlängert (Abbildung 5a-d) zu warten hat. Durch Variieren der Länge des Wartens, kann das Ausmaß eines Tieres Geduld getestet und quantifiziert werden ^13.

(5). Belohnungen: Das endgültige Ziel der Aufgabe ist es, den Lohn (Abbildung 5a-e und Abbildung 3) zu erhalten. Behavioral Aufgaben mit Hilfe dieses Systems kann somiteinfach gestaltet werden, um viele Aspekte der Lohn-Entscheidung Fragestellungen und die Funktion der Wertsysteme des Gehirns ^14-17 studieren.