מכרסמים אוויר פרוטוקול אוטומטי לחלוטין עבור הסנסורית אינטגרציה וניסויי בקרה קוגניטיבית
Summary
פרוטוקול אוטומטי לחלוטין לתניה אופרנטית מכרסמים מוצע. הפרוטוקול מסתמך על שליטה זמנית מדויקת של אירועים התנהגותיים לחקור כדי שניסויי השפעות שליטה זו אינטגרציה עצבית שבבסיס פעילות הסנסורית ושליטה קוגניטיבית המידה.
Abstract
מכרסמים שימשו באופן מסורתי כמודל חיה סטנדרטי בניסויים במעבדה כרוכים במספר עצום של משימות חושיות, קוגניטיבית ומוטוריות. תפקודים קוגניטיביים גבוהים יותר הדורשים שליטה מדויקת תגובות הסנסורית כגון קבלת החלטות ואפנון קשב, לעומת זאת, נבחנים בדרך כלל בפרימטים לא אנושיים. למרות העושר של התנהגות קופים המאפשרת לגרסות מרובות של פונקציות אלה כדי להיחקר, המודל המכרסם נשאר אלטרנטיבה למודלים הפרימטים אטרקטיבית, יעיל וחסכונית. יתר על כן, היכולת למכן התניה אופרנטית באופן מלא במכרסמים מוסיפה יתרונות ייחודיים על פני הכשרת העבודה אינטנסיבית של פרימטים לא אנושיים בזמן לימודים במגוון רחב של פונקציות מורכבות אלה.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לחולדות אוויר operantly על ביצוע משימות זיכרון עבודה. במהלך תקופות קריטיות של המשימה, הפרוטוקול מבטיח כי התנועה הגלויה של החיה ממוזערת ידי requiring בעלי החיים כדי 'לקבע' עד אות עבור מועברת, בדומה לתכנון ניסוי בקופים לא אנושי. משימה פשוטה שתי חלופית נאלצה בחירה מיושמת כדי להדגים את הביצועים. אנחנו דנים ביישום של פרדיגמה זו למשימות אחרות.
Introduction
לומד את הקשר בין נוירופיזיולוגיה וההתנהגות הוא המטרה הסופית במדעי המוח מערכות. מבחינה היסטורית, יש כבר איזון בין בחירת מודל החיה ורפרטואר התנהגותי 1-5. בעוד אורגניזמים פשוטים כמו שבלולי ים 6 או קלמרי 7 נעשו שימוש נרחב כדי לחקור את התכונות של תעלות יונים בודדים, תאי עצב ומעגלים עצביים פשוטים, יש צורך במינים מסדר גבוה יותר ללמוד פונקציות מורכבות יותר, כגון ניווט מרחבית, קבלת החלטות 8-11 וקוגניטיביות לשלוט 12-14. למרות היותו מודל חיה סטנדרטי לאדם כמו התנהגות, שימוש בפרימטים לא אנושיים מנחה שיקולי עלות ואתיים שמונעים את השימוש בם על פני מגוון רחב של ניסויים במעבדה אחת הגדרת 15-18. מודלים של בעלי חיים פשוטים כגון מכרסמים בדרך כלל העדיפו 19, ובלבד שיש להם מצעים עצביים דומים עומדים בבסיס ההתנהגויות של עניין.
"> יש ראיות רבות המצביעות על כך מכרסמים לשתף מבנים בקליפת המוח וקורטיקליים דומים לאלה שנמצאו בפרימטים 20-22. מכרסמים ידועים גם לשלב מידע על פני מערכות חוש מרובות כדי להדריך את פעולתם 23-25, למשל, על ידי התיאום הנעים במהירות ומרחרח במהלך התנהגות 26 גישוש או על ידי שילוב אירועים שמיעתיים וחזותיים / חוש הריח 25,27.כאן אנו מתארים מסגרת לתניה אופרנטית של מכרסמים המשמשים לבדיקת משימות קוגניטיביות 28-32. במסגרת זו, נבדקים נדרשים לקבע בתוך חור nosepoke ולשמור על חוטמם בתוך החור עד להצגת אות דרכים. המשימה התנהגותית היא עיצוב nosepoke חמישה חור המשמש כמקובל ללימודי משימת זמן תגובת סדרה 5 ברירה. בתקופת האיחור, מגוון של רמזי הוראה מוצג להנחות את הנושא כדי לבצע פעולה. במסגרת זו יכולה בקלות להיות שונה כדי להתאיםיש צורך במגוון רחב של ניסויים שבהם הכשרה בנושא כדי למזער את התנועה הגלויה שלה על פני פרק זמן קצר. זה מאפשר לימוד שלפעילות spiking של נוירונים בודדים מושפעת רמזים מסוימים בפרק זמן זה במידה. הפרוטוקול יכול לצמצם את זמן אימון ויכול להפחית את ההשתנות פני למידה בנושא. תרשים זרימה סכמטי של המשימה מוצגת באיור 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
חולדות היו בשימוש נרחב במחקר במדעי מוח ליותר ממאה שנה. מאז ההשקה של תורנדייק של המושג של החוק לתוקף בחתולים 34, התניה אופרנטית כבר הגישה סטנדרטית לבדיקת היבטים שונים של התנהגות בעלי חיים. ניסויי מדעי המוח רבים מעורבים בקבלת החלטות ובהכנת מנוע כוללים תקופת עיכוב …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי מענק # NS054148 NINDS.
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).
