מערכת אוטומטי לחלוטין תכליתי מאוד עבור בדיקת ריבוי פונקציות קוגניטיביות ורישום פעילות עצבית במכרסמים
Summary
בדו"ח זה, אנו מציעים מערכת אוטומטי לחלוטין תכליתי מאוד המסוגל בו זמנית בדיקות רב קוגניטיביים התנהגויות ורישום הפעילות העצבית של מכרסמים.
Abstract
פיתחנו מערכת אוטומטית לחלוטין לבדיקה התנהגות אופרנטית ורישום הפעילות העצבית שבו מספר רב של תפקודי מוח קוגניטיביים יכול להיחקר ברצף משימה אחת. תכונה ייחודית של מערכת זו הוא מחוייט, תא שקוף אקוסטית המבטל רבים של בעיות הקשורות בשליטה שמיעתי המקל בתאי ביותר זמינים מסחרית. הקלות שבה התקנים אופרנטית ניתן להוסיף או להחליף מערכת זו עושה צדדי למדי, המאפשר ביצוע של מגוון רחב של שמיעתי, חזותי, כמו גם משימות התנהגותיות חוש הריח. האוטומציה של המערכת מאפשרת שליטה בסדר הזמני (10 MS) ומדויק בזמן הטבעה של כל אירוע ברצף התנהגותי שעוצב מראש. בשילוב עם מערכת electrophysiology רב ערוצי הקלטה, מספר רב של תפקודי מוח קוגניטיביים, כגון מוטיבציה, קשב, קבלת החלטות, סבלנות, תגמולים, ניתן לבדוק ברצף או באופן עצמאי.
Protocol
סקירת מערכת המערכת כוללת שלושה מרכיבים עיקריים: (1) פעמיים חומה הוכחה קול חדר (החברה אקוסטיים תעשייתי, ברונקס, ניו יורק), (2) ערוץ מרובים אלקטרו מערכת הקלטה (Neuralynx, Bozeman, MT) ו (3) אוטומטי לחלוטין, המערכת מותאמת אישית בדיקות ההתנהגות מד Associates Inc (סנט אלבנס, VT). כפי שניתן לראות בתרשים 1 א ', חדר אופרנטית נמצא בתוך החדר צליל הוכחה. מחלף (דגם SL-36, שפירית מחקר ופיתוח, Inc, Ridgeley, מערב וירג'יניה) לחיבור כבלים מ headstage למערכת הקלטה אלקטרו (Figure1A-), וכן מצלמת וידאו לניטור והקלטת התנהגויות של בעלי חיים מורכבים לעיל תא אופרנטית (Figure1A-B). אישית מעוצבת אופרנטית הקאמרית אישית מעוצבת, שקוף אקוסטית operanלא קאמרית (Figure1A-D) כולל שלושה קירות שקופים אקוסטית ואחד פעולה מודולרי בלוח (1B איור). שלושה דוברים (Tweeter קייג', ENV_224BM, מד Associates) מותקן על החלק העליון של באמצע ושני לוחות הצד משמשים רמזים שמיעתיים פולטות. רמזים קוליים מופקים על ידי גנרטור, כיול אודיו לתכנות (ANL-926). אור גירוי (ENV_221M) ושני גירוי משולשת מציג LED (ENV_222M) נמצאים על לוחות הבינוני בצד, בהתאמה. אורות אלו גירוי יכול לשמש השמיעה, ראייה רב חושית בדיקות התנהגותיות. דחיפה לאף מכשיר עם שלושה אורות צבעוניים LED (ENV_114M) מותקן בחלק התחתון של לוח התיכון. גלאי אינפרא אדום מותקן בתוך היחידה לדחוף את האף משמש לאותת האף מציץ תקופה ממושכת. האורות הובילו בתוך היחידה לדחוף את האף יכול לשמש לאימונים האף אחיזה בתוך החור. מנוף בתגובה מטלטלין (ENV_112CM) מותקן בכל צד של לוח אופרנטית. Mobility של מנופים אלה מאפשר גמישות מלאה לנוכחות של מנופים, אשר ניתן להשתמש בהם ביעילות לאימונים הן המשימה הראשונית של המחקר מספר תפקודים קוגניטיביים חשובים של המוח (ראה להלן). ארבעה זוגות של מקורות קרן אינפרא אדומה וגלאים (EVN_253SD) שבשליטת 4 ערוץ IR בקר (ENV_253) ממוקמים בחלק התחתון של החדר הן להצביע על מיקומם של בעלי החיים ולשלוט במכשירים אחרים המבוססים על העמדה של בעלי חיים (איור 1 א, ה). שני מכשירי גלולה כל אחד עם מובנה השומר אינפרא אדום (ENV_203M-45IR) משמשים מחלק פרסים לתוך קיבול גלולה (איור 1 א, ג). הזקיף אינפרא אדום משמש לניטור הכישלון של מתקן גלולה ומתן אותות אזהרה. תצורת מערכת סקירה של חיבורי המערכת רכיבי חומרה מתוארת באיור 2. מבחינה תפקודית, יש 2 במקביל, אינטראקטיביתת מערכות: אחת לאימונים התנהגות אחרת להקלטה אלקטרו. שתי תת מערכות מסונכרנות באמצעות פלטפורמת MED-PC תוכנה IV (SOF-735). המחשב שולח פקודות למכשירים התנהגות וקטניות TTL למערכת הקלטה עצבי (אות תזרימי מסומנים בחיצים אדומים איור 2), ומקבל אותות שנוצר על ידי תגובות של בעלי חיים ופעילויות עצביים (אותות תזרימי מסומנים בחיצים ירוקים וכחולים, בהתאמה, באיור 2). אלה מקבילים, מערכות אינטראקטיביות לאפשר הקלטות של התנהגות / עצבי הנתונים מסונכרנים לאפשר מניפולציה של התנהגות של בעל החיים על בסיס פעילות עצבית, או להיפך. התנהגות אימון תת המערכת לוח חיבור SmartCtrl (SG-716B) משמש לוח דו סטרי תקשורת: כלומר שליחת אותות בקרה (חץ אדום באיור 2) מהמחשב להתקנים התנהגותיות (יופיע בתיבה האדומה), ו TRתגובה אותות ansmit של בעלי חיים (החץ הירוק באיור 2) בחזרה למחשב. יציאות של ארבעת ערוץ IR בקר (ENV_253) מנותבות גם אל לוח החיבור. כרטיס ממשק (SmartCtrl כרטיס ממשק, DIG-716B) וכרטיס לפענח (DIG-700F) לתקשר את האותות מלוח חיבור כרטיס PCI (DIG-704PCI) המותקן במחשב. רמזים השמיעה מופקים על ידי מחולל את הגירוי (ANL-926), הנשלטת גם על ידי תוכנה IV MED-PC באמצעות כרטיס לפענח (DIG-700F). כפי שמודגם באיור 2, את כל הקלפים ממשק מתארחים בארון השולחן ממשק (SG-6080D). הממשלה הזאת גם מספקת כוחות עבור כל ההתקנים התנהגות. תגובה אותות אלקטרו תת מערכת הקלטה של החיות שקיבלו המחשב נשלחים מיידית למערכת העצבית באמצעות הקלטה TTL SuperPort כרטיס (DIG-726) ואת ממשק דיגיטלי ברדלס Box (Neuralynx, Bozeman, MT) (איור 2). אירועים אלה התנהגות בזמן חותמת והקליט בו זמנית עם פעילויות עצביות. קוצים עצביות לאתר באינטרנט ממערכת הקלטת Neuralynx יכול לשמש אותות קלט כדי לשלוט התנהגותית תת המערכת של מניפולציה או הפרעה בהתנהגות של בעלי חיים. לעומת זאת, אותות תגובה של בעלי חיים יכול לשמש מפעילה עבור מניפולציה או הפרעה בפעילות העצבית בשילוב עם טכניקות חשמליים או optogenetic גירוי. גישות אלה יהיו בעלי ערך עבור הבהרת לנפגעים בין פעילויות והתנהגויות עצביים. תכנות עיבוד הנתונים תוכניות בקרת התנהגות כתובים עם טרנס IV תוכנה (תומס א Tatham ו MED Associates) ו הידור עם מהדר פסקל. אוטומציה של כל שלב ההכשרה ממומש על ידי טעינת תוכנית חוצה IV לתוך התוכנה IV MED-PC. פרמטרים אימון יכול גם להיות מותאם באופן מקוון על ידי מאמנים Wבשעה שהייתי MED-PC IV תוכנה פועלת. העירוי קודי טרנס צריך להיות ספציפי להתקנה גם מערכת משימה התנהגותית. תוכניות הכשרה רגילים, לעומת זאת, להורדה חופשית מ Associates MED והוא יכול להיות שונה כדי לענות על הצרכים הספציפיים מעבדה של הפרט. תוכניות הכשרה בשימוש setups שלנו זמינים גם באופן חופשי על פי דרישה. נתונים התנהגותיים נשמרים באופן אוטומטי על ידי תוכנה IV MED-PC. הנתונים שנשמרו ניתן לתרגם קבצי Microsoft Excel באמצעות MED-PC ל-Excel התוכנית (MPC2XL, תומס א Tatham ו MED Associates). אקסל את הקבצים המתורגמים אז יכול להיות מיובאים וניתח בסביבת MATLAB (MathWorks, Natick, MA). הנתונים עצביים יחד עם חותמות זמן אירועים התנהגותיים שהוקלטו עם תוכנת צ'יטה (ברדלס 5, Neuralynx, Bozeman, MT) יכול גם להיות מיובאים לתוך MATLAB לצורך ניתוח. הכשרה כדי להמחיש את פעולת המערכת, המתואר כאןשני אלטרנטיבי Pitch בחירה משימה אפליה, שנועד לבחון את האפליה תדירות הסף של חולדה. איור סכמטי של המשימה מוצגת באיור 3. 1. לפני אימון להתחיל עם זכר בוגר נאיבי, Sprague-Dawley, חולדות, גיל ~ 60 יום. לפני האימון, להגביל את צריכת המזון עד משקל של בעל החיים היא עד 90% ממשקל מודעות בסיסית libidum. 2. קייג' מעגל כדי להכין את החדר עבור הסתגלות, לחזור בו המנופים ולחסום לדחוף את האף החור עם פקק גומי (עשוי הבוכנה של מזרק 60 סמ"ק) כדי למנוע מן החי הפעלת המכשיר האף, דחיפה. מקום ~ 20 כדורי תזונה מלאה (45, מ"ג מוצר # F0021, BioServ, Frenchtown, ניו ג'רזי) בכל כלי קיבול גלולה (אוכל כוס). מניחים חיה תמימה בתא של סגירת מעגל. עכברוש בקרוב להתחיל לחקור את כוסות מזון ולאכול את כדורי. <li> כאשר שתי כוסות מזון ריקות, להשתמש בשלט תוכנה לוותר גלולה אחת למגש אחד. בעשותו כן, החולדה תלמד לקשר אוכל עם כוס. להכריח את העכברוש לעבור את שני הצדדים של החדר על ידי מחלק כדורי באופן אקראי לתוך כוס כל מזון. אחת 30 דקות הפגישה הוא בדרך כלל מספיק להקמת איגוד המזון כוס. בפגישה דקה 30, עכברוש בדרך כלל מקבל 200 – 300 כדורי, שהם מספיק כדי לשמור על משקל גוף שלהם ברמה קבועה של 90% ~ של המחקר. 3. מנוף שכיבות הדרכה בפגישה חדש, להאריך את שני מנופים לתוך החדר ולהשאיר את הגביע מזון ריק. לאחר מכן, למקם עכברוש שמורגל לתוך החדר. כאשר החיה נכנסת בסביבה של המנוף, לוותר גלולה באופן ידני באמצעות תוכנת IV Med-PC. גם לספק תגמולים כאשר החולדה מגלה עניין המנוף, כמו רחרוח, נגיעה, או לטפס. דחיפה מנוף בשוגג צריך גם לעורר autom זכתהatically ידי התוכנית. לעודד מנוף לדחוף לכפות בדיקה של שני מנופים, לאפשר חיים לדחוף זה את הידית ברציפות מספר מוגבל של פעמים. כאשר מגיעים למגבלה זו, לחזור בו מנוף. כאשר שני מנופים כבר חזר בו, להאריך להם לחזור על התהליך. בהדרגה להקטין את הגבול עד המנוף חזר בו בכל פעם שהוא נדחף. אחד עד 2 30 הפעלות דקות בדרך כלל מספיק להקמת לדחוף מנוף – פרס איגוד המזון. 4. האף דחיפה הדרכה בפגישה חדשה, לחזור בו המנופים, ולהסיר את פקק גומי לתקוע את האף. מניחים בתוך כמה כדורי לתקוע את האף כדי לעודד עניין של עכברוש לחקור את המכשיר האף דחיפה. להחזיר את בעל החיים לתוך החדר. להרחיב את אחד משני המנופים באקראי כאשר החולדה מרחרחת את החור האף, דחיפה של כדורי מזון. לראות מנוף ארוכה, חולדה תפנה ולדחוף את הידית כדי להשיג מזון פלבואו. לאחר מנוף נלחץ פרס הוא לוותר, לסגת מנוף לעידוד עכברוש לחקור את המכשיר לדחוף את האף. בדרך כלל זה לוקח בערך 20 עד 30 דקות ללמוד את רצף משימות: האף דחיפה → הארכה מנוף → מנוף לדחוף אחרון Rewards. 5. קיו הדרכה בפגישה חדשה, לשחק את הרמזים השמיעתיים בעקבות האירוע האף דחיפה עם השהיה קצרה (100-250-MS). להאריך את שני מנופים על ימין ועל שמאל בקצרה (100 ms) לאחר הצגת כל אות השמיעה. לתגמל את העכברוש רק כאשר הוא דוחף את המנוף מצוין באמצעות אות השמע. חיה בהדרגה לומדים לקשר אות שמיעתי ספציפי עם מנוף 1. חיה היא חינם אז כדי להתחיל ניסוי חדש עם רצף: האף דחיפה → Cue → מנוף דחיפה → זכתה / לא זכתה (איור 3). בשל שיעור גבוה שווא בישיבות הלמידה הראשונית, משלים FOעוד יש לתת כדי לשמור על משקל הגוף לאחר כל אימון. במהלך המפגשים הבאים 30 דקות מספר, תן בפועל עכברוש המשימה שזה עתה למדו עד רמת ביצועים עקביים הוא הגיע (ראה איור 3 א עבור עקומת למידה אופייני). פעם אחת את המשימה נעשה במיומנות, עכברוש יכול לקבל על 200 – 300 כדוריות בכל פגישה 30 דקות, שהן מספיק כדי לשמור על משקל גופו. 6. נציג תוצאות בעקבות בפרוטוקול לעיל, אנו חולדות מאומנים לזהות שני דפוסים שונים של הדופק צליל טהור מכשיר המורכב משש פיפס צליל בתדירות או זהה (F, F, F, F, F, F) או תדרים שונים (F, F-ΔF , F, F-ΔF, F, F-ΔF) 1-5. כל פיפס הטון הוא 200 ms ב משך את מרווח פיפס הטון הוא 400 אלפיות שנייה. במחקר הנוכחי, F היה אמור להיות 10 קילוהרץ ו ΔF נע בין 1 ל 50% של F (איור 3, למעלה). בדרך כלל, ΔF נקבעלפי שווי גבוה יחסית במהלך האימונים: 5 kHz, 4 kHz, 3 kHz, 2 kHz, ו 1 kHz, כדי להקל על האימונים. כל צליל טהור הדופק הרכבת עם ערך שונה ΔF הוצג באופן אקראי בפגישה נתון. שני אלטרנטיבי Pitch בחירה משימה אפליה מתוארת באיור 3. חולדות אומנו לדחוף את האף שלהם לתוך החור האף (איור 1B ואיור 3, למטה) כדי להתחיל ניסוי. לדחוף את האף מעורר שידור של אותות שמיעתיים. על ההכרה רמזים על, חולדות צריך לרוץ לצד הנכון של החדר, לפנות את הידית, לחכות הידית כדי להרחיב את החדר, ולאחר מכן דחף את הידית בתוך חלון זמן מסוים (זמן מנוף פעיל, 1-2 שניות) כדי לקבל פרס (איור 3). שיעור הפגיעה חושבה עבור כל ערך ΔF ככל שמספר הניסויים פגע מחולק במספר ניסויים הכוללת עבור כל ערך ΔF הפרט. הקריטריון של 75%שיעור הפגיעה שימש עולה כי החולדה למדה את המשימה. עקומת הלמידה של עכברוש טיפוסי 1 מוצג באיור 4 א. כל קו בצבע מתאר את התקדמות הלמידה לרכבת כל הדופק עם ΔF שונה (ΔF0 מייצג את הרכבת דופק קבוע). בממוצע, זה לקח בערך 7 מפגשים של אימון (החל בפגישה הראשונה של המצגת שמיעתי המקל, 5 שלב הדרכה Cue) להגיע לשיעור 75% קריטריון להיט. מערכת זו מאפשרת אפיון כמותי של התנהגות של בעלי חיים בביצוע המשימה עוצב על ידי הנסיינים. שלוש מדידות, כי נמצאים בשימוש נרחב במחקרים התנהגות בעלי חיים שמוצג באיור 4 ב '- ד' את זמן התגובה, המשקף בעיקר תשומת לב של חיה למשימה, נמדדה כמו לחלוף הזמן בין הופעת הרמז השמיעה ואת הדחיפה המנוף.. המרווח בין משפט, המשקף כמה גדולה המחוייבות של בעלי חיים הייתה משימה שבה חיה יזם כל ניסיוןולא נענש על ידי פסק זמן במשפט שקר, היה להתוות 4C איור. וריאציה הזמני של ביצועים בתוך המושב, המייצג את דפוסי דינמיים של הביצועים הכוללים של בעלי חיים המשקף שיפור / עיבוד שיכול להתרחש בתוך מושב אחד, היה להתוות בתרשים 4D. כל מפגש היה מחולק בשלב מוקדם, אמצע מאוחר (10 דקות לכל שלב). מספר מצטבר של התגמולים בכל שלב שימשו במדידה זו. הבסיס העצבי של התנהגויות קוגניטיביות אחדות (איור 5 א וראה דיון) יכול גם לטפל במערכת זו באמצעות רישום הפעילות העצבית של בעלי חיים ביצוע המשימה. דוגמאות של פעילות עצבית שנרשמו בו זמנית basalis הגרעין (NB) ואזור tegmental הגחוני (VTA) של המוח עכברוש מוצגים איור 5 ב 'וג'. על ירי של נוירונים הם חותמת הזמן להתייחס לאירוע זה של המשפט (כגון כמו האף, דחיפה,ידית דחיפה, קיו השמיעה מצגת והכרה, בפועל קבלת השכר) ונותחו ביחס לאירועים אלו משימות התנהגותיות. תוצאות ההקלטה בשילוב פעילות עצבית התנהגותי עם המערכת הזו יהיה פורה הבהרת הבסיס העצבי של מגוון רחב של התנהגויות קוגניטיביות. באיור 1. הרכיבים העיקריים של מערכת () ו ציור סכמטי של החדר מחוייט השמיעה אופרנטית (ב '). א תא אופרנטית ממוקם בחדר קול הוכחה פעמיים מוקפת חומה. פלחי קצף אקוסטיים מורכבים לאורך קירות החדר על מנת למנוע פיזור סטיה קול:. מחלף עבור ניתוב הכבלים למערכת הפעילות העצבית ההקלטה; ב: מצלמת וידאו לניטור והקלטת התנהגות בעלי חיים, ג: גלולה מכשירי: D: חדר אופרנטית . דואר:מקלטי אינפרא אדום. ועדות קאמרית אופרנטית כוללת שלושה קירות שקופים אקוסטית ואחד פעולה מודולרי בלוח. לראות את הטקסט לתיאורים מפורטים. 2. תרשים סכמטי סקירה כללית של המערכת. המערכת מורכבת משתי תת מערכות: אימון התנהגותי והמערכת העצבית הקלטת פעילות. שתי המערכות באופן אינטראקטיבי לתקשר אחד עם השני באמצעות TTL פולסים (ראה תצורת המערכת לפרטים נוספים). החצים האדומים מייצגים פקודות ו / או אירועים התנהגותיים שנשלחו ממחשב, החצים הירוקים מציינים התגובה של בעלי חיים הניזונים אותות חזרה אל המחשב, ואת החץ הכחול מייצג תשומות אותות עצביים של אירועים ספייק שאותרו ברשת עם מערכת הקלטה Neuralynx. איור 3. דו אלטרנטיבי Chאפליה OICE משימה תדירות. למעלה, דיאגרמת בלוק מראה את רצף המשימה הבסיסית. תיאור התחתונה, סכמטי של פעולות התנהגות עיקריים. החצים הירוקים מציינים את זרם רציף של הפעילות. איור 4 תוצאות נציג של דו אלטרנטיבה משימה תדירות בחירה אפליה א עקומות למידה.. כל שורה בצבע מייצג התקדמות הלמידה של החולדה על אפליה בכל וריאציה תדר (ΔFs). קו כהה מייצג את עקומת למידה הממוצעת עבור וריאציות תדר. הפצה ב 'של זמן התגובה כפי שהיא נמדדת על הקפות בזמן של תחילת קיו כדי לדחוף מנוף. הפצה ג מרווח בין משפט. הדינמיקה ד הזמני של ביצועים בתוך המושב נמדד עם התגמולים שנצברו שהושגו בשלב מוקדם, אמצע סוף הפגישה.הנתונים יהיה ב – ד הושג בשלב האחרון, כאשר הביצועים של החולדה היה על שיעור הפגיעה 75%. איור 5. דוגמה של התנהגויות קוגניטיביות תפקודי המוח כי ניתן לחקור באמצעות המערכת. א התנהגויות קוגניטיביות. את הכיתובים העליון לתאר כל פעולה ברצף של משפט אחד. הכותרות התחתונות להצביע על התנהגויות קוגניטיביות שניתן ללמוד. שים לב שני מנופים שהוצאו בתמונות כל פרט ברה שם מנוף היא בעיבוד של הרחבת לתוך החדר. ב 'ירי של נוירון דפוסי נרשם NB של עכברוש ביצוע המשימה של שתי הבחירה השמיעה. למעלה, סריקה העלילה דמותו של ירי על כל ניסוי. כל מלבן בצבע מייצג את הירי של התא ואת קצב ירי מקודד על ידי תחתונה בצבע., פרי, אפילולא היסטוגרמה של קצב הירי. הערה בבנין ירי לפני הפעולה (דוחפים הידית בזמן אפס מיקרו, שמסומן על ידי הקו האדום המקווקו האנכי) ועל פיזור הדרגתי של הירי לאחר הפעולה. ג ירי דפוסי נוירון נרשם VTA של עכברוש ביצוע המשימה של שתי הבחירה השמיעה. למעלה, העלילה סריקה מקדימה של ירי בודד VTA נוירון על כל ניסוי. כל מלבן בצבע מייצג את ירי נוירון VTA וקצב הירי שלו מקודד לפי צבע., תחתונים, פרי אירוע היסטוגרמה של קצב ירי בתמונה סריקה. הערה ירי דליל מיד לפני הפעולה של ידית דחיפה (בזמן אפס מיקרו, שמסומן על ידי קו אדום מקווקו אנכי) וירי נמרצת במהלך הזמן בו החולדה היא קבלת הפרס. הפעילות של נוירון זה שותק כמעט בין שתי הפעולות. Stereotrodes טונגסטן מושתל במוח שימשו record פעילויות עצביים בו זמנית NB ו VTA תוך עכברוש ביצע את המשימה. ספייק, מיון בוצעה לא מקוון באמצעות SpikeSort 3D תוכנה (Neuralynx, Bozeman, MT).
Discussion
היבט חשוב בתכנון של פעילות כלשהי השמיעה התנהגותי הוא חיסול של צלילים לא רצויים כתוצאה פיזור סטיה בסביבת הבדיקה. בקרת קול נמוך עלולה להיות השפעה משמעותית על התנהגות נבדק ויהיה תוצאות מטעות או uninterpretable אפילו. תא התנהגותי בשימוש במערכת המתוארת כאן היא תוכננה במיוחד כדי להיות שקופים אקוסטית על מנת למנוע הטיה קול מן הקירות קאמריים. אכן, כאשר נמדד ממרכז החדר, סטיה הצליל היה בלתי ניתן לגילוי ביעילות (מידע לא מוצג).
אמנם פיתחנו מערכת זו בעיקר ללימוד מערכת השמיעה, ניתן להתאים בקלות על ידי חוקרים אחרים לבחון מערכות חושיות אחרות. שינויים ניתן לבצע בקלות מבלי לשנות את התצורה הכוללת של המערכת על התוכנה והחומרה של משימות שונות. לוח המבצע מודולרית הופכת את המערכת במיוחד versatiלה על ידי מתן תוספת ו / או החלפה של מכשירים שונים עבור משימות התנהגותיות חדשות. למשל, משימות התנהגותיות חוש הריח יכול להיות מושתל על ידי מתן גירוי חוש הריח לתוך המכשיר לדחוף את האף. 5 האף מואר הבחירה דחיפה הקיר עם גירוי חוש הריח של Associates MED (ENV-115A-OF) ניתן להתקין בקלות בלוח מבצע משימות מורכבות חוש הריח. בנוסף, כל המכשירים אופרנטית ניתן להחליף בקלות עם אלה מיועדים עכברים מבלי לשנות את תצורת המערכת.
השליטה הזמני המדויק של כל התקן אופרנטית, כמו גם הקלטה ברזולוציה גבוהה של אירועים בודדים במשפט נתון, לאפשר מניפולציה מדויקת של המכשירים עבור התאמה אישית של העיצוב של משימות התנהגותיות כדי לטפל שונים תפקודי המוח הקוגניטיביים (ראה להלן). בשילוב עם הקלטה הפעילות העצבית, במגוון עשיר של נושאים בתחום מדעי המוח אפשר ללמוד עם מערכת זו. למשל,המשימה uditory שתוארו לעיל, השאלות הבאות הקשורות לתפקודי המוח הקוגניטיביים ניתן לחקור במשפט אחד:
(1). מוטיבציה: מאז ניסוי זה הוא שיזם פעולה של בעל החיים "מוטיבציה עצמית" האף דחיפה (איור 5 א, ו איור 3), המוטיבציה כך ניתן להעריך באופן כמותי על ידי מדידת את המספר הכולל של ניסויים שבוצעו על ידי בעל חיים בפגישה מסוימת, או מספר משפטים רצופים ביצע 6,7.
(2). שימו לב: המפתח להשגת זכתה במשפט הוא נכון לזהות את הרמזים השמיעתיים. ב 25% של חולדות שלא ניתן היה שאומנו לבצע את המשימה, חוסר השתתפות על רמזים קוליים היה גורם מרכזי. לעומת זאת, חולדות שלמדו את המשימה, הפסקה רגעית של התנהגויות היה ברור במהלך המצגת אות השמע (ראה תרשים 5 א ', ב', איור 3). באמצעות מערכת זו, הוא בכך שניתן (אני) בחולדות עבור מסך "לב Deficits "ו (ב) ללמוד המנגנונים העצביים של תשומת לב בשילוב עם הקלטות נוירונים בעוד החיה ללמוד על 8-10 סימנים השמיעה.
(3). החלטה: על ההכרה של רמזים שמיעתיים, החיה צריכה להחליט לאיזה כיוון לפנות לפנות את הידית הנכונה בתוך חלון זמן מוגבל (איור 5 א, ג). לפיכך גם פרדיגמה יעילה ללימוד קבלת החלטות 11,12.
(4). סבלנות: עיתוי הארכת המנוף ניתן לשלוט על כך שבעל החיים צריך לחכות המנוף, לאחר שהגיע אל המקום שבו המנוף תרחיב (איור 5 א, ד). על ידי שינוי אורך של המתנה, מידת הסבלנות של בעלי חיים, ניתן לבדוק לכמת 13.
(5). פרסים: המטרה הסופית של המשימה היא להשיג את הפרס (איור 5 א אלקטרוני איור 3). משימות התנהגותיות באמצעות מערכת זו יכולים אפואלהיות מתוכנן בקלות ללמוד היבטים רבים של גמול ההחלטות בעיות תפקוד של מערכות ערכים של המוח 14-17.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מחקר Neurosciences קרן מלגות מהקרן Blasker-Rose-מיאה של סן דייגו קרן הרולד ג'ליילה י 'קרן הצדקה של מאת'רס.
References
- Zheng, W. Auditory map reorganization and pitch discrimination in adult rats chronically exposed to low-level ambient noise. Front. Syst.Neurosci. 6, 65 (2012).
- Talwar, S. K., Gerstein, G. L. Auditory frequency discrimination in the white rat. Hear Res. 126, 135-150 (1998).
- Talwar, S. K., Gerstein, G. L. A signal detection analysis of auditory-frequency discrimination in the rat. J. Acoust. Soc. Am. 105, 1784-1800 (1999).
- Sloan, A. M., Dodd, O. T., Rennaker, R. L. Frequency discrimination in rats measured with tone-step stimuli and discrete pure tones. Hear Res. 251, 60-69 (2009).
- Syka, J., Rybalko, N., Brozek, G., Jilek, M. Auditory frequency and intensity discrimination in pigmented rats. Hear Res. 100, 107-113 (1996).
- Eldar, E., Morris, G., Niv, Y. The effects of motivation on response rate: A hidden semi-Markov model analysis of behavioral dynamics. J. Neurosci. Methods. , (2011).
- Bieszczad, K. M., Weinberger, N. M. Learning strategy trumps motivational level in determining learning-induced auditory cortical plasticity. Neurobiology of Learning and Memory. 93, 229-239 (2010).
- Sagvolden, T. I. m. p. u. l. s. i. v. e. n. e. s. s., overactivity, poorer sustained attention improve by chronic treatment with low doses of l-amphetamine in an animal model of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD). Behav. Brain Funct. 7, 6 (2011).
- Sagvolden, T., Johansen, E. B. Rat Models of ADHD. Curr. Top Behav. Neurosci. , (2011).
- Brown, D. C., Nichols, J. A., Thomas, F., Dinh, L., Atzori, M. Nicotinic modulation of auditory attentional shift in the rat. Behavioural brain research. 210, 273-279 (2010).
- Johnson, K. O. Sensory discrimination: neural processes preceding discrimination decision. J. Neurophysiol. 43, 1793-1815 (1980).
- Johnson, K. O. Sensory discrimination: decision process. J. Neurophysiol. 43, 1771-1792 (1980).
- Fraser, L. M., et al. Measuring anxiety- and locomotion-related behaviours in mice: a new way of using old tests. Psychopharmacology (Berl). 211, 99-112 (2010).
- Hui, G. K., et al. Conditioned tone control of brain reward behavior produces highly specific representational gain in the primary auditory cortex. Neurobiology of Learning and Memory. 92, 27-34 (2009).
- Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. Auditory stimuli enhance MDMA-conditioned reward and MDMA-induced nucleus accumbens dopamine, serotonin and locomotor responses. Brain Res. Bull. 77, 189-196 (2008).
- Kudoh, M., Shibuki, K. Sound sequence discrimination learning motivated by reward requires dopaminergic D2 receptor activation in the rat auditory cortex. Learning & Memory. 13, 698-69 (2006).
- Shiflett, M. W., et al. Cue-elicited reward-seeking requires extracellular signal-regulated kinase activation in the nucleus accumbens. J. Neurosci. 28, 1434-1443 (2008).
Tags
Automated SystemVersatile SystemTestingMulti-cognitive FunctionsRecording Neuronal ActivitiesRodentsOperant Behavior TestingCognitive Brain FunctionsTask SequenceAcoustically Transparent ChamberAuditory Cue ControlBehavioral TasksAutomationTemporal ControlPrecise Time-stampingBehavioral SequenceElectrophysiology Recording SystemMotivationAttentionDecision-makingPatienceRewards
Cite This Article
Zheng, W., Ycu, E. A. A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents. J. Vis. Exp. (63), e3685, doi:10.3791/3685 (2012).