Tarefas cognitivas Visuais automatizadas para gravação Atividade Neural Usando uma projeção Piso Labirinto

Todos os procedimentos estavam de acordo com as diretrizes do Comitê Brown University Animal Care Institucional e uso. 1. Visão geral de Sistemas Um sistema de monitoramento de vídeo interage com um sistema de controle comportamental para monitorar o progresso do rato em uma determinada tarefa, avaliar comportamentos alvo, controle de apresentação do estímulo e oferecer recompensas com base no progresso do rato. Um sistema de gravação eletrofisiológico vivo coleta dados neurais para análise de eventos relacionados. (Figura 1A). A projeção Piso Labirinto A projeção Piso Maze 2 é um campo aberto, sem paredes (147,3 centímetros x 111,8 centímetros), com um piso de acrílico transparente e incolor (0,6 cm de espessura). A parte inferior do piso é um ganho unitário ecrã duplo Visão tecido que é esticado sobre um segundo retângulo de peças de acrílico (147,3 centímetros x 111,8 centímetros x 1,25 centímetros) de projeção traseira usando um short projetor arremesso. Conecte o projetorpara a placa de vídeo no sistema PC comportamental. Segure o Plexiglas, tecido de tela e projetor usando uma moldura de alumínio anodizado. Instalar um quadro anodizado sobrecarga para montar uma câmera em cima e um sistema de roldanas para fazer a interface do ICS e headstage amarras ao rato. Nota: Conecte o quadro que guardara o labirinto Piso projeção e quadro aéreo para garantir a continuidade elétrica e solo para o pré-amplificador. Monitoramento de vídeo Record, acompanhar e analisar vídeos em tempo real, com uma única câmera em cima descrito na etapa 1.2.2. Montar uma câmera aérea (padrão VGA, 80 fps) em uma moldura de alumínio anodizado em cima para monitorar o rato Use quer diodos emissores de luz (LEDs), ligados ao andar de entrada do rato para determinar a posição do rato, ou controlar o centróide do contorno do rato com um sistema de seguimento automático. Use o módulo Comportamento Cineplex Basic para analisar os dados de posição online e também salvar o arquivo de dados para posterior análise offline. Nota: Usamos o Cineplex Behavioral Research System 3.4.1 para gravação, monitoramento e análise de posição do rato. O módulo Cineplex O rastreamento é usado para rastrear o rato. Para o rastreamento do progresso do animal, utilizar o módulo de Comportamento Cineplex Basic para criar zonas no espaço bidimensional em posições relevantes do labirinto que tem significado na tarefa. As zonas podem ser combinadas em seqüências, e Cineplex eventos lógicos (tais como entradas em zonas e cumprimento das seqüências) são atribuídos de forma que se o rato satisfaz os critérios para o evento, que o evento torna-se verdade. Atribuir eventos com saídas digitais e de interface através de um cartão de entrada superporto ao sistema comportamental. Um sistema de controlo de comportamento totalmente automatizado Arena de teste comportamental: Use uma arena em forma de teste apropriado para a tarefa comportamental na projeção Piso Maze. Construa o sãona utilização fosco acrílico branco e colocá-lo diretamente na projeção Piso Maze. Nota: As dimensões podem ser personalizadas para a tarefa comportamental utilizada. As paredes são tipicamente 45-50 cm de altura. Aqui usamos arenas de teste de dupla face (bowtie labirinto 12) para maximizar o número de ensaios realizados em uma sessão (Figura 1B para dimensões do labirinto gravata borboleta). A arena de teste tem quatro áreas designadas definidas no software de rastreamento: Área Leste da Imagem, West Área de Imagem, um Pronto área experimental Médio, e uma área pronta Teste Oeste (Figura 1C). Sistema comportamental: Um sistema de interface de comportamento controlado por software MED-PC IV executa programas escritos em casa em MEDstate Notation (ver apêndice). Utilize os eventos de Cineplex sistema comportamental para acompanhar o progresso de um rato durante a tarefa, controlar a apresentação de imagens, oferecer pistas de áudio e entregar recompensa. Da interface do cartão de saída superporto à entrada digital Omniplex para adquirir ª vezAmped ocorrências de eventos comportamentais no ambiente de software para PlexControl desligada analisa. Emitir sinais auditivos usando um gerador de áudio programável. Nota: Os eventos comportamentais do aparelho apresentado aqui pode operar equipamentos de terceiros (por exemplo, laser para estimulação optogenetic) através de uma placa de transferência de dados, se necessário. Casa do Superporto do cartão de saída, cartão de entrada superporto e gerador de áudio programável em um gabinete de interface de mesa. Interface com os cartões com uma placa PCI DIG-704PCI-2 instalado em um computador pessoal (PC) utilizando um cartão de Decoder DIG-700F instalado no gabinete de mesa. Entregar bipolares ICS onda quadrada para o rato usando um estimulador auto estimulação intracraniana programável. Conecte o aparelho estimulador para o PC através de um cartão PHM152 COM. Recomendadas parâmetros ICS: Pulse 1 e 2 Duração: 500 ms; Delay entre Pulse 1 e 2: 500 ms; freqüência: 100 Hz. Nota: entrega ICSé automatizado durante a tarefa, mas podem ser entregues manualmente usando uma caixa de botão programável interface com um módulo SmartCtrl. Sistema de aquisição de dados Neural Verifique se o sistema de piso Projeção quadro Labirinto e ICS é aterrado para o pré-amplificador do Neural Data Acquisition System Omniplex para minimizar o ruído elétrico nas gravações neurais. Simultaneamente coletar dados neurais, as coordenadas de posição de Cineplex e bandeiras de eventos comportamentais do sistema comportamental no arquivo de dados para análise off-line. 2. Preparação animal Animais Obter ingênuos 22 dias de idade Masculino ratos Long-Evans. Par abrigar os ratos e permitir que eles se aclimatar ao viveiro durante uma semana. Lidar com ratos diariamente para ~ 5 min. Uma vez que os ratos atingir 250-275 g, começar horários de alimentos manter seu peso corporal a 85-90% do seu peso alimentação livre. Nós Alvoights são aumentados em 10 g / mês até ratos atingem 350 g. Única casa os ratos e continuar a programação de comida por pelo menos uma semana antes de começar a cirurgia para implante de estimulação e gravação de eletrodos. O implante cirúrgico Realizar procedimentos cirúrgicos em condições assépticas padrão e de acordo com as diretrizes institucionais e regulatórias. Anestesiar ratos com isoflurano. Fazer uma incisão no couro cabeludo para revelar o crânio para limpeza e identificação de bregma e lambda. Faça craniotomias nas coordenadas relevantes. Fixe os parafusos de fixação do crânio. Abaixe a ponta de um eletrodo de ICS no MFB com as seguintes coordenadas: ântero-posterior, -2,7 mm do bregma; lateral, ± 1,8 mm; dorsoventral, -8,5 mm a partir da superfície do crânio. Um segundo eletrodo ICS pode ser implantado no hemisfério oposto, como um backup no caso do eletrodo de mau funcionamento. Fixe os eletrodos ICS para tele crânio e âncora parafusos com cimento ósseo. Não cimentar o pedestal (caixa de plástico sobre o eletrodo estimulante) dos eletrodos. Abaixe os eletrodos de registro no local de interesse e fixar o dispositivo com cimento ósseo. Posicione o pedestal ICS longe do dispositivo de gravação e garantir os eletrodos ICS e dispositivos de gravação para os parafusos de fixação com cimento ósseo. Permitir a recuperação pelo menos sete dias antes de iniciar a habituação ao protocolo de formação. 3. Shaping Comportamental: Geral Shaping consiste em três etapas: No início, intermediário e atrasado Shaping (Figura 2). Nota: O objetivo da formação iniciais e intermediários é treinar o rato para manter uma "posição pronto 'parado na Área de Pronto para cada ensaio, e realizar vários testes em uma sessão. Semi-automatizar formação comportamental assim que o treinamento pode ser adaptado para as taxas individuais de aprendizagem de um rato. Oncea ratazana é a manutenção de uma "posição pronto" bem sucedido, vá para a tarefa formação específica (shaping Tarde) com o objectivo de transferir o rato sobre um protocolo totalmente automatizado para controle comportamental precisa e imparcial (Figura 2). Formação precoce (Figura 2A) Dia 1: habituar o rato para a sala comportamental por 10 minutos com o equipamento ligado, em seguida, retornar para a colônia. Dia 2: Repetir o passo 1, em seguida, habituar o animal para a arena de teste durante 10 min. Dia 3: Conecte o ICS e amarras headstage ao rato, e habituar o rato para a arena de testes para 10 min. Dia 4: Determine o menor ICS amplitude para estabelecer uma preferência local usando um protocolo de preferência condicionado lugar informal. Titular Pulse 1 e 2 amplitudes. Valores de amplitude típicos são 20-80 mA. A partir do dia 5: Entregar ICS recompensa para treinar os ratos para associar a Área de Pronto e leste e oeste imagem apresentações com ICS recompensa. Continue até que o rato está alternando entre áreas de imagem Leste e Oeste. Formação intermédia (Figura 2B). Introduzir o ruído branco (50 dB) para sinalizar o início de um julgamento. Desligue o ruído branco quando o rato entra na área de Pronto. Automatizar entrega ICS para a entrada no espaço Ready, e para a conclusão bem sucedida "posições prontos '. Ajuste a probabilidade de entrega ICS na entrada e bem sucedida "posição pronto 'para reforçar o comportamento. Nota: Ajuste as probabilidades de recompensa manualmente, de acordo o desempenho do rato individual durante moldar. Diminuir probabilidades de recompensa para a entrada no espaço pronto e manter posições prontas de sucesso. Probabilidade final recomendada de recompensa para o cumprimento de "posições prontas de sucesso é de 5-10%. Os ratos são recompensados ​​por todas as escolhas corretas. Comece com curtas durações "posição pronto '(por exemplo, 200 ms). Gradualmente aumentar a dura 'posição pronto'ções em 100 etapas mseg. Ligue o ruído branco se o rato prematuramente quebra a "posição de pronto" para que o rato tem que reiniciar o julgamento. Mover-se para dar forma tardia, quando rato está segurando na "posição de pronto" para até 1.200 ms. Formação tardia (Figura 2C). Nota: treinamento em modelagem tardio é específico para a tarefa em que o rato irá executar. Automatizar formação nesta etapa shaping para controle preciso e imparcial de todos os parâmetros da tarefa, mas manter a flexibilidade de entregar manualmente recompensas ICS. Protocolos de treinamento para duas tarefas são descritas. Discriminação bicondicional Visual (vBCD) tarefa: Use estímulos visuais distintas para treinar os ratos em uma forma simples e luminância discriminence. Comece o julgamento ligando o ruído branco. Aleatoriamente impor latências 'prontos posição de 700 – 1.200 ms. Entregar ICS manualmente, se necessário reforçar sucesso 'po prontosições '. Apresentar um par de imagens na área de apresentação de imagem. Apresentar pseudorandomly a imagem correta do lado esquerdo ou direito da Área de Imagem. Entregar ICS para uma resposta correta e limpar o chão. A resposta correta é registrado quando o rato entra na zona em que a imagem correta está localizada. No primeiro dia de treinamento somente, emitir uma explosão de 75 dB de ruído branco como um impedimento para uma resposta incorreta. Emitir um julgamento correção, após um julgamento incorreto. Ensaios de correção tem parâmetros idênticos (lado esquerdo ou direito e latência "posição de pronto") como o julgamento incorreto anterior. Uma vez que os ratos são capazes de realizar com sucesso a discriminação simples, apresentar os diferentes padrões de piso para treinar a regra discriminação bicondicional. Apresentar um novo par de imagens e dois padrões de piso distintos para servir como o contexto. A imagem correta está condicionada ao padrão de piso, por exemplo, o sta pretor está correto quando o chão é cinza eo círculo branco está correto quando o chão é listrada (Figura 3C). Pseudorandomly atribuir o padrão de piso e da posição (esquerda ou direita) da imagem correta para cada ensaio assegurando que os ensaios são contrabalançados. Implementar testes de correção, após um julgamento incorreto na qual os parâmetros de teste são idênticos aos do julgamento anterior. Atenção visuo-espacial (VSA) tarefa: Presente círculos brancos iluminados em locais espaciais definidas na arena para treinar os ratos para aproximar a localização espacial do círculo alvo. Nota: Para esta tarefa a arena tem círculos cinza em diferentes localizações espaciais nas áreas de imagem Leste e Oeste. Depois de uma "posição pronto 'bem-sucedida, o círculo alvo acenderá (virar branco), eo rato deve aproximar-se de que local de destino (Figura 3B). Aleatoriamente impor latências "posição" de pronto 1,000-1,600 ms em um julgamento por base experimental. Entregar ICS manualmente, se necessário reforçar sucesso "posições prontos '. Após a conclusão da "posição de pronto", iluminar aleatoriamente um dos círculos cinza. Entregar o ICS quando o rato entra na zona do círculo iluminado. Desligue a iluminação e começar o próximo julgamento, no lado oposto (leste ou oeste). No início da formação tarde, iluminar o círculo até que o rato se aproxima ou até o julgamento termina (5 seg depois iluminando o círculo). Marque cada ensaio ou como correto ou um julgamento omissão. Para os ensaios de omissão, iluminar todo o chão (piso branco apresentado) e nenhuma recompensa estará disponível até o próximo julgamento. Quando o desempenho do rato chega a 80% correto, diminuir a quantidade de tempo que o círculo permanece iluminado a 1 seg. O rato tem 5 segundos para fazer uma escolha. Não recompense para ensaios incorretas. Inicie o próximo julgamento. Se um tri omissãoal, iluminar o chão e começar um novo julgamento. Em 80% correto diminuir ainda mais o tempo do círculo alvo é iluminado para 500 ms. Escolha locais de destino aleatoriamente antes de cada julgamento. O rato vai continuar a ter 5 segundos para fazer uma escolha antes de todo o piso acende-se para assinalar o fim desse julgamento. Não recompense para ensaios incorretos ou omissão. O rato deve dar início a um novo processo no lado oposto da arena. Nota: círculos adicionais podem ser acrescentados em cada área de imagem para aumentar ainda mais a dificuldade da tarefa.