Zemin Projeksiyon Maze kullanma Kayıt Sinir Aktivitesi otomatik Görsel Bilişsel Görevler

* These authors contributed equally
Behavior
 

Summary

Biz Zemin Projeksiyon Labirent tam otomatik bilişsel görevler kronik elektrofizyolojik kayıtlar için fareleri eğitim için protokolleri açıklar.

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

Öğrenme ve bellek mekanizmaları araştırmak için primatlarda kullanılan nöropsikolojik görevleri genellikle görsel bilişsel görevleri yönlendirilir. Biz diğer türler ile deneysel bulguların güçlü karşılaştırmalar izin sıçanların görsel yetenekleri için optimize edilmiş Zemin Projeksiyon Maze 1,2 kullanarak sıçan için görsel bilişsel görevler geliştirdik.

Öğrenme ve hafızanın sinirsel araştırmak amacıyla, biz Kat Projeksiyon Labirent 1,2 tam otomatik bilişsel görevleri içine elektrofizyolojik kayıtları entegre etmiş. Bir hayvan takip sistemi ile arabirim davranışsal yazılım görüntü sunumu hassas kontrolü ile hayvanın davranışları izlenmesine olanak sağlar ve daha iyi eğitimli hayvanlar için beklenmedik ödüllendirmek. Bir in vivo elektrofizyolojik kayıt sistemi ile entegrasyon belirli bir bilişsel görevin seçilen epokta nöral aktivitenin davranış ögelerinden incelenmesini sağlar. </ P>

Biz kemirgenler ve elektrofizyolojik yaklaşımlar ile intrakranial ödül için bilgi otomatik görsel sunumunu birleştiren bir model sistem için protokolleri açıklar. Bizim model sistem daha iyi yalıtmak ve özellikle bilişsel süreçlere katkıda özgü mekanizmaları tanımlamak için diğer bilişsel görevler için bir çerçeve olarak araçları gelişmiş bir set sunuyor.

Introduction

Görsel görevler yaygın altında yatan mekanizmaları, öğrenme ve bellek incelemek için insan ve maymun çalışmalarında kullanılmaktadır. Kemirgen modeller, ancak, hali hazırda daha iyi kontrol çalışmaları daha büyük bir ölçek için araştırmacılar tarafından erişilebilir, invaziv elektrofizyolojik teknikler izin avantajına sahiptir. Serbestçe hareket gibi genetik manipülasyonlar gibi diğer yaklaşımlar, elektrofizyolojik kayıtları ile birlikte fareler tam mekanizmaları ve devreleri yatan bilişsel süreçler hedefleme için kullanışlı bir model sağlar. Sıçan görevleri bir çevre ile etkileşim konuları gerektirir oysa primat görsel işlerin, bir monitörde görsel uyaranlara bakışlarını doğrudan konuları gerektirir. Kat Projeksiyon Maze aynı zamanda görsel uyaranlara devam ederken aktif çevreyi keşfetmek için sıçanların doğal eğilimi kullanır.

Kemirgenler için özel olarak tasarlanmış dokunmatik cihazları kullanarak bilişsel görevleri sağladıkemirgen modelleri insanlara 3 bulguların daha iyi bir çeviri. Dokunmatik görevleri genellikle duvarlara 3-7 üzerine dikey olarak sunulan iki boyutlu görsel uyaranlara bir odanın içinde yürütülmektedir. Bu dokunmatik görevler hedef görsel uyarana karşı arka konuyu gerektiren ve yanıtını kayıt basınç pad üzerinde bir kızılötesi photobeam basın veya kırmak. Anatomik ve davranışsal kanıt, ancak fareler davranışı 8-10 rehberlik için daha etkin daha düşük görsel yarı alanda görsel bilgi işleme öneririz. Bizim laboratuvar, iki boyutlu görsel uyaranlara tekrar test arena zemine yansıtılan hangi Kat Projeksiyon Labirent 2 kullanan bilişsel görevleri geliştirdi. Dokunmatik cihazı ile karşılaştırıldığında büyük bir açık alanda görevlerini yaparken Kat Đzdüşüm labirent fareler izlenebilir. Bu nedenle, kaydedilen nöral aktivitede uzamsal bilgiler, görsel bilgiler, bir nöral karşılıklarını ek olarak elde edilebilird karar verme.

Biz ödül 11 olarak medial ön beyin demeti (MFB) intrakranial stimülasyon (ICS) teslim. Ödül teslim Bu metod, gıda ve içecek ödüller üzerinde avantajları vardır. Yiyecek ve içecek senin bir hayvan yapmak ve potansiyel eğitim sürecini yavaşlatan edecek çalışmaların sayısının sınırlandırılması, hatta gıda-yoksun farelerde, doygunluk yol açabilir. ICS görev performansı hakkında anında geri bildirim sağlayan anlık ödül sunar. Esasen acil ödül daha hızlı şekillendirme ve edinimi sonuçları ve eğitim protokolleri süresini azaltır. Ayrıca, çalışmaların daha çok sayıda toplanan verilerin miktarını artırarak ve görev ile ilgili davranış daha güvenilir bir numunede oluşan, bir oturum içinde tamamlanabilir.

Zemin Projeksiyon Labirent kullanarak, karmaşık bilişsel görevleri gerçekleştirmek için farelerin davranışlarını şekillendirmek için genel bir protokol anlatacağız. This genel protokol şu anda dikkat ve görsel ayrımcılık 1 sinirsel kayıt için kullanılan çeşitli görevler genelinde fareleri eğitim için bir çerçeve sunmaktadır. Böylece, Zemin Projeksiyon Maze sıçanların görsel yetenekleri için optimize edilmiş ve insanlarda ve primatlarda görsel görevler ile daha güçlü karşılaştırmalar izin edilir.

Protocol

Tüm prosedürler Brown Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu kurallarına uygun idi.

1.. Sistemleri Genel Bakış

Bir video izleme sistemi, belirli bir görev sıçan ilerlemesini izlemek için davranışsal kontrol sistemi ile etkileşime, kontrol uyaran sunum hedef davranışlarını değerlendirmek ve sıçan ilerleme dayalı ödülleri teslim. Bir vivo elektrofizyolojik kayıt sistemi olay ile ilgili analizler için nöral veri toplar. (Şekil 1A).

  1. Kat Projeksiyon Maze
    1. Kat Projeksiyon Maze 2 berrak, renksiz pleksiglas zemin duvarlar olmadan bir açık alan (147.3 cm x 111.8 cm) (0.6 cm kalınlığında). Katın alt kısa throw projektör kullanarak arkadan projeksiyon için pleksiglas parçalar ikinci bir dikdörtgen (147,3 cm x 111,8 cm x 1,25 cm) üzerine gerilen bir birlik kazanç Dual Vision Kumaş ekran.
    2. Projektörü bağlayındavranışsal sistem PC ekran kartı. Bir anodize alüminyum çerçeve kullanarak Pleksiglas, ekran kumaş ve projektörü tutun.
    3. Havai bir kamera ve sıçan için ICS ve headstage iplerini arayüzü için bir makara sistemi monte etmek bir havai eloksallı çerçeve takın.
      Not: Pre amplifikatör, elektriksel süreklilik ve zemin sağlamak Zemin Projeksiyon Labirent ve havai çerçeveyi tutan çerçeveyi takın.
  2. Video izleme
    1. Tutanak, parça ve adım 1.2.2 açıklanan bir tek üstten kamera ile gerçek zamanlı videoları analiz.
    2. Sıçan izlemek için bir havai anodize alüminyum çerçeve üzerine bir havai kamera (standart VGA, 80 fps) mount
    3. Sıçanın konumunu izlemek veya otomatik bir izleme sistemi ile sıçanın konturunun merkezini izlemek için sıçan headstage bağlı ışık yayan diyot (LED'ler) ya kullanın.
    4. Onl konum verilerini analiz etmek Cineplex Temel Davranış modülünü kullanınAyrıca ine ve daha fazla çevrimdışı analiz için veri dosyasını kaydedin.
      Not: Biz sıçan konumunu izleme ve analiz, kayıt için Cineplex Davranış Araştırma Sistemi 3.4.1 kullanabilirsiniz. Cineplex Takip modülü sıçan takibi için kullanılır. Hayvanın ilerleme etkin izleme, görev öneme sahip labirent ilgili pozisyonlarda iki boyutlu uzayda bölgeleri oluşturmak için Cineplex Temel Davranış modülünü kullanabilirsiniz. Bölgeleri dizileri içine kombine edilebilir, ve (örneğin bölgeleri ve dizilerin yerine içine girişleri gibi) Cineplex mantıksal olayları sıçan olay için kriterleri karşılayan eğer, bu olay gerçek olur böyle atanır. Davranışsal sisteme superport giriş kartı ile dijital çıkışlar ve arayüzü ile olayları atayın.
  3. Bir tam otomatik davranışsal kontrol sistemi
    1. Davranış testi arena: Kat Projeksiyon labirent üzerinde davranışsal görev için uygun bir şekilli deney arena kullanın. Olan Constructna mat beyaz akrilik kullanarak ve Zemin Projeksiyon Labirent doğrudan yerleştirin.
      Not: Ölçüler kullanılan davranışsal görev için özelleştirilebilir. Duvarlar, tipik olarak 45-50 cm yüksekliğinde bulunmaktadır. İşte biz (fiyonk labirent boyutları için Şekil 1B) bir oturumda gerçekleştirilen çalışmaların sayısını arttırmak için çift taraflı bir test arenalarda (fiyonk labirent 12) kullanın. Doğu Görüntü alanı, Batı Görüntü Alanı, bir Doğu Deneme Hazır Alanı ve Batı Deneme Ready Alanı (Şekil 1C): Test arena izleme yazılımı tanımlanan dört belirlenmiş alanları vardır.
    2. Davranışsal sistemi: MED-PC IV yazılımı tarafından kontrol edilen bir davranış arayüzü sistemi (Ek) in-house MEDstate Notasyon yazılmış programları çalıştırır. , Görev sırasında bir sıçan ilerlemeyi izlemek görüntü sunumu kontrol, ses yardımlar sağlamak ve ödül sunmak için Cineplex davranışsal sisteminden olayları kullanın.
      1. Zaman st elde etmek Omniplex dijital girişe superport çıkış kartı Arayüzüçevrimdışı için PlexControl yazılım ortamında amped davranışsal olay oluşumları analiz eder. Programlanabilir bir ses jeneratörü kullanarak işitsel ipuçları Sorun.
        Not: Gerekirse burada sunulan cihazdan Davranışsal olayları bir veri transfer panosu üzerinden üçüncü parti donanım (optogenetic uyarılması için örn. lazer) çalışabilir.
      2. Evin bir masaüstü arayüzü kabine superport çıkış kartı, superport giriş kartı ve programlanabilir ses üreteci. Masa kabine monte DIG-700F Decoder kartı kullanarak bir kişisel bilgisayar (PC) yüklü bir DIG-704PCI-2 PCI kart ile kart arayüzü.
      3. Programlanabilir bir intrakranial kendi kendini uyarma uyarıcı kullanarak sıçan bipolar kare dalga ICS sunun. Bir PHM152 COM kartı üzerinden PC'ye stimülatör ünitesini takın. Önerilen ICS parametreleri: Pulse 1 ve 2 süre: 500 mikro saniye olduğu; Gecikme Pulse 1 ve 2 arasında: 500 mikro saniye olduğu; Frekans: 100 Hz.
        Not: ICS teslimgörevi sırasında otomatik elle bir SmartCtrl modülü ile arabirim programlanabilir düğme kutusu kullanılarak teslim edilebilir.
  4. Sinir veri toplama sistemi
    1. Emin olun Kat Projeksiyon Maze çerçevesi ve ICS sistemi nöral kayıtları elektriksel gürültüyü en aza indirmek için Omniplex Sinir Veri Toplama Sistemi preamplifikatör topraklanır.
    2. Aynı anda sinir veri toplamak, çevrimdışı için veri dosyasında davranışsal sistemden Cineplex ve davranışsal olay bayrakları pozisyonel koordinatlar analizleri.

2. Hayvan Preparasyon

  1. Hayvanlar
    1. Naif 22 günlük erkek Long-Evans sıçanları edinin.
    2. Çifti fareleri barındırmak ve onları bir hafta boyunca vivari iklime alıştırmak için izin verir.
    3. ~ 5 dakika boyunca her gün fareler tutun.
    4. Sıçanlar 250-275 gr ulaştıklarında, kendi özgür beslenme ağırlığının% 85-90 kendi vücut ağırlıklarını koruyarak gıda programları başlar. Hedef bizsıçanlar 350 gr ulaşana kadar ights 10 g / ayına göre artmıştır.
    5. Tek evi fareler ve stimülasyon ve kayıt elektrotları implant cerrahi başlamadan önce en az bir hafta boyunca yemek program devam ediyor.
  2. Cerrahi implantasyonu
    Standart aseptik koşullarda ve kurumsal ve düzenleyici kurallara göre cerrahi işlemleri yürütmek.
    1. Izofluran ile sıçan anestezisi.
    2. Temizlik ve Bregma ve lambda belirlenmesi için kafatasını ortaya çıkarmak için kafa derisi bir kesi yapmak.
    3. Ilgili koordinatlarda Kraniyotomi olun.
    4. Kafatası çapa vidaları yapıştırın.
    5. Aşağıdaki koordinatları kullanarak MFB içine bir ICS elektrot ucu düşürün: ön-arka, bregmadan -2.7 mm, lateral, 1.8 mm ±; dorsoventral, kafatası yüzeyinden -8.5 mm. Ikinci ICS elektrot elektrot arıza durumunda yedek olarak ters yarımkürede içine implante edilebilir.
    6. T ICS elektrotlar Güvenlikemik çimentosu ile o kafatası ve bağlantı vidaları. Kaideyi elektrotların (uyarıcı elektrot üzerinde plastik gövde) çimento yok.
    7. Ilgi sitesine kayıt elektrotları indirin ve kemik çimentosu ile cihazı sabitleyin.
    8. Uzak kayıt cihazından ICS kaide yerleştirin ve kemik çimentosu ile çapa vidalar için ICS elektrotlar ve kayıt cihazlarını güvenli.
    9. Şekillendirme protokole alışma başlamadan önce en az yedi gün kurtarma izin verin.

3. Davranış Şekillendirme: Erken, Orta ve Geç Şekillendirme (Şekil 2): ​​Genel Şekillendirme üç aşamadan oluşmaktadır.

Not: Erken ve Orta Düzey şekillendirme amacı her deneme için hazır Bölgesindeki sabit bir 'hazır konumunu' korumak ve bir oturumda çok sayıda denemeler gerçekleştirmek için sıçan yetiştirmektir. Davranış şekillendirme Yarı-otomatik yüzden eğitim bir sıçan bireysel öğrenme oranları adapte edilebilir. Oncadet sıçan hassas ve tarafsız davranış kontrolü için tam otomatik protokolü (Şekil 2) üzerine sıçan aktarılması amacı ile belirli şekillendirme (Geç şekillendirme) göreve devam, başarılı bir 'hazır konumunu' sürdürüyor.

  1. Erken şekillendirme (Şekil 2A)
    1. Gün 1: Ekipman daha sonra koloni dönmek devrede, 10 dakika için oda davranış için sıçan alıştırın.
    2. 2. Gün: 1. adımı yineleyin, sonra 10 dakika boyunca test arenasına hayvan alıştırmak.
    3. 3. Gün: sıçan için ICS ve headstage iplerini bağlayın ve 10 dakika boyunca test arenasına sıçan alıştırmak.
    4. 4. Gün: Bir gayri yer tercihi klima protokolünü kullanarak bir yer tercihi kurmak için en düşük ICS genlik belirleyin. Pulse 1 ve 2 genliklere titre. Tipik genlik değerleri 20-80 uA bulunmaktadır.
    5. Günde 5 Gönderen: I Ready Alanı ve doğu ve batı görüntü sunumları ilişkilendirmek fareleri eğitmek için ICS ödül sununCS ödül. Sıçan Doğu ve Batı Görüntü Alanları arasında değişen kadar devam edin.
  2. Ara madde şekillendirme (Şekil 2B).
    1. Bir davanın başlangıcını sinyal beyaz gürültü (50 dB) tanıtmak. Sıçan Hazır Alanını girdiğinde beyaz gürültü kapatın.
    2. Hazır Alanına giriş için ICS teslim otomatikleştirmek ve başarılı 'hazır pozisyonlarını' tamamlamak için. Giriş ve davranışları pekiştirmek başarılı 'hazır pozisyonunda' de ICS teslim olasılığını ayarlayın.
      Not: şekillendirme sırasında bireysel rat performansını uygun elle ödül olasılıkları ayarlayın. Hazır Alanına giriş için ödül olasılıklarını azaltmak ve başarılı hazır pozisyonları sürdürmek. Başarılı bir 'hazır pozisyonlarını yerine getirmek için ödül Tavsiye edilen son olasılığı% 5-10 arasındadır. Sıçanlar hepsi doğru seçimler için ödüllendirilir.
    3. Kısa 'hazır pozisyon' süreleri (örneğin 200 msn) ile başlayın. Yavaş yavaş 'hazır konumu' dura artırmak100 msn adımda yazıtlarıdır.
    4. Sıçan deneme yeniden vardır bu yüzden sıçan erken 'hazır konumunu' bozulursa beyaz gürültü açın.
    5. Sıçan kadar 1.200 msn için 'hazır konumda' düzenliyor zaman Geç şekillendirme taşıyın.
  3. Geç şekillendirme (Şekil 2C).
    Not: Geç şekillenmesinde Eğitim sıçan yerine hangi görev için özeldir. Tüm görev parametreleri hassas ve tarafsız denetim için bu şekillendirme adımda eğitim otomatikleştirmek ama elle ICS ödülleri sunmak için esneklik sağlamak. Iki görev için eğitim protokolleri anlatılmıştır.
    1. Görsel gerektirme biconditional ayrımcılık (vBCD) görev: basit bir şekil ve parlaklık discriminence üzerinde fareleri eğitmek için farklı görsel uyaranlara kullanın.
      1. Beyaz gürültü açarak deneme başlayın.
      2. 1.200 msn - rastgele 700 'hazır pozisyonu' gecikmeleri empoze.
      3. Başarılı bir 'hazır po güçlendirmek için gerekirse elle ICS sununsitions '.
      4. Görüntü sunum alan görüntülerin bir çift sunmak. Pseudorandomly Görüntü Alanı'nın sol veya sağ tarafta doğru görüntü sunmak.
      5. Doğru yanıt için ICS sunun ve zemini temizleyin. Sıçan doğru görüntü bulunduğu bölgeyi girdiğinde doğru bir tepki kaydedilir. Eğitimin ilk gününde yalnızca, yanlış bir tepki için bir caydırıcı olarak beyaz gürültü 75 dB patlama yayınlayacak.
      6. Yanlış bir yargılamadan sonra bir düzeltme deneme yayınlayın. Düzeltme denemeler önceki yanlış deneme olarak aynı parametreleri (sol veya sağ tarafı ve 'hazır pozisyon' gecikme) var.
      7. Sıçanlar başarıyla basit ayrımcılığı gerçekleştirmek için edebiliyoruz, gerektirme biconditional ayrımcılık kuralının eğitmek için farklı zemin desenlerini tanıtmak.
      8. Bağlam olarak hizmet görüntüleri ve iki ayrı zemin desenleri yeni bir çift sunmak. Doğru görüntü taban deseni şartına bağlı olduğu, siyah sta örneğingri kat ve kat (Şekil 3C) çizgili olduğunda beyaz daire doğru olduğunda r doğrudur.
      9. Pseudorandomly zemin desen ve çalışmalar denge sağlamaktan her deneme için doğru görüntünün konumunu (sol veya sağ) atayın.
      10. Deneme parametreleri önceki deneme özdeş olduğu yanlış bir yargılamadan sonra düzeltme denemeleri uygulayabilirsiniz.
    2. Görsel-uzamsal dikkat (VSA) görev: arenada belirlenen mekansal konumlarda Bugünü ışıklı beyaz çevrelerin hedef çemberin uzamsal konumu yaklaşım fareleri yetiştirmektir.
      Not: Bu görev için arenada Doğu ve Batı Resim Alanlarda farklı uzamsal yerlerde gri daireler vardır. Başarılı bir 'hazır pozisyona' sonra, hedef daire (beyaza) yanar ve sıçan bu hedef konumu (Şekil 3B) yaklaşım gerekir.
      1. Rasgele 1,000-1,60 ve 'hazır konumu' gecikmelerini empozeDeneme bazında bir deneme 0 msn.
      2. Başarılı bir 'hazır pozisyonlarını' güçlendirmek için gerekirse elle ICS sunun.
      3. 'Hazır pozisyona' tamamlanmasından sonra, rastgele gri dairelerden birini aydınlatmak.
      4. Sıçan ışıklı dairenin bölge girdiğinde ICS sunun.
      5. Aydınlatma kapatın ve ters (Doğu veya Batı) tarafında bir sonraki deneme başlar.
      6. Deneme (daire yandıktan sonra 5 sn) sona kadar sıçan yaklaşır ya kadar geç şekillendirme başında, daire aydınlatmak. Doğru ya da ihmal deneme ya da her deneme Skor. Ihmal denemeler için, bütün kat (beyaz zemin sundu) yanar ve hiçbir ödül bir sonraki duruşmaya kadar hazır olacaktır.
      7. Sıçan performans% 80 doğru ulaştığında, daire 1 sn yanmaya devam süreyi azaltın. Sıçan bir seçim yapmak için 5 sn.
      8. Yanlış denemeler için ödül yok. Sonraki deneme başlayın.
      9. Eğer bir ihmal trial, zemin aydınlatmak ve yeni bir deneme başlatmak.
      10. % 80 doğru daha fazla hedef daire 500 msn aydınlatılan süresini azaltmak.
      11. Rastgele her duruşma öncesi hedef yerleri seçin. Tüm zemin o davanın sonuna sinyal yanar önce sıçan bir seçim yapmak için 5 sn sahip olmaya devam edecektir.
      12. Yanlış veya ihmal denemeleri için ödül yok. Sıçan arena karşı tarafında yeni bir dava başlatmalıdır.
      13. Not: Ek çevreler başka görevi zorluk artırmak için her Görüntü Alanında eklenebilir.

Representative Results

Genel şekillendirme adımlarının amacı, test arenasına sıçan ACCLIMATE hedef görsel uyaranlara sunumu için sabit bir 'hazır konumda' kalmasını sıçan eğitmek ve doğru görsel uyaranın yerini yaklaşmaktır. Sıçanlar arena Doğu ve Batı taraf arasında değişen kadar test odası, arena, ve iplerini için alışkanlık sonra, Erken şekillendirme genellikle 100-150 denemeler gerektirir. Erken şekillendirme sırasında fareler genellikle arenada merkezinde hazır Alanı ile çalıştırın ve arena (Şekil 4A) çevresini keşfetmek çoğu zaman harcamak. Intermediate şekillendirme aşamasında Rats yavaş yavaş 600-700 denemeler gerektiren Hazır Bölgesindeki sabit bir 'hazır konumunu' korumak için öğrenmek. Bu noktada, hayvanların yolları labirent çevresini keşfetmek harcanan az zaman görüntü Alanına Hazır Alanından döngüler kalıplaşmış vardır. Ancak, fareler sabit, 'hazır po muhafaza edilmezsıçanlar, merkezi Ready Alan (Şekil 4B) hareket hızına ile gösterilen sition '.

Intermediate şekillendirme sonunda, sıçanlar hedef görsel uyarana yaklaşmadan önce Hazır Bölgesindeki bir sabit 'hazır konumunu' korumak. Sıçan daha sonra alanda (Şekil 4C) karşı tarafında bir sonraki deneme başlatır.

Davranışsal kontrol sistemi ile izleme yazılımı ve Sinir Veri Toplama Sistemi entegrasyonu nöral veri olaya ilişkin analizler sağlar. Sürülebilen elektrot dizileri stratejik tek ünite ve yerel alan potansiyel aktivitesini kaydetmek için yerleştirilebilir. Sıçanlar vBCD görevi yapıldığında Kayıtlar postrhinal korteks gerçekleştirilmiştir. Perievent histogramlar ve raster araziler postrhinal korteks hücreleri hedef görsel uyarının başlamasından ve zemin desen (Şekil 5A) başlangıcından yanıt olduğunu göstermektedir. R posterior parietal korteksseçim hedef görüntü (Şekil 5B) tanımlanan bölgeyi girerek yapıldığı VSA görev hücreler görüntü sunum yanıt ve performans ats. Sıçanlar görüntü sunumu (Şekil 5C) önce 'hazır konumda' olduğunda VSA görev ifası sırasında posterior parietal korteks yerel alan potansiyel etkinlik teta aralığında (~ 8 Hz) güçlü gücünü gösterir.

Şekil 1
Şekil 1.. Deneysel kurulum. Davranışsal ve kontrol odalarının A. şematik. Kat Projeksiyon Maze davranışsal odada muhafaza edilir. Sıçanlar bir havai kamera ile izlenmektedir. Kontrol odası görevi denetlemek ve nöral veri toplamak için ekipman evler. B. ÖlçülerCineplex Studio papyon labirent. C. Ekran yakalama. Bölgeleri kullanıcı tarafından tanımlanır. Mantıksal olaylar sıçan ilerlemeyi izlemek için davranışsal kontrol sistemi (Med Associates) ile Cineplex dijital çıkış olarak gönderilir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 2,
Şekil 2. Sıçan şekillendirme erken şekillendirme adımı. A. şematik hazır Alan giren için ICS alır ve giren Doğu ve Batı Görüntü Alanları. Amaç. B. Aracı şekillendirme Hazır Bölgesindeki sabit bir 'hazır konumunu' korumak için fareleri eğitimi üzerinde duruluyor ICS ödül ile bu alanlarda ilişkilendirmek için sıçan yetiştirmektir. Görüntüler onl sunulmuştury başarılı bir "hazır pozisyonu 'muhafaza sonra. Sıçanlar Geç şekillendirme At Görüntü alanında. C. görüntüyü yaklaşan için ICS almaya devam, sıçan başarıyla sabit bir 'hazır konumunu' sürdürüyor. Eğitim görevi özeldir ve sıçan belirli bir görevi gerçekleştirmek için belirli kuralları öğrenmek için eğitilmiştir. Yıldırım ICS teslim gösterir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 3,
Şekil 3,. A. VBCD görevin şematik kat gri olduğunda, siyah yıldız ödüllendirilir,.. Taban çizgili olduğunda, beyaz daire ödüllendirilir B. VSA görev şematik. Gri çevreler Görüntü alanlarda hedef yerleri gösterir.Hedef uyaran çevrelerin birinin kısa (500 msn) aydınlatma (beyaz) olduğunu. Sıçanlar doğru hedef konumunu yaklaşıyor için ödüllendirilir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 4,
Şekil 4. Farklı şekillendirme adımları gerçekleştirmeden bir sıçan iki dakikalık bölümleri. Pozisyonu verilerini şekillendirme sırasında örnek yolları. Hayvanın hızı ısı harita ile temsil edilir. Soğuk renkler yavaş hızını göstermek ve sıcak renkler Erken sıçanlar keşfetmek ve arka kadar Doğu ve Batı görüntü alanlarının dış duvarlarında ve Hazır Alanı. B bitmiyor şekillendirilmesi sırasında hızlı hızları. A. temsil eder. Bir kalıplaşmış yol Intermediate sh ortaya çıkmaya başlarAping. Yollar geri Hazır Alanına Görüntü alanları doğru bir döngü oluşturur. Sıçanlar başarıyla Hazır Alanı. C bir 'hazır pozisyonunu' korumak başlar. Sıçanlar Geç şekillendirme üzerine ilerleme olduğunda, fareler hareketsiz 'hazır pozisyonlarını' korumak ve sıçanların yolları daha kalıplaşmış vardır. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Şekil 5,
Şekil 5,. Perievent ilgili analizlerin örnekleri,. Bir. Hedef görüntü (solda) sunumu farklı tepkiler ile vBCD görev ve katta (sağ). B sunumu sırasında postrhinal korteksten kaydedilen hücreleri. Sırasında posterior parietal korteksten hücreler kaydedildidairenin (sol) aydınlatma farklı tepkiler ile VSA görev. Hedef daire (sağda). C ışıklı hangi uzamsal konumu seçtikten sonra ateş arttı. 'Hazır pozisyona' sırasında posterior parietal korteks güçlü teta gücü gösteren spectrogram. Kırmızı dikey çizgi başarılı 'hazır pozisyona' ve görüntülerin sunum sonunu gösterir. Mavi dikey çizgi davasında 1. Katında sunumu vBCD göreve başlar gösterir. Yeşil renkli dikey çizgi bir seçim VSA görev kayıtlı olduğunu gösterir. resmi büyütmek için buraya tıklayın.

Discussion

Biz resmen Kat Projeksiyon Labirent tam otomatik karmaşık görsel bilişsel görevleri fareleri tren protokolleri açıklar. Kat Projeksiyon Maze 2-seçim görsel ayrımcılık görev 1 performansı sırasında postrhinal kortekste nesne konumu bağlaç ve hata sinyallerinin sinirsel kurmak için başarıyla kullanılmaktadır.

Davranış şekillendirme protokolü bireysel rat öğrenme hızına uygun adapte edilebilir böylece esnek olacak şekilde tasarlanmıştır. Davranışsal sistemi için yazılmış özel kod deneyci eğitim sırasında kritik aşamada otomatik ICS teslim olasılığını kontrol sağlar; örneğin 'hazır pozisyonunu' eğitim. Kodu da sırasında bir programlanabilir düğme kutusunu kullanarak ICS manuel teslim izin vermelidir. Erken şekillendirme amacı davranışını takviye etmek üzere ödül verilmesi için etkili bir ICS uyarılması kurmaktır. Biz sti implante öneririz Mümkünbir yarımkürede etkisiz stimülasyon durumunda bilateral MFB içine elektrotlar mulating. Bizim deneyim, ancak, implante ICS elektrotlar ödüllendirici bir uyaran sunmak için işlevsel olmuştur neredeyse tüm olmuştur. Intermediate şekillendirme aşaması Hazır Bölgesindeki bir 'hazır pozisyonunu' korumak için sıçan eğitim için önemlidir. 'Hazır konumda' olarak, sıçan burun seçim görüntüler sunulacak Görüntü Alanları bakacak ile sabit olmalıdır. 'Hazır pozisyonu' görüntüleri göründüğünde kontrol, sıçan görüntüleri ve sıçan görüntülerinin hangi mesafeyi yaklaşımlar hangi yönde. Biz sıçan kafası davranışlarının daha iyi kontrol ve hedef görüntü sunum daha hassas kontrolü için işaret ettiği yönü izlemek için sıçan headstage monte izleme LED'leri öneririz. ICS Manuel teslim uygun 'hazır konumunu & # korumak için fareleri yetiştirmek için ihraç edilebilir8217;. Sıçan her deneme tatmin edici 'hazır pozisyonlarını' muhafaza edildiğinde, Geç şekillenmesinde eğitim özel görev olduğunu. Geç şekillenmesinde fareler belirli bir görevi gerçekleştirmek için belirli kuralları öğrenmek için eğitilmiştir.

Bu yöntem, davranış şekillendirme sırasında daha hızlı öğrenme sonuçlanan sıçan anında geri bildirim sağlar ve otomatik görev nöral veri toplarken fazla bir oturumda denemeler tamamlandı olarak biz ödül teslim bizim yöntemi olarak ICS kullanın. ICS teslimat, ancak, nöral kayıtları elektrik eserler sonuçlanır, ve sürekli LFP veya multiunit verilerini analiz etmek için sorunlu olabilir. Elektrik dışlayıcı etrafında aralığı önce sürekli veri analizi sinir kayıt veri dosyasından isimli kaldırılabilir. Yüksek geçişli filtrelenmiş başak veri ICS basmakalıp eserler kolayca tek başak analizleri etkilemeden isimli kaldırılabilir. Zemin Projeksiyon Labirent için protokoller Geleceği optimizasyonu optogen kullanarak içerirelektrik stimülasyonu ile ilişkili eserler en aza indirmek ve ortadan kaldırmak için iç ödül sunmak için etik araçları.

Kat Projeksiyon Maze sıçanların görsel yetenekleri için optimize edilmiş ve böylece daha uygun görsel olarak yönlendirilen davranış görevler için olduğunu. Bu, doğrudan karşılaştırmalar, çünkü verilen bir görevin başarılı edinimi için kullanılan farklı deneysel protokollerin ve kriterinin farklı tanımları Zemin Projeksiyon labirent ve edimsel odalarına deneysel paradigmalar arasında yapılamaz dikkat edilmelidir. Biz daha önce fareler görüntüleri edimsel odalarına 3,10 dikey sunuldu diğer çalışmalarda> 300 denemeleri ile karşılaştırıldığında Labirent 2 Kat Projeksiyon 50 çalışmalarda ~ basit 2-seçim görsel ayrımcılık görev edindiği, ancak göstermiştir. VSA görev (5-CSRT) görsel dikkatsel değerlendirmek için tasarlanmış klasik 5 seçenekli bir seri reaksiyon görevi 13 sonra modellenmiştirsüreçler. Tipik olarak 5-CSRT bir operant bir oda içinde gerçekleştirilmiştir ve bir ışık flash belirtilen uygun burun karıştırmak burun deliğine bir yumruk yapmak için hayvan gerektirir, burada VSA görev hayvanların kalmak zorunda açık bir alanda içinde gerçekleştirilmektedir arenada belirli bir yerde sabit, hedef yerlere onların dikkatini çekmeye ve hafif uyarıcı görünmesini bekleyin. Bizim tecrübelerimize göre, fareler Kat Projeksiyon Maze VSA görev ~ 800 denemeleri ile karşılaştırıldığında 5-CSRT 14'te ölçütünü (iki gün üst üste% 75) ulaşmak için ~ 3.200 denemeler gereklidir.

Zemin Projeksiyon Labirent üzerinde yapılan davranış görevler başka yararı görevleri onun bakışını düzeltmek için hayvan gerektiren işlere karşı, çevresini keşfetmek için sıçan doğal eğilimi yararlanan geniş bir açık alanda, yürütülen olmasıdır sabit bir hedef. Açık bir alanda ve serbestçe hareket eden fareler kullanan önemli bir avantajı# 160; Kat Projeksiyon Maze cihazında allocentric ve benmerkezci hem mekansal bilgi görsel bilgi ile tahsil edilebilir olmasıdır. Bizim paradigmanın diğer avantajı görevleri statik görüntülerin sunumu ile sınırlı olması gerekmez ki. Pozisyon ve dinamik görsel uyaranlara özellikleri gelecekteki görevleri kullanılabilir. Cineplex Davranış Araştırma Sisteminin izleme yeteneklerini kullanarak, görevler verilen bir beyin yapısının daha ayrıntılı işlevsel anlayış için geliştirilmiş olabilir. Görsel güdümlü bilişsel görevleri ile eşzamanlı elektrofizyolojik kayıtları birleştirerek, beyin aktivitesi, karar verme ve görsel ayrımcılık gibi bilişsel süreçlerle ilgili nasıl temel sorular araştırılmalıdır.

Görsel güdümlü görevler kullanarak, sıçan çalışmalarının bulguları daha iyi insan bilişsel hastalıklar için tedaviler sağlamak nihai hedefi ile insanlara tercüme edilebilir.

Disclosures

Bu video-makale için Başvuru ücreti Plexon A.Ş. tarafından desteklenmektedir

Acknowledgements

Bu çalışma, NSF IOS 1146334, NSF EFRI 0937848, DARPA N66001-10-C-2010 ve RDB'sine NSF IOS 0522220 tarafından desteklenmiştir. Bu yazının hazırlanmasında yardım için Plexon Inc'de Stacie Hyatt teşekkür ederim.

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