Полностью автоматизированная грызунов принадлежности Протокол сенсомоторной интеграции и когнитивных Контрольные эксперименты
Summary
Полностью автоматизированный протокол для грызунов оперантного обусловливания предлагается. Протокол основан на точном временного контроля поведенческих событий для расследования, в какой степени влияет это контроль нейронной активности, лежащая в основе интеграции сенсорно-познавательный контрольные эксперименты.
Abstract
Грызуны были традиционно используется в качестве стандартной модели животных в лабораторных экспериментах с участием множество сенсорных, когнитивных и двигательных задач. Высшие когнитивные функции, которые требуют точного контроля над ответов сенсомоторных таких как принятия решений для повышенного внимания модуляции, однако, как правило, оценивается в приматов. Несмотря на богатство приматов поведения, что позволяет множество вариантов этих функций, которые будут изучены, модель грызуна остается привлекательным, экономически эффективной альтернативой приматов моделей. Кроме того, способность полностью автоматизировать оперантного обусловливания у грызунов добавляет уникальные преимущества по сравнению с трудоемкой подготовки приматов во время учебы широкий спектр этих сложных функций.
Здесь мы представляем протокол для operantly крыс кондиционирования по выполнению рабочих задач памяти. Во время критических эпох задачи, протокол гарантирует, что открытое движение животного минимизируется Requiring животное 'Fixate' до Перейти кий не поставляется, сродни приматов экспериментального проектирования. Простой два альтернативных вынужденный выбор задача реализована, чтобы продемонстрировать производительность. Обсуждается применение этой парадигмы к другим задачам.
Introduction
Изучая связь между нейрофизиологии и поведения является конечной целью в системах нейронауки. Исторически сложилось так, что имело место компромисс между моделью животное выбора и поведенческому репертуару 1-5. В то время как простые организмы, как морские слизняки 6 или кальмаров 7 широко используются для изучения свойств одиночных ионных каналов, нейронов и простых нейронных цепей, виды высших порядков необходимы для изучения более сложных функций, таких как пространственной навигации, принятия решений 8-11 и когнитивных контролировать 12-14. Несмотря на то, стандартная модель животного для человека, как поведение, использование приматов побуждает затрат и этические соображения, что препятствует их использованию в широком диапазоне экспериментов в настройки 15-18 одной лаборатории. Более простые модели на животных, таких как грызуны, как правило, предпочитали 19, при условии, что у них есть подобные нервные субстраты, лежащие в основе поведения, представляющие интерес.
"> Там в достаточно свидетельств того, что грызуны имеют сходные корковых и подкорковых структур как те, что у приматов 20-22. Грызуны, как известно, интегрировать информацию по нескольким сенсорных модальностей, чтобы направлять их действия 23-25, например, путем координации взбивая и нюхают во время исследовательского поведения 26 или за счет интеграции слуховые и зрительные / обонятельные события 25,27.Здесь мы опишем основы для оперантного обусловливания грызунов, используемых для тестирования познавательных задач 28-32. В этой связи, субъекты обязаны зафиксировать внутри nosepoke отверстие и не поддерживают их морду в отверстие до презентации ходу кия. Поведенческая задача дизайн nosepoke пять отверстий, который обычно используется для 5-выбор исследований время задач последовательного реакция. В период задержки, ряд команд киев представлена для руководства субъекта для выполнения действия. Эта структура может быть легко изменены в соответствии сширокий спектр экспериментов, в которых обучение тему, чтобы минимизировать его явного движения в течение короткого интервала не требуется. Это позволяет изучение степени, в которой пики активность отдельных нейронов зависит от конкретных сигналов в течение этого интервала. Протокол может минимизировать время обучения и может уменьшить по-предмет изменчивость обучения. Схема последовательности операций задачи показан на рисунке 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Крысы широко используются в исследовании нейронауки на протяжении более века. С введением Торндайка концепции закона эффекта у кошек 34, оперантного кондиционирования был стандартный подход для тестирования различных аспектов поведения животных. Многие эксперименты неврологи?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана NINDS грант № NS054148.
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).
