Zemin Projeksiyon Maze kullanma Kayıt Sinir Aktivitesi otomatik Görsel Bilişsel Görevler

Bu protokolün genel amacı, zemin projeksiyonlu bir labirent kullanılarak sıçanlarda tamamen otomatik görsel bilişsel görevler ve eş zamanlı nöral veri toplama için optimize edilmiş şekillendirme ve eğitim prosedürlerini göstermektir. Bu, video izleme ve nöral veri toplama sistemlerinin, hayvanın davranışına göre göreve uygun uyaranlar ve intrakraniyal ödül sunabilen bir davranışsal kontrol sistemiyle entegre edilmesiyle gerçekleştirilir. Sıçanlar arenanın merkezinde sabit bir hazır pozisyonunda beklemeyi öğrendikten sonra, görev kurallarına göre ilgili bir davranışsal tepki gerektiren hedef görüntüler belirir.

Peri-olay analizleri için zaman damgalı nöral veriler; hazır konumuna, hedef görüntü sunumunun başlangıcına ve görevle ilgili diğer olaylara dair nöral korelatlar göstermektedir. Bu tekniğin dikkat çekici yanı, zemin projeksiyon yarışının, sıçanların görsel bilgileri alt görsel hemialanlarında işlediğine dair davranışsal ve anatomik kanıtlardan yararlanmasıdır. Ayrıca, bu aparatla tasarlanan görevler, sıçanların çevreyi keşfetmeye yönelik doğal eğiliminden faydalanmaktadır.

Son olarak, kemirgen modellerinde bilişsel işlevi araştırmak için görsel rehberli çok sayıda bilişsel görev tasarlanabilir. İnsanlar ve insan dışı primatlar üzerinde yürütülen çalışmalar için daha iyi bir geçerlilik ve translasyonel uygunluk sağlamak amacıyla zemin projeksiyon labirentini geliştirdik. Bu teknik, hafıza ve dikkat ile ilgili insan bozukluklarını anlamak için daha uygun bir uygulamadır; çünkü bu bozukluklar görsel bilginin işlenmesini içerir.

Zemin projeksiyonu labirenti, duvarları olmayan açık bir alandır. Bir arka projeksiyon ekranı, düzeneğin zeminini oluşturur. Zemin üzerine herhangi bir şekilde labirent arenası yerleştirilebilir veya sanal görsel sınırlar yansıtılabilir.

Arka projeksiyon ekran zemini üç katmandan oluşmaktadır. Çift görüşlü kumaş, kalın dikdörtgen bir pleksiglas parçası üzerine gerilmiştir. Ekran malzemesini sandviç şeklinde korumak için kumaşın üzerine ince bir pleksiglas tabakası yerleştirilmiştir.

Alttaki kalın pleksiglas ile üstteki ince pleksiglas arasındaki ekran malzemesi, en etkili görüntü projeksiyonunu sağlar; labirentin altına ve yanına yerleştirilen kısa mesafe projeksiyon cihazı, görüntüleri labirent tabanının alt kısmına arkadan yansıtır. Cineplex temel davranış modülüne sahip bir bilgisayara bağlı olan üstten görünümlü kamera, video takibi ve konum verilerinin çevrimiçi analizini sağlar. Sıçanın konumunu takip etmek için, sıçanın kafa düzeneğine LED'ler takın veya video takip sistemi ile sıçanın konturunun OID'sini takip edin; davranışsal görevler için pleksiglas üzerine yerleştirilen test alanı mat malzemeden yapılmış olmalıdır.

Nöral veri toplama sistemi kullanılırken, elektriksel gürültüyü minimize etmek için zemin projeksiyon labirentinin ve ICS sisteminin ön yükselticiye topraklandığından emin olun. İlk olarak, ekipmanlar açıkken sıçanı 10 dakika boyunca davranışsal odaya alıştırın, ardından sıçanı ertesi gün koloniye geri götürün. Bu işlemi tekrarlayın.

Üçüncü günde, ICS ve kafa aşaması bağlantılarını sıçanla birleştirin ve sıçanı 10 dakika boyunca test arenasına alıştırın. Dördüncü günde, kayıt dışı bir yer tercihi koşullanma protokolü kullanarak, yer tercihi oluşturmak için gereken en düşük ICS genliğini belirleyin.

Sıçan, ICS ödülünün gerçekleştiği yere koşullanana kadar birinci ve ikinci darbe genliklerini yavaşça artırın. Tipik genlik değerleri 20 ve 80 micro ampers arasındadır. Beşinci günden itibaren, sıçanları hazırlık alanına ve doğu ile batı görüntü alanlarına girmeye alıştırmak için bir ICS ödülü verin.

Sıçan iki görüntü alanı arasında gidip gelene kadar eğitime devam edin. Sıçanların hazır alanında sabit bir hazır pozisyonunda beklemeleri için eğitilmeleri kritiktir. Hazır pozisyonu, sıçanın hedef görüntülere hangi yönden yaklaşacağını ve sunulan görüntüleri hangi mesafelerden göreceğini kontrol eder.

Ara aşama için, bir denemenin başlangıcını belirtmek üzere 50 desibel beyaz gürültü verin. Sıçan hazır alanına girdiğinde beyaz gürültüyü kapatın. Sıçanın hazır alanına girmesi ve hazır pozisyonlarını başarıyla tamamlaması durumunda bir ICS ödülü verilmesini otomatikleştirin.

Hazır alanına girme ve hazır pozisyonların başarılı bir şekilde tamamlanması için ödül olasılıklarını kademeli olarak %0 ile %10 arasına düşürün. Aynı zamanda, sıçanın hazır pozisyonda durup beklemesini eğitmek için hazır pozisyon gecikmelerini 100 milisaniyelik adımlarla artırın. Eğitimin bu aşamasında, sıçanları hazır pozisyonda aşırı ödüllendirmemek önemlidir; çünkü aşırı eğitim, geç şekillendirme aşamasına ve göreve özgü kurallara geçişin gecikmesine neden olacaktır.

Sıçan hazır konumunu vaktinden önce bozarsa beyaz gürültüyü açın. Sıçanın denemeye arenanın karşı tarafında yeniden başlaması gerekir. Sıçan, her deneme için hazır konumunu 1200 milliseconds süreye kadar güvenilir bir şekilde koruyabildiğinde geç şekillendirme aşamasına geçin.

Yeni bir hazır pozisyon süresi, hedef görüntüler ortaya çıkmadan önce sıçanın ne kadar süre hareketsiz kalması gerektiğini belirler. Geç şekillendirme sırasındaki eğitim göreve özgüdür ve tüm görev parametrelerinde otomatize edilmiştir. Koşullu ayrım yoluyla görsel görevdeki başlangıç eğitimi için ICS ödüllerini manuel olarak verme esnekliği ile sıçanları basit bir şekil ve lüminans ayrımı üzerine eğitin.

Denemeye beyaz gürültüyü açarak başlayın. Sıçanın hazır pozisyonunda kalması için gereken süreyi denemeler arasında değiştirin. Eğer bir sıçan durağan hazır pozisyonunu güvenilir bir şekilde korumuyorsa, bir ICS ödülü verin.

Görüntü sunum alanına manuel olarak bir çift görüntü sunun; doğru görüntüyü görüntü alanının sol veya sağ tarafına sözde rastgele olarak yerleştirin. Eğitimin ilk gününde sıçan doğru görüntüye yaklaştığında bir ICS ödülü verin.

Yanlış bir yanıt verildiğinde, caydırıcı olarak yalnızca 75 desibellik kısa süreli bir beyaz gürültü patlaması uygulayın. Yanlış bir denemeyi takiben bir düzeltme denemesi gerçekleştirin. Düzeltme denemeleri arenanın karşı tarafında yürütülür.

Önceki hatalı denemede olduğu gibi aynı doğru sol veya sağ tarafı ve hazır konum gecikmesini kullanın. Sıçan basit lüminans ayrımını başarıyla gerçekleştirdiğinde, bicon Koşullu ayrım görevini başlatın. Hatalı denemeler için gürültü patlamaları uygulamayın.

Bi-koşullu ayırt etme görevi için, doğru görüntü zemin desenine göre belirlenir. Örneğin, zemin çizgili olduğunda siyah yıldız doğrudur ve beyaz daire doğrudur. Zemin gri olduğunda, denemeler doğru görüntünün sunulduğu doğu ve batı tarafları arasında dönüşümlü olarak gerçekleşir.

Hatalı denemelerin ardından, görüntü alanının sol veya sağ tarafında sözde rastgele düzeltme denemeleri uygulayın. Görsel uzamsal dikkat görevi için tanımlanmış uzamsal konumlarda gri daireler sunun. Denemeye beyaz gürültü ile başlayın ve sıçan hazır alanına girdiğinde gürültüyü kapatın.

Sıçan gerekli süre boyunca hazır pozisyonunda bekledikten sonra, hedef daireyi beyaz renge çevirerek aydınlatın. Doğru konumlar sözde rastgele olarak atanır. Sıçan hazır pozisyonunu başarıyla tamamladıktan sonra, bir hedef daireyi aydınlatın ve bir ICS ödülü verin.

Sıçan beş saniye içinde doğru daireye yaklaştığında ödül verilir; eğer sıçan farklı bir daireye yaklaşırsa ödül verilmez. Sıçan, arenanın karşı tarafında yeni bir denemeye başlar. Eğer sıçan beş saniye içinde herhangi bir daireye yaklaşmayı başaramazsa, bu durum bir ihmal denemesi olarak kaydedilir.

Tüm zemini aydınlatın ve başlangıçta ödül vermeyin. Sıçan hedef daireye yaklaşana kadar daireyi aydınlatılmış tutun. Öğrenme ilerledikçe, hedef dairenin aydınlık kaldığı süreyi kademeli olarak azaltın.

Sıçan %80 doğruluğa ulaştığında, hedef dairenin aydınlatma süresini bir saniyeye düşürün ve başka hiçbir değişiklik yapmayın. Sıçan, bir saniyelik aydınlatma koşulunda %80 doğruya ulaştığında, ipucu süresini 500 milisaniyeye indirin. Erken şekillendirme, sıçanların arenanın doğu ve batı görüntü alanları arasında geçiş yapabilmesi için genellikle 100 ila 150 deneme gerektirir.

Erken şekillendirme aşamasında sıçanlar genellikle arenanın merkezindeki hazır alanından koşarak geçerler ve zamanlarının çoğunu arenanın çevresini keşfederek geçirirler. Orta düzey şekillendirme için sıçanların, gerekli olan sabit hazır pozisyonunu güvenilir bir şekilde koruyabilmeleri için 600 ila 700 denemeye ihtiyaçları vardır. İzledikleri yollar, hazır alanından görüntü alanına doğru giden stereotipik döngüler şeklindedir.

Arenanın çevresini keşfetmek için daha az zaman harcayarak. Ara şekillendirme aşamasının sonunda, sıçanlar hazır alanında istikrarlı bir şekilde hareketsiz hazır pozisyonunu korurlar. Hedef görsel uyarana yaklaşmadan önce, sıçan arenanın karşı tarafında bir sonraki denemeyi başlatır.

Geç şekillendirme aşamasının sonunda, tekil birim ve lokal alan potansiyeli aktiviteleri nöral veri toplama sistemi tarafından kaydedilmiştir. VBCD görevini gerçekleştiren sıçanların postal korteksinde, hücreler hedef sunumunun başlangıcında ateşleme hızlarını artırmış ve zemin deseni sunumunun başlangıcında azaltmıştır. VSA görevini gerçekleştiren sıçanların posterior parietal korteksinde ise hücreler, daire aydınlatmasına yanıt olarak ateşleme hızlarını artırmıştır.

Sıçan VSA görevindeki hedef daireye yaklaştığında ve daire aydınlatılmadan önce hazır konumdayken, posterior paryetal korteksteki lokal alan potansiyeli aktivitesi, VSA görevi performansı sırasında yaklaşık sekiz hertz değerindeki theta aralığında güçlü bir güç sergilemiştir. Bu şekillendirme ve eğitim protokolleri takip edilerek, kemirgen modellerde bilişsel fonksiyonu ve görsel işlemeyi araştırmak için çok sayıda görev tasarlanabilir.

Bu teknik, öğrenme, bellek ve dikkat alanındaki araştırmacılar için kemirgen modellerde elde edilen bulguların insanlara aktarılabilirliğinin daha iyi sağlanmasına yardımcı olan gelişmiş bir davranışsal paradigma sunmaktadır.