为感觉运动整合与认知控制实验完全自动化的啮齿动物调理协议
Summary
一种啮齿动物操作性条件反射完全自动化的协议被提出。该协议依赖于行为事件的精确时间控制，调查的程度，这种控制影响神经活动基本感觉整合和认知控制实验。
Abstract
啮齿动物已被传统上用作涉及的感官，认知和运动任务无数实验室实验的标准动物模型。需要精确控制感觉反应，如决策和注意调控较高的认知功能，但是，通常在评估非人类灵长类动物。尽管灵长类动物的行为，使这些功能加以研究多个变种的丰富性，啮齿动物模型仍然是一个有吸引力的，具有成本效益的替代灵长类动物模型。此外，完全自动化操作条件在啮齿类动物的能力，在非人灵长类动物的劳动密集的训练增加了独特的优势，在研究范围广泛的这些复杂的功能。
在这里，我们介绍一个协议operantly调节大鼠上进行工作记忆任务。在任务的关键时期，该协议确保了动物的显性运动被最小化，热曲爱菱动物为'凝视'，直到转到线索传递，类似于非人灵长类实验设计。一个简单的两种可供选择的被迫选择任务的实施是为展示了其性能。我们讨论这个范例的应用到其他任务。
Introduction
研究神经生理学和行为之间的关系是系统神经科学的终极目标。在历史上，出现了动物模型的选择和行为剧目1-5之间的权衡。而简单的生物如海蛞蝓6或鱿鱼7已被广泛用于研究单个离子通道，神经元和简单的神经回路的性能，需要更高阶的物种，研究更复杂的功能，诸如空间导航，决策8-11和认知控制12-14。尽管是一个标准的动物模型，为人类行为一样，使用非人类灵长类动物的提示，排除其使用在广泛的实验，化验单设置15-18成本和伦理方面的考虑。简单的动物模型，如啮齿类动物，一般首选19，只要有利益的行为基本相似的神经基础。
“>有充足的证据表明，啮齿动物有着相似的皮层和皮层下结构与在灵长类20-22找到。鼠害也被称为跨多个感官的方式整合信息来指导自己的行动23-25，例如，通过协调搅打和嗅探在探索行为26或通过整合听觉和视觉/嗅觉事件25,27。在这里，我们描述了用于测试的认知任务28-32啮齿动物的操作性条件反射的框架。在这个框架中，受试者被要求注视一个nosepoke孔内并维持其吻部的孔内，直到一展身手提示的呈现。的行为的任务是常规用于5 – 选择序列反应时任务的研究五孔nosepoke设计。在延迟期间，一系列指令线索呈现给引导的主语要执行的操作。这个框架可以很容易地修改，以适应需要广泛的实验，其中训练受到了一个短暂的间隔尽量减少其明显的运动。这允许研究在何种程度上在此间隔内的单个神经元的尖峰活动是受特定的线索。该协议可以减少培训时间，可以减少跨学科学习的变异。该任务的流程示意图示于图1。
Protocol
所有涉及动物的程序批准了美国密歇根州立大学实验动物管理和使用委员会（IACUC）。 1，实验装置使用操作条件反射箱，由一个五孔nosepoke墙一侧和另一侧一个送外卖的低谷。 该中心nosepoke孔被认为是一个“固定”孔和其他四个孔（两个固定孔的每一侧）被认为是电动机目标孔。每个孔都配有一个三色LED和红外光束发射器 – 检测器系统，当动物进入和从固定孔?…
Representative Results
建议的框架使培训对象在一系列的认知任务。在这里，我们实现了一个指令延迟任务旨在调查在啮齿动物前额叶皮层目标导向动作的机制。 图1显示了实验设计的流程图。 为了确保受试者理解任务要求，步步为营，绩效指标应持续评估。 图2显示了在多个会话一个课题的例子表现。一旦受试者获取的任务，它被植入的前度区域的32通道微电极阵列（对?…
Discussion
大鼠已广泛应用于神经科学的研究了一个多世纪。由于桑代克的引进效果猫34法的概念，操作条件一直是标准的方法来测试动物的行为的不同方面。涉及决策和运动准备许多神经科学实验，包括指令线索和动作间隔之间的延迟时间。这是可取的，在这延迟期间尽量减少运动，以减少任何的困惑，以被收购神经的数据。而传统的迷宫导航实验啮齿动物的利用啮齿类动物的巨大能力，觅食，它…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作是由NINDS授予＃NS054148支持。
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 |
Referências
- 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).
Citar este artigo
Mohebi, A., Oweiss, K. G. A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments. J. Vis. Exp. (86), e51128, doi:10.3791/51128 (2014).