A الآلي بالكامل بروتوكول تكييف القوارض للتكامل حسي حركي والتجارب تحكم المعرفي
Summary
ويقترح بروتوكول مؤتمتة بالكامل لالقوارض تكييف هواء فعال. يعتمد بروتوكول بشأن التحكم الزمني الدقيق للأحداث السلوكية للتحقيق في مدى هذه التأثيرات العصبية تحكم النشاط الكامنة وراء التكامل الحسي والسيطرة المعرفية التجارب.
Abstract
وقد استخدمت تقليديا القوارض كنموذج الحيوانية القياسية في التجارب المعملية التي تنطوي على عدد لا يحصى من المهام الحسية والمعرفية، والحركية. الوظائف المعرفية التي تتطلب أعلى دقة السيطرة على الاستجابات الحسية مثل صنع القرار والتشكيل الإنتباه، ومع ذلك، يتم تقييمها عادة في الرئيسيات غير البشرية. على الرغم من ثراء السلوك الرئيسيات التي تسمح متغيرات متعددة من هذه الوظائف لدراستها، لا يزال نموذج القوارض و، فعالة من حيث التكلفة بديلا جذابا لنماذج الرئيسيات. وعلاوة على ذلك، فإن القدرة على أتمتة بالكامل تكييف هواء فعال في القوارض يضيف مزايا فريدة من نوعها على العمالة المكثفة تدريب الرئيسيات غير البشرية أثناء الدراسة مجموعة واسعة من هذه الوظائف المعقدة.
هنا، ونحن نقدم بروتوكول للفئران تكييف operantly على أداء مهام الذاكرة العاملة. خلال الحقب الحرجة المهمة، وبروتوكول يضمن أن حركة العلني الحيوان والتقليل من REQUiring الحيوان إلى "يحملق" حتى يتم تسليم جديلة الذهاب، أقرب إلى التصميم التجريبي الرئيسيات غير البشرية. يتم تنفيذ اثنين البديلة المهمة خيار بسيط اضطر للتدليل على الأداء. نناقش تطبيق هذا النموذج إلى مهام أخرى.
Introduction
دراسة العلاقة بين الفسيولوجيا العصبية والسلوك هو الهدف النهائي في أنظمة الأعصاب. تاريخيا، كان هناك المفاضلة بين اختيار نموذج حيواني وذخيرة السلوكية 1-5. بينما الكائنات بسيطة مثل الرخويات البحرية 6 أو 7 الحبار وقد استخدمت على نطاق واسع لدراسة خصائص القنوات الأيونية واحد، الخلايا العصبية والدوائر العصبية بسيطة، وهناك حاجة إلى الأنواع العالي لدراسة وظائف أكثر تعقيدا مثل الملاحة المكانية، صنع القرار 8-11 والمعرفية السيطرة 12-14. على الرغم من كونه نموذج حيواني القياسية للإنسان مثل السلوك، الرئيسيات غير البشرية من استخدام يطالب التكلفة والأخلاقية الاعتبارات التي تحول دون استخدامها عبر مجموعة واسعة من التجارب في مختبر واحد وضع 15-18. أبسط النماذج الحيوانية مثل القوارض ويفضل عموما 19، شريطة أن يكون ركائز العصبية مماثلة الكامنة وراء السلوكيات المثيرة للاهتمام.
"> هناك أدلة وافرة تشير إلى أن القوارض مشاركة الهياكل القشرية وتحت القشرية مماثلة لتلك التي وجدت في المقدمات 20-22. معروفة القوارض أيضا لدمج المعلومات عبر طرائق الحسية المتعددة لتوجيه عملها 23-25، على سبيل المثال، عن طريق تنسيق الخفقان واستنشاق خلال السلوك الاستكشافي 26 أو من خلال دمج / الأحداث حاسة الشم السمعية والبصرية 25،27.نحن هنا تصف إطارا للتكييف هواء فعال من القوارض المستخدمة لاختبار المهام المعرفية 28-32. في هذا الإطار، يتعين على الموضوعات التي يحملق داخل حفرة nosepoke والحفاظ على خطم بهم داخل الحفرة حتى عرض جديلة الذهاب. المهمة السلوكية هو تصميم nosepoke خمسة ثقب يستخدم تقليديا للدراسات مهمة في وقت رد الفعل التسلسلي 5 للاختيار. خلال فترة التأخير، ويقدم مجموعة من العظة تعليمات لتوجيه هذا الموضوع إلى تنفيذ إجراء. يمكن بسهولة تعديل هذا الإطار لتلائمهناك حاجة إلى مجموعة واسعة من التجارب التي تخضع لتدريب تقليل حركته العلني على مدى فترة وجيزة. هذا يسمح بدراسة مدى تأثر النشاط ارتفاعه من الخلايا العصبية الفردية العظة محددة خلال هذه الفترة. بروتوكول يمكن أن تقلل من وقت التدريب ويمكن أن تقلل من تقلب التعلم عبر-الموضوع. ويرد مخطط التخطيطي للمهمة في الشكل 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد استخدمت على نطاق واسع في مجال البحوث الفئران علم الأعصاب لأكثر من قرن. منذ بدء العمل ثورندايك لمفهوم قانون التنفيذ في 34 القطط، وكان تكييف هواء فعال النهج القياسية لاختبار الجوانب المختلفة للسلوك الحيوان. العديد من التجارب التي تنطوي على الأعصاب اتخاذ القر?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل NINDS NS054148 منحة #.
Materials
| 5-HOLED NOSE POKE WITH 3STIM CUE LIGHT – RAT CAGE | Coulbourn | H21-06M/R | |
| TEST CAGE | Coulbourn | H10-11R-TC | |
| Graphic State Software | Coulbourn | ||
| PROGRAMMABLE TONE/NOISE GENERATOR | Coulbourn | A12-33 | |
| Dustless Precision Pellets | Bio-Serv | F0165 | |
| SPEAKER MODULE | Coulbourn | H12-01R |
References
- Goldstein, E. B. . Cognitive psychology: Connecting mind, research, and everyday experience. , (2008).
- Kandel, E. R., Schwartz, J. H., Jessell, T. M., et al. 4th edition. Principles of neural science. , (2000).
- Cisek, P., Kalaska, J. F. Neural mechanisms for interacting with a world full of action choices. Ann. Rev. Neurosci. 33, 269-298 (2010).
- Kalat, J. W. . Biological psychology. , (2012).
- Banich, M. T., Compton, R. J. . Cognitive neuroscience. , (2010).
- Carew, T. J., Pinsker, H. M., Kandel, E. R. Long-term habituation of a defensive withdrawal reflex in aplysia. Science. 175, 451-454 (1972).
- Hodgkin, A. L., Huxley, A. F. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve. J. Physiol. 117, 500 (1952).
- Romo, R., Salinas, E. Flutter discrimination: neural codes, perception, memory and decision making. Nat. Rev. Neurosci. 4, 203-218 (2003).
- Romo, R., de Lafuente, V. Conversion of sensory signals into perceptual decisions. Prog. Neurobiol. 10, (2012).
- Shadlen, M. N., Britten, K. H., Newsome, W. T., Movshon, J. A. A computational analysis of the relationship between neuronal and behavioral responses to visual motion. J. Neurosci. 16, 1486-1510 (1996).
- Beck, J. M., et al. Probabilistic Population Codes for Bayesian Decision Making. Neuron. 60, 1142-1152 (2008).
- Goldman-Rakic, P. S. Circuitry of primate prefrontal cortex and regulation of behavior by representational memory. Compr. Physiol. , (1987).
- Miller, E. K., Erickson, C. A., Desimone, R. Neural mechanisms of visual working memory in prefrontal cortex of the macaque. J. Neurosci. 16, 5154-5167 (1996).
- Fuster, J. M., Alexander, G. E., et al. Neuron activity related to short-term memory. Science. 173, 652-654 (1971).
- Fetz, E. E., Baker, M. A. . Operantly Conditioned Patterns of Activity and Correlated Responses Cells and Contralateral Muscles. , (1973).
- Carmena, J. M., et al. Learning to control a brain–machine interface for reaching and grasping by primates. PLoS Biol. 1, e42 (2003).
- Georgopoulos, A. P., Schwartz, A. B., Kettner, R. E. Neuronal population coding of movement direction. Science. 233, 1416-1419 (1986).
- Donoghue, J. P., Sanes, J. N., Hatsopoulos, N. G., Gaál, G. Neural discharge and local field potential oscillations in primate motor cortex during voluntary movements. J. Neurophysiol. 79, 159-173 (1998).
- Abbott, A. Laboratory animals: the Renaissance rat. Nature. 428, 464-466 (2004).
- Fuster, J. . The prefrontal cortex. , (2008).
- Britten, K. H., Shadlen, M. N., Newsome, W. T., Movshon, J. A. The analysis of visual motion: a comparison of neuronal and psychophysical performance. J. Neurosci. 12, 4745-4765 (1992).
- Abbott, A. Neuroscience: The rat pack. Nature. 465, 282-283 (2010).
- Uchida, N., Mainen, Z. F. Speed and accuracy of olfactory discrimination in the rat. Nat. Neurosci. 6, 1224-1229 (2003).
- Jaramillo, S., Zador, A. M. The auditory cortex mediates the perceptual effects of acoustic temporal expectation. Nat. Neurosci. 14, 246-251 (2010).
- Cohen, L., Rothschild, G., Mizrahi, A. Multisensory integration of natural odors and sounds in the auditory cortex. Neuron. 72, 357-369 (2011).
- Deschênes, M., Moore, J., Kleinfeld, D. Sniffing and whisking in rodents. Curr. Opin. Neurobiol. 22, 243-250 (2012).
- Raposo, D., Sheppard, J. P., Schrater, P. R., Churchland, A. K. Multisensory decision-making in rats and humans. J. Neurosci. 32, 3726-3735 (2012).
- 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).
- Brasted, P. J., Dunnett, S. B., Robbins, T. W. Unilateral lesions of the medial agranular cortex impair responding on a lateralised reaction time task. Behav. Brain Res. 111, 139-151 (2000).
- Gage, G. J., Stoetzner, C. R., Wiltschko, A. B., Berke, J. D. Selective activation of striatal fast-spiking interneurons during choice execution. Neuron. 67, 466-479 (2010).
- Erlich, J. C., Bialek, M., Brody, C. D. A cortical substrate for memory-guided orienting in the rat. Neuron. 72, 330-343 (2011).
- Mohebi, A., Oweiss, K. G. Neural ensemble correlates of working memory in the rat medial prefrontal cortex. 41 st Ann. Meet. Soc. Neurosci. , (2011).
- Oweiss, K. G. . Statistical signal processing for neuroscience and neurotechnology. , (2010).
- Thorndike, E. L. Animal intelligence: An experimental study of the associative processes in animals. Psychol. Monographs: Gen. Appl. 2, 1-109 (1898).
