الآلي المهام البصرية المعرفي للتسجيل العصبية آخر باستخدام الإسقاط الطابق المتاهة

1Department of Cognitive, Linguistic & Psychological Sciences, Brown University, 2Department of Neuroscience, Brown University
* These authors contributed equally
Behavior
 

Summary

نحن تصف بروتوكولات لتدريب الفئران للالتسجيلات الكهربية المزمنة في المهام الإدراكية مؤتمتة بالكامل على إسقاط الدور المتاهة.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Jacobson, T. K., Ho, J. W., Kent, B. W., Yang, F. C., Burwell, R. D. Automated Visual Cognitive Tasks for Recording Neural Activity Using a Floor Projection Maze. J. Vis. Exp. (84), e51316, doi:10.3791/51316 (2014).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

المهام العصبية المستخدمة في الرئيسيات للتحقيق في آليات التعلم والذاكرة وعادة ما تكون موجهة بصريا المهام الإدراكية. وضعنا المهام الإدراكية البصرية للفئران باستخدام الإسقاط الطابق المتاهة 1،2 التي هي الأمثل للقدرات البصرية من الفئران السماح المقارنات أقوى من النتائج التجريبية مع الأنواع الأخرى.

من أجل التحقيق في يرتبط العصبية للتعلم والذاكرة، قمنا بدمج التسجيلات الكهربية في المهام الإدراكية مؤتمتة بالكامل على إسقاط الدور المتاهة 1،2. البرامج السلوكية ربطه مع نظام تعقب الحيوانات يسمح رصد سلوك الحيوان مع مراقبة دقيقة للعرض صورة ومكافأة الطارئة للحيوانات أفضل تدريبا. التكامل مع النظام في الجسم الحي تسجيل الكهربية تمكن من فحص يرتبط السلوكية من النشاط العصبي في العهود مختارة من مهمة إدراكية معينة. </ ع>

نحن تصف بروتوكولات لنظام نموذجي يجمع بين عرض مرئي الآلي للمعلومات لالقوارض والثواب داخل القحف مع النهج الكهربية. يقدم نظام نموذجنا مجموعة متطورة من الأدوات كإطار للمهام المعرفية الأخرى لعزل وتحديد آليات محددة تسهم في العمليات المعرفية خاصة أفضل.

Introduction

وتستخدم عادة في المهام البصرية دراسات الإنسان والقرد لدراسة آليات التعلم والذاكرة الأساسية. نماذج القوارض، ومع ذلك، هي أكثر سهولة في متناول الباحثين لنطاق أوسع، الدراسات التي تسيطر على نحو أفضل، ولها ميزة إضافية تتمثل في السماح تقنيات الكهربية أكثر الغازية. في تركيبة مع المناهج الأخرى، مثل التلاعب الجيني والتسجيلات الكهربية في الفئران تتحرك بحرية توفر نموذجا مفيدا لاستهداف آليات ودوائر العمليات المعرفية الكامنة على وجه التحديد. المهام البصرية الرئيسيات تتطلب الموضوعات لتوجيه أنظار للمؤثرات بصرية على الشاشة، في حين أن الفئران المهام تتطلب الموضوعات للتفاعل مع البيئة. والإسقاط الطابق المتاهة يستخدم الميل الطبيعي من الفئران بنشاط على استكشاف البيئة بينما كان يحضر في وقت واحد للمؤثرات البصرية.

وقد سمحت المهام المعرفية باستخدام أجهزة تعمل باللمس مصممة خصيصا للقوارضترجمة أفضل النتائج من نماذج القوارض للإنسان 3. وعادة ما يتم تنفيذ المهام تعمل باللمس في غرفة مع اثنين من المحفزات البصرية الأبعاد قدم عموديا على الجدران 3-7. هذه المهام تتطلب لمس هذا الموضوع إلى الخلفية نحو تحقيق هدف التحفيز البصري وكسر photobeam الأشعة تحت الحمراء أو اضغط على وسادة الضغط لتسجيل ردها. الأدلة التشريحية والسلوكية، ومع ذلك، تشير إلى أن الفئران معالجة المعلومات البصرية في hemifield البصرية أقل بشكل أكثر فعالية لتوجيه السلوك 8-10. وقد وضعت لدينا مختبر المهام المعرفية باستخدام الإسقاط الطابق المتاهة 2 الذي من المتوقع أن يعود محفزات بصرية ثنائية الأبعاد على أرضية الساحة الاختبار. في الطابق الإسقاط يمكن تتبع الفئران المتاهة عند تنفيذ المهام في ساحة مفتوحة كبيرة بالمقارنة مع أجهزة تعمل باللمس. وبالتالي، يمكن الحصول على المعلومات المكانية في النشاط العصبي سجلت بالإضافة إلى يرتبط العصبية من المعلومات البصريةاتخاذ القرارات د.

نقدمها التحفيز داخل القحف (ICS) لحزمة الدماغ الأمامي وسطي (MFB) كمكافأة 11. هذا الأسلوب من تسليم مكافأة له مزايا أكثر من الطعام والشراب المكافآت. الطعام والشراب المكافآت يمكن أن يؤدي إلى شبع، حتى في الفئران المحرومة من الطعام، مما يحد من عدد من التجارب وحيوان أداء ويحتمل أن تباطؤ عملية التدريب. ICS يسلم مكافأة فورية توفير التغذية الراجعة الفورية على أداء المهمة. نتائج مكافأة فورية في أسرع تشكيل واكتساب وبشكل كبير يقلل من مدة التدريب البروتوكولات. وعلاوة على ذلك، هناك عدد أكبر من المحاكمات يمكن أن تكتمل في الدورة، زيادة كمية البيانات التي تم جمعها والناتجة في عينة أكثر موثوقية من السلوك ذات الصلة المهمة.

باستخدام المتاهة الإسقاط الدور، فإننا سوف تصف بروتوكول عام على تشكيل سلوك الفئران لأداء المهام الإدراكية المعقدة. ثييوفر بروتوكول ليالي العام إطارا لتدريب الفئران عبر مجموعة متنوعة من المهام المستخدمة حاليا لتسجيل يرتبط العصبية من الاهتمام والتمييز البصري 1. وبالتالي، هو الأمثل لإسقاط الدور المتاهة للقدرات البصرية من الفئران ويسمح مقارنات أقوى مع المهام البصرية لدى البشر والرئيسيات غير البشرية.

Protocol

وكانت جميع الإجراءات وفقا للمبادئ التوجيهية جنة جامعة براون المؤسسية رعاية الحيوان واستخدام.

1. نظرة عامة نظم

يتفاعل نظام تتبع الفيديو مع نظام التحكم السلوكية لرصد التقدم المحرز الفئران في مهمة معينة، وتقييم السلوكيات المستهدفة، عرض الحوافز الرقابة وتقديم المكافآت على أساس التقدم في الفئران. نظام تسجيل الكهربية الجسم الحي بجمع البيانات العصبية للتحليلات الحدث ذات الصلة. (الشكل 1A).

  1. والإسقاط الطابق المتاهة
    1. والإسقاط الطابق المتاهة 2 هو حقل مفتوح دون جدران (147.3 سم × 111.8 سم) مع واضحة عديم اللون الطابق زجاجي (0.6 سم). الجانب السفلي من الكلمة هو مكسب الوحدة الشاشة المزدوجة الرؤية نسيج التي امتدت على مدى المستطيل الثاني من القطع زجاجي (147.3 سم × 111.8 سم × 1.25 سم) لالإسقاط الخلفي باستخدام جهاز عرض رمي قصير.
    2. توصيل جهاز العرضإلى بطاقة الفيديو في الكمبيوتر نظام السلوكية. عقد زجاجي، والنسيج الشاشة، وجهاز الإسقاط باستخدام الإطار الألمنيوم.
    3. تثبيت الإطار بأكسيد النفقات العامة لتركيب كاميرا النفقات العامة ونظام بكرة ليكون واجهة ICS وheadstage الحبال إلى الفئران.
      ملاحظة: قم بتوصيل الإطار عقد المتاهة إسقاط الدور والإطار النفقات العامة لضمان استمرارية الكهربائية والأرض إلى المضخم.
  2. تتبع الفيديو
    1. سجل وتعقب وتحليل أشرطة الفيديو في الوقت الحقيقي مع كاميرا واحدة النفقات العامة هو موضح في الخطوة 1.2.2.
    2. جبل كاميرا علوية (VGA القياسية، 80 إطارا في الثانية) على إطار الألمنيوم النفقات العامة لمراقبة الفئران
    3. استخدام إما الثنائيات الخفيفة (المصابيح) تعلق على headstage الفئران لرصد الموقف من الفئران، أو تتبع النقطه الوسطى من كفاف من الفئران مع نظام تتبع الآلي.
    4. استخدام وحدة السلوك سينيبلكس الأساسية لتحليل البيانات موقف قلالمعهد الوطني للإحصاء وأيضا حفظ ملف البيانات لمزيد من التحليل حاليا.
      ملاحظة: نحن نستخدم نظام البحوث السلوكية سينيبلكس 3.4.1 لتسجيل وتتبع وتحليل موقف الفئران. يتم استخدام وحدة تتبع سينيبلكس لتتبع الفئران. لتتبع الفعال للتقدم المحرز الحيوان، واستخدام وحدة السلوك سينيبلكس Basic لإنشاء مناطق في الفضاء ثنائي الأبعاد في مواقع ذات الصلة من المتاهة التي لها أهمية في هذه المهمة. مناطق يمكن دمجها في متواليات، ويتم تعيين سينيبلكس الأحداث المنطقية (مثل قيود إلى مناطق وفاء للتسلسل) بحيث إذا الفئران يلبي معايير لهذا الحدث، ويصبح هذا الحدث صحيح. تعيين الأحداث مع المخرجات الرقمية واجهة عبر بطاقة الإدخال superport إلى النظام السلوكي.
  3. نظام التحكم السلوكية مؤتمتة بالكامل
    1. اختبار السلوكية الساحة: استخدام المناسبة على شكل اختبار الساحة للقيام بهذه المهمة السلوكية على إسقاط الدور المتاهة. بناء علىغ ماتي باستخدام الاكريليك بيضاء ووضعه مباشرة على إسقاط الدور المتاهة.
      ملاحظة: يمكن تخصيص الأبعاد للقيام بهذه المهمة السلوكية المستخدمة. الجدران هي عادة 45-50 سم في الطول. نحن هنا استخدام الساحات اختبار الوجهين (ربطة متاهة 12) لزيادة عدد التجارب التي أجريت في جلسة (الشكل 1B لأبعاد المتاهة ربطة العنق). الساحة اختبار أربعة مناطق معينة محددة في تتبع البرنامج: منطقة الشرق صورة، صورة المنطقة الغربية، وهو جاهز منطقة الشرق الابتدائية، واستعداد المنطقة الغربية الابتدائية (الشكل 1C).
    2. النظام السلوكي: نظام واجهة السلوكية التي تسيطر عليها برنامج MED-PC الرابع يدير البرامج المكتوبة في المنزل في MEDstate الترقيم (انظر الملحق). استخدام الأحداث من النظام السلوكي سينيبلكس لتتبع التقدم المحرز على الفئران خلال المهمة، والسيطرة على عرض الصورة، وتقديم العظة الصوت وتقديم المكافأة.
      1. واجهة بطاقة انتاج superport إلى المدخلات الرقمية Omniplex لاكتساب الوقت الواحد[أمبد] الحوادث الحدث السلوكية في بيئة البرمجيات PlexControl ليحلل حاليا. إصدار العظة السمعية باستخدام مولد الصوت للبرمجة.
        ملاحظة: يمكن للأحداث السلوكية من الجهاز المعروضة هنا تشغيل المعدات طرف ثالث (مثل ليزر لتحفيز optogenetic) عن طريق لوحة نقل البيانات إذا لزم الأمر.
      2. بيت superport بطاقة الانتاج، superport بطاقة الإدخال ومولد الصوت للبرمجة في مجلس الوزراء واجهة الطاولة. واجهة بطاقات مع بطاقة PCI-DIG-2 704PCI المثبتة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية (PC) باستخدام بطاقة فك DIG-700F المثبتة في مجلس الوزراء الطاولة.
      3. تقديم ثنائي القطب مربع ICS موجة إلى الفئران باستخدام برمجة التحفيز الذاتي داخل الجمجمة مشجعا. ربط وحدة مشجعا إلى الكمبيوتر عن طريق بطاقة COM PHM152. الموصى بها المعلمات ICS: نبض مدة 1 و 2: 500 μsec؛ تأخير بين نبض 1 و 2: 500 μsec؛ التردد: 100 هرتز.
        ملاحظة: ICS التسليمهو الآلي خلال المهمة ولكن يمكن أن يتم تسليمها يدويا باستخدام زر مربع برمجة ربطه مع وحدة SmartCtrl.
  4. العصبية نظام الحصول على البيانات
    1. ضمان ويرتكز نظام الإسقاط الدور الإطار المتاهة وICS إلى المضخم من العصبية نظام الحصول على البيانات Omniplex للحد من الضوضاء الكهربائية في التسجيلات العصبية.
    2. في وقت واحد جمع البيانات العصبية، الإحداثيات الموضعية من سينيبلكس وأعلام الحدث السلوكية من النظام السلوكي في ملف البيانات للتحليلات حاليا.

2. إعداد الحيوان

  1. جماعة من الحيوان
    1. الحصول ساذجة الذكور الفئران لونغ إيفانس 22 يوما من العمر.
    2. الزوج إيواء الفئران والسماح لهم للتأقلم إلى الحظيرة لمدة أسبوع واحد.
    3. التعامل مع الفئران يوميا لمدة 5 دقائق ~.
    4. مرة واحدة تصل إلى 250-275 ز الفئران، تبدأ مواعيد الطعام الحفاظ على أوزان أجسامهم في 85-90٪ من وزنه التغذية فراغهم. نحن الهدفوزادت ights بنسبة 10 جم / شهر حتى تصل الفئران 350 غرام.
    5. بيت واحد الفئران ومواصلة الجدول الزمني الطعام لمدة أسبوع على الأقل قبل بدء عملية جراحية لزرع التحفيز وتسجيل الأقطاب.
  2. زرع الجراحية
    تنفيذ العمليات الجراحية تحت ظروف معقمة القياسية وفقا للمبادئ التوجيهية المؤسسية والتنظيمية.
    1. تخدير الفئران مع isoflurane و.
    2. إجراء شق في فروة الرأس للكشف عن الجمجمة لتنظيف وتحديد bregma وامدا.
    3. جعل craniotomies في الإحداثيات ذات الصلة.
    4. مسامير يضعوا مرساة الجمجمة.
    5. خفض غيض من القطب ICS في MFB باستخدام الإحداثيات التالية: انتيرو الخلفي، -2.7 ملم من bregma؛ الوحشي، ± 1.8 مم؛ ظهري بطني، -8.5 مم من سطح الجمجمة. يمكن زرعها A القطب ICS الثانية في نصف الكرة المعاكس على سبيل الاحتياط في حالة عطل كهربائي.
    6. تأمين الأقطاب ICS لرانه الجمجمة ومرساة مسامير مع الاسمنت العظام. لا تدعيم قاعدة التمثال (السكن من البلاستيك على القطب محفزة) من الأقطاب الكهربائية.
    7. خفض الأقطاب تسجيل في الموقع من الاهتمام وتأمين الجهاز مع الاسمنت العظام.
    8. وضع التمثال ICS بعيدا عن جهاز تسجيل وتأمين الأقطاب ICS وأجهزة التسجيل لمسامير الربط مع الاسمنت العظام.
    9. السماح لسبعة أيام على الأقل قبل بدء الانتعاش التعود على البروتوكول تشكيل.

3. تشكيل السلوكية: العام تشكيل يتكون من ثلاث مراحل: في وقت مبكر، متوسط، وتشكيل وقت متأخر (الشكل 2).

ملاحظة: الهدف من تشكيل المبكر والوسيط هو تدريب الفئران على الحفاظ على "موقف جاهزة 'ثابتة في المنطقة جاهزة للكل محاكمة، وإجراء العديد من التجارب في الدورة. شبه أتمتة تشكيل السلوكية ذلك التدريب يمكن تكييفها لمعدلات التعلم الفردي للجرذ. انسالفئران عصام هو الحفاظ على "موقف جاهزة 'ناجحة، انتقل إلى مهمة تشكيل محددة (تشكيل الراحل) بهدف نقل الفئران على بروتوكول مؤتمتة بالكامل للسيطرة السلوكية دقيقة وغير متحيزة (الشكل 2).

  1. تشكيل المبكر (الشكل 2A)
    1. يوم 1: روض الفئران إلى غرفة السلوكية لمدة 10 دقيقة مع المعدات تشغيله ثم العودة إلى المستعمرة.
    2. يوم 2: كرر الخطوة 1، ثم روض الحيوان إلى الساحة اختبار لمدة 10 دقيقة.
    3. يوم 3: توصيل ICS والحبال headstage إلى الفئران، وروض الفئران على الساحة الاختبار لمدة 10 دقيقة.
    4. اليوم 4: تحديد أدنى ICS السعة لإنشاء تفضيل مكان باستخدام بروتوكول المكان غير رسمية تكييف تفضيل. عاير نبض سعة 1 و 2. القيم النموذجية هي السعة 20-80 أمبير.
    5. من يوم 5: تسليم مكافأة ICS لتدريب الفئران لربط المنطقة جاهزة وشرق وغرب العروض مع الصورة أناCS مكافأة. تستمر حتى الفئران وبالتناوب بين المناطق صورة الشرق والغرب.
  2. تشكيل المتوسطة (الشكل 2B).
    1. أعرض الضوضاء البيضاء (50 ديسيبل) للإشارة إلى بداية المحاكمة. إيقاف الضوضاء البيضاء عندما يدخل الفأر في المنطقة جاهزة.
    2. أتمتة تسليم ICS لدخول المنطقة جاهزة، واستكمال لنجاح "مواقف جاهزة '. ضبط احتمال تسليم ICS في الدخول وناجحة "موقف جاهزة 'لتعزيز السلوك.
      ملاحظة: ضبط احتمالات المكافأة يدويا لتتناسب مع أداء الفئران الفرد خلال تشكيل. تقليل احتمالات مكافأة لدخول المنطقة جاهزة والحفاظ على مناصب استعداد ناجحة. أوصت احتمال النهائية للمكافأة على تحقيق النجاح "مواقف جاهزة 5-10٪. تتم مكافأة الفئران لجميع الخيارات الصحيحة.
    3. تبدأ مع فترات قصيرة "موقف جاهزة '(على سبيل المثال 200 ميللي ثانية). تدريجيا يزيدون الجافية "موقف جاهزة 'ستعقد في 100 ميللي ثانية الخطوات.
    4. بدوره على الضوضاء البيضاء إذا كانت الفئران يكسر قبل الأوان "موقف جاهزة 'حتى الفئران لديها لإعادة المحاكمة.
    5. الانتقال إلى تشكيل وقت متأخر عندما الفئران تحتجز في "موقف جاهزة" لمدة تصل إلى 1،200 مللي ثانية.
  3. تشكيل الراحل (الشكل 2C).
    ملاحظة: تدريب في تشكيل أواخر محددة للقيام بهذه المهمة التي سوف تؤدي الفئران. أتمتة التدريب في هذه الخطوة تشكيل لمراقبة دقيقة وغير منحازة من جميع المعلمات المهمة ولكن الحفاظ على المرونة لتقديم المكافآت ICS يدويا. موصوفة بروتوكولات التدريب لمدة المهام.
    1. التمييز البصري biconditional (vBCD) المهمة: استخدام محفزات بصرية متميزة لتدريب الفئران على شكل بسيط والإنارة discriminence.
      1. بدء محاكمة تحول على الضوضاء البيضاء.
      2. عشوائيا فرض "موقف جاهزة 'الإختفاء من 700 - 1،200 ميللي ثانية.
      3. تسليم ICS يدويا إذا لزم الأمر لتعزيز نجاح 'بو جاهزةاالستحواذ.
      4. تقديم زوج من الصور في منطقة عرض الصورة. تقديم Pseudorandomly الصورة الصحيحة على الجانب الأيسر أو الأيمن من صورة المنطقة.
      5. تسليم ICS للاستجابة الصحيحة ومسح الأرض. يتم تسجيل الإجابة الصحيحة عندما يدخل الفأر في المنطقة التي يقع فيها الصورة الصحيحة. في اليوم الأول من التدريب فقط، تصدر انفجار 75 ديسيبل من الضوضاء البيضاء كرادع للاستجابة صحيحة.
      6. إصدار محاكمة التصحيح بعد محاكمة غير صحيحة. المحاكمات تصحيح ديك المعلمات متطابقة (الجانب الأيسر أو الأيمن و'موقف جاهزة' كمون) كما المحاكمة غير صحيحة السابقة.
      7. بمجرد أن الفئران هي قادرة على أداء التمييز بسيط بنجاح، وإدخال أنماط مختلفة لتدريب الطابق حكم التمييز biconditional.
      8. تقديم زوج جديد من الصور ونمطين الطابق متميزة لتكون بمثابة السياق. الصورة الصحيحة هي مشروطة نمط الكلمة، على سبيل المثال ستا الأسودص هو الصحيح عند الطابق هو الرمادي ودائرة الأبيض هو الصحيح عند مخطط الطابق (الشكل 3C).
      9. Pseudorandomly تعيين نمط الكلمة والموقف (يسار أو يمين) الصورة الصحيحة لكل المحاكمة ضمان أن المحاكمات تتم رباعية.
      10. تنفيذ التجارب التصحيح بعد محاكمة غير صحيحة في المحاكمة التي المعلمات متطابقة إلى المحاكمة السابقة.
    2. الاهتمام إبصاري مكاني (VSA) المهمة: الحاضر دوائر بيضاء مضيئة في مواقع مكانية محددة في الساحة لتدريب الفئران من الاقتراب من الموقع المكاني للدائرة الهدف.
      ملاحظة: للحصول على هذه المهمة على الساحة لديها دوائر رمادية في مواقع مكانية مختلفة في المناطق صورة الشرق والغرب. بعد "موقف جاهزة 'ناجحة، فإن دائرة الهدف إلقاء الضوء (تحويل الأبيض)، والفئران يجب أن نقترب موقع الهدف (الشكل 3B).
      1. فرض عشوائيا الإختفاء 'موقف جاهزة' من 1،000-1،600 ميللي ثانية على المحاكمة أساس تجريبي.
      2. تسليم ICS يدويا إذا لزم الأمر لتعزيز نجاح 'مواقف جاهزة'.
      3. بعد الانتهاء من "موقف جاهزة '، تضيء بشكل عشوائي واحدة من الدوائر الرمادية.
      4. تسليم ICS عندما يدخل الفأر المنطقة من دائرة مضيئة.
      5. إيقاف الإضاءة وتبدأ المحاكمة المقبلة على عكس الجانب (الشرق أو الغرب).
      6. في بداية تشكيل وقت متأخر، تضيء الدائرة حتى تقترب من الفئران أو حتى انتهاء المحاكمة (5 ثانية بعد إلقاء الضوء على دائرة). يسجل كل محاكمة إما صحيحة أو محاكمة الإغفال. للمحاكمات الإغفال، تسليط الضوء على الكلمة كاملة (قدم الطابق الأبيض)، وسوف تكون متاحة أي مكافأة حتى المحاكمة المقبلة.
      7. عندما يصل أداء الفئران 80٪ صحيح، تقلل من كمية الوقت تبقى دائرة مضيئة ل1 ثانية. الفئران لديها 5 ثانية لاتخاذ خيار.
      8. لا مكافأة للمحاكمات غير صحيحة. بدء المحاكمة المقبلة.
      9. إذا كان ثلاثي إغفالالقاعدة وإلقاء الضوء على الأرض، وبدء محاكمة جديدة.
      10. في 80٪ صحيح مزيد من تقليل الوقت مضاءة الدائرة المستهدفة إلى 500 ميللي ثانية.
      11. اختيار المواقع المستهدفة بشكل عشوائي قبل كل محاكمة. ستواصل الفئران لديك 5 ثوانى لاتخاذ خيار قبل ينير طابق كامل للإشارة إلى نهاية تلك المحاكمة.
      12. لا مكافأة للمحاكمات غير صحيحة أو إغفال. الفئران يجب بدء محاكمة جديدة على الجانب الآخر من الساحة.
      13. ملاحظة: يمكن إضافة دوائر إضافية في كل صورة المنطقة لزيادة صعوبة المهمة.

Representative Results

الهدف من تشكيل الخطوات العامة هي للتأقلم الفئران على الساحة الاختبار، وتدريب الفئران على البقاء في "موقف جاهزة 'ثابتة لعرض الهدف المحفزات البصرية، والاقتراب من موقع التحفيز البصري الصحيح. بعد التعود إلى غرفة الاختبار، والساحة، والحبال لتشكيل المبكر يتطلب عادة 100-150 المحاكمات حتى الجرذان يتم بالتناوب بين الجانبين الشرقي والغربي من الساحة. خلال تشكيل المبكر عادة تشغيل الفئران من خلال المنطقة جاهزة في وسط الساحة ويقضون معظم الوقت لاستكشاف محيط الساحة (الشكل 4A). الفئران في مرحلة تشكيل المتوسطة تعلم تدريجيا للحفاظ على "موقف جاهزة 'ثابتة في المنطقة جاهزة تتطلب 600-700 المحاكمات. عند هذه النقطة، يتم نمطية المسارات الحيوانات الحلقات من المنطقة جاهزة لصورة المنطقة مع وقتا أقل قضى استكشاف محيط المتاهة. ومع ذلك، لا يتم الفئران الحفاظ على ثابت 'بو جاهزةsition '، يدل على ذلك السرعة التي تجتاز الفئران المركز جاهز المنطقة (الشكل 4B).

بنهاية تشكيل المتوسطة، والحفاظ على الفئران 'موقف جاهزة' ثابتة في المنطقة جاهزة قبل الاقتراب من الهدف التحفيز البصري. الفئران ثم يبدأ المحاكمة المقبلة على الجانب الآخر من الساحة (الشكل 4C).

التكامل بين برامج تتبع ونظام الحصول على البيانات العصبية مع نظام التحكم في السلوك يسمح للتحليلات الحدث ذات الصلة من البيانات العصبية. صفائف القطب قابلة للقيادة يمكن وضع استراتيجيا لتسجيل وحدة واحدة ومجال النشاط المحلي المحتملة. وأجريت التسجيلات في القشرة postrhinal عندما يقوم الفئران المهمة vBCD. رسوم بيانية Perievent والمؤامرات النقطية تظهر أن خلايا القشرة في postrhinal الرد على بداية الهدف التحفيز البصري وإلى ظهور نمط الكلمة (الشكل 5A). في القشرة الجدارية الخلفية من صالمنشطات أداء الخلايا المهمة VSA الرد على عرض الصورة، وعندما تم اختيار طريق إدخال المنطقة التي تحدد صورة الهدف (الشكل 5B). النشاط المحلي المحتملة في الحقل الخلفي الجداري القشرة خلال الأداء في مهمة VSA يظهر قوة قوية في نطاق ثيتا (~ 8 هرتز) عند الفئران هي في "موقف جاهزة 'قبل تقديم الصورة (الشكل 5C).

الشكل 1
الشكل 1. الإعداد التجريبية. A. تخطيطي للغرف السلوكية والسيطرة. يقع في الطابق الإسقاط المتاهة في غرفة السلوكية. ويتم رصد الفئران عن طريق الكاميرا في سماء المنطقة. يضم غرفة التحكم والمعدات للسيطرة على مهمة لجمع البيانات والعصبية. B. أبعادوربطة العنق المتاهة. C. القبض على الشاشة من سينيبلكس ستوديو. يتم تعريف المناطق من قبل المستخدم. يتم إرسال الأحداث منطقية كما المخرجات الرقمية سينيبلكس إلى نظام التحكم السلوكية (ميد شركاه) لرصد التقدم المحرز في الفئران. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 2
الشكل 2. التخطيطي لتشكيل الخطوات. أ في وقت مبكر تشكيل الفئران يتلقى ICS لدخول منطقة جاهز، ودخول مناطق صورة الشرق والغرب. الهدف هو تدريب الفئران على ربط هذه المناطق مع ICS مكافأة. يركز B. المتوسطة تشكيل على تدريب الفئران للحفاظ على "موقف جاهزة 'ثابتة في المنطقة جاهزة. يتم عرض الصور قلذ بعد الحفاظ على "موقف جاهزة 'ناجحة. تواصل الفئران لتلقي ICS لتقترب من صورة في صورة المنطقة. C. وفي تشكيل المتأخر، هو الحفاظ على الفئران بنجاح "موقف جاهزة 'ثابتة. التدريب هو مهمة محددة، ويتم تدريب الفئران على تعلم قواعد محددة لتنفيذ مهمة معينة. البرق يدل تسليم ICS. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 3
الرقم 3. A. التخطيطي للمهمة vBCD عند الطابق هو رمادي، يكافأ النجم الأسود؛. عندما يتم مخطط الأرض، ومكافأة دائرة بيضاء B. التخطيطي للمهمة VSA. دوائر رمادي تشير إلى المواقع المستهدفة في مجالات الصورة.التحفيز الهدف هو موجز (500 ميللي ثانية) الإضاءة (أبيض) واحدة من الدوائر. تتم مكافأة الفئران لتقترب من موقع الهدف الصحيح. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 4
الشكل 4. مسارات سبيل المثال خلال تشكيل البيانات. الموضع من شرائح دقيقة اثنين من الفئران أداء في خطوات تشكيل مختلفة. ويمثل سرعة الحيوانية الخريطة الحرارة. تمثل الألوان الباردة أبطأ سرعة وتمثل الألوان الساخنة سرعات. A. المبكر خلال تشكيل الفئران استكشاف والخلفية حتى على الجدران الخارجية للمناطق صورة الشرق والغرب ولا تتوقف في المنطقة جاهزة. B. مسار النمطية يبدأ في الظهور في ركلات الترجيح المتوسطةالتقليد. مسارات تشكيل حلقة نحو المناطق صورة إلى المنطقة جاهزة. تبدأ الفئران للحفاظ على "موقف جاهزة" في المنطقة جاهزة. C بنجاح. عندما تقدم الفئران على تشكيل وقت متأخر، الفئران الحفاظ ثابتة 'مواقف جاهزة' ومسارات الفئران هي أكثر نمطية. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 5
الرقم 5. أمثلة من التحليلات المتعلقة perievent A. الخلايا المسجلة من القشرة postrhinal خلال مهمة vBCD مع استجابات مختلفة لعرض الصورة المستهدفة (يسار)، وعرض الكلمة (يمين). B. الخلايا المسجلة من القشرة الجدارية الخلفية أثناءالمهمة VSA مع استجابات مختلفة للإضاءة الدائرة (يسار). زيادة اطلاق النار بعد اختيار الموقع المكاني الذي الدائرة والهدف مضيئة (يمين). C. الطيفية تظهر قوة ثيتا قوية في القشرة الجدارية الخلفية خلال 'موقف جاهزة'. الخط الأحمر العمودي يشير إلى نهاية ناجحة "موقف جاهزة 'وعرض الصور. الخط الأزرق العمودي يشير إلى عرض الدور 1 في المحاكمة تبدأ في المهمة vBCD. الخط الأخضر العمودي يشير إلى أنه تم تسجيل خيارا في مهمة VSA. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

Discussion

وصفنا رسميا بروتوكولات لتدريب الفئران على المهام البصرية المعقدة مؤتمتة بالكامل المعرفية على إسقاط الدور المتاهة. وقد استخدم الإسقاط الطابق المتاهة بنجاح لإنشاء يرتبط العصبية من العطف الكائن في موقع وإشارات خطأ في القشرة postrhinal خلال الأداء على 2 الخيارات المهمة التمييز البصري 1.

تم تصميم بروتوكول تشكيل السلوكية لتكون مرنة بحيث يمكن تكييفها لتتناسب مع معدل التعلم على الفئران الفرد. كتابة التعليمات البرمجية المخصصة لنظام السلوكية يسمح للمجرب للسيطرة على احتمال تسليم الآلي ICS في المراحل الحرجة أثناء التدريب، على سبيل المثال تدريب "موقف جاهزة '. يجب أن تسمح أيضا رمز التسليم اليدوي من ICS باستخدام مربع زر للبرمجة خلال. الهدف من تشكيل المبكر هو إقامة التحفيز ICS فعالة للتسليم المكافأة لتعزيز السلوك. عندما يكون ذلك ممكنا ونحن نوصي زرع الأمراض المنقولة جنسياmulating أقطاب ثنائيا في MFB في حالة من التحفيز غير فعالة في نصف الكرة احدة. تجربتنا، ومع ذلك، كان أن ما يقرب من جميع أقطاب كانت ICS مزروع وظيفية لتقديم الحوافز مجزية. مرحلة تشكيل المتوسطة أمر بالغ الأهمية لتدريب الفئران على الحفاظ على "موقف جاهزة" في المنطقة جاهزة. في "موقف جاهزة"، وينبغي أن تكون الفئران ثابت مع أنفها لافتا نحو المناطق صورة حيث سيتم عرض الصور خيار. في "موقف جاهزة 'تسيطر عندما تظهر الصور، والاتجاه الذي الفئران تقترب من الصور والمسافة التي الفئران ترى الصور. نوصي المصابيح تتبع شنت على headstage الفئران لرصد الاتجاه الذي رأس فأر ومشيرا لتحسين السيطرة على السلوك ومراقبة أكثر دقة لعرض الصورة الهدف. يمكن أن تصدر التسليم اليدوي من ICS لتدريب الفئران للحفاظ على 'موقف واستعداد المناسبة #8217؛ عند الفئران هو الحفاظ على مرض 'مواقف جاهزة "في كل محاكمة، والتدريب في وقت متأخر هو تشكيل مهمة محددة. في وقت متأخر من تشكيل ويتم تدريب الفئران لمعرفة قواعد محددة لتنفيذ مهمة معينة.

نستخدم ICS كوسيلة لدينا من تسليم مكافأة يوفر هذا الأسلوب ردود الفعل الفورية على الفئران مما أدى إلى التعلم بشكل أسرع خلال تشكيل السلوكية، وأكثر من ذلك الانتهاء المحاكمات في جلسة عند جمع البيانات العصبية في المهمة الآلي. تسليم ICS، ومع ذلك، النتائج في التحف الكهربائية في التسجيلات العصبية، ويمكن أن يكون مشكلة لتحليل LFP المستمر أو البيانات المتعددة الوحدات. الفاصل حول قطعة أثرية الكهربائية يمكن إزالتها حاليا من الملف العصبية تسجيل البيانات قبل تحليل البيانات المستمر. التحف النمطية من ICS في تمرير تصفيتها بيانات عالية الارتفاع يمكن بسهولة إزالة متواجد حاليا دون أن يؤثر ارتفاع واحد التحليلات. يشمل التحسين مستقبل بروتوكولات لإسقاط الدور المتاهة باستخدام optogenأدوات ETIC لتقديم مكافأة الداخلية للحد والقضاء على القطع الأثرية المرتبطة التحفيز الكهربائي.

هو الأمثل لإسقاط الدور المتاهة للقدرات البصرية من الفئران، وبالتالي أكثر ملاءمة للمهام السلوكية الموجهة بصريا. تجدر الإشارة إلى أن المقارنات المباشرة لا يمكن أن يتم بين النماذج التجريبية في متاهة إسقاط الدور وغرف فعال بسبب البروتوكولات التجريبية المختلفة المستخدمة وتعاريف مختلفة للمعيار لاقتناء الناجح لمهمة معينة. لقد أظهرنا سابقا، مع ذلك، أن الفئران حصلت على 2 الاختيار مهمة بسيطة التمييز البصري في 50 محاكمات ~ في إسقاط الدور المتاهة 2 مقارنة مع> 300 المحاكمات في دراسات أخرى حيث عرضت الصور عموديا في غرف فعال 3،10. كان على غرار مهمة VSA بعد 5 الكلاسيكية الاختيار مهمة رد فعل تسلسلي 13 (5-المحكمة الخاصة) مصممة لتقييم الإنتباه البصريةالعمليات. وعادة ما يتم تنفيذ 5 من المحكمة الخاصة في غرفة فعال ويتطلب هذا الحيوان لجعل الأنف كزة في حفرة الأنف كزة المناسبة المشار إليها بواسطة ومضة ضوء، وهنا يتم تنفيذ المهمة VSA في ساحة مفتوحة حيث يكون الحيوان على البقاء ثابتة في موقع معين في الساحة، توجيه انتباههم إلى المواقع المستهدفة وانتظر التحفيز الضوء على ما يبدو. في تجربتنا، والفئران المطلوبة ~ 3،200 التجارب للوصول إلى المعيار (75٪ في يومين متتاليين) في 14 5-المحكمة الخاصة مقارنة مع 800 ~ المحاكمات في مهمة VSA في إسقاط الدور المتاهة.

فائدة أخرى من المهام السلوكية التي تجرى على إسقاط الدور المتاهة هو أن المهام التي نفذت في ساحة مفتوحة واسعة، والتي يستغل الميل الطبيعي من الفئران لاستكشاف بيئتها، بدلا من المهام التي تتطلب الحيوان لإصلاح النظرة لها ل هدف ثابت. والميزة الرئيسية لاستخدام الفئران تتحرك بحرية في ساحة مفتوحة و# 160؛ في جهاز الإسقاط المتاهة الدور هو أن المعلومات المكانية سواء غيري التركيز وأناني يمكن جمعها مع المعلومات البصرية. ميزة أخرى لنموذج لدينا هو أن المهام لا تحتاج أن يقتصر على عرض الصور الثابتة. موقف وميزات من المحفزات البصرية التي هي حيوية يمكن استخدامها في المهام المستقبلية. باستخدام قدرات تتبع نظام البحوث السلوكية سيني بلكس، المهام التي يمكن وضعها لفهم وظيفية أكثر تفصيلا من بنية الدماغ معينة. الجمع بين التسجيلات الكهربية في وقت واحد مع المهام المعرفية الموجهة بصريا، والأسئلة الأساسية كيف يرتبط نشاط الدماغ إلى العمليات المعرفية مثل صنع القرار والتمييز البصري يمكن استكشافها.

استخدام المهام الموجهة بصريا، والنتائج من دراسات الفئران يمكن ترجمتها أفضل للإنسان مع الهدف النهائي المتمثل في توفير العلاجات لأمراض المعرفية البشرية.

Disclosures

برعاية تقديم رسوم لهذه المادة عن الفيديو عن طريق شركة Plexon

Acknowledgements

وأيد هذا العمل من قبل جبهة الخلاص الوطني IOS 1146334، 0937848 EFRI NSF، DARPA N66001-10-C-2010، وجبهة الخلاص الوطني IOS 0522220 لRDB. نشكر ستاسي حياة في Plexon شركة للحصول على المساعدة في إعداد هذه المخطوطة.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
OmniPlex D Neural Data Acquisition System Plexon Inc
DigiAmp Digitizing Amplifier Plexon Inc
Frame for Floor Projection Maze 80/20 Inc 15 Series T-slot framing
Short throw projector NEC Display Solutions WT610E
Da-Lite lace and grommet screen Da-Lite Screen Company 81326C
Plexiglas Modern Plastics
SuperPort Input card Med Associates Inc DIG-713A
SuperPort Output card Med Associates Inc DIG-726
SmartCtrl Interface module Med Associates Inc DIG-716B
Decoder card Med Associates Inc DIG-700F
PCI card Med Associates Inc DIG-704PCI-2
Programmable audio generator Med Associates Inc ANL-926
Programmable Intracranial Self Stimulation Stimulator Med Associates Inc PHM-150B Operated by a PHM-152COM card
2 Channel electrode Plastics1 MS303/13/SP Cut 15-20 mm below the pedestal
MED-PC IV Software Med Associates Inc SOF-735
OmniPlex Software Plexon Inc
CinePlex Software: Tracking and Basic Behavior Modules Plexon Inc

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Furtak, S. C., Ahmed, O. J., Burwell, R. D. Single neuron activity and theta modulation in postrhinal cortex during visual object discrimination. Neuron. 76, 976-988 (2012).
  2. Furtak, S. C., et al. The Floor Projection Maze: A novel behavioral apparatus for presenting visual stimuli to rats. J. Neurosci. Methods. 181, 82-88 (2009).
  3. Bussey, T. J., et al. The touchscreen cognitive testing method for rodents: how to get the best out of your rat. Learn. Mem. 15, 516-523 (2008).
  4. Bussey, T. J., Muir, J. L., Everitt, B. J., Robbins, T. W. Triple dissociation of anterior cingulate, posterior cingulate, and medial frontal cortices on visual discrimination tasks using a touchscreen testing procedure for the rat. Behav. Neurosci. 111, 920-936 (1997).
  5. Forwood, S. E., Bartko, S. J., Saksida, L. M., Bussey, T. J. Rats spontaneously discriminate purely visual, two-dimensional stimuli in tests of recognition memory and perceptual oddity. Behav. Neurosci. 121, 1032-1042 (2007).
  6. Gaffan, E. A., Eacott, M. J. A computer-controlled maze environment for testing visual memory in the rat. J. Neurosci. Methods. 60, 23-37 (1995).
  7. Keller, J., Strasburger, H., Cerutti, D. T., Sabel, B. A. Assessing spatial vision - automated measurement of the contrast-sensitivity function in the hooded rat. J. Neurosci. Methods. 97, 103-110 (2000).
  8. Lashley, K. S. The mechanism of vision V The structure and image-forming power of the rat's eye. J. Comp. Psychol. 13, 173-200 (1932).
  9. Lashley, K. S. The Mechanism of Vision: Xv. Preliminary Studies of the Rat's Capacity for Detail Vision. J. Gen. Psychol. 18, 123-193 (1938).
  10. Minini, L., Jeffery, K. J. Do rats use shape to solve "shape discriminations". Learn. Mem. 13, 287-297 (2006).
  11. Milner, P. M. Brain-Stimulation Reward - a Review. Can. J. Psychol. 45, 1-36 (1991).
  12. Albasser, M. M., et al. New behavioral protocols to extend our knowledge of rodent object recognition memory. Learn. Mem. 17, 407-419 (2010).
  13. Bari, A., Dalley, J. W., Robbins, T. W. The application of the 5-choice serial reaction time task for the assessment of visual attentional processes and impulse control in rats. Nat. Protoc. 3, 759-767 (2008).
  14. Agster, K. L., Burwell, R. D. Structure and function of the rodent postrhinal cortex: comparisons to other cortical regions. Brown University. Rhode Island, USA. (2007).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics