El apoyo prestado por la Universidad de Alabama en Birmingham Programa de Capacitación Docente de subvención.

<html> 1. Psicofisiología Los sistemas de Biopac, Inc. sistema de monitorización fisiológica (véase la tabla de equipos específicos) no es equipo estándar en las instalaciones de la mayoría de imágenes. Horario de 15-30 minutos antes de la llegada de los participantes para establecer el monitoreo fisiológico y otros equipos descritos en este protocolo (Figura 1). <ol><li> Conectar una sala de control operativo de la computadora AcqKnowledge (Biopac Systems, Inc.) de software de monitorización fisiológica a la MP150 Biopac (MP150WSW) utilizando un cable cruzado Ethernet estándar (CBLETH2). </li><li> Conecte el Biopac aislados Digital Interface (STP100C) para una presentación de la sala de control operativo de la computadora (sistemas neuroconductuales, Inc; Albany, CA) usando un software DB25 M / F cable de cinta. </li><li> Conecte el amplificador Biopac GSR (EDA-100C-MRI) para el filtro de interferencias de RF (MRIRFIF) dentro de la sala de control mediante un cable de extensión blindado (MECMRI-3). </li><li> Conecte el filtro de interferencias de radiofrecuencia (MRIRFIF) a un cable de extensión blindado (MECMRI-1) dentro de la cámara de resonancia magnética. </li><li> Conecte el cable de extensión blindado para cables de fibra de carbono de plomo (LEAD 108) que se conectan a los electrodos de radio translúcido (EL508). Nota: Torcer la cabeza en una espiral reduce los artefactos en los datos de conductancia de la piel que se pueden crear durante la exploración. </li><li> Coloque los electrodos de radio translúcido (EL508) a la falange distal de los dedos medio y anular de la mano izquierda de los participantes. </li><li> Debido a la naturaleza de los equipos de escáner, resonancia magnética temperatura ambiente la cámara a menudo se fijan por debajo de 21 ° C. Cubrir el participante con una manta para mantener la temperatura de la mano. </li></ol> 2. Las respuestas de comportamiento (Joystick) <ol><li> Conectar una sala de control operativo de la computadora el software de presentación (Sistemas neuroconductuales, Inc; Albany, CA) a la Unidad de Interfaz de joystick para p (diseños actuales, Inc., Filadelfia, PA) mediante un cable USB-mini. </li><li> Conecte un cable de fibra óptica a la unidad de interfaz para p dentro de la sala de control, luego pasar el cable a través de una guía de onda en la cámara de resonancia magnética. </li><li> Conecte el cable de fibra óptica para el joystick RM-compatible. </li><li> Los participantes directos para colocar la palanca en una posición cómoda y de fácil acceso. </li></ol> 3. Presentación de estímulo <ol><li> Conectar una sala de control operativo de la computadora El software de presentación de los puertos externos VGA y audio de las IFIS, SA (Invivo Corporation, Orlando, FL) consola de sala de control (Figura 1). </li><li> Compruebe las conexiones de cable de fibra óptica entre la consola de sala de control de IFIS y la Unidad de IFIS de interfaz de periféricos dentro de la cámara de resonancia magnética, así como las conexiones entre la unidad de interfaz periférica y la pantalla, audio / visual. </li><li> Coloque la unidad de visualización de audio / visual detrás de la cabeza de la bobina de manera que el participante puede ver el monitor a través de un espejo unido a la cabeza de la bobina. </li><li> Conectar la caja de la unidad de pantalla Audio / Visual de interfase acústica a MR compatible con auriculares estéreo del sistema IFIS, utilizando tubos de vinilo. </li><li> Calibrar el volumen de los estímulos auditivos con un medidor de nivel de presión sonora. </li></ol> 4. Procedimiento experimental <ol><li> Informar a los participantes que 2 tonos se presentan varias veces durante el estudio, y que el volumen de los tonos pueden variar por encima y por debajo de su umbral de percepción (Figura 2). </li><li> Los participantes directos de apretar un botón en el cuadro de mando inmediatamente después de la audiencia, cualquiera de tono, y para actualizar su expectativa de recibir la UCS moviendo el joystick para controlar la posición de una barra de calificación en una escala de 0 a 100 (Figura 3). </li><li> Instruir a los participantes que calificaran su esperanza de UCS en una escala continua de 0 a 100. Informarles de que las calificaciones de 0 indica que está seguro de la UCS no se presentará, las calificaciones de 50 indica que no están seguros si el UCS se presentará, y evaluaciones de 100 indican que están seguros de la UCS se presentará. Los participantes directos de utilizar otros valores de la escala para indicar las expectativas intermedio. Entonces, que los participantes puedan practicar el uso de la palanca de mando para hacer clasificaciones. </li><li> Exponer a los participantes a un procedimiento de condicionamiento de miedo diferencial con dos tonos (700 Hz y 1300, con una duración entre los 10, 20 ITI), como el estímulo condicionado (CS) y un fuerte ruido blanco (100 dB, 500 ms) como la UCS. </li><li> Presentar 60 pruebas del + CS (coterminating con la UCS) y 60 ensayos de la CS-(presentada sin la UCS) en un orden pseudoaleatorio tal que no más de dos ensayos del mismo CS se presentan en forma consecutiva. </li><li> Contrarrestar los tonos que sirven como + CS y CS-a través de los participantes. </li><li> Modular el volumen del + CS y CS de forma independiente. Ajustar el volumen del CS en el juicio posterior con el mismo CS. Disminución de 5 dB CS volumen si sólo pulsar un botón se hace (es decir, tras un juicio de percepción). Aumentar el volumen de 5dB si sólo pulsar un botón no está hecho (es decir, en un juicio no percibidos). </li></ol><html> ve_title &quot;&gt; 5. Procedimiento de escaneado <ol><li> Recoger estándar de alta resolución T1 estructurales (por ejemplo MPRAGE) para servir como una referencia anatómica de datos funcionales. </li><li> Recoger BOLD fMRI de todo el cerebro durante el proceso de acondicionamiento. Treinta y seis, de 4 mm de espesor rebanadas deben ser suficientes para cubrir el cerebro con los parámetros de imagen relativamente estándar (por ejemplo, TR = 2000 ms, TE = 30 ms, FOV = 24 cm, matriz de 64x64). Sincronizar la adquisición de resonancia magnética funcional con la presentación del estímulo con una caja de resonancia magnética funcional de disparo. </li></ol> 6. SCR de Adquisición de Datos y Análisis <ol><li> Ejemplo de conductancia de la piel a 2.000 Hz con AcqKnowledge software y el sistema MR-compatible Biopac monitorización fisiológica en la sección 1. </li><li> Solicitar una respuesta de 1 Hz impulso infinito (IIR) filtro de paso bajo digital de los datos de conductancia de la piel para reducir los defectos producidos durante la exploración (ver Figura 4). </li><li> Volver a muestrear los datos de conductancia de la piel a 250 Hz. </li><li> SCR calcular como la diferencia en el nivel de conductancia de la piel desde el inicio de la respuesta al pico de respuesta. </li><li> Datos SCR puede ser transformado de raíz cuadrada para normalizar la distribución de las amplitudes de respuesta antes del análisis estadístico. </li></ol> 7. Expectativa de UCS de Adquisición de Datos y Análisis <ol><li> Muestra (40 Hz) y registrar datos sobre la esperanza UCS utilizando el software de presentación. </li><li> Calcular la esperanza de UCS como el promedio (muestra 1s) de respuesta durante el último segundo de la presentación de CS. </li></ol> 8. Adquisición de datos de resonancia magnética funcional y Análisis <ol><li> Preprocesamiento completa estándar de los datos de imagen cerebral (por ejemplo, cortar corrección de tiempo, el registro de imágenes, espacial suavizado) mediante un análisis de imagen funcional paquete de software (por ejemplo, AFNI 18). </li><li> Crear molestias estándar (por ejemplo, el movimiento) y un estímulo basado en variables explicativas para los ensayos percibido y percibe, de la + CS y CS-, así como la UCS. </li><li> Crear una respuesta basada en el motor de forma de onda de referencia para servir como un regresor molestia para dar cuenta de la actividad motora en relación con las respuestas de pulsar el botón. <ol class="lalpha"><li> Cree una función que los códigos de barra para la sincronización de las respuestas de pulsar el botón. </li><li> Convolución al pulsar el botón de función seguir con la función de respuesta hemodinámica canónica (HRF). </li></ol></li><li> Crear una respuesta basada en el motor de forma de onda de referencia para servir como un regresor molestia para dar cuenta de la actividad motora en relación con las respuestas de joystick. <ol class="lalpha"><li> Cree una función que los códigos de barra para la sincronización de los cambios en la pendiente (por ejemplo el valor absoluto pendiente&gt; 10) de las calificaciones de la esperanza de UCS. </li><li> Convolución de los joystick de la función pendiente seguir con la HRF canónica. </li></ol></li><li> Realizar análisis de primer nivel con todos los regresores base de estímulo-y las molestias. </li><li> Realizar un segundo nivel ANOVA de medidas repetidas para identificar las regiones en las que muestra la activación de un efecto principal de CS tipo, un efecto principal de la percepción, o un tipo de interacción CS percepción X. </li></ol> 9. Los resultados representativos: La metodología que aquí se presenta típicamente resulta en calificaciones relativamente alta esperanza de UCS durante perciben CS + ensayos y bajos niveles de audiencia durante la percepción de CS-ensayos (Figura 5) 10,15,19. Estos resultados indican los participantes son conscientes de la CS-UCS contingencias. En los ensayos sin ser visto, clasificaciones de UCS esperanza suelen permanecer sin cambios desde antes de la CS de calificación. Esperanza de UCS en estos desapercibido + CS y CS-ensayos suelen caer cerca de 50 participantes, lo que indica no está seguro de si el UCS se presentará 10,15,19 (Figura 5). Esta incapacidad para producir diferencial clasificaciones de UCS esperanza de que son imperceptibles + CS y CS-indica que los participantes son incapaces de expresar su conciencia de contingencia en los ensayos acondicionado imperceptible (Figura 6). En contraste, el aprendizaje relacionado con los cambios en la SCR se han observado durante los ensayos de condicionamiento percibidos y no percibidos 10,15,19. En concreto, SCR fue mayor a la percibida CS + que a la percepción de CS. Del mismo modo, las grandes SCR ha demostrado durante desapercibido CS + CS-que no percibidos ensayos 10,15,19 (Figura 6). En conjunto, estos datos sobre el comportamiento y autonómicas demuestran el condicionamiento del miedo con la conciencia de contingencia en los ensayos percibido, y el condicionamiento del miedo, sin conciencia de contingencia en los ensayos desapercibido. La investigación de imágenes funcionales utilizando esta metodología ha demostrado de aprendizaje relacionados con la activación del hipocampo en la percepción, pero no imperceptible ensayos de condicionamiento 15 (Figura 7). Por el contrario, el diferencial actividad de la amígdala se ha observado tanto en ensayos de condicionamiento percibidos y no percibidos 15. Estos hallazgos son consistentes con la opinión de que el hipocampo apoya los procesos relacionados con la conciencia de contingencia, mientras que la amígdala apoya expresión CR con y sin conciencia. / 3083/3083fig1.jpg &quot;alt =&quot; Figura 1 &quot;/&gt; Figura 1. Diagrama de equipo básico para la presentación del estímulo y la monitorización de la respuesta conductual / psicofisiológicas. El software de presentación se utiliza para presentar los estímulos audiovisuales y seguimiento de sus calificaciones esperanza de UCS hecha moviendo una palanca de mando con la mano derecha. AcqKnowledge software y el equipo Biopac se utilizan para controlar la conductancia de la piel de la mano izquierda. Sólido (Biopac), solo líneas de puntos (IFIS Audio-Visual), y se lanzó doble (joystick de fibra óptica) representan los cables para la presentación del estímulo distinto y sistemas de respuesta de control. Flechas en negro indican la dirección de flujo de información. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig2.jpg" alt="Figura 2"/> Figura 2. Estímulos condicionados. Presentar el + CS y CS-en un orden pseudoaleatorio tal que no más de dos ensayos del mismo CS se presentan en forma consecutiva. Variar el volumen del + CS y CS de forma independiente. Si el CS se percibe (indicado sólo pulsar un botón), disminución de 5 dB CS de volumen en el juicio posterior de la misma CS. Si el CS es imperceptible (indicado por no presionar el botón), aumentar 5db CS de volumen en el juicio posterior con el mismo CS. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig3.jpg" alt="Figura 3"/> Figura 3. Expectativa de UCS escala de calificación. Instruir a los participantes que calificaran su expectativa de la presentación de UCS en una escala de 0 a 100. Las calificaciones de 0 indican la certeza de la UCS no se presentará, las calificaciones de los 100 indican certeza la UCS se presentarán, y las calificaciones de 50 refleja la incertidumbre sobre si el UCS se presentará. Calificaciones intermedias deben utilizarse para indicar las gradaciones de la esperanza de UCS. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig4.jpg" alt="Figura 4"/> Figura 4. Comparación de los datos en bruto y la conductancia de la piel se filtra. a) Datos de los conductancia de la piel recogidas durante fMRI. b) Los datos de Conductancia de la piel tras la aplicación de un filtro de paso bajo 1Hz IIR. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig5.jpg" alt="Figura 5"/> Figura 5. Clasificaciones de UCS esperanza. -Los participantes suelen informar de alta esperanza de UCS en la percepción de CS + juicios y expectativas de baja en la percepción de CS-ensayos. Esperanza de UCS sobre desapercibido CS + CS y ensayos-no se diferencian. <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig6.jpg" alt="Figura 6"/> Figura 6. Expectativa de UCS y SCR. Las diferencias en la esperanza de UCS se observan típicamente en la percepción + CS y CS-ensayos los participantes indicando son conscientes de las contingencias estímulo. En los ensayos sin ser visto, clasificaciones de UCS esperanza por lo general no se diferencian lo que indica a los participantes son incapaces de expresar su conciencia de contingencia. En contraste, las diferencias en SCRs acondicionado usualmente se observan en ambos ensayos de condicionamiento percibido y no percibidos. Estos hallazgos reflejan la expresión aprendido con miedo (es decir, en los ensayos percibida) y sin conciencia de contingencia (es decir, en los ensayos no percibidos). <img src="/files/ftp_upload/3083/3083fig7.jpg" alt="Figura 7"/> Figura 7. MRI funcional del hipocampo y la amígdala. Las respuestas del hipocampo son normalmente más grandes que el CS + CS-que en la percepción, pero no imperceptible ensayos de condicionamiento. Distintas respuestas amígdala se observan típicamente en los dos ensayos de condicionamiento percibidos y no percibidos. Estos hallazgos son consistentes con la opinión de que el hipocampo apoya los procesos relacionados con la conciencia de contingencia, mientras que la amígdala apoya la expresión miedo con y sin conciencia.

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No hay conflictos de interés declarado.

La metodología de condicionamiento del miedo aquí descrito proporciona un medio para investigar los mecanismos neurales de los procesos de la memoria consciente e inconsciente miedo. Este método tiene la ventaja de la monitorización simultánea de datos de comportamiento, autonómica y fMRI. Seguimiento de las respuestas de comportamiento (es decir, la esperanza de UCS) y autonómica (es decir, SCR) es un componente crítico de este método. La esperanza de UCS proporciona un medio para evaluar el conocimiento de co...

<table border="1"><tbody><tr><td> Equipo </td><td> Empresa </td><td> Artículo número </td></tr><tr><td> Sistema Integrado de imagen funcional (IFIS-SA) </td><td> Invivo Corporation, Orlando, FL </td><td></td></tr><tr><td> Maestro de la unidad de control (que se encuentra en la sala de control) Unidad de interfaz de periféricos (que se encuentra en la cámara de resonancia magnética) Audio / Visual Unidad de Visualización (que se encuentra en la cámara de resonancia magnética), incluye: <ul><li> 6.4 &quot;(diagonal) Pantalla LCD de vídeo <ul><li> 640 x 480 de resolución y 15 ° de campo de visión </li></ul></li><li> caja de interfase acústica <ul><li> ofrece un sonido estéreo de neumáticos </li></ul></li><li> MR compatible con auriculares estéreo </li></ul></td><td></td><td></td></tr><tr><td> SISTEMA DE MONITOREO FISIOLÓGICOS </td><td> Biopac Systems, Inc., Goleta, CA </td><td></td></tr><tr><td> Adquisición de Datos y Análisis para Windows (MP150) Aislados Digital Interface (interfaz digital) Respuesta galvánica de la piel (GSR) Amplificador MRI por cable / sistema de filtro para establecer transductor amplificador, incluye: <ul><li> Cable de extensión de resonancia magnética (Sala de filtro) </li><li> RF filtro de interferencia </li><li> RM de extensión de cable (amplificador GSR para filtrar) </li></ul> Los componentes adicionales: DB25 M / F cable de cinta Electrodos desechables radiotransparente De fibra de carbono lleva </td><td></td><td valign="top"> MP150WSW STP100C EDA100C-RM MECMRI-TRANS - MECMRI-1 - MRIRFIF - MECMRI-3 CBL110C EL508 LEAD108 </td></tr><tr><td> JOYSTICK </td><td> Los diseños actuales, Inc., Philadelphia, PA </td><td></td></tr><tr><td> Legado Joystick </td><td></td><td> HH-JOY-4 </td></tr><tr><td> Legado para p Interfaz </td><td></td><td> FIU-005 </td></tr></tbody></table>

investigating the neural mechanisms of aware and unaware fear memory with fmri

El condicionamiento del miedo pavloviano se utiliza a menudo en combinación con la resonancia magnética funcional (fMRI) en los seres humanos para investigar los sustratos neurales del aprendizaje asociativo 1-5. En estos estudios, es importante proporcionar evidencia conductual de condicionamiento para verificar que las diferencias en la actividad cerebral son relacionados con el aprendizaje y la correlación con el comportamiento humano. Estudios de miedo acondicionado vigilan a menudo las respuestas autónomas (por ejemplo, la respuesta de conductancia de piel; SCR) como un índice de aprendizaje y la memoria 6.8. Además, otras medidas de comportamiento pueden proporcionar información valiosa sobre el proceso de aprendizaje y / o otras funciones cognitivas que influyen acondicionado. Por ejemplo, el impacto de estímulo incondicionado (UCS) la esperanza de tener en la expresión de la respuesta condicionada (RC) y la respuesta incondicionada (UCR) ha sido un tema de interés en varios estudios recientes 9-14. SCR y las medidas de esperanza de UCS se han utilizado recientemente en conjunto con resonancia magnética funcional para investigar los sustratos neurales de aprendizaje del miedo consciente e inconsciente y los procesos de memoria 15. Aunque estos procesos cognitivos pueden ser evaluados en algún grado después de la sesión acondicionado, post-evaluaciones no se puede medir las expectativas a modo de prueba a prueba y son susceptibles a las interferencias y el olvido, así como otros factores que pueden distorsionar los resultados 16,17 . Seguimiento de las respuestas autonómicas y de comportamiento simultáneamente con fMRI proporciona un mecanismo por el cual los sustratos neurales que intervienen en las complejas relaciones entre los procesos cognitivos y las respuestas de comportamiento / autónomo se puede evaluar. Sin embargo, el seguimiento respuestas autonómicas y de comportamiento en el entorno MRI plantea una serie de problemas prácticos. En concreto, 1) el equipo estándar de vigilancia del comportamiento y fisiológicos es de un material ferroso que no puede usarse de manera segura cerca del escáner de resonancia magnética, 2) cuando el equipo se coloca fuera de la cámara de resonancia magnética, los cables que se proyectan hacia el sujeto puede llevar a ruido de RF que produce artefactos en las imágenes cerebrales, 3) los artefactos se pueden producir en la señal de conductancia de la piel por el cambio gradientes durante el escaneo, 4) la señal de resonancia magnética funcional producido por las exigencias del motor de respuestas de comportamiento puede ser necesario distinguir de la actividad relacionada con los procesos cognitivos de interés . Cada uno de estos problemas se pueden resolver con las modificaciones a la configuración de los equipos de monitorización fisiológica y otros procedimientos de análisis de datos. Aquí se presenta una metodología para monitorear simultáneamente las respuestas autónomas y de comportamiento en fMRI, y demostrar el uso de estos métodos para investigar los procesos de la memoria consciente e inconsciente durante el condicionamiento del miedo.

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Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Una metodología para investigar los mecanismos neurales que sustentan los procesos de la memoria consciente e inconsciente durante el condicionamiento del miedo se describe. Este método monitorea el nivel de oxígeno en la sangre dependientes (BOLD) la resonancia magnética funcional, la respuesta de conductancia de la piel, y la esperanza de estímulo incondicionado en el condicionamiento del miedo pavloviano para evaluar los correlatos neurales de los procesos de memoria diferentes.

Investigar los mecanismos neurales de la memoria del miedo consciente e inconsciente con fMRI

Pavlovian fear conditioning is often used in combination with functional magnetic resonance imaging (fMRI) in humans to investigate the neural substrates ...

investigating-neural-mechanisms-aware-unaware-fear-memory-with

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.8K vistas.  University of Alabama at Birmingham. Una metodología para investigar los mecanismos neurales que sustentan los procesos de la memoria consciente e inconsciente durante el condicionamiento del miedo se describe. Este método monitorea el nivel de oxígeno en la sangre dependientes (BOLD) la resonancia magnética funcional, la respuesta de conductancia de la piel, y la esperanza de estímulo incondicionado en el condicionamiento del miedo pavloviano para evaluar los correlatos neurales de los procesos de memo...

Video: Investigating the Neural Mechanisms of Aware and Unaware Fear Memory with fMRI

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

FMRI simultánea y electrofisiología en el cerebro de roedores

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

Investigación

Neurociencias

Extinction Training During the Reconsolidation Window Prevents Recovery of Fear

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents the return of fear. Pavlovian fear-conditioning paradigms are commonly employed to create a controlled, novel fear association in the laboratory. After pairing an innocuous stimulus (conditioned stimulus, CS) with an aversive outcome (unconditioned stimulus, US) we can elicit a fear response (conditioned response, or CR) by presenting just the stimulus alone1,2 . Once fear is acquired, it can be diminished using extinction training, whereby the conditioned stimulus is repeatedly presented without the aversive outcome until fear is no longer expressed3. This inhibitory learning creates a new, safe representation for the CS, which competes for expression with the original fear memory4. Although extinction is effective at inhibiting fear, it is not permanent. Fear can spontaneously recover with the passage of time. Exposure to stress or returning to the context of initial learning can also cause fear to resurface3,4.
Our protocol addresses the transient nature of extinction by targeting the reconsolidation window to modify emotional memory in a more permanent manner. Ample evidence suggests that reactivating a consolidated memory returns it to a labile state, during which the memory is again susceptible to interference5-9. This window of opportunity appears to open shortly after reactivation and close approximately 6hrs later5,11,16, although this may vary depending on the strength and age of the memory15. By allowing new information to incorporate into the original memory trace, this memory may be updated as it reconsolidates10,11. Studies involving non-human animals have successfully blocked the expression of fear memory by introducing pharmacological manipulations within the reconsolidation window, however, most agents used are either toxic to humans or show equivocal effects when used in human studies12-14. Our protocol addresses these challenges by offering an effective, yet non-invasive, behavioral manipulation that is safe for humans.
By prompting fear memory retrieval prior to extinction, we essentially trigger the reconsolidation process, allowing new safety information (i.e., extinction) to be incorporated while the fear memory is still susceptible to interference. A recent study employing this behavioral manipulation in rats has successfully blocked fear memory using these temporal parameters11. Additional studies in humans have demonstrated that introducing new information after the retrieval of previously consolidated motor16, episodic17, or declarative18 memories leads to interference with the original memory trace14. We outline below a novel protocol used to block fear recovery in humans.

Conditioned fear can be diminished through an inhibitory process called extinction, but can resurface under conditions such as the passage of time or exposure to stress. Our protocol presents a novel way of preventing fear recovery by introducing extinction during the reconsolidation window (the re-storage phase of a reactivated memory).

Formación extinción durante la ventana de reconsolidación impide una recuperación del Miedo

Fear is maladaptive when it persists long after circumstances have become safe. It is therefore crucial to develop an approach that persistently prevents ...

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 ...

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

Co-análisis de la estructura y función cerebral mediante resonancia magnética funcional y la difusión de imágenes ponderado

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Whole Cell Patch Clamp for Investigating the Mechanisms of Infrared Neural Stimulation

It has been demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to elicit electrical responses in neural tissue, independent of any further modification of the target tissue. Infrared neural stimulation has been reported in a variety of peripheral and sensory neural tissue in vivo, with particular interest shown in stimulation of neurons in the auditory nerve. However, while INS has been shown to work in these settings, the mechanism (or mechanisms) by which infrared light causes neural excitation is currently not well understood. The protocol presented here describes a whole cell patch clamp method designed to facilitate the investigation of infrared neural stimulation in cultured primary auditory neurons. By thoroughly characterizing the response of these cells to infrared laser illumination in vitro under controlled conditions, it may be possible to gain an improved understanding of the fundamental physical and biochemical processes underlying infrared neural stimulation.

Infrared nerve stimulation has been proposed as an alternative to electrical stimulation in a range of nerve types, including those associated with the auditory system. This protocol describes a patch clamp method for studying the mechanism of infrared nerve stimulation in a culture of primary auditory neurons.

Whole Cell Patch Clamp para investigar los mecanismos de la Estimulación Neural infrarrojos

It has been  demonstrated in recent years that pulsed, infrared laser light can be used to  elicit electrical responses in neural tissue, independent of ...

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the underlying neuronal components in the circuits1-6. Application of optogenetics7,8 in the larval neural circuit allows us to manipulate neuronal activity in spatially and temporally patterned ways9-13. Typically, specimens are broadly illuminated with a mercury lamp or LED, so specificity of the target neurons is controlled by binary gene expression systems such as the Gal4-UAS system14,15. In this work, to improve the spatial resolution to "sub-genetic resolution", we locally illuminated a subset of neurons in the ventral nerve cord using lasers implemented in a conventional confocal microscope. While monitoring the motion of the body wall of the semi-intact larvae, we interactively activated or inhibited neural activity with channelrhodopsin16,17 or halorhodopsin18-20, respectively. By spatially and temporally restricted illumination of the neural tissue, we can manipulate the activity of specific neurons in the circuit at a specific phase of behavior. This method is useful for studying the relationship between the activities of a local neural assembly in the ventral nerve cord and the spatiotemporal pattern of motor output.

Optogenetic Perturbation of Neural Activity with Laser Illumination in Semi-intact Drosophila Larvae in Motion

Here we describe a protocol for optogenetic manipulation of motoneuronal activity while monitoring changes in motor output (muscle contraction) in semi-intact Drosophila larvae using lasers within a conventional confocal microscope. This technique enables researchers to achieve local perturbation of neural activity in a few neuromeres to elucidate the dynamics of motor circuits.

Optogenética perturbación de la actividad neuronal con la iluminación láser en semi-intacta<em&gt; Drosophila</em&gt; Las larvas in Motion

Drosophila larval locomotion is a splendid model system in developmental and physiological neuroscience, by virtue of the genetic accessibility of the ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

La estimulación cerebral profunda con simultánea fMRI en roedores

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

A Protocol for the Administration of Real-Time fMRI Neurofeedback Training

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control neuroplastic processes and correct abnormal function, or even shift functions from damaged tissue to physiologically healthy brain regions, hold the potential to dramatically improve overall health. Of the current neuroplastic interventions in development, neurofeedback training (NFT) from functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has the advantages of being completely non-invasive, non-pharmacologic, and spatially localized to target brain regions, as well as having no known side effects. Furthermore, NFT techniques, initially developed using fMRI, can often be translated to exercises that can be performed outside of the scanner without the aid of medical professionals or sophisticated medical equipment. In fMRI NFT, the fMRI signal is measured from specific regions of the brain, processed, and presented to the participant in real-time. Through training, self-directed mental processing techniques, that regulate this signal and its underlying neurophysiologic correlates, are developed. FMRI NFT has been used to train volitional control over a wide range of brain regions with implications for several different cognitive, behavioral, and motor systems. Additionally, fMRI NFT has shown promise in a broad range of applications such as the treatment of neurologic disorders and the augmentation of baseline human performance. In this article, we present an fMRI NFT protocol developed at our institution for modulation of both healthy and abnormal brain function, as well as examples of using the method to target both cognitive and auditory regions of the brain.

The ability to induce and/or control neural plasticity may be critical in future treatments for neurologic disorders and the recovery from brain injury. In this paper, we present a protocol on the use of neurofeedback training with functional magnetic resonance imaging to modulate human brain function.

Un protocolo para la administración de Real-Time fMRI entrenamiento de Neurofeedback

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control ...

Time-dependent Increase in the Network Response to the Stimulation of Neuronal Cell Cultures on Micro-electrode Arrays

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network dynamics in neuronal cultures. In contrast with more traditional methods, such as patch-clamping, which can only record activity from a single cell, MEAs can record simultaneously from multiple sites in a network, without requiring the arduous task of placing each electrode individually. Moreover, numerous control and stimulation configurations can be easily applied within the same experimental setup, allowing for a broad range of dynamics to be explored. One of the key dynamics of interest in these in vitro studies has been the extent to which cultured networks display properties indicative of learning. Mouse neuronal cells cultured on MEAs display an increase in response following training induced by electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neuronal cells on MEAs; successfully record from over 95% of the plated dishes; establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation; and sort, plot, and interpret the results from such experiments. The use of a proprietary system for stimulating and recording neuronal cultures is demonstrated. Software packages are also used to sort neuronal units. A custom-designed graphical user interface is used to visualize post-stimulus time histograms, inter-burst intervals, and burst duration, as well as to compare the cellular response to stimulation before and after a training protocol. Finally, representative results and future directions of this research effort are discussed.

Mouse neuronal cells cultured on multi-electrode arrays display an increase in response following electrical stimulation. This protocol demonstrates how to culture neurons, how to record activity, and how to establish a protocol to train the networks to respond to patterns of stimulation.

Incremento dependiente del tiempo en la respuesta de la red a la estimulación de cultivos de células neuronales en matrices de microelectrodos

Micro-electrode arrays (MEAs) can be used to investigate drug toxicity, design paradigms for next-generation personalized medicine, and study network ...

Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls body functions and internal organ rhythms when animals are exposed to emotional challenges and changes in their living environments. In general experiments, signals from different organs, such as the brain and the heart, are recorded by independent recording systems that require multiple recording devices and different procedures for processing the data files. This study describes a new method that can simultaneously monitor electrical biosignals, including tens of local field potentials in multiple brain regions, electrocardiograms that represent the cardiac rhythm, electromyograms that represent awake/sleep-related muscle contraction, and breathing signals, in a freely moving rat. The recording configuration of this method is based on a conventional micro-drive array for cortical local field potential recordings in which tens of electrodes are accommodated, and the signals obtained from these electrodes are integrated into a single electrical board mounted on the animal's head. Here, this recording system was improved so that signals from the peripheral organs are also transferred to an electrical interface board. In a single surgery, electrodes are first separately implanted into the appropriate body parts and the target brain areas. The open ends of all of these electrodes are then soldered to individual channels of the electrical board above the animal's head so that all of the signals can be integrated into the single electrical board. Connecting this board to a recording device allows for the collection of all of the signals into a single device, which reduces experimental costs and simplifies data processing, because all data can be handled in the same data file. This technique will aid the understanding of the neurophysiological correlates of the associations between central and peripheral organs.

This study introduces a method for the simultaneous recording of local field potentials in the brain, electrocardiograms, electromyograms, and breathing signals of a freely moving rat. This technique, which reduces experimental costs and simplifies data analysis, will contribute to the understanding of the interactions between the brain and peripheral organs.

Grabaciones simultáneas de potenciales de campo Local Cortical, Electrocardiograma, electromiograma y respirar a ritmo de una rata libremente móvil

Monitoring the physiological dynamics of the brain and peripheral tissues is necessary for addressing a number of questions about how the brain controls ...