Tâches cognitives visuels automatisés pour l'enregistrement de neurones activité en utilisant une projection au sol Maze

Toutes les procédures étaient conformes aux lignes directrices du Comité de l'Université Brown institutionnel de protection et d'utilisation des animaux. Une. Aperçu des systèmes Un système de suivi vidéo interagit avec un système de contrôle du comportement de surveiller les progrès du rat dans une tâche donnée, d'évaluer les comportements cibles, la présentation du stimulus de contrôle et de livrer des récompenses basées sur les progrès du rat. Un système d'enregistrement électrophysiologique in vivo recueille des données de neurones pour les analyses d'événements liés. (Figure 1A). La projection au sol Maze La projection au sol Maze 2 est un champ ouvert sans murs (147,3 cm x 111,8 cm) avec un plexiglas incolore plancher libre (0,6 cm d'épaisseur). Le dessous de la chaussée est un gain unité d'écran Dual Vision Tissu qui est étiré sur un second rectangle de pièces en plexiglas (147,3 cm x 111,8 cm x 1,25 cm) pour la projection arrière à l'aide d'un projecteur à focale courte. Connectez le projecteurde la carte vidéo dans le système de comportement PC. Tenez le plexiglas, le tissu de l'écran, et le projecteur en utilisant un cadre en aluminium anodisé. Installez un cadre anodisé en tête de monter une caméra de tête et un système de poulie pour interfacer les ICS et headstage attaches pour le rat. Remarque: Branchez le cadre de maintien de la Maze de projection au sol et le cadre généraux pour assurer la continuité électrique et la terre au préamplificateur. suivi de la vidéo Enregistrer, suivre et analyser des vidéos en temps réel avec une seule caméra de tête décrite à l'étape 1.2.2. Monter une caméra aérienne (VGA standard, 80 fps) sur un cadre en aluminium anodisé en tête de surveiller le rat Utiliser soit des diodes électroluminescentes (DEL) attachés à la headstage du rat pour surveiller la position du rat, ou de suivre le centroïde du contour du rat avec un système de suivi automatisé. Utilisez le module de comportement Cineplex base pour analyser les données de position ONLine et également sauvegarder le fichier de données pour une analyse ultérieure hors ligne. Remarque: Nous utilisons le système de recherche comportementale Cineplex 3.4.1 pour l'enregistrement, le suivi et l'analyse de la position du rat. Le module de suivi Cineplex est utilisé pour le suivi du rat. Pour un suivi efficace de la progression de l'animal, utilisez le module de comportement Cineplex base pour créer des zones dans l'espace à deux dimensions à des positions pertinentes du labyrinthe qui ont une signification dans la tâche. Les zones peuvent être combinés en séquences, et des événements logiques Cineplex (tels que les entrées dans les zones et la réalisation des séquences) sont attribués de telle sorte que si le rat répond aux critères de la manifestation, cet événement devient vrai. Attribuer des événements avec sorties numériques et interface via une carte d'entrée de superport au système comportemental. Un système de commande de comportement entièrement automatisé Arène de test comportemental: Utilisez une arène de test en forme de appropriée pour la tâche comportementale sur la projection au sol Maze. Construire le sontna utilisant acrylique mat blanc et le placer directement sur la projection au sol Maze. Note: Les dimensions peuvent être personnalisés pour la tâche comportementale utilisée. Les murs sont généralement 45-50 cm de hauteur. Ici, nous utilisons les arènes de test double-face (nœud papillon labyrinthe 12) afin de maximiser le nombre d'essais effectués dans une session (figure 1B pour les dimensions du labyrinthe de nœud papillon). L'arène de test dispose de quatre zones désignées définies dans le logiciel de suivi: la région de l'Est de l'image, à l'ouest de la région de l'image, un prêt de la région de l'Est de première instance, et une zone de préparation de l'Ouest de première instance (figure 1C). Système comportemental: Un système d'interface comportement contrôlé par le logiciel MED-PC IV gère des programmes écrits en interne dans MEDstate de notation (voir l'annexe). Utilisez les événements de Cineplex système comportemental de suivre les progrès d'un rat au cours de la tâche, de contrôler la présentation de l'image, de fournir des signaux audio et offrir une récompense. Interface de la carte de sortie de superport à l'entrée numérique Omniplex pour acquérir le temps stAmped occurrences d'événements de comportement dans l'environnement logiciel PlexControl pour déconnecté analyses. Émettre des signaux sonores en utilisant un générateur audio programmable. Remarque: Les événements du comportement de l'appareil présenté ici peuvent utiliser de l'équipement de tiers (par exemple laser pour la stimulation optogenetic) via une carte de transfert de données si nécessaire. Maison superport carte de sortie, carte d'entrée de superport et générateur audio programmable dans une armoire d'interface de table. Interfacer les cartes avec une carte DIG-704PCI-2 PCI installée dans un ordinateur personnel (PC) en utilisant une carte de décodeur DIG-700F installé dans l'armoire de table. Livrer bipolaires ICS d'ondes carrés chez le rat en utilisant une autostimulation intracrânienne stimulateur programmable. Connectez l'unité de stimulateur au PC via une carte PHM152 COM. Paramètres recommandés de l'ICS: Pulse 1 et 2 Durée: 500 ps; délai entre impulsions 1 et 2: 500 ps; Fréquence: 100 Hz. Remarque: livraison ICSest automatisé au cours de la tâche, mais peuvent être livrés manuellement à l'aide d'une boîte de bouton programmable interfacé avec un module SmartCtrl. Neural système d'acquisition des données S'assurer que le système de projection au sol de cadre de Maze et ICS est fondée à le préamplificateur de la Neural Data Acquisition System Omniplex pour minimiser le bruit électrique dans les enregistrements de neurones. Simultanément la collecte de données de neurones, les coordonnées de position de Cineplex et drapeaux d'événements comportement du système comportemental dans le fichier de données hors connexion analyses. 2. Préparation des animaux Animaux Obtenir naïfs vieux 22 jours des rats mâles Long-Evans. Paire loger les rats et leur permettre de s'acclimater à la vivarium pendant une semaine. Poignée rats quotidien pour ~ 5 min. Une fois les rats atteignent 250-275 g, commencer horaires alimentaires maintenir leur poids corporel à 85-90% de leur poids d'alimentation libre. nous cibleroits sont augmentés de 10 g / mois jusqu'à rats atteignent 350 g. Maison individuelle les rats et poursuivre le programme alimentaire pour au moins une semaine avant le début de la chirurgie pour implanter stimulation et d'enregistrement des électrodes. Implantation chirurgicale Effectuer des procédures chirurgicales dans des conditions aseptiques standard et conformément aux directives institutionnelles et réglementaires. Anesthésier les rats avec de l'isoflurane. Faire une incision dans le cuir chevelu pour révéler le crâne pour le nettoyage et l'identification des bregma et lambda. Faire craniotomies les coordonnées pertinentes. Fixez les vis d'ancrage du crâne. Abaissez la pointe d'une électrode de ICS dans le MFB en utilisant les coordonnées suivantes: antéro-postérieur, -2,7 mm de bregma; latérale, ± 1,8 mm; dorso-ventral, -8,5 mm de la surface du crâne. Une deuxième électrode de ICS peut être implanté dans l'hémisphère opposé comme une sauvegarde en cas de mauvais fonctionnement de l'électrode. Fixez les électrodes de l'ICS à tes crâne et d'ancrage des vis à ciment osseux. Ne pas cimenter le socle (de boîtier en matière plastique sur l'électrode de stimulation) des électrodes. Abaissez les électrodes d'enregistrement dans le site d'intérêt et fixer le dispositif avec du ciment osseux. Placez le piédestal ICS loin de l'appareil d'enregistrement et de sécuriser les électrodes de l'ICS et les appareils d'enregistrement pour les vis d'ancrage avec du ciment osseux. Permettre la récupération d'au moins sept jours avant le début de l'accoutumance au protocole de mise en forme. 3. Façonner comportemental: général Shaping compose de trois étapes: précoce, intermédiaire et tardive Shaping (Figure 2). Remarque: L'objectif de mise en forme précoce et intermédiaire est de former le rat de maintenir une «position d'attente» fixe dans la zone de Prêt pour chaque essai, et effectuer de nombreux essais dans une session. Semi-automatiser mise en forme de comportement si la formation peut être adaptée aux rythmes individuels d'un rat. Oncea rat maintient une «position d'attente» réussie, passez à la tâche de mise en forme spécifique (mise en forme tardive) dans le but de transférer le rat sur ​​un protocole entièrement automatisé pour le contrôle du comportement précis et impartial (Figure 2). Mise en forme précoce (figure 2A) Jour 1: habituer le rat à la salle de comportement pendant 10 minutes avec l'équipement sous tension, puis revenir à la colonie. Jour 2: Répétez l'étape 1, puis habituer l'animal à l'arène d'essai pendant 10 min. Jour 3: Connecter les ICS et les attaches de headstage chez le rat, et habituer le rat à la scène d'essai pendant 10 min. Jour 4: Déterminer le plus faible amplitude de ICS pour établir une préférence de place en utilisant un protocole préférence de conditionnement de lieu informel. Titrer Pulse 1 et 2 amplitudes. Des valeurs d'amplitude typiques sont de 20 à 80 uA. De jour 5: Livrer ICS récompense pour former les rats à associer la zone de préparation et présentations de l'est et de l'image à l'ouest avec IRécompense CS. Continuez jusqu'à ce que le rat est alternée entre l'Est et l'Ouest parties de l'image. Mise en forme intermédiaire (Figure 2B). Introduire un bruit blanc (50 dB) pour signaler le début d'un procès. Désactiver le bruit blanc lorsque le rat entre dans la zone de préparation. Automatiser la livraison ICS d'entrée dans la zone de préparation, et pour terminer «positions» prêts succès. Ajustez la probabilité de livraison ICS à l'entrée et réussi »position d'attente" pour renforcer les comportements. Remarque: Réglez les probabilités de récompense manuellement en fonction de la performance du rat individu pendant le façonnage. Diminuer les probabilités de récompense d'entrée dans la zone de préparation et le maintien de positions prêtes succès. Probabilité finale recommandée de récompense pour l'accomplissement de «positions prêts succès est de 5-10%. Les rats sont récompensés pour tous les bons choix. Commencez par de courtes durées "de position prête» (par exemple 200 ms). Augmentez graduellement la durée "position d'attente"tions de 100 msec. Allumez le bruit blanc si le rat brise prématurément la «position d'attente» de sorte que le rat doit redémarrer le procès. Déplacer à la fin de mise en forme quand rat est maintenant dans la «position prête» pour un maximum de 1200 ms. Mise en forme tardive (figure 2C). Remarque: La formation dans l'élaboration tardive est spécifique pour la tâche dans laquelle le rat va effectuer. Automatiser la formation dans cette étape de mise en forme pour un contrôle précis et impartial de tous les paramètres de la tâche, mais de maintenir la flexibilité de livrer manuellement récompenses de l'ICS. protocoles de formation pour les deux tâches sont décrites. Discrimination biconditional visuelle (vBCD) tâche: Utilisez stimuli visuels distincts pour former les rats sur une forme simple et luminance discriminence. Commencer le procès en tournant sur le bruit blanc. Hasard imposer «prêts de position« temps de latence de 700 – 1200 ms. Livrer ICS manuellement si nécessaire de renforcer succès 'po prêtsitions ». Présenter une paire d'images dans la zone de présentation de l'image. Présenter pseudo-aléatoire la bonne image sur le côté gauche ou droit de la zone de l'image. Livrer ICS pour une réponse correcte et effacer le sol. Une réponse correcte est enregistrée lorsque le rat entre dans la zone dans laquelle l'image correcte est situé. Le premier jour de la formation seulement, émettre une salve de 75 dB de bruit blanc comme un moyen de dissuasion pour une mauvaise réponse. Émettre un jugement de correction après un procès incorrect. essais de correction ont des paramètres identiques (côté gauche ou droit et latence "de position d'attente») que le procès incorrect précédente. Une fois que les rats sont capables de réaliser avec succès la discrimination simple, présenter les différents modèles de sol pour former la règle de discrimination biconditional. Présenter une nouvelle paire d'images et de deux modèles de sol distinctes pour servir de contexte. L'image correcte est subordonnée à la structure du sol, par exemple la station noirr est correcte lorsque le sol est gris et le cercle blanc est correcte lorsque le sol est rayé (figure 3C). Pseudo-affecter le modèle de sol et la position (gauche ou droite) de l'image correcte pour chaque essai veiller à ce que les essais sont compensées. Mettre en œuvre des essais de correction après un procès incorrect dans lequel les paramètres de l'essai sont identiques à l'essai précédent. Attention visuo-spatiale (VSA) tâche: cercles blancs présents à des endroits éclairés spatiales définies dans l'arène pour former les rats d'aborder la localisation spatiale du cercle de cible. Remarque: Pour cette tâche, l'arène a des cercles gris à différents emplacements spatiaux dans les parties de l'image de l'Est et de l'Ouest. Après une «position d'attente» de succès, le cercle cible s'allume (tourner blanc), et le rat doit aborder cet emplacement cible (figure 3B). Imposer au hasard latences "de position" prêt de 1,000-1,600 ms sur un procès à titre d'essai. Livrer ICS manuellement si nécessaire de renforcer les positions «prêts» à succès. Après l'achèvement de la «position d'attente», s'allumer de façon aléatoire l'un des cercles gris. Livrer ICS lorsque le rat pénètre dans la zone du cercle éclairé. Désactiver l'éclairage et de commencer l'essai suivant sur la (Est ou Ouest) côté opposé. Au début de mise en forme tardive, éclairer le cercle jusqu'à ce que le rat s'approche ou jusqu'à ce que le procès se termine (5 sec après éclairer le cercle). Note chaque procès soit correct ou un essai d'omission. Pour les essais d'omission, éclairer tout l'étage (plancher blanc présenté) et aucune récompense sera disponible jusqu'à la prochaine épreuve. Lorsque la performance du rat atteint 80% de réponses correctes, diminuer la quantité de temps le cercle reste allumé à 1 sec. Le rat a 5 secondes pour faire un choix. Ne pas récompenser des essais incorrects. Lancer l'essai suivant. Si un tri omissional, éclairer le sol et commencer un nouveau procès. À 80% de réponses correctes diminuer encore le temps le cercle de cible est illuminée à 500 ms. Choisissez l'emplacement des cibles au hasard avant chaque essai. Le rat continuera d'avoir 5 secondes à faire un choix avant tout l'étage s'allume pour signaler la fin de ce procès. Ne pas récompenser des essais incorrects ou omission. Le rat doit engager un nouveau procès sur le côté opposé de l'arène. Remarque: les cercles supplémentaires peuvent être ajoutés dans chaque zone de l'image pour augmenter encore la difficulté des tâches.