바닥 투사 미로를 사용하여 녹음 신경 활동에 대한 자동화 된 시각인지 작업

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Summary

우리는 바닥 투사 미로에 완전히 자동화 된인지 적 작업에 만성 전기 생리학 레코딩을위한 쥐를 훈련을 위해 프로토콜을 설명합니다.

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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).

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Abstract

학습과 기억의 메커니즘을 조사하기 위해 영장류에 사용되는 신경 심리학 적 작업은 일반적으로 시각적으로인지 적 작업을 안내합니다. 우리는 다른 종과 실험 결과의 강한 비교를 허용하는 쥐의 시각 능력에 최적화 된 바닥 투사 미로 1,2를 사용하여 쥐에 대한 시각적 인식 작업을 개발했다.

학습과 기억의 신경 상관 관계를 조사하기 위해, 우리는 바닥 프로젝션 미로 1,2에 완전 자동화 된인지 적 작업으로 전기 생리학 기록을 통합했다. 동물 추적 시스템과 인터페이스 행동 소프트웨어는 이미지 프리젠 테이션의 정확한 컨트롤과 함께 동물의 행동을 모니터링 할 수 있으며, 더 나은 교육을받은 동물을위한 비상 사태를 보상. 생체 전기 생리학 기록 시스템과의 통합은 주어진인지 작업의 선택 신 (新) 시대에 신경 활동의 행동 상관 관계를 조사 할 수 있습니다. </ P>

우리는 설치류 및 전기 생리학 방법과 두개 내 보상에 대한 정보를 자동 시각적 표현을 결합하는 모델 시스템을위한 프로토콜을 설명합니다. 우리의 모델 시스템은 더 나은 분리하고 특정인지 과정에 기여하는 특정 메커니즘을 식별하는 다른인지 적 작업을위한 프레임 워크로 복잡한 도구 세트를 제공합니다.

Introduction

비주얼 작업은 일반적 기전 학습과 기억을 검사하는 인간과 원숭이 연구에 사용됩니다. 설치류 모델은, 그러나, 더 쉽게 더 나은 제어 연구 큰 규모에 대한 연구에 액세스 할 수 있으며 더 많은 침략 전기 생리학 기술을 허용하는 추가 장점이 있습니다. 자유롭게 움직일 수있는 유전 적 조작과 같은 다른 접근 방법, 전기 생리학 녹음과 함께 쥐 정밀 메커니즘과 회로를 기본인지 과정을 대상으로하는 유용한 모델을 제공합니다. 쥐의 작업 환경과 상호 작용하는 주체를 필요로하는 반면 영장류 시각 작업은 모니터에 시각적 자극에 대한 시선을 직접 주제를 필요로합니다. 바닥 프로젝션 미로 동시에 시각적 인 자극에 참석하고있는 동안 적극적으로 환경을 탐구하는 쥐의 자연적인 경향을 이용한다.

설치류를 위해 특별히 설계된 터치 스크린 장치를 사용하여인지 작업을 허용 할쥐 모델에서 인간 3 연구 결과의 더 나은 번역. 터치 스크린은 일반적으로 작업 벽 3-7에 수직되게 이차원 시각적 자극과 함께 챔버에서 수행된다. 이 터치 스크린 작업은 대상 시각적 자극을 향해 뒤쪽으로 피사체를 요구하고 응답을 등록하는 압력 패드에 적외선 photobeam 누르거나 휴식. 해부학과 행동의 증거는, 그러나, 쥐의 행동 8-10을 안내하기위한보다 효과적으로 낮은 시각 hemifield에서 시각 정보를 처리하는 것이 좋습니다. 우리 연구소는 두 가지 차원 시각적 자극이 다시 시험 무대의 바닥에 투사되는 바닥 투사 미로 2를 이용하여인지 작업을 개발했다. 터치 스크린 장치에 비해 큰 열려있는 분야에서 작업을 수행 할 때 바닥 투영 미로 쥐를 추적 할 수 있습니다. 따라서, 기록 된 신경 활동의 공간 정보는 시각 정보의 신경 상관물 이외에 얻을 수있다D 의사 결정.

우리는 보상 11로 내측 전뇌 다발 (MFB)에 두개 자극 (ICS)를 제공합니다. 보상 전달이 방법은 음식과 음료 보상에 장점이 있습니다. 음식과 음료 보상은 동물이 수행하고 잠재적 교육 과정을 느리게 할 시험의 수를 제한, 심지어 음식 박탈 쥐에서, 포만을 초래할 수 있습니다. ICS는 작업 성능에 대한 즉각적인 피드백을 제공하는 즉각적인 보상을 제공합니다. 실질적으로 즉시 보상 빠르게 형성 및 수집 결과 및 훈련 프로토콜의 지속 시간을 감소시킨다. 또한, 시험의 큰 수는 수집 된 데이터의 양을 증가시키고, 작업 성의 문제의보다 안정적인 샘플의 결과 세션에서 완료 될 수있다.

플로어 추정치 미로를 사용하여, 우리는 복잡한인지 작업을 수행하는 래트의 거동을 형성하는 일반적인 프로토콜을 설명한다. 생의 일반적인 프로토콜은 현재의 관심과 시각적 차별 1의 신경 상관 관계를 기록하기 위해 사용하여 다양한 작업을 통해 쥐를 훈련하기위한 프레임 워크를 제공합니다. 따라서, 바닥 투사 미로는 쥐의 시각 능력에 최적화되어 있으며 인간과 인간이 아닌 영장류의 시각적 작업과 강한 비교를 허용하고 있습니다.

Protocol

모든 절차는 브라운 대학 기관 동물 관리 및 사용위원회의 지침에 따라했다.

1. 시스템 개요

비디오 추적 시스템은 주어진 작업에 쥐의 진행 상황을 모니터링하기 위해 행동 제어 시스템과 상호 작용, 제어 자극 프레 젠 테이션을 대상 행동을 평가하고 쥐의 진행 상황에 따라 보상을 제공합니다. 생체 전기 생리학 기록 시스템 이벤트 관련 분석을위한 신경 데이터를 수집합니다. (그림 1A).

  1. 바닥 프로젝션 미로
    1. 바닥 프로젝션 미로 2는 무색 투명 플렉시 유리 바닥 벽이없는 오픈 필드 (147.3 cm X 111.8 cm) (0.6 cm 두께)이다. 바닥의​​ 밑면은 단 초점 프로젝터를 사용하여 후방 영사에 플렉시 유리 조각의 두 번째 사각형 (147.3 cm X 111.8 cm × 1.25 cm)를 통해 뻗어 유니티 게인 듀얼 비전 직물 화면입니다.
    2. 프로젝터를 연결합니다행동 시스템 PC의 비디오 카드에. 양극 처리 된 알루미늄 프레임을 사용하여 플렉시 유리, 스크린 직물, 및 프로젝터를 잡습니다.
    3. 오버 헤드 카메라와 쥐에 ICS 및 headstage의 사슬을 인터페이스에 도르래 시스템을 마운트 오버 헤드 양극 처리 된 프레임을 설치합니다.
      참고 : 프리 앰프에 전기 연속성과 지상을 보장하기 위해 바닥 투사 미로 오버 헤드 프레임을 들고 프레임을 연결합니다.
  2. 비디오 추적
    1. 기록, 추적 및 단계 1.2.2 하나의 오버 헤드 카메라로 실시간 영상을 분석 할 수 있습니다.
    2. 쥐를 모니터링 할 수있는 오버 헤드 양극 처리 된 알루미늄 프레임에 오버 헤드 카메라 (표준 VGA, 80 fps)를 장착
    3. 쥐의 위치를​​ 모니터하거나, 자동화 추적 시스템과 쥐의 형상의 중심을 추적하기 위해 래트의 headstage 장착 발광 다이오드 (LED) 중 하나를 사용한다.
    4. ONL 위치 데이터를 분석하는 시네 플렉스 기본 동작 모듈을 사용하여또한, 오프라인 및 추가 오프라인 분석에 대한 데이터 파일을 저장한다.
      참고 : 우리는 쥐의 위치를 추적하고 분석, 기록하는 시네 플렉스 행동 연구 시스템 3.4.1을 사용합니다. 시네 플렉스 추적 모듈은 쥐를 추적하는 데 사용됩니다. 동물의 진행을 효과적으로 추적, 작업의 의미가 미로의 해당 위치에 2 차원 공간에서 영역을 만들 시네 플렉스 기본 동작 모듈을 사용합니다. 영역 시퀀스로 결합 할 수 있습니다 (예 : 영역 및 서열의 이행에 항목으로) 시네 플렉스 논리 이벤트는 쥐가 이벤트에 대한 기준을 만족하는 경우, 해당 이벤트가 참이되도록 할당됩니다. 행동 시스템에 superport 입력 카드를 통해 디지털 출력 인터페이스와 이벤트를 지정합니다.
  3. 완전 자동화 된 행동 제어 시스템
    1. 행동 테스트 분야 : 바닥 투사 미로의 행동 작업에 적합한 모양의 시험 무대를 사용합니다. 가 구성NA는 광택이없는 흰색 아크릴을 사용하고 바닥 투사 미로에 직접 배치합니다.
      참고 : 크기가 사용 행동 작업에 대한 사용자 정의 할 수 있습니다. 벽은 일반적으로 높이 45-50cm 있습니다. 여기에서 우리는 (나비 넥타이 미로의 치수 그림 1B) 세션에서 수행 시험의 수를 최대화하기 위해 양면 테스트 경기장 (나비 넥타이 미로 12)를 사용합니다. 이스트 이미지 영역, 웨스트 이미지 영역, 동 시험 준비 공간, 웨스트 시험 준비 지역 (그림 1C) : 시험 분야는 추적 소프트웨어에 정의 된 네 개의 지정 영역이 있습니다.
    2. 행동 체계 : MED-PC의 IV 소프트웨어에 의해 제어되는 행동 인터페이스 시스템 (부록 참조) 사내 MEDstate 표기법으로 작성된 프로그램을 실행합니다. 작업하는 동안 쥐의 진행 상황을 추적 이미지 프리젠 테이션을 제어, 오디오 신​​호를 전달하고 보상을 제공하는 시네 플렉스 행동 시스템에서 이벤트를 사용합니다.
      1. 시간 성을 확보하기 위해 옴니 플렉스 디지털 입력에 superport 출력 카드 인터페이스오프라인 PlexControl 소프트웨어 환경에서 겟앰프드 행동 이벤트 발생을 분석한다. 프로그램 가능한 오디오 생성기를 사용하여 청각 신호를 실행합니다.
        참고 : 필요한 경우 여기에 제시된 장치에서 행동 이벤트 데이터 전송 보드를 통해 타사 장비 (optogenetic 자극에 대한 예를 들어 레이저)를 조작 할 수 있습니다.
      2. 집 테이블 탑 인터페이스 캐비닛의 superport 출력 카드, superport 입력 카드와 프로그램 오디오 발전기. 탁상 캐비닛에 설치된 DIG-700F 디코더 카드를 사용하여 퍼스널 컴퓨터 (PC)에 설치 DIG-704PCI-2 PCI 카드를 카드 인터페이스.
      3. 프로그램 두개 자기 자극의 자극을 사용하여 쥐에 양극성 구형파 ICS를 제공합니다. PHM152의 COM 카드를 통해 PC에 자극 장치를 연결합니다. 추천 ICS​​ 매개 변수 : 펄스 1, 2 시간 : 500 마이크로 초, 지연 펄스 1과 2 사이 : 500 마이크로 초, 주파수 : 100 Hz에서.
        참고 : ICS 전달작업하는 동안 자동화되어 있지만 수동으로 SmartCtrl 모듈과 인터페이스 프로그램 버튼 상자를 사용하여 전달 될 수있다.
  4. 신경 데이터 수집 시스템
    1. 확인 바닥 투사 미로 프레임과 ICS 시스템은 신경 녹음에 전기 노이즈를 최소화하기 위해 옴니 플렉스 신경 데이터 수집 시스템의 프리 앰프에 접지된다.
    2. 동시에 신경 데이터를 수집, 오프라인 데이터 파일의 행동 시스템에서 복합 상영관과 행동 이벤트 플래그의 위치 좌표를 분석한다.

2. 동물 준비

  1. 동물
    1. 순진 이십이일 세 남자 긴 에반스 쥐를 얻습니다.
    2. 한 쌍의 쥐를 수용하고 1 주간 동식물 사육장에 순응 할 수 있습니다.
    3. ~ 5 분 동안 매일 쥐를 처리합니다.
    4. 쥐가 250-275그램에 도달하면, 자신의 무료 공급 무게의 85~90%에 자신의 체중을 유지하는 식품 일정을 시작합니다. 대상 우리쥐가 350g에 도달 할 때까지 ights 10 G / 월 단위로 증가합니다.
    5. 단독 주택 쥐와 자극과 기록 전극을 이식하는 수술을 시작하기 전에 적어도 1 주 동안 식품 일정을 계속합니다.
  2. 외과 이식
    표준 무균 조건과 제도 및 규제 지침에 따라 수술 절차를 수행합니다.
    1. 이소 플루 란과 쥐를 마취.
    2. 청소 및 브레 그마 및 람다의 식별을 위해 두개골을 나타 내기 위해 두피에 절개를합니다.
    3. 관련 좌표 craniotomies을 확인합니다.
    4. 두개골 고정 나사를 붙입니다.
    5. 다음 좌표를 사용하여 MFB에 ICS 전극의 끝을 내립니다 : 전후면, 브레 그마에서 -2.7 mm를, 측면, 1.8 mm를 ±; dorsoventral, 두개골 표면에서 -8.5 mm입니다. 두 번째 ICS 전극은 전극 고장의 경우 백업으로 반대 반구에 이식 할 수 있습니다.
    6. t에 ICS 전극을 고정골 시멘트를 가진 그는 두개골과 고정 나사. 받침대 전극 (자극 전극에 플라스틱 하우징) 시멘트하지 마십시오.
    7. 관심의 사이트에 기록 전극을 낮추고 뼈 시멘트로 장치를 고정합니다.
    8. 멀리 기록 장치로부터 ICS 페데스탈을 위치시키고 뼈 시멘트 앵커 나사에 ICS 전극 및 기록 장치를 고정.
    9. 성형 프로토콜 습관을 시작하기 전에 7 일 이상 복구 할 수 있습니다.

3. 행동 형성 : 초기, 중간, 그리고 늦은 형성 (그림 2) : 일반 형성은 세 단계로 구성되어 있습니다.

참고 : 초기 및 중간 형성의 목적은 각 시험에 대한 준비 지역 고정 '준비 자세'를 유지하고, 세션에서 다양한 시험을 수행하기 위해 쥐를 양성하는 것입니다. 행동 형성을 반 자동화 그래서 교육은 쥐의 개인의 학습 속도에 적용 할 수 있습니다. ONCEA 쥐가 정확하고 공정한 행동 제어를위한 완전 자동화 된 프로토콜 (그림 2)에 쥐를 전송하는 목적으로 특정 형성 (늦은 형성을) 태스크를 진행, 성공적인 '준비 자세'를 유지하고있다.

  1. 초기 형성 (그림 2A)
    1. 1 일 : 장비가 후 식민지로 돌아에 전환과 함께 10 분 동안 행동 방에 쥐를 길들.
    2. 주 2 : 1 단계를 반복 한 다음 10 분 동안 테스트 분야에 동물을 길들.
    3. 3 일 : 쥐에 ICS 및 headstage의 테더를 연결하고 10 분 동안 테스트 분야에 쥐를 길들.
    4. 4 일 : 비공식적 인 장소 환경 조절 프로토콜을 사용하는 장소의 환경을 설정하는 가장 ICS 진폭을 결정합니다. 펄스 1, 2 진폭을 적정한다. 전형적인 진폭 값은 20 ~ 80 μA이다.
    5. 5 일에서 : I와 함께 준비 지역과 동쪽과 서쪽 이미지 프리젠 테이션을 연결하는 쥐를 훈련 ICS 보상을 제공CS 보상. 쥐가 동양과 서양의 이미지 영역 사이에 교류 될 때까지 계속합니다.
  2. 중급 형성 (그림 2B).
    1. 재판의 시작을 알리기 위해 백색 소음 (50dB)을 소개합니다. 쥐가 준비 지역을 입력하면 백색 잡음의 전원을 끄십시오.
    2. 준비 영역에 항목에 대한 ICS 전달을 자동화하고, 성공적인 '준비 위치를'완료하십시오. 항목과 행동을 강화하는 성공적인 '준비 자세'에 ICS 전달의 확률을 조정합니다.
      참고 : 성형하는 동안 개별 쥐의 성능에 맞게 수동으로 보상 확률을 조정합니다. 준비 영역에 항목에 대한 보상 확률을 감소하고 성공적인 준비 위치를 유지. 성공적인 '준비 위치를 이행하기위한 보상의 추천 최종 확률은 10 %입니다. 쥐가 모두 올바른 선택에 대한 보상을하고 있습니다.
    3. 짧은 '준비 자세'기간 (예를 들어 200 밀리 초)로 시작합니다. 점차적으로 '준비 자세'경질을 증가100 밀리 단계 행사 상황.
    4. 쥐가 재판을 다시 시작해야합니다, 그래서 쥐가 중간에 '준비 자세'를 파괴하면 화이트 노이즈를 켭니다.
    5. 쥐가 최대 1,200 밀리의 '준비 자세'에 들고 때 늦은 형성로 이동합니다.
  3. 늦은 형성 (그림 2C).
    참고 : 늦은 형성에 훈련하는 것은 쥐가 수행하는 작업에 따라 다릅니다. 모든 작업 매개 변수의 정확하고 공정한 컨트롤이 형성 단계에서 훈련을 자동화하지만 수동으로 ICS의 보상을 제공 할 수있는 유연성을 유지한다. 두 가지 작업에 대한 교육 프로토콜이 설명되어 있습니다.
    1. 시각 biconditional 차별 (vBCD) 작업 : 간단한 모양과 휘도 discriminence에 쥐를 훈련하는 독특한 시각적 자극을 사용합니다.
      1. 백색 잡음을 설정하여 시험을 시작합니다.
      2. 1,200 밀리 초 - 무작위로 700의 '준비 자세'대기 시간을 부과.
      3. 성공적인 '준비 PO를 강화하기 위해 필요한 경우 수동으로 ICS를 제공sitions '.
      4. 이미지 프리젠 테이션 영역에서 이미지의 쌍을 제시한다. 의사 난수 화상 영역의 좌측 또는 우측에 올바른 화상을 제시한다.
      5. 올바른 응답을 ICS를 제공하고 바닥을 취소합니다. 쥐가 올바른 이미지가 위치하는 영역에 진입 할 때 올바른 응답이 등록된다. 훈련 첫 날에만, 잘못된 응답 방어벽의 백색 잡음의 75dB 버스트를 실행합니다.
      6. 잘못된 재판 후 보정 시험을 실행합니다. 교정 시험은 이전의 잘못된 재판으로 동일한 매개 변수 (왼쪽 또는 오른쪽 측면과 '준비 자세'지연)가있다.
      7. 쥐가 성공적 간단한 판별을 실행할 수있다 일단 biconditional 판정 규칙을 훈련하는 다른 바닥 패턴을 소개한다.
      8. 상황에 맞는 역할을하는 이미지와 두 가지 바닥 패턴의 새로운 쌍을 제시한다. 올바른 이미지가 바닥 패턴에 따라 조건이며, 검은 역 바닥이 회색 바닥 (그림 3C) 스트라이프 때 흰색 원이 올 때 R은 올바른 것입니다.
      9. 의사 난수 바닥 패턴과 시련이 카운터 것을 보장 각 시험에 대한 올바른 이미지의 위치 (왼쪽 또는 오른쪽)에 할당합니다.
      10. 시험 매개 변수는 이전 시험과 동일한있는 잘못된 재판 후 보정 실험을 구현합니다.
    2. 시공간주의 (VSA) 작업 : 경기장에서 정의 된 공간 위치에서 현재 조명 흰색 원이 대상 원의 공간 위치에 접근하는 쥐를 훈련.
      참고 :이 작업을 위해 경기장은 동쪽과 서쪽 이미지 영역에서 서로 다른 공간 위치에 회색 원이 있습니다. 성공적인 '준비 자세'후 대상 원 (하얗게) 조명하고, 쥐가 그 대상 위치 (그림 3B)를 접근해야합니다.
      1. 무작위 1,000-1,60의 '준비 자세'대기 시간을 부과시험 기준에 의한 시험에서 0 밀리 초.
      2. 성공적인 '준비 위치'를 강화하기 위해 필요한 경우 수동으로 ICS를 제공합니다.
      3. '현재 위치'종료 후, 무작위로 회색 원 중 하나를 밝히는.
      4. 쥐가 조명 원의 영역을 입력하면 ICS를 제공합니다.
      5. 조명을 끄고 반대 (동쪽 또는 서쪽) 측에서 다음 시험을 시작.
      6. 재판 (원을 조명 한 후 5 초) 종료 될 때까지 쥐가 접근 할 때까지 또는 늦게 형성의 시작에서, 원을 조명. 수정하거나 누락 시험 중 하나를 각 시험 점수. 누락 시험의 경우, 전체 층 (흰색 바닥 제시)를 조명하고 더 보상은 다음 시험 때까지 사용할 수 없습니다.
      7. 쥐의 성능은 80 % 정확한 도달 할 때, 원은 1 초까지 계속 켜져있는 시간을 감소시킨다. 쥐 선택을 5 초 있습니다.
      8. 잘못된 재판에 대해 보상하지 않습니다. 다음 시험을 시작합니다.
      9. 만약 누락 트라이알은 바닥을 조명​​하고 새로운 시도를 시작합니다.
      10. 80 %에서 더 정확한 대상 원 500 밀리 초에 조사되는 시간을 감소시킵니다.
      11. 무작위로 각 시험하기 전에 대상 위치를 선택합니다. 전체 바닥이 그 재판의 끝을 신호로 점등하기 전에 쥐 선택을 5 초를 할 것입니다.
      12. 잘못되거나 누락 시험에 대해 보상하지 않습니다. 쥐 경기장의 반대편에 새로운 시도를 시작해야합니다.
      13. 주 : 추가 원이 추가 작업의 어려움을 높이기 위해 각각의 이미지 영역에 추가 할 수있다.

Representative Results

일반 성형 단계의 목표는 테스트 분야에 쥐를 적응 대상 시각적 자극의 프레 젠 테이션을위한 정지 '준비 자세'를 유지하기 위해 쥐를 훈련하고 올바른 시각 자극의 위치를​​ 접근하는 것입니다. 쥐가 경기장의 동쪽과 서쪽 양쪽 번갈아 될 때까지 시험 장소, 경기장 및 테더에 습관화하면 초기 형성은 일반적으로 100 ~ 150 시험을 필요로한다. 초기 형성 중에 쥐가 일반적으로 무대의 중심에있는 준비 영역을 실행하고 경기장 (그림 4A)의 경계를 탐구하는 대부분의 시간을 보낸다. 중간 성형 단계에서 쥐가 점차 600-700 시험을 필요로하는 준비 지역 고정 '준비 자세'를 유지하기 위해 배운다. 이 시점에서, 동물의 경로는 미로의 경계를 탐험 적은 시간 소비와 이미지 영역을 준비 지역에서 루프를 틀에 박힌 있습니다. 그러나 쥐가 정지 '준비 PO를 유지하지 않습니다쥐 센터 준비 위치 (도 4b)를 통과하는 속도로 나타낸 구성비 '.

중간 형성의 말, 쥐를 대상 시각적 자극에 접근하기 전에 준비 지역 고정 '준비 자세'를 유지한다. 쥐은 경기장 (그림 4C)의 반대편에 다음 재판을 시작합니다.

행동 제어 시스템 소프트웨어를 추적 및 신경 데이터 수집 시스템의 통합은 신경의 데이터 이벤트에 관련된 분석을 허용한다. 구동 가능한 전극 배열은 전략적으로 하나의 단위 및 지역 현장 잠재적 인 활동을 기록하기 위해 배치 할 수 있습니다. 쥐 vBCD 작업을 수행 할 때 녹음은 postrhinal 외피 실시 하였다. Perievent 히스토그램 및 래스터 플롯 postrhinal 피질 세포가 대상 시각적 자극의 개시와 바닥 패턴 (그림 5A)의 발병에 응답을 보여준다. R 후방 정수리 피질선택은 대상 화상 (도 5b)에 정의 영역을 입력하여 만들어진 때 VSA 태스크 세포 이미지 프레젠테이션에 반응하고, 수행 ATS는. 쥐가 이미지 프리젠 테이션 (그림 5C) 전에 '준비 자세'에있을 때 VSA 작업의 성능 동안 뒤 정수리 피질에서 지역 필드 잠재적 인 활동은 세타 범위 (~ 8 Hz) 단위로 강한 힘을 보여줍니다.

그림 1
그림 1. 실험 설정. 행동 제어 객실 A. 도식. 바닥 프로젝션 미로는 행동 방에 보관되어 있습니다. 쥐가 오버 헤드 카메라를 통해 감시된다. 컨트롤 룸은 작업을 제어하는 신경 데이터를 수집하는 장비를 전시하고 있습니다. B. 치수시네 플렉스 스튜디오의 나비 넥타이 모양의 미로. C. 화면 캡처. 영역은 사용자에 의해 정의됩니다. 논리 이벤트는 쥐의 진행 상황을 모니터링 할 행동 제어 시스템 (메드 어소)에 시네마 디지털 출력으로 전송됩니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 2
그림 2. 쥐를 형성 초기에 형성 단계. A. 회로도 준비 지역을 입력하는 ICS를 수신하고, 입력 동양과 서양의 이미지 영역. 목표는. B. 중간 형성이 준비 지역 고정 '준비 자세'를 유지하기 위해 쥐를 훈련에 초점을 맞추고 ICS 보상과이 지역을 연결하는 쥐를 양성하는 것입니다. 이미지가 ONL 제시Y 성공 '준비 자세'를 유지 한 후. 쥐가 늦게 형성에서 이미지 영역입니다. C.의 이미지를 접근에 대해 ICS가 계속, 쥐가 성공적으로 정지 '준비 자세'를 유지하고있다. 교육은 작업을 특정하고, 쥐가 주어진 작업을 수행하기 위해 특정 규칙을 배울 수 있도록 훈련한다. 번개 ICS 전달을 나타냅니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 3
그림 3. A. vBCD 작업의 도식 바닥이 회색 인 경우, 블랙 스타가 보상된다.. 바닥이 스트라이프 때, 흰색 원은 보상을 B. VSA 작업의 개략도. 회색 동그라미 이미지 분야에서 대상의 위치를​​ 나타냅니다.타겟 자극 원의 하나의 짧은 (500 밀리 초) 조명 (화이트)이다. 쥐가 올바른 대상 위치를 접근에 대한 보상을하고 있습니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4
그림 4. 다른 성형 단계에서 수행하는 쥐 두 분 세그먼트에서. 위치 데이터를 형성하는 동안 예를 들어 경로. 동물의 속도는 열지도로 표시됩니다. 차가운 색상은 가장 느린 속도를 나타내며 뜨거운 색깔은 조기 쥐 탐구 및 후면까지 동서양 이미지 영역의 외부 벽과 준비 지역. B에서 멈추지 않는다 형성하는 동안 가장 빠른 속도. A.를 나타냅니다. 틀에 박힌 경로는 중간 쉬에 등장하기 시작APING. 경로 다시 준비 지역으로 이미지 영역으로 루프를 형성한다. 쥐가 성공적으로 준비 지역. C의 '준비 자세'를 유지하기 시작합니다. 쥐가 늦게 형성에 진행되면, 쥐 정지 '준비 위치'를 유지하고 쥐의 경로는 더 박힌 있습니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 5
그림 5. perievent 관련 분석의 예.. 대상 이미지 (왼쪽)의 프리젠 테이션에 다른 반응과 vBCD 작업, 바닥 (오른쪽). B의 프리젠 테이션 동안 postrhinal 피질에서 기록 된 세포. 시 후방 정수리 피질에서 기록 된 세포원 (왼쪽)의 조명에 다른 반응과 함께 VSA 작업. 대상 동그라미 (오른쪽). C를 조명하는 공간 위치를 선택한 후 발사 증가했다. '준비 자세'중 후방 정수리 피질에서 강력한 세타 파워를 보여주는 스펙트로. 수직 빨간색 선은 성공적으로 '준비 자세'와 이미지의 프레 젠 테이션의 끝을 나타냅니다. 수직 블루 라인은 재판에서 1 층의 프레 젠 테이션 vBCD 작업의 시작을 나타냅니다. 수직 녹색 선은 선택이 VSA 작업에 등록되었음을 나타냅니다. 더 큰 이미지를 보려면 여기를 클릭하십시오.

Discussion

우리는 공식적으로 바닥 투사 미로에 완전히 자동화 된 복잡한 시각인지 적 업무에 쥐를 훈련하는 프로토콜을 설명합니다. 바닥 프로젝션 미로는 2 선택 시각적 차별 작업 1의 성능 동안 postrhinal 피질의 객체 위치 접속사 및 오류 신호의 신경 상관 관계를 설정하는 데 성공적으로 사용되어왔다.

행동 성형 프로토콜이 개별 쥐의 학습 속도에 맞게 적용 할 수 있도록 변경할 수 있도록 설계된다. 행동 시스템 용으로 작성된 사용자 지정 코드는 실험이 훈련 도중 중요한 단계에서 자동화 된 ICS 전달의 가능성을 제어 할 수 있습니다, 예를 들어 '준비 자세'를 교육. 또한이 코드는 동안 프로그램 버튼 상자를 사용하여 ICS를 수동으로 전송을 허용해야합니다. 초기 형성의 목적은 행동을 강화하는 보상 제공을 위해 효과적인 ICS 자극을 설정하는 것입니다. 우리는 STI를 주입하는 것이 좋습니다 가능하면한 반구의 효과 자극의 경우 양측 MFB에 전극을 mulating. 우리의 경험은, 그러나, 이식 ICS 전극 보람 자극을 제공 할 기능되었는지 거의 모든왔다. 중간 성형 단계는 준비 지역 '준비 자세'를 유지하기 위해 쥐를 훈련을 위해 중요하다. '준비 자세'에서 쥐의 코를 선택 이미지가 표시됩니다 이미지 분야를 가리키는 고정해야합니다. '준비 자세'는 이미지가 나타날 때 제어, 쥐가 이미지와 쥐가 이미지를 볼있는 거리에 접근되는 방향. 우리는 쥐의 머리가 행동의 더 나은 제어 및 목표 이미지 프리젠 테이션을 좀더 정확히 가리키는 방향을 모니터링하는 쥐의 headstage에 장착 된 추적 LED를 추천합니다. ICS 수동 배송은 해당 '준비 자세 & #을 유지하기 위해 쥐를 훈련을 발행 할 수 있습니다8217;. 쥐가 각 시험에서 만족 '준비 위치'를 유지하는 경우, 늦은 형성 교육은 특정 작업입니다. 늦은 형성에 쥐가 주어진 작업을 수행하기 위해 특정 규칙을 배우고 훈련을하고 있습니다.

이 방법은 행동 형성하는 동안 빠른 학습의 결과로 쥐에 즉각적인 피드백을 제공하고, 자동화 된 작업에 신경 데이터를 수집 할 때 더 많은 세션에서 시험을 완료로 우리는 보상 전달의 우리의 방법으로 ICS를 사용합니다. ICS 우편 그러나 신경 레코딩 전기 아티팩트가 발생하고, 연속 또는 LFP multiunit 데이터를 분석하는 데 문제가 될 수있다. 전기 아티팩트 주변 간격은 종래의 연속 데이터 분석 신경 기록 데이터 파일에서 오프라인으로 제거 될 수있다. 하이 패스 필터링 스파이크 데이터의 ICS에서 베타 유물은 쉽게 하나의 스파이크를 분석에 영향을주지 않고 오프라인으로 제거 할 수 있습니다. 바닥 투사 미로에 대한 프로토콜의 미래 최적화 optogen를 사용하여 포함전기 자극과 관련된 유물을 최소화하고 제거하기위한 내부 보상을 제공하는 ETIC 도구를 제공합니다.

바닥 프로젝션 미로 쥐의 시각적 기능에 최적화되어 있으며, 따라서 더 적합 시각적으로 안내 행동 작업입니다. 그것은 직접적인 비교 때문에 주어진 작업의 성공적인 인수를위한 고용 다른 실험 프로토콜과 기준의 다른 정의의 바닥 투사 미로와 조작 적 챔버 실험 패러다임 사이가 아니라는 점에 유의해야한다. 우리는 이전에 쥐가 이미지를 조작 적 챔버 3,10 수직으로 제시했다 다른 연구> 300 시험에 비해 미로 2 층 프로젝션 50 시련 ~에 간단한 2 - 선택 시각적 차별 작업을 획득, 그러나, 보여 주었다. VSA의 작업은 (5-CSRT) 시각적 주의력을 평가하기위한 고전적인 5 - 선택 직렬 반응 작업 (13)을 모델로 하였다프로세스. 일반적으로 5-CSRT은 조작 적 챔버에서 수행하고 가벼운 플래시로 표시된 적절한 코 구멍이 구멍에 코를 찌르기를 만들기 위해 동물을 필요로합니다, 여기 VSA 작업은 동물이 남아 있어야 오픈 경기장에서 실시 경기장의 특정 위치에 고정, 대상 위치에주의를 지시하고 빛 자극이 나타날 때까지 기다립니다. 우리의 경험에서, 쥐가 바닥 프로젝션 미로에서 VSA 태스크 ~ 800 시험에 비해 5-CSRT 14 기준 (이틀 연속 75 %)에 도달 할 수 ~ 3,200 실험이 필요합니다.

바닥 투사 미로에서 수행 행동 작업의 또 다른 이점은 작업이 그것의 시선을 해결하기 위해 동물을 필요로하는 작업에 반대, 그 환경을 탐험하는 쥐의 자연적인 경향을 악용하는 대형 오픈 경기장에서 실시되는 것입니다 정지 대상입니다. 오픈 경기장 및 자유 자재로 움직이는 쥐를 이용하여의 주요 장점# 160; 층 프로젝션 미로 장치에 allocentric과 자기 중심적인 두 공간 정보는 시각 정보를 수집 할 수 있다는 것입니다. 우리의 패러다임의 또 다른 장점은 작업이 정적 인 이미지의 표현에 국한 될 필요가 있다는 것입니다. 위치 및 동적 인 시각적 자극의 특징은 향후 작업에 사용될 수있다. CINEPLEX 행동 연구 시스템의 추적 기능을 이용하여 작업 관련 뇌 구조의보다 상세한 기능의 이해를 위해 개발 될 수있다. 시각적으로 안내인지 작업과 동시에 전기 생리학 녹음을 결합, 뇌의 활동이 이러한 의사 결정과 시각적 인 차별 등의인지 과정과 관련이 방법의 근본적인 문제는 탐구 할 수있다.

시각적 안내 태스크를 사용 랫트 연구에서 연구 결과는 더 나은 인간인지 질환 치료를 제공하는 궁극적 인 목적으로 인간에게 번역 될 수있다.

Disclosures

이 비디오 기사에 대한 제출 수수료가 Plexon 주식 회사에 의해 후원

Acknowledgements

이 작품은 NSF IOS 1,146,334, NSF EFRI 0,937,848, DARPA N66001-10-C-2010 및 RDB에 NSF IOS 0,522,220에 의해 지원되었다. 우리는이 원고의 준비를 도와 Plexon Inc의에서 스테이시 하얏트 감사합니다.

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

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