Questo lavoro è stato supportato da NSF IOS 1146334, NSF EFRI 0937848, DARPA N66001-10-C-2010 e NSF IOS 0.522.220 a RDB. Ringraziamo Stacie Hyatt at Plexon Inc per l&#39;assistenza nella preparazione di questo manoscritto.

Tutte le procedure sono in conformità con le linee guida della Brown University Institutional Animal Care ed uso di commissione. 1. Panoramica dei sistemi Un sistema di video tracking interagisce con un sistema di controllo comportamentale per monitorare i progressi del ratto in un determinato compito, valutare comportamenti target, presentazione dello stimolo di controllo e fornire ricompense basate sui progressi del ratto. Un sistema di registrazione elettrofisiologica vivo raccoglie i dati neurali per le analisi di eventi correlati. (Figura 1A). <ol><li> La proiezione Floor Maze <ol><li> La proiezione Piano Maze 2 è un campo aperto senza pareti (147,3 centimetri x 111,8 centimetri) con una chiara plexiglas incolore piano (spessore 0,6 cm). La parte inferiore del piano è un guadagno unitario Doppio Vision tessuto che è tesa su un secondo rettangolo di pezzi in plexiglas (147,3 centimetri x 111,8 centimetri x 1.25 cm) per la proiezione posteriore con una breve proiettore tiro. </li><li> Collegare il proiettorealla scheda video nel PC comportamentale sistema. Tenere il plexiglas, tessuto schermo e proiettore utilizzando un telaio in alluminio anodizzato. </li><li> Installare un telaio anodizzato in testa di montare una telecamera in testa e un sistema di pulegge per interfacciare le ICS e Headstage attacchi al ratto. Nota: Collegare il telaio tenendo la Maze Piano di proiezione e telaio in testa per garantire la continuità elettrica e di terra al preamplificatore. </li></ol></li><li> Inseguimento Video <ol><li> Record, monitorare e analizzare i video in tempo reale con una sola telecamera in testa descritto al punto 1.2.2. </li><li> Montare una fotocamera in testa (standard VGA, 80 fps) su un telaio in alluminio anodizzato in testa per monitorare il ratto </li><li> Utilizzare sia diodi emettitori (LED) che ricoprono headstage del ratto per monitorare la posizione del ratto, o monitorare il baricentro del contorno del ratto con un sistema automatizzato di monitoraggio. </li><li> Utilizzare il modulo Behavior Cineplex di base per analizzare i dati di posizione online e anche salvare il file di dati per ulteriori analisi offline. Nota: Usiamo il Cineplex Behavioral Ricerca di Sistema 3.4.1 per la registrazione, il monitoraggio e l&#39;analisi la posizione del ratto. Il modulo Cineplex di monitoraggio è utilizzato per il monitoraggio del ratto. Per un efficace monitoraggio dei progressi dell&#39;animale, utilizzare il modulo Behavior Cineplex Basic per creare zone in uno spazio bidimensionale in posizioni rilevanti del labirinto che abbiano rilevanza nel compito. Le zone possono essere combinati in sequenze, e degli eventi logici Cineplex (come voci in zone e l&#39;adempimento delle sequenze) sono assegnati in modo tale che, se il ratto soddisfa i criteri per l&#39;evento, l&#39;evento diventa vero. Assegnare eventi con uscite digitali e interfaccia tramite una scheda di ingresso superporto al sistema comportamentale. </li></ol></li><li> Un sistema di controllo comportamentale completamente automatizzato <ol><li> Arena di test comportamentali: utilizzare un&#39;arena di prova a forma appropriata per il compito comportamentale sulla proiezione Piano Maze. Costruire la sonona utilizzando bianco opaco acrilico e posizionarlo direttamente sul piano di proiezione Maze. Nota: Le dimensioni possono essere personalizzate per l&#39;attività comportamentale utilizzato. Le pareti sono in genere 45-50 cm di altezza. Qui usiamo arene di test a doppia faccia (papillon labirinto 12) per massimizzare il numero di prove effettuate in una sessione (Figura 1B per le dimensioni del labirinto papillon). L&#39;arena test ha quattro aree designate definite nel software di monitoraggio: nella zona orientale Immagine, West Area Immagine, un orientale Trial Pronto Area, e un pronto Area Ovest Trial (Figura 1C). </li><li> Sistema comportamentale: un sistema di interfaccia comportamentale controllato dal software MED-PC IV esegue programmi scritti in-house in MEDstate Notation (vedi appendice). Utilizzare gli eventi dal sistema comportamentale Cineplex per monitorare i progressi di un ratto durante il compito, controllare la presentazione dell&#39;immagine, fornire segnali audio e consegnare ricompensa. <ol><li> Interfacciare la scheda di uscita superporto di ingresso digitale Omniplex per acquisire l&#39;ora stverificarsi degli eventi comportamentali Amped l&#39;ambiente software PlexControl per analisi offline. Eseguire segnali uditivi utilizzando un generatore audio programmabile. Nota: gli eventi comportamentali da dell&#39;apparato presentato qui possono operare le apparecchiature di terze parti (ad esempio laser per la stimolazione optogenetic) attraverso una scheda di trasferimento dati, se necessario. </li><li> Casa la scheda di uscita superporto, scheda di ingresso superporto e generatore audio programmabile in un armadio di interfaccia da tavolo. Interfaccia le carte con una scheda PCI DIG-704PCI-2 installato in un personal computer (PC) usando una scheda Decoder DIG-700F installato nell&#39;armadio tavolo. </li><li> Invia bipolari ICS onda quadra al ratto utilizzando un programmabile stimolazione intracranica sé stimolatore. Collegare l&#39;unità stimolatore al PC tramite una scheda PHM152 COM. Parametri consigliati ICS: Pulse 1 e 2 Durata: 500 msec; Ritardo tra impulsi 1 e 2: 500 msec, Frequenza: 100 Hz. Nota: la consegna ICSè automatizzato durante l&#39;attività, ma possono essere forniti manualmente utilizzando una casella tasto programmabile interfacciato con un modulo SmartCtrl. </li></ol></li></ol></li><li> Neural sistema di acquisizione dati <ol><li> Assicurarsi che il sistema di proiezione Piano cornice Maze e ICS è messo a terra al preamplificatore del Omniplex Neural sistema di acquisizione dati per ridurre al minimo il rumore elettrico nelle registrazioni neurali. </li><li> Contemporaneamente raccogliere i dati neurali, coordinate posizionali da Cineplex e bandiere comportamentali eventi dal sistema comportamentale nel file di dati per analisi offline. </li></ol></li></ol> 2. Preparazione degli animali <ol><li> Animali <ol><li> Ottenere naïve 22 giorni vecchi ratti maschi a lungo Evans. </li><li> Coppia ospitare i ratti e permettere loro di acclimatare al vivaio per una settimana. </li><li> Maniglia ratti giorno per ~ 5 min. </li><li> Una volta che i ratti raggiungono 250-275 g, iniziare programmi alimentari mantenendo le loro peso corporeo al 85-90% del loro peso alimentazione libera. Obiettivo noiiritti sono aumentati di 10 g / mese fino a ratti raggiungono 350 g. </li><li> Casa singola ratti e continuare il programma di cibo per almeno una settimana prima di iniziare un intervento chirurgico per impiantare elettrodi di stimolazione e registrazione. </li></ol></li><li> Impianto chirurgico Eseguire interventi chirurgici in condizioni di asepsi e secondo le linee guida istituzionali e regolamentari. <ol><li> Anestetizzare topi con isoflurano. </li><li> Fare un&#39;incisione nel cuoio capelluto per rivelare il cranio per la pulizia e l&#39;identificazione di bregma e lambda. </li><li> Fai craniotomie alle coordinate relative. </li><li> Fissare le viti di ancoraggio del cranio. </li><li> Abbassare la punta di un elettrodo ICS nella MFB utilizzando le seguenti coordinate: antero-posteriore, -2,7 mm dal bregma, laterale, ± 1,8 millimetri; dorsoventral, -8.5 mm dalla superficie del cranio. Un secondo elettrodo ICS può essere impiantato nel emisfero come backup in caso di malfunzionamento dell&#39;elettrodo. </li><li> Fissare gli elettrodi ICS per tlui teschio e ancoraggio viti con cemento osseo. Non cementare il piedistallo (corpo plastico sull&#39;elettrodo stimolante) degli elettrodi. </li><li> Abbassare gli elettrodi di registrazione nel sito di interesse e fissare il dispositivo con cemento osseo. </li><li> Posizionare il piedistallo ICS lontano dal dispositivo di registrazione e fissare gli elettrodi ICS e dispositivi di registrazione alle viti di ancoraggio con cemento osseo. </li><li> Lasciare almeno sette giorni prima di iniziare il recupero assuefazione al protocollo shaping. </li></ol></li></ol> 3. Shaping comportamentale: Generale Shaping compone di tre fasi: precoce, intermedio e tardivo Shaping (Figura 2). Nota: L&#39;obiettivo di sagomatura precoce e intermedia è quello di formare il ratto di mantenere un fermo &#39;posizione pronta&#39; nella zona Disponibile per ogni prova, ed effettuare numerose prove in una sessione. Semi-automatizzare shaping comportamentale modo la formazione può essere adattata alle tariffe individuali di apprendimento di un ratto. Oncea ratto è il mantenimento di un successo &#39;posizione pronta&#39;, procedere al compito specifico di formatura (Late shaping) con l&#39;obiettivo di trasferire il ratto su un protocollo completamente automatizzato per il controllo del comportamento preciso e imparziale (Figura 2). <ol><li> Sagomatura anticipata (Figura 2A) <ol><li> Giorno 1: abituare il ratto alla camera comportamentale per 10 min con l&#39;apparecchio acceso per poi tornare alla colonia. </li><li> Giorno 2: Ripetere il passaggio 1, quindi abituare l&#39;animale per l&#39;arena di prova per 10 min. </li><li> Giorno 3: Collegare i ICS e attacchi Headstage al ratto, e abituare il ratto per l&#39;arena di prova per 10 min. </li><li> Giorno 4: Determinare l&#39;ampiezza ICS più basso di stabilire una preferenza luogo utilizzando un protocollo preferenza condizionata posto informale. Titolare Pulse 1 e 2 ampiezze. Valori di ampiezza tipici sono 20-80 μA. </li><li> Dal giorno 5: Consegnare ICS ricompensa per addestrare i topi ad associare la zona Ready e presentazioni est e ad ovest di immagine con ICS ricompensa. Continuare fino a quando il ratto si alterna tra Oriente e Occidente aree delle immagini. </li></ol></li><li> Sagomatura intermedio (Figura 2B). <ol><li> Introdurre rumore bianco (50 dB) per segnalare l&#39;inizio di un processo. Spegnere il rumore bianco quando il topo entra nella zona Ready. </li><li> Automatizzare la consegna ICS per l&#39;ingresso nello spazio Ready, e per il completamento di successo «posizioni ready. Regolare la probabilità di ICS consegna all&#39;ingresso e di successo &#39;posizione pronta&#39; a rinforzare il comportamento. Nota: Regolare le probabilità di ricompensa manualmente in base alle prestazioni del ratto individuo durante plasmare. Diminuire le probabilità di ricompensa per l&#39;ingresso nella zona Ready e mantenere posizioni pronti successo. Probabilità finale consigliato di ricompensa per l&#39;adempimento di successo &quot;posizioni ready è del 5-10%. I ratti sono premiati per tutte le scelte corrette. </li><li> Inizia con brevi periodi &quot;posizione pronto&quot; (es. 200 msec). Aumentare gradualmente la dura &#39;posizione pronta&#39;zioni in 100 passi msec. </li><li> Accendere il rumore bianco se il ratto rompe prematuramente la &#39;posizione pronta&#39; in modo che il topo ha per riavviare il processo. </li><li> Spostarsi tardo shaping quando ratto è in possesso nella &#39;posizione pronto&#39; per un massimo di 1.200 msec. </li></ol></li><li> Tardo shaping (Figura 2C). Nota: Formazione nella tarda sagomatura è specifica per l&#39;attività in cui il ratto si esibiranno. Automatizzare la formazione in questa fase di formatura per un controllo preciso e imparziale di tutti i parametri di attività, ma mantenere la flessibilità necessaria per fornire manualmente ricompense ICS. Sono descritti i protocolli di formazione per i due compiti. <ol><li> Discriminazione bicondizionale visiva (vBCD) task: Utilizzare stimoli visivi distinti per addestrare i ratti in una forma semplice e luminanza discriminence. <ol><li> Inizia il processo accendendo il rumore bianco. </li><li> Casualmente imporre la &#39;posizione pronta &quot;latenze di 700 - 1.200 msec. </li><li> Consegnare ICS manualmente, se necessario, di rafforzare il successo &#39;po prontosizioni ». </li><li> Presentare una coppia di immagini nell&#39;area di presentazione dell&#39;immagine. Pseudorandomly presentare l&#39;immagine corretta sul lato sinistro o destro dell&#39;area dell&#39;immagine. </li><li> Consegnare ICS per una risposta corretta e cancellare il pavimento. Una risposta corretta è registrato quando il topo entra nella zona in cui si trova l&#39;immagine corretta. Il primo giorno di allenamento solo, emettere un burst 75 dB di rumore bianco come deterrente per una risposta non corretta. </li><li> Emettere un processo di correzione dopo un processo corretto. Studi di correzione hanno parametri identici (lato sinistro o destro e latenza &#39;posizione pronta&#39;) come il precedente processo corretto. </li><li> Una volta che i ratti sono in grado di eseguire con successo la semplice discriminazione, introdurre i diversi modelli piano per addestrare la regola di non discriminazione bicondizionale. </li><li> Presentare una nuova coppia di immagini e due schemi pavimento distinti per servire come contesto. L&#39;immagine corretta è subordinata al modello di piano, ad esempio, la stazione neror è corretto quando il pavimento è grigio e il cerchio bianco è corretto quando il pavimento è a righe (Figura 3C). </li><li> Pseudorandomly assegnare il modello di piano e la posizione (sinistra o destra) dell&#39;immagine corretta per ogni prova garantire che le prove sono controbilanciati. </li><li> Implementare studi di correzione dopo un processo corretto in cui i parametri di prova sono identici al processo precedente. </li></ol></li><li> Attenzione visuo-spaziale (VSA) compito: Presente cerchi bianchi illuminati in posizioni spaziali definite in campo per addestrare i ratti ad avvicinarsi alla posizione spaziale del cerchio di destinazione. Nota: Per questo compito l&#39;arena ha cerchi grigi in diverse posizioni spaziali in Oriente e Occidente aree delle immagini. Dopo il successo &#39;posizione pronta&#39;, il cerchio di destinazione si accende (diventerà bianca), e il ratto deve avvicinarsi a quella posizione di destinazione (Figura 3B). <ol><li> Casualmente imporre latenze «posizione pronto&quot; di 1,000-1,600 msec su una prova del periodo di prova. </li><li> Consegnare ICS manualmente, se necessario, di rafforzare successo &quot;posizioni ready. </li><li> Dopo il completamento della &#39;posizione pronta&#39;, casualmente illuminare uno dei cerchi grigi. </li><li> Invia ICS quando il topo entra nella zona del cerchio illuminato. </li><li> Spegnere l&#39;illuminazione e cominciare il prossimo processo sul lato opposto (est o ovest) lato. </li><li> All&#39;inizio del tardo shaping, illuminare il cerchio fino ratto avvicina o fino al processo termina (5 sec dopo che illumina il cerchio). Punteggio ogni prova come sia corretto o un processo omissione. Per gli studi omissione, illuminare l&#39;intero piano (pavimento bianco presentato) e nessuna ricompensa sarà disponibile fino alla prova successiva. </li><li> Quando le prestazioni del ratto raggiunge l&#39;80% corretto, diminuire la quantità di tempo che il cerchio rimane illuminato per 1 sec. Il ratto ha 5 secondi per fare una scelta. </li><li> Non premiare per le prove corrette. Avviare la prova successiva. </li><li> Se un tri un&#39;omissioneal, illuminare il pavimento e iniziare un nuovo processo. </li><li> A 80% corretta diminuire ulteriormente il tempo del cerchio bersaglio è illuminato a 500 msec. </li><li> Scegli le località di destinazione in modo casuale prima di ogni prova. Il ratto continuerà ad avere 5 secondi per fare una scelta prima di tutto il piano si illumina per segnalare la fine di quel processo. </li><li> Non premiare per le prove non corretti o omissione. Il ratto deve avviare un nuovo processo sul lato opposto dell&#39;arena. </li><li> Nota: i cerchi supplementari possono essere aggiunti in ogni Area Immagine per aumentare ulteriormente la difficoltà del compito. </li></ol></li></ol></li></ol>

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Tassa di presentazione per questo video-articolo è sponsorizzato da Plexon Inc.

Descriviamo formalmente i protocolli di formare ratti in compiti cognitivi completamente automatizzati complessi visivi sulla proiezione Piano Maze. La proiezione Floor Maze è stato utilizzato con successo per stabilire correlati neurali di congiunzioni oggetto-locazione e segnali di errore nella corteccia postrhinal durante la performance su un 2-scelta compito di discriminazione visiva 1. Il protocollo comportamentale sagomatura è progettato per essere flessibile in modo che possa essere adattata a tasso di apprendimento di un singolo topo. Codice personalizzato scritto per il sistema comportamentale permette lo sperimentatore di controllare la probabilità di automazione ICS consegna a passaggi critici durante la formazione, ad esempio, la formazione della &#39;posizione pronta&#39;. Il codice dovrebbe inoltre consentire la consegna manuale di ICS utilizzando una casella pulsante programmabile durante. L&#39;obiettivo di sagomatura precoce è quello di stabilire la stimolazione ICS efficace per la consegna ricompensa per rinforzare il comportamento. Quando possibile si consiglia di impiantare stiFormulazione di elettrodi bilateralmente in MFB in caso di stimolazione inefficace in un emisfero. La nostra esperienza, tuttavia, è che quasi tutti gli elettrodi impiantati ICS sono stati funzionali a fornire uno stimolo gratificante. La fase di formatura intermedia è fondamentale per la formazione del ratto di mantenere una &#39;posizione pronta&#39; nella zona Ready. Nel &#39;posizione pronta&#39;, il ratto deve essere ferma con il naso rivolto verso le aree dell&#39;immagine in cui verranno presentate le immagini di scelta. La &#39;posizione pronta&#39; controlla quando compaiono le immagini, la direzione dalla quale il ratto avvicina le immagini e la distanza da cui il ratto vede le immagini. Si consiglia di LED di localizzazione montati sul headstage del topo per monitorare la direzione in cui la testa del topo sta puntando per un migliore controllo del comportamento e un controllo più preciso della presentazione dell&#39;immagine di destinazione. Consegna manuale di ICS può essere rilasciato per addestrare i ratti per mantenere l&#39;appropriato &#39;posizione pronta &amp; #8217;. Quando il ratto è il mantenimento di soddisfacenti &quot;posizioni pronte&quot; in ogni prova, la formazione in tarda sagomatura è compito specifico. Nel tardo shaping ratti sono addestrati per imparare le regole specifiche per svolgere un determinato compito. Usiamo ICS come nostro metodo di consegna ricompensa in quanto questo metodo fornisce un feedback immediato al topo con conseguente apprendimento più veloce durante la sagomatura del comportamento, e più ha completato le prove in una sessione nella raccolta dei dati neurali nel compito automatizzata. Consegna ICS, tuttavia, provoca artefatti elettrici nelle registrazioni neurali, e può essere problematico per analizzare LFP continuo o dati multiunit. L&#39;intervallo intorno al manufatto elettrico può essere rimosso in linea dal file di dati di registrazione neurale prima dell&#39;analisi continua dei dati. Manufatti stereotipati da ICS a Pass dati filtrati alto picco possono essere facilmente rimossi offline senza influire picco di singolo analisi. Ottimizzazione futuro dei protocolli per la proiezione Piano Maze include l&#39;utilizzo di optogenstrumenti per fornire etic premio interno per minimizzare ed eliminare artefatti dovuti stimolazione elettrica. La proiezione Floor Maze è ottimizzato per le capacità visive di ratti ed è quindi più adatto per compiti comportamentali guidate visivamente. Va notato che i confronti diretti non può essere fatta tra paradigmi sperimentali nel labirinto Piano di proiezione e di camere operante a causa di diversi protocolli sperimentali impiegati e le diverse definizioni di criteri per l&#39;acquisizione di successo di un determinato compito. Abbiamo precedentemente dimostrato, tuttavia, che i topi acquisito un semplice compito di discriminazione visiva 2-scelta ~ 50 trial in proiezione Piano Maze 2 rispetto a&gt; 300 prove in altri studi in cui le immagini sono state presentate in verticale in camere operante 3,10. Il compito VSA è stato modellato dopo il classico 5-scelta compito reazione di serie 13 (5-CSRT) disegnato per valutare dell&#39;attenzione visivaprocessi. Tipicamente il 5-CSRT avviene in una camera operante e richiede l&#39;animale a fare un poke naso nel foro naso-Poke appropriato indicato da un lampo di luce; qui il compito VSA è effettuata in un&#39;arena aperta dove gli animali devono rimanere fermo in una posizione specifica in campo, dirigere la loro attenzione ai luoghi di destinazione e attendere lo stimolo della luce appaia. Nella nostra esperienza, ratti tenuti ~ 3.200 prove raggiungere criterio (75% in due giorni consecutivi) in 5-CSRT 14 rispetto a ~ 800 prove nel compito VSA nella proiezione Piano Maze. Un altro vantaggio di compiti comportamentali effettuate sulla proiezione Piano Maze è che i compiti sono eseguiti in una grande arena aperta, che sfrutta la naturale tendenza del ratto di esplorare il suo ambiente, al contrario di compiti che richiedono l&#39;animale a fissare lo sguardo verso un bersaglio fermo. Uno dei principali vantaggi di utilizzare ratti liberi di muoversi in un&#39;arena aperta &amp;# 160; nell&#39;apparato Maze Piano di proiezione è che l&#39;informazione territoriale sia allocentrica ed egocentrica può essere raccolto con le informazioni visive. Un altro vantaggio del nostro paradigma è che i compiti non devono limitarsi alla presentazione di immagini statiche. Posizione e caratteristiche di stimoli visivi che sono dinamiche possono essere utilizzati in operazioni future. Utilizzando le funzionalità di tracciamento del Cineplex Behavioral Ricerca di Sistema, le attività possono essere sviluppate per una comprensione funzionale più dettagliata di una determinata struttura del cervello. La combinazione di registrazioni elettrofisiologiche simultanee con compiti cognitivi guidati visivamente, questioni fondamentali come l&#39;attività cerebrale è legata ai processi cognitivi, quali il processo decisionale e discriminazione visiva possono essere esplorati. Utilizzando le procedure guidate visivamente, i risultati di studi effettuati su ratti possono essere meglio tradotti agli esseri umani, con l&#39;obiettivo finale di fornire terapie per le malattie cognitive umane.

Compiti visivi sono comunemente usati in studi umani e scimmie per esaminare i meccanismi di apprendimento e memoria sottostante. Modelli di roditori, tuttavia, sono più facilmente accessibile ai ricercatori di scala maggiore, studi meglio controllati, e hanno il vantaggio di consentire tecniche elettrofisiologiche più invasive. In combinazione con altri approcci, come le manipolazioni genetiche, le registrazioni elettrofisiologiche di muoversi liberamente ratti forniscono un modello utile per indirizzare con precisione i meccanismi e circuiti processi cognitivi sottostanti. Compiti visivi primati richiedono i soggetti per dirigere lo sguardo a stimoli visivi su un monitor, mentre i compiti ratto richiedono i soggetti per interagire con un ambiente. La proiezione Floor Maze sfrutta la naturale tendenza dei topi di esplorare attivamente l&#39;ambiente e contemporaneamente partecipare agli stimoli visivi. Compiti cognitivi che utilizzano apparati touchscreen progettato specificamente per i roditori hanno permessotraduzione migliore dei risultati da modelli di roditori per l&#39;uomo 3. Attività touchscreen sono in genere eseguite in una camera con due stimoli visivi tridimensionali presentati verticalmente sulle pareti 3-7. Questi compiti touchscreen richiedono il soggetto posteriore verso lo stimolo visivo di destinazione e rompere un photobeam infrarossi o premere su un tappetino a pressione per registrare la sua risposta. Evidenze anatomiche e comportamentali, tuttavia, suggeriscono che i topi elaborano le informazioni visive in emicampo visivo minore più efficace per guidare il comportamento 8-10. Il nostro laboratorio ha sviluppato compiti cognitivi che utilizzano la proiezione Piano Maze 2, in cui gli stimoli visivi bidimensionali sono tornati proiettate sul pavimento dell&#39;arena test. Nella proiezione Piano ratti Maze possono essere monitorati durante l&#39;esecuzione di compiti in una grande arena aperta rispetto ad apparecchi touchscreen. Pertanto, le informazioni spaziali nell&#39;attività neurale registrato può essere ottenuta in aggiunta a correlati neurali di informazioni visive und decisionale. Consegniamo stimolazione intracranica (ICS) per il fascio proencefalo mediale (MFB) come ricompensa 11. Questo metodo di consegna compenso ha dei vantaggi rispetto cibo e bevande ricompense. Cibi e bevande ricompense possono portare a sazietà, anche nei ratti alimenti privato, limitando il numero di prove un animale si esibiranno e potenzialmente rallentare il processo di formazione. ICS offre ricompensa immediata fornendo un feedback immediato sulle prestazioni dell&#39;attività. I risultati ricompensa immediata in sede di configurazione più veloce e acquisizione e sostanzialmente riduce la durata dei protocolli di allenamento. Inoltre, un numero maggiore di processi può essere completato in una sessione, aumentando la quantità di dati raccolti e causando un campione più affidabile di comportamento correlate all&#39;attività. Utilizzando il Labirinto Piano di proiezione, descriveremo un protocollo generale per modellare il comportamento dei ratti per svolgere compiti cognitivi complessi. This protocollo generale fornisce un quadro per la formazione di ratti attraverso una varietà di compiti attualmente impiegati per la registrazione di correlati neurali di attenzione e di discriminazione visiva 1. Così, la proiezione Piano Maze è ottimizzato per le abilità visive di ratti e consente comparazioni più forti con compiti visivi negli esseri umani e nei primati non umani.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="802">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</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

Compiti neuropsicologici utilizzati nei primati per studiare i meccanismi di apprendimento e memoria sono in genere guidati visivamente compiti cognitivi. Abbiamo sviluppato compiti cognitivi visivi per ratti utilizzando la proiezione Piano Maze 1,2 che sono ottimizzati per capacità visive dei ratti che consentono forti Raffronto dei risultati sperimentali con altre specie. Al fine di indagare i correlati neurali di apprendimento e memoria, abbiamo integrato le registrazioni elettrofisiologiche in compiti cognitivi completamente automatizzati sulla proiezione Piano Maze 1,2. Software comportamentale interfacciato con il sistema di tracciatura degli animali permette il monitoraggio del comportamento dell&#39;animale, con controllo preciso della presentazione dell&#39;immagine e premiare rischi per gli animali meglio addestrati. L&#39;integrazione con un sistema di registrazione elettrofisiologica in vivo permette di esaminare correlati comportamentali di attività neurale in epoche selezionate di un determinato compito cognitivo. &lt;/ P&gt; Descriviamo i protocolli per un modello di sistema che combina presentazione visiva automatizzata di informazioni da roditori e premiare intracranica con approcci elettrofisiologici. Il nostro sistema modello offre un sofisticato insieme di strumenti come quadro per altri compiti cognitivi per isolare meglio e identificare i meccanismi specifici che contribuiscono a particolari processi cognitivi.

L&#39;obiettivo delle operazioni generali di sagomatura è di acclimatare il ratto all&#39;arena di test, addestrare il ratto di rimanere in un fermo &#39;posizione pronta&#39; per la presentazione degli stimoli visivi di destinazione, e avvicinarsi alla posizione dello stimolo visivo corretto. Dopo assuefazione alla sala prove, arena, e un attacco, sagomatura anticipata richiede in genere 100-150 prove fino a quando i topi si alternano tra i lati est e ovest del campo. Durante anticipata plasmare i ratti in genere eseguite attraverso l&#39;Area Pronto nel centro dell&#39;arena e trascorrono la maggior parte del tempo ad esplorare il perimetro dell&#39;arena (Figura 4A). Ratti in fase di formatura intermedia imparano gradualmente a mantenere un fermo &#39;posizione pronta&#39; nella zona di Pronto richiedono 600-700 prove. A questo punto, i percorsi animali sono stereotipati loop dalla zona Pronto allo Spazio Immagine con meno tempo speso ad esplorare il perimetro del labirinto. Tuttavia, i ratti non sono il mantenimento di un fermo &#39;po prontozione &#39;, indicata dalla velocità alla quale i ratti attraversano il centro Pronto Area (Figura 4B). Entro la fine di plasmare Intermediate, ratti mantenere un fermo &#39;posizione pronta&#39; nella zona di pronta prima di avvicinarsi stimolo visivo bersaglio. Il ratto avvia quindi il successivo processo sul lato opposto dell&#39;arena (Figura 4C). L&#39;integrazione del software di monitoraggio e il sistema di acquisizione dati neurale con un sistema di controllo comportamentale consente analisi di eventi di dati correlati neurali. Schiere di elettrodi pilotabili possono essere posizionati strategicamente per registrare single-unit e ambito locale potenziale attività. Le registrazioni sono state effettuate in corteccia postrhinal quando i ratti hanno svolto il compito vBCD. Istogrammi Perievent e trame raster dimostrano che le cellule nella corteccia postrhinal rispondono alla comparsa dello stimolo visivo bersaglio e alla comparsa del pattern pavimento (Figura 5A). Nella corteccia parietale posteriore di rats effettuare le cellule compito VSA rispondono alla presentazione dell&#39;immagine, e quando la scelta è stata effettuata inserendo la zona che definisce l&#39;immagine di destinazione (Figura 5B). Campo locale potenziale attività nella corteccia parietale posteriore durante la prestazione nel compito VSA mostra forte potere nella gamma theta (~ 8 Hz), quando i ratti sono in posizione &#39;pronto&#39; prima della presentazione dell&#39;immagine (Figura 5C). <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig1.jpg" width="400" /> Impostazione Figura 1. Sperimentale. A. schematica delle camere comportamentali e di controllo. La proiezione Floor Maze è alloggiato nella camera comportamentale. I ratti sono monitorati tramite una telecamera in testa. La sala di controllo ospita le apparecchiature per controllare l&#39;attività e per raccogliere i dati neurali. B. Dimensioniil papillon labirinto. C. Screen capture di Cineplex Studio. Zone sono definite dall&#39;utente. Eventi logici vengono inviati come uscite digitali Cineplex al sistema di controllo comportamentale (Med Associates) per monitorare l&#39;andamento del ratto. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig2.jpg" /> Figura 2. Schematica delle fasi di formatura. A. Ai primi di plasmare il ratto riceve ICS per entrare nella zona Pronto, e che entrano Oriente e Occidente aree delle immagini. L&#39;obiettivo è quello di formare il ratto di associare queste aree con ICS ricompensa. Shaping B. intermedia si concentra sulla formazione dei ratti di mantenere un fermo &#39;posizione pronta&#39; nella zona Ready. Le immagini sono presentate only dopo il mantenimento di un successo &#39;posizione pronta&#39;. I ratti continuano a ricevere ICS per avvicinarsi l&#39;immagine nella zona immagine. C. A tarda shaping, il ratto sta mantenendo con successo un fermo &#39;posizione pronta&#39;. La formazione è compito specifico, e il ratto è addestrato per imparare le regole specifiche per svolgere un determinato compito. Fulmine indica consegna ICS. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig2highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig3.jpg" /> Figura 3. A. Schema del compito vBCD Quando il pavimento è grigio, la stella nera viene premiata,.. Quando il pavimento è a strisce, il cerchio bianco viene premiato B. Schema del compito VSA. Cerchi grigi indicano i luoghi di destinazione nelle aree della fotografia.Lo stimolo bersaglio è una breve (500 msec) illuminazione (bianco) di uno dei cerchi. I ratti sono premiati per affrontare il percorso di destinazione corretta. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig3highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig4.jpg" /> Figura 4. Percorsi esempio durante le plasmare dati. Posizione da due segmenti di un topo esibendosi in diverse fasi di formatura minuto. Velocità dell&#39;animale è rappresentato dalla mappa di calore. Colori freddi rappresentano velocità più lenta e colori caldi rappresentano più rapida velocità. A. Durante anticipata plasmare ratti esplorare e posteriori sulle pareti esterne delle aree dell&#39;immagine Oriente e Occidente e non si fermano al Pronto Area. B. Un percorso stereotipato inizia ad emergere in sh Intermediatescimmiottamento. Percorsi formare un anello verso le aree della fotografia di nuovo alla zona Ready. Ratti cominciano a mantenere con successo un &#39;posizione pronta&#39; in. C. Pronto Area. Quando i ratti progressi sul Tardo shaping, ratti mantengono stazionarie &quot;posizioni pronti &#39;ei percorsi dei ratti sono più stereotipato. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51316/51316fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51316/51316fig5.jpg" /> Figura 5. Esempi di analisi perievent correlati A.. Cellule registrati dalla corteccia postrhinal durante il compito vBCD con risposte diverse alla presentazione dell&#39;immagine di destinazione (a sinistra), e la presentazione del piano (a destra). B. Le cellule registrati dalla corteccia parietale posteriore duranteil compito VSA con risposte diverse all&#39;illuminazione del cerchio (a sinistra). Aumento della cottura dopo aver scelto la posizione spaziale in cui il cerchio bersaglio illuminato (a destra). C. Spettrogramma mostra forte potere theta nella corteccia parietale posteriore durante la &#39;posizione pronta&#39;. La linea rossa verticale indica la fine del successo &#39;posizione pronta&#39; e la presentazione delle immagini. La linea blu verticale indica la presentazione del Piano 1 al processo inizia nel compito vBCD. La linea verticale verde indica che una scelta è stata registrata nel compito VSA. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51316/51316fig5highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a>

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

Descriviamo i protocolli per la formazione di ratti per le registrazioni elettrofisiologiche croniche in compiti cognitivi completamente automatizzate su una proiezione Piano Maze.

Automated compiti cognitivi visivi per la registrazione Neural all&#39;attività utilizzando una proiezione Piano Maze

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

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Research

JoVE Journal

Behavior

13.0K Views.  Brown University.  Descriviamo i protocolli per la formazione di ratti per le registrazioni elettrofisiologiche croniche in compiti cognitivi completamente automatizzate su una proiezione Piano Maze. 

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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.

Automatizzato, Quantitative cognitivo / comportamentale Proiezione di topi: per la genetica, farmacologia, Animal Cognition e istruzione laurea

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

Ricerca

Comportamento

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.

Un completamente automatizzata Roditore condizionata Protocollo per Sensomotoria Integrazione e esperimenti di controllo cognitive

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.

Scoprire beat Sordità: Disturbi Rilevamento ritmo sincronizzato Finger Tapping e Attività Timing percettive

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.

Metodologia pratica di compiti cognitivi All&#39;interno di una valutazione di navigazione

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.

Utilizzando il per attività Anoressia roditore modello per studiare le basi neurobiologiche di Anoressia Nervosa

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.

Utilizzando Fiberless, fNIRS indossabili per il monitoraggio attività cerebrale in compiti cognitivi del mondo reale

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.

Una connessione Wireless, interfaccia bidirezionale per registrazione In Vivo e la stimolazione dell'attività neurale a comportarsi liberamente ratti

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.

Automatizzato, a lungo termine l'analisi comportamentale per funzioni Cognitive in più modelli di genetici del morbo di Alzheimer, utilizzando 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.

Integrazione di analisi psicofisiche visive all'interno di un Y-Maze per isolare il ruolo che le funzionalità visive svolgono nelle decisioni di navigazione

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.

Valutazione comportamentale della funzione visiva tramite risposta optomotoria e funzione cognitiva tramite Y-Maze nei ratti diabetici

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