Questo lavoro è stato sostenuto dal Centro Interdisciplinare per la Ricerca Clinica (IZKF, progetto E7) presso l&#39;Ospedale Universitario dell&#39;Università di Erlangen-Norimberga.

1. Assemblaggio e installazione software di programmazione <ol><li> Installare un D / A carta in un Personal Computer (ad esempio: NI PCI 6229, National Instruments) e collegarlo a un breakout-box (ad esempio: BNC-2110, National Instruments), entrambi dovrebbero sostenere almeno un ingresso e un canale di uscita con una frequenza di campionamento di almeno 44,1 kHz ciascuno. </li><li> Collegare l&#39;uscita del breakout-box via cavo BNC ad una amplificazione del suono (ad esempio: AMP75 amplificatore di potenza a larga banda, Thomas Wulf). </li><li> Installare una webcam a infrarossi (ad esempio: Grand Pro IP Camera, GrandTec Elettronica) per la sorveglianza degli animali nelle tenebre. </li><li> Installare un ambiente di sviluppo integrato (es.: Matlab) per l&#39;attuazione di un programma definito dal diagramma di flusso riportato in figura 1. Una versione in esecuzione su Matlab 2007b possono essere ottenuti gratuitamente presso l&#39;autore corrispondente. </li><li> All&#39;interno di una camera insonorizzata installare un altoparlante su un tavolo. Collegare il diffusore to l&#39;amplificatore audio. </li><li> Installare un sensore piezoelettrico (ad esempio sensore di forza FSG15N1A, Honeywell) su di un pannello isolante, lo sostengono con forza e collegarlo via cavo BNC per l&#39;ingresso del breakout-box, a terra il segnale del sensore. </li><li> Costruire una camera di misura da un tubo di vetro acrilico adattato alle dimensioni del roditore per misurare (per es gerbilli: lunghezza 15 cm, diametro interno 4,3 cm, diametro esterno 4,8 cm). Fissare una griglia con una larghezza di maglia di 0,5 mm per la parte anteriore del tubo e una porta imbottita con un meccanismo di bloccaggio (ad esempio, un gancio) al retro. Il fissaggio può essere fatto con colla a caldo, la porta si fissa solo la cerniera e la staffa per il gancio al tubo. </li><li> Fissare piedini in plastica schiuma che si adattano alle dimensioni del tubo di misura sulla scheda del sensore di isolamento. Piedi devono sostenere il tubo sotto l&#39;estremità anteriore e posteriore e sollevare il tubo al sensore di livello. Assicurarsi che vi sia un contatto luce tra il sensore piezoelettrico e la camera di misura. </li&gt; <li> Fissare la scheda del sensore con la camera di misura al centro di fronte al diffusore e mettere un microfono per il controllo del suono accanto ad esso (ad esempio B &amp; Tipo K 2669 / B &amp; Tipo K 4190 collegato ad amplificatore di misura B &amp; K tipo 2610 tutti: Bruel e Kjaer) a livello della testa animali in modo che non interferisca con il tubo. </li><li> Si noti che la qualità dei dati audiometrici dipenderà dalla qualità del sistema audio. In ogni caso, utilizzare il microfono e amplificatore di misura per determinare la funzione di trasferimento di frequenza del sistema prima ai vostri primi esperimenti e includere una routine nel proprio software per correggere questa funzione di trasferimento di frequenza per rendere l&#39;output spettrale della piana diffusore. </li><li> Allineare la webcam con la configurazione in modo che si possa controllare il comportamento degli animali. </li></ol> 2. Determinazione del comportamento delle soglie uditive (audiogrammi) <ol><li> Prendere l&#39;animale dalla gabbia casa e metterlo capofitto nel tubo; cperdono la porta. </li><li> Mettere il tubo sui piedi di schiuma e il sensore. Spegnere qualsiasi luce e chiudere la porta della camera. La camera stessa non è dotata di aria condizionata, ma ha la temperatura, umidità e altre variabili ambientali del laboratorio circostante. Cambiamento aria da ventilatori non è consigliabile a causa del rumore indotto ma il volume della camera sostiene ossigeno per l&#39;animale per molte ore. Attendere 15 minuti per consentire agli animali di abituarsi al setup. Il tempo di acclimatazione è benefico per l&#39;animale in quanto si può calmare il proprio ritmo e abituarsi al tubo. D&#39;altra parte, non si vede alcuna differenza nel comportamento durante il periodo di acclimatazione sopra sessione diversi, che indica che una sessione extra per familiarizzare l&#39;animale con il tubo e la camera prima dell&#39;esperimento non è necessaria. </li><li> Avviare il programma e definire i parametri per la stimolazione (cfr. anche rif 5.): Gli stimoli sono costituiti da toni puri con diverse frequenzequenze. Lo stimolo startle deve essere presentato con un livello di pressione sonora sufficiente a suscitare un riproducibile risposte di allarme. Nel nostro laboratorio usiamo intensità di 105 dB SPL (stimolo durata 6 ms di cui 2 ms coseno-squared rampe di salita e di caduta) per ottenere risposte startle in gerbilli della Mongolia. Gli stimoli prova precedente gli stimoli startle sono presentati a varie frequenze ed intensità nell&#39;intervallo da testare, di solito da sotto soglia uditiva a livelli ben al di sopra della soglia e con frequenze che coprono l&#39;intera gamma udibile della specie. Frequenza e durata del startle e lo stimolo di prova sono abbinati in ogni prova, l&#39;intervallo tra interstimulus startle e stimolo test è impostato su 100 ms. Utilizzare almeno 15 ripetizioni con intervalli interstimulus randomizzati di 10 ± 2,5 sec per ogni frequenza e combinazione l&#39;intensità degli stimoli di prova (cfr. figura 2A, a sinistra). Stimoli di test successivi possono essere presentati sia randomizzati o non-corseordine randomizzato. Se si utilizza un non-randomizzato approccio (ad esempio, un livello di stimolo test fissato per tutte le frequenze testate) permettono 5 minuti di recupero tra le serie di stimolo diversi. Si noti che la soglia determinata assoluta dipenderà dalla randomizzazione degli stimoli, ma possibili spostamenti relativi di soglia non (ad esempio dopo trauma acustico, cfr. Rif. ​​5). </li><li> Prima di analizzare i dati, rimuovere prove non valide dal set di dati (ad esempio, processi in cui l&#39;animale spostate prima stimolo; trasalimento. Cf Figura 2B). </li><li> All&#39;interno di una finestra di tempo del primo 50 ms dopo lo stimolo startle, calcolare l&#39;ampiezza di risposta (da picco a picco tra il primo massimo al minimo prima della risposta) e la latenza di risposta (tempo dall&#39;inizio stimolo alla comparsa di risposta) di ogni singola prova . </li><li> Montare un Boltzmann-funzione per i dati completi ampiezza di risposta indicati su una frequenza ordinati per intensità prestimulus per tutti singl validoposta prove. Il punto 50% del Boltzmann-funzione 7 indica la soglia dell&#39;udito per questa frequenza di stimolazione. </li></ol> 3. Trauma acustico e quantificazione di danni all&#39;udito <ol><li> Preparare ketamina-xilazina-anestesia con una miscela di chetamina cloridrato: 96 mg / kg (ketamina-ratiopharm Ratiopharm); xilazina cloridrato: 4 mg / kg (Rompun 2%, Bayer); atropina solfato: 1 mg / kg (Atropinsulfat, B. Braun Melsungen AG) e NaCl-soluzione fisiologica (Berlin-Chemie AG, Berlino) con un rapporto di 9:1:2:8. </li><li> Iniettare l&#39;animale con 3 ml / kg di anestesia sottocutanea. Attendere fino a quando l&#39;animale è profondamente anestetizzato (ca. 5 minuti, controllare i riflessi, ad esempio, utilizzare il ritiro riflesso pedale). Per mantenere l&#39;anestesia durante le misurazioni, continuamente iniettare la soluzione di anestetico ad una velocità di 3 ml / kg / ora usando una pompa a siringa. Controllare i segni vitali con attrezzature adeguate (ad esempio, la respirazione tramite telecamera) e tenere al caldo sottoprodotti di origine animale Placing su un pad riscaldamento. </li><li> Indurre un trauma acustico, ad esempio usando un tono puro ad alta voce: ad esempio 2 kHz a 115 dB SPL per 75 min. </li><li> Dopo la fine del trauma fermare la pompa a siringa e lasciare che l&#39;animale sveglio in un servizio di sveglia gabbia su un blocco di riscaldamento in un luogo tranquillo. Controllare regolarmente durante la fase di risveglio, se i segni vitali sono stabili. Mettere l&#39;animale nella sua gabbia casa solo quando è completamente sveglio. Lasciate che l&#39;animale riprendersi dall&#39;anestesia (almeno 2 giorni) e di riposo nella sua gabbia casa. </li><li> Eseguire 2,1-2,6 nuovo. Confronta le soglie uditive prima e dopo il trauma acustico calcolando la percentuale di perdita dell&#39;udito per ogni frequenza. Dopo la fine di tutti gli esperimenti indolore eutanasia dell&#39;animale. </li></ol> 4. Test per acustica Percezione Phantom (L&#39;acufene soggettivo) <ol><li> Eseguire queste misurazioni prima e dopo il trauma acustico. </li><li> Seguire 2,1-2,2 se l&#39;animale non è già nel setup. </li><li> A numero di paradigmi di stimolazione può essere usato per testare roditori per tinnito soggettivo. Il rapporto in tutti questi approcci è quello di testare per la rilevanza di una lacuna silenziosa all&#39;interno di un rumore di fondo. Se la distanza è percepita dagli animali, può essere utilizzato come stimolo di prova per ridurre una risposta startle analogamente a quanto descritto al punto 2. Se l&#39;animale soffre di tinnito (che è a rischio di sviluppare dopo trauma acustico), questo sarà tinnito percepito nel gap silenzioso e rende quindi il divario meno rilevanti. L&#39;effetto del gap sulla risposta di trasalimento conseguenza sarà più debole in animali tinnito rispetto ai controlli sani (PPI ridotto, cf. 8). Questa percezione è testato con due protocolli leggermente diversi. </li><li> Nel primo paradigma tinnito soggettivo presentato qui (. Figura 2A, centro, cf 9) utilizzare i seguenti parametri per la stimolazione: intensità sonora startle 105 dB SPL, con frequenze da 1 a 16 kHz in passi di 1 ottava, Stimulnoi lunghezza 6 ms di cui 2 ms coseno-squared ascesa e rampe di caduta. Presentare uno sfondo bianco rumore di 50 dB SPL durante l&#39;esperimento, con o senza un gap 15 ms che precede lo stimolo trasalimento di 100 ms; presenti almeno 15 prove per ogni frequenza e gap-condizione. Se si utilizza un approccio non-randomizzato, permettono 5 minuti di recupero tra i set di stimoli diversi. L&#39;uso di differenti frequenze di stimolo startle darà una stima approssimativa della frequenza percepita tinnito. </li><li> Come un secondo paradigma tinnito soggettivo (Figura 2A, a destra) è possibile utilizzare i seguenti parametri di stimolazione: intensità sonora startle 105 dB SPL, fare doppio clic su stimolo con 0,1 ms di durata per click e 0,1 ms tra i due clic, il secondo clic con la direzione invertita rispetto al primo. Presentare un fondo filtrato passa-banda di rumore di 50 dB SPL con una larghezza di filtro gaussiano di 0.5 ottave e frequenze centrali che vanno da 1 a 16 kHz in ottava. Presentate questo EI rumorether con o senza fessure 15 ms che precede lo stimolo startle da 100 ms; presenti almeno 15 prove per ogni frequenza e gap-condizione. Se si utilizza un approccio non-randomizzato, permettono 5 minuti di recupero tra i set di stimoli diversi. L&#39;uso di frequenze centrali diverse del rumore di fondo banda darà una stima approssimativa della frequenza percepita tinnito. </li><li> Seguire 2,4-2,5; normalizzare tutti i dati acquisiti con un dati di riferimento fissati per ogni frequenza testata e ogni condizione di trauma, cioè prima e dopo un trauma acustico.. Questo riferimento è l&#39;ampiezza risposta allo stimolo puro startle tono senza prestimulus (cf. 2,3). La frequenza è determinata dal tono puro o la frequenza centrale del rumore passabanda filtrato. Calcolare la risposta media di ogni riferimento e di normalizzare ogni ampiezza di risposta calcolato dividendo attraverso il suo riferimento. </li><li> Calcola PPI dividendo le ampiezze di risposta normalizzati del conditio gapn attraverso la media normalizzata no-gap condizione di ciascuna frequenza testate. </li><li> Calcolare la variazione PPI dopo il trauma in percentuale per ogni frequenza testata. </li></ol> Le risposte di startle animali sono facili da generare e analizzare. Figura 2B fornisce una panoramica di un tipico risultato di un animale stimolato con un tono puro di 105 dB SPL senza prestimulus per 15 volte. La maggior parte delle prove sono prove valide e non valide sono facili da riconoscere (prove contrassegnato da quadrato rosso). Le ampiezze e latenze di risposta vengono calcolati solo da prove valide. Un tipico cambiamento comportamentale soglia è data in Figura 3A. L&#39;audiogramma di un animale esemplare acquisito con il metodo descritto in 2 è dato prima (blu) e dopo (rosso) un trauma acustico a 2 kHz (area gialla). La perdita dell&#39;udito è mostrata chiara specificamente a 2 kHz. Le risposte relative ad un tinnito soggettivo percezione può esserevisto in figura 3B, le ampiezze normalizzate risposta dell&#39;animale stesso come sopra indicato sono esemplarmente per stimolazioni un&#39;ottava sotto e sopra il trauma come descritto in 4.5. Il confronto delle risposte agli stimoli con e senza spazio prima (blu) e dopo il trauma (rosso) permette l&#39;interpretazione di una possibile percezione tinnito. Sotto la frequenza trauma nessun cambiamento di modello di risposta può essere trovata mentre sopra il trauma l&#39;effetto del gap scomparso dopo il trauma, indicando un mispercept a questa frequenza. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/4433/4433fig1.jpg" /> Figura 1. Diagramma di flusso del programma utilizzato per acquisire le soglie comportamentali e soggettive dati tinnito. Si noti che questa è solo una versione semplificata del codice di programma. Abbreviazioni: GUI - interfaccia grafica utente, ISI - intervallo tra stimolo. Figura 2. Uditive startle risposta (ASR) stimoli. A Schemi di tre diversi protocolli di stimolazione utilizzati. Sinistra: pre-impulso inibizione (PPI) del ASR misurata senza alcuno stimolo puro tono di prova prima (verde) il tono di startle (rosso), il tempo di reazione è rappresentato in blu. Pannello centrale: gap / paradigma rumore con pura presentazione dello stimolo tono trasalimento di frequenze diverse su uno sfondo di rumore bianco. Pannello destro: gap / rumore paradigma con la presentazione click stimolo di trasalimento al passa-banda filtrata sfondo di frequenze centrali diverse B esemplari risposte uditive startle di 15 studi registrati con il paradigma soglia senza prestimulus a 1 kHz stimolazione.. Tre studi sono contati non validi (quadrati rossi) come l&#39;animale si muoveva già prima dell&#39;inizio stimolazione. &lt;img alt = &quot;Figura 3&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4433/4433fig3.jpg&quot; /&gt; Figura 3. Risultati esemplari di ASR in un animale. Una soglia comportamentale prima (blu) e dopo (rosso) il trauma acustico a 2 kHz (area gialla). Le soglie sono calcolate dalle risposte al modulato protocollo PPI ASR utilizzando la funzione di Boltzmann-svolta come valore di soglia. Si noti che la perdita dell&#39;udito a 2 kHz pari a oltre il 66%, mentre farer di distanza dal trauma una frequenza spesso può vedere anche un miglioramento della soglia audiometrica B ampiezze effetto normalizzato (cerchi aperti:. Prove singole, cerchi pieni: mezzi, baffi: deviazione standard) durante la stimolazione con lo spazio / rumore click ASR protocollo (4.5) per le frequenze kHz 1 e 4 centri. Le risposte sono ordinati per prove senza e con gap nel rumore prima e dopo il trauma a 2 kHz. Solo a 4 kHz l&#39;effetto del gap svanisce dopo il trauma che indica una percezione soggettiva tinnito risolvere questofrequenza.

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P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversing+pathological+neural+activity+using+targeted+plasticity.">Reversing pathological neural activity using targeted plasticity.</a> Nature. 470, 101-104 (2011).</li></ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Vi presentiamo una configurazione a basso costo e facile da costruire per le misure audiometrici nei roditori sulla base di pre-impulso inibizione di risposte acustiche startle che possono essere utilizzati per determinare le soglie uditive comportamentali (= audiogrammi 10) e uditive percetti fantasma come tinnito soggettivo 11. In particolare le misure di questi ultimi sono al centro di alcuni recenti rapporti 8,12,13,14 e può essere visto come un prerequisito per le indagini elettrof...

a low cost setup for behavioral audiometry in rodents

Nella ricerca uditiva degli animali è fondamentale per avere informazioni precise sui parametri acustici fondamentali dei soggetti animali che sono coinvolti negli esperimenti. Tali parametri possono essere caratteristiche di risposta fisiologiche del percorso uditivo, ad esempio attraverso audiometria del tronco cerebrale (BERA). Ma questi metodi consentono estrapolazioni solo indirette e incerto circa la percezione uditiva che corrisponde a questi parametri fisiologici. Per valutare il livello percettivo dell&#39;udito, metodi comportamentali devono essere utilizzati. Un potenziale problema con l&#39;uso di metodi comportamentali per la descrizione della percezione in modelli animali è il fatto che la maggior parte di questi metodi comportano una qualche tipo di apprendimento paradigma prima che i soggetti possono essere testati comportamentale, per esempio animali possono imparare a premere una leva in risposta ad un suono. Dal momento che questi paradigmi di apprendimento cambiamento stessa percezione 1,2 che di conseguenza influenzano alcun risultato sulla percezione ottenuto conquesti metodi e quindi devono essere interpretati con cautela. Le eccezioni sono paradigmi che fanno uso di risposte riflesse, perché qui non paradigmi di apprendimento devono essere effettuate prima del test percettivo. Una tale risposta riflessa è la risposta agli stimoli acustici (ASR), che possono essere altamente riproducibile suscitato con inattesi suoni forti negli animali naïve. Questo ASR a sua volta può essere influenzato da precedenti suoni a seconda della percettibilità questo stimolo precedente: Suoni ben sopra soglia uditiva sarà inibire completamente l&#39;ampiezza della ASR, suoni vicino al limite solo leggermente inibire l&#39;ASR. Questo fenomeno è denominato pre-impulso inibizione (PPI) 3,4, e la quantità di PPI sul ASR dipende gradualmente sulla percettibilità della pre-impulso. PPI del ASR è quindi adatto per determinare audiogrammi comportamentali in ingenui, non addestrato gli animali, per determinare handicap dell&#39;udito o anche per individuare eventuali percezioni soggettive tinnito in questianimali. In questo articolo viene illustrato l&#39;utilizzo di questo metodo in un modello roditore (cfr. anche rif. 5), il gerbillo della Mongolia (Merione unguiculatus), che è un noto specie modello per la ricerca della risposta agli stimoli all&#39;interno della gamma normale udito umano (ad es 6).

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A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents

Un metodo veloce ed economico per la determinazione del comportamento di sentire parametri come soglie uditive, uditive o percezioni fantasma (tinnito soggettivo) è descritto. Esso utilizza pre-impulso di inibizione della risposta agli stimoli acustici e può essere facilmente implementato in un personal computer utilizzando un programmabile AD / DA-convertitore e un sensore piezoelettrico.

Un programma di installazione a basso costo per audiometria comportamentale nei roditori

In auditory animal research it is crucial to have precise information about basic hearing parameters of the animal subjects that are involved in the ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.6K Views.  University of Erlangen-Nuremberg. Un metodo veloce ed economico per la determinazione del comportamento di sentire parametri come soglie uditive, uditive o percezioni fantasma (tinnito soggettivo) è descritto. Esso utilizza pre-impulso di inibizione della risposta agli stimoli acustici e può essere facilmente implementato in un personal computer utilizzando un programmabile AD / DA-convertitore e un sensore piezoelettrico.

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A General Method for Evaluating Incubation of Sucrose Craving in Rats

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and relapse to food taking 1. Food craving conceptualized in this way is akin to drug craving in response to drug-paired cues. A rich literature has been developed around understanding the behavioral and neurobiological determinants of drug craving; we and others have been focusing recently on translating techniques from basic addiction research to better understand addiction-like behaviors related to food 2-4.
As done in previous studies of drug craving, we examine sucrose craving behavior by utilizing a rat model of relapse. In this model, rats self-administer either drug or food in sessions over several days. In a session, lever responding delivers the reward along with a tone+light stimulus. Craving behavior is then operationally defined as responding in a subsequent session where the reward is not available. Rats will reliably respond for the tone+light stimulus, likely due to its acquired conditioned reinforcing properties 5. This behavior is sometimes referred to as sucrose seeking or cue reactivity. In the present discussion we will use the term "sucrose craving" to subsume both of these constructs.
In the past decade, we have focused on how the length of time following reward self-administration influences reward craving. Interestingly, rats increase responding for the reward-paired cue over the course of several weeks of a period of forced-abstinence. This "incubation of craving" is observed in rats that have self-administered either food or drugs of abuse 4,6. This time-dependent increase in craving we have identified in the animal model may have great potential relevance to human drug and food addiction behaviors.
Here we present a protocol for assessing incubation of sucrose craving in rats. Variants of the procedure will be indicated where craving is assessed as responding for a discrete sucrose-paired cue following extinction of lever pressing within the sucrose self-administration context (Extinction without cues) or as responding for sucrose-paired cues in a general extinction context (Extinction with cues).

Responding for food or drug-paired cues increases over the course of a period of abstinence and this may relate to an increased susceptibility to relapse behaviors. Here we detail a procedure for evaluating this "incubation of craving" in rats that have self-administered sucrose.

Un metodo generale per la valutazione di incubazione della brama di saccarosio in ratti

For someone on a food-restricted diet, food craving in response to food-paired cues may serve as a key behavioral transition point between abstinence and ...

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Neuroscienze

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of neurons and circuits requires methods with the spatial selectivity and temporal resolution appropriate for mechanistic analysis of neural ensembles in the behaving animal, i.e. recording of representatively large samples of isolated single neurons. Ensemble monitoring of neuronal activity has progressed remarkably in the past decade in both small and large-brained animals, including human subjects1-11. Multiple-site recording with silicon-based devices are particularly effective because of their scalability, small volume and geometric design.
Here, we describe methods for recording multiple single neurons and local field potential in behaving rodents, using commercially available micro-machined silicon probes with custom-made accessory components. There are two basic options for interfacing silicon probes to preamplifiers: printed circuit boards and flexible cables. Probe supplying companies (<a href="http://www.neuronexustech.com/" >http://www.neuronexustech.com/</a>; <a href="http://www.sbmicrosystems.com/">http://www.sbmicrosystems.com/</a>; <a href="http://www.acreo.se/">http://www.acreo.se/</a>) usually provide the bonding service and deliver probes bonded to printed circuit boards or flexible cables. Here, we describe the implantation of a 4-shank, 32-site probe attached to flexible polyimide cable, and mounted on a movable microdrive. Each step of the probe preparation, microdrive construction and surgery is illustrated so that the end user can easily replicate the process.

We describe methods for large-scale recording of multiple single units and local field potential in behaving rodents with silicon probes. Drive fabrication, probe attachment to the drive and probe implantation processes are illustrated in sufficient details for easy replication.

Su larga scala di registrazione dei neuroni da sonde mobili in silicio Comportarsi Roditori

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and sensorimotor plasticity1. Consistent sensory perturbations result in compensatory changes in motor output, reflecting changes in feedforward motor control that reduce the experienced feedback error. By quantifying how different sensory feedback errors affect human behavior, prior studies have explored how visual signals are used to recalibrate arm movements2,3 and auditory feedback is used to modify speech production4-7. The strength of this approach rests on the ability to mimic naturalistic errors in behavior, allowing the experimenter to observe how experienced errors in production are used to recalibrate motor output.
Songbirds provide an excellent animal model for investigating the neural basis of sensorimotor control and plasticity8,9. The songbird brain provides a well-defined circuit in which the areas necessary for song learning are spatially separated from those required for song production, and neural recording and lesion studies have made significant advances in understanding how different brain areas contribute to vocal behavior9-12. However, the lack of a naturalistic error-correction paradigm - in which a known acoustic parameter is perturbed by the experimenter and then corrected by the songbird - has made it difficult to understand the computations underlying vocal learning or how different elements of the neural circuit contribute to the correction of vocal errors13.
The technique described here gives the experimenter precise control over auditory feedback errors in singing birds, allowing the introduction of arbitrary sensory errors that can be used to drive vocal learning. Online sound-processing equipment is used to introduce a known perturbation to the acoustics of song, and a miniaturized headphones apparatus is used to replace a songbird's natural auditory feedback with the perturbed signal in real time. We have used this paradigm to perturb the fundamental frequency (pitch) of auditory feedback in adult songbirds, providing the first demonstration that adult birds maintain vocal performance using error correction14. The present protocol can be used to implement a wide range of sensory feedback perturbations (including but not limited to pitch shifts) to investigate the computational and neurophysiological basis of vocal learning.

We describe the design and assembly of miniaturized headphones suitable for replacing a songbird&#x2019;s natural auditory feedback with a manipulated acoustic signal. Online sound processing hardware is used to manipulate song output, introduce real-time errors in auditory feedback via the headphones, and drive vocal motor learning.

Un leggero, Cuffie-based per la gestione di sistema feedback uditivo in Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, including rats, hamsters, and mice, are active during the night and relatively inactive during the day. Many other behavioral and physiological measures also exhibit daily rhythms, but in rodents, running-wheel activity serves as a particularly reliable and convenient measure of the output of the master circadian clock, the suprachiasmatic nucleus (SCN) of the hypothalamus. In general, through a process called entrainment, the daily pattern of running-wheel activity will naturally align with the environmental light-dark cycle (LD cycle; e.g. 12 hr-light:12 hr-dark). However circadian rhythms are endogenously generated patterns in behavior that exhibit a ~24 hr period, and persist in constant darkness. Thus, in the absence of an LD cycle, the recording and analysis of running-wheel activity can be used to determine the subjective time-of-day. Because these rhythms are directed by the circadian clock the subjective time-of-day is referred to as the circadian time (CT). In contrast, when an LD cycle is present, the time-of-day that is determined by the environmental LD cycle is called the zeitgeber time (ZT).
Although circadian rhythms in running-wheel activity are typically linked to the SCN clock6-8, circadian oscillators in many other regions of the brain and body9-14 could also be involved in the regulation of daily activity rhythms. For instance, daily rhythms in food-anticipatory activity do not require the SCN15,16 and instead, are correlated with changes in the activity of extra-SCN oscillators17-20. Thus, running-wheel activity recordings can provide important behavioral information not only about the output of the master SCN clock, but also on the activity of extra-SCN oscillators. Below we describe the equipment and methods used to record, analyze and display circadian locomotor activity rhythms in laboratory rodents.

Circadian rhythms in voluntary wheel-running activity in mammals are tightly coupled to the molecular oscillations of a master clock in the brain. As such, these daily rhythms in behavior can be used to study the influence of genetic, pharmacological, and environmental factors on the functioning of this circadian clock.

Registrazione e analisi dei ritmi circadiani in Running-ruota Attività nei roditori

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, ...

A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

Video tracking systems have been used widely to analyze Drosophila melanogaster movement and detect various abnormalities in locomotive behavior. While these systems can provide a wealth of behavioral information, the cost and complexity of these systems can be prohibitive for many labs. We have developed a low-cost assay for measuring locomotive behavior and seizure movement in D. melanogaster. The system uses a web-cam to capture images that can be processed using a combination of inexpensive and free software to track the distance moved, the average velocity of movement and the duration of movement during a specified time-span. To demonstrate the utility of this system, we examined a group of D. melanogaster mutants, the Bang-sensitive (BS) paralytics, which are 3-10 times more susceptible to seizure-like activity (SLA) than wild type flies. Using this novel system, we were able to detect that the BS mutant bang senseless (bss) exhibits lower levels of exploratory locomotion in a novel environment than wild type flies. In addition, the system was used to identify that the drug metformin, which is commonly used to treat type II diabetes, reduces the intensity of SLA in the BS mutants.

A Low-cost Method for Analyzing Seizure-like Activity and Movement in Drosophila

Using a webcam and a combination of free and inexpensive software programs, locomotive patterns in Drosophila melanogaster can be analyzed to detect differences in the speed, distance, and time of various motor activities.

Un metodo a basso costo per l&#39;analisi sequestro-come attività e il movimento in<em&gt; Drosophila</em

Video tracking systems have been used widely to analyze Drosophila melanogaster movement and detect various abnormalities in locomotive behavior. While ...

A Human-machine-interface Integrating Low-cost Sensors with a Neuromuscular Electrical Stimulation System for Post-stroke Balance Rehabilitation

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing delivery of oxygen and nutrients. About half of the stroke survivors are left with some degree of disability. Innovative methodologies for restorative neurorehabilitation are urgently required to reduce long-term disability. The ability of the nervous system to reorganize its structure, function and connections as a response to intrinsic or extrinsic stimuli is called neuroplasticity. Neuroplasticity is involved in post-stroke functional disturbances, but also in rehabilitation. Beneficial neuroplastic changes may be facilitated with non-invasive electrotherapy, such as neuromuscular electrical stimulation (NMES) and sensory electrical stimulation (SES). NMES involves coordinated electrical stimulation of motor nerves and muscles to activate them with continuous short pulses of electrical current while SES involves stimulation of sensory nerves with electrical current resulting in sensations that vary from barely perceivable to highly unpleasant. Here, active cortical participation in rehabilitation procedures may be facilitated by driving the non-invasive electrotherapy with biosignals (electromyogram (EMG), electroencephalogram (EEG), electrooculogram (EOG)) that represent simultaneous active perception and volitional effort. To achieve this in a resource-poor setting, e.g., in low- and middle-income countries, we present a low-cost human-machine-interface (HMI) by leveraging recent advances in off-the-shelf video game sensor technology. In this paper, we discuss the open-source software interface that integrates low-cost off-the-shelf sensors for visual-auditory biofeedback with non-invasive electrotherapy to assist postural control during balance rehabilitation. We demonstrate the proof-of-concept on healthy volunteers.

A novel low-cost human-machine interface for interactive post-stroke balance rehabilitation system is presented in this article. The system integrates off-the-shelf low-cost sensors towards volitionally driven electrotherapy paradigm. The proof-of-concept software interface is demonstrated on healthy volunteers.

Un uomo-macchina-interfaccia Integrazione di sensori a basso costo con una stimolazione del sistema neuromuscolare elettrica per post-ictus Balance riabilitazione

A stroke is caused when an artery carrying blood from heart to an area in the brain bursts or a clot obstructs the blood flow to brain thereby preventing ...

High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network connectivity, are applicable to an expanding variety of questions in neuroscience. Performing these kinds of analyses in a rodent model requires higher electrode density than traditional screw electrodes can accomplish. While higher-density electroencephalographic montages for rodents exist, they are of limited availability to most researchers, are not robust enough for repeated experiments over an extended period of time, or are limited to use in anesthetized rodents.1-3 A proposed low-cost method for constructing a durable, high-count, transcranial electrode array, consisting of bilaterally implantable headpieces is investigated as a means to perform advanced electroencephalogram analyses in mice or rats.

Procedures for headpiece fabrication and surgical implantation necessary to produce high signal to noise, low-impedance electroencephalographic and electromyographic signals are presented. While the methodology is useful in both rats and mice, this manuscript focuses on the more challenging implementation for the smaller mouse skull. Freely moving mice are only tethered to cables via a common adapter during recording. One version of this electrode system that includes 26 electroencephalographic channels and 4 electromyographic channels is described below.

Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

Ad alta densità elettroencefalografico Acquisizione in un modello di roditore Utilizzando risorse a basso costo e open-source

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network ...

The Power of Interstimulus Interval for the Assessment of Temporal Processing in Rodents

Temporal processing deficits have been implicated as a potential elemental dimension of higher-level cognitive processes, commonly observed in neurocognitive disorders. Despite the popularization of prepulse inhibition (PPI) in recent years, many current protocols promote using a percent of control measure, thereby precluding the assessment of temporal processing. The present study used cross-modal PPI and gap prepulse inhibition (gap-PPI) to demonstrate the benefits of employing a range of interstimulus intervals (ISIs) to delineate effects of sensory modality, psychostimulant exposure, and age. Assessment of sensory modality, psychostimulant exposure, and age reveals the utility of an approach varying the interstimulus interval (ISI) to establish the shape of the ISI function, including increases (sharper curve inflections) or decreases (flattening of the response amplitude curve) in startle amplitude. Additionally, shifts in peak response inhibition, suggestive of a differential sensitivity to the manipulation of ISI, are often revealed. Thus, the systematic manipulation of ISI affords a critical opportunity to evaluate temporal processing, which may reveal the underlying neural mechanisms involved in neurocognitive disorders.

Temporal processing, a preattentive process, may underlie deficits in higher-level cognitive processes, including attention, commonly observed in neurocognitive disorders. Using prepulse inhibition as an exemplar paradigm, we present a protocol for manipulating interstimulus interval (ISI) to establish the shape of the ISI function to provide an assessment of temporal processing.

Il potere di Interstimulus intervallo per la valutazione di elaborazione temporale in roditori

Temporal processing deficits have been implicated as a potential elemental dimension of higher-level cognitive processes, commonly observed in ...

A Hydrophobic Tissue Clearing Method for Rat Brain Tissue

Hydrophobic tissue clearing methods are easily adjustable, fast, and low-cost procedures that allows for the study of a molecule of interest in unaltered tissue samples. Traditional immunolabeling procedures require cutting the sample into thin sections, which restricts the ability to label and examine intact structures. However, if brain tissue can remain intact during processing, structures and circuits can remain intact for the analysis. Previously established clearing methods take significant time to completely clear the tissue, and the harsh chemicals can often damage sensitive antibodies. The iDISCO method quickly and completely clears tissue, is compatible with many antibodies, and requires no special lab equipment. This technique was initially validated for the use in mice tissue, but the current protocol adapts this method to image hemispheres of control and transgenic rat brains. In addition to this, the present protocol also makes several adjustments to preexisting protocol to provide clearer images with less background staining. Antibodies for Iba-1 and tyrosine hydroxylase were validated in the HIV-1 transgenic rat and in F344/N control rats using the present hydrophobic tissue clearing method. The brain is an interwoven network, where structures work together more often than separately of one another. Analyzing the brain as a whole system as opposed to a combination of individual pieces is the greatest benefit of this whole brain clearing method.

Here we present a hydrophobic tissue clearing method that allows for the viewing of target molecules as part of intact brain structures. This technique has now been validated for F344/N control and HIV-1 transgenic rats of both sexes.

Un metodo di compensazione del tessuto idrofobico per il tessuto cerebrale del ratto

Hydrophobic tissue clearing methods are easily adjustable, fast, and low-cost procedures that allows for the study of a molecule of interest in unaltered ...

A Rat Model of EcoHIV Brain Infection

It has been well studied that the EcoHIV infected mouse model is of significant utility in investigating HIV associated neurological complications. Establishment of the EcoHIV infected rat model for studies of drug abuse and neurocognitive disorders, would be beneficial in the study of neuroHIV and HIV-1 associated neurocognitive disorders (HAND). In the present study, we demonstrate the successful creation of a rat model of active HIV infection using chimeric HIV (EcoHIV). First, the lentiviral construct of EcoHIV was packaged in cultured 293 FT cells for 48 hours. Then, the conditional medium was concentrated and titered. Next, we performed bilateral stereotaxic injections of the EcoHIV-EGFP into F344/N rat brain tissue. One week after infection, EGFP fluorescence signals were detected in the infected brain tissue, indicating that EcoHIV successfully induces an active HIV infection in rats. In addition, immunostaining for the microglial cell marker, Iba1, was performed. The results indicated that microglia were the predominant cell type harboring EcoHIV. Furthermore, EcoHIV rats exhibited alterations in temporal processing, a potential underlying neurobehavioral mechanism of HAND as well as synaptic dysfunction eight weeks after infection. Collectively, the present study extends the EcoHIV model of HIV-1 infection to the rat offering a valuable biological system to study HIV-1 viral reservoirs in the brain as well as HAND and associated comorbidities such as drug abuse.

Here, we present a protocol to establish a new rat model of active HIV infection using chimeric HIV (EcoHIV), which is critical for enhancing our understanding of HIV-1 viral reservoirs in the brain and offering a system to study HIV-associated neurocognitive disorders and associated comorbidities (i.e., drug abuse).

Un modello di ratto di infezione cerebrale EcoHIV

It has been well studied that the EcoHIV infected mouse model is of significant utility in investigating HIV associated neurological complications. ...