Автоматизированные Визуальные Задачи Когнитивные для записи нейронной активности с использованием этаж Проекция Maze

* These authors contributed equally
Behavior
 

Summary

Мы описываем протоколы для обучения крыс для хронических электрофизиологических записей в полностью автоматизированных познавательных задач на полу Projection Maze.

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

Нейропсихологические задачи, используемые в приматов для изучения механизмов обучения и памяти, как правило, визуально ориентироваться познавательных задач. Мы разработали визуальные познавательных задач для крыс, используя этаж Проекция Maze 1,2, которые оптимизированы для визуальных способностей крыс, позволяющих более сильные сравнения экспериментальных данных с другими видами.

Для того чтобы исследовать нейронные корреляты обучения и памяти, мы интегрировали электрофизиологические записи в полностью автоматизированные познавательных задач на полу Projection Maze 1,2. Поведенческая программа сопряжена с системой слежения животных позволяет контролировать поведение животного с точным контролем представления изображения и наградить непредвиденные к лучшему дрессированных животных. Интеграция с в естественных условиях электрофизиологических системы записи позволяет обследование поведенческих коррелятов нейронной активности в отдельных эпох данного когнитивной задачи. </ Р>

Мы описываем протоколы для модельной системе, которая сочетает в автоматизированную визуальное представление информации для грызунов и внутричерепного награду с электрофизиологических подходов. Наша система модель предлагает сложный набор инструментов в качестве основы для других когнитивных задач, чтобы повышать изолировать и идентифицировать конкретные механизмы, способствующие частности когнитивных процессов.

Introduction

Визуальные задачи обычно используются в человека и обезьяны исследований для изучения механизмов, лежащих обучения и памяти. Модели грызунов, однако, становится более доступным для исследователей для более широких масштабах, лучше контролируемые исследования, и имеют дополнительное преимущество в области предоставления разрешений более инвазивных электрофизиологических методов. В сочетании с другими подходами, такими как генетических манипуляций, электрофизиологических записей в свободно передвигающихся крыс обеспечивают полезную модель точно ориентации механизмы и схемы, лежащие в основе когнитивных процессов. Предстоятель визуальные задачи требуют субъектов направить взор на визуальные стимулы на мониторе, в то время как крысы задачи требуют субъектов взаимодействовать с окружающей средой. Этаж Проекция лабиринт использует естественное стремление крыс активно исследовать окружающую среду, одновременно проявляя внимание к зрительных стимулов.

Когнитивные задачи с помощью сенсорного экрана аппараты, разработанные специально для грызунов позволилилучше перевод выводов из моделей грызунов к человеку 3. Сенсорные задачи обычно проводят в камере с двумерных зрительных стимулов, представленных вертикально на стенах 3-7. Эти сенсорные задачи требуют тему в тылу к целевой визуальный стимул и сломать инфракрасный photobeam или нажмите на слой давления зарегистрировать свой ответ. Анатомические и поведенческих доказательств, однако, предположить, что крысы обрабатывать визуальную информацию в нижней визуального hemifield более эффективно для направления поведения 8-10. Наша лаборатория разработала познавательные задачи, использующие полу Проекция Maze 2, в которой двумерные визуальные стимулы назад прогнозируемые на пол испытуемого арене. В жилая Projection Maze крысы могут быть отслежены при выполнении задач в большой открытой арене по сравнению с сенсорным аппаратом. Таким образом, пространственная информация в записанном нейронной активности можно получить в дополнение к нейронные корреляты визуальной информации апг принятия решений.

Мы поставляем внутричерепное стимуляции (ICS) в медиальной пучок переднего мозга (MFB) в качестве награды 11. Такой способ доставки вознаграждение имеет преимущества перед продуктов питания и напитков награды. Еда и напитки награды может привести к насыщению, даже в пищевых лишенных крыс, ограничивая число испытаний животное будет выполнять и потенциально замедляя процесс обучения. ICS обеспечивает мгновенный награду обеспечивая немедленную обратную связь о выполнении задачи. Непосредственные результаты вознаграждение в быстрой формирования и приобретения и существенно сокращает продолжительность учебных протоколов. Кроме того, большее число испытаний может быть завершена в сеансе, увеличение количества данных, собранных и приводит к более надежной образца поведения, связанных задач.

Использование Этаж проецирования Maze, мы опишем общую протокол формировать поведение крыс выполнять сложные когнитивные задачи. Тхис общим протоколом обеспечивает основу для подготовки крыс в различных задач в настоящее время работают для записи нейронных коррелятов внимания и зрительного различения 1. Таким образом, покрытие Проекция Лабиринт оптимизирован для визуальных способностей крыс и позволяет более сильные сравнения с визуальными задач у человека и приматов.

Protocol

Все процедуры были в соответствии с руководящими принципами Университет Брауна Уходу за животными и использование комитета.

1. Обзор системы

Система слежения видео взаимодействует с системой поведенческого контроля для мониторинга прогресса крысы в ​​той или иной задачи, оценить целевые поведения, управления стимула презентации и доставить награды на основе прогресса крысы. Естественных электрофизиологические система записи собирает нервные данные для анализа событий, связанных с. (Рис. 1А).

  1. Этаж Проекция Лабиринт
    1. Этаж Проекция лабиринт 2 является открытым поле без стен (147,3 см х 111,8 см) с прозрачной бесцветной оргстекла этаже (толщиной 0,6 см). Нижняя часть этаже находится усиления экран Dual Видение Ткань единство, которое натягивается второй прямоугольник из оргстекла штук (147,3 см х 111,8 см х 1,25 см) для обратной проекции с использованием короткого броска проектор.
    2. Подключите проекторк видеокарте в поведенческой системы ПК. Держите оргстекла, экран ткань, и проектор, используя корпус из анодированного алюминия.
    3. Установите верхний анодированный каркас смонтировать подвесной камеру и систему шкива для взаимодействия с ICS и headstage тросов к крысе.
      Примечание: Подключите рамку, удерживающий Этаж проецирования Maze и накладные расходы кадр для обеспечения электрической непрерывности и заземление к предусилителя.
  2. Отслеживание Видео
    1. Запись, ведите учет и анализируйте видео в режиме реального времени с одним верхним камеры, описанной в шаге 1.2.2.
    2. Установите верхний камеру (стандарт VGA, 80 кадров в секунду) на воздушной корпус из анодированного алюминия для мониторинга крысу
    3. Используйте либо светоизлучающие диоды (LED), прикрепленные к headstage крысы контролировать положение крысы, или отслеживать центр тяжести контура крысы с автоматизированной системой слежения.
    4. Используйте поведение модуля Cineplex Basic для анализа данных о местоположении ОНЛНИС, а также сохранить файл данных для дальнейшего автономного анализа.
      Примечание: Мы используем поведенческих исследований системы Cineplex 3.4.1 для записи, отслеживание и анализ позиции крысы. Модуль Cineplex слежения используется для отслеживания крысу. Для эффективного отслеживания прогресса животного, использовать поведение модуля Cineplex Basic для создания зон в двумерном пространстве на соответствующих позициях лабиринта, которые имеют значение в задаче. Зоны могут быть объединены в последовательности, и Cineplex логические события (например, записей в зонах и выполнения последовательностей) назначаются таким образом, что если крыса удовлетворяет критериям случае, это событие становится истинным. Связать события с цифровыми выходами и интерфейсом через входную карту superport к поведенческой системы.
  3. Полностью автоматизированная система поведенческого контроля
    1. Поведенческая тест арена: Используйте соответствующий форме тестирования арену для поведенческих задач на полу Projection Maze. Построить являютсяпа с использованием матовой белой акриловой и поместить его прямо на полу Projection Maze.
      Примечание: Размеры могут быть настроены для поведенческих задач используется. Стены, как правило, 45-50 см в высоту. Здесь мы используем двусторонние тестовые арены (галстук-бабочка лабиринт 12), чтобы максимально увеличить количество исследований, проведенных в сессии (рис. 1В для размеров бабочкой лабиринт). Тест арена имеет четыре специальные зоны, определенные в отслеживания программного обеспечения: область к востоку изображения, Западная область изображения, Восток Судебная готовый площадь, и Запад Судебная готовый площадь (рис. 1С).
    2. Поведенческая система: система поведенческого интерфейс управляется MED-ПК IV программного обеспечения работает программ, написанных в доме в MEDstate нотации (см. Приложение). Используйте события из Cineplex поведенческой системы для отслеживания прогресса крысы во время задания, контролировать презентацию изображения, доставить звуковые сигналы и доставить награду.
      1. Интерфейс выходной superport карту Omniplex цифрового входа на получение времени улAmped поведенческие проявления событий в программной среде PlexControl для автономного анализа. Выпуск слуховые сигналы с использованием программируемого генератора звука.
        Примечание: Поведенческие события из аппарата, представленного здесь может работать оборудование третьей стороны (например лазерный для optogenetic стимуляции) через передачи данных борту, если потребуется.
      2. Дом superport выход карты, superport ввода карт и программируемой генератор звука в интерфейсе настольный кабинета. Интерфейс карты с PCI карты DIG-704PCI-2, установленного в персональном компьютере (ПК) с помощью DIG-700F Decoder карты, установленной в настольный кабинета.
      3. Поставьте биполярных меандр ICS крысе с использованием программируемого внутричерепное самостоятельно стимуляции стимулятор. Подключите стимулятор устройство к ПК через COM PHM152 карты. Рекомендуемые параметры ICS: Импульсный 1 и 2 Продолжительность: 500 мкс; Задержка между Pulse 1 и 2: 500 мкс; Частота: 100 Гц.
        Примечание: доставка ICSавтоматизирован во время задачи, но могут быть доставлены вручную с помощью кнопки программируемого окно, сопряженного с модулем SmartCtrl.
  4. Нервной системы сбора данных
    1. Убедитесь, что покрытие Проекция рамка лабиринт и ICS система заземлены для предусилителя на Omniplex нервной системы сбора данных, чтобы минимизировать электрический шум в нейронных записей.
    2. Одновременно собирают нервные данные, позиционные координаты от Cineplex и поведенческих флагов событий от поведенческой системы в файле данных для автономного анализа.

2. Подготовка животных

  1. Животные
    1. Получить наивные 22 день старые самцов крыс Long-Evans.
    2. Пара дома крыс и дать им возможность акклиматизироваться к вивария в течение одной недели.
    3. Ручка крыс ежедневно в течение ~ 5 мин.
    4. После того, как крысы достигают 250-275 г, начать графики пищевые поддержания их веса тела в 85-90% от их веса бесплатно кормления. Целевая мыЗагорается увеличиваются на 10 г / месяц до крысы не достигнете 350 г.
    5. Одноместный дом крысы и продолжить график продовольствия не менее чем за неделю до начала операции по имплантации стимуляции и записи электроды.
  2. Хирургическая имплантация
    Проводить хирургические процедуры в рамках стандартных асептических условиях и в соответствии с институциональной и нормативной руководящих принципов.
    1. Обезболить крыс изофлураном.
    2. Сделайте надрез в коже головы, чтобы показать череп для очистки и идентификации брегмы и лямбда.
    3. Сделать краниотомии на соответствующих координат.
    4. Прикрепите опорные винты черепа.
    5. Опустите верхушку ICS электрода в МФБ, используя следующие координаты: передне-задней, -2,7 мм от темени; боковая, ± 1,8 мм; дорсовентральный, -8,5 мм от поверхности черепа. Второй ICS электрод может быть имплантирован в противоположном полушарии в качестве резервного в случае электрода из строя.
    6. Закрепите ICS электроды к тон череп и крепежные болты с костным цементом. Не цементировать пьедестал (пластик корпуса на стимулирующего электрода) электродов.
    7. Опустите записи электроды в месте интерес и закрепите устройство с костным цементом.
    8. Расположите ICS пьедестал от записывающего устройства и закрепите ICS электроды и записывающие устройства для анкерных болтов с костным цементом.
    9. Позвольте по крайней мере семь дней восстановления перед началом привыкания к протоколу формования.

3. Поведенческая Формирование: Генеральный Формирование состоит из трех этапов: ранний, средний и поздний формировании (рис. 2).

Примечание: Цель начальном и промежуточном этапах формирования является подготовка крысу поддерживать стационарное 'готовый позицию' в готовый площадь для каждого испытания, а также выполнять многочисленные испытания в сессии. Полуавтомат поведения формирование так обучение может быть адаптирована к индивидуальным тарифам изучением крысами. Oncшт крыса поддержания успешного 'готовый позицию », переходим к ответу конкретное формирование (поздний шейпингом) с целью передачи крысу на полностью автоматизированной протокола для точного и объективного поведенческого контроля (рис. 2).

  1. В начале формирования (рис. 2А)
    1. День 1: приучить крысу к поведенческой комнате в течение 10 мин с оборудование включается затем вернуться в колонию.
    2. День 2: Повторите шаг 1, то приучить животное к испытательной арене в течение 10 мин.
    3. День 3: Подключите ICS и headstage тросов к крысе, и приучить крысу в тестовую арене в течение 10 мин.
    4. День 4: Определите минимальную амплитуду ICS установить предпочтение место, используя протокол предпочтение кондиционирования неофициальное место. Titrate Pulse 1 и 2 амплитуды. Типичные значения амплитуды являются 20-80 мкА.
    5. Из 5-й день: Поставьте награду ICS для обучения крыс ассоциировать готовый площадь и Восток и Запад изображения презентации с IНаграда CS. Продолжайте, пока крыса не чередующихся между Востоком и Западом областей изображения.
  2. Промежуточный формирование (фиг. 2В).
    1. Представьте белый шум (50 дБ), чтобы сигнализировать о начале судебного разбирательства. Выключите белый шум, когда крыса входит в готовый площадь.
    2. Автоматизация доставку ICS для вступления в готовый площадь, и для завершения успешных "готовые позиции". Отрегулируйте вероятность ICS поставки на вход и успешной "позицию готовности», чтобы укрепить поведение.
      Примечание: Для регулировки вероятности вознаграждение вручную в зависимости производительности отдельного крысы во время формования. Уменьшение вознаграждения вероятности для вступления в готовый площадь и поддержание успешных готовые позиции. Рекомендуемый конечный вероятность вознаграждение за выполнение успешных "готовые позиции составляет 5-10%. Крысы получают вознаграждение за всех правильных выборов.
    3. Начните с коротких "готов положение 'длительности (например, 200 мс). Постепенно увеличивайте "готова положение 'твердую мозговую оболочкунию в 100 мс с шагом.
    4. Включите белого шума, если крыса преждевременно разрывает 'готовый позицию »так крыса имеет перезапустить процесс.
    5. Переместить в позднем формировании когда Крыса проводит в «позицию готовности" до 1200 мс.
  3. В конце формовки (рис. 2в).
    Примечание: Обучение в позднем формировании специфичен для задачи, в которых крысы будет выполнять. Автоматизация подготовку в этой формирующей шаг для точной и непредвзятой контроля всех параметров задачи, но сохранять гибкость вручную поставить ICS награды. Протоколы обучения для двух задач описаны.
    1. Визуальный biconditional дискриминации (vBCD) задача: Используйте различные визуальные стимулы для обучения крыс на простой формы и яркости discriminence.
      1. Начать судебный процесс, включив белого шума.
      2. Случайно наложить 'готовые положение' латентности 700 - 1200 мс.
      3. Поставьте ICS вручную, если требуется, чтобы укрепить успешное 'готовый ропереходы ".
      4. Представьте пару изображений в области представления изображения. Псевдослучайно представить правильное изображение на левой или правой стороне области изображения.
      5. Поставьте ICS для правильного ответа и очистить пол. Правильный ответ зарегистрирован, когда крыса входит в зону, в которой правильное изображение находится. В первый день обучения только, выдать взрыв 75 дБ белого шума в качестве сдерживающего фактора для неправильного ответа.
      6. Выдать коррекции суда после неправильного судебного разбирательства. Коррекция испытания имеют одинаковые параметры (левой или правой стороне и "готов положение 'Latency), как и предыдущий неправильного судебного разбирательства.
      7. После того, как крысы в состоянии успешно выполнить простой дискриминации, ввести различные узоры пола тренироваться правило по biconditional дискриминации.
      8. Представить новую пару изображений и двух различных моделей полов в качестве контекста. Правильный образ в зависимость от рисунка пола; например черной станцийг является правильным, когда пол серый и белый круг прав, когда пол полосатый (рис. 3C).
      9. Псевдослучайно назначить шаблон пола и положение (влево или вправо) правильного образа для каждого испытания гарантируя, что испытания уравновешены.
      10. Реализация коррекции испытания после неправильного судебного разбирательства, в котором пробные параметры идентичны предыдущей суда.
    2. Визуально-пространственной внимание (VSA) задача: Присутствует освещенные белые кружки в определенных пространственных мест в арене обучить крыс подойти пространственное расположение целевой круг.
      Примечание: Для выполнения этой задачи арена имеет серые кружки в различных пространственных положений в области изображения Востока и Запада. После успешного «позицию готовности», целевая круг загорится (белеют), и крыса должна приблизиться к этой цели место (рис. 3б).
      1. Случайно навязать "готов положение 'латентности 1,000-1,600 мс на суде по экспериментальной основе.
      2. Поставьте ICS вручную, если требуется, чтобы укрепить успешные "готовые позиции".
      3. После завершения «позицию готовности", случайным образом осветить один из серых кругов.
      4. Доставка ICS когда крыса входит в зону освещенной круга.
      5. Выключите освещение и начать следующее испытание на противоположной (восток или запад) стороны.
      6. В начале позднего формирования, осветить круг, пока крыса не приближается к нему или пока суд не закончится (5 сек после освещая круг). Оценка каждого испытания либо как правильно или бездействие судебного разбирательства. Для бездействием испытаний, осветить целый этаж (белый пол подарил) и никакой награды не будет доступен до следующего судебного разбирательства.
      7. Когда производительность крысы достигает 80% правильно, уменьшить количество времени круг продолжает гореть до 1 сек. Крыса имеет 5 сек, чтобы сделать выбор.
      8. Не вознаградить за неправильные испытаний. Запустите следующее испытание.
      9. Если упущение тридр., осветить пол и начать новое судебное разбирательство.
      10. В 80% правильными дальше уменьшить время целевая круг освещается до 500 мс.
      11. Выберите целевые местоположения случайно перед каждым испытанием. Крыса по-прежнему будет 5 сек, чтобы сделать выбор, прежде чем весь пол зажигается, указывая конец этого судебного разбирательства.
      12. Не вознаградить за неправильные или бездействием судебных разбирательств. Крыса должна инициировать новое судебное разбирательство на противоположной стороне арены.
      13. Примечание: Дополнительные круги могут быть добавлены в каждой области изображения для дальнейшего увеличения трудности задачи.

Representative Results

Цель общих шагов формования является акклиматизироваться крысы тестирования арене, обучить крысу оставаться в стационарном "положении готовности» для представления целевых зрительных стимулов, и подход расположение правильном зрительный стимул. После привыкания к комнату тестирования, арена и тросов, Раннее формирование обычно требует 100-150 испытания, пока крысы не чередуя восточной и западной сторонах арены. Во время раннего формирования крысы обычно работают через готовый площадь в центре арены и проводят большую часть времени, исследуя периметр арены (Рисунок 4А). Крысы на промежуточной стадии формования постепенно научиться поддерживать стационарное 'готовый позицию' в готовый площадь, требующий 600-700 испытания. На данный момент, пути животных являются стереотипными петли из готовый площадь в области изображения с меньшими затратами времени, проведенного в прогулках по периметру лабиринта. Тем не менее, крысы не поддержание стационарной "готова пероральноsition ', указывает скорость, с которой крысы, пересекают центр готовый площадь (фиг.4В).

К концу промежуточного формирования, крысы поддерживать стационарное 'готовый позицию' в готовый площадь, прежде чем обратиться целевой визуальный стимул. Крыса затем инициирует следующее испытание на противоположной стороне арены (фиг.4С).

Интеграция программного обеспечения отслеживания и нервной системы сбора данных с системой поведенческих управления позволяет событий, связанных с анализом нейронных данных. На ходу электродные массивы могут быть стратегически расположен, чтобы записать сингл-блок и местный потенциал поля деятельности. Записи проводились в postrhinal коры, когда крысы выполняли поставленную задачу vBCD. Perievent гистограммы и растровые Графики показывают, что клетки в коре головного мозга postrhinal реагировать с началом целевой визуальный стимул и к возникновению полу узора (фиг.5А). В задней теменной коре гATS выполнения клетки задач VSA реагировать на представления изображения, и когда выбор был сделан, введя в зону, которая определила изображение цели (рис. 5б). Потенциал поля деятельности Часовой в задней теменной коре во время выступления в задаче VSA показывает сильную власть в тета-диапазоне (~ 8 Гц), когда крысы в «позицию готовности" до представления изображения (рис. 5C).

Рисунок 1
Рисунок 1. Установки Экспериментальное. А. Схема поведенческих и диспетчерских. Этаж Проекция лабиринт расположен в поведенческой комнате. Крысы контролируются с помощью накладных камеры. Диспетчерская находится оборудование для контроля задачу и собрать нервные данных. B. Размерыгалстук-бабочка лабиринт. С. Экран захвата Cineplex Studio. Зоны определяются пользователем. Логические события передаются в Cineplex цифровых выходов к системе поведенческих управления (Med Associates), чтобы следить за ходом крысы. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Рисунок 2
Рисунок 2. Схема этапов формования. А. В начале формирующих крысу получает ICS для ввода готовый площадь, и входящие Восток и Запад областей изображения. Цель состоит в том, чтобы обучить крысу, чтобы связать эти области с наградой ICS. Б. Промежуточный формирование фокусируется на обучение крыс поддерживать стационарное 'готовый позицию' в готовый площадь. Изображения представлены ОНЛг после поддержания успешного 'готовый позицию ». Крысы продолжают получать ICS для приближения изображения в области изображения. C. В позднем формировании, крыса успешно поддержания непрерывного 'готовый позицию ». Обучение конкретные задачи, и крыса обучается, чтобы узнать конкретные правила для выполнения данной задачи. Молния указывает доставку ICS. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Рисунок 3
Рисунок 3. А. Схема задачи vBCD Когда пол серый, черная звезда вознаграждается;.., Когда пол полосатый, белый круг вознаграждается B. Схема задачи VSA. Серые кружки целевые места в области изображения.Целевая стимулом является кратким (500 мс) освещение (белый) одного из кругов. Крысы получают вознаграждение за приближается правильный целевое местоположение. Нажмите сюда, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Рисунок 4
Рисунок 4. Пример пути во время формирования данных. Позиция из двух минутных сегментов крысы во время выступления на различных этапах формования. Скорость животного представлена ​​тепловой карте. Холодные цвета представляют самую низкую скорость и горячие цвета представляют самую высокую скорость. А. В начале формирования крысы исследовать и сзади на внешних стенах областей изображения Востока и Запада и не останавливаться в готовый площадь. B. Стереотипные путь начинается появляться в промежуточном шобезьянничание. Пути образуют замкнутый контур к областях изображение Перейти к готовый площадь. Крысы начинают успешно поддерживать "готовый позицию 'в готовый площадь. C. Когда крысы прогрессировать на позднем формировании, крысы поддерживать стационарные "готовые позиции" и пути крыс более стереотипное. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Рисунок 5
Рисунок 5. Примеры perievent связанных анализов.. Клетки, записанные от postrhinal коры во время задачи vBCD с различными ответов на презентации целевого изображения (слева), и представление полу (справа). B. Клетки, записанные с задней теменной коре во времязадача VSA с различными ответов на освещении круга (слева). Увеличение стрельбу после выбора пространственное положение, в котором целевой круг подсветкой (справа). C. Спектрограммы показывая сильную власть тета в задней теменной коре во время «позицию готовности». Вертикальная красная линия указывает на конец успешной "позицию готовности» и презентации изображений. Вертикальная синяя линия указывает презентация этаж 1 на суде начнется в задаче vBCD. Вертикальная зеленая линия показывает, что выбор был зарегистрирован в задаче VSA. Кликните здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Discussion

Мы формального описания протоколов тренироваться крыс на полностью автоматизированных сложных визуальных познавательных задач на полу Projection Maze. Этаж Проекция Лабиринт успешно используется для установления нейронных коррелятов объектно-расположение союзов и сигналов ошибки в postrhinal коры во время выступления на 2-выбор задачи визуальной дискриминации 1.

Протокол поведенческий формирование предназначен быть гибким, чтобы его можно было адаптировать к скорость обучения отдельного крысы. Пользовательский код написан для поведенческой системы позволяет экспериментатор контролировать вероятность автоматизированной доставки ICS в критических шагов в процессе обучения; например обучение 'готовый позицию ». Код должен также позволяют вручную доставку ICS использованием программируемого окно кнопку во время. Цель раннего формирования является создание эффективной стимуляции ICS для доставки вознаграждение укрепления поведение. Когда это возможно, мы рекомендуем имплантацию STImulating электроды на двусторонней основе в МФБ в случае неэффективной стимуляции в одном полушарии. Наш опыт, однако, было то, что почти все имплантированные ICS электроды были функциональны доставить полезный стимул. Промежуточным этапом формирования имеет решающее значение для обучения крысу поддерживать "готовый позицию 'в готовый площадь. В «позицию готовности», крыса должна быть стационарной его нос направлен в сторону области изображения, где будут представлены отборные изображения. "Готова положение 'управляет когда появляются изображения, направление, с которого крысы подходы изображения и расстояние, с которого крысы просматривает изображения. Мы рекомендуем отслеживания светодиоды, установленные на headstage крысы контроля за направление, в котором голова крысы указывает для лучшего контроля поведения и более точного управления представления конечного изображения. Руководство поставка ICS может быть выдан для обучения крыс для поддержания соответствующего 'готовый позицию & #8217;. Когда крыса является поддержание удовлетворительных "готовые позиции 'в каждом испытании, обучение в позднем формировании является поручить конкретным. В позднем формировании крысы обучаются узнать конкретные правила для выполнения данной задачи.

Мы используем ICS как наш метод доставки награду как этот способ обеспечивает мгновенную обратную связь, чтобы крысы приводит к более быстрому обучению во поведенческой формирования, и более завершены испытания в сеансе при сборе нервные данные в автоматизированной задачи. Доставка ICS, однако, приводит к электрическим артефактов в нейронных записей, и может быть проблематичным для анализа непрерывный LFP или нескольких единиц данных. Интервал вокруг электрического артефакта могут быть удалены офлайн из нервного файла данных записи до непрерывного анализа данных. Стереотипные артефакты из ICS в высокочастотную фильтрацию данных шип может быть легко удалена форума, не затрагивая один шип анализы. Будущее оптимизация протоколов для пола Projection Maze включает в себя использование optogenEtic инструменты для доставки внутреннего награду, чтобы минимизировать и устранить артефакты, связанные с электрической стимуляции.

Этаж Проекция Лабиринт оптимизирован для визуальных возможностей крыс и, таким образом, лучше подходит для визуально управляемых поведенческих задач. Следует отметить, что прямое сравнение не может быть сделано между экспериментальными парадигм в Этаж Projection Maze и рабочих камерах из-за различных экспериментальных протоколов, используемых и различных определений критерия для успешного приобретения данной задачи. Ранее мы уже показали, однако, что крысы приобрел простой 2-выбор задачу визуальной дискриминации в ~ 50 испытаний в Этаж Projection лабиринт 2 по сравнению с> 300 испытаний в других исследованиях, в которых изображения были представлены вертикально в рабочих камерах 3,10. Задача VSA был составлен по образцу классического 5-выбор серийный задания на реагирование 13 (5-ТРСК) предназначен для оценки визуального вниманипроцессов. Обычно 5-CSRT осуществляется в камере оперантного и требует животное, чтобы сделать нос мешке в соответствующем нос совать отверстие, обозначенное световой вспышки; здесь задача VSA осуществляется в открытом арене, где животные должны оставаться стационарный в определенном месте на арене, направить их внимание на целевых местах и ​​ждать появляться световой раздражитель. По нашему опыту, крысы требуется ~ 3200 испытания, чтобы достичь критерий (75% в течение двух последовательных дней) в 5-CSRT 14 по сравнению с ~ 800 испытаний в задачи VSA в полу Projection Maze.

Еще одно преимущество поведенческих задач, выполняемых на полу Projection Maze в том, что задачи выполняются в большой открытой арене, которая эксплуатирует естественное стремление крыс, чтобы исследовать его окружение, в отличие от задач, которые требуют животное исправить свой взор на неподвижная цель. Одним из основных преимуществ использования свободно передвигающихся крыс в открытом арене &# 160; в лабиринт аппарата Этаж Projection является то, что оба allocentric и эгоцентричны пространственная информация может быть собрана с визуальной информацией. Еще одно преимущество нашей парадигмы в том, что задачи должны не ограничиваться представлением статических изображений. Положение и особенности визуальных стимулов, которые динамический можно использовать в будущих задач. Использование отслеживания возможности поведенческой системы научных сотрудников Cineplex, задачи могут быть разработаны для более детального функционального понимания данной структуры мозга. Сочетание одновременно электрофизиологические записи с визуально управляемых познавательных задач, основные вопросы, как активность мозга связана с когнитивными процессами, такие как принятие решений и визуальной дискриминации могут быть изучены.

Использование визуально задачи под управлением мастера, выводы из исследования крыс можно лучше перевести для человека с конечной целью предоставления терапии для когнитивных заболеваний человека.

Disclosures

Представление плата за это видео-статье спонсируется Plexon Инк

Acknowledgements

Эта работа была поддержана NSF IOS 1146334, NSF EFRI 0937848, DARPA N66001-10-C-2010, и NSF IOS 0522220 в РБД. Мы благодарим Стейси Hyatt в Plexon Inc за помощь в подготовке этой рукописи.

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