Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

פרוטוקולים operant להערכת ניתוח עלות-תועלת במהלך קבלת החלטות מחוזק על ידי מכרסמים

Published: September 10, 2018 doi: 10.3791/57907
Automatic Translation
*1,3, *2, 3, 2, 3,4
1Department of Optometry and Vision Science, The University of Melbourne, 2Neuroscience Research Center, Shahid Beheshti University of Medical Science, 3Department of Medicine, The University of Melbourne, 4Royal Melbourne Hospital
* These authors contributed equally

Summary

ניתוח עלות-תועלת היא גישה שקילה-קנה-מידה שמבצע המוח במהלך הקורס של קבלת החלטות. כאן, אנו מציעים פרוטוקול לאמן חולדות על operant קבלת ההחלטות שצורת בו חולדות לבחור תגמולים גבוהים יותר על חשבון מחכה 15 s כדי לקבל אותם.

Abstract

החלטות מונחה חיזוק היא היכולת לבחור בין מתחרים דרכי פעולה המבוסס על הערך היחסי של היתרונות וההשלכות שלהם. תהליך זה הוא חלק בלתי נפרד ההתנהגות האנושית הרגילה, הוכח להיות מובסים נוירולוגיות והפרעות פסיכיאטריות כגון התמכרות, סכיזופרניה ודיכאון. מכרסמים זמן רב השתמשו כדי לחשוף לנוירוביולוגיה של ההכרה האנושית. לשם כך, פותחו מספר פעילויות התנהגותיות; עם זאת, רוב הלא-ממוחשב והם מהגידולים. ההתפתחות האחרונה של מיקרו פתוח איפשר לחוקרים למכן משימות מבוססות operant להערכת מגוון משימות קוגניטיביות, סטנדרטיזציה המצגת גירוי, לשפר את נתוני ההקלטה ושיפור כתוצאה מכך, הפלט מחקר. כאן, אנו מתארים ממוכנת המבוססת על עיכוב מונחה חיזוק קבלת ההחלטות משימה, תוך שימוש operant של T-maze נשלט על ידי תוכנות מותאמות אישית בכתב. באמצעות משימות החלטות אלה, אנו מראים את השינויים בפעילות פוטנציאליים שדה מקומי cingulate cortex הקדמי של חולדה בזמן שהיא מבצעת המבוסס על עיכוב עלות-תועלת קבלת ההחלטות משימה.

Introduction

קבלת החלטות הוא התהליך של זיהוי ובחירת בחירות המבוססות על ערכים ועל העדפות של ההחלטות ואת ההשלכות של הפעולה הנבחרת1. למרות החלטות נחקרה בהרחבה בתחומים שונים (כלומר, כלכלה, פסיכולוגיה, מדעי המוח), מנגנונים עצביים שבבסיס כאלה יכולות קוגניטיביות אינם עדיין לגמרי מובנים. שתי קטגוריות משנה של קבלת ההחלטות הן החלטות תפיסתי וקבלת החלטות מונחה חיזוק. למרות שהם לשלב אלמנטים חופפים ניכר ומושגים, החלטות תפיסתי מסתמך על1,זמינות מידע חושי2, ואילו החלטות מונחה חיזוק עוסק הערך היחסי פעולות צבר מעל ציר זמן מסוים3. היבט אחד חשוב של החלטות מחוזק הוא ניתוח עלות-תועלת אשר מבוצע באופן אינטואיטיבי על ידי המוח על ידי הפחתה של העלויות של כל חלופה1ומחשוב היתרונות של הבחירות נתון.

את T-maze (או variant Y-מבוך) הוא אחד מבוכי שהשתמשו בניסויים קוגניטיבית באמצעות מכרסמים. חיות יכניסו את היד התחלה (הבסיס של ה-T), רשאית לבחור את הזרוע המטרה (אחת הזרועות בצד). פעילויות כגון חילוף בכפייה או אפליה משמאל משמשים בעיקר עם מכרסמים T-maze כדי לבדוק התייחסות ופועל זיכרון4. T-מבוכים נמצאים גם בשימוש נרחב קבלת החלטות ניסויים5,6,7. עיצוב הפשוטה ביותר, הפרס ממוקמת בזרוע מטרה אחת בלבד. הבחירה הצפויה, חיות בהחלט מעדיף את הפרס ולא כלום, ללא קשר לערך גמול. אפשרות נוספת היא למקם את התגמולים בשתי הזרועות. המטרה, אז תן החיות לבצע בחירה אשר נתיב לקחת תלוי במספר פרמטרים (קרי, את ההעדפה הטבעית של החיה, ההבדל בערכים של התגמולים, ומה העלויות ישולמו). עיצוב מבוססות ערך, הפעילות, זה מורכב יותר על ידי בעל מאפייני סרגל במשקל. בדרך זו, חיה מקבל תגמולים אחרת מוערכת על-ידי בחירה בין שתי אפשרויות, כמו גם בין העלויות של הפעולות [קרי, מידת מחכה (מבוסס על עיכוב) או מידת המאמץ (מבוסס על מאמץ) הדרושים כדי לקבל פרסים], כל התורמים להחלטה כי הוא עשה5,6.

ב מסורתי המבוסס על עיכוב T-maze קבלת החלטות, חיות מאומנים כדי לבחור את הזרוע גמול גבוה (HRA) ולהימנע ההפך תגמול נמוך הזרוע (איירה). הצדדים של האגודה הערבית לזכויות האדם, אתה בטוח נותרים ללא שינוי לאורך כל הניסוי. למרות הפעילות המתוארת לעיל תועדה היטב בספרות, הוא סובל מספר חסרונות פרוצדורלי. ראשית, על ידי בעל זרוע המטרה קבועה, החיות יודעות אשר יד לבחור מתחילת בכל ניסוי. בתרחיש זה, בעלי חיים ניתן לבחור את הזרוע מטרה המבוססת על זיכרון שלהם ולא על קבלת החלטות. לפיכך, ב המבוסס על עיכוב קבלת ההחלטות פרדיגמה, חיה החושף את הפרס נמוך בגלל ההתערבות המחקר, לא יהיה ברור אם זה בגלל הפסד של זיכרון או כדי ההתערבות המחקר. קבוצת ביקורת זיכרון הפרדת הפעולה שנצפו על הבעיה בזיכרון עשוי להיחשב, אבל זה מוטלת חוקרים ובעלי חיים כאחד בגלל עבודה נוספת7. חשש נוסף הוא הרגע של קבלת ההחלטות על ידי החיה: ברגע חיות להגיע לאזור ההחלטה (הצומת בין כל שלוש זרועות), הם נראים בדרך כלל לשמאל, לימין, לשקול את העלויות והתועלת לגבי כל זרוע ולאחר מכן בצע את ההחלטה שלהם. עם זאת, לאחר מספר נסיונות, הם לבצע כזה חישוב לפני שהגיע לאזור ההחלטה, פשוט להריץ ישירות אל הזרוע גמול. כתוצאה מכך, אלה שני חסרונות – דעה קדומה קדם זרוע אחת, למצוא את הרגע של קבלת החלטות – שניהם מאוד להפריע את הפרשנות של אלקטרופיזיולוגיות ונתונים דימות מוחי.

בשיטה שלו הסביר בעיתון הזה, הזרוע. מועדף (HRA) הוא מרמז על ידי הסימן השמיעה והם עשויים להשתנות משפט למשפט. חיות ליזום מחקרים על ידי הזנת אזור הבדיקה (איור 1) מפעילה את המקל השמיעה על ידי "תוקע את האף" דרך שער אינפרא-אדום שמוקם בצומת של שלושת הזרועות. אות שמע (20 dB, בין 500 ו- 1000 ms) הוא שיחק של רמקול בקצה הזרוע המטרה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל ההליכים הסביר כאן היו אישור, מתבצעת על פי המדריך על טיפוח ועל שימוש של חיות מעבדה, אושרו על ידי ועדת האתיקה Florey חיה המכון או המרכז לחקר מדעי המוח.

1. דיור, טיפול, הגבלת מזון

  1. השתמש מבוגר (בדרך כלל שבועות 8) חולדות זכרים (כל הזנים) ולשמור אותם בחדר עם מחזור/כהה 12-h.
  2. להגביל את גישתם מזון כדי לעודד את בעלי החיים כדי לבצע את המשימה.
    הערה: דיור החיות נדמו המוצע, כפי שהיא מספקת על שליטה טובה יותר של צריכת המזון של כל אחד.
  3. ימים 1-3, להתמודד עם החיות במשך כ 5 דקות, 2 x יום.
    הערה: טיפול עוזר החיות עם מגע אנושי, מקטין את רמת מתח וחרדה בבעלי החיים לאורך כל הניסויים.
  4. שוקלים את החיות לאחר כל מפגש טיפול. להשתמש במשקל של היום הראשון בתור הסכום האכלה חינם ולשמור את החיות כ- 80-85% מסכום חינם האכלה שלהם.

2. הגדרת ניסיוני

  1. השתמש T-maze מצוידים עם 3 מחיצות או זרועות, שני רמקולים גירוי, 5 דלתות לשליפה, ו 5 חיישני אינפרא-אדום או חיישנים קרן אינפרא-אדום (IRB).
    הערה: ניתן לבנות את T-maze של בינוני צפיפות fiberboard (MDF) או פוליוויניל כלוריד (PVC).
  2. לשלוט המבוך נבנה כאן על ידי מיקרו-בקר Arduino.
  3. העתק את הקוד Arduino לתוך המחשב.
  4. הורד את התוכנה Arduino מהאתר התוכנה ולהתקין אותה במחשב.
  5. חבר של מיקרו-בקר למחשב באמצעות יציאת USB.
  6. במחשב, לחץ על סמל התוכנה, ללכת על כליולאחר מכן בחר יציאה.
  7. בתפריט הנפתח, בחר ביציאת ה-COM (יציאת תקשורת) המקשר את התוכנה למחשב.
  8. ללכת כלים ובחר לוחות. בתפריט הנפתח, בחר את סוג Arduino. המפקח על T-maze.
  9. לחץ על העלה על גבי עזב של חלון הממשק. בחר את הקוד Arduino. המתן עד השלמת התהליך.
  10. לחץ על הצג טורי בחלק העליון הימני של החלון ממשק. לאחר מכן, בחלון מוקפץ חדש, לשנות את קצב השידור 115200.

3. habituation למבוך

  1. לפני כל הפעלה של habituation, להביא את החיות לחדר ניסוי לפחות 1 שעה לפני הניסוי.
  2. נשאיר את כדורי סוכר 10 כל זרוע המטרה ולהשאיר כל הדלתות פתוחות.
    הערה: בשלב זה, יש צורך לעקוב אחר תנועות החיה (איור 1).
  3. ימים 1-3: לחוד את החיות המבוך לפרקי זמן של 10 דקות, 1 x ליום, כדי לחקור את המבוך ללא הגבלות.
  4. ימים 4-5: לחוד את החיות במבוך. להשאיר 2 כדורי כל זרוע ולאפשר להם לטעום את האוכל משני הצדדים. הסר את החיה מן המבוך מיד לאחר אכילת כדורי משני הצדדים או אחרי 5 דקות של להיות בתוך המבוך.
    הערה: ההבדל העיקרי בין שלב זה השלב הקודם היא כי חיות צריך להסיר מן המבוך מיד לאחר אכילת כדורי משני הצדדים. זה להכיר חיה הוסר מן המבוך בסוף משפט.
  5. לאחר כל מפגש, מנקים רצפה של המבוך עם 70% אתנול וודא שהאתנול התאדו לפני הצבת החיה הבאה במבוך.

4. אפליה הכשרה

  1. מבוך הכנה
    1. יום 6: להביא את החיות לחדר ניסוי לפחות 1 שעה לפני הניסוי.
    2. להפעיל את התוכנית Arduino ולהגדיר את המספר משפט 14 אשר הניסויים 4 הראשונות יהיה כפה-הבחירה ואת השאר יהיו בחירה משפטי.
      הערה: התוכנית באופן אקראי יפיק את מספר שווה של ניסויים יוקצו לימין ואת הצד הימני של T-maze.
    3. לפני כל משפט מתחיל, מקום 4 כדורי בזרוע המטרה אשר ניתן לסמן האגודה הערבית לזכויות האדם, 2 כדורי הזרוע השניה אשר אתה בטוח.
  2. אימון ניסיון בכפייה-הבחירה (4 ניסויים)
    1. לחסום מדומה באקראי זרוע אחת לפני בכל ניסוי כך החיה הוא נאלץ לבחור את היד השניה.
      הערה: הזרוע החסום יכול להיות זרוע גמול גבוה או זרוע תגמול נמוך בזמן האות השמיעתי מדגיש את הצד של האגודה הערבית לזכויות האדם.
    2. המקום חיים בתיבה התחל (איור 1). לאחר 5-7 s, בו זמנית פתח השער התחלה ולחץ להתחיל בחלון ממשק של Arduino.
    3. לאסוף את החיה מיד לאחר אכילת כדורי או אחרי 5 דקות של להיות בתוך המבוך.
    4. להשאיר את החיה לכלוב הביתה למשך 2 דקות.
  3. אימון ניסיון ברירה (10 ניסויים)
    1. לפני כל משפט, סגור את הדלת-B בזרוע אשר נבחר על ידי תוכנת האגודה הערבית לזכויות האדם. להשאיר דלת-A פתח ב היד הנגדית (אתה בטוח).
    2. המקום חיים בתיבה התחל (איור 1). לאחר 5-7 s, בו זמנית לפתוח את השער התחלה, לחץ על התחל.
    3. תן את החיה בחופשיות לבחור אחת הזרועות. אם החיה בוחרת האגודה הערבית לזכויות האדם, דלת פתוחה-A, תן את החיה להזין את הקאמרית, סגור הדלת-A ודלת פתוחה-B מיד לתת גישה בעלי חיים למזון שנבחר טוב.
    4. אם החיה בוחרת את איירה, דלת פתוחה-B על מנת לתת גישה חיה לאוכל טוב.
    5. להסיר את החיה, לאחר שזה אכל את כל האוכל במזון הנבחר טוב ולהשאיר אותה בכלוב בבית למשך 2 דקות.
    6. השלמת הניסויים ברירה 10 עבור כל חיה ולהקליט הבחירה של החיה (HRA או איירה) בבכל ניסוי.
    7. לחשב את אחוז גמול גבוה הבחירה (HRC) עבור כל ברירה-המבחנים לאחר כל אימון.
    8. בעקבות השלמת שבילים 14, טיימס בודדים מתקבל על ידי כל חיישן אינפרה אדום מוצגים בחלון ממשק Arduino.

5. עיכוב הכשרה

  1. לאחר כל חיה הגיעה 80% של ה-HRC בהכשרת אפליה (שלב 4), להתחיל את האימונים עיכוב על-ידי הפעלת ניסויים 10 ליום עבור כל בעל חיים. בשלב זה, הדלת-B היא תיפתח לאחר השהיה s 5 רק כאשר החיה בוחר האגודה הערבית לזכויות האדם.
  2. אם החיה מגיע עם ה-HRC של 80% בסוף אימון עם עיכוב s 5, להגדיל את עיכוב עד 10 s עבור המפגש הבא.
  3. ברגע החיה הגיעה של HRC של 80% עם עיכוב s 10, להגדיל את העיכוב ל-15 s עבור המפגש הבא.
  4. לתעד את הבחירה של החיה בכל ניסוי לחשב את ה-HRC לאחר כל אימון.
  5. בעקבות השלמת הניסויים, טיימס בודדים מתקבל על ידי כל חיישן אינפרה אדום מוצגים בחלון ממשק Arduino.
    הערה 1: הטיימר מופעל בעת לחיצה על Enter. 'Time_decision' זה הזמן לאחר לתקוע את האף אל ה-IRB-1. 'Time_left_1' זה הזמן כאשר חיה שובר IRB - 1 ליטר, 'Time_left_2' היא כאשר IRB - 2L נמצא שבור. אם המחקר התנהגותית בשילוב עם אלקטרופיזיולוגיה או הדמיה עצבית (למשל, הדמיית סידן) שיטות, סרט ההקלטה הוא הציע עבור סנכרון טוב יותר של ההתנהגות של בעל החיים לאותות עצביים.

6. electrophysiology (אלקטרודה פבריקציה)

  1. השתמש אלקטרודות בודדות או הפרעה דו קוטבית כדי להקליט את הפוטנציאליות שדה מקומי (LFPs).
    הערה: השימוש של אלקטרודות דו קוטבי הוא הציע מכיוון שהיא מאפשרת מקומי מחדש הפניה להפחית את ההשפעה של הולכה אמצעי האחסון. לכן, LFP מוקלט הוא המתח ההפרש בין 2 אלקטרודות עם ~ 200 μm להרחיק הטיפים.
  2. כדי להפוך אלקטרודה עם הפרעה דו קוטבית, דבק 2 אלקטרודות טונגסטן ביחד או רוח 2 חוטי פלדת יחד (בדרך כלל, מצופים PFA חוטי פלדת בקוטר 50 μm משמשים).
  3. הלחמה את ההארקה, הקלטה חוטים כדי תקע/שקע מיני להפוך מחבר להקצאה אלקטרופיזיולוגיה למערכת ההקלטה.

7. הרדמה

  1. להשתיל האלקטרודות, עזים ומתנגד העכברושים זריקה בקרום הבטן של תערובת של קטאמין (100 מ ג/ק ג) חריגות השירותים הווטרינריים (8 מ ג/ק ג), או על ידי ניהול איזופלוריין כפי שתואר בשלבים הבאים.
    הערה: מומלץ איזופלוריין עקב שליטה משופרת של הרדמה העומק שלה.
  2. השתמש מכונת הרדמה עם חמצן מבוקרת, אדי הרדמה זרימה.
  3. כדי עזים ומתנגד החיה על ידי איזופלוריין, ממקמת התא אינדוקציה והגדר איזופלוריין בשיעור של-4% ו חמצן ב- 500-1000 מ ל/דקה על מכונת הרדמה.
  4. ממשיכים את תנאי הגיוס עד רפלקס שקמה בעצמה אחרי שמפילים של החיה נעלם.
  5. לקבוע את שיעור אחזקה הרדמה חמצן איזופלוריין ו- 300-400 מ ל/דקה 1-2.5% על המכונה.
  6. במקום משטח חום עם בידוד (צמר גפן) על מכשיר stereotaxic, ואז לשתק את החיה את ההתקן stereotaxic.
  7. למדוד את רמת הרדמה על ידי צובט את הבהונות של החיה.

8. ניתוח

  1. באמצעות מכונת גילוח חשמלית או זוג מספריים, לגלח את הראש של החיה איפה החיתוך להתבצע.
  2. לשפשף את אזור הניתוח עם אתנול ולאחר מכן עם povidone – יוד, 4%.
  3. החל העין סיכה כדי להגן על הקרנית של החיה במהלך הניתוח.
  4. בעזרת מלקחיים רקמות, משוך בעדינות את העור בין העיניים והאוזניים. של החיה. בעזרת מספריים, לחתוך את העור הוא שמאלי בין המלחציים ולהסיר את קרום העצם.
  5. השתמש מימן על-חמצני כדי לנקות ולחטא את הגולגולת.
  6. למצוא את המיקום של נקודת הכניסה אלקטרודה באמצעות קואורדינטות stereotaxic ולסמן אותו על הגולגולת עם סמן קבוע.
  7. להשתמש תרגיל כף יד לעשות חור אחד עבור אלקטרודת הארקה, אחד עבור עיגון השתל ולאחר חור אחד לכל הקלטה אלקטרודה.
  8. הכנס האלקטרודות בקצב מאוד איטי כדי למזער את הנזק האפשרי קורטיקליים ו subcortical.
  9. לחבר את אלקטרודת הארקה הגולגולת באמצעות בורג קטן.
  10. אבטח את מחבר התקע/השקע במקום באמצעות שכבה דקה של צמנט אקרילי שיניים.
  11. להזריק הבופרנורפין (15 µg/kg, subcutaneously) או meloxicam (1-3 מ"ג/ק"ג, subcutaneously) כמשכך כאבים.
  12. להשאיר את החיה בכלוב על מזרון מחוממת להתאושש. להתבונן החיה לפחות כל 30 דקות עד זה התאושש מפני ההרדמה.

9. שלאחר הליך ההכשרה

  1. בעקבות הניתוח, אפשר לפחות תקופה של התאוששות 10 ימים. בית החיות בנפרד עם גישה חופשית לאינטרנט למזון, מים ad libitum , לפקח עליהם על בסיס יומי (ראה Rudebeck, וולטון, סמית, בנרמן ו Rushworth7 לקבלת מידע נוסף).
  2. בעקבות ההתאוששות, להתחיל הגבלת הדיאטה של החיה 85% מסכום חינם האכלה שלהם.
  3. הסבה החיות במבוך להיזכר השלב אפליה (שלב 4).
  4. המשך מחדש הכשרה העכברים עד הושגו 80% של ה-HRC.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

הנתונים המובאים כאן הם LFP מוקלטות של קליפת orbitofrontal השמאלי (OFC) ואת cingulate cortex הקדמי (ACC) של שישה חולדות Wistar זכר באמצעות אלקטרודות דו קוטבי (של פלדת אל-חלד מצופה PFA). טבלה 1 מציגה את האורך רכישה התנהגותית עבור כל שלב ההכשרה. נקודות הציון עבור המיקומים היעד היו נחושים מעכברוש המוח אטלס9 , הם כדלקמן: עבור AAC, 1.2 מ מ והשתרשה עמוק בלבה bregma, 0.8 מ מ לרוחב קו האמצע ו- 2 מ מ הגחון לגולגולת; עבור אוקיאניה, 3.5 מ מ והשתרשה עמוק בלבה bregma, 2.3 מ מ לרוחב האמצע, וכן הגחון בגולגולת 5.4 מ"מ.

ההקלטות היו bandpass-מסוננים (0.01 - 250 הרץ) כדי לחלץ את LFPs, ואז לטעום-1,000 הרץ. ניתוח ספקטרלי בוצעה LFPs שימוש רב להתחדד10. חמש Slepian מתחדד מוצר רוחב פס זמן של שלושה שימשו כדי להיכנס לריכוז של האופטימלית ספקטרלי. זמן-תדר spectrograms הוערך באמצעות הזזה-חלון של 300 ms היה להעביר את הנתונים על צעדים 5 אלפיות השנייה. לקבלת אבחנה טובה יותר של אפנון תלויי-פעילות הסמכויות ספקטרלי וכדי להחליש את 1/f כוח שינוי גודל של הבעיה, כל spectrograms היו בסיסית מנורמל, המרה דציבל באמצעות dBtf = 10log10 (Stf/mSf), איפה Stf הקשת-זמן t ו בתדר f ו- mSf הוא רשע הספקטרום של כל הזמן נקודות הבסיס בתוך הלהקה תדר11. הכוחות ספקטרלי חושבו עבור בסיסית (300 ms לפני תוקע את האף), גירוי (100 ms), טרום קאמרית (300 ms לפני הכניסה לחדר), חלונות זמן תאיים (600 ms). ניתוח סטטיסטי התבצע בעזרת ללא פרמטרי מבוסס-תמורה t-מבחן.

כפי שמוצג בשורה העליונה של איור 2A, חלה ירידה הנמוכה (4-12 Hz) והן הגבוה (45-85 Hz) תדירות הכוחות ב- ACC שמראש עד הסוף של הגירוי. השוואה בין הזמן המושקע מחוץ לחדר עם הזמן בבית הבליעה, ניתוח ספקטרלי הראו ללא שינויים בפעילויות מתנדנדות (כפי שניתן לראות בשורה העליונה של איור 2B) מר

תנודות בתדר נמוך ב אוקיאניה הראה גם ירידות המעצמות ספקטרלי בעוד בעלי החיים אל השער אינפרא-אדום; עם זאת, זה הופיע מוקדם יותר (ms-80) והוא נמשך יותר לעומת תנודות בתדר נמוך ב- ACC (50-420ms). פעילות הלהקה אמצע/בתדירות גבוהה (23-100 Hz) אוקיאניה גדל בעקבות תחילת גירוי (איור 2 א, שורה תחתונה). ללא שינויים משמעותיים נצפו בחלונות זמן קאמרית קדם והרכבים כשהם היו בהשוואה ביחד (איור 2B, שורה תחתונה). תוצאות אלה עולים בקנה אחד עם ממצאים קודמים נניח כי קונפדרציית הכדורגל של אוקיאניה ACC הן מעורב קבלת החלטות מבוססות ערך2,12,13.

Figure 1
איור 1: סכימטי של בחירה המשפט מבוסס על עיכוב פעילות קבלת ההחלטות. המבוך מודד 60 ס"מ x 10 ס"מ x 40 ס מ. התיבה התחל מחובר בזרוע התחלה דרך דלת לשליפה. שתי דלתות לשליפה אחרים (דלת-A והדלת-B) ממוקמים כל זרוע המטרה, יחד הם גורמים תא לדחות גישה החיה תגמולים. הדלת-מה זה מניחים 12.5 ס מ נקודת הכניסה אל כל זרוע, הדלת-B ממוקמת רק לפני האוכל טוב, 5 ס מ מהקצה של הזרוע. העלה מתכת אוכל טוב, 3 ס מ קוטר, ממוקם בקצה של כל זרוע המטרה, 2 ס מ מעל הרצפה מבוך.

החיה מושם בתיבה התחלה, מותר לגשת ואת האף-לתקוע השער אינפרא-אדום (IRB-1) כדי לעורר את הגירוי השמיעתי זה רמזים האגודה הערבית לזכויות האדם (בחלונית זו, הזרוע הימנית). חותמת הזמן IRB - 2L ו- IRB-2R הבחירה של בעל החיים. אם החיה פונה ימינה, הדלת-A נפתח כדי לאפשר את החיה להזין את הזרוע (תא) והוא סגור מיד לאחר החיה מזין. לאחר 15 s, פתיחת הדלת-B כדי להעניק גישה חיה את הפרס. אם החיה בוחר לפנות שמאלה, (דלת-A נפתח בצד שמאל), נפתחת הדלת-B מיד אחרי זה נכנס לחדר השמאלי. IRB - 3L ו- IRB-3R חותמת הזמן של החיה כניסה לחדר.

Figure 2
איור 2: הדינמיקה הטמפורלי, ספקטרלי של פעילות עצבית ACC ו OFC. (א) לוח זה מראה חלקות זמן-תדר של ACC (שורה עליונה) ופעילויות אוקיאניה (שורה תחתונה) העצבית במהלך אפליה תגמול גבוה מוצלחת. הכוחות ספקטרלי הם מנורמל בסיסית על-ידי חיסור חלון הזמן שלאחר מציץ מהחלון זמן בסיסית. הערך 0 abscissa מציין את תחילתה של הגירוי השמיעתי. (B) לוח זה מציג זמן-תדר חלקות ACC (שורה עליונה) ו אוקיאניה (שורה תחתונה) פעילות עצבית כאשר החיה נכנס לתא. חלון הזמן קאמרית מנורמל ליד החלון קאמרית לפני הזמן. הערך 0 abscissa מציין הזמן של פתיחת הדלת-א התיקים צבע מתארים את היקף השינויים ספקטרלי לוגריתמית. המלבנים שחור להדגים לחריגות משמעותית רמת הסיכון (0.05 <p על ידי שניים-מבחן תמורה צדדית). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Habituation הכשרת אפליה עיכוב הדרכה (5s) עיכוב הדרכה (עשיריות) עיכוב הדרכה (15) סה
עכבר 1 3 ימים 15 ימים 8 ימים 6 ימים 5 ימים 37 ימים
עכברוש 2 3 ימים 18 ימים 9 ימים 6 ימים 5 ימים 41 ימים
עכברוש 3 3 ימים 13 ימים 7 ימים 5 ימים 6 ימים 34 ימים
עכברוש 4 3 ימים 15 ימים 9 ימים 6 ימים 6 ימים 39 ימים
עכברוש 5 3 ימים 17 ימים 8 ימים 7 ימים 5 ימים 40 ימים
חולדה 6 3 ימים 16 ימים 7 ימים 6 ימים 6 ימים שלושים ושמונה ימים

טבלה 1: השתנות התנהגותית, מסלול הזמן של למידה על חולדות 6.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

מכרסמים זמן רב השתמשו במחקרים neuroscientific להתמודד עם נושאים שונים, החל יכולות קוגניטיביות כגון למידה ו זיכרון2,14 -התנהגות מחוזק7,15,16 אל הפקד המרכזי של איברים17,18 ו neuropharmacology19,20. הפרוטוקול המוצע הסביר משימה התנהגותית מורכבת מתאים ניסויים מעורב עם אלקטרופיזיולוגיה דימות מוחי. שתיארנו המבוסס על עיכוב מחוזק מודרכים הפעילות על חולדות, אבל זה יכול להיות מותאם עכברים מאז חולדות, עכברים לבצע באופן דומה על היבשה משימות.

השתמשנו מחטט באף כמו הגירוי לעורר גירוי של שמע. עם זאת, לחיצה על ידית באופנים גירוי כגון גירויים חזותיים או חוש הריח ניתן גם בשימוש, בנפרד או במקביל. הפעילות המוצעת operant יש מספר יתרונות על פני שיטות operant שאינן קיימות ויתרונות. רוב משכנעת היא הוספת חותמת אוטומטית זמן מדויק הקורס של ההחלטות של בעלי החיים אשר, אחרת, קשה מאוד. השיטה מתאים במיוחד ללימודים אלקטרופיזיולוגיה, דימות מוחי. יתרון נוסף הוא הסרת הרכיבים המרחבי של הפעילות אשר דורשים זכרון מרחבי קבוצות שליטה. כמו משימה תובענית מאוד, סביר בהחלט כי לא כל העכברושים לבצע גם על הפרדיגמה. החלף את החיה, אם זה נשאר פעיל בזרוע התחלה, עיכובים הזנת האזור ההחלטה עבור יותר מ 5 דקות או מייצרת שגיאה גבוה יותר המחירים להשוות בעלי חיים אחרים בקבוצה.

בכל רגע ההחלטה, העלויות ואת הערכים של ברירה היא כי ניתן להעריך בו זמנית. לכן, בחירת HRA או איירה במשימה זו יכול להיות התוצאות של שינויים בקידוד של. של העלויות, בקידוד של היתרונות, או חישוב עלות-תועלת. קודם של השיטה המוצעת היא חוסר אפשרות להפלות בין תהליכי הקידוד.

ישנם מספר צעדים שניתן לנקוט כדי למקסם את ההצלחה לאמן את החיות ואת הקלטת אותות אלקטרופיזיולוגיות שלהם. ראשית, טיפול החיות לפני האימון היא קריטית. ההפעלות הקלטה מתחילים עם מקשרת את החוטים הקלטה של החיה הראש-הבמה, מנסים להתאקלם אותם כך שהם מאפשרים לך להחזיק את הראש שלהם. זה חשוב מאוד, לעתים רחוקות אילפתי בעלי חיים מתחיל להילחץ במהלך הליך זה, עלול לגרום נזק הראש-הבמה או הכבל הקלטה. בדרך כלל, בעלי מהימנות הן פחות לחוץ, יותר קל לעבוד עם, נוטים לייצר נתוני משתנים פחות.

שנית, מכרסמים להשאיר מגוון של רמזים odorant במבוך (קרי, המכילות פרומון שתן וצואה, מפרישות פרומונים מאזור משערה שלהם, ובשנת הנוזלים שלהם רפידות רגל). לכן, המבוך צריך להימחק לאחר כל שימוש בודדים, בתום ניסוי כדי למזער את ההשפעה של מולקולות אלה odorant שיורית על תוצאות הבדיקה. אתנול (70%) הוא חומר מחטא נפוצות לניקוי ציוד בדיקות. עם זאת, כמו חיטוי רבים, אלכוהול עצמו יש ריח יכול להשפיע על התנהגות מכרסמים. לכן, ודא כי זה התאדו לגמרי לפני הצבת חיה במבוך.

שלישית, למרות LFPs רגישות פחות רעש קוצים, באמצעות כבל מאובטחת היטב ומחברי מוצק מקטין את רמת רעש התנועה. בקלילות התזת מים על הרצפה מבוך עשויה להקטין חשמל סטטי שנוצר על ידי החיכוך בין הפרווה של החיה על פני הרצפה.

לסיכום, הפרוטוקול המתואר במאמר זה עשויה לסייע עיצוב מבוסס על עיכוב ניסויים קבלת ההחלטות מחוזק ולהקליט אותות אלקטרופיזיולוגיות בעוד החיה היא ביצוע המשימה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

מחקר זה נתמך על ידי קרן מדעי המוח RMH, אוסטרליה; קרן המוח האוסטרלי; RACP Thyne ריד. האחווה, אוסטרליה; על ידי פרויקט מענק של טכנולוגיות המועצה, איראן Haghparast עבאס מדעים קוגניטיביים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
T-maze Self made
Dustless Precision Sugar Pellets TSE Systems Intl. Group F0023 45 mg, Sucrose
Ketamine Hydrochloride Injection, USP Sigma-Aldrich 6740-87-0
Xylazine Sigma-Aldrich 7361-61-7
stereotaxic device Stoelting
Isofluran Santa Cruz Biotechnology sc-363629Rx
PFA-coated stainless-steel wires A-M systems
acrylic cement Vertex, MA, USA
(wooden or PVC (polyvinyl chloride)-made) local suppliers
Mini-Fit Power Connector Molex 15243048
ethannol 70% Local suppliers
buprenorphine diamondback drugs
Arduino UNO Arduino https://www.arduino.cc/
Infrared emitting diode Sharp GL480E00000F http://www.sharp-world.com/
Chronux Toolbox Chronux.org
Arduino codes https://github.com/dechuans/arduino-maze

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gold, J. I., Shadlen, M. N. The neural basis of decision making. Annual Review of Neuroscience. 30, 535-574 (2007).
  2. Shi, Z., Müller, H. J. Multisensory perception and action: development, decision-making, and neural mechanisms. Frontiers in Integrative Neuroscience. 7, 81 (2013).
  3. Sutton, R. S., Barto, A. G. Reinforcement Learning: An Introduction. 1, MIT Press. Cambridge, MA. (1998).
  4. Khani, A., Rainer, G. Neural and neurochemical basis of reinforcement-guided decision making. Journal of Neurophysiology. 116, 724-741 (2016).
  5. Fatahi, Z., Haghparast, A., Khani, A., Kermani, M. Functional connectivity between anterior cingulate cortex and orbitofrontal cortex during value-based decision making. Neurobiology of Learning and Memory. 147, 74-78 (2018).
  6. Khani, A., et al. Activation of cannabinoid system in anterior cingulate cortex and orbitofrontal cortex modulates cost-benefit decision making. Psychopharmacology. 232, 2097-2112 (2015).
  7. Rudebeck, P. H., Walton, M. E., Smyth, A. N., Bannerman, D. M., Rushworth, M. F. Separate neural pathways process different decision costs. Nature Neuroscience. 9, 1161-1168 (2006).
  8. Gage, G. J., et al. Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals. Journal of Visualized Experiments. (60), e3565 (2012).
  9. Paxinos, G., Watson, C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , Academic Press. San Diego, CA. (1998).
  10. Bokil, H., Andrews, P., Kulkarni, J. E., Mehta, S., Mitra, P. P. Chronux: a platform for analyzing neural signals. Journal of Neuroscience Methods. 192, 146-151 (2010).
  11. Cohen, M. X. Analyzing Neural Time Series Data: Theory and Practice. , MIT Press. Cambridge, MA. (2014).
  12. Luk, C. -H., Wallis, J. D. Choice coding in frontal cortex during stimulus-guided or action-guided decision-making. Journal of Neuroscience. 33, 1864-1871 (2013).
  13. Rudebeck, P. H., et al. Frontal cortex subregions play distinct roles in choices between actions and stimuli. Journal of Neuroscience. 28, 13775-13785 (2008).
  14. Goshadrou, F., Kermani, M., Ronaghi, A., Sajjadi, S. The effect of ghrelin on MK-801 induced memory impairment in rats. Peptides. 44, 60-65 (2013).
  15. Haghparast, A., et al. Intrahippocampal administration of D2 but not D1 dopamine receptor antagonist suppresses the expression of conditioned place preference induced by morphine in the ventral tegmental area. Neuroscience Letters. 541, 138-143 (2013).
  16. Esmaeili, M. -H., Kermani, M., Parvishan, A., Haghparast, A. Role of D1/D2 dopamine receptors in the CA1 region of the rat hippocampus in the rewarding effects of morphine administered into the ventral tegmental area. Behavioural Brain Research. 231, 111-115 (2012).
  17. Chaleek, N., Kermani, M., Eliassi, A., Haghparast, A. Effects of orexin and glucose microinjected into the hypothalamic paraventricular nucleus on gastric acid secretion in conscious rats. Neurogastroenterology & Motility. 24, e94-e102 (2012).
  18. Kermani, M., Eliassi, A. Gastric acid secretion induced by paraventricular nucleus microinjection of orexin A is mediated through activation of neuropeptide Yergic system. Neuroscience. 226, 81-88 (2012).
  19. Kermani, M., Azizi, P., Haghparast, A. The role of nitric oxide in the effects of cumin (Cuminum Cyminum L.) fruit essential oil on the acquisition of morphine-induced conditioned place preference in adult male mice. Chinese Journal of Integrative Medicine. , 1-6 (2012).
  20. Ahmadi, A., et al. Synthesis and antinociceptive behaviors of new methyl and hydroxyl derivatives of phencyclidine. Current Medicinal Chemistry. 19, 763-769 (2012).

Tags

מדעי המוח גיליון 139 T-maze חיזוק התנהגות החלטות המבוססות על עיכוב פוטנציאל שדה מקומי cingulate cortex הקדמי קליפת orbitofrontal
פרוטוקולים operant להערכת ניתוח עלות-תועלת במהלך קבלת החלטות מחוזק על ידי מכרסמים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kermani, M., Fatahi, Z., Sun, D.,… More

Kermani, M., Fatahi, Z., Sun, D., Haghparast, A., French, C. Operant Protocols for Assessing the Cost-benefit Analysis During Reinforced Decision Making by Rodents. J. Vis. Exp. (139), e57907, doi:10.3791/57907 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter