JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
行为学

Geautomatiseerde Visual cognitieve taken voor opname neurale activiteit met behulp van een Vloerprojectie Maze

Published: February 20, 2014
doi:
10.3791/51316
, , , ,
1Department of Cognitive, Linguistic & Psychological Sciences,Brown University, 2Department of Neuroscience,Brown University

Summary

We beschrijven protocollen voor het trainen van ratten voor chronische elektrofysiologische opnames in volledig geautomatiseerde cognitieve taken op een Vloerprojectie Maze.

Abstract

Neuropsychologische taken gebruikt in primaten om mechanismen van leren en geheugen te onderzoeken worden meestal visueel geleide cognitieve taken. We hebben visuele cognitieve taken voor ratten met behulp van de Vloerprojectie Maze 1,2 die zijn geoptimaliseerd voor de visuele capaciteiten van ratten toelaat sterkere vergelijkingen van experimentele bevindingen met andere soorten ontwikkeld.

Om de neurale correlaten van leren en geheugen te onderzoeken, hebben we elektrofysiologische opnames geïntegreerd in volledig geautomatiseerde cognitieve taken op de Vloerprojectie Maze 1,2. Behavioral software interface met een dier tracking systeem zorgt voor de opvolging van het gedrag van het dier met een nauwkeurige controle van beeldpresentatie en onvoorziene belonen voor beter opgeleide dieren. Integratie met een in vivo elektrofysiologische opname systeem maakt het mogelijk onderzoek van gedragsmatige correlaten van neurale activiteit op geselecteerde tijdperken van een bepaalde cognitieve taak. </ P>

We beschrijven protocollen voor een modelsysteem dat geautomatiseerde visuele presentatie van informatie aan knaagdieren en intracraniële belonen met elektrofysiologische benaderingen combineert. Ons model systeem biedt een geavanceerde set van tools als kader voor andere cognitieve taken beter te isoleren en identificeren van specifieke mechanismen die bijdragen aan specifieke cognitieve processen.

Introduction

Visuele taken worden vaak gebruikt in menselijke en apen gaven aan mechanismen van leren en geheugen te onderzoeken. Knaagdier modellen, echter, zijn beter toegankelijk voor onderzoekers voor een grotere schaal, beter gecontroleerde studies, en hebben het extra voordeel van het toestaan ​​meer invasieve elektrofysiologische technieken. In combinatie met andere benaderingen, zoals genetische manipulatie, elektrofysiologische opnames in vrij bewegende ratten een bruikbaar model voor precies mechanismen en circuits onderliggende cognitieve processen gericht. Primaat visuele taken vereisen de onderwerpen richt de blik naar visuele stimuli op een monitor, terwijl rat taken vereisen de onderwerpen om te interageren met een omgeving. De Vloerprojectie Maze maakt gebruik van de natuurlijke neiging van ratten actief verkennen van de omgeving, terwijl tegelijkertijd het bijwonen van visuele stimuli.

Cognitieve taken met behulp van touchscreen apparaten die speciaal voor knaagdieren hebben toegestaanbetere vertaling van de bevindingen van diermodellen voor de mens 3. Touchscreen taken worden meestal uitgevoerd in een kamer uitgevoerd met twee dimensionale visuele stimuli verticaal op muren 3-7 gepresenteerd. Deze touchscreen taken vereisen het onderwerp aan de achterzijde naar het doel visuele stimulus en breek een infrarood fotocel of druk op een druk pad om haar reactie te registreren. Anatomische en gedragsmatige bewijzen suggereren echter dat ratten verwerken visuele informatie in de lagere visuele hemifield effectiever voor het begeleiden van gedrag 8-10. Ons laboratorium heeft cognitieve taken gebruik de Vloerprojectie doolhof 2 waarin tweedimensionale visuele stimuli terug worden geprojecteerd op de vloer van de test arena ontwikkeld. In de Vloerprojectie kan Maze ratten worden gevolgd bij het uitvoeren van taken in een grote open arena vergeleken met touchscreen apparaten. Aldus kan ruimtelijke informatie in de opgenomen neurale activiteit worden verkregen in aanvulling op neurale correlaten van visuele informatie eend besluitvorming.

Wij leveren intracraniële stimulatie (ICS) aan de mediale voorhersenen bundel (MFB) als beloning 11. Deze methode van beloning levering heeft voordelen ten opzichte van eten en drinken beloningen. Eten en drinken beloning kan leiden tot verzadiging, zelfs in voedsel beroofd ratten, het beperken van het aantal proeven een dier zal presteren en mogelijk vertragen van het opleidingsproces. ICS levert onmiddellijke beloning onmiddellijke feedback over de taakuitvoering. De directe beloning resulteert in sneller vormgeven en acquisitie en aanzienlijk vermindert de duur van de opleiding protocollen. Bovendien kan een groter aantal proeven in een sessie worden ingevuld, waardoor de hoeveelheid data verzameld en leidt tot een meer betrouwbare monster van taak gedrag.

De Vloerprojectie Maze, zullen we een algemeen protocol beschrijft het gedrag van ratten size complexe cognitieve taken. This algemeen protocol biedt een kader voor de opleiding van ratten in een verscheidenheid van taken die momenteel gebruikt voor het opnemen van neurale correlaten van aandacht en visuele discriminatie 1. Aldus wordt de Vloerprojectie Maze geoptimaliseerd voor gezichtsvermogen van ratten en maakt sterkere vergelijkingen met visuele taken in mensen en niet-humane primaten.

Protocol

Alle procedures waren in overeenstemming met de richtlijnen van de Brown University Institutional Animal Care en gebruik Comite. 1. Overzicht systemen Een video-tracking systeem interageert met een gedrags-besturingssysteem om de voortgang van de rat in een bepaalde taak te monitoren, te evalueren doelgedragingen, controle stimulus presentatie en leveren beloningen op basis van de voortgang van de rat. Een vivo elektrofysiologische opname systeem verzamelt neurale gegevens voor event gerelateerde analyses. (Figuur 1A). De Vloerprojectie Maze De Vloerprojectie Maze 2 is een open veld zonder muren (147,3 cm x 111,8 cm) met een kleurloos plexiglas vloer (0,6 cm dik). De onderzijde van de vloer is een eenheid winst Dual Vision Stof scherm dat wordt gespannen over een tweede rechthoek van plexiglas stukken (147,3 cm x 111,8 cm x 1,25 cm) voor projectie achteraan met een short throw projector. Sluit de projectorde videokaart in de gedragswetenschappen systeem PC. Houd het plexiglas, doek, en de projector met een geanodiseerd aluminium frame. Installeer een overhead geanodiseerde kader om een ​​overhead camera en een katrol systeem om de ICS en headstage aanbinden interface naar de rat te monteren. Opmerking: Sluit de kader die de Vloerprojectie Maze en overhead frame elektrische continuïteit en gemalen zorgen voor de voorversterker. Video bijhouden Opnemen, spoor en video's in real-time te analyseren met een enkele bovenliggende camera in stap 1.2.2 beschreven. Monteer een overhead camera (standaard VGA, 80 fps) op een overhead geanodiseerd aluminium frame om de rat te volgen Gebruik een licht emitterende diodes (LEDs) die aan headstage de rat om de positie van de rat volgt of volgen het zwaartepunt van de contour van de rat met een geautomatiseerd volgsysteem. Gebruik de Cineplex Basic Gedrag module om de positiegegevens onl analyserenine en ook de gegevens bestand voor verdere offline analyse. Opmerking: We gebruiken de cineplex Behavioral Research System 3.4.1 voor het opnemen, het volgen en analyseren van de positie van de rat. De Cineplex Tracking module wordt gebruikt voor het bijhouden van de rat. Voor het effectief volgen van de voortgang van het dier, gebruiken de Cineplex Basic Gedrag module om zones te creëren in twee-dimensionale ruimte op relevante posities van de doolhof die betekenis in de taak hebben. Zones kunnen worden gecombineerd tot sequenties en Cineplex logische gebeurtenissen (zoals vermeldingen in zones en vervulling van de sequenties) zijn zodanig dat als de rat voldoet aan de criteria voor het evenement, dat evenement waar wordt toegewezen. Evenementen met digitale uitgangen en de interface toe te wijzen via een superport ingang kaart aan de gedrags-systeem. Een volledig geautomatiseerd gedrag controlesysteem Gedragstest arena: Gebruik een geschikte vorm-test arena voor de gedrags-taak op de Vloerprojectie Maze. Construct het zijnna het gebruik van matte witte acryl en plaats het direct op de Vloerprojectie Maze. Opmerking: afmetingen kan worden aangepast voor de gedrags-taak gebruikt. Muren zijn meestal 45-50 cm in hoogte. Hier gebruiken we dubbelzijdig testen arena's (vlinderdas doolhof 12) om het aantal proeven uitgevoerd in een sessie (Figuur 1B voor de afmetingen van de vlinderdas doolhof) te maximaliseren. De test arena heeft vier aangewezen gebieden gedefinieerd in de software voor het bijhouden: East Beeldgebied, West afbeelding Area, een Oost-Trial Ready gebied, en een West-Trial Ready gebied (figuur 1C). Behavioral systeem: Een gedrags-interface systeem aangestuurd door MED-PC IV software draait programma's geschreven in-huis in MEDstate Notation (zie bijlage). Gebruik de gebeurtenissen uit Cineplex gedrags-systeem om de voortgang van een rat te volgen tijdens de taak, de controle beeldpresentatie, leveren auditieve signalen en leveren beloning. Interface de superport uitgang kaart Omniplex digitale ingang tot tijd st verwervenamped gedrags gebeurtenis gebeurtenissen in de PlexControl softwareomgeving voor offline analyses. Uitgifte van auditieve signalen met behulp van een programmeerbare audio generator. Opmerking: Behavioral gebeurtenissen uit het apparaat komt hier gepresenteerde kan apparatuur van derden (bv. laserlicht voor optogenetic stimulatie) bedienen via een data-overdracht raad indien nodig. Huis de superport uitgang kaart, superport ingangskaart en programmeerbare audio generator in een tabletop-interface kast. Interface de kaarten met een DIG-704PCI-2 PCI kaart in een personal computer (PC) met een DIG-700F Decoder kaart in het tafelblad kast geïnstalleerd geïnstalleerd. Leveren bipolaire blokgolf ICS aan de rat met behulp van een programmeerbare intracraniële zelf stimulatie stimulator. Sluit de stimulator apparaat met de pc via een PHM152 COM kaart. Aanbevolen ICS parameters: Pulse 1 en 2 duur: 500 msec; Vertraging tussen Pulse 1 en 2: 500 msec; Frequentie: 100 Hz. Opmerking: ICS leveringis geautomatiseerd tijdens de taak, maar kan handmatig worden geleverd met behulp van een programmeerbare knop doos gekoppeld aan een SmartCtrl module. Neurale data-acquisitiesysteem Zorg ervoor dat de Vloerprojectie Maze frame en ICS is geaard zodat de voorversterker van de Omniplex Neural Data Acquisition System om elektrische ruis in de neurale opnames te minimaliseren. Tegelijkertijd neurale gegevens te verzamelen, positionele coördinaten van Cineplex en gedragsproblemen evenement vlaggen uit de gedrags-systeem in het bestand voor offline analyses. 2. Bereiding van dieren Dieren Verkrijgen naïeve 22 dagen oude mannelijke Long-Evans ratten. Paar het huis van de ratten en hen in staat stellen om te acclimatiseren aan de vivarium voor een week. Handvat ratten dagelijks gedurende ca. 5 min.. Zodra ratten bereiken 250-275 g, beginnen voedsel schema behoud van hun lichaamsgewicht wordt in 85-90% van hun vrije voeding gewicht. Doel weechten worden verhoogd met 10 g / maand tot ratten bereiken 350 g. Enkel huis de ratten en het eten schema voor minstens een week blijven voordat u begint een operatie om stimulatie en registratie-elektroden te implanteren. Chirurgische implantatie Uit te voeren chirurgische ingrepen onder standaard aseptische omstandigheden en volgens de institutionele en wettelijke richtlijnen. Verdoven ratten met isofluraan. Een insnijding in de hoofdhuid aan de schedel voor het reinigen en identificatie van bregma en lambda onthullen. Maak craniotomies bij de desbetreffende coördinaten. Bevestig schedel ankerschroeven. Laat de tip van een ICS elektrode in de MFB met de volgende coördinaten: antero-posterior, -2,7 mm van bregma, laterale, ± 1,8 mm; dorsoventral, -8,5 mm van de schedel oppervlak. Een tweede ICS elektrode kan worden ingeplant in het tegenovergestelde halfrond als een back-up in geval van storing elektrode. Bevestig de ICS elektroden aan thij schedel en anker schroeven met botcement. Niet cement het voetstuk (kunststof behuizing aan de stimulerende elektrode) van de elektroden. Laat de opname elektroden in de plaats van belang en zet het apparaat met botcement. Plaats de ICS voetstuk weg van het opnameapparaat en zet de ICS elektroden en opname-apparaten aan het anker schroeven met botcement. Laat ten minste zeven dagen herstel voordat u begint de gewenning aan de vormgeving protocol. 3. Behavioral Shaping: Algemeen Shaping bestaat uit drie fasen: vroege, intermediaire en late Shaping (figuur 2). Opmerking: Het doel van Vroege en Intermediate vormgeving is om de rat te trainen om een stationaire 'ready position' in de Ready gebied te behouden voor elk onderzoek, en voer een aantal proeven in een sessie. Semi-automatiseren gedrags vormgeven zodat training kan worden aangepast aan de individuele leer-tarieven van een rat. ONCea rat handhaaft een succesvolle 'gerede positie', gaat naar specifieke vormen (Na vorming) taak met als doel het overbrengen van de rat op een volledig geautomatiseerd protocol voor nauwkeurige en onpartijdige gedragscontrole (figuur 2). Vroege vormen (figuur 2A) Dag 1: wennen de rat naar de gedrags-kamer gedurende 10 minuten met de apparatuur ingeschakeld dan terug naar de kolonie. Dag 2: Herhaal stap 1, dan wennen de dieren aan het testen arena gedurende 10 minuten. Dag 3: Sluit de ICS en headstage aanbinden om de rat, en wennen de rat om het testen arena gedurende 10 minuten. Dag 4: Bepaal de laagste ICS amplitude naar een plek voorkeur met behulp van een informele plek voorkeur conditioning protocol vast te stellen. Titreer Pulse 1 en 2 amplitudes. Typische amplitude waarden zijn 20-80 uA. Vanaf dag 5: Lever ICS beloning aan de ratten te trainen om associëren de Ready gebied en oost en west afbeeldingpresentaties met ICS beloning. Ga door totdat de rat wordt afwisselend tussen Oost en West afbeelding Areas. Tussenproduct vormen (Figuur 2B). Breng witte ruis (50 dB) aan het begin van een proef signaal. Schakel de witte ruis wanneer de rat komt in de Ready gebied. Automatiseer ICS levering voor binnenkomst in de Ready gebied, en voor de voltooiing van een succesvolle 'klaar posities'. Pas de waarschijnlijkheid van ICS levering bij binnenkomst en succesvolle 'ready position' om gedrag te versterken. Opmerking: Stel de beloning kansen handmatig prestaties individuele rat passen tijdens het vormen. Verlaag beloning kansen voor toegang tot het Ready gebied en onderhouden van succesvolle klaar posities. Aanbevolen uiteindelijke kans op beloning voor het vervullen van een succesvolle 'klaar posities is 5-10%. Ratten worden beloond voor alle juiste keuzes. Begin met korte 'ready position' duur (bijv. 200 msec). Geleidelijk verhogen van de 'ready position' duragen in 100 msec stappen. Zet de witte ruis als de rat voortijdig breekt de 'ready position', zodat de rat heeft om het proces opnieuw te starten. Ga naar Late vormgeving als rat houdt in de 'ready position' voor maximaal 1.200 msec. Late shaping (figuur 2C). Opmerking: Training in Late vormgeving is specifiek voor de taak waarbij de rat zal uitvoeren. Automatiseer opleiding in deze vormgeven stap voor nauwkeurige en onpartijdige controle van alle taakparameters maar flexibiliteit te behouden om ICS beloningen handmatig te leveren. Trainingsprotocollen twee taken beschreven. Visuele Biconditional discriminatie (vBCD) taak: Gebruik duidelijke visuele stimuli om de ratten te trainen op een eenvoudige vorm en luminantie discriminence. Begin het proces door te draaien op de witte ruis. 1200 msec – willekeurig 'ready position' latencies van 700 op te leggen. Leveren ICS handmatig indien nodig om succesvolle 'klaar po versterkennames '. Present een paar beelden in de presentaties gebied. Pseudo presenteren de juiste afbeelding op de linker-of rechterkant van het beeld. Leveren ICS voor een juiste reactie en duidelijk de vloer. Een correcte reactie wordt geregistreerd wanneer de rat komt in de zone waarin de juiste foto te vinden is. Op de eerste dag van de opleiding alleen, geven een 75 dB uitbarsting van witte ruis als een afschrikmiddel voor een verkeerde reactie. Afgifte van een correctie proef na een verkeerde proef. Correctie proeven hebben identieke parameters (linker-of rechterkant en 'ready position' latency) als de vorige onjuiste proef. Zodra de ratten zijn in staat om op een eenvoudige wijze met succes uit te voeren, introduceren de andere verdieping patronen om de Biconditional discriminatie regel trainen. Presenteer een paar nieuwe foto's en twee verschillende vloer patronen om te dienen als de context. Het juiste beeld is afhankelijk van de vloer patroon, bijvoorbeeld de zwarte star is correct wanneer de vloer is grijs en de witte cirkel is correct wanneer de vloer is gestreept (Figuur 3C). Pseudo toewijzen de vloer patroon en de positie (links of rechts) van correct beeld voor elk onderzoek te waarborgen dat proeven worden gecompenseerd het. Implementeren correctie onderzoek werden na een onjuiste proef waarin het proces parameters zijn identiek aan de vorige proef. Visuospatiële aandacht (VSA) taak: Aanwezig verlichte witte cirkels op welbepaalde ruimtelijke locaties in de arena om de ratten te trainen om de ruimtelijke locatie van het doelwit cirkel benaderen. Opmerking: Voor deze taak de arena heeft grijze cirkels op verschillende ruimtelijke locaties in de Oost-en West Afbeelding Areas. Na een succesvolle 'ready position', zal de doelcirkel verlichten (wit worden), en de rat moet dat doellocatie (Figuur 3B) te benaderen. Willekeurig 'ready position' latencies van 1,000-1,60 opleggen0 msec op proef bij wijze van proef. Leveren ICS handmatig indien nodig om succesvolle 'klaar posities te versterken. Na voltooiing van 'ready position', willekeurig verlichten de grijze cirkels. Leveren ICS wanneer de rat komt in de zone van de verlichte cirkel. Schakel de verlichting en beginnen de volgende proef op de tegenovergestelde (oost of west) kant. Aan het begin van de Late vormgeving, verlichten de cirkel totdat de rat benadert of totdat het proces eindigt (5 sec na het verlichten van de cirkel). Score elke proef, ongeacht of juist of nalaten proef. Voor omissie proeven, verlichten de hele vloer (witte vloer gepresenteerd) en geen beloning zal beschikbaar zijn tot de volgende proef. Wanneer de prestaties van de rat bereikt 80% correct, verminderen de hoeveelheid tijd die de cirkel blijft branden tot 1 sec. De rat heeft 5 sec om een ​​keuze te maken. Niet belonen voor onjuiste proeven. Start de volgende proef. Als een omissie trial., verlichten de vloer en start een nieuw proces. Bij 80% correct verder dalen het moment dat de doelcirkel brandt tot 500 msec. Kies doel locaties willekeurig voor elke proef. De rat zal blijven 5 seconden hebben om een ​​keuze te maken voordat de hele vloer verlicht aan het einde van dat proces signaleren. Niet belonen voor onjuiste of nalaten proeven. De rat moet een nieuw proces aan de andere kant van de arena initiëren. Let op: Extra cirkels kunnen worden toegevoegd in elke afb.gebied om verder te verhogen moeilijkheidsgraad.

Representative Results

Het doel van de algemene vormgeving stappen is om de rat wennen aan het testen arena, train de rat in een stilstaande 'ready position' te blijven voor de presentatie van het doel visuele stimuli, en de aanpak van de locatie van de juiste visuele stimulus. Na gewenning aan de testkamer, arena, en kettingen, Early vormgeving vereist meestal 100-150 proeven totdat de ratten worden afwisselend tussen de oost-en westzijde van de arena. Tijdens Vroege vormgeven van de ratten meestal lopen door de Ready gebied in het midden van de arena en het grootste deel van de tijd het verkennen van de omtrek van de arena (Figuur 4A). Ratten bij de Intermediate vormgeving stadium leren geleidelijk aan een stationaire 'ready position' in de Ready gebied waarvoor 600-700 proeven behouden. Op dit punt, zijn paden dieren stereotiep loops uit de Ready gebied aan de afbeelding met minder tijd besteed aan het verkennen van de omtrek van het doolhof. Nochtans, worden de ratten niet handhaven van een stationaire 'klaar poling ", aangegeven door de snelheid waarmee ratten doorkruisen het centrum Ready gebied (Figuur 4B). Tegen het einde van Intermediate vormgeving, ratten houden een stationaire 'ready position' in de Ready gebied voor het benaderen van de doelgroep visuele stimulus. De rat start vervolgens de volgende proef aan de andere kant van de arena (Figuur 4C). De integratie van de software voor het bijhouden en de neurale Data Acquisition System met een gedrags-besturingssysteem zorgt voor een event related analyses van neurale gegevens. Verrijdbaar elektrode arrays kunnen strategisch worden geplaatst om een ​​enkele eenheid en lokale veldpotentiaal activiteiten vast te leggen. Opnames werden uitgevoerd in postrhinal cortex hebben plaatsgevonden, wanneer ratten uitgevoerd de vBCD taak. Perievent histogrammen en raster plots tonen aan dat cellen in postrhinal cortex reageren op het begin van de doelgroep visuele stimulus en het begin van de vloer patroon (figuur 5A). In de posterieure pariëtale cortex van rats het uitvoeren van de VSA taak cellen reageren op het beeld presentatie, en toen de keuze werd gemaakt door het invoeren van de zone die het doel afbeelding (Figuur 5B) gedefinieerd. Lokale veld potentiële activiteit in de posterieure pariëtale cortex tijdens de uitvoering in de VSA taak toont sterke macht in de theta bereik (~ 8 Hz) als ratten in de 'ready position' voor het beeld presentatie (figuur 5C). Figuur 1. Experimentele opstelling. A. Schematische voorstelling van de gedrags-en controlekamers. De Vloerprojectie Maze is gehuisvest in de gedrags-kamer. Ratten worden bewaakt via een overhead camera. De controlekamer herbergt de apparatuur om de taak te controleren en neurale gegevens te verzamelen. B. Afmetingen vanhet strikje doolhof. C. Screen capture van Cineplex Studio. Zones worden gedefinieerd door de gebruiker. Logische gebeurtenissen worden als CINEPLEX digitale uitgangen gestuurd naar de gedrags-controlesysteem (Med Associates) om de voortgang van de rat te volgen. Klik hier voor grotere afbeelding. Figuur 2. Schematische voorstelling van de vorming stappen. A. In Vroege vormgeven van de rat ICS voor het invoeren van de Ready gebied, en het invoeren van Oost en West Afbeelding Areas. Het doel is om de rat te trainen om deze gebieden te associëren met ICS beloning. B. Intermediate vormgeving is gericht op het trainen van de ratten aan een stationaire 'ready position' in de Ready gebied te behouden. De beelden worden onl gepresenteerdy na onderhouden van een succesvolle 'ready position'. Ratten blijven ICS ontvangen voor het naderen van de afbeelding in de omgeving. C. Bij Late vormgeving, wordt de rat met succes handhaven van een stationaire 'ready position'. Training is taakspecifieke, en de rat is opgeleid om specifieke regels leren om een ​​bepaalde taak uit te voeren. Lightning geeft ICS levering. Klik hier voor grotere afbeelding. Figuur 3. A. Schematische voorstelling van de vBCD taak Wanneer de vloer is grijs, wordt de zwarte ster beloond;.. Wanneer de vloer is gestreept, wordt de witte cirkel beloond B. Schematische voorstelling van de VSA taak. Grijze cirkels geven de doelgroep locaties in de afbeelding gebieden.De stimulus is een korte (500 msec) verlichting (wit) van een van de cirkels. De ratten worden beloond voor het benaderen van de juiste doellocatie. Klik hier voor grotere afbeelding. Figuur 4. Voorbeeld paden tijdens het vormen. Positie gegevens van twee minuten segmenten van een rat presteren op verschillende vormgeving stappen. Snelheid van het dier wordt vertegenwoordigd door de hitte kaart. Koude kleuren vertegenwoordigen langzaamste snelheid en warme kleuren geven de hoogste snelheden. A. tijdens de vroege vormgeven ratten verkennen en achter op de buitenste muren van het Oosten en het Westen imago gebieden en stop niet in de Ready gebied. B. Een stereotiepe pad begint te ontstaan ​​in Intermediate shna-apen. Paden vormen een lus in de richting van de afbeelding gebieden terug naar de Ready gebied. Ratten beginnen met een 'ready position' in de Ready gebied. C met succes handhaven. Wanneer ratten vooruitgang op Late vormgeving, ratten houden stationaire 'klaar posities' en de paden van de ratten zijn meer stereotiepe. Klik hier voor grotere afbeelding. Figuur 5. Voorbeelden van perievent gerelateerde analyses A.. Cellen opgenomen van de postrhinal cortex tijdens de vBCD taak met verschillende antwoorden op de presentatie van het doel afbeelding (links), en de presentatie van de verdieping (rechts). B. Cellen opgenomen van de posterieure pariëtale cortex tijdensde VSA taak met verschillende reacties op de verlichting van de cirkel (links). Verhoogde afvuren na het kiezen van de ruimtelijke locatie waar de doelcirkel verlicht (rechts). C. Spectrogram vertoont een sterke theta macht in de posterieure pariëtale cortex tijdens de 'ready position'. De verticale rode lijn geeft het einde van een succesvolle 'ready position' en de presentatie van de beelden. De verticale blauwe lijn geeft de presentatie van Floor 1 tijdens het proces starten in de vBCD taak. De verticale groene lijn geeft aan dat een keuze in de VSA taak werd geregistreerd. Klik hier voor grotere afbeelding.

Discussion

We formeel te beschrijven protocollen om ratten te trainen op volledig geautomatiseerde complexe visuele cognitieve taken op de Vloerprojectie Maze. De Vloerprojectie Maze is met succes gebruikt om neurale correlaten van object-locatie voegwoorden en foutsignalen vestigen in postrhinal cortex tijdens de uitvoering op een 2-keuze visuele discriminatie taak 1.

De gedrags vormen protocol is ontworpen om flexibel te zijn zodat deze kan worden aangepast aan leersnelheid individuele rat passen. Aangepaste code geschreven voor de gedrags-systeem kan de experimentator om de waarschijnlijkheid van geautomatiseerde ICS aflevering op cruciale stappen te beheersen tijdens de opleiding, bijvoorbeeld het trainen van de 'ready position'. De code moet ook mogelijk handmatig levering van ICS met een programmeerbare knop doos tijdens. Het doel van Early vormgeving is effectieve ICS stimulatie te stellen voor beloning levering aan gedrag te versterken. Indien mogelijk adviseren wij implanteren stiformuleren van elektroden bilateraal in MFB in geval van niet-effectieve stimulatie in een halfrond. Onze ervaring, echter, is dat bijna alle geïmplanteerde ICS elektroden functioneel naar een mooie stimulans leveren geweest. De Intermediate vormgeving fase is van cruciaal belang voor het trainen van de rat tot een 'ready position' in de Ready gebied te behouden. In de 'ready position', moet de rat stationair met de neus wijst naar de afbeelding Gebieden waar de keuze beelden zullen worden gepresenteerd zijn. De 'ready position' regelt wanneer de afbeeldingen worden weergegeven, de richting van waaruit de rat nadert de beelden en de afstand van waar de rat ziet de beelden. We raden volgen LEDs gemonteerd op headstage de rat aan de richting waarin de kop van de rat wijst beter te beheersen gedrag en meer nauwkeurige controle van het doelpresentatie controleren. Handmatig levering van ICS kunnen worden afgegeven aan ratten trainen om de juiste 'ready positie & # handhaven8217;. Wanneer de rat is het handhaven van voldoende 'klaar posities' in elke studie, training in de late vormgeving is taakspecifieke. In Late vormgeving ratten worden getraind om specifieke regels leren om een ​​bepaalde taak uit te voeren.

We maken gebruik van ICS als onze manier van beloning levering als deze methode biedt onmiddellijke feedback aan de rat resulteert in een snellere leren tijdens gedrags-shaping, en meer voltooide proeven in een sessie bij het verzamelen van neurale gegevens in de geautomatiseerde taak. ICS levering echter resulteert in elektrische artefacten in de neurale opnames en problematisch voor het analyseren continu LFP of meervoudige gegevens. Het interval rond de elektrische artefact kan offline worden verwijderd uit de neurale opname gegevensbestand voor continue gegevensanalyse. Stereotiepe artefacten van ICS in high-pass gefilterde spike gegevens kunnen gemakkelijk offline worden verwijderd zonder dat dit invloed enkele spike analyses. Toekomstige optimalisatie van protocollen voor de Vloerprojectie Maze omvat het gebruik optogenetische gereedschappen interne beloning artefacten in verband met elektrische stimulatie beperken en te elimineren leveren.

De Vloerprojectie Maze is geoptimaliseerd voor de visuele mogelijkheden van ratten en is dus beter geschikt voor visueel geleide gedragstaken. Opgemerkt zij dat directe vergelijkingen kunnen worden gemaakt tussen experimentele paradigma in Vloerprojectie Maze en operante kamers door verschillende experimentele protocols toegepast en verschillende definities van criterium voor succesvolle overname van een bepaalde taak. We hebben eerder aangetoond, echter dat ratten een eenvoudige 2-keuze visuele discriminatietaak verworven ~ 50 proeven in de Vloerprojectie doolhof 2 vergeleken bij> 300 proeven in andere studies waarbij afbeeldingen verticaal in operante kamers 3,10 gepresenteerd. De VSA taak werd gemodelleerd naar de klassieke 5-keuze seriële reactie taak 13 (5-CSRT) ontworpen om visuele aandachtsprocessen beoordelenprocessen. Typisch de 5-CSRT wordt uitgevoerd in een operante kamer uitgevoerd en vereist het dier naar een neus poke te maken in de juiste neus-poke gat aangegeven door een lichtflits, hier de VSA taak wordt uitgevoerd in een open arena waar dieren moeten blijven gedragen stationair op een specifieke locatie in de arena, richten hun aandacht op het doel plaatsen en wacht tot het licht stimulus te verschijnen. In onze ervaring, ratten nodig ~ 3200 proeven om criterium (75% op twee opeenvolgende dagen) in de 5-CSRT 14 ten opzichte van ~ 800 proeven in de VSA taak in de Vloerprojectie Maze bereiken.

Een ander voordeel van gedrags-taken uitgevoerd op de Vloerprojectie Maze is dat taken in een grote open arena, die de natuurlijke neiging van de rat om zijn omgeving te verkennen, in tegenstelling tot taken die het dier nodig heeft om haar blik te bevestigen aan een benut worden uitgevoerd stationair doelwit. Een groot voordeel van het gebruik van vrij bewegende ratten in een open arena &# 160; in de Vloerprojectie Maze inrichting is dat zowel allocentric en egocentrische ruimtelijke informatie kunnen worden verzameld met visuele informatie. Een ander voordeel van onze paradigma is dat taken moeten niet beperkt blijven tot de presentatie van statische beelden. Plaats en kenmerken van visuele stimuli die zijn dynamisch kan worden gebruikt voor toekomstige werkzaamheden. Met behulp van mogelijkheden voor het volgen van de Cineplex Behavioral Research System, kunnen taken worden ontwikkeld voor een meer gedetailleerd functioneel begrip van een bepaalde hersenstructuur. De combinatie van gelijktijdige elektrofysiologische opnames met visueel geleide cognitieve taken, kan fundamentele vragen over hoe hersenactiviteit is gerelateerd aan cognitieve processen zoals besluitvorming en visuele discriminatie worden onderzocht.

Met behulp van visueel geleide taken, kunnen de bevindingen van studies bij ratten beter worden vertaald naar de mens met het uiteindelijke doel van het verstrekken van therapieën voor menselijke cognitieve aandoeningen.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Dit werk werd ondersteund door NSF IOS 1146334, NSF EFRI 0937848, DARPA N66001-10-C-2010, en NSF IOS 0.522.220 naar RDB. Wij danken Stacie Hyatt at Plexon Inc voor hulp bij de voorbereiding van dit manuscript.

Materials

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
PlexiGlass 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
Software
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&#34. 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. , (2007).

Tags

Visual Cognitive TasksFloor Projection MazeNeural Activity RecordingElectrophysiological RecordingsAutomated Cognitive TasksAnimal Tracking SystemIn Vivo ElectrophysiologyRodent Model SystemCognitive Processes

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Jacobson, T. K., Ho, J. W., Kent, B. W., Yang, F., 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).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image