フロアプロジェクション迷路を用いた記録神経活動のための自動化された視覚認知課題

すべての手順は、ブラウン大学機関動物実験委員会のガイドラインに従った。 1。システムの概要ビデオ追跡システムは、特定のタスクにあるラットの進行状況を監視するために、行動制御システムと相互作用する標的行動を評価し、制御刺激提示およびラットの進捗状況に基づいて報酬を提供します。生体内の電気生理学的記録システムは、イベント関連の分析のための神経データを収集します。 （ 図1A）。 フロアプロジェクション迷路フロアプロジェクション迷路2は、無色透明のプレキシガラスの床と壁のないオープンフィールド（147.3センチメートルX 111.8センチメートル）（0.6センチメートル厚）である。床の下側は、短焦点プロジェクターを使用してリアプロジェクション用のプレキシグラス片（147.3センチメートルX 111.8センチメートル×1.25 cm）以上の第二の四角形の上に引き伸ばされ、ユニティ·ゲインデュアルビジョンファブリック画面です。 プロジェクターを接続します行動システムにおけるPCのビデオカード。陽極酸化アルミフレームを使用してプレキシグラス、スクリーン生地、プロジェクターを開催しています。 ラットにICSとヘッドステージテザーをインタフェースするために、オーバーヘッドカメラと滑車システムをマウントするためにオーバーヘッドアルマイトフレームを取り付けます。 注：プリアンプに電気的連続性とグラウンドを確保するために、床投影迷路とオーバーヘッドのフレームを保持するフレームを接続します。 ビデオトラッキング記録、トラックとステップ1.2.2で説明した単一のオーバーヘッドカメラでリアルタイムに映像を分析します。 ラットを監視するためにオーバーヘッドが陽極酸化アルミフレームにオーバーヘッドカメラ（標準VGA、80 FPS）をマウントラットの位置を監視する、または自動追跡システムを有するラットの輪郭の重心を追跡するために、ラットのヘッドステージに取り付けられた発光ダイオード（LED）のいずれかを使用する。 ONL位置データを分析するためにシネプレックス基本行動モジュールを使用またINEと、さらに、オフライン分析用のデータファイルを保存します。 注：私たちは、ラットの位置を追跡し、分析、記録のためにシネプレックス行動研究システム3.4.1を使用しています。映画館·トラッキング·モジュールは、ラットを追跡するために使用される。動物の進行を効果的に追跡するための、タスク内の意義を持っている迷路の関連位置で2次元空間内のゾーンを作成するためにシネプレックス基本行動モジュールを使用しています。ゾーンは、シーケンスに組み合わせることが可能であり、（このようなゾーンとシーケンスの履行へのエントリなど）シネプレックス論理イベントは、ラットがイベントの基準を満たしている場合、そのイベントがtrueになるように割り当てられます。行動システムに巨大港入力カード経由でデジタル出力とインターフェースを持つイベントを割り当てます。 完全に自動化された行動制御システム行動試験アリーナ：床投影迷路上の行動タスクに適切な形試験アリーナを使用してください。アールを構築NAはマットホワイトアクリルを使用して、床投影迷路の上に直接配置します。 注 ：寸法が使用行動のタスク用にカスタマイズすることができます。壁は、通常、高さが45〜50センチメートルです。ここでは、（ボウタイ迷路の寸法については、図1（B））のセッションで行わ試行回数を最大化するために、両面試験領域（ボウタイ迷路12）を使用します。東画像領域、西画像領域、東裁判準備エリア、西裁判準備エリア（ 図1C）：テストアリーナはトラッキングソフトウェアで定義された4指定された領域があります。 行動システム：MED-PC IVのソフトウェアによって制御行動インターフェースシステムは（付録参照）、社内MEDstate表記で書かれたプログラムを実行します。タスクの実行中に、ラットの進行状況を追跡するためにシネプレックス行動システムからのイベントを使用して、制御画像提示、オーディオキューを提供し、報酬を提供します。 時間目を取得するオムニプレックスデジタル入力に巨大港出力カードをインタフェースオフライン分析のためのPlexControlソフトウェア環境における行動イベント発生を怒った。プログラマブルなオーディオ·ジェネレータを使用して、聴覚的な手がかりを発行します。 注：必要に応じて、ここで紹介する装置からの行動イ ​​ベントは、データ転送ボードを経由して、サードパーティの装置（optogenetic刺激のための例えば 、レーザ）を操作することができます。 家のテーブルトップインタフェースキャビネットの巨大港出力カード、巨大港入力カードおよびプログラム可能なオーディオジェネレータ。卓上キャビネットに取り付けDIG-700Fデコーダカードを使用してパーソナルコンピュータ（PC）にインストールされてDIG-704PCI-2のPCIカードとカードのインタフェース。 プログラム可能な頭蓋内自己刺激刺激器を用いてラットに、バイポーラ方形波ICを提供します。 PHM152 COMカードを介してパソコンに刺激ユニットを接続します。推奨ICSパラメータ：パルス1及び2時間：500秒、パルス1と2の間の遅延：500秒;周波数：100 Hzの。 注：ICS配信タスクの実行中に自動化されているが、手動でSmartCtrlモジュールとインタフェースのプログラム可能なボタンボックスを使用して配信することができます。 神経データ収集システム確実にフロアプロジェクション迷路フレームおよびICSシステムは、神経のレコーディング中に電気的なノイズを最小限に抑えるためにオムニプレックスニューラルデータ収集システムのプリアンプに接地されている。 同時に神経のデータを収集、オフラインのデータファイル内の行動システムからシネプレックスと行動イベントフラグの位置座標を分析しています。 2。動物の準備動物ナイーブ22日齢の雄のロングエバンスラットを入手します。 ペアは、ラットを収容し、それらを1週間動物施設に順応することができます。 〜5分間、毎日ラットを処理します。 ラットは250〜275グラムに達すると、それらの自由摂食体重の85から90パーセントで、体重を維持する食品のスケジュールを開始します。ターゲットたちラットは350グラムに達するまでightsは10グラム/月に増加している。 シングルハウスラット及び刺激と記録電極を移植する手術を開始する前に、少なくとも1週間のための食品のスケジュールを継続する。 外科的移植標準無菌状態での外科的処置を実施し、制度·規制ガイドラインに従った。 イソフルランでラットを麻酔。 クリーニングとブレグマとラムダの識別のための頭蓋骨を明らかにするために、頭皮に切開する。 該当する座標に開頭術を行います。 頭蓋骨のアンカーのネジを固定します。 以下の座標を用いて、MFBにICS電極の先端を下げる：ブレグマから前後方向、-2.7ミリメートル、横1.8ミリメートル±、頭蓋骨の表面から背腹、-8.5ミリメートル。第ICS電極は、電極の故障の場合のバックアップとして反対側の半球に移植することができる。 tにICS電極を固定します彼骨セメントで頭蓋骨とアンカーのネジ。台座電極の（刺激電極のプラスチック製ハウジングを）セメントしないでください。 目的の部位に記録電極を下げ、骨セメントでデバイスを固定します。 離れて記録装置からICS台座を置き、骨セメントで固定ネジにICS電極と記録装置を固定します。 シェーピングプロトコルに慣れを開始する前に、少なくとも7日間の回復を可能にします。 3。行動シェーピング：初期、中間、および後期シェーピング（図2）：一般的なシェイプの3つのステージで構成されます。 注：初期と中間シェーピングの目的は、それぞれの試験のために準備エリアで静止'準備位置」を維持し、セッション内で数々の試験を行うために、ラットを訓練することです。行動シェーピングを半自動化するので、トレーニングがラットの個々の学習速度に適合させることができる。 ONCEAラットは、正確かつ公平な行動の制御のための完全に自動化されたプロトコル（ 図2）上にラットを転送することを目的として特定のシェーピング（後期シェーピング）をタスクに進み、成功した「準備位置」を維持している。 初期のシェーピング（ 図2A） 1日目：機器は、その後の植民地に戻ることに切り替えて10分間の行動の部屋にラットを慣らす。 2日目：手順1を繰り返し、その後、10分間の試験領域に動物を慣らす。 3日目：ラットにICSとヘッドステージテザーを接続し、10分間の試験領域にラットを慣らす。 4日目：非公式な場所選好調整プロトコルを使用して場所嗜好を確立するために、最も低いのICS振幅を決定。パルス1及び2の振幅を滴定。典型的な振幅値が20〜80μAです。 5日目から私に準備エリアと東と西の画像プレゼンテーションを関連付けるために、ラットを訓練するために、ICSの報酬を配信CSの報酬。ラットは東と西の画像領域との間で交互にされるまで継続する。 中間シェーピング（ 図2B）。 試験の開始を通知するためにホワイトノイズ（50デシベル）を導入。ラットが準備領域に入ったときにホワイトノイズの電源をオフにします。 レディエリアに入るため、ICSの配信を自動化し、成功した「準備位置を「完了するため。行動を強化するために、エントリ成功 '準備位置」で、ICSの配信の確率を調整します。 注：成形中の個々のラットのパフォーマンスに合わせて手動で報酬確率を調整します。レディエリアに入るための報酬確率を減少させ、成功した準備位置を維持。成功した「準備位置を満たすための報酬のお勧めの最終確率5〜10％です。ラットをすべての正しい選択のために報酬を与えられる。 短い「準備位置」期間（ 例えば 200ミリ秒）で始まります。徐々に「準備完了位置」硬膜を増やす100ミリ秒ステップでtions。 ラットが裁判を再起動する必要がありますので、ラットが途中で「準備完了位置」を壊した場合のホワイトノイズの電源をオンにします。 ラットは、最大1200ミリ秒のための「準備位置」に保持​​されたときに後期シェーピングに移動します。 後半シェーピング（ 図2C）。 注意：後期形成する上でのトレーニングは、ラットが実行するするタスクに固有のものです。すべてのタスクのパラメータの正確で公平な制御のために、この成形工程での訓練を自動化するが、手動でのICSの報酬を提供する柔軟性を維持する。 2タスクのための訓練プロトコルが記載されている。 視覚的な相互条件的な差別（vBCD）タスク：シンプルな形状と輝度discriminenceにラットを訓練するために明確な視覚刺激を使用してください。 ホワイトノイズをオンにすることでトライアルを開始します。 1200ミリ秒 – ランダムに700の「待機位置」の待ち時間を課す。 成功した「準備POを強化するために、必要に応じて手動でICSを提供sitions '。 画像提示領域に画像のペアを提示する。擬似乱数画像領域の左側または右側に正しいイメージを提示する。 正しい応答用ICを提供し、床をオフにします。ラットが正しい画像が位置するゾーンに入ったときに、正しい応答が登録される。研修の初日にのみ、不正な応答のための抑止力としてホワイトノイズの75デシベルバーストを発行します。 不正な裁判の後補正トライアルを発行します。補正試験は、以前の不正な試みとして同一のパラメータ（左または右側と「待機位置」レイテンシー）を持っています。 ラットは成功し、単純な判別を行うことができますと、相互条件的な差別ルールを訓練するために異なるフロア·パターンを紹介します。 コンテキストとして機能する画像や二つの異なるフロアパターンの新しいペアを提示する。正しいイメージが床パターンを条件とする。 例えば 、黒STA床は灰色で、床は（ 図3C）ストライピングされたときに白い円が正しい場合、Rは正しいです。 擬似乱数床パターンと試験が相殺されることを保証する各試験のための正しい画像の位置を（左または右）を割り当てます。 トライアルのパラメータは、前臨床試験と同一である不正な裁判の後、補正試験を実施する。 視空間注意（VSA）タスク：ターゲット円の空間的位置に接近するラットを訓練するために舞台で定義された空間的位置で照明白丸を提示。 注：このタスクの場は、東と西の画像領域内の異なる空間位置に灰色の円があります。成功した「準備位置'の後に、ターゲットサークル（白く）が点灯し、ラットがそのターゲット位置（ 図3B）に近づく必要があります。 ランダムに1,000-1,60の「待機位置」の待ち時間を課す試験的に裁判上の0ミリ秒。 成功した 'レディーポジションを'強化するために、必要に応じて手動でICSを提供します。 「準備位置」の終了後、ランダムに灰色の円のいずれかを照明する。 ラットが照らさ円のゾーンに入ったときに、ICSを提供します。 照明をオフにして、反対（東または西）側の次の試行を開始。 ラットがそれに近づくか、裁判を終了する（円を照射した後5秒）まで遅くまで造形の開始時に、円を照らす。正しいまたは不作為トライアルのいずれかとし、各試行のスコア。抜き試験のために、全体の床（提示白い床）を照明し、何の報酬は次の試行まで利用できなくなります。 ラットのパフォーマンスが80％正確に到達すると、円は1秒点灯したままの時間の量を減らす。ラットが選択をする5秒を持っています。 不正な試験のために報酬を与えるしないでください。次の試行を開始します。 もし抜けトライアルは、床面を照らすと新しい試みを開始します。 正しいさらに80パーセントの目標円が500ミリ秒に点灯している時間を短縮する。 ランダムに各試行する前に、ターゲットの位置を選択します。フロア全体がその試験の終了を通知するために点灯する前にラットが選択をする5秒を持っていきます。 不正確または不作為試験のために報酬を与えるしないでください。ラットは、アリーナの反対側に新たな審理を開始する必要があります。 注：追加の円は、さらに、タスクの難易度を増加させるために、各画像領域に添加してもよい。