Tareas Cognitivas Visuales automatizadas para grabación Neural actividad utilizando una proyección del suelo Maze

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

Summary

Se describen los protocolos para la formación de las ratas para registros electrofisiológicos crónicas en tareas cognitivas totalmente automatizados en una proyección del suelo Maze.

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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

Tareas neuropsicológicas utilizadas en primates para investigar los mecanismos de aprendizaje y la memoria son típicamente guiados visualmente tareas cognitivas. Hemos desarrollado tareas cognitivas visuales para ratas utilizando la proyección del suelo Maze 1,2 que se ha optimizado para la capacidad visual de ratas que permiten comparaciones más fuertes de los resultados experimentales con otras especies.

Con el fin de investigar los correlatos neurales de aprendizaje y memoria, hemos integrado los registros electrofisiológicos en tareas cognitivas totalmente automatizados en la proyección del suelo Maze 1,2. Software del Comportamiento en interfase con un sistema de seguimiento de los animales permite el monitoreo del comportamiento del animal con un control preciso de la presentación de la imagen y la recompensa contingencias para los animales mejor entrenados. La integración con un sistema de registro electrofisiológico in vivo permite el examen de correlatos conductuales de la actividad neuronal en épocas seleccionadas de una tarea cognitiva determinada. </ P>

Se describen los protocolos para un sistema modelo que combina la presentación visual automatizada de información a los roedores y recompensa intracraneal con enfoques electrofisiológicos. Nuestro sistema modelo ofrece un sofisticado conjunto de herramientas como marco para otras tareas cognitivas para aislar e identificar los mecanismos específicos que contribuyen a determinados procesos cognitivos mejor.

Introduction

Tareas visuales se utilizan comúnmente en los estudios en humanos y monos para examinar los mecanismos de aprendizaje y memoria subyacente. Modelos de roedores, sin embargo, son más fácilmente accesibles a los investigadores de mayor escala, los estudios mejor controlados, y tienen la ventaja añadida de permitir técnicas electrofisiológicas más invasivos. En combinación con otros enfoques, tales como la manipulación genética, los registros electrofisiológicos en que se mueve libremente ratas proporcionan un modelo útil para orientar con precisión los mecanismos y circuitos de los procesos cognitivos subyacentes. Tareas visuales primates requieren los asuntos a dirigir la mirada a los estímulos visuales en un monitor, mientras que las tareas de ratas requieren los sujetos para interactuar con un entorno. La proyección del suelo Maze utiliza la tendencia natural de las ratas para explorar activamente el medio ambiente y al mismo tiempo atender a los estímulos visuales.

Tareas cognitivas que utilizan aparatos con pantalla táctil diseñado específicamente para los roedores han permitidomejor traducción de los resultados de modelos de roedores a los humanos 3. Tareas de pantalla táctil se llevan a cabo típicamente en una cámara con dos estímulos visuales tridimensionales presentados verticalmente en las paredes 3-7. Estas tareas requieren de la pantalla táctil sujeta a la parte posterior hacia el estímulo visual objetivo y rompen una Photobeam infrarrojos o pulse sobre una almohadilla de presión para registrar su respuesta. Pruebas anatómicas y de comportamiento, sin embargo, sugieren que las ratas de procesar la información visual en el hemicampo visual inferior con mayor eficacia para guiar el comportamiento de 8-10. Nuestro laboratorio ha desarrollado tareas cognitivas que utilizan la proyección del suelo Maze 2 en la que los estímulos visuales bidimensionales están de vuelta proyectan en el suelo de la zona de ensayo. En la proyección del suelo ratas Maze se pueden rastrear al realizar tareas en un gran espacio abierto en comparación con los aparatos de pantalla táctil. Por lo tanto, la información espacial en la actividad neuronal registrada se puede conseguir además de correlatos neurales de la visual de una informaciónd toma de decisiones.

Entregamos estimulación intracraneal (ICS) para el haz medial del cerebro anterior (MFB) como recompensa 11. Este método de entrega recompensa tiene ventajas sobre las recompensas de comida y bebida. Comida y bebida recompensas pueden conducir a la saciedad, incluso en ratas privadas de alimento, lo que limita el número de ensayos a un animal realizará y potencialmente ralentizar el proceso de formación. ICS ofrece recompensa instantánea que proporciona información inmediata sobre el desempeño de tareas. Los resultados de recompensas inmediatas en la conformación más rápido y la adquisición y reduce sustancialmente la duración de los protocolos de entrenamiento. Por otra parte, un mayor número de ensayos se puede completar en una sesión, el aumento de la cantidad de datos recogidos y lo que resulta en una muestra más fiable del comportamiento relacionado con la tarea.

Uso del Laberinto proyección del suelo, vamos a describir un protocolo general para dar forma al comportamiento de las ratas para realizar tareas cognitivas complejas. This protocolo general proporciona un marco para la formación de las ratas a través de una variedad de tareas que trabajan actualmente para el registro de los correlatos neurales de la atención y la discriminación visual 1. Así, la proyección del suelo Maze está optimizado para las capacidades visuales de ratas y permite comparaciones más fuertes con tareas visuales en los seres humanos y los primates no humanos.

Protocol

Todos los procedimientos fueron realizados de acuerdo con las directrices del Comité de la Universidad de Brown Institucional Cuidado de Animales y el uso.

1. Sistemas de Información general

Un sistema de seguimiento de vídeo interactúa con un sistema de control de la conducta para controlar el progreso de la rata en una tarea determinada, evaluar las conductas objetivo, la presentación del estímulo de control y entregar recompensas basadas en el progreso de la rata. Un sistema de registro electrofisiológico vivo recopila datos neuronales para el análisis relacionados con el evento. (Figura 1A).

  1. La proyección del suelo Maze
    1. La proyección del suelo laberinto 2 es un campo abierto sin paredes (147,3 cm x 111,8 cm) con un claro plexiglás piso incoloro (0,6 cm de espesor). La parte inferior del suelo es una ganancia de la unidad de pantalla Dual Vision tela que se estira sobre un segundo rectángulo de piezas de plexiglás (147,3 cm x 111,8 cm x 1,25 cm) para la proyección posterior utilizando un proyector de corto alcance.
    2. Conecte el proyectorpara la tarjeta de vídeo en el sistema de PC de comportamiento. Sostenga el plexiglás, tela de la pantalla, y el proyector utilizando un marco de aluminio anodizado.
    3. Instale un marco anodizado cabeza para montar una cámara cenital y un sistema de poleas para interconectar las ataduras del ICS y headstage a la rata.
      Nota: Conecte el marco que sostiene el Laberinto Proyección piso y marco de gastos generales para asegurar la continuidad eléctrica y de tierra al preamplificador.
  2. Seguimiento de Video
    1. Record, rastrear y analizar los vídeos en tiempo real con una sola cámara cenital se describe en el paso 1.2.2.
    2. Montar una cámara cenital (estándar VGA, 80 fps) en un marco de aluminio anodizado sobrecarga para controlar la rata
    3. Utilice ya sea los diodos emisores de luz (LEDs) conectados a headstage de la rata para controlar la posición de la rata, o el seguimiento del centroide del contorno de la rata con un sistema de seguimiento automatizado.
    4. Utilice el módulo de Comportamiento CinePlex básico para analizar los datos de posición online y también guardar el archivo de datos para su posterior análisis fuera de línea.
      Nota: Usamos el Sistema de Investigación del Comportamiento CinePlex 3.4.1 para el registro, seguimiento y análisis de la posición de la rata. El módulo de seguimiento de CinePlex se utiliza para el seguimiento de la rata. Para un seguimiento eficaz de los progresos del animal, utiliza el módulo de Comportamiento CinePlex Basic para crear zonas en el espacio de dos dimensiones en las posiciones relevantes del laberinto que tiene importancia en la tarea. Las zonas se pueden combinar en secuencias y eventos lógicos Cineplex (como las entradas en zonas y cumplimiento de las secuencias) se asignan de tal manera que si la rata satisface los criterios para el evento, ese evento se convierte en realidad. Asignar eventos con salidas digitales y una interfaz a través de una tarjeta de entrada superpuerto al sistema de comportamiento.
  3. Un sistema de control de la conducta totalmente automatizado
    1. Zona de ensayo del comportamiento: Utilice un escenario de prueba en forma adecuada para la tarea de comportamiento en la proyección Floor Maze. Construir el sonna el uso de color blanco mate acrílico y colocarla directamente en la proyección del suelo Maze.
      Nota: Las dimensiones pueden ser personalizadas para la tarea conductual utilizado. Las paredes son típicamente 45-50 cm de altura. Aquí usamos campos de prueba de doble cara (laberinto bowtie 12) para maximizar el número de ensayos realizados en un período de sesiones (Figura 1B para las dimensiones del laberinto pajarita). La zona de ensayo tiene cuatro zonas designadas definidas en el software de seguimiento: la zona de East Imagen, West Area de imagen, un Ready Area Trial Oriente, y una zona de Ready Trial West (Figura 1C).
    2. Sistema de comportamiento: Un sistema de interfaz de comportamiento controlado por software MED-PC IV ejecuta programas escritos en el local en MEDstate Notación (véase el apéndice). Utilice los eventos de sistema de comportamiento CinePlex para seguir el progreso de una rata durante la tarea, controlar la presentación de imágenes, entregar señales de audio y entregar recompensa.
      1. Interfaz de la tarjeta de salida superpuerto a la entrada digital Omniplex adquirir ª vezocurrencias de eventos conductuales Amped en el entorno de software PlexControl para análisis fuera de línea. Emitir señales auditivas utilizando un generador de audio programable.
        Nota: Los eventos del comportamiento de los aparatos presentados aquí pueden operar equipos de terceros (por ejemplo, láser para la estimulación optogenética) a través de una tabla de transferencia de datos si es necesario.
      2. Casa de la tarjeta de salida superpuerto, tarjeta de entrada superpuerto y generador de audio programable en un gabinete de la interfaz de sobremesa. Interfaz las tarjetas con una tarjeta PCI DIG-704PCI-2 instalado en un ordenador personal (PC) utilizando una tarjeta decodificadora DIG-700F instalado en el gabinete de mesa.
      3. Entregar bipolares de onda cuadrada ICS a la rata utilizando un programable auto estimulación intracraneal estimulador. Conecte la unidad estimulador a la PC a través de una tarjeta de PHM152 COM. Parámetros recomendados ICS: Pulse 1 y 2 Duración: 500 microsegundos; Retardo entre pulsos 1 y 2: 500 microsegundos; frecuencia: 100 Hz.
        Nota: Entrega ICSestá automatizado durante la tarea, pero puede ser entregado de forma manual utilizando una caja de botones programables en interfase con un módulo SmartCtrl.
  4. Sistema de adquisición de datos Neural
    1. Asegúrese de que el sistema de marco Maze Proyección Suelo e ICS está conectada al preamplificador del Sistema de Adquisición de Datos Neural Omniplex para minimizar el ruido eléctrico en las grabaciones de los nervios.
    2. Simultáneamente recopilar datos neuronales, las coordenadas de posición de CinePlex y banderas de eventos conductuales del sistema de comportamiento en el archivo de datos para análisis fuera de línea.

2. Preparación de los animales

  1. Animales
    1. Obtener ingenuas 22 días de edad ratas macho Long-Evans.
    2. Par albergar las ratas y les permite aclimatarse al vivero durante una semana.
    3. Maneje ratas diariamente durante ~ 5 min.
    4. Una vez que las ratas llegan a 250-275 g, comience horarios alimenticios mantener su peso corporal en un 85-90% de su peso de alimentación libre. Nos Targetights se incrementan en 10 g / mes hasta ratas alcancen 350 g.
    5. Casa sola las ratas y continuar con el programa de alimentos por lo menos una semana antes de comenzar la cirugía para implantar electrodos de estimulación y registro.
  2. La implantación quirúrgica
    Llevar a cabo los procedimientos quirúrgicos en condiciones asépticas estándar y de acuerdo con las directrices institucionales y normativos.
    1. Anestesie ratas con isoflurano.
    2. Hacer una incisión en el cuero cabelludo para revelar el cráneo para la limpieza y la identificación de bregma y lambda.
    3. Hacer craneotomías en las coordenadas correspondientes.
    4. Coloque los tornillos de anclaje del cráneo.
    5. Baje la punta de un electrodo de ICS en el MFB con las siguientes coordenadas: antero-posterior, -2,7 mm de bregma, lateral, ± 1,8 mm; dorsoventral, -8,5 mm de la superficie del cráneo. Un segundo electrodo ICS se puede implantar en el hemisferio opuesto como respaldo en caso de mal funcionamiento del electrodo.
    6. Fije los electrodos ICS en tle penetra el cráneo y anclaje con cemento óseo. No cementar el pedestal (carcasa de plástico en el electrodo de estimulación) de los electrodos.
    7. Baje los electrodos de registro en el sitio de interés y asegurar el dispositivo con cemento óseo.
    8. Coloque el pedestal ICS lejos del dispositivo de grabación y fijar los electrodos de partida de la ICS y dispositivos de grabación de los tornillos de anclaje con cemento óseo.
    9. Deje por lo menos siete días de recuperación antes de comenzar la habituación al protocolo de conformación.

3. Conformación del Comportamiento general Shaping consta de tres etapas: temprana, intermedia y tardía de conformación (Figura 2).

Nota: El objetivo de la conformación temprana e intermedia es la formación de la rata de mantener una "posición de espera" estacionaria en el Área Listo para cada ensayo, y realizar numerosas pruebas en una sesión. Semi-automatizar conformación de comportamiento lo que la formación se puede adaptar a las tasas individuales de aprendizaje de una rata. Oncea rata es el mantenimiento de una "posición de espera" con éxito, proceder a la tarea de conformación específica (finales de conformación) con el objetivo de transferir la rata sobre un protocolo totalmente automatizado para el control del comportamiento precisa e imparcial (Figura 2).

  1. Conformación temprana (Figura 2A)
    1. Día 1: habituar a la rata a la sala de comportamiento durante 10 minutos con el equipo encendido y luego regresar a la colonia.
    2. Día 2: Repita el paso 1, a continuación, habituar al animal al campo de prueba durante 10 minutos.
    3. Día 3: Conecte el ICS y correas de sujeción headstage a la rata, y habituarse a la rata a la arena de la prueba durante 10 minutos.
    4. Día 4: Determine la amplitud ICS más bajo para establecer un lugar de preferencia utilizando un protocolo de preferencia acondicionado lugar informal. Valorar pulso 1 y 2 amplitudes. Valores de amplitud típicos son 20-80 μA.
    5. A partir del día 5: Entregar recompensa ICS para entrenar a las ratas a asociar el Área Listo y al este y al oeste de imagen presentaciones con IRecompensa CS. Continúe hasta que la rata está alternando entre Áreas de Imagen Este y Oeste.
  2. De moldeo intermedio (Figura 2B).
    1. Introducir el ruido blanco (50 dB) para señalar el comienzo de un juicio. Apague el ruido blanco cuando la rata entra en la zona Ready.
    2. Automatizar la entrega de ICS para el ingreso a la Zona Ready, y para completar las 'posiciones' listas de éxito. Ajuste la probabilidad de la entrega del ICS en la entrada y la exitosa 'posición de espera "para reforzar el comportamiento.
      Nota: Ajuste las probabilidades de recompensa manualmente para adaptarlo a la actuación de la rata individual durante la conformación. Disminuir las probabilidades de recompensa para entrar en la zona Ready y el mantenimiento de puestos de listas de éxito. Probabilidad final recomendado de recompensa por el cumplimiento de "posiciones listas de éxito es del 5-10%. Las ratas son recompensados ​​por todas las opciones correctas.
    3. Comience con duraciones cortas "de posición listos" (por ejemplo 200 ms). Poco a poco aumentar la dura posición de listo "nes en 100 mseg.
    4. Encienda el ruido blanco si la rata se rompe antes de tiempo la "posición de espera" por lo que la rata tiene que reiniciar el juicio.
    5. Mover a última hora de conformación cuando rata está celebrando en la "posición de espera" para un máximo de 1200 ms.
  3. Conformación Tardío (Figura 2 C).
    Nota: El entrenamiento en Late formación es específica para la tarea en la que la rata va a realizar. Automatizar la formación en esta etapa de conformación para un control preciso e imparcial de todos los parámetros de la tarea, pero mantener la flexibilidad para entregar manualmente recompensas ICS. Se describen los protocolos de entrenamiento para dos tareas.
    1. Discriminación bicondicional Visual (vBCD) Tarea: Use estímulos visuales diferentes para entrenar a las ratas en una forma simple y discriminence luminancia.
      1. Comienza el juicio por encender el ruido blanco.
      2. Aleatoriamente imponer latencias 'listos' de posición de 700 - 1200 ms.
      3. Entregar ICS manualmente si es necesario para reforzar la exitosa 'po listosiciones '.
      4. Presentar un par de imágenes en el área de presentación de imágenes. Presentar seudo la imagen correcta en el lado izquierdo o derecho del área de imagen.
      5. Entregar ICS para una respuesta correcta y borrar la palabra. Una respuesta correcta se registra cuando la rata entra en la zona en la que se encuentra la imagen correcta. En el primer día de entrenamiento solamente, emitir una ráfaga de 75 dB de ruido blanco como elemento de disuasión para una respuesta incorrecta.
      6. Emitir un juicio de corrección después de un juicio erróneo. Ensayos de corrección tienen parámetros idénticos (lado izquierdo o derecho y latencia "posición de espera") como el juicio correctos anterior.
      7. Una vez que las ratas son capaces de realizar con éxito la discriminación sencilla, introducir los diferentes patrones de suelo para formar a la regla de la discriminación bicondicional.
      8. Presentar un nuevo par de imágenes y dos patrones distintos de suelo que sirva de contexto. La imagen correcta está condicionada a la patrón de suelo, por ejemplo la estación negror es correcto cuando el suelo es de color gris y el círculo blanco es correcto cuando el piso es de rayas (Figura 3C).
      9. Seudo asignar el patrón de suelo y la posición (izquierda o derecha) de la imagen correcta para cada ensayo garantizar que se compensan los ensayos.
      10. Implementar pruebas de corrección después de un juicio incorrecto en el que los parámetros de prueba son idénticos a los del ensayo anterior.
    2. Atención visual espacial (VSA) Tarea: Presentar círculos blancos iluminados en lugares espaciales definidas en la arena para entrenar a las ratas a acercarse a la localización espacial del círculo de destino.
      Nota: Para esta tarea, el campo tiene círculos grises en diferentes localizaciones espaciales en las Áreas de Imagen Este y Oeste. Después de una "posición de espera" con éxito, el círculo blanco se iluminará (se vuelve blanca), y la rata debe acercarse a ese lugar de destino (Figura 3B).
      1. Aleatoriamente imponer latencias 'posición de listo "de 1,000-1,600 mseg en un juicio con carácter de prueba.
      2. Entregar ICS manualmente si es necesario reforzar las posiciones 'listos' exitosos.
      3. Después de la finalización de la "posición de espera", iluminar al azar uno de los círculos de color gris.
      4. Entregar ICS cuando la rata entra en la zona del círculo iluminado.
      5. Apague la iluminación y comenzar la próxima prueba en el lado opuesto (Este u Oeste).
      6. Al comienzo tardío de conformación, iluminar el círculo hasta que la rata se acerca o hasta que el ensayo termina (5 seg después de la iluminación de la círculo). Puntuación de cada ensayo, ya sea correcta o un juicio por omisión. Para los ensayos de omisión, ilumine todo el suelo (suelo blanco se presenta) y la recompensa estará disponible hasta el próximo juicio.
      7. Cuando el rendimiento de la rata alcanza 80% correcta, disminuir la cantidad de tiempo que el círculo permanece iluminada a 1 seg. La rata tiene 5 segundos para tomar una decisión.
      8. No recompense para ensayos incorrectos. Inicie el próximo juicio.
      9. Si un tri omisiónal, iluminar el suelo y comenzar un nuevo juicio.
      10. Al 80% de aciertos disminuir aún más el tiempo del círculo blanco está iluminado a 500 ms.
      11. Elija el lugar de destino al azar antes de cada ensayo. La rata seguirá teniendo 5 segundos para tomar una decisión antes de que todo el piso se ilumina para indicar el final de ese juicio.
      12. No recompense para ensayos erróneos u omisión. La rata debe iniciar un nuevo juicio en el lado opuesto de la arena.
      13. Nota: Los círculos adicionales pueden ser agregados en cada área de imagen para aumentar aún más dificultad de la tarea.

Representative Results

El objetivo de los pasos para la conformación generales es para aclimatarse a la rata a la arena de la prueba, formar a la rata para permanecer en una "posición de espera" estacionaria para la presentación de los estímulos visuales de destino, y acercarse a la posición del estímulo visual correcta. Después de la habituación a la sala de pruebas, arena, y los amarres, conformación temprana requiere típicamente 100-150 ensayos hasta que las ratas se alternan entre los lados este y oeste de la arena. Durante Early dar forma a las ratas suelen correr a través del Área Ready en el centro de la arena y pasan la mayor parte del tiempo a recorrer el perímetro de la arena (Figura 4). Las ratas en la etapa de conformación intermedia aprenden gradualmente a mantener una "posición de espera" estacionaria en el Área Ready requerir 600-700 ensayos. En este punto, las trayectorias de los animales son estereotipados bucles del Área Listo para el área de imagen con menos tiempo dedicado a explorar el perímetro del laberinto. Sin embargo, las ratas no son el mantenimiento de un 'PO listo estacionariasición ', indicada por la velocidad a la que las ratas atraviesan el centro Listo Área (Figura 4B).

A finales de conformación intermedia, las ratas mantienen una 'posición lista' estacionaria en el Área de Ready antes de acercarse al estímulo visual de destino. La rata inicia entonces el siguiente ensayo en el lado opuesto de la arena (Figura 4C).

La integración del software de seguimiento y el Sistema de Adquisición de Datos Neural con un sistema de control de la conducta permite análisis de datos relacionados con eventos neuronales. Matrices de electrodos Disfruta de la conducción pueden ser colocados estratégicamente para grabar una sola unidad y el campo local de actividad potencial. Los registros se llevaron a cabo en la corteza postrhinal cuando las ratas realizaron la tarea vBCD. Histogramas Perievent y parcelas de trama muestran que las células en la corteza postrhinal responden a la aparición del estímulo visual de destino y para el inicio de la patrón de suelo (Figura 5A). En la corteza parietal posterior de rats realizar las células de tareas VSA responden a la presentación de la imagen, y cuando la elección se hizo mediante la introducción de la zona que define la imagen de destino (Figura 5B). Campo de actividad potencial local en la corteza parietal posterior durante la ejecución de la tarea VSA muestra una gran potencia en el rango de theta (~ 8 Hz) cuando las ratas se encuentran en la posición de listo "antes de la presentación de la imagen (Figura 5C).

Figura 1
Figura 1. Arreglo experimental. A. Esquema de las habitaciones del comportamiento y control. La proyección del suelo Laberinto se encuentra en la sala de comportamiento. Las ratas se controlan a través de una cámara encima de la cabeza. La sala de control aloja el equipo para el control de la tarea y para recoger datos de los nervios. B. Dimensiones deel laberinto pajarita. C. Captura de pantalla de CinePlex Studio. Las zonas son definidas por el usuario. Eventos lógicos se envían como salidas digitales Cineplex al sistema de control del comportamiento (Med Associates) para supervisar el progreso de la rata. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 2
Figura 2. Esquema de los pasos para la conformación. A. A principios conforman la rata recibe ICS para ingresar en la zona Ready, y entrar en las zonas de la imagen de Oriente y Occidente. El objetivo es capacitar a la rata para asociar estas áreas con ICS recompensa. B. Intermedio formación se centra en la formación de las ratas para mantener una "posición de espera" estacionaria en el Área Ready. Las imágenes se presentan only después de mantener una "posición de espera" exitoso. Las ratas siguen recibiendo ICS para acercarse a la imagen en el área de imagen. C. A Late conformación, la rata es mantener con éxito una "posición de espera" estacionaria. La formación es tarea específica, y la rata está capacitado para aprender las reglas específicas para realizar una tarea determinada. Rayo indica entrega ICS. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 3
Figura 3. A. Esquema de la tarea vBCD Cuando el suelo es de color gris, el negro de la estrella es recompensado;.. Cuando se seccionan el suelo, el círculo blanco se ve recompensado B. Esquema de la tarea VSA. Círculos grises indican los lugares de destino en las áreas de la imagen.El estímulo objetivo es una breve (500 ms) iluminación (blanco) de uno de los círculos. Las ratas son recompensados ​​por acercarse a la ubicación de destino correcto. Haz clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 4
Figura 4. Ejemplos de rutas durante la configuración de datos. Posición de dos segmentos de un minuto de una rata que se realiza en diferentes etapas de conformación. Velocidad del animal está representado por el mapa de calor. Los colores fríos representan las velocidades más lentas y colores cálidos representan velocidades más rápidas. A. Durante la conformación temprana ratas exploran y trasero en las paredes exteriores de las áreas de la imagen de Oriente y Occidente, y no se detienen en el Ready Area. B. Un camino estereotipado comienza a surgir en sh Intermedioimitación. Caminos forman un bucle hacia las áreas de la imagen de nuevo al Área Ready. Las ratas comienzan a mantener con éxito una "posición de espera" en la página Listo Area. C. Cuando las ratas progresan en Late conformación, ratas mantener "posiciones listos 'estacionarias y las trayectorias de las ratas son más estereotipada. Haz clic aquí para ver la imagen más grande.

La figura 5
Figura 5. Ejemplos de análisis perievent relacionadas a.. Las células grabadas de la corteza postrhinal durante la tarea vBCD con diferentes respuestas a la presentación de la imagen de destino (izquierda), y la presentación de la planta (derecha). B. Las células grabadas de la corteza parietal posterior durantela tarea VSA con diferentes respuestas a la iluminación del círculo (izquierda). Aumento de fusilamiento después de la elección de la ubicación espacial en la que el círculo blanco iluminado (a la derecha). C. Espectrograma muestra un fuerte poder theta en el córtex parietal posterior durante la "posición de espera". La línea roja vertical indica el final de la exitosa "posición de espera" y la presentación de las imágenes. La línea azul vertical indica la presentación del Piso 1 en el juicio comience en la tarea vBCD. La línea vertical verde indica que la opción fue registrada en la tarea VSA. Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Discussion

Se describe formalmente los protocolos para entrenar ratas en las tareas cognitivas totalmente automatizados complejos visuales en la proyección del suelo Maze. La proyección del suelo Maze ha sido utilizado con éxito para establecer correlatos neurales de conjunciones objeto de localización y señales de error en la corteza postrhinal durante la ejecución de una tarea de discriminación visual 2-opción 1.

El protocolo de configuración de comportamiento está diseñado para ser flexible de modo que puede ser adaptado para adaptarse a la tasa de aprendizaje de una rata individual. El código personalizado escrito para el sistema de comportamiento permite al experimentador para controlar la probabilidad de la entrega ICS automatizado en las etapas decisivas durante el entrenamiento, por ejemplo la formación de la "posición de espera". El código también debe permitir la entrega manual de los ICS utilizando una caja de botones programables durante. El objetivo de la formación temprana es establecer la estimulación ICS eficaz para la administración de recompensas para reforzar el comportamiento. Cuando sea posible se recomienda la implantación de las ITSmulación electrodos bilateralmente en MFB en caso de estimulación ineficaz en un hemisferio. Nuestra experiencia, sin embargo, ha sido que casi todos los electrodos implantados partida de la ICS han sido funcional para entregar un estímulo gratificante. La etapa de conformación intermedia es fundamental para la formación de la rata de mantener una "posición de espera" en el Área de Ready. En la "posición de espera", la rata debe estar parado con la nariz apuntando hacia las áreas de imagen en la que se presentan las imágenes escogidas. La "posición de espera" controla cuando aparecen las imágenes, la dirección de la que la rata se acerca a las imágenes y la distancia desde la cual la rata ve las imágenes. Recomendamos LEDs de seguimiento montados en headstage de la rata para controlar la dirección en la que la cabeza de la rata está apuntando para un mejor control de la conducta y un control más preciso de la presentación de la imagen de destino. Entrega Manual de ICS puede ser emitida a entrenar ratas para mantener la posición de listo y # apropiada8217;. Cuando la rata es mantener "posiciones listos 'satisfactorios en cada ensayo, la formación en Late formación es tarea específica. En Late conformación ratas se entrenan para aprender las reglas específicas para realizar una tarea determinada.

Utilizamos ICS como nuestro método de entrega recompensa ya que este método proporciona una respuesta instantánea a la rata que resulta en un aprendizaje más rápido durante la conformación del comportamiento, y más completado ensayos en una sesión en la recogida de datos de los nervios en la tarea automatizada. La entrega del ICS, sin embargo, resulta en artefactos eléctricos en las grabaciones neuronales, y puede ser problemático para el análisis de LFP continua o de múltiples unidades de datos. El intervalo de alrededor del artefacto eléctrico se puede retirar fuera de línea del archivo de datos de grabación de los nervios antes del análisis de datos continua. Artefactos estereotipadas de ICS en los datos pico filtrada paso alto se puede quitar fácilmente en línea sin afectar solo punto los análisis. Futura optimización de protocolos para la proyección del suelo Maze incluye el uso de optogenherramientas etic para entregar recompensas internas para minimizar y eliminar los artefactos asociados con la estimulación eléctrica.

La proyección del suelo Maze está optimizado para las capacidades visuales de las ratas y es por tanto más adecuado para tareas conductuales guiadas visualmente. Cabe señalar que las comparaciones directas no se pueden hacer entre los paradigmas experimentales en el laberinto proyección del suelo y cámaras operantes debido a los diferentes protocolos experimentales empleadas y diferentes definiciones de criterio para la adquisición con éxito de una tarea dada. Hemos demostrado anteriormente, sin embargo, que las ratas adquirieron una tarea de discriminación visual 2-simple elección en ~ 50 ensayos en la proyección del suelo Maze 2 en comparación con> 300 juicios en otros estudios en los que se presentaron verticalmente las imágenes en cámaras operantes 3,10. La tarea VSA fue modelado después de la tarea de reacción en serie 5-elección clásica 13 (5-CSRT) diseñado para evaluar atencional visualprocesos. Normalmente, el 5-CSRT se lleva a cabo en una cámara operante y requiere el animal para hacer un codazo nariz en el agujero de la nariz-poke adecuado indicado por un destello de luz, aquí la tarea VSA se lleva a cabo en un espacio abierto donde los animales tienen que permanecer estacionaria en un lugar específico en el escenario, dirigir su atención a los lugares de destino y esperar a que aparezca el estímulo luminoso. En nuestra experiencia, las ratas necesitan ~ 3.200 ensayos para alcanzar el criterio (75% en dos días consecutivos) en el 5-CSRT 14 en comparación con ~ 800 ensayos en la tarea VSA en la proyección del suelo Maze.

Otro de los beneficios de comportamiento de tareas realizadas en la proyección del suelo Maze es que las tareas se llevan a cabo en un gran espacio abierto, que aprovecha la tendencia natural de la rata para explorar su entorno, a diferencia de las tareas que requieren el animal para fijar su mirada a un blanco estacionario. Una gran ventaja de la utilización de ratas con libertad de movimientos en un espacio abierto y# 160, en el aparato de Maze Proyección Floor es que la información espacial tanto alocéntrica y egocéntrico puede ser recogida con la información visual. Otra de las ventajas de nuestro paradigma es que las tareas no tienen por qué limitarse a la presentación de imágenes estáticas. Posición y características de los estímulos visuales que son dinámicos pueden ser utilizados en las tareas futuras. Utilizando las capacidades de seguimiento del Sistema de Investigación del Comportamiento CinePlex, las tareas pueden ser desarrolladas para una comprensión funcional más detallado de una estructura cerebral determinada. Combinando registros electrofisiológicos simultáneas con tareas cognitivas guiadas visualmente, las preguntas fundamentales de cómo la actividad del cerebro se relaciona con los procesos cognitivos como la toma de decisiones y la discriminación visual se pueden explorar.

Utilización de tareas guiadas visualmente, los hallazgos de los estudios en ratas pueden ser mejor traducidos a los seres humanos con el objetivo último de proporcionar terapias para enfermedades cognitivas humanas.

Disclosures

Cuota de presentación para este video-artículo es patrocinado por Plexon Inc.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por NSF IOS 1146334, NSF EFRI 0937848, DARPA N66001-10-C-2010, y el NSF IOS 0.522.220 de RDB. Agradecemos a Stacie Hyatt at Plexon Inc para la asistencia en la preparación de este manuscrito.

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

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References

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