En helautomatisk Rodent Conditioning Protokoll for sensorimotoriske Integrasjon og kognitiv kontroll eksperimenter

Summary

En helautomatisk protokoll for gnager operant betinging er foreslått. Protokollen er avhengig av presis tidsmessig kontroll av atferdsmessige hendelser for å undersøke i hvilken grad denne kontroll påvirkninger nevrale aktiviteten underliggende sensorimotorisk integrasjon og kognitiv kontroll eksperimenter.

Abstract

Gnagere har tradisjonelt blitt brukt som en standard dyremodell i laboratorieeksperimenter som involverer en myriade av sensoriske, kognitive og motoriske aktiviteter. Høyere kognitive funksjoner som krever presis kontroll over motoriske responser som beslutnings-og oppmerksomhetsmodulering, men er vanligvis vurdert i ikke-menneskelige primater. Til tross for rikdommen i primat atferd som gjør at flere varianter av disse funksjonene til å bli studert, forblir gnager modellen et attraktivt og kostnadseffektivt alternativ til primate modeller. Videre evnen til fullt automat operant betinging hos gnagere legger unike fordeler over arbeidsintensiv trening av ikke-menneskelige primater mens han studerte et bredt spekter av disse komplekse funksjoner.

Her introduserer vi en protokoll for operantly condition rotter på å utføre arbeidsminneoppgaver. Under kritiske epoker av oppgaven, sikrer protokollen som dyrets overt bevegelsen er minimert ved requIRING dyret til 'Fiksér' inntil en Go cue er levert, beslektet med ikke-menneskelige primater eksperimentell design. En enkel to alternative tvunget valg oppgave er gjennomført for å demonstrere ytelsen. Vi diskuterer anvendelsen av dette paradigmet til andre oppgaver.

Introduction

Studerer forholdet mellom nevrofysiologi og adferd er det endelige målet i systemer nevrovitenskap. Historisk har det vært en avveining mellom dyremodell valg og atferdsmessige repertoar ^1-5. Mens enkle organismer som sjøsnegler ⁶ eller blekksprut ⁷ har blitt brukt mye til å studere egenskapene til enkelt ionekanaler, nevroner og enkle nevrale kretser, er høyere ordre arter som trengs for å studere mer komplekse funksjoner som romlig navigasjon, beslutnings ^8-11 og kognitiv kontrollere ^12-14. Til tross for at en standard dyremodell for human lignende oppførsel, bruk av ikke-menneskelige primater ber kostnads-og etiske betraktninger som utelukker deres bruk i en lang rekke eksperimenter i et enkelt laboratorie innstilling ^15-18. Enklere dyremodeller for eksempel gnagere er generelt foretrukket ^19, forutsatt at de har lignende nevrale substrater underliggende atferd av interesse.

"> Det er rikelig med bevis som tyder på at gnagere dele lignende kortikale og subkortikale strukturer som de som finnes hos primater ^20-22. Gnagere er også kjent for å integrere informasjon på tvers av flere sensoriske modaliteter å veilede sine handlinger ^23-25, for eksempel ved å koordinere visping og sniffing under utforskende atferd ²⁶ eller ved å integrere auditive og visuelle / lukte hendelser ^25,27.

Her beskriver vi et rammeverk for operant betinging av gnagere som brukes til å teste kognitive oppgaver ^28-32. I denne rammen, er fagene som kreves for å fiksere inne i en nosepoke hull og opprettholde sin snute inni hullet til presentasjonen av en go kø. Den atferds oppgave er en fem-hulls nosepoke utforming som er konvensjonelt brukt for 5-choice serie reaksjonstid aktivitetsstudier. Under forsinkelsesperioden, er en rekke instruksjon signaler present å veilede faget til å utføre en handling. Dette rammeverket kan enkelt endres for å passeen lang rekke eksperimenter der trening faget for å minimalisere dens overt bevegelse over et kort intervall som er nødvendig. Dette gjør det mulig å studere hvorvidt spiking aktivitet av individuelle nevroner påvirkes av bestemte signaler i løpet av dette intervallet. Protokollen kan redusere opplæringstid og kan redusere over-faget læring variabilitet. Et skjematisk flytdiagram av oppgaven er vist i figur 1..

Protocol

Alle prosedyrer som involverer dyr ble godkjent av Michigan State University Institutional Animal Care og bruk Committee (IACUC). En. Forsøksoppsett Bruk en operant kondisjone boks som består av en fem-hullet nosepoke vegg på den ene side og en mat levering trau på den motsatte side. Senteret nosepoke hullet anses som en "fiksering" hull, og de fire andre hull (to på hver side av festehullet) betraktes motor target hull. Hvert hull er utstyrt med en trefarg…

Representative Results

Den foreslåtte rammeverket gjør det mulig å trene motivet på en rekke kognitive oppgaver. Her har vi implementert en instruert forsinkelse oppgave designet for å undersøke mekanismene for målrettede handlinger i gnager prefrontal cortex. Figur 1 viser et flytdiagram av den eksperimentelle design. For å sikre at faget forstår oppgaven kravet på alle trinn, bør arbeidsmål bli fortløpende vurdert. Figur 2 viser et eksempel ytelsen til ett fag på t…

Discussion

Rotter har vært mye brukt i nevrovitenskapelig forskning i over et århundre. Siden Thorndike introduksjon av begrepet loven om effekt hos katter ^34, har operant betinging vært standardmetoden for å teste ulike aspekter av dyrs atferd. Mange nevrovitenskap forsøk med beslutningsprosesser og motor forberedelse inkluderer en forsinkelsesperiode mellom instruksjons signaler og handlingen intervall. Det er ønskelig å minimere bevegelser under disse forsinkelsesperiodene for å redusere eventuelle confounds …

Materials

5-HOLED NOSE POKE WITH 3STIM CUE LIGHT – RAT CAGE	Coulbourn	H21-06M/R
TEST CAGE	Coulbourn	H10-11R-TC
Graphic State Software	Coulbourn
PROGRAMMABLE TONE/NOISE GENERATOR	Coulbourn	A12-33
Dustless Precision Pellets	Bio-Serv	F0165
SPEAKER MODULE	Coulbourn	H12-01R