감각 운동 통합 및인지 제어 실험을 위해 완전 자동화 된 설치류 컨디셔닝 프로토콜
Summary
설치류 조건화에 대한 완전 자동화 된 프로토콜을 제안한다. 이 프로토콜은이 컨트롤의 영향을 신경 활동 기본 감각 통합,인지 제어 실험에 대한 정도를 조사하기 위해 행동 사건의 정확한 시간 제어에 의존합니다.
Abstract
설치류는 전통적으로, 감각인지, 그리고 모터 무수한 업무를 포함하는 실험실 실험에서 표준 동물 모델로 사용되었습니다. 이러한 의사 결정과 주의력 변조 등의 감각 반응에 대한 정밀한 제어를 필요로하는 고등인지 기능은, 그러나, 일반적으로 인간이 아닌 영장류에서 평가됩니다. 공부하는 이러한 기능의 여러 변종을 수 영장류 행동의 풍요 로움에도 불구하고, 설치류 모델은 영장류 모델 매력적인, 비용 효율적인 대안 남아있다. 이러한 복잡한 기능의 넓은 범위를 공부하는 동안 또한, 완전히 설치류 조건화를 자동화 할 수있는 능력은 인간이 아닌 영장류의 노동 집약적 인 훈련을 통해 독특한 장점을 추가합니다.
여기, 우리는 작업 메모리 작업을 수행하는 방법에 대한 operantly 조절 쥐를위한 프로토콜을 소개합니다. 태스크의 임계 에포크 동안 프로토콜은 동물의 명백한 requ의 움직임이 최소화되도록이동 큐가, 인간이 아닌 영장류 실험 설계에 가깝다 전달 될 때까지 '흥분'에 동물을 iring. 간단한 두 가지 대체 강제 선택 작업은 성능을 보여주기 위해 구현됩니다. 우리는 다른 작업이 패러다임의 응용 프로그램에 대해 설명합니다.
Introduction
신경 생리학과 행동 사이의 관계를 연구하는 것은 시스템 신경 과학의 궁극적 인 목표입니다. 역사적으로, 동물 모델의 선택과 행동 레퍼토리 1 ~ 5 사이의 트레이드 오프가 발생했습니다. 바다 슬러그 6 오징어 7 같은 단순한 생물이 하나의 이온 채널, 뉴런과 간단한 신경 회로의 특성을 연구하기 위해 광범위하게 사용되고 있지만, 높은 차수의 종은 같은 공간 탐색, 의사 결정 8-11을하고인지와 같은 더 복잡한 기능을 연구하는 데 필요한 12-14을 제어 할 수 있습니다. 동작 같은 인간을위한 표준 동물 모델에도 불구하고, 인간이 아닌 영장류의 사용은 15 ~ 18을 설정 한 실험실에서 실험의 넓은 범위에 걸쳐 사용을 배제 비용 및 윤리적 고려 사항을 묻는 메시지가 나타납니다. 설치류와 같은 간단한 동물 모델은 일반적으로 그들이 관심의 동작을 기본 유사한 신경 기판을 제공, 19 바람직하다.
"> 설치류가 영장류 20-22에서 발견 된 것과 유사한 대뇌 피질 및 피질 하 구조를 공유 할 것을 제안 충분한 증거가있다. 설치류도 자신의 행동 23-25을 안내하는 여러 감각 양상에 걸쳐 정보를 통합하는 것으로 알려져 있습니다, 예를 들어, 내 쫓기 조정하고 찾아내어 답사의 행동 26시 또는 청각 및 시각 / 후각 이벤트 25, 27를 통합하여.여기에 우리가인지 작업 28-32을 테스트하는 데 사용되는 설치류의 조건화를위한 프레임 워크를 설명합니다. 이 프레임 워크에서는, 주제는 nosepoke 구멍 안쪽에 흥분하고 이동 큐의 프리젠 테이션 때까지 구멍 안에 자신의 주둥이를 유지하기 위해 필요합니다. 행동 작업은 통상적으로 5 – 직렬 선택 반응 시간 작업 연구에 사용되는 다섯 홀 nosepoke 디자인입니다. 지연 기간 동안, 명령어 큐들의 범위는 액션을 수행하는 피사체를 안내하기 위해 제공된다. 이 프레임 워크는 쉽게 맞게 수정 될 수있다피사체를 훈련하는 짧은 간격 동안 그것의 명백한 이동을 최소화 할 수있는 실험의 넓은 범위가 필요하다. 이 개별 뉴런의 스파이크 활동이 간격 동안 특정 신호의 영향을받습니다 정도를 공부 허용합니다. 프로토콜은 훈련 시간을 최소화 할 수 있으며 맞은 피사체 학습 변동성을 감소시킬 수있다. 태스크의 개략적 인 흐름도가도 1에 도시된다.
Protocol
Representative Results
Discussion
쥐 널리 세기 이상 신경 과학 연구에 사용되었습니다. 고양이 34의 효과의 법칙의 개념 다이크의 도입 이후, 조건화는 동물의 행동의 다양한 측면을 테스트하는 표준 방식이다. 의사 결정과 모터 제조 관련된 많은 신경 과학 실험은 명령어 큐 및 작업 간격 사이의 지연 기간을 포함한다. 그것은 획득되고 뉴럴 데이터에 대한 혼동을 줄이기 위해 이러한 지연 기간 동안 움직임을 최소화하는…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 NINDS 부여 번호의 NS054148에 의해 지원되었다.
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).
