El laberinto Lashley III utilizado para estos experimentos fue construido por Tim Bowmaster, Corman Pablo, Dutrow Barry, Jabco Ryan y Tim Treaster de la Universidad Estatal de Pennsylvania Tienda de la máquina del Departamento de Física. Los autores desean agradecer a la Sra. Shoba Belegundu, la Sra. Tara Chrzanowski, y la Sra. Alexandra Lewis para la asistencia en la realización de los experimentos presentados en las Figuras 2-4. El Sr. Walter Jackson proporcionaron información valiosa en la elaboración de este protocolo. Este trabajo fue financiado con fondos del Instituto Nacional de Salud Mental (MH064756 y MH077978 a AMA). El contenido es responsabilidad exclusiva de sus autores y no representa necesariamente las opiniones oficiales del Instituto Nacional de Salud Mental o los Institutos Nacionales de Salud.

1. Preparación: <ol><li> El laberinto Lashley III está construido de plexiglás y se muestra en la Figura 1. El cajón de salida, brazos del laberinto, y la caja de meta son modulares para permitir la limpieza y la modificabilidad del laberinto. Las paredes de la caja de inicio, brazos del laberinto, y caja de la meta se construyen de Plexiglas negro para eliminar las señales visuales desde el exterior y el interior del laberinto. Brazos del laberinto es de 45 cm de largo, 7 cm de alto y 5 cm de ancho. Puertas que conducen a los brazos del laberinto consecutivos de 4 cm x 4 cm y se encuentra a 11 cm de las paredes exteriores del laberinto. La portería es de 19,5 cm de largo x 7 cm de alto x 5 cm de ancho. El cajón de salida es de 8 cm x 9,5 cm x 7 cm. Separado piezas de plexiglás transparente se colocan en la parte superior de la caja de inicio, el laberinto, y caja de la meta para permitir la visualización de cada ratón a medida que avanza por el laberinto, mientras que la prevención de los ratones se escape. El laberinto se apoya en una base construida de plexiglás de color rojo que es suficientemente grande para contener las tres piezas del laberinto de una jaula pseudo-casa que es del mismo tamaño que la jaula del animal doméstico estándar. </li><li> Para preparar la pseudo-casa jaulas antes del juicio primer laberinto, material de cama nueva del mismo tipo que la utilizada en las jaulas hogar de los animales se añade al fondo de la jaula individuo que tiene las puertas (2 cm x 2 cm), corte en los lados. Alambre de tapas en lugar de estos fondos jaula individual y número de ellos, uno para cada animal en una cohorte de prueba. Estas jaulas individuales servirá como pseudo-jaulas hogar para cada animal, para la duración del plazo de prueba. Debido a que estamos investigando el papel del estrés y / o comportamientos relacionados con la ansiedad en el aprendizaje y la memoria, se utiliza pseudo-casa jaulas individuales para evitar los ratones de la vivienda en sus jaulas. Sin embargo, si estos factores no son de interés primordial, los animales pueden ser alojados individualmente en jaulas de casa modificado con puertas y jaulas que pueden servir como hogar para las jaulas de navegación laberinto éxito. </li></ol> 2. Pruebas: <ol><li> Cada día, los animales son trasladados a la sala de pruebas de comportamiento de un mínimo de una hora antes de la prueba que les permita aclimatarse al ambiente de prueba. </li><li> Treinta minutos antes del inicio de las pruebas del tiempo, la comida y el agua se elimina de todas las jaulas en casa. Mantenga los alimentos y el agua en la sala de pruebas de comportamiento, pero fuera del alcance de los ratones. Alimentos y el agua normalmente se elimina 30 minutos después del cambio de la fase de luz a la fase de oscuridad, después de la alimentación máxima se ha producido. Esto asegura que los animales son en su mayoría de alimentos y el agua sacia antes de la prueba, sin embargo, las pruebas durante este período proporciona una pequeña fuerza adicional de motivar a navegar por el laberinto, aunque no hay comida abierta o recompensa de agua al terminar la tarea. </li><li> Después del período de pre-test de 30 minutos ha transcurrido, limpiar el laberinto con el 70% de etanol. Deje la puerta principal de la caja de inicio en el laberinto de brazos cerrados. Las puertas en ambos extremos de la caja de la meta se dejan abiertas. </li><li> Coloque la jaula pseudo-casa que corresponde al primer animal en el extremo de la caja de la meta. </li><li> Realizar el primer ratón en el laberinto, ventosas en la mano. Ponga el ratón en el cajón de salida y vuelva a colocar la tapa. </li><li> Cuando está en posición de observar el laberinto sin obstáculos, abrir la puerta de la caja de inicio y de inmediato comenzar a tres cronómetros. </li><li> Cuando todas las cuatro patas del ratón ha dejado el cajón de salida, cierre la puerta de la caja de arranque y parada del primer temporizador. </li><li> Registro por parte de la vía el ratón viaja cuando pase por el laberinto. Un ratón entra en una zona nueva o en el brazo del laberinto, cuando las cuatro patas se han cruzado en esa zona (ver fig. 1). </li><li> Cuando todas las cuatro patas entrar en el área chica, cerca de la puerta que conduce entre el laberinto y la caja de la meta y detener el segundo cronómetro. </li><li> Cuando el ratón está completamente entró en la jaula pseudo-casa, cerca de la puerta entre el área chica y la jaula. Detener el cronómetro tercero. </li><li> Registrar los tiempos de los tres cronómetros. Cuente el número de errores con el ratón ha hecho. Un error se define como una entrada en un callejón sin salida callejón sin salida de zona (por ejemplo, al pasar de L del brazo a la zona de K;. Fig. 1), o viajando a través de un brazo ya transitados del laberinto (por ejemplo, al pasar de brazo a brazo F C, Fig. 1).. A pesar de que la puntuación de rendimiento del ratón, ya que se está produciendo, es posible grabar en video o de lo contrario ensayos laberinto registro para permitir la calificación posterior, ya sea por los ojos o de software automatizado. Discreción experimentador debe ser utilizado para elegir un método apropiado. </li><li> Dejar al animal en la jaula de pseudo-casa durante 1 minuto antes de volver a su jaula. </li><li> Repita los pasos 2,3 a 2,12 para todos los ratones en el grupo de prueba. </li><li> Cuando el ratón por última vez en la cohorte ha sido devuelto a su jaula, iniciar el temporizador de 30 minutos. Al final de este período de 30 minutos, el retorno de alimentos y agua a todos los ratones en el grupo y luego regresar los animales a su ambiente colonia. </li><li> Repita este procedimiento en noches consecutivas, con un ensayo por día de pruebas por animal, hasta que todos los ratones en el grupo han llegado a un criterio de aprendizaje definidos o hasta un determinado número de los ensayos de prueba se ha producido. Un ratón se clasifica como de haber aprendido el laberinto cuando se puede realizar la tarea con 0 o 1 error (s) en dos ensayos consecutivos. Los ratones se ponen a prueba en el mismo orden en los sucesivos ensayos. </li></ol> 3. Los resultados representativos: Días para aprender (cumplir con el criterio) pueden ser analizados y comparados entre los distintos grupos en un estudio particular (Fig. 2A y 3A). Además, un índice de aprendizaje (aprender ratio), que caracteriza a la adquisición de laberinto, se puede evaluar en los primeros cuatro días del período de prueba (Fig. 2B y 3B). El índice de aprendizaje es la relación entre el número de segmentos de la trayectoria correcta viajó con el número total de segmentos de la trayectoria recorrida por cada juicio. El índice promedio de aprendizaje debe ser aproximadamente 0,5 para la prueba 1, cuando los ratones son expuestos por primera vez en el laberinto y la navegación por casualidad. Aumenta el índice de aprendizaje y se acerca a 1 entre los ensayos 2 y 4 que indica que el aprendizaje está ocurriendo. En la figura 2, los jóvenes (2 meses) y el envejecimiento (24 meses) los ratones machos C57Bl/6NCr fueron entrenados en el laberinto Lashley para un máximo de 15 ensayos. Los ratones jóvenes aprendieron el laberinto de 7,2 (± 1,5) d. Por el contrario, los animales viejos se 11,7 (± 2,1) d para cumplir con el criterio. Hubo una fuerte tendencia para los ratones C57Bl/6NCr envejecimiento a tomar más tiempo para aprender el laberinto ([t (23) = 1.59, P = 0,056], de una cola t-test, una hipótesis a priori que los días de aprender es más largo en el envejecimiento ratones). Cuando el índice de aprendizaje se calcula, ambos grupos de edad muestran un aumento constante en el índice de aprendizaje de los ensayos del 2 al 4 (efecto principal significativo de tiempo P &lt;0,001). Sin embargo, no hubo diferencias estadísticamente significativas en el índice de aprendizaje entre los jóvenes ratones C57 y C57 ratones de edad (principal efecto de la edad p = 0,58). La figura 3 es representante de los estudios que examinan los efectos de la tensión de fondo en el aprendizaje de la conducta. Los datos de la C57Bl/6NCr hombre joven se muestra en la figura. 2 están ahora en comparación con los datos de los jóvenes Crl: CD-1 (ICR) BR ratones [CD-1, 4-5 mo]. Ratones CD-1 aprendieron el laberinto Lashley III en 4,5 (± 1,4) d, sin embargo, no hubo diferencias significativas entre las cepas en día para aprender (Fig. 3A, [t (18) = 1,328, P = 0,20], dos colas t-test). Por el contrario, el examen de la muestra índice de aprendizaje, mientras que todos los animales fueron navegar por el laberinto en el primer juicio por casualidad, ratones CD-1 aprendieron la tarea más rápidamente (efecto principal de la cepa P &lt;0,001). Esto se ilustra por el aumento estadísticamente significativo en el índice de aprendizaje en los estudios de 2 a 4 en ratones CD-1 en comparación con los ratones C57Bl/6NCr. Curiosamente, si ratones CD-1 siguen siendo entrenados en el laberinto más allá del punto de llegar a criterio, que exhiben un comportamiento indicativo de sobreentrenamiento (Fig. 4) que se discute en más detalle a continuación. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1:. El laberinto Lashley III El callejón sin salida callejón sin salida en el laberinto de las zonas son de color rojo en el diagrama con fines ilustrativos. La base y los brazos del laberinto actual son colores sólidos (recuadro). El laberinto es dibujado a escala (dimensiones en el texto). <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2: Lashley rendimiento laberinto III en 2 y 24 meses de edad, los ratones machos C57Bl/6NCr El laberinto Lashley III se utilizó para evaluar la ruta de aprendizaje en jóvenes (2 meses) y el envejecimiento (24 meses) los ratones machos C57Bl/6NCr.. Los parámetros medidos fueron: (a) días de criterio, el número de días necesarios para que un ratón para correr por el laberinto de dos noches consecutivas con 0 errores o error 1, y (b) índice de aprendizaje, el número de corregir las entradas de cuatro brazos de la pata hizo frente al número total de entradas del brazo hechos en los días 1-4 de las pruebas de laberinto Lashley III. El número de animales por grupo n = 10 para el mes de edad 2 y n = 15 para 24 meses de edad, los ratones. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3: Lashley rendimiento laberinto III en C57Bl/6NCr jóvenes hombres y ratones CD-1 El laberinto Lashley III se utilizó para evaluar el aprendizaje en la ruta 2 meses de edad C57Bl/6NCr y 4-5 meses de edad, los ratones CD-1.. Los parámetros medidos fueron: (a) días de criterio, el número de días necesarios para que un ratón para correr por el laberinto de dos noches consecutivas con 0 errores o error 1, y (b) índice de aprendizaje, el número de corregir las entradas de cuatro brazos de la pata hizo frente al número total de entradas del brazo hechos en los días 1-4 de las pruebas de laberinto Lashley III. El número de animales por grupo n = 10 para C57Bl/6NCr y n = 10 para ratones CD-1. Significación estadística: * p &lt;0,05, ** p &lt;0.01 en comparación con los ratones C57Bl/6NCr. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4: Lashley rendimiento laberinto III en 4-5 meses de edad de sexo masculino ratones CD-1 El laberinto Lashley III.se utilizó para evaluar la ruta de aprendizaje de cada diez 4-5 meses de edad, masculino ratones CD-1 en 15 días consecutivos. Los parámetros medidos fueron: (a) número de errores cometidos por día, con un error se define como una entrada de cuatro pata en un callejón sin salida callejón sin salida de zona o de viaje de un brazo ya transitados del laberinto, y (b) tiempo de permanencia en el laberinto por día. El día en que se llegó a criterio se indica con una flecha roja.

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	<li>Blizard, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Return+to+home+cage'+as+a+reward+for+maze+learning+in+young+and+old+genetically+heterogeneous+mice.">Return to home cage' as a reward for maze learning in young and old genetically heterogeneous mice.</a> Comparative Med. 56, 196-201 (2006).</li><li>Crawley, J. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> What's wrong with my mouse?: Behavioral phenotyping of transgenic and knockout mice. , (2007).</li><li>Blizard, D. A., Klein, L. C., Cohen, R., McClearn, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+mouse-friendly+cognitive+task+suitable+for+use+in+aging+studies.">A novel mouse-friendly cognitive task suitable for use in aging studies.</a> Behav. Genet. 33, 181-189 (2003).</li><li>Warren, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Appetitive+learning+by+old+mice.">Appetitive learning by old mice.</a> Exp. Aging Res. 12, 99-105 (1986).</li><li>Lashley, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+mechanisms+and+intelligence:+A+quantitative+study+of+injuries+to+the+brain.">Brain mechanisms and intelligence: A quantitative study of injuries to the brain.</a> , (1929).</li><li>Barnes, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+deficits+associated+with+senescence:+A+neurophysiological+and+behavioral+study+in+the+rat.">Memory deficits associated with senescence: A neurophysiological and behavioral study in the rat.</a> J. Comp. Physiol. Psych. 93, 74-104 (1979).</li><li>Matzel, L. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Individual+differences+in+the+expression+of+a+general+learning+ability+in+mice.">Individual differences in the expression of a general learning ability in mice.</a> J. Neurosci. 23, 6423-6433 (2003).</li><li>Brandeis, R., Brandys, Y., Yehuda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+the+Morris+water+maze+in+the+study+of+memory+and+learning.">The use of the Morris water maze in the study of memory and learning.</a> Int. J. Neurosci. 48, 29-69 (1989).</li><li>Hepler, D. J., Wenk, G. L., Cribbs, B. L., Olton, D. S., Coyle, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory+impairments+following+basal+forebrain+lesions.">Memory impairments following basal forebrain lesions.</a> Brain Res. 346, 8-14 (1985).</li><li>Sci, B. e. h. a. v. B. r. a. i. n. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 2, 313-313 (1979).</li></ol>

Todos los protocolos de comportamiento fueron aprobados por el Cuidado de Animales del Estado de Pennsylvania Institucional de la Universidad y el empleo. No hay información financiera que reportar.

Las pruebas de los roedores más utilizados de comportamiento para evaluar el aprendizaje y la memoria son el laberinto acuático de Morris y las variantes de condicionamiento del miedo 2. Estas pruebas se basan en señales visuales o auditivas para el aprendizaje y los estímulos aversivos (por ejemplo, el agua, estímulo eléctrico plantar) para motivar a los animales para completar las 3 tareas. En los roedores, el envejecimiento, como el envejecimiento en los seres humanos, las modalidades sens...

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		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
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<tr>
<td>Lashley III maze</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>PSU Physics Machine Shop</td>
<td>N/A</td>
<td> Maze must be custom-built, not commercially available</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

low-stress route learning using the lashley iii maze in mice

Muchas pruebas de comportamiento diseñado para evaluar el aprendizaje y la memoria en roedores, especialmente ratones, se basan en las señales visuales, la privación de alimentos y / o agua, o de otros estímulos negativos para motivar la adquisición de la tarea. A medida que envejecen los animales, las modalidades sensoriales se deterioran. Por ejemplo, muchas cepas de ratones desarrollan audiencia déficit o las cataratas. Los cambios en los sistemas sensoriales necesaria para guiar los ratones durante la adquisición de la tarea actual confunde potencial en la interpretación de los cambios de aprendizaje en animales viejos. Además, el uso de estímulos aversivos para motivar a los animales para aprender tareas es potencialmente de confusión cuando se comparan los ratones con una sensibilidad diferencial al estrés. Para minimizar este tipo de efectos de confusión, se ha implementado una versión modificada del laberinto Lashley III. Este laberinto se basa en el aprendizaje de la ruta, en el que los ratones aprenden a navegar por un laberinto a través de una exposición repetida bajo condiciones de estrés bajo, fase oscura, por ejemplo, no la privación de alimentos / agua, hasta que navegar por una ruta desde el punto de inicio a una jaula de pseudo-casa con 0 o 1 error (s) en dos ensayos consecutivos. Nosotros consideramos esto como una prueba de comportamiento de baja tensión, ya que no se basa en estímulos negativos para fomentar la exploración del laberinto y el aprendizaje de la tarea. El aparato consiste en un cajón de salida modular, un cuerpo laberinto de 4 brazos, y una caja de meta. Al final de la caja de meta es una jaula de pseudo-casa que contiene ropa similar a la encontrada en la jaula del animal y es específico para cada animal durante la duración de las pruebas de laberinto. Se ha demostrado previamente que esta jaula pseudo-casa ofrece una recompensa suficiente para motivar a los ratones para aprender a navegar por el laberinto<sup&gt; 1</sup&gt;. Aquí, se presenta la visualización del procedimiento de laberinto Lashley III en el contexto de la evaluación relacionada con la edad las diferencias en el aprendizaje y la memoria en ratones con una comparación del comportamiento de aprendizaje en dos cepas diferentes de ratones de fondo. Esperamos que otros investigadores interesados ​​en evaluar los efectos del envejecimiento o la vulnerabilidad al estrés en ratones se consideran en este laberinto una atractiva alternativa a las pruebas de comportamiento que implican las tareas de aprendizaje más estresante y / o señales visuales.

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Low-stress Route Learning Using the Lashley III Maze in Mice

El laberinto Lashley III es una tarea de la ruta de aprendizaje que no se basa en estímulos adversos o las señales visuales. Por tanto, es una opción muy atractiva para evaluar el aprendizaje y la memoria, especialmente en los ratones envejecidos o de otra manera donde el estrés es un factor.

De baja tensión Ruta de Aprendizaje Usando el laberinto Lashley III en ratones

Many behavior tests designed to assess learning and memory in rodents, particularly mice, rely on visual cues, food and/or water deprivation, or other ...

low-stress-route-learning-using-the-lashley-iii-maze-in-mice

Research

JoVE Journal

Neuroscience

17.7K vistas.  Pennsylvania State University. El laberinto Lashley III es una tarea de la ruta de aprendizaje que no se basa en estímulos adversos o las señales visuales. Por tanto, es una opción muy atractiva para evaluar el aprendizaje y la memoria, especialmente en los ratones envejecidos o de otra manera donde el estrés es un factor.

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Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#39;s Disease Model Mice

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including acquisition of spatial memoryand long-term spatial memory 1. The MWM is a relatively simple procedure typically consisting of six day trials, the main advantage being the differentiation between the spatial (hidden-platform) and non-spatial (visible platform) conditions 2-4. In addition, the MWM testing environment reduces odor trail interference 5. This has led the task to be used extensively in the study of the neurobiology and neuropharmacology of spatial learning and memory. The MWM plays an important role in the validation of rodent models for neurocognitive disorders such as Alzheimer&#x2019;s Disease 6, 7. In this protocol we discussed the typical procedure of MWM for testing learning and memory and data analysis commonly used in Alzheimer&#x2019;s disease transgenic model mice.

Morris Water Maze Test for Learning and Memory Deficits in Alzheimer&#039;s Disease Model Mice

The Morris Water Maze is a behavioral task to test hippocampal-dependent learning and memory. It has been widely used in the study of neurobiology, neuropharmacology and neurocognitive disorders in rodent models.

Agua Morris laberinto de prueba para los déficits de aprendizaje y memoria en ratones de Alzheimer modelo de enfermedad

The Morris Water Maze (MWM) was first established by neuroscientist Richard G. Morris in 1981 in order to test hippocampal-dependent learning, including ...

Investigación

Neurociencias

T-maze Forced Alternation and Left-right Discrimination Tasks for Assessing Working and Reference Memory in Mice

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in rodents. In our laboratory, we evaluated the two types of memory in more than 30 strains of genetically engineered mice using the automated version of this apparatus. Here, we present the modified T-maze apparatus operated by a computer with a video-tracking system and our protocols in a movie format. The T-maze apparatus consists of runways partitioned off by sliding doors that can automatically open downward, each with a start box, a T-shaped alley, two boxes with automatic pellet dispensers at one side of the box, and two L-shaped alleys. Each L-shaped alley is connected to the start box so that mice can return to the start box, which excludes the effects of experimenter handling on mouse behavior. This apparatus also has an advantage that in vivo microdialysis, in vivo electrophysiology, and optogenetics techniques can be performed during T-maze performance because the doors are designed to go down into the floor. In this movie article, we describe T-maze tasks using the automated apparatus and the T-maze performance of &alpha;-CaMKII+/- mice, which are reported to show working memory deficits in the eight-arm radial maze task. Our data indicated that &alpha;-CaMKII+/- mice showed a working memory deficit, but no impairment of reference memory, and are consistent with previous findings using the eight-arm radial maze task, which supports the validity of our protocol. In addition, our data indicate that mutants tended to exhibit reversal learning deficits, suggesting that &alpha;-CaMKII deficiency causes reduced behavioral flexibility. Thus, the T-maze test using the modified automatic apparatus is useful for assessing working and reference memory and behavioral flexibility in mice.

This article presents the protocol of T-maze tests using a modified automated apparatus for assessing the learning and memory functions in mice.

T-laberinto alternancia forzada y la izquierda-derecha para la evaluación de las tareas de discriminación y de trabajo de la memoria de referencia en ratones

Forced alternation and left-right discrimination tasks using the T-maze have been widely used to assess working and reference memory, respectively, in ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also propagation of suprathreshold spiking activity involves populations of neurons. Empirical studies addressing cortical function directly thus require recordings from populations of neurons with high resolution. Here we describe an optical method and a deconvolution algorithm to record neural activity from up to 100 neurons with single-cell and single-spike resolution. This method relies on detection of the transient increases in intracellular somatic calcium concentration associated with suprathreshold electrical spikes (action potentials) in cortical neurons. High temporal resolution of the optical recordings is achieved by a fast random-access scanning technique using acousto-optical deflectors (AODs)1. Two-photon excitation of the calcium-sensitive dye results in high spatial resolution in opaque brain tissue2. Reconstruction of spikes from the fluorescence calcium recordings is achieved by a maximum-likelihood method. Simultaneous electrophysiological and optical recordings indicate that our method reliably detects spikes (&gt;97% spike detection efficiency), has a low rate of false positive spike detection (&lt; 0.003 spikes/sec), and a high temporal precision (about 3 msec) 3. This optical method of spike detection can be used to record neural activity in vitro and in anesthetized animals in vivo3,4.

Understanding the function of the vertebrate central nervous system requires recordings from many neurons because cortical function arises on the level of populations of neurons. Here we describe an optical method to record suprathreshold neural activity with single-cell and single-spike resolution, dithered random-access scanning. This method records somatic fluorescence calcium signals from up to 100 neurons with high temporal resolution. A maximum-likelihood algorithm deconvolves the underlying suprathreshold neural activity from the somatic fluorescence calcium signals. This method reliably detects spikes with high detection efficiency and a low rate of false positives and can be used to study neural populations in vitro and in vivo.

Grabación óptica de la actividad neural suprathreshold con la resolución de una sola célula y único punta-

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Mapping Cortical Dynamics Using Simultaneous MEG/EEG and Anatomically-constrained Minimum-norm Estimates: an Auditory Attention Example

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the cortical networks involved in dynamical perceptual and cognitive tasks, such as attending to different sounds in a cocktail party. Many past studies have employed data recorded at the sensor level only, i.e., the magnetic fields or the electric potentials recorded outside and on the scalp, and have usually focused on activity that is time-locked to the stimulus presentation. This type of event-related field / potential analysis is particularly useful when there are only a small number of distinct dipolar patterns that can be isolated and identified in space and time. Alternatively, by utilizing anatomical information, these distinct field patterns can be localized as current sources on the cortex. However, for a more sustained response that may not be time-locked to a specific stimulus (e.g., in preparation for listening to one of the two simultaneously presented spoken digits based on the cued auditory feature) or may be distributed across multiple spatial locations unknown a priori, the recruitment of a distributed cortical network may not be adequately captured by using a limited number of focal sources.
Here, we describe a procedure that employs individual anatomical MRI data to establish a relationship between the sensor information and the dipole activation on the cortex through the use of minimum-norm estimates (MNE). This inverse imaging approach provides us a tool for distributed source analysis. For illustrative purposes, we will describe all procedures using FreeSurfer and MNE software, both freely available. We will summarize the MRI sequences and analysis steps required to produce a forward model that enables us to relate the expected field pattern caused by the dipoles distributed on the cortex onto the M/EEG sensors. Next, we will step through the necessary processes that facilitate us in denoising the sensor data from environmental and physiological contaminants. We will then outline the procedure for combining and mapping MEG/EEG sensor data onto the cortical space, thereby producing a family of time-series of cortical dipole activation on the brain surface (or "brain movies") related to each experimental condition. Finally, we will highlight a few statistical techniques that enable us to make scientific inference across a subject population (i.e., perform group-level analysis) based on a common cortical coordinate space.

We use magneto- and electroencephalography (MEG/EEG), combined with anatomical information captured by magnetic resonance imaging (MRI), to map the dynamics of the cortical network associated with auditory attention.

Asignación Dinámica de trauma con MEG / estimaciones simultáneas norma mínima-EEG y anatómico limitado-un ejemplo: Atención Auditiva

Magneto- and electroencephalography (MEG/EEG) are neuroimaging techniques that provide a high temporal resolution particularly suitable to investigate the ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method described here enables the investigator to measure long-lasting (from minutes to hours) high-quality intracellular responses from single Drosophila R1-R6 photoreceptors and Large Monopolar Cells (LMCs) to light stimuli. Because the recording system has low noise, it can be used to study variability among individual cells in the fly eye, and how their outputs reflect the physical properties of the visual environment. We outline all key steps in performing this technique. The basic steps in constructing an appropriate electrophysiology set-up for recording, such as design and selection of the experimental equipment are described. We also explain how to prepare for recording by making appropriate (sharp) recording and (blunt) reference electrodes. Details are given on how to fix an intact fly in a bespoke fly-holder, prepare a small window in its eye and insert a recording electrode through this hole with minimal damage. We explain how to localize the center of a cell's receptive field, dark- or light-adapt the studied cell, and to record its voltage responses to dynamic light stimuli. Finally, we describe the criteria for stable normal recordings, show characteristic high-quality voltage responses of individual cells to different light stimuli, and briefly define how to quantify their signaling performance. Many aspects of the method are technically challenging and require practice and patience to master. But once learned and optimized for the investigator's experimental objectives, it grants outstanding in vivo neurophysiological data.

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Sharp microelectrodes enable accurate electrophysiological characterization of photoreceptor and visual interneuron output in living Drosophila. Here we show how to use this method to record high-quality voltage responses of individual cells to controlled light stimulation. This method is ideal for studying neural information processing in insect compound eyes.

Método electrofisiológico para registrar las respuestas de voltaje intracelular<em&gt; Drosophila</em&gt; Los fotorreceptores y interneuronas a la luz Estímulos<em&gt; En Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of EEG data and have been widely used to investigate the neural mechanisms in some brain disorders. The goal of this article is to describe the protocol underlying EEG microstate and omega complexity analyses step by step. The main advantage of these two measures is that they could eliminate the reference-dependent problem inherent to traditional spectrum analysis. In addition, microstate analysis makes good use of high time resolution of resting-state EEG, and the four obtained microstate classes could match the corresponding resting-state networks respectively. The omega complexity characterizes the spatial complexity of the whole brain or specific brain regions, which has obvious advantage compared with traditional complexity measures focusing on the signal complexity in a single channel. These two EEG measures could complement each other to investigate the brain complexity from the temporal and spatial domain respectively.

This article describes the protocol underlying electroencephalography (EEG) microstate analysis and omega complexity analysis, which are two reference-free EEG measures and highly valuable to explore the neural mechanisms of brain disorders.

Según los Estados y análisis de complejidad de Omega de la electroencefalografía de estado descansando

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of ...

An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and parenting. Importantly, mice can be trained to associate novel odors with specific behavioral responses to provide insight into olfactory circuit function. This protocol details the procedure for training mice on a Go/No-Go operant learning task. In this approach, mice are trained on hundreds of automated trials daily for 2&#8211;4 weeks and can then be tested on novel Go/No-Go odor pairs to assess olfactory discrimination, or be used for studies on how odor learning alters the structure or function of the olfactory circuit. Additionally, the mouse olfactory bulb (OB) features ongoing integration of adult-born neurons. Interestingly, olfactory learning increases both the survival and synaptic connections of these adult-born neurons. Therefore, this protocol can be combined with other biochemical, electrophysiological, and imaging techniques to study learning and activity-dependent factors that mediate neuronal survival and plasticity.

Here, we train mice on an associative learning task to test odor discrimination. This protocol also allows for studies on learning-induced structural changes in the brain.

Una prueba objetiva y Reproducible de aprendizaje olfativo y discriminación en ratones

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and ...

Targeting the Corticospinal Tract in Neonatal Rats with a Double-Viral Vector using Combined Brain and Spine Surgery

Successfully tackling the obstacles that constrain research on neonatal rats is important for studying the differences in outcomes seen in pediatric spinal cord injuries (SCIs) compared to adult SCIs. In addition, reliably introducing therapies into the target cells of the central nervous system (CNS) can be challenging, and inaccuracies can compromise the efficacy of the study or therapy. This protocol combines viral vector technology with a novel surgical technique&#160;to accurately introduce gene therapies into neonatal rats at postnatal day 5. Here, a virus engineered for retrograde transport (retroAAV2) of Cre is introduced at the axon terminals of corticospinal neurons in the spinal cord, where it is subsequently transported to the cell bodies. A double-floxed&#160;inverted orientation (DIO) designer receptor exclusively activated by designer drug(s) (DREADD) virus is then injected into the somatomotor cortex of the brain. This double-infection technique promotes the expression of the DREADDs only in the co-infected corticospinal tract (CST) neurons.&#160;Thus, the simultaneous co-injection of the somatomotor cortex and cervical CST terminals is a valid method for studying the chemogenetic modulation of recovery following cervical SCI models in neonatal rats.

This protocol demonstrates a novel method for applying gene therapies to subpopulations of cells in neonatal rats at postnatal ages 5-10 days by injecting an anterograde chemogenetic modifier into the somatomotor cortex and a retrogradely transportable Cre recombinase into the cervical spinal cord.

Apuntando al tracto corticoespinal en ratas neonatas con un vector viral doble utilizando cirugía combinada de cerebro y columna vertebral

Successfully tackling the obstacles that constrain research on neonatal rats is important for studying the differences in outcomes seen in pediatric ...

Shuttle Box Assay as an Associative Learning Tool for Cognitive Assessment in Learning and Memory Studies using Adult Zebrafish

Cognitive deficits, including impaired learning and memory, are a primary symptom of various developmental and age-related neurodegenerative diseases and traumatic brain injury (TBI). Zebrafish are an important neuroscience model due to their transparency during development and robust regenerative capabilities following neurotrauma. While various cognitive tests exist in zebrafish, most of the cognitive assessments that are rapid examine non-associative learning. At the same time, associative-learning assays often require multiple days or weeks. Here, we describe a rapid associative-learning test that utilizes an adverse stimulus (electric shock) and requires minimal preparation time. The shuttle box assay, presented here, is simple, ideal for novice investigators, and requires minimal equipment. We demonstrate that, following TBI, this shuttle box test reproducibly assesses cognitive deficit and recovery from young to old zebrafish. Additionally, the assay is adaptable to examine either immediate or delayed memory. We demonstrate that both a single TBI and repeated TBI events negatively affect learning and immediate memory but not delayed memory. We, therefore, conclude that the shuttle box assay reproducibly tracks the progression and recovery of cognitive impairment.

Learning and memory are potent metrics in studying either developmental, disease-dependent, or environmentally induced cognitive impairments. Most cognitive assessments require specialized equipment and extensive time commitments. However, the shuttle box assay is an associative learning tool that utilizes a conventional gel box for rapid and reliable assessment of adult zebrafish cognition.

Shuttle Box Assay como herramienta de aprendizaje asociativo para la evaluación cognitiva en estudios de aprendizaje y memoria utilizando pez cebra adulto

Cognitive deficits, including impaired learning and memory, are a primary symptom of various developmental and age-related neurodegenerative diseases and ...

Measurement of the Directional Information Flow in fNIRS-Hyperscanning Data using the Partial Wavelet Transform Coherence Method

Social interaction is of vital importance for human beings. While the hyperscanning approach has been extensively used to study interpersonal neural synchronization (INS) during social interactions, functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) is one of the most popular techniques for hyperscanning naturalistic social interactions because of its relatively high spatial resolution, sound anatomical localization, and exceptionally high tolerance of motion artifacts. Previous fNIRS-based hyperscanning studies usually calculate a time-lagged INS using wavelet transform coherence (WTC) to describe the direction and temporal pattern of information flow between individuals. However, the results of this method might be confounded by the autocorrelation effect of the fNIRS signal of each individual. For addressing this issue, a method termed partial wavelet transform coherence (pWTC) was introduced, which aimed to remove the autocorrelation effect and maintain the high temporal-spectrum resolution of the fNIRS signal. In this study, a simulation experiment was performed first to show the effectiveness of the pWTC in removing the impact of autocorrelation on INS. Then, step-by-step guidance was offered on the operation of the pWTC based on the fNIRS dataset from a social interaction experiment. Additionally, a comparison between the pWTC method and the traditional WTC method and that between the pWTC method and the Granger causality (GC) method was drawn. The results showed that pWTC could be used to determine the INS difference between different experimental conditions and INS's directional and temporal pattern between individuals during naturalistic social interactions. Moreover, it provides better temporal and frequency resolution than the traditional WTC and better flexibility than the GC method. Thus, pWTC is a strong candidate for inferring the direction and temporal pattern of information flow between individuals during naturalistic social interactions.

This protocol describes partial wavelet transform coherence (pWTC) for calculating the time-lagged pattern of interpersonal neural synchronization (INS) to infer the direction and temporal pattern of information flow during social interaction. The effectiveness of pWTC in removing the confounds of signal autocorrelation on INS was proved by two experiments.

Medición del flujo de información direccional en datos fNIRS-Hyperscanning utilizando el método de coherencia de transformada de wavelet parcial

Social interaction is of vital importance for human beings. While the hyperscanning approach has been extensively used to study interpersonal neural ...