小脳依存感覚連想学習を監視するための柔軟なプラットフォーム

要約

私たちは、2つの登山繊維依存連想学習タスク中の動物の行動を追跡するための単一のプラットフォームを開発しました。低コストの設計により、繊維関連小脳活動の登山に向けられた光遺伝学的またはイメージング実験との統合が可能になります。

要約

プルキンエ細胞への上昇線維入力は、小脳依存性連想学習に不可欠な有益なシグナルを提供する。頭部固定マウスでこれらのシグナルを研究することは、イメージング、電気生理学的、および光遺伝学的方法の使用を容易にする。ここでは、ランニングホイール上で自由に位置決めする頭部固定マウスの連想学習を追跡できる低コストの行動プラットフォーム(〜$ 1000)が開発されました。このプラットフォームには、まばたきコンディショニングと遅延触覚驚愕条件付けの2つの一般的な連想学習パラダイムが組み込まれています。動作はカメラと検出器によるホイールの動きを使用して追跡されます。コンポーネントとセットアップについて説明し、トレーニングとデータ分析のための詳細なプロトコルを提供します。このプラットフォームは、光遺伝学的刺激および蛍光イメージングの組み込みを可能にする。この設計により、単一のホストコンピュータが複数のプラットフォームを制御して、複数の動物を同時に訓練することができます。

概要

パブロフ的条件付けは、条件付け応答を惹起する刺激間の1秒未満の関連を、小脳依存性学習をプローブするために長い間使用されてきた。例えば、古典的な遅延アイブリンクコンディショニング(DEC)では、動物は、常に反射的なまばたきを誘発する無条件刺激(米国;例えば、角膜に適用される空気のパフ)と繰り返し対になったときに、中立的な条件刺激(CS;例えば、光の閃光または聴覚的トーン)に応答して、タイミングよく保護点滅することを学び、 CSの終わりまたはその近くに来る。学習された応答は条件付き応答 (CR) と呼ばれ、反射応答は無条件応答 (UR) と呼ばれます。ウサギでは、小脳特異的病変がこの形態の学習を混乱させる1,2,3,4。さらに、Purkinje細胞複合体スパイクは、それらのクライミングファイバー入力⁵によって駆動され、適切なタイミングのCRの獲得に必要な^6,7および十分な^8,9信号を提供する。

....

プロトコル

ここで説明する動物のプロトコルは、プリンストン大学の動物ケアおよび使用委員会によって承認されています。

1. SBC のセットアップ

1. カメラシリアルインターフェイス(CSI)ケーブルをラズベリーNoIR V2カメラとSBCのカメラポートに接続します。
2. SBC のオペレーティング システムをホスト コンピューターにダウンロードします。オペレーティングシステムイメージをマイクロセキュアデジタル(microSD)カードに書き込みます。
   注:ラズベリーパイSBCのこれらの手順の詳細な手順は、他の場所²³で見つけることができます。このシステムは、ストレッチ、バスター、ブルズアイのオペレーティングシステムを使用してテストされています。
3. セキュアシェル通信を有効にするには、microSDカードのブートパーティションに「ssh」という拡張子のないファイルを作成します。これが完了したら、ホストマシンからmicroSDカードを取り出し、SBC microSDカードスロットに挿入します。SBC の電源プラグを差し込んで、SBC に電力を供給します。
4. ホストへの有線接続を受け入れるように SBC を準備します。
   1. 適切なケーブルでモニターを SBC に接続します。端末を開き、 コマンドifconfig <....

結果

DEC実験・解析のワークフロー
適切な実験パラメータ選択は、遅延アイブリンクコンディショニング(DEC)トレーニングを成功させるために重要です。ここで示すデータでは、GUI を使用して 350 ミリ秒の CS 期間と 50 ミリ秒の US 期間を選択しました。このペアリングは、300msの刺激間間隔をもたらす:低振幅CR産生¹⁰ を防止するのに十分な長さと、不十分な学習また.......

ディスカッション

ここで概説する関連プロトコルを備えたプラットフォームは、2つの感覚連想学習タスクにおける動物の行動を確実に追跡するために使用することができる。各タスクは、クライミングファイバー経路を通る無傷の通信に依存します。ここで説明する設計では、小脳応答の学習と記録/摂動を容易にする要素を組み込んでいます。これらには、自由な移動^11、

資料

Name	Company	Catalog Number	Comments
"B" Quick Base For C&B METABOND - 10 mL bottle	Parkell	S398	Dental cement solvent
"C" Universal TBB Catalyst - 0.7 mL	Parkell	S371	Catalyst
#8 Washers	Thorlabs	W8S038	Washers
0.250" (1/4") x 8.00" Stainless Steel Precision Shafting	Servocity	634172	1/4" shaft
0.250” (0.770") Clamping Hub	Servocity	545588	Clamping hub
1/4" to 6 mm Set Screw Shaft Coupler- 5 pack	Actobotics	625106	Shaft-coupling sleeve
1/4"-20 Cap Screws, 3/4" Long	Thorlabs	SH25S075	1/4" bolt
100 pcs 5 mm 395–400 nm UV Ultraviolet LED Light Emitting Diode Clear Round Lens 29 mm Long Lead (DC 3V) LEDs Lights +100 pcs Resistors	EDGELEC	‎ED_YT05_U_100Pcs	CS LEDs
2 m Micro HDMI to DVI-D Cable - M/M - 2 m Micro HDMI to DVI Cable - 19 pin HDMI (D) Male to DVI-D Male - 1920 x 1200 Video	Star-tech	‎HDDDVIMM2M	Raspberry Pi4B to monitor cable
256 GB Ultra Fit USB 3.1 Flash Drive	SanDisk	‎SDCZ430-256G-G46	USB thumb drive
3.3 V–5 V 4 Channels Logic Level Converter Bi-Directional Shifter Module	Amazon	B00ZC6B8VM	Logic level shifter
32 GB 95 MB/s (U1) microSDHC EVO Select Memory Card	Samsung	‎MB-ME32GA/AM	microSD card
4.50" Aluminum Channel	Servocity	585444	4.5" aluminum channel
48-LED CCTV Ir Infrared Night Vision Illuminator	Towallmark	SODIAL	Infrared light array
4PCS Breadboards Kit Include 2PCS 830 Point 2PCS 400 Point Solderless Breadboards for Proto Shield Distribution Connecting Blocks	REXQualis	B07DL13RZH	Breadboard
5 Port Gigabit Unmanaged Ethernet Network Switch	TP-Link	‎TL-SG105	Ethernet switch
5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ Power Supply/Adapter	Canakit	‎DCAR-RSP-2A5	Power supply for Raspberry Pi 3B+
5-0 ETHILON BLACK 1 x 18" C-3	Ethicon	668G	Sutures
6 mm Shaft Encoder 2000 PPR Pushpull Line Driver Universal Output Line Driver Output 5-26 V dc Supply	Calt	B01EWER68I	Rotary encoder
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 1", 5 Pack	Thorlabs	TR1-P5	Optical posts
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 2", 5 Pack	Thorlabs	TR2-P5	Optical posts
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 4", 5 Pack	Thorlabs	TR4-P5	Optical posts
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 6", 5 Pack	Thorlabs	TR6-P5	Optical posts
Ø1/2" Post Holder, Spring-Loaded Hex-Locking Thumbscrew, L = 2"	Thorlabs	PH2	Optical post holder
Adapter-062-M X LUER LOCK-F	The Lee Co.	TMRA3201950Z	Solenoid valve luer adapter
Aeromat Foam Roller Size: 36" Length	Aeromat	B002H3CMUE	Foam roller
Aluminum Breadboard 10" x 12" x 1/2", 1/4"-20 Taps	Thorlabs	MB1012	Aluminum breadboard
Amazon Basics HDMI to DVI Adapter Cable, Black, 6 Feet, 1-Pack	Amazon	HL-007347	Raspberry Pi3B+ to monitor cable
Arduino  Uno R3	Arduino	A000066	Arduino Uno (microcontroller board)
Arduino Due	Arduino	‎A000062	Arduino Due (microcontroller board)
Bench Power Supply, Single, Adjustable, 3 Output, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A	Tenma	72-8335A	Power supply
Clear Scratch- and UV-Resistant Cast Acrylic Sheet, 12" x 24" x 1/8"	McMaster Carr	8560K257	Acrylic sheet
CNC Stepper Motor Driver 1.0–4.2 A 20–50 V DC 1/128 Micro-Step Resolutions for Nema 17 and 23 Stepper Motor	Stepper Online	B06Y5VPSFN	Stepper motor driver
Compact Compressed Air Regulator, Inline Relieving, Brass Housing, 1/4 NPT	McMaster Carr	6763K13	Air source regulator
Cotton Swab	Puritan	806-WC	Cotton swab
Dell 1908FP 19" Flat Panel Monitor - 1908FPC	Dell	1908FPC	Computer monitor
Flex Cable for Raspberry Pi Camera	Adafruit	2144	camera serial interface cable
High Torque Nema 17 Bipolar Stepper Motor 92 oz·in/65 N·cm 2.1 A Extruder Motor	Stepper Online	17HS24-2104S	Stepper motor
Isoflurane	Henry Schein	66794001725	Isoflurane
Krazy Maximum Bond Permanent Glue, 0.18 oz.	Krazy Glue	KG483	Cyanoacrylate glue
Lidocaine HCl	VetOne	510212	Lidocaine
Low-Strength Steel Hex Nut, Grade 2, Zinc-Plated, 1/4"-20 Thread Size	McMaster Carr	90473A029	Nuts
M3 x 50 mm Partially Threaded Hex Key Socket Cap Head Screws 10 pcs	Uxcell	A16040100ux1380	M3 bolt
NEMA 17 Stepper Motor Mount	ACTOBOTICS	555152	Stepper motor mount
Official Raspberry Pi Power Supply 5.1 V 3 A with USB C - 1.5 m long	Adafruit	4298	Power supply for Raspberry Pi 4B
Optixcare Dog & Cat Eye Lube Lubricating Gel, 0.70-oz tube	Optixcare	142422	Opthalimic ointment
Precision Stainless Steel Ball Bearing, Shielded, Trade No. R188-2Z, 13000 rpm Maximum Speed	McMaster-Carr	3759T57	Bearing
Premium Female/Female Jumper Wires - 40 x 6"	Adafruit	266	Wires
Premium Female/Male 'Extension' Jumper Wires - 40 x 6" (150 mm)	Adafruit	826	Wires
Premium Male/Male Jumper Wires - 40 x 6"	Adafruit	758	Wires
Radiopaque L-Powder for C&B METABOND - 5 g	Parkell	S396	Dental cement powder
Raspberry Pi (3B+ or 4B)	Adafruit	3775 or 4295	Raspberry Pi
Raspberry Pi NoIR Camera Module V2 - 8MP 1080P30	Raspberry Pi Foundation	RPI3-NOIR-V2	Raspberry NoIR V2 camera
Right-Angle Bracket, 1/4" (M6) Counterbored Slot, 8-32 Taps	Thorlabs	AB90E	Right-angle bracket
Right-Angle Clamp for Ø1/2" Posts, 3/16" Hex	Thorlabs	RA90	Right-angle optical post clamp
Right-Angle End Clamp for Ø1/2" Posts, 1/4"-20 Stud and 3/16" Hex	Thorlabs	RA180	Right-angle end clamp
RJ45 Cat-6 Ethernet Patch Internet Cable	Amazon	‎CAT6-7FT-5P-BLUE	Ethernet cable
Rotating Clamp for Ø1/2" Posts, 360° Continuously Adjustable, 3/16" Hex	Thorlabs	SWC	Rotating optical post clamps
Spike & Hold Driver-0.1 TO 5 MS	The Lee Co.	IECX0501350A	Solenoid valve driver
Swivel Base Adapter	Thorlabs	UPHA	Post holder adapter
USB 2.0 A-Male to Micro B Cable, 6 feet	Amazon	‎7T9MV4	USB2 type A to USB2 micro cable
USB 2.0 Printer Cable - A-Male to B-Male, 6 Feet (1.8 m)	Amazon	B072L34SZS	USB2 type B to USB2 type A cable
VHS-M/SP-12 V	The Lee Co.	INKX0514900A	Solenoid valve
Zinc-Plated Steel 1/4" washer, OD 1.000"	McMaster Carr	91090A108	Washers