Diese Arbeit wurde von der NSF IOS 1146334, NSF EFRI 0937848, DARPA N66001-10-C-2010 und NSF IOS 0522220 RDB unterstützt. Wir danken Stacie Hyatt at Plexon Inc für die Unterstützung bei der Erstellung dieses Manuskripts.

Alle Verfahren wurden in Übereinstimmung mit der Brown University Institutional Animal Care und Verwenden Ausschuss Leitlinien. 1. Systeme Übersicht Ein Video-Tracking-System interagiert mit einem Verhaltenskontrollsystem, um die Fortschritte der Ratte in eine bestimmte Aufgabe zu überwachen, zu bewerten Zielverhalten, Steuerung Stimuluspräsentation und liefern Belohnungen Basis über die Fortschritte der Ratte. Ein vivo elektrophysiologischen Aufzeichnungssystem sammelt Daten für neuronale Ereignis bezogene Analysen. (Fig. 1A). <ol><li> Die Bodenprojektion Maze <ol><li> Die Bodenprojektion Labyrinth 2 ist ein offenes Feld, ohne Wände (147,3 cm x 111,8 cm) mit einem klaren, farblosen Plexiglas Stock (0,6 cm dick). Die Unterseite des Bodens ist ein Verstärkungsfaktor Dual Vision Stoff-Bildschirm, über ein zweites Rechteck aus Plexiglas Stücke (147,3 cm x 111,8 cm x 1,25 cm) für die Rückprojektion mit einer Short-Throw-Projektor gespannt ist. </li><li> Schließen Sie den Projektormit der Grafikkarte im PC Verhaltenssystem. Halten Sie das Plexiglas, Tuch und Projektor mit einem Rahmen aus eloxiertem Aluminium. </li><li> Installieren Sie einen Overhead-eloxierten Rahmen, um einen Overhead-Kamera und einen Flaschenzug, um die ICS und heads Anbindehaltung bei der Ratte eine Schnittstelle zu montieren. Hinweis: Schließen Sie den Rahmen, der die Bodenprojektion Maze und Overhead-Rahmen, um elektrische Kontinuität und Boden an den Vorverstärker gewährleisten. </li></ol></li><li> Video-Tracking <ol><li> Record, Track und Videos in Echtzeit zu analysieren mit einem Schritt in 1.2.2 beschriebenen Einzeloverhead Kamera. </li><li> Montieren Sie einen Overhead-Kamera (VGA-Standard, 80 fps) auf einem Overhead-Rahmen aus eloxiertem Aluminium, um die Ratte zu überwachen </li><li> Entweder lichtemittierende Dioden (LEDs), um heads der Ratte angebracht, um die Position der Ratte zu überwachen oder zu verfolgen, der den Schwerpunkt der Kontur der Ratte mit einem automatischen Verfolgungssystem. </li><li> Verwenden Sie die Grund Cineplex Verhalten Modul, um die Positionsdaten zu analysieren online und speichern Sie die Datei zur weiteren Offline-Analyse. Hinweis: Wir verwenden die Cineplex-System 3.4.1 Verhaltensforschung zur Erfassung, Verfolgung und Analyse der Lage des Ratte. Die Cineplex-Tracking-Modul ist für die Verfolgung der Ratte verwendet. Für eine wirksame Verfolgung der Fortschritte des Tieres, verwenden Sie das Cineplex Grund Verhalten Modul Zonen im zweidimensionalen Raum an relevanten Positionen des Labyrinths, die Bedeutung in der Aufgabe haben, zu erstellen. Zonen können in Sequenzen kombiniert werden und Cineplex logischen Ereignisse (wie Einträge in Zonen und die Erfüllung der Sequenzen) sind, dass, wenn die Ratte die Kriterien für die Veranstaltung erfüllt, wahr wird, dass Ereignis zugeordnet. Weisen Veranstaltungen mit digitalen Ausgängen und über eine Schnittstelle superport Eingangskarte an den Verhaltenssystem. </li></ol></li><li> Eine vollautomatische Steuerung Verhaltens <ol><li> Verhaltenstest Arena: Verwenden Sie eine entsprechende förmigen Test Arena für die Verhaltens-Aufgabe auf der Bodenprojektion Maze. Konstruieren Sie sind derna mit matt weißem Acryl und legen Sie sie direkt auf den Bodenprojektion Maze. Hinweis: Die Abmessungen können für die Verhaltens-Task verwendet angepasst werden. Die Wände sind in der Regel 45 bis 50 cm in der Höhe. Hier verwenden wir doppelseitige Testarenen (Bowtie-Labyrinth 12), um die Anzahl der Versuche in einer Sitzung (Abbildung 1B Abmessungen des Bowtie-Labyrinth) durchgeführt, zu maximieren. Der Test-Arena hat vier ausgewiesenen Bereichen in der Tracking-Software definiert: East Bildbereich, West Bildbereich, eine Ost-Testversion bereit und Umgebung, und eine West-Testversion bereit Raum (Abbildung 1C). </li><li> Verhaltenssystem: Ein Verhaltens Interface-System von MED-PC-Software gesteuert IV führt Programme in-house in MEDstate Notation geschrieben (siehe Anhang). Verwenden Sie die Ereignisse von Cineplex Verhaltenssystem, um den Fortschritt einer Ratte während der Aufgabe verfolgen, steuern, Bilddarstellung, liefern Audio-Signale und liefern Belohnung. <ol><li> Schnittstelle die superport Ausgangskarte zu Omniplex Digitaleingang zu Zeit st erwerbenAmped Verhaltensereignisvorkommen in der PlexControl Softwareumgebung für Offline-Analysen. Geben akustische Signale unter Verwendung eines programmierbaren Audiogenerator. Hinweis: Behavioral Ereignisse aus dem hier vorgestellten Gerät können Fremdgeräte (zB Laser für optogenetischen Stimulation) über eine Datentransferboard bei Bedarf bedienen. </li><li> Haus der superport Ausgangskarte, superport Eingangskarte und programmierbare Audio-Generator in einer Tischschrank Schnittstelle. Schnittstelle, die Karten mit einem DIG-704PCI-2 PCI-Karte in einem Personal Computer (PC) mit einer DIG-700F-Decoder-Karte in der Tischschrank installiert installiert. </li><li> Geben bipolare Rechteck ICS bei der Ratte unter Verwendung eines programmierbaren intrakranielle Selbststimulation Stimulator. Verbinden Sie den Stimulator Gerät an den PC über eine COM PHM152 Karte. Empfohlene ICS Parameter: Impuls 1 und 2 Laufzeit: 500 Mikrosekunden; Verzögerung zwischen Impuls 1 und 2: 500 Mikrosekunden; Frequenz: 100 Hz. Hinweis: ICS Lieferwird während der Aufgabe automatisiert, können aber manuell über eine programmierbare Taste Box mit einem SmartCtrl Modul angeschlossen geliefert werden. </li></ol></li></ol></li><li> Neuronale Datenerfassungssystem <ol><li> Sicherstellen, dass die Bodenprojektion Maze Rahmen und ICS-System ist mit dem Vorverstärker des Omniplex Neuronale Datenerfassungssystem geerdet ist, um elektrische Störungen in der neuronalen Aufnahmen zu minimieren. </li><li> Gleichzeitig sammeln neuronalen Daten, Positionskoordinaten von Cineplex und Verhaltens Event Flags aus dem Verhaltenssystem in der Datendatei für Offline-Analysen. </li></ol></li></ol> 2. Vorbereitung der Tiere <ol><li> Tiere <ol><li> Erhalten naiv 22 Tage alten männlichen Long-Evans-Ratten. </li><li> Pair beherbergen die Ratten und ihnen zu ermöglichen, um das Vivarium für eine Woche zu akklimatisieren. </li><li> Griff Ratten täglich für ca. 5 min. </li><li> Sobald Ratten 250-275 g erreichen, beginnen Essen Pläne Aufrechterhaltung ihrer Körpergewicht bei 85-90% ihrer freien Fütterung Gewicht. Ziel wirights werden von 10 g / Monat erhöht, bis 350 g Ratten zu erreichen. </li><li> Einfamilienhaus die Ratten und der Lebensmittelplan für mindestens eine Woche vor Beginn der Operation weiterhin auf die Stimulation und Aufzeichnung Elektroden zu implantieren. </li></ol></li><li> Der chirurgischen Implantation Führen chirurgische Eingriffe unter aseptischen Bedingungen und Standard nach institutionellen und regulatorischen Richtlinien. <ol><li> Anesthetize Ratten mit Isofluran. </li><li> Einen Einschnitt in der Kopfhaut, um den Schädel für die Reinigung und Identifikation von Bregma und Lambda offenbaren. </li><li> Machen Kraniotomien an den entsprechenden Koordinaten. </li><li> Bringen Sie Schädel Ankerschrauben. </li><li> Senken Sie die Spitze eines ICS Elektrode in die MFB mit den folgenden Koordinaten: von vorne nach hinten, von Bregma -2,7 mm, Seiten, ± 1,8 mm; dorsoventraler, -8,5 mm von Schädeloberfläche. Eine zweite ICS Elektrode kann in der gegenüberliegenden Hemisphäre als Backup im Falle von Fehlfunktionen Elektrode implantiert werden. </li><li> Sichern Sie sich die ICS-Elektroden zu ter Schädel-und Ankerschrauben mit Knochenzement. Zement Den Sockel nicht (Kunststoffgehäuse an der Stimulationselektrode) der Elektroden. </li><li> Senken Sie die Aufzeichnungselektroden in die Website von Interesse und sichern Sie das Gerät mit Knochenzement. </li><li> Positionieren Sie den ICS-Sockel weg von dem Aufnahmegerät und sichern Sie die ICS-Elektroden-und Aufnahmegeräte zu den Ankerschrauben mit Knochenzement. </li><li> Lassen Sie mindestens sieben Tage vor Beginn der Wiederherstellung Gewöhnung an die Gestaltung Protokoll. </li></ol></li></ol> 3. Behavioral Shaping: Allgemeine Shaping besteht aus drei Stufen: Früh, Mittelstufe, und Spät Shaping (Abbildung 2). Hinweis: Das Ziel der frühen und mittleren Shaping ist, um die Ratte zu trainieren, um eine stationäre &quot;Bereitschaftsstellung&quot; im Bereitschaftsraum für jeden Versuch zu halten und führen zahlreiche Studien in einer Sitzung. Semi-Automatisierung Verhaltensformung Training kann so den individuellen Lernraten einer Ratte angepasst werden. Oncea Ratte ist die Aufrechterhaltung einer erfolgreichen &quot;Bereitschaftsposition&quot;, gehen auf spezielle Formgebung (Late Shaping) mit dem Ziel der Übertragung der Ratte auf einer vollautomatisierten Protokoll für präzise und unvoreingenommene Verhaltenskontrolle (Abbildung 2) zu beauftragen. <ol><li> Frühen Formgebung (2A) <ol><li> Tag 1: Gewöhnen die Ratte der Verhaltensraum für 10 min mit dem Gerät eingeschaltet, dann in die Kolonie zurück. </li><li> Tag 2: Wiederholen Sie Schritt 1, dann gewöhnen, das Tier auf den Testfeld für 10 min. </li><li> Tag 3: Schließen Sie die ICS und heads Anbindehaltung auf die Ratte und gewöhnen die Ratte auf den Testfeld für 10 min. </li><li> Tag 4: Bestimmen Sie die niedrigsten ICS Amplitude, um einen Platz mit Vorliebe eine informelle Platzpräferenz Anlage Protokoll zu etablieren. Titriert Pulse 1 und 2 Amplituden. Typische Amplitudenwerte 20-80 uA. </li><li> Von Tag 5: Geben Sie ICS Belohnung, um die Ratten zu trainieren, um die Bereit Area und Ost-und Westbildpräsentationen verbinde ichCS Belohnung. Fortfahren, bis die Ratte Wechsel zwischen Ost und West Bildbereiche. </li></ol></li><li> Zwischenformung (2B). <ol><li> Einführung weißes Rauschen (50 dB), um den Start eines Prozesses zu signalisieren. Schalten Sie das weiße Rauschen, wenn die Ratte in die Bereit Bereich. </li><li> Automatisieren ICS Lieferung für den Eintritt in den Bereitschaftsraum, und für den Abschluss erfolgreich &#39;Positionen bereit. Stellen Sie die Wahrscheinlichkeit des ICS Lieferung an Ein-und erfolgreichen &quot;Bereitschaftsposition&quot;, um Verhalten zu verstärken. Hinweis: Passen Sie die Belohnung Wahrscheinlichkeiten manuell auf die Leistung einzelner Ratte während der Formgebung entsprechen. Verringern Belohnung Wahrscheinlichkeiten für den Eintritt in den Bereitschaftsraum und die Aufrechterhaltung erfolgreicher bereit Positionen. Empfohlene Abschlusswahrscheinlichkeit Belohnung für die Erfüllung erfolgreichen &quot;bereit Positionen 5-10%. Ratten werden für alle richtigen Entscheidungen belohnt. </li><li> Beginnen Sie mit kurzen &quot;Warteposition&quot; Dauern (zB 200 ms). Die &quot;Bereitschaftsstellung&quot; dura schrittweise zu erhöhennen in 100 ms Schritten. </li><li> Schalten Sie das weiße Rauschen, wenn die Ratte vorzeitig bricht die &quot;Bereitschaftsposition&quot;, so die Ratte hat, den Prozess neu zu starten. </li><li> Bewegen Sie den Spät Formgebung wenn Ratte ist in der &quot;Bereitschaftsstellung&quot; für bis zu 1200 ms. </li></ol></li><li> Spät Formgebung (Fig. 2C). Hinweis: Die Ausbildung in der Spät Gestaltung ist spezifisch für die Aufgabe, in der die Ratte durchführen wird. Automatisieren Sie die Ausbildung in diesem Formgebungsschritt für präzise und unvoreingenommene Steuerung aller Parameter Aufgabe aber flexibel bleiben, um ICS Belohnungen manuell zu liefern. Trainingsprotokolle für zwei Aufgaben werden beschrieben. <ol><li> Visuelle bikonditionaler Diskriminierung (vBCD) Aufgabe: Verwenden Sie unterschiedliche visuelle Reize, um die Ratten auf einer einfachen Form und Leuchtdichte discriminence trainieren. <ol><li> Beginnen Sie den Prozess, indem Sie auf dem weißen Rauschen. </li><li> Zufällig verhängen &quot;Bereitschaftsstellung&quot; Latenzzeiten von 700 - 1200 ms. </li><li> Geben ICS bei Bedarf manuell zu erfolgreichen &#39;ready po verstärkensitionen &quot;. </li><li> Präsentieren Sie ein Paar Bilder in der Bildpräsentationsfläche. Pseudo zeigt das richtige Bild auf der linken oder rechten Seite des Bildbereichs. </li><li> Geben Sie ICS für eine richtige Antwort, und deaktivieren Sie das Wort. Eine richtige Antwort wird registriert, wenn die Ratte in die Zone, in der das richtige Bild befindet. Am ersten Tag der Ausbildung nur ausgeben, eine 75 dB Burst von weißem Rauschen als Abschreckung für eine falsche Antwort. </li><li> Geben Sie einen Korrektur-Studie nach einer falschen Studie. Korrektur Studien haben identische Parameter (links oder rechts und &quot;Bereitschaftsstellung&quot; Latenz) wie der vorherige Versuch nicht korrekt. </li><li> Nachdem die Ratten sind in der Lage, die einfache Diskriminierung erfolgreich durchführen, stellen die verschiedenen Bodenmuster, die bikonditionaler Diskriminierungsverbot zu trainieren. </li><li> Präsentieren Sie ein Paar neue Bilder und zwei verschiedene Bodenmuster als Rahmen dienen. Die richtige Bild ist bedingt durch die Boden-Muster, zB die schwarze star ist richtig, wenn der Boden ist grau und der weiße Kreis ist korrekt, wenn der Boden gestreift (3C). </li><li> Den Boden-Muster und die Position (links oder rechts) der richtige Bild für jeden Versuch sicherzustellen, dass Studien ausgeglichen werden pseudozufällig zuweisen. </li><li> Implementieren Korrekturversuche nach einer falschen Studie, in der die Versuchsparameter identisch mit der vorherigen Studie sind. </li></ol></li><li> Visuospatial Aufmerksamkeit (VSA) Aufgabe: Gegenwart beleuchtet weiße Kreise in definierten räumlichen Orten in der Arena, um die Ratten zu trainieren, um die räumliche Lage des Zielkreis zu nähern. Hinweis: Für diese Aufgabe hat die Arena graue Kreise auf verschiedenen räumlichen Standorten in der West-und Bildbereiche. Nach einem erfolgreichen &quot;Bereitschaftsposition&quot;, wird der Zielkreis zu beleuchten (weiß werden), und die Ratte muss, dass die Zielposition (3B) zu nähern. <ol><li> &quot;Bereitschaftsstellung&quot; Latenzen von 1,000-1,60 Zufällig verhängen0 ms auf einer Studie, die von Versuchsbasis. </li><li> Geben ICS bei Bedarf manuell zu erfolgreichen &#39;ready-Positionen &quot;zu verstärken. </li><li> Nach Abschluss der &quot;Bereitschaftsposition&quot;, zufällig beleuchten eine der grauen Kreisen. </li><li> ICS liefern, wenn die Ratte in die beleuchtete Zone des Kreises. </li><li> Schalten Sie die Beleuchtung und beginnen nächste Versuch auf der gegenüberliegenden (Ost oder West) Seite. </li><li> Zu Beginn des Spätformung, beleuchten den Kreis, bis die Ratte, es nähert oder bis die Studie beendet (5 sec nach Beleuchtung der Kreis). Bewerten Sie jede Studie als entweder korrigieren oder Unterlassung Studie. Für Unterlassung Studien beleuchten den gesamten Boden (weißen Boden vorgelegt) und keine Belohnung verfügbar sein wird, bis die nächste Studie. </li><li> Wenn die Leistung der Ratte 80% erreicht richtig, verringern Sie die Zeit, die der Kreis weiterhin leuchtet auf 1 Sekunde. Die Ratte hat 5 Sekunden, um eine Wahl zu treffen. </li><li> Sie belohnen für fehlerhafte Prüfungen nicht. Starten Sie den nächsten Versuch. </li><li> Wenn ein Versäumnis trial, beleuchten den Boden und eine neue Studie. </li><li> Bei 80% richtig weiter die Zeit der Zielkreis ist auf 500 ms beleuchtet verringern. </li><li> Wählen Sie Zielstellen zufällig vor jedem Versuch. Die Ratte wird weiterhin 5 Sekunden haben, um eine Wahl zu treffen, bevor der gesamte Boden leuchtet auf, um das Ende dieser Studie signalisieren. </li><li> Sie für unrichtige oder Unterlassung Studien nicht zu belohnen. Die Ratte muss einen neuen Prozess auf der gegenüberliegenden Seite der Arena zu initiieren. </li><li> Hinweis: Weitere Kreise kann in jedem Bildbereich hinzugefügt werden, um Aufgabenschwierigkeit weiter zu erhöhen. </li></ol></li></ol></li></ol>

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Wir beschreiben formal Protokolle Ratten auf vollautomatische komplexere kognitive Aufgaben auf der Bodenprojektion Maze trainieren. Die Bodenprojektion Maze erfolgreich verwendet worden, um neuronale Korrelate der Objekt-Standort Konjunktionen und Fehlersignale in postrhinal Kortex während der Leistung auf einem 2-Wahl visuellen Unterscheidungsaufgabe 1 zu etablieren. Die Verhaltensformung Protokoll wird flexibel gestaltet, so dass sie angepasst ist, um Lernrate eines einzelnen Ratte entsprechen. Benutzerdefinierte Code für den Verhaltenssystem geschrieben kann der Experimentator, um die Wahrscheinlichkeit von automatisierten ICS Lieferung an kritischen Schritte beim Training steuern, zB die Ausbildung der &quot;Bereitschaftsstellung&quot;. Der Code sollte auch eine manuelle Auslieferung von ICS unter Verwendung eines programmierbaren Taste Feld bei. Das Ziel der Früh Shaping ist eine effektive Stimulation für ICS Belohnung Lieferung an Verhalten zu verstärken etablieren. Wenn möglich, empfehlen wir die Implantation stimulating Elektroden bilateral in MFB im Falle unwirksam Stimulation in einer Hemisphäre. Unsere Erfahrung jedoch war, dass fast alle implantierten Elektroden ICS wurden funktionale, eine lohnende Stimulus zu liefern. Die Zwischenformgebungsstufe ist entscheidend für die Ausbildung der Ratte, eine &quot;Bereitschaftsstellung&quot; im Bereitschaftsraum zu erhalten. In der &quot;Bereitschaftsposition&quot;, sollte die Ratte stationären mit der Nase in Richtung der Bildbereiche, wo die Wahl Bilder präsentiert werden. Die &quot;Bereitschaftsstellung&quot; steuert, wenn die Bilder angezeigt werden, die Richtung, aus der die Ratte nähert sich die Bilder und die Entfernung, aus der die Ratte betrachtet die Bilder. Wir empfehlen Tracking-LEDs auf heads der Ratte, die Richtung, in der Kopf der Ratte wird zeigen für eine bessere Kontrolle von Verhalten und genauere Steuerung der Zielbildpräsentation überwachen montiert. Manuelle Lieferung von ICS können ausgegeben, um Ratten zu trainieren, um die entsprechende &quot;ready &amp; # Position zu halten8217;. Wenn die Ratte ist die Aufrechterhaltung befriedigend &quot;bereit Positionen&quot; in jedem Versuch ist die Ausbildung in der Spät Gestaltung beauftragen spezifisch. Im Spät Gestaltung Ratten darauf trainiert, bestimmte Regeln zu lernen, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Wir verwenden ICS als unsere Methode der Lieferung als Belohnung diese Methode bietet sofortige Rückmeldung an die Ratte was zu einem schnelleren Lern ​​während Verhaltensformung und mehr abgeschlossenen Studien in einer Sitzung bei der Erhebung neuronalen Daten in automatisierten Aufgabe. ICS Lieferung führt jedoch in elektrische Artefakte in der neuronalen Aufnahme und problematisch für die Analyse von kontinuierlichen LFP-oder Mehrfach-Daten. Das Intervall um den elektrischen Artefakt kann offline aus dem neuronalen Aufnahme-Datendatei vor Dauerdatenanalyse entfernt werden. Typische Artefakte von ICS in hochpaßgefilterte Spike-Daten einfach offline, ohne die einzigen Spitze Analysen entfernt werden. Zukünftigen Optimierung der Protokolle für die Bodenprojektion Maze gehört die Verwendung optogenetic Werkzeuge, um interne Belohnung zu minimieren und zu beseitigen Artefakte mit elektrischer Stimulation verbunden zu liefern. Die Bodenprojektion Maze ist für die visuellen Fähigkeiten von Ratten optimiert und ist somit besser geeignet für visuell geführte Verhaltensaufgaben. Es sollte beachtet werden, dass ein direkter Vergleich nicht zwischen experimentellen Paradigmen in der Bodenprojektion Maze und operante Kammern wegen der unterschiedlichen verwendeten Versuchsprotokolle und unterschiedliche Definitionen von Kriterium für die erfolgreiche Übernahme einer Aufgabe vorgenommen werden können. Wir haben zuvor jedoch gezeigt, dass Ratten, erwarb eine einfache 2-Wahl visuellen Unterscheidungsaufgabe in ~ 50 Studien in den Bodenprojektion Maze 2, verglichen mit&gt; 300 Studien in anderen Studien, in denen Bilder wurden vertikal in operante Kammern 3,10 vorgestellt. Die VSA Aufgabe wurde nach der klassischen 5-Choice-Serienreaktions Aufgabe 13 (5-CSRT) zur visuellen Aufmerksamkeits beurteilen modelliertProzesse. Typischerweise ist das 5-CSRT wird in einem operanten Kammer durchgeführt und erfordert das Tier eine Nase Sack in der entsprechenden Nasenloch Sack durch einen Lichtblitz angegeben machen, hier die VSA Aufgabe wird in einer offenen Arena, wo Tiere bleiben durchgeführt stationär an einem bestimmten Ort in der Arena, richten ihre Aufmerksamkeit auf die Zielpositionen und warten, bis der Lichtreiz zu erscheinen. Nach unserer Erfahrung benötigt Ratten ~ 3.200 Studien Kriterium (75% an zwei aufeinander folgenden Tagen) in der 5-CSRT 14 verglichen mit ~ 800 Studien in den VSA Aufgabe in der Bodenprojektion Maze erreichen. Ein weiterer Vorteil der Verhaltens Aufgaben auf der Bodenprojektion Maze durchgeführt wird, dass die Aufgaben in einem großen, offenen Arena, die die natürliche Tendenz der Ratte auf seine Umwelt zu erkunden, im Gegensatz zu Aufgaben, die das Tier benötigt, um seinen Blick zu fixieren nutzt ein durch stationäres Ziel. Ein großer Vorteil der Verwendung von frei beweglichen Ratten in einer offenen Arena &amp;# 160; in der Bodenprojektion Maze Vorrichtung ist, dass sowohl allozentrischen und egozentrischen räumlichen Informationen mit visuellen Informationen gesammelt werden. Ein weiterer Vorteil unseres Paradigma ist, dass die Aufgaben müssen nicht Darstellung statischer Bilder beschränkt. Position und Funktionen der visuellen Reize, die dynamisch sind in Zukunft Aufgaben verwendet werden. Mit Tracking-Funktionen des Cineplex Behavioral-System-Forschung, können Aufgaben für eine detaillierte Funktions Verständnis einer bestimmten Gehirnstruktur entwickelt werden. Die Kombination von elektrophysiologischen Ableitungen mit gleichzeitiger visuell geführten kognitiven Aufgaben, können grundlegende Fragen, wie die Gehirnaktivität auf kognitive Prozesse wie Entscheidungs-und visuelle Diskriminierung erkundet werden. Mit visuell geführte Aufgaben, Ergebnisse aus Studien an Ratten kann besser an den Menschen mit dem Ziel der Bereitstellung von Therapien für menschliche Krankheiten kognitiven übersetzt werden.

Visuelle Aufgaben werden häufig in Menschen und Affen Studien verwendet werden, um Mechanismen, die Lernen und Gedächtnis zu untersuchen. Nager-Modelle sind jedoch leichter zugänglich für Forscher für größere, besser kontrollierte Studien, und haben den zusätzlichen Vorteil, dass mehr invasive elektrophysiologische Techniken. In Kombination mit anderen Ansätzen, wie genetische Manipulationen, elektrophysiologischen Ableitungen in sich frei bewegenden Ratten ein nützliches Modell für präzise Targeting-Mechanismen und Schaltungen zugrunde liegenden kognitiven Prozesse. Primas visuellen Aufgaben erfordern die Themen, den Blick auf visuelle Reize auf einem Monitor direkt, während Ratten-Aufgaben erfordern die Themen, mit einer Umgebung zu interagieren. Die Bodenprojektion Maze nutzt die natürliche Tendenz von Ratten, aktiv die Umwelt zu erkunden, während gleichzeitig die Teilnahme an visuellen Reizen. Kognitive Aufgaben mit Touchscreen-Geräten, die speziell für Nager entwickelt haben, erlaubtbessere Übersetzung von Erkenntnissen aus Tiermodellen auf den Menschen drei. Touchscreen-Aufgaben werden in der Regel in einer Kammer mit zweidimensionalen visuellen Reizen vertikal an Wänden 7.3 präsentiert durchgeführt. Diese Aufgaben erfordern Touchscreen das Thema nach hinten in Richtung des Ziels visuellen Reiz und brechen eine Infrarotlichtstrahl oder drücken Sie auf einem Druckpolster auf seine Reaktion registrieren. Anatomische und verhaltens Beweise deuten jedoch darauf hin, dass Ratten verarbeiten visuelle Information in der unteren visuellen Halbfeld besser für Führungsverhalten 8-10. Unser Labor hat sich die kognitive Aufgaben die Nutzung der Bodenprojektion Maze 2, in der zweidimensionalen visuellen Reize zurück auf den Boden der Test Arena projiziert entwickelt. In der Bodenprojektion kann Maze Ratten bei der Durchführung von Aufgaben in einem großen, offenen Arena verglichen mit Touchscreen-Gerät verfolgt werden. So können räumliche Informationen in der aufgezeichneten neuronalen Aktivität zusätzlich zu neuronalen Korrelate des visuellen Informationen erhalten werden, eined Entscheidungsfindung. Wir liefern intrakraniellen Stimulation (ICS) auf die mediale Vorderhirnbündel (MFB) als Belohnung 11. Diese Art der Belohnung Lieferung hat Vorteile gegenüber Nahrungsmitteln und Getränken belohnt. Essen und Trinken Belohnungen können bis zur Sättigung auch in der Lebensmittelmangel Ratten führen, wodurch die Anzahl der Versuche ein Tier durchzuführen und möglicherweise eine Verlangsamung der Ausbildung. ICS liefert sofortige Belohnung eine sofortige Rückmeldung über die Aufgabenausführung. Die unmittelbare Belohnung führt zu einer schnelleren Erfassung und Gestaltung und reduziert wesentlich die Dauer der Trainingsprotokolle. Darüber hinaus kann eine größere Anzahl von Studien in einer Sitzung durchgeführt werden, die Erhöhung der Menge von Daten gesammelt und zu einem zuverlässigeren Probe von aufgabenbezogenen Verhaltens. Verwendung des Bodenprojektion Maze, werden wir einen allgemeinen Protokoll beschrieben, das Verhalten von Ratten zu formen komplexen kognitiven Aufgaben. This allgemeine Protokoll bietet einen Rahmen für die Ausbildung von Ratten in einer Vielzahl von derzeit für die Aufnahme neuronalen Korrelate der Aufmerksamkeit und visuelle Unterscheidung 1 verwendeten Aufgaben. So wird die Bodenprojektion für Maze visuellen Fähigkeiten von Ratten optimiert und ermöglicht Vergleiche mit stärkeren visuellen Aufgaben in Menschen und nicht-menschlichen Primaten.

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	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">OmniPlex D Neural Data Acquisition System</td>
			<td style="width:127px;">Plexon Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">DigiAmp Digitizing Amplifier</td>
			<td style="width:127px;">Plexon Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:391px;">Frame for Floor Projection Maze</td>
			<td style="width:127px;">80/20 Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>15 Series T-slot framing</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">Short throw projector</td>
			<td style="width:127px;">NEC Display Solutions</td>
			<td style="width:119px;">WT610E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">Da-Lite lace and grommet screen</td>
			<td style="width:127px;">Da-Lite Screen Company</td>
			<td style="width:119px;">81326C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:391px;">PlexiGlass</td>
			<td style="width:127px;">Modern Plastics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">SuperPort Input card</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">DIG-713A</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">SuperPort Output card</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">DIG-726</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">SmartCtrl Interface module</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">DIG-716B</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">Decoder card</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">DIG-700F</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">PCI card</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">DIG-704PCI-2</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:391px;"></td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">Programmable audio generator</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">ANL-926</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">Programmable Intracranial Self Stimulation Stimulator</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">PHM-150B</td>
			<td style="width:167px;">Operated by a PHM-152COM card</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">2 Channel electrode</td>
			<td style="width:127px;">Plastics1</td>
			<td style="width:119px;">MS303/13/SP</td>
			<td style="width:167px;">Cut 15 &#8211; 20 mm below the pedestal</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td colspan="4" height="20" style="height:20px;width:803px;">Software</td>
		</tr>
		<tr height="40">
			<td height="40" style="height:40px;width:391px;">MED-PC IV Software</td>
			<td style="width:127px;">Med Associates Inc</td>
			<td style="width:119px;">SOF-735</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:391px;">OmniPlex Software</td>
			<td style="width:127px;">Plexon Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CinePlex Software: Tracking and Basic Behavior Modules</td>
			<td style="width:127px;">Plexon Inc</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated visual cognitive tasks for recording neural activity using a floor projection maze

Neuropsychologische Aufgaben in Primaten verwendet werden, um Mechanismen von Lernen und Gedächtnis untersuchen, werden in der Regel visuell geführten kognitiven Aufgaben. Wir haben kognitive Anforderungen für Ratten mit Hilfe der Bodenprojektion Maze 1,2, die für die visuellen Fähigkeiten von Ratten ermöglicht stärkere Vergleiche der experimentellen Befunde mit anderen Arten optimiert entwickelt werden. Um neuronale Korrelate von Lernen und Gedächtnis zu untersuchen, haben wir elektrophysiologischen Ableitungen in vollautomatisierte kognitive Aufgaben auf der Bodenprojektion Maze 1,2 integriert. Behavioral-Software mit einem Tier-Tracking-System eine Schnittstelle ermöglicht die Überwachung des Verhaltens des Tieres mit präzise Steuerung der Bildpräsentation und Eventualitäten belohnen für besser ausgebildete Tiere. Integration mit einem in vivo elektrophysiologischen Aufnahmesystem ermöglicht Prüfung von Verhaltens Korrelate neuronaler Aktivität an ausgewählten Epochen eines bestimmten kognitiven Aufgabe. &lt;/ P&gt; Wir beschreiben Protokolle für ein Modellsystem, die automatische visuelle Darstellung von Informationen zu Nagetieren und intrakranielle Belohnung mit elektrophysiologischen Ansätzen kombiniert. Unser Modellsystem bietet eine anspruchsvolle Reihe von Tools als Rahmen für andere kognitive Aufgaben besser zu isolieren und zu identifizieren spezifische Mechanismen beitragen, bestimmte kognitive Prozesse.

Das Ziel der allgemeinen Gestaltung Schritte ist es, die Ratte auf die Prüfung Arena gewöhnen, trainieren die Ratte in einer stationären &quot;Bereitschaftsstellung&quot; für die Präsentation der Ziel visuelle Reize zu bleiben, und nähern sich der Standort der richtige visuellen Reiz. Nach der Gewöhnung an den Testraum, arena, und Haltegurte, Früh Gestaltung erfordert in der Regel 100 bis 150 Versuche, bis die Ratten zwischen den Ost-und Westseiten der Arena abwechselnd. Während frühe Gestaltung die Ratten laufen in der Regel über den Bereitschaftsraum im Zentrum der Arena und verbringen die meiste Zeit die Erkundung der Umfang der Arena (Abbildung 4A). Ratten in der Zwischenformgebungsstufe allmählich lernen, eine stationäre &quot;Bereitschaftsstellung&quot; im Bereitschaftsraum erfordern 600-700 Studien zu erhalten. An dieser Stelle werden Pfade Tiere stereotype Loops aus der Umgebung bereit, um den Bildbereich mit weniger Zeit verbringen wir damit den Umfang des Labyrinths. Allerdings sind Ratten nicht die Aufrechterhaltung einer stationären &#39;ready position &quot;, durch die Geschwindigkeit, mit Ratten durchqueren das Zentrum Bereit Raum (4B) gezeigt. Bis zum Ende des Zwischenformung, Ratten halten eine stationäre &quot;Bereitschaftsstellung&quot; im Bereitschaftsraum vor der Annäherung an die Ziel visuellen Reiz. Die Ratte eröffnet dann den nächsten Versuch auf der gegenüberliegenden Seite der Arena (4C). Die Integration des Tracking-Software und der Neural-Datenerfassungssystem mit einer Verhaltenskontrolle-System ermöglicht ereignisbezogenen Analysen der neuronalen Daten. Fahrbar Elektrodenarrays strategisch platziert werden, um Single-Unit-und lokale Feldpotential-Aktivität aufzuzeichnen. Aufnahmen wurden in postrhinal Kortex durchgeführt, wenn die Ratten durchgeführt vBCD Aufgabe. Perievent Histogramme und Raster-Plots zeigen, dass Zellen in postrhinal Kortex antworten Beginn der Ziel visuellen Stimulus und dem Beginn des Bodenmusters (Figur 5A). Im hinteren parietalen Kortex von rats Durchführung der VSA Aufgabe Zellen reagieren auf das Bild, Präsentation, und wenn die Wahl wurde von Eintritt in die Zone, die das Zielbild (Abbildung 5B) definiert. Lokale Feldpotential Aktivität im posterioren parietalen Kortex während der Leistung in der VSA Aufgabe zeigt eine starke Leistung in der Theta-Bereich (~ 8 Hz), wenn Ratten sind in der &quot;Bereitschaftsstellung&quot; vor dem Bild-Präsentation (5C). <img alt="Figur 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig1.jpg" width="400" /> Abbildung 1. Versuchsaufbau. A. Schematische Darstellung der Verhaltens-und Kontrollräume. Die Bodenprojektion Maze wird in der Verhaltensraum untergebracht. Ratten werden über eine Kopfkamera überwacht. Der Kontrollraum befindet sich die Ausrüstung, um die Aufgabe zu kontrollieren und neuronalen Daten zu sammeln. B. Abmessungendie Fliege Labyrinth. C. Bildschirmerfassung von Cineplex Studio. Zonen durch den Benutzer definiert. Logische Ereignisse werden als Cineplex digitale Ausgänge an die Verhaltenssteuerung (Med Associates) geschickt, um den Fortschritt der Ratte zu überwachen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig1highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> <img alt="Figur 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig2.jpg" /> 2. Schematische Darstellung der Formgebungsschritten. A. Im Frühen Gestaltung der Ratte erhält ICS für die Eingabe der Bereit Bereich, und nach Ost-und West-Bildbereiche. Ziel ist es, die Ratte zu trainieren, um diese Bereiche mit ICS Belohnung assoziieren. B. Intermediate Gestaltung konzentriert sich auf die Ausbildung der Ratten, die eine stationäre &quot;Bereitschaftsstellung&quot; im Bereitschaftsraum zu erhalten. Die Bilder werden dargestellt only nach Aufrechterhaltung einer erfolgreichen &quot;Bereitschaftsstellung&quot;. Ratten weiterhin ICS für die Annäherung an das Bild in der Bildfläche. C. Am späten Gestaltung zu erhalten, wird die Ratte erfolgreich Aufrechterhaltung eines stationären &quot;Bereitschaftsstellung&quot;. Training ist Aufgabe spezifisch, und die Ratte ist geschult, um bestimmte Regeln zu lernen, um eine bestimmte Aufgabe zu erfüllen. Blitz zeigt ICS Lieferung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig2highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> <img alt="Fig. 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig3.jpg" /> 3. A. Schematische Darstellung des vBCD Task Wenn der Boden ist grau, wird der schwarze Stern belohnt;.. Wenn der Boden gestreift, wird der weiße Kreis B belohnt. Schematische Darstellung des VSA Aufgabe. Graue Kreise die Zielorten in den Bildbereichen.Die Targetstimulus eine kurze (500 msec) Beleuchtung (weiß) des einen der Kreise. Die Ratten werden für die Annäherung an den richtigen Zielort belohnt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig3highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> <img alt="Fig. 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig4.jpg" /> 4. Beispielpfade bei der Formgebung. Positionsdaten von zwei Minuten-Segmente einer Ratte Durchführung an verschiedenen Formgebungsschritten. Geschwindigkeit des Tieres wird durch die Wärme der Karte vertreten. Kalte Farben darstellen langsamsten Geschwindigkeiten und heiße Farben repräsentieren schnellsten Geschwindigkeiten. A. während der frühen Gestaltung Ratten erforschen und hinten bis auf die Außenwände der Ost-und Westbildbereichen und nicht im Bereitschaftsraum. B stoppen. Eine stereotype Weg beginnt in der Zwischen sh entstehenNachäffen. Pfade bilden eine Schleife in Richtung der Bildbereiche wieder in den Bereitschaftsraum. Ratten beginnen, eine &quot;Bereitschaftsstellung&quot; im Bereitschaftsraum. C erfolgreich aufrecht zu erhalten. Bei Ratten, die Fortschritte auf Spät Gestaltung, Ratten zu halten stationären &#39;ready-Positionen &quot;und die Wege der Ratten sind stereotyp. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig4highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a> <img alt="Figur 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig5.jpg" /> Abbildung 5. Beispiele perievent bezogene Analysen. A. Zellen aus der postrhinal Kortex während der vBCD Aufgabe mit unterschiedlichen Reaktionen auf die Präsentation des Zielbildes (links), und der Präsentation der Stock (rechts). B aufgezeichnet. Zellen von der hinteren parietalen Kortex während zeichnetenAufgabe der VSA mit verschiedenen Reaktionen auf die Beleuchtung des Kreises (links). Erhöhte Brenn nach Wahl der räumlichen Position, in der der Zielkreis beleuchtet (rechts). C. Spektrogramm zeigt starke Leistung theta in der hinteren parietalen Kortex während der &quot;Warteposition&quot;. Die vertikale rote Linie zeigt das Ende der erfolgreichen &quot;Bereitschaftsstellung&quot; und die Präsentation der Bilder. Die vertikale blaue Linie zeigt die Präsentation der Etage 1 am Versuch zu starten in der vBCD Aufgabe. Die vertikale grüne Linie zeigt an, dass eine Wahl in der VSA Aufgabe eingetragen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig5highres.jpg" target="_blank">Klicken Sie hier für eine größere Ansicht.</a>

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Automated Visual Cognitive Tasks for Recording Neural Activity Using a Floor Projection Maze

Wir beschreiben Protokolle für die Ausbildung von Ratten bei chronischer elektrophysiologischen Ableitungen in voll automatisierten kognitiven Aufgaben auf einer Bodenprojektion Maze.

Automatisierte kognitive Anforderungen für die Aufnahme Neuronale Aktivität Mit einer Bodenprojektion Maze

Neuropsychological tasks used in primates to investigate mechanisms of learning and memory are typically visually guided cognitive tasks. We have ...

automated-visual-cognitive-tasks-for-recording-neural-activity-using

Research

JoVE Journal

Behavior

13.0K Aufrufe.  Brown University.  Wir beschreiben Protokolle für die Ausbildung von Ratten bei chronischer elektrophysiologischen Ableitungen in voll automatisierten kognitiven Aufgaben auf einer Bodenprojektion Maze. 

Serie: Automated Visual Cognitive Tasks for Recording Neural Activity Using a Floor Projection Maze

Automated, Quantitative Cognitive/Behavioral Screening of Mice: For Genetics, Pharmacology, Animal Cognition and Undergraduate Instruction

We describe a high-throughput, high-volume, fully automated, live-in 24/7 behavioral testing system for assessing the effects of genetic and pharmacological manipulations on basic mechanisms of cognition and learning in mice. A standard polypropylene mouse housing tub is connected through an acrylic tube to a standard commercial mouse test box. The test box has 3 hoppers, 2 of which are connected to pellet feeders. All are internally illuminable with an LED and monitored for head entries by infrared (IR) beams. Mice live in the environment, which eliminates handling during screening. They obtain their food during two or more daily feeding periods by performing in operant (instrumental) and Pavlovian (classical) protocols, for which we have written protocol-control software and quasi-real-time data analysis and graphing software. The data analysis and graphing routines are written in a MATLAB-based language created to simplify greatly the analysis of large time-stamped behavioral and physiological event records and to preserve a full data trail from raw data through all intermediate analyses to the published graphs and statistics within a single data structure. The data-analysis code harvests the data several times a day and subjects it to statistical and graphical analyses, which are automatically stored in the &#34;cloud&#34; and on in-lab computers. Thus, the progress of individual mice is visualized and quantified daily. The data-analysis code talks to the protocol-control code, permitting the automated advance from protocol to protocol of individual subjects. The behavioral protocols implemented are matching, autoshaping, timed hopper-switching, risk assessment in timed hopper-switching, impulsivity measurement, and the circadian anticipation of food availability. Open-source protocol-control and data-analysis code makes the addition of new protocols simple. Eight test environments fit in a 48 in x 24 in x 78 in&#160;cabinet; two such cabinets (16 environments) may be controlled by one computer.

Fully automated system for measuring physiologically meaningful properties of the mechanisms mediating spatial localization, temporal localization, duration, rate&#160;and probability estimation, risk assessment, impulsivity, and the accuracy and precision of memory, in order to assess the effects of genetic and pharmacological manipulations on foundational mechanisms of cognition in mice.

Automatisierte, Quantitative Kognition / Verhalten Screening der Mäuse: Für Genetik, Pharmakologie, Animal Cognition und Undergraduate-Unterricht

We describe a high-throughput, high-volume, fully automated, live-in 24/7 behavioral testing system for assessing the effects of genetic and ...

Forschung

Verhalten

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. Higher cognitive functions that require precise control over sensorimotor responses such as decision-making and attentional modulation, however, are typically assessed in nonhuman primates. Despite the richness of primate behavior that allows multiple variants of these functions to be studied, the rodent model remains an attractive, cost-effective alternative to primate models. Furthermore, the ability to fully automate operant conditioning in rodents adds unique advantages over the labor intensive training of nonhuman primates while studying a broad range of these complex functions.
Here, we introduce a protocol for operantly conditioning rats on performing working memory tasks. During critical epochs of the task, the protocol ensures that the animal's overt movement is minimized by requiring the animal to 'fixate' until a Go cue is delivered, akin to nonhuman primate experimental design. A simple two alternative forced choice task is implemented to demonstrate the performance. We discuss the application of this paradigm to other tasks.

A fully automated protocol for rodent operant conditioning is proposed. The protocol relies on precise temporal control of behavioral events to investigate the extent to which this control influences neural activity underlying sensorimotor integration and cognitive control experiments.

Eine vollautomatische Nageranlage Protokoll für die Integration sensorischer und kognitiver Kontrollexperimente

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here with the goal of uncovering rhythm disorders, such as beat deafness. Beat deafness is characterized by poor performance in perceiving durations in auditory rhythmic patterns or poor synchronization of movement with auditory rhythms (e.g., with musical beats). These tasks include the synchronization of finger tapping to the beat of simple and complex auditory stimuli and the detection of rhythmic irregularities (anisochrony detection task) embedded in the same stimuli. These tests, which are easy to administer, include an assessment of both perceptual and sensorimotor timing abilities under different conditions (e.g., beat rates and types of auditory material) and are based on the same auditory stimuli, ranging from a simple metronome to a complex musical excerpt. The analysis of synchronized tapping data is performed with circular statistics, which provide reliable measures of synchronization accuracy (e.g., the difference between the timing of the taps and the timing of the pacing stimuli) and consistency. Circular statistics on tapping data are particularly well-suited for detecting individual differences in the general population. Synchronized tapping and anisochrony detection are sensitive measures for identifying profiles of rhythm disorders and have been used with success to uncover cases of poor synchronization with spared perceptual timing. This systematic assessment of perceptual and sensorimotor timing can be extended to populations of patients with brain damage, neurodegenerative diseases (e.g., Parkinson&#8217;s disease), and developmental disorders (e.g., Attention Deficit Hyperactivity Disorder).

Behavioral tasks that allow for the assessment of perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) are presented. Synchronization of finger tapping to the beat of an auditory stimuli and detecting rhythmic irregularities provides a means of uncovering rhythm disorders.

Aufdecken Schlag Taubheit: Entdecken Rhythmusstörungen mit Synchronized Finger Tapping und Wahrnehmungszeit Aufgaben

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

Practical Methodology of Cognitive Tasks Within a Navigational Assessment

This paper describes an approach for measuring navigation accuracy relative to cognitive skills. The methodology behind the assessment will thus be clearly outlined in a step-by-step manner. Navigational skills are important when trying to find symbols within a speech-generating device (SGD) that has a dynamic screen and taxonomical organization. The following skills have been found to impact children&#8217;s ability to find symbols when navigating within the levels of an SGD: sustained attention, categorization, cognitive flexibility, and fluid reasoning1,2. According to past studies, working memory was not correlated with navigation1,2.
The materials needed for this method include a computerized tablet, an augmentative and alternative communication application, a booklet of symbols, and the Leiter International Performance Scale-Revised (Leiter-R)3. This method has been used in two previous studies. Robillard, Mayer-Crittenden, Roy-Charland, Minor-Corriveau and B&#233;langer1 assessed typically developing children, while Rondeau, Robillard and Roy-Charland2 assessed children and adolescents with a diagnosis of Autism Spectrum Disorder. The direct observation of this method will facilitate the replication of this study for researchers. It will also help clinicians that work with children who have complex communication needs to determine the children&#8217;s ability to navigate an SGD with taxonomical categorization.

Children who have complex communication needs can benefit from the use of a speech-generating device (SGD). Cognitive skills were identified as having an impact on the ability to navigate between levels of SGDs. This protocol describes the steps needed for Speech-language Pathologists to assess cognitive skills and navigational abilities.

Praktische Methodologie der kognitiven Aufgaben innerhalb eines Navigations Bewertung

This paper describes an approach for measuring navigation accuracy relative to cognitive skills. The methodology behind the assessment will thus be ...

Using the Activity-based Anorexia Rodent Model to Study the Neurobiological Basis of Anorexia Nervosa

Anorexia nervosa (AN) is a psychiatric illness characterized by excessively restricted caloric intake and abnormally high levels of physical activity. A challenging illness to treat, due to the lack of understanding of the underlying neurobiology, AN has the highest mortality rate among psychiatric illnesses. To address this need, neuroscientists are using an animal model to study how neural circuits may contribute toward vulnerability to AN and may be affected by AN. Activity-based anorexia (ABA) is a bio-behavioral phenomenon described in rodents that models the key symptoms of anorexia nervosa. When rodents with free access to voluntary exercise on a running wheel experience food restriction, they become hyperactive &#8211; running more than animals with free access to food. Here, we describe the procedures by which ABA is induced in adolescent female C57BL/6 mice. On postnatal day 36 (P36), the animal is housed with access to voluntary exercise on a running wheel. After 4 days of acclimation to the running wheel, on P40, all food is removed from the cage. For the next 3 days, food is returned to the cage (allowing animals free food access) for 2 hr daily. After the fourth day of food restriction, free access to food is returned and the running wheel is removed from the cage to allow the animals to recover. Continuous multi-day analysis of running wheel activity shows that mice become hyperactive within 24 hr following the onset of food restriction. The mice run even during the limited time during which they have access to food. Additionally, the circadian pattern of wheel running becomes disrupted by the experience of food restriction. We have been able to correlate neurobiological changes with various aspects of the animals&#8217; wheel running behavior to implicate particular brain regions and neurochemical changes with resilience and vulnerability to food-restriction induced hyperactivity.

Here we present a protocol to induce activity-based anorexia (ABA) in female adolescent mice. ABA is a condition of hyperactivity evoked by imposing food restriction on rodents with access to a running wheel. This phenomenon is being used as a model to study the underlying neurobiology of anorexia nervosa.

Unter Verwendung des Activity-based Anorexia Nagetiermodell die neurobiologischen Grundlagen von Anorexia Nervosa Study

Anorexia nervosa (AN) is a psychiatric illness characterized by excessively restricted caloric intake and abnormally high levels of physical activity. A ...

Using Fiberless, Wearable fNIRS to Monitor Brain Activity in Real-world Cognitive Tasks

Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a neuroimaging technique that uses near-infrared light to monitor brain activity. Based on neurovascular coupling, fNIRS is able to measure the haemoglobin concentration changes secondary to neuronal activity. Compared to other neuroimaging techniques, fNIRS represents a good compromise in terms of spatial and temporal resolution. Moreover, it is portable, lightweight, less sensitive to motion artifacts and does not impose significant physical restraints. It is therefore appropriate to monitor a wide range of cognitive tasks (e.g., auditory, gait analysis, social interaction) and different age populations (e.g., new-borns, adults, elderly people). The recent development of fiberless fNIRS devices has opened the way to new applications in neuroscience research. This represents a unique opportunity to study functional activity during real-world tests, which can be more sensitive and accurate in assessing cognitive function and dysfunction than lab-based tests. This study explored the use of fiberless fNIRS to monitor brain activity during a real-world prospective memory task. This protocol is performed outside the lab and brain haemoglobin concentration changes are continuously measured over the prefrontal cortex while the subject walks around in order to accomplish several different tasks.

Monitoring brain activity outside the lab without physical constraints presents methodological challenges. A fiberless, wearable functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) system was used to measure brain activity during an ecological prospective memory task. It was demonstrated that this system could be used to monitor brain activity during non-lab based experiments.

Verwendung fiberlosen, Wearable fNIRS die Hirnaktivität in realen kognitiven Aufgaben Überwachen

Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a neuroimaging technique that uses near-infrared light to monitor brain activity. Based on neurovascular ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer scale. However, current methods mostly rely on tethered cable recordings or only use unidirectional systems, allowing either recording or stimulation of neural activity, but not at the same time or same target. Here, a new wireless, bidirectional device for simultaneous multichannel recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats is described. The system operates through a single portable head stage that both transmits recorded activity and can be targeted in real-time for brain stimulation using a telemetry-based multichannel software. The head stage is equipped with a preamplifier and a rechargeable battery, allowing stable long-term recordings or stimulation for up to 1 h. Importantly, the head stage is compact, weighs 12 g (including battery) and thus has minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire, making the method applicable to a broad set of behavioral tasks. Moreover, the method has the major advantage that the effect of brain stimulation on neural activity and behavior can be measured simultaneously, providing a tool to assess the causal relationships between specific brain activation patterns and behavior. This feature makes the method particularly valuable for the field of deep brain stimulation, allowing precise assessment, monitoring, and adjustment of stimulation parameters during long-term behavioral experiments. The applicability of the system has been validated using the inferior colliculus as a model structure.

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A wireless, bidirectional system for multi-channel neural recordings and stimulation in freely behaving rats is introduced. The system is light and compact, thus having minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire. Moreover, this bidirectional system provides a sophisticated tool to assess causal relationships between brain activation patterns and behavior.

Ein kabelloses, bidirektionale Schnittstelle für In Vivo Aufnahme und Stimulation der neuronalen Aktivität in Ratten frei Verhalten

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

Automated, Long-term Behavioral Assay for Cognitive Functions in Multiple Genetic Models of Alzheimer's Disease, Using IntelliCage

Multiple factors&#8212;such as aging and genes&#8212;are frequently associated with cognitive decline. Genetically modified mouse models of cognitive decline, such as Alzheimer&#39;s disease (AD), have become a promising tool to elucidate the underlying mechanisms and promote the therapeutic advances. An important step is the validation and characterization of expected behavioral abnormality in the models, in the case of AD, cognitive decline. The long-term behavioral investigations of laboratory animals to study the effect of aging demand substantial efforts from researchers. The IntelliCage system is a high-throughput and cost-effective test battery for mice that eliminates the need for daily human handling. Here, we describe how the system is utilized in the long-term phenotyping of a genetic Alzheimer&#39;s disease model, specifically focusing on the cognitive functions. The experiment employs repeated battery of tests that assess spatial learning and executive functions. This cost-effective age-dependent phenotyping allows us to identify the transient and/or permanent effects of genes on various cognitive aspects.

Automated, Long-term Behavioral Assay for Cognitive Functions in Multiple Genetic Models of Alzheimer&#039;s Disease, Using IntelliCage

This paper describes a protocol for cognitive assessments for genetic models of the Alzheimer&#39;s disease using the IntelliCage system, which is a high throughput automated behavioral monitoring system with operant conditioning.

Automatisiert, langfristige Verhaltensstörungen Assay für kognitive Funktionen in mehreren genetischen Modellen der Alzheimer-Krankheit, mit IntelliCage

Multiple factors&#8212;such as aging and genes&#8212;are frequently associated with cognitive decline. Genetically modified mouse models of cognitive ...

Integrating Visual Psychophysical Assays within a Y-Maze to Isolate the Role that Visual Features Play in Navigational Decisions

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired investigations into collective motion, specifically, their ability to integrate environmental and social information across ecological contexts. This demonstration illustrates techniques used for quantifying behavioral responses of fish, in this case, Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas), to visual stimuli using computer visualization and digital image analysis. Recent advancements in computer visualization allow for empirical testing in the lab where visual features can be controlled and finely manipulated to isolate the mechanisms of social interactions. The purpose of this method is to isolate visual features that can influence the directional decisions of the individual, whether solitary or with groups. This protocol provides specifics on the physical Y-maze domain, recording equipment, settings and calibrations of the projector and animation, experimental steps and data analyses. These techniques demonstrate that computer animation can elicit biologically-meaningful responses. Moreover, the techniques are easily adaptable to test alternative hypotheses, domains, and species for a broad range of experimental applications. The use of virtual stimuli allows for the reduction and replacement of the number of live animals required, and consequently reduces laboratory overhead.
This demonstration tests the hypothesis that small relative differences in the movement speeds (2 body lengths per second) of virtual conspecifics will improve the speed and accuracy with which shiners follow the directional cues provided by the virtual silhouettes. Results show that shiners directional decisions are significantly affected by increases in the speed of the visual cues, even in the presence of background noise (67% image coherency). In the absence of any motion cues, subjects chose their directions at random. The relationship between decision speed and cue speed was variable and increases in cue speed had a modestly disproportionate influence on directional accuracy.

Here, we present a protocol to demonstrate a behavioral assay that quantifies how alternative visual features, such as motion cues, influence directional decisions in fish. Representative data are presented on the speed and accuracy where Golden Shiner (Notemigonus crysoleucas) follow virtual fish movements.

Integration visueller psychophysischer Assays in ein Y-Maze, um die Rolle zu isolieren, die visuelle Features bei Navigationsentscheidungen spielen

Collective animal behavior arises from individual motivations and social interactions that are critical for individual fitness. Fish have long inspired ...

Behavioral Assessment of Visual Function via Optomotor Response and Cognitive Function via Y-Maze in Diabetic Rats

The optomotor response and the Y-maze are behavioral tests useful for assessing visual and cognitive function, respectively. The optomotor response is a valuable tool to track changes in spatial frequency (SF) and contrast sensitivity (CS) thresholds over time in a number of retinal disease models, including diabetic retinopathy. Similarly, the Y-maze can be used to monitor spatial cognition (as measured by spontaneous alternation) and exploratory behavior (as measured by a number of entries) in a number of disease models that affect the central nervous system. Advantages of the optomotor response and the Y-maze include sensitivity, speed of testing, the use of innate responses (training is not needed), and the ability to be performed on awake (non-anesthetized) animals. Here, protocols are described for both the optomotor response and the Y-maze and examples of their use shown in models of Type I and Type II diabetes. Methods include preparation of rodents and equipment, performance of the optomotor response and the Y-maze, and post-test data analysis.

Neural degeneration in both eyes and brain as a result of diabetes can be observed through behavioral tests carried out on rodents. The Y-maze, a measure of spatial cognition, and the optomotor response, a measure of visual function, both provide insight into potential diagnoses and treatments.

Verhaltensbewertung der visuellen Funktion über optomotorische Reaktion und kognitive Funktion über Y-Maze bei diabetischen Ratten

The optomotor response and the Y-maze are behavioral tests useful for assessing visual and cognitive function, respectively. The optomotor response is a ...