Duyusal Entegrasyon ve Bilişsel Kontrol Deney için tam otomatik Kemirgen Yastıkları Protokolü

Aşağıdaki deneyin genel amacı, karmaşık bilişsel görevleri test etmek amacıyla kemirgenlerin operant koşullanması için otomatik bir davranışsal çerçeve sunmaktır. Davranışsal görev, geleneksel olarak beş seçenekli seri reaksiyon süresi görevi çalışmalarında kullanılan beş delikli burun sokma (nose poke) tasarımıdır. Deneklerin, kısa bir gecikme süresinin ardından bir git (go) işaretinin sunulmasına kadar burunlarını bir fiksasyon deliğinin içinde tutmaları gerekmektedir.

Deneğin ödül almak için gelecekteki bir motor hedefi seçmesine rehberlik etmek amacıyla, fiksasyon evresi sırasında işitsel bir talimat sırası sunulur. İşitsel bir sıranın kullanılması, farklı görev evreleri arasında iyi tanımlanmış geçişler sağlar ve davranışın birçok yönünün yanı sıra çalışma belleği, karar verme ve motor planlamanın nöronal mekanizmalarının incelenmesine olanak tanır. Bu tekniğin labirent navigasyon deneyleri gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı, deneğin yörüngesindeki sistematik varyasyonlar tarafından karıştırılabilecek açık motor davranışın, görevin kritik evresi sırasında minimize edilmesidir.

Bu yöntem motor kontrol hakkında bilgi sağlayabilse de, çalışmalar algı, dikkat ve bellek oluşumu gibi diğer üst düzey bilişsel süreçleri araştırmak için de kullanılabilir. Prosedürü, laboratuvarımdan lisans öğrencisi olan Dylan Miller uygulamalı olarak gösterecektir. Aşağıdaki çalışma, bir tarafında beş delikli burun dokundurma duvarı ve karşı tarafında bir yemleme oluğu bulunan bir operant koşullanma kutusunda gerçekleştirilmektedir.

Merkezdeki burun sokma deliği bir fiksasyon deliği olarak kabul edilir ve fiksasyon deliğinin her iki yanındaki ikişer adet toplam dört diğer delik ise motor hedef delikleri olarak kabul edilir. Her delik, bir üç renkli LED ve hayvanın fiksasyon deliğine girdiğini ve oradan çıktığını tespit eden bir kızılötesi ışın yayıcı dedektör sistemi ile donatılmıştır. Programlanabilir bir ton jeneratörü, milisaniye hassasiyetinde tek frekanslı bir ton oluşturur ve bu ton, opera kutusunun içine monte edilmiş bir hoparlöre bağlanmıştır.

Ton jeneratörü ve burun sokma delikleri, davranışsal takip sistemi üzerinden kontrol edilir. Alıştırma dönemi boyunca özel bir yazılım kullanarak hayvanlarla her gün ilgilenin, operant koşullanma odasını ve yem haznesini keşfetmelerine izin verin; orijinal vücut ağırlıklarının %85 ila %90'una ulaşmaları için üç günlük bir süre zarfında yem alımlarını kademeli olarak kısıtlayın. İlk adım, deneğin burun sokma deliklerine, yem teslimat portuna ve yanıp sönen delikler ile ödül arasındaki ilişkiye aşina olmasını sağlamaktır.

Bunu yapmak için, rastgele bir programla iki hedeften birini seçin ve delikteki LED yanıp sönerken beyaz işitsel gürültüden oluşan git kuyruğunu oynatın. Yazılımı, denek deliğe her ziyaret ettiğinde ödül verecek şekilde ayarlayın. Delik ziyaret edilmezse denemeyi 30 saniye sonra sonlandırın ve hedef seçimine yardımcı olmak için yeni bir deneme başlatın.

Hatalı deliklere yapılan ziyaretleri, denemeyi sonlandırıp ardından beş saniyelik bir karartma uygulayarak cezalandırın. Ardından, istenen performans düzeyine ulaşılana kadar yeni bir delik seçin ve yeni bir denemeye başlayın. Deneği fiksasyon deliğinin içine dokunması için eğitmek amacıyla.

Bir denemeyi başlatmak için, fiksasyon deliğinin içinde sarı bir LED yakıp söndürülür. Denek fiksasyon deliğine geldiği anda git işaretini çalın ve yeni bir deneme başlatın. Denek fiksasyon deliğine gelmeyi öğrendikten sonra, burnunu belirli bir süre boyunca deliğin içinde tutmasını öğretin.

Bunu yapmak için, deneğin fiksasyon deliğini ziyaret etmesini bekleyin ve denemeyi sonlandırın. Eğer denek 500 milisaniye içinde geri çekilirse, erken geri çekilmeleri yedi saniyelik bir karartma süresiyle cezalandırın. Aksi takdirde, git işaretini çalın ve doğru ziyaretleri bir yiyecek peleti vererek ödüllendirin.

Bir sonraki adım, işitsel talimat kuyruğunu; 150 milisaniye darbe süresi ve 100 milisaniye darbeler arası aralıkla, darbeli ve üçlemeler şeklinde tek bir frekansta işitsel ton olarak sunmaktır. Ek olarak, gecikme süresi uzunluğunu ortalama 1,5 saniyeye çıkarın. Her deneme için 1,3 ile 1,8 saniye arasında tekdüze bir yoğunluğa dayalı rastgele bir gecikme süresi uzunluğu seçin.

Denek fiksasyon deliğine girdikten hemen sonra talimat işaretini oynatın. Hedeflerin her birine iki talimat işareti atayın. Ancak, denekler göreve daha fazla aşina olana kadar bu aşamada her hedef için ilişkili tek bir işaret kullanın.

İstenilen performans düzeyine ulaşılana kadar, deneğin hedef deliği seçmek için hem işitsel hem de görsel ipuçlarını kullanmasına izin verin. Deneği yalnızca işitsel ipuçlarını kullanması için eğitmek amacıyla, hedef deliğin içindeki yanıp sönen LED'leri kapatın, böylece denek sadece işitsel yönlendirme ipuçlarını kullanabilsin. İstenilen performansa ulaşıldığında, rastgele sunulan yönlendirme ipuçları dizisine diğer iki ipucunu ekleyin ve eğitim adımlarını tekrarlayın.

Her adımın sonunda, bir sonraki aşamaya geçmeden önce deneğin en az üç ardışık oturum boyunca %75'in üzerinde davranışsal performans sergilediğinden emin olun. Final aşamasına ulaşıldığında, performansın istenen düzeyde korunduğundan emin olmak için deneği bir hafta boyunca protokole tabi tutun. Başarı oranını, hedeflere yapılan doğru ziyaretlerin yüzdesinin toplam deneme sayısına bölünmesi olarak tanımlayın.

Başarı oranı, eğitimin her aşamasında ölçülmelidir. Farklı hata türleri arasında; fiksasyon deliğinden erken geri çekilmeler nedeniyle zaman aşımına uğrayan denemelerin yüzdesini kapsayan erken geri çekilme, deneğin oluşturulmamış bir hedefi ziyaret ettiği başarısız denemelerin yüzdesini kapsayan görev hatası ve denemenin başlamasından sonra deneğin hedeflerin hiçbirini ziyaret etmediği durumlardaki hata yüzdesi yer almaktadır.

Her deneme için, "git" işaretinin başlangıcı ile deneğin fiksasyon deliğinden geri çekilmesi arasındaki gecikme olarak tanımlanan reaksiyon süresini ölçün. Hedef süresi de deneğin fiksasyon deliğinden geri çekilmesi ile hedef deliğe girmesi arasındaki süre olarak ölçülür. Bu örnek, tek bir denek için 14 kayıt oturumu boyunca başarı oranını göstermektedir.

Hata türleri arasında erken geri çekilmeler baskındır; komisyon hataları ve ihmal hataları ise daha seyrek görülmektedir. Bu histogram, farklı denemelerdeki tepki süresinin dağılımını göstermektedir. Burada, farklı denemelerdeki hedefe ulaşma süresinin dağılımı gösterilmiştir.

Denek görevi öğrendikten sonra, 32 kanallı bir mikro elektrot dizisi implante edildi. Prelimbik alanda, 22 eşzamanlı kaydedilen birime ait bir raster grafiği ile hizalanmış örnek bir iz gösterilmiştir. Davranışsal olaylara ait işaretleyiciler, izlerin üzerine yerleştirilmiştir.

Bu prosedürü uygularken, her eğitim oturumundan önce Perus'u kontrol etmeyi ve sonrasında deneğin performansını izlemeyi hatırlamak önemlidir. Davranış puanlarındaki belirgin düşüşler, geliştirme aşamasından sonraki ekipman arızalarından kaynaklanmış olabilir. Bu teknik, bilişsel nörobilim alanındaki araştırmacıların amaca yönelik davranışın yukarıdan aşağıya kontrolünü keşfetmelerine yol açacaktır.