Automatiserte Visuelle kognitive oppgaver for opptak Neural aktivitet ved hjelp av en Floor Projection Maze

1Department of Cognitive, Linguistic & Psychological Sciences, Brown University, 2Department of Neuroscience, Brown University
* These authors contributed equally
Published 2/20/2014
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Behavior
 

Summary

Vi beskriver protokoller for opplæring av rotter for kroniske elektrofysiologiske opptak i fullt automatiserte kognitive oppgaver på en Floor Projection Maze.

Cite this Article

Copy Citation

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

Nevropsykologiske oppgaver som brukes i primater å undersøke mekanismer for læring og hukommelse er vanligvis visuelt guidet kognitive oppgaver. Vi har utviklet visuelle kognitive oppgaver for rotter som bruker Floor Projection Maze 1,2 som er optimalisert for visuelle evner av rotter tillater sterkere sammenligninger av eksperimentelle funn med andre arter.

For å undersøke nevrale korrelater for læring og hukommelse, har vi integrert elektrofysiologiske opptak til fullt automatiserte kognitive oppgaver på gulvet Projection Maze 1,2. Behavioral programvare integrert med et dyr tracking system tillater overvåking av dyrets atferd med presis kontroll over bildepresentasjon og belønne eventualiteter for bedre trent dyr. Integrasjon med en in vivo elektrofysiologisk opptakssystem muliggjør undersøkelse av atferdsmessige samsvar med nevral aktivitet på utvalgte epoker av en gitt kognitiv oppgave. </ P>

Vi beskriver protokoller for et modellsystem som kombinerer automatisert visuell presentasjon av informasjon til gnagere og intrakranielle belønning med elektrofysiologiske metoder. Vår modell systemet tilbyr en sofistikert sett med verktøy som et rammeverk for andre kognitive oppgaver å bedre isolere og identifisere spesifikke mekanismer som bidrar til bestemte kognitive prosesser.

Introduction

Visuelle oppgaver blir ofte brukt i menneskelige og ape studier for å undersøke mekanismene bak læring og hukommelse. Gnager modeller, derimot, er lettere tilgjengelig for forskere i større skala, bedre kontrollerte studier, og har den ekstra fordelen av å åpne for mer invasive elektrofysiologiske teknikker. I kombinasjon med andre tilnærminger, for eksempel genetiske manipulasjoner, elektrofysiologiske opptak i fritt bevegelige rotter gi en nyttig modell for nettopp rettet mot mekanismer og kretser underliggende kognitive prosesser. Primate visuelle oppgaver krever fagene å dirigere blikket til visuelle stimuli på en skjerm, mens rotte oppgaver krever fagene til å samhandle med et miljø. The Floor Projection Maze utnytter den naturlige tendens til rotter å aktivt utforske miljøet samtidig ivareta visuelle stimuli.

Kognitive oppgaver ved hjelp av berøringsskjerm apparater som er laget spesielt for gnagere har tillattbedre oversettelse av funnene fra gnager modeller til mennesker tre. Pekeskjerm oppgaver blir typisk utført i et kammer med to dimensjonale visuelle stimuli fremloddrett på veggene 3-7. Disse berøringsskjerm oppgaver krever at motivet bak mot målet visuell stimulans og bryte en infrarød photobeam eller trykk på en trykkpute for å registrere sin respons. Anatomiske og atferdsmessige bevis, men tyder på at rotter behandler visuell informasjon i nedre visuell hemifield mer effektivt for guiding atferd 8-10. Laboratoriet har utviklet kognitive oppgaver utnytte Floor Projection labyrint 2 i hvilken todimensjonale visuelle stimuli blir tilbake projisert på gulvet i test arena. I Floor Projection Maze rotter kan spores når du utfører oppgaver i en stor åpen arena sammenlignet med berøringsskjerm apparat. Således kan romlig informasjon i den innspilte nevral aktivitet bli oppnådd i tillegg til neural korrelerer av visuell informasjon end beslutninger.

Vi leverer intrakraniell stimulator (ICS) til den mediale forebrain bundle (MFB) som belønning 11. Denne metoden for belønning levering har fordeler fremfor mat og drikke belønninger. Mat og drikke belønninger kan føre til metning, selv i mat-fratatt rotter, noe som begrenser antall forsøk et dyr vil utføre og potensielt bremse opplæringsprosessen. ICS gir umiddelbar belønning som gir umiddelbar tilbakemelding på oppgaver. De umiddelbare belønning resulterer i raskere forme og oppkjøp og vesentlig reduserer varigheten av trening protokoller. Videre kan et større antall forsøk avsluttes i en sesjon, å øke mengden av data som samles inn og resulterer i en mer pålitelig prøve av oppgaven relatert adferd.

Bruke Floor Projection Maze, vil vi beskrive en generell protokoll for å forme oppførselen til rotter å utføre komplekse kognitive oppgaver. This generelle protokollen gir et rammeverk for å trene rotter over en rekke oppgaver for tiden ansatt for opptak nevrale korrelater til oppmerksomhet og visuell diskriminering en. Dermed er Floor Projection Maze optimalisert for visuelle evner av rotter og tillater sterkere sammenligninger med visuelle oppgaver hos mennesker og ikke-menneskelige primater.

Protocol

Alle prosedyrer var i samsvar med Brown University Institutional Animal Care og bruk Komiteens retningslinjer.

En. Systems Oversikt

En video tracking system kommuniserer med en atferdskontroll system for å overvåke rotte fremgang i en gitt oppgave, evaluere målet atferd, kontroll stimulans presentasjon og levere belønninger basert på rotte fremgang. En vivo elektrofysiologisk opptakssystem samler nevrale data for hendelsesrelaterte analyser. (Fig. 1A).

  1. The Floor Projection Maze
    1. The Floor Projection Maze 2 er et åpent felt uten vegger (147,3 cm x 111,8 cm) med en klar, fargeløs Pleksiglass etasje (0,6 cm tykk). Undersiden av gulvet er en enhet gevinst Dual Vision Fabric skjerm som er strukket over et sekund rektangel av pleksiglass stykker (147,3 cm x 111,8 cm x 1,25 cm) for bakprojeksjon bruker et kort kast projektor.
    2. Koble projektorentil skjermkortet i atferdssystemet PC. Hold Pleksiglass, skjermen stoff, og projektoren med en anodisert aluminiumsramme.
    3. Installer en overhead anodisert ramme for å montere en overhead kamera og en talje system til grensesnittet på ICS og heads stagene til rotte.
      Merk: Koble rammen holder Floor Projection Maze og overhead ramme for å sikre elektrisk kontinuitet og malt til forforsterkeren.
  2. Video sporing
    1. Record, spore og analysere video i sanntid med et enkelt overhead kamera beskrevet i trinn 1.2.2.
    2. Monter en overhead kamera (standard VGA, 80 fps) på en overhead anodisert aluminium ramme for å overvåke rotte
    3. Bruk enten lysemitterende dioder (LED) som er festet til rotte heads for å overvåke posisjonen til rotten, eller sporet centroid av konturen av rotte med en automatisert sporingssystem.
    4. Bruk Cineplex Basic Behavior modulen for å analysere posisjonsdata online og også spare datafilen for videre offline analyse.
      Merk: Vi bruker Cineplex åtferdsforsking System 3.4.1 for opptak, spore og analysere rotte posisjon. Den Cineplex Tracking modulen brukes for sporing av rotte. For effektiv sporing av dyrets pågår, bruker den Cineplex Basic Behavior modul for å opprette soner i to-dimensjonale rommet på relevante stillinger av labyrinten som har betydning i oppgaven. Soner kan kombineres i sekvenser, og cineplex logiske hendelser (for eksempel oppføringer i soner og oppfyllelse av sekvensene) blir tildelt slik at hvis rotta tilfredsstiller kriteriene for arrangementet, blir den hendelsen sant. Tildele hendelser med digitale utganger og grensesnitt via en superport inngangskortet til atferdssystemet.
  3. En helautomatisk atferdskontroll system
    1. Behavioral test arena: Bruk en passende formet testarena for de atferdsmessige oppgave på Floor Projection Maze. Konstruer erna hjelp matt hvit akryl og legg den direkte på gulvet Projection Maze.
      Merk: Mål kan tilpasses for de atferdsmessige oppgaven brukes. Veggene er vanligvis 45 til 50 cm i høyde. Her bruker vi tosidige testarenaer (bowtie labyrint 12) for å maksimere antall studier utført i en økt (Figur 1B for dimensjonene av bowtie labyrinten). Testen arena har fire utpekte områder som er definert i sporing: East bildeområdet, West bildeområde, en øst Trial Ready området, og en West Trial Ready området (figur 1C).
    2. Behavioral system: En atferds grensesnitt systemet styres av MED-PC IV programvare kjører programmer skrevet i-huset i MEDstate Notation (se vedlegg). Bruk hendelser fra cineplex atferds system for å spore en rotte fremgang under oppgaven, kontrollere bildepresentasjon, levere lyd-signaler og levere belønning.
      1. Grensesnitt Den superport utgangskort til Omniplex digital inngang for å hente tiden stAmped atferdshendelses forekomster i PlexControl programvaremiljøet for offline-analyser. Utstede auditive signaler ved hjelp av en programmerbar lyd generator.
        Merk: Behavioral hendelser fra apparatet som presenteres her kan betjene tredjepartsutstyr (f.eks laser for optogenetic stimulering) via en dataoverføring styret hvis nødvendig.
      2. House superport utgangskort, superport inngangskortet og programmerbar lyd generator i en tabletop grensesnitt kabinett. Grensesnitt kortene med en DIG-704PCI-2 PCI-kort installert i en personlig datamaskin (PC) med en DIG-700F dekoder-kort installert i tabletop kabinett.
      3. Lever bipolare firkantbølge ICS til rotte ved hjelp av en programmerbar intrakranielle selvstimulering stimulator. Koble stimulator enheten til en PC via en PHM152 COM-kort. Anbefalte ICS parametere: Puls 1 og 2 varighet: 500 usekunder; Forsinkelse mellom Pulse 1 og 2: 500 usekunder, Frekvens: 100 Hz.
        Merk: ICS leveringer automatisert i løpet av oppgaven, men kan manuelt leveres ved hjelp av en programmerbar knapp boks tilkobles med en SmartCtrl modul.
  4. Neural datainnsamling system
    1. Sikre Floor Projection Maze ramme og ICS systemet er jordet til forforsterkeren i Omniplex Neural Data Acquisition System for å redusere elektrisk støy i de nevrale innspillinger.
    2. Samtidig samler nevrale data, posisjon koordinatene fra Cineplex og atferdshendelses flagg fra atferdssystemet i datafilen for offline analyser.

2. Animal Forberedelse

  1. Dyr
    1. Skaffe naive 22 dagers gamle mannlige Long-Evans rotter.
    2. Pair huse rotter og tillate dem å akklimatisere til vivarium for én uke.
    3. Håndtak rotter daglig i ~ 5 min.
    4. Når rotter nå 250-275 g, begynner mat tidsplaner opprettholde sine kroppsvekt på 85-90% av deres gratis fôring vekt. Target viights er økt med 10 g / måned inntil rotter nå 350 g.
    5. Enkelt hus rottene og fortsette maten tidsplan for minst en uke før du begynner kirurgi for å implantere stimulering og opptak elektroder.
  2. Kirurgisk implantasjon
    Utføre kirurgiske prosedyrer under standard aseptiske forhold og i henhold til institusjonelle og regulatoriske retningslinjer.
    1. Anesthetize rotter med isofluran.
    2. Gjør et snitt i hodebunnen for å avsløre skallen for rengjøring og identifisering av bregma og lambda.
    3. Gjør craniotomies på de aktuelle koordinatene.
    4. Fest skallen ankerskruer.
    5. Senk spissen av en ICS elektrode inn i MFB ved hjelp av følgende koordinater: Antero-posterior, -2,7 mm fra bregma, lateral, ± 1,8 mm; dorsoventral, -8,5 mm fra skallen overflaten. En andre elektrode ICS kan bli implantert inn i den motsatte halvkule som en backup i tilfelle av funksjonssvikt elektroden.
    6. Sikre ICS-elektroder til than skallen og ankerskruer med beinsement. Ikke sementere pidestallen (plasthus på den stimulerende elektrode) av elektrodene.
    7. Senk opptaks elektroder inn i området av interesse og sikre enheten med beinsement.
    8. Plasser ICS pidestall bort fra opptaksenheten og sikre ICS elektroder og opptaksutstyr til ankerskruer med beinsement.
    9. La det være minst sju dager utvinning før du begynner tilvenning til utformingen protokollen.

Tre. Behavioral Shaping: Generelt Shaping Består av tre stadier: Tidlig, Intermediate, og Late Shaping (figur 2).

Merk: Målet med tidlig og Intermediate shaping er å trene rotte for å opprettholde en stasjonær "klar posisjon 'i Klar-området for hvert forsøk, og utføre en rekke studier i en økt. Semi-automatatferds forme slik opplæring kan tilpasses til en rotte individuelle lærings priser. Oncea rotte er å opprettholde en vellykket "klar stilling ', fortsett å oppgaven spesifikk shaping (Late shaping) med sikte på å overføre rotta på en helautomatisk protokoll for presis og objektiv atferdskontroll (figur 2).

  1. Tidlig shaping (Figur 2A)
    1. Dag 1: tilvenne rat til de atferdsmessige rom for 10 min med utstyret slås på og deretter gå tilbake til kolonien.
    2. Dag 2: Gjenta trinn 1, og deretter tilvenne dyret til test arena i 10 min.
    3. Dag 3: Koble ICS og heads stagene til rotte, og tilvenne seg en rotte til testarena for 10 min.
    4. Dag 4: Bestem laveste ICS amplitude å etablere et sted preferanse ved hjelp av et uformelt sted preferanse condition protokollen. Titrer Puls 1 og 2 amplituder. Typiske amplitude verdier er 20-80 μA.
    5. Fra dag 5: Levere ICS belønning for å trene rottene å knytte Ready-området og øst og vest bildepresentasjoner med jegCS belønning. Fortsett til rotte er vekslende mellom øst og vest bildeområder.
  2. Intermediate shaping (figur 2B).
    1. Introduser hvit støy (50 dB) for å signalisere starten på en rettssak. Slå av hvit støy når rotta går inn i Ready-området.
    2. Automat ICS levering for oppføring i Ready-området, og for å fullføre vellykkede 'klare posisjonenes. Juster sannsynligheten for ICS levering ved oppføring og vellykket "klar posisjon" for å forsterke atferd.
      Merk: Juster belønning sannsynlighetene manuelt for å passe individuelle rotte prestasjoner under utformingen. Reduser belønning sannsynlighetene for oppføring i Ready-området og opprettholde vellykkede klare posisjoner. Anbefalt siste sannsynlighet for belønning for å oppfylle vellykkede 'klare posisjoner er 5-10%. Rotter blir belønnet for alle riktige valg.
    3. Begynn med korte "klar posisjon 'varigheter (f.eks 200 msek). Gradvis øke "klar posisjon 'durasjoner i 100 msek trinn.
    4. Slå på hvit støy hvis rotta tidlig bryter "klar stilling 'så rotta har å starte rettssaken.
    5. Flytt til Late forme når rotte holder i "klar posisjon" for opp til 1200 millisekunder.
  3. Late shaping (figur 2C).
    Merk: Opplæring i Late utformingen er spesifikk for oppgaven der rotte vil utføre. Automat opplæring i denne forme skritt for presis og objektiv kontroll over alle oppgaveparametere, men opprettholde fleksibiliteten til å levere ICS belønninger manuelt. Trening protokoller for to oppgaver er beskrevet.
    1. Visual Biconditional diskriminering (vBCD) oppgave: Bruk distinkte visuelle stimuli for å trene rottene på en enkel form og luminans discriminence.
      1. Begynn rettssaken ved å slå på hvit støy.
      2. Tilfeldig pålegge 'KLAR stilling' ventetider på 700 - 1200 msek.
      3. Lever ICS manuelt hvis det er nødvendig å forsterke vellykket 'klar polinger '.
      4. Presentere et par av bildene i bildepresentasjonsområdet. Pseudorandomly presentere den riktige bildet til venstre eller høyre side av bildeområdet.
      5. Lever ICS for en riktig respons og fjerne gulvet. En riktig respons registreres når rotten går inn i sonen hvor den korrekte bilde ligger. På den første dagen med trening bare, utstede en 75 dB utbrudd av hvit støy som en avskrekkende for et feil svar.
      6. Utstede en korreksjon rettssak etter en feil rettssak. Korreksjon studier har identiske parametere (venstre eller høyre side og "klar posisjon 'latency) som forrige feil rettssaken.
      7. Når rottene er i stand til å kunne utføre enkle diskriminering, introdusere de forskjellige gulvmønstre å trene Biconditional diskriminering regelen.
      8. Presentere et par nye bilder og to forskjellige gulvmønstre for å tjene som kontekst. Det riktige bildet er betinget av at gulvet mønster, for eksempel den svarte star er riktig når gulvet er grå og den hvite sirkelen er korrekt når gulvet er stripete (Figur 3C).
      9. Pseudorandomly tildele gulvet mønster og posisjon (venstre eller høyre) det riktige for hvert forsøk at forsøkene er motvekts.
      10. Implementere korreksjons studier etter en feil studie der forsøksparametrene er identisk med den forrige rettssaken.
    2. Visuospatial oppmerksomhet (VSA) oppgave: Presenter opplyste hvite sirkler på definerte romlige steder i arenaen å trene rottene å nærme den romlige plasseringen av målet sirkel.
      Merk: For denne oppgaven arenaen har grå sirkler i forskjellige romlige steder i øst og vest bildeområder. Etter en vellykket "klar stilling ', vil målet sirkel belyse (blir hvite), og rotta må nærme at målplassering (Figur 3B).
      1. Tilfeldig pålegge 'klar posisjon' ventetider på 1,000-1,600 msek på en rettssak etter prøvebasis.
      2. Lever ICS manuelt hvis det er nødvendig å forsterke vellykkede 'klare posisjonenes.
      3. Etter fullførelse av "klar stilling ', tilfeldig belyse en av de grå sirkler.
      4. Lever ICS når rotten går inn i sonen for den belyste sirkel.
      5. Slå av belysning og starte den neste rettssaken på motsatt (øst eller vest) side.
      6. Ved starten av Late shaping, lyse sirkelen til rotte nærmer det eller inntil rettssaken ender (5 sek etter belyse sirkelen). Resultat hvert forsøk som enten riktig eller en utelatelse rettssaken. For unnlatelse studier belyse hele gulvet (hvit etasje presenteres) og ingen belønning vil være tilgjengelig før neste rettssak.
      7. Når rotta prestasjoner når 80% korrekt, redusere mengden av tid sirkelen fortsetter å lyse til 1 sek. Rotta har 5 sek å gjøre et valg.
      8. Ikke belønne for uriktige forsøk. Start neste rettssaken.
      9. Dersom en utelatelse trial, belyse gulvet og starter en ny rettssak.
      10. Ved 80% korrekt ytterligere redusere tiden målet sirkelen er opplyst i 500 msek.
      11. Velg geografiske målområder tilfeldig før hvert forsøk. Rotta vil fortsette å ha 5 sek å gjøre et valg før hele gulvet lyser for å signalisere slutten på at rettssaken.
      12. Ikke belønne for feil eller unnlatelse prøvelser. Rotta må sette i gang en ny rettssak på motsatt side av arenaen.
      13. Merk: Ytterligere sirkler kan legges i hvert bildeområde for ytterligere å øke oppgave vanskelighetsgrad.

Representative Results

Målet med de generelle forme trinn er å akklimatisere rotte til testarena, trene rotte å forbli i en stasjonær 'klar posisjon' for presentasjon av målet visuelle stimuli, og nærmer plasseringen av riktig visuell stimulans. Etter tilvenning til testing rom, arena, og stagene, Early forme krever vanligvis 100-150 forsøk før rottene veksler mellom øst-og vestsiden av arenaen. Under Tidlig forme rottene typisk kjøre gjennom Ready-området i sentrum av arenaen og tilbringer mesteparten av tiden å utforske omkretsen av arena (Figur 4A). Rotter på Middels forme scenen gradvis lære å opprettholde en stasjonær "klar posisjon 'i Klar-området krever 600-700 prøvelser. På dette punktet, er dyrenes stier stereotype looper fra Ready-området til bildeområdet med mindre tidsbruk utforske omkretsen av labyrinten. Imidlertid blir rottene ikke å opprettholde en stasjonær "ready posammensetningen ', som vises med den hastigheten som rotter traversere sentrum Ready-området (Figur 4B).

Ved utgangen av Intermediate shaping, rotter opprettholde en stasjonær "klar posisjon 'i Klar-området før du nærmer deg målet visuell stimulans. Rotten initierer så den neste prøveperiode på motsatt side av arenaen (figur 4C).

Integrasjonen av sporing og Neural Data Acquisition System med en atferdskontroll system åpner for hendelsesrelaterte analyser av nevrale data. Kjør elektrode arrays kan være strategisk plassert for å spille inn singel-unit og lokale feltet potensial aktivitet. Opptakene ble gjennomført i postrhinal cortex når rotter utført vBCD oppgaven. Perievent histogrammer og rasterplottene viser at cellene i postrhinal cortex svare på utbruddet av målet visuell stimulans og til utbruddet av gulvet mønster (Figur 5A). I posterior parietal cortex av rats å utføre VSA oppgave cellene reagerer på bildepresentasjon, og når valget ble gjort ved å legge inn den sonen som er definert målbildet (Figur 5B). Lokale feltet potensial aktivitet i posterior parietal cortex under ytelse i VSA oppgaven viser sterk strøm i theta range (~ 8 Hz) når rottene er i "klar stilling" før bildet presentasjon (figur 5C).

Figur 1
Figur 1. Experimental oppsett. A. Skjematisk av de atferdsmessige og kontrollrom. The Floor Projection Maze ligger i atferds rommet. Rotter blir overvåket via en overhead kamera. Kontrollrommet huser utstyr for å kontrollere oppgaven og til å samle nevrale data. B. Mål avden bowtie labyrint. C. Skjermen fange av Cineplex Studio. Soner er definert av brukeren. Logiske hendelser sendes som Cineplex digitale utganger til de atferdsmessige kontrollsystem (Med Associates) til å overvåke fremdriften av rotte. Klikk her for å se større bilde.

Fig. 2
Figur 2. Skjematisk av utformingen trinn. A. I Early forme rotte får ICS for inntasting av Ready-området, og inn øst og vest bildeområder. Målet er å trene rotte å knytte disse områdene med ICS belønning. B. Intermediate forme fokuserer på å trene opp rotter til å opprettholde en stasjonær "klar posisjon 'i Klar-området. Bildene presenteres only etter å opprettholde en vellykket "klar stilling '. Rotter fortsette å motta ICS for nærmer bildet i bildeområdet. C. Ved for sen shaping, er rotta vellykket opprettholder en stasjonær "klar stilling '. Trening er oppgaven bestemt, og rotta er opplært til å lære spesifikke regler for å utføre en gitt oppgave. Lightning indikerer ICS levering. Klikk her for å se større bilde.

Figur 3
Figur 3. A. Skjematisk av vBCD oppgave Når gulvet er grå, er den svarte stjerne belønnet;.. Når gulvet er stripete, er den hvite sirkelen belønnet B. Skjematisk av VSA oppgaven. Grå sirkler indikerer målet steder i bildet områder.Målet stimulus er en kort (500 millisekunder) belysning (hvit) til en av sirklene. Rottene blir belønnet for nærmer riktig målplasseringen. Klikk her for å se større bilde.

Figur 4
Figur 4. Eksempel stier under utformingen. Posisjonsdata fra to minutters segmenter av en rotte gir på ulike forme trinn. Hastighet av dyret er representert ved kart varmen. Kalde farger representerer tregeste hastigheter og varme farger representerer raskeste hastighet. A. under tidlig forme rotter utforske og bak opp på de ytre veggene av øst og vest bildeområder og ikke stoppe i Klar-området. B. En stereotyp banen begynner å dukke opp i Intermediate shAping. Paths danne en løkke mot bildeområder tilbake til Klar-området. Rotter begynner å lykkes opprettholde en "klar stilling" i Ready-området. C. Når rotter fremgang på Late shaping, rotter opprettholde stasjonære 'klare posisjoner "og stier rottene er mer stereotype. Klikk her for å se større bilde.

Figur 5
Figur 5. Eksempler på perievent relaterte analyser. A. Celler tatt opp fra den postrhinal cortex under vBCD oppgaven med ulike reaksjoner på presentasjonen av målbildet (til venstre), og presentasjonen av gulvet (til høyre). B. Celler tatt opp fra bakre parietal cortex underVSA oppgaven med ulike svar på belysning av sirkelen (til venstre). Økt avfyring etter å velge den romlige plasseringen der målet sirkel opplyst (til høyre). C. Spektrogram som viser sterk theta makt i bakre parietal cortex under "klar stilling '. Den vertikale røde streken indikerer slutten på vellykket "klar stilling" og presentasjon av bildene. Den vertikale blå linjen viser presentasjonen av Floor 1 i rettssaken starter i vBCD oppgaven. Den vertikale grønne linjen viser at et valg ble registrert i VSA oppgaven. Klikk her for å se større bilde.

Discussion

Vi formelt beskrive protokoller for å trene rotter på helautomatiske komplekse visuelle kognitive oppgaver på gulvet Projection Maze. The Floor Projection Maze har vært brukt med hell å etablere nevrale korrelater til objekt-location konjunksjoner og feilsignaler i postrhinal cortex under ytelse på et 2-valg visuell diskriminering oppgave en.

Den atferds forme protokollen er designet for å være fleksibel slik at den kan tilpasses en individuell rotte læringshastighet. Definert kode skrevet for atferdssystemet gjør at eksperimentator å kontrollere sannsynligheten for automatisert ICS levering på kritiske trinn under trening, f.eks trening "klar stilling '. Koden bør også tillate manuell levering av ICS ved hjelp av en programmerbar knapp boksen under. Målet med Tidlig shaping er å etablere effektive ICS stimulering for belønning levering å forsterke atferd. Når det er mulig anbefaler vi implanterer stimulating elektroder bilateralt inn MFB i tilfelle ineffektive stimulering i en halvkule. Vår erfaring har imidlertid vært at nesten alle implantert ICS elektroder har vært funksjonell for å levere en givende stimulans. Den Intermediate forme fasen er avgjørende for å trene rotte for å opprettholde en "klar stilling" i Ready-området. I "klar stilling" skal rotten stå stille med snuten mot bildeområder der valget bildene vil bli presentert. The 'klar stilling' kontrollerer når bildene vises, fra hvilken retning rotte nærmer bildene og avstanden fra der rotta ser de bildene. Det anbefales sporings lysdioder montert på rotte heads å overvåke retningen som rotte hode peker for bedre kontroll av virkemåten og mer nøyaktig styring av målbildet presentasjon. Manuell levering av ICS kan utstedes for å trene rotter for å opprettholde den aktuelle "klar posisjon & #8217;. Når rotta er å opprettholde tilfredsstillende 'klare posisjoner "i hvert forsøk, er opplæring i Late forme oppgaven bestemt. I Late forme rotter er opplært til å lære spesifikke regler for å utføre en gitt oppgave.

Vi bruker ICS som vår metode for belønning levering som denne metoden gir umiddelbar tilbakemelding til rotte som resulterer i raskere læring under atferds forme, og mer gjennomført studier i en sesjon ved innsamling nevrale data i den automatiserte oppgaven. ICS arrangementet resulterer imidlertid i elektriske artifakter i de neurale opptak, og kan være problematisk for å analysere kontinuerlig LFP-eller multiunit data. Intervallet rundt den elektriske gjenstand kan fjernes frakoblet fra det nevrale opptaks datafil forut for kontinuerlig dataanalyse. Stereotype gjenstander fra ICS i High Pass filtrert pigg data kan enkelt fjernes offline uten å påvirke enkelt pigg analyser. Future optimalisering av protokoller for Floor Projection Maze inkluderer bruk optogenEtic verktøy for å levere intern belønning for å redusere og eliminere gjenstander forbundet med elektrisk stimulering.

The Floor Projection Maze er optimalisert for de visuelle egenskapene til rotter og er dermed bedre egnet for visuelt guidede atferds oppgaver. Det bør bemerkes at direkte sammenligninger ikke kan gjøres mellom eksperimentelle paradigmer i gulvet Projection Maze og driftsavdelingene på grunn av ulike eksperimentelle protokoller ansatt og ulike definisjoner av kriterium for vellykket kjøp av en gitt oppgave. Vi har tidligere vist, men at rotter kjøpt en enkel 2-valget visuell diskriminering oppgave i ~ 50 studier i Floor Projection Maze 2 sammenlignet med> 300 forsøk i andre studier hvor bildene ble presentert vertikalt i driftsavdelingene 3,10. VSA oppgaven ble modellert etter den klassiske 5-valg serie reaksjon oppgave 13 (5-CSRT) designet for å vurdere visuell oppmerksomhetsprosesser. Vanligvis 5-CSRT utføres i en operant kammer og krever dyret å foreta en nese sekken i den riktige nese-rote hullet indikeres av en lett flash, her VSA oppgaven blir utført i et åpent arena hvor dyrene har til å forbli stasjonært på et bestemt sted i arenaen, retter oppmerksomheten til de geografiske målområder og vente på lyset stimulans til å vises. I vår erfaring, rotter nødvendig ~ 3200 prøvelser for å nå kriteriet (75% på to påfølgende dager) i 5-CSRT 14 sammenlignet med ~ 800 forsøk i VSA oppgave i Floor Projection Maze.

En annen fordel med atferds oppgavene som utføres på gulvet Projection Maze er at oppgavene blir utført i en stor åpen arena, som utnytter den naturlige tendens til rotta til å utforske sine omgivelser, i motsetning til oppgaver som krever dyret å fikse sin blikket til en stasjonært mål. En stor fordel med å benytte fritt bevegelige rotter i en åpen arena &# 160; i Floor Projection Maze apparat er at både allocentric og egosentriske romlig informasjon kan samles med visuell informasjon. En annen fordel med vår paradigme er at oppgavene trenger ikke være begrenset til presentasjon av statiske bilder. Stilling og funksjoner av visuelle stimuli som er dynamiske kan brukes i fremtidige oppgaver. Ved hjelp av sporingsmuligheter i Cineplex åtferdsforsking System, kan oppgaver bli utviklet for en mer detaljert funksjonell forståelse av en gitt hjernens struktur. Kombinere samtidige elektrofysiologiske opptak med visuelt guidede kognitive oppgaver, kan grunnleggende spørsmål om hvordan hjerneaktiviteten er knyttet til kognitive prosesser som beslutninger og visuell diskriminering bli utforsket.

Ved hjelp av visuelt guidet oppgaver, kan funnene fra rottestudier bli bedre oversatt til mennesker med det endelige målet om å tilby terapi for menneskets kognitive sykdommer.

Disclosures

Innlevering gebyr for denne video-artikkelen er sponset av Plexon Inc.

Acknowledgements

Dette arbeidet ble støttet av NSF IOS 1146334, NSF EFRI 0937848, DARPA N66001-10-C-2010, og NSF IOS 0.522.220 til RDB. Vi takker Stacie Hyatt at Plexon Inc for å få hjelp i å forberede dette manuskriptet.

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.

    Video Stats