これらの実験に使用ラシュリーIIIの迷路は、ペンシルバニア州立大学物理学科のマシンショップからティムBowmaster、ポールコーマン、バリーDutrow、ライアンJabco、とティムTreasterによって建てられました。著者らは、図2-4に示した実験を行う際に援助のために氏Shoba Belegunduさん、タラシュルザノスキー、およびMsアレクサンドラルイスに感謝したいと思います。氏はウォルタージャクソンは、このプロトコルの準備のために貴重なフィードバックを提供した。この作品は、国立精神衛生研究所（AMAにMH064756とMH077978）からの資金によってサポートされていました。内容はもっぱら著者の責任であり、必ずしも精神的健康や国立衛生研究所の国立研究所の公式見解を表すものではありません。

1。準備： <ol><li>ラシュリーIIIの迷路はプレキシグラスで構成されていると図1に示されています。スタートボックス、迷路の腕、および目標のボックスには、迷路の清掃と修正可能性を可能にするモジュラ型です。スタートボックス、迷路の腕、および目標のボックスの壁は外からと迷路内の視覚的な手がかりを排除するために黒色プレキシグラスで構成されている。迷路の腕には管45cm長さは7センチの高さ、および5センチ幅です。迷路の連続した​​腕につながる扉は4cm × 4 cmであると迷路の外側の壁から11センチメートルに位置しています。目標ボックスは19.5センチ× 7センチの高さ× 5センチ幅です。スタートボックスは、8cm × 9.5センチ× 7センチメートルです。別々の透明なプレキシグラス片をエスケープからマウスを防ぎながら、それが迷路を進むように各マウスの可視化を可能にするために、開始ボックス、迷路、そして目標のボックスの上に配置されます。迷路は、迷路の3つに加えて動物の標準的な家庭のケージと同じサイズの擬似ホームケージを保持するのに十分な大きさの赤いプレキシグラスから構築された基盤にかかっている。 </li><li>前第迷路試験、出入り口（2㎝× 2cm）を両面にカットを持つ個々のケージの底に追加される動物のホームケージで使用されるのと同じ種類の新鮮な寝具の材料に擬似ホームケージを準備する。場所ワイヤーこれらのケージの底でトップと個別に番号を付けて、試験のコホートにおける各動物用です。これらのケージは、試験期間の間、各動物の個々の擬似ホームケージとして機能します。我々は、ストレスおよび/または学習と記憶における不安関連行動の役割を調査されているため、我々は彼らのホームケージでの個別住宅のマウスを避けるために、擬似ホームケージを使用してください。しかし、これらの要因が主な関心事はない場合、動物は単独で成功した迷路のナビゲーションのためのホームケージとして使用できる出入り口とこれらのケージで修正されたホームケージに収容することができます。 </li></ol> 2。テスト： <ol><li>それらをテスト環境に順応できるようにテスト前に毎日は、動物が行動試験室一時間の最小値に移動されます。 </li><li>テストの開始時刻、食料や水の前に三十分は、すべてのホームケージから削除されます。マウスの手の届かないところの挙動の試験室が外に食べ物や水を保つ。食料と水は、通常、ピークの給餌が行われた後、暗期に光の位相から変更後30分を削除されます。しかし、この期間中にテストがタスクの完了時に明白な食糧や水の報酬がないにもかかわらず、迷路を移動するには、小さな追加の原動力を提供する;これはその動物は主に食品となる水-飽き飽きし試験前には確実に</li><li> 30分プレテスト期間が経過した後に、70％エタノールで迷路を清掃してください。腕を閉じて迷路に開始ボックスから先頭のドアをあけてください。目標ボックスの両端の扉が開いたままにされています。 </li><li>目標ボックスの端で最初の動物に対応する擬似家庭ケージを置きます。 </li><li>あなたの手でそれをカッピング、迷路に最初のマウスを運ぶ。スタートボックスにマウスを置くと蓋を交換してください。 </li><li>閉塞することなく迷路を観察する位置で、スタートボックスのドアを開けるとすぐにthreeストップウォッチを起動すると。 </li><li>マウスのすべての4つの足がスタートのボックスを離れた際に、開始ボックスのドアを閉じて、最初のタイマーを停止する。 </li><li>手でそれが迷路の移動に応じてマウスが移動する経路を記録します。すべての4つの足が（図1参照）、その領域に交差しているときにマウスが迷路の新しいゾーンや腕に入ります。 </li><li>すべての4つの足がゴールボックスを入力すると、迷路と目標のボックスの間に主要なドアを閉めと第二ストップウォッチを停止します。 </li><li>マウスが完全に擬似ホームケージに入っているときに、目標ボックスとケージとの間のドアを閉じます。第三ストップウォッチを停止します。 </li><li> threeストップウォッチから回を記録。マウスが作られているエラーの数をカウントします。 （例えば、から行くか、迷路の既に、旅腕を通って旅し、エラーが行き止まりの袋小路ゾーン（図1。たとえば、腕のLからゾーンKに行く）へのエントリとして定義されていますアームCにアームF;図1）。。それが発生しているように我々はマウスの性能を獲得しながら、それが目でまたは自動化されたソフトウェアのいずれかによって、その後のスコアリングを可能にするためにビデオテープに可能またはそうでなければ、レコード迷路試験です。実験者の判断は適切な方法を選択するために使用する必要があります。 </li><li>そのホームケージに返す前に1分間の擬似ホームケージで動物を残す。 </li><li>試験コホート内のすべてのマウスのために2.12のステップ2.3を繰り返します。 </li><li>コホート内の最後のマウスがホームケージに戻されている場合、30分のタイマーを起動します。この30分の期間の終了時に、コホート内のすべてのマウスに食物と水を返し、次にそれらのコロニーの部屋に動物を返します。 </li><li>コホート内のすべてのマウスは、定義された学習基準に到達したり、所定のnまでが完了するまで、動物の一日あたりのテストごとに一つの試験で、連泊でこの手順を繰り返します。テストトライアルのアンバーが発生しました。マウスは、この連続した​​2つの試験で0または1エラー（s）でタスクを実行できるときに迷路を学んだものとして分類されます。マウスは、連続した試験で同じ順序でテストされます。 </li></ol> 3。代表的な結果： （基準に達する）を学習する日を分析し、特定の研究で別のグループ（図2Aおよび3A）との間で比較することができます。さらに、迷路の買収を特徴づける学習インデックスは（比率を学習）、、テスト期間（図2Bおよび3B）の最初の4日間で評価することができます。学習のインデックスは、正しいパスセグメントの数の比率は、それぞれの試験のために旅したパスセグメントの合計数に旅です。平均的な学習のインデックスは、マウスが最初に迷路に露出して偶然に移動しているときに、約0.5試験1のはずです。その学習が起こっていることを示す試験2と4の間の学習のインデックスが増加し、1に近づく。図2では、若い（2カ月）と高齢化（24カ月）の雄C57Bl/6NCrマウスは、最大15試験までラシュリーの迷路で訓練された。若いマウスでは7.2（± ​​1.5）で迷路を学んだD.これとは対照的に、高齢の動物は、11.7を取った（± 2.1）、Dの基準に到達する。片側t検定、 先験的な仮説を学習する日が老化に長いことが、迷路を（[T（23）= 1.59、P = 0.056]習得に時間がかかる高齢C57Bl/6NCrマウスに対して強い傾向があったマウス）。学習インデックスが計算されている場合、両方の年齢層は4（時間の有意な主効果はP &lt;0.001）を介して試験の2から学習インデックスが着実に増加を示す。しかし、若いC57マウスと古いC57マウス（年齢の主効果P = 0.58）との間の学習のインデックスには統計的に有意な差は認められなかった。 図3は、動作を学習する上でのバックグラウンド株の影響を調べる研究の代表です。図に示すように、若い男性C57Bl/6NCrからのデータ。 2は、今の若いCRLからのデータと比較されています：CD - 1（ICR）BRマウス[CD - 1、4-5 MO]。 CD - 1マウスでは4.5でラシュリーIIIの迷路を学んだ（± 1.4）、Dが、学ぶために日中の菌株との間に有意差（図3Aはなかった、[T（18）= 1.328、P = 0.20]、2 両側 t検定）。すべての動物が偶然一審で迷路をナビゲートしている間、学習インデックスショーのコントラスト、検査によって、CD - 1マウスは、（株P &lt;0.001の主な効果）をより速くタスクを学びました。これは、C57Bl/6NCrのマウスに比べてCD - 1マウスに4までの試験2における学習インデックスの統計的に有意な増加によって示されている。興味深いことに、CD - 1マウスでは基準に達するのポイントを超えて迷路で訓練が続けば、彼らは以下に更に詳細に説明されている（図4）オーバートレーニングの指標と挙動を示す。 <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig1.jpg" alt="図1" /> 図1：。ラシュリーIIIの迷路は、迷路の行き止まりの袋小路のゾーンは、例示目的のみのため、この図では赤で表示されます。ベースと実際の迷路の腕は、単色（挿入図）です。迷路は、スケール（テキストの大きさ）に描かれています。 <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig2.jpg" alt="図2" /> 図2：2、24ヶ月齢の雄C57Bl/6NCrマウスでラシュリーIIIの迷路のパフォーマンスラシュリーIIIの迷路は、若い（2カ月）と高齢化（24カ月）の雄C57Bl/6NCrマウスでの学習経路を評価するために使用されていました。測定されたパラメータは、基準、エラー0または1エラーで2連泊のために迷路を実行するためにマウスに必要な日数まで（）日であったと、（b）学習のインデックス、正しい四足腕のエントリ数ラシュリーIIIの迷路のテストの日1-4製アームのエントリの合計数に対して行った。グループごとの動物の数は24カ月齢のマウスでのn = 10 2の月齢とn = 15であった。 <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig3.jpg" alt="図3" /> 図3：若い男性C57Bl/6NCrとCD - 1マウスでラシュリーIIIの迷路のパフォーマンスラシュリーIIIの迷路は、2ヵ月齢C57Bl/6NCrと4-5ヶ月のCD - 1マウスでの学習経路を評価するために使用されていました。測定されたパラメータは、（）基準、エラー0または1のエラーで2連泊のための迷路を実行するためにマウスに必要な日数の日であったと、（b）学習のインデックス、正しい四足腕のエントリ数ラシュリーIIIの迷路のテストの日1-4製アームのエントリの合計数に対して行った。グループごとの動物の数は、CD - 1マウス用C57Bl/6NCrとn = 10 n = 10とした。統計的有意性：* P &lt;0.05、** P &lt;0.01対C57Bl/6NCrマウス。 <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig4.jpg" alt="図4" /> 図4：4-5カ月齢の雄CD - 1マウスでラシュリーIIIの迷路のパフォーマンスラシュリーIIIの迷路。連続15日間に10個4〜5カ月齢の雄CD - 1マウスでの学習経路を評価するために使用されていました。測定されたパラメータは、（）デッドエンドの袋小路のゾーンまたは迷路の既に、旅腕を走行中に四つ足のエントリとして定義されているエラーで、一日ごとに行われるエラーの数だった;および（b）時間は一日あたりの迷路の中で過ごした。基準に到達した時点の日は赤い矢印で示されています。

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

すべての行動のプロトコルは、ペンシルベニア州立大学の動物実験使用の委員会によって承認された。報告する財務情報開示はありません。

学習と記憶を評価する最も一般的に使用される齧歯類の行動テストでは、モリス水迷路と恐怖条件付け2の変形したものです。これらのテストは、タスク3を完了するために動物をやる気にさせるための学習と嫌悪刺激（例えば、水、フットショック）のための視覚的または聴覚的手がかりに依存しています。老化げっ歯類では、老化ヒトのように、感覚モダリティは時間の経?...

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

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

、特にマウス、げっ歯類での学習と記憶を評価するタスクの買収に意欲を起こさせるための視覚的な手がかり、食品および/または水の欠乏、または他の嫌悪刺激に依存するように設計された多くの動作テスト。動物の年齢として、感覚モダリティが劣化する。例えば、マウスの多くの株は、赤字や白内障を聞いて開発する。タスクの取得中にマウスを導くために必要な感覚系の変化は、老化動物での学習の変化を解釈する際に潜在的な困惑を提示する。ストレスに差の感度を持つマウスを比較するときにまた、タスクを学ぶために動物をやる気にさせるための嫌悪刺激の使用は、潜在的交絡です。交絡の影響これらのタイプを最小限に抑えるために、我々はラシュリーIIIの迷路の修正バージョンを実装しています。彼らは0で、開始位置から擬似ホームケージへのパスをナビゲートするまで、この迷路は、マウスが低応力条件下での反復暴露、例えば、暗期、食べ物のない/水欠乏、を経由して迷路をナビゲートすることを学ぶことにより、ルートの学習に依存していますかつの連続した​​試験に関するエラー1。それはタスクの迷路と学習の探査を奨励するために嫌悪刺激に依存しないため、我々は、低応力挙動のテストとしてこれを分類する。装置は、モジュラーの開始ボックス、4アーム迷路のボディ、および目標のボックスから構成されています。目標ボックスの終了時に動物のホームケージで見られるのと同様寝具が含まれていると迷路のテストの間、各動物に固有の擬似ホームケージです。それは、この疑似ホームケージに迷路をナビゲートすることを学ぶためにマウスをやる気にさせる十分な報酬を提供することが以前に実証されている<sup&gt; 1</sup&gt;。ここで、我々は、マウスの2つの異なったバックグラウンド株の学習行動の比較と一緒に学習し、マウスの記憶の加齢の違いを評価するのコンテキスト内でラシュリーIIIの迷路の手順を視覚的に提示する。我々は、マウスで老化やストレス脆弱性の影響を評価することに関心を持つ他の研究者は、この迷路、よりストレスの学習タスクおよび/または視覚的な手がかりを伴う行動テストに代わる魅力的な選択肢を検討することを願っています。

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

ラシュリーIIIの迷路は、嫌悪刺激や視覚的な合図に依存しない経路学習のタスクです。それは、このように、特に老化したマウスに、あるいはどこにストレスが考慮される、学習と記憶を評価するための非常に魅力的なオプションです。

マウスでラシュリーIIIの迷路を用いた低ストレスルートの学習

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

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

17.8K ビュー.  Pennsylvania State University. ラシュリーIIIの迷路は、嫌悪刺激や視覚的な合図に依存しない経路学習のタスクです。それは、このように、特に老化したマウスに、あるいはどこにストレスが考慮される、学習と記憶を評価するための非常に魅力的なオプションです。

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

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

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

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

アルツハイマー病モデルマウスにおける学習記憶障害のためのモリス水迷路試験

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

神経科学

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

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

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

マウスで作業していて、メモリの参照を評価するためのT-迷路強制交替と左右弁別課題

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

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

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

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

単一セルと単スパイク分解能で閾値上神経活動の光記録

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

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

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

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

同時MEG / EEGおよび解剖学的に制約のある最小ノルム推定値を使用してマッピング皮質ダイナミクス：聴覚注意の例

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

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

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

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

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

の記録細胞内の電圧応答のための電気生理学的手法<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;光刺激に感光体と介在ニューロン<em&gt;インビボ</em

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

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

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

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

微小状態と静止状態の脳波のオメガ複雑さ解析

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

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

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

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

嗅覚学習とマウスにおける差別の客観的かつ再現性のあるテスト

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

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

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

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

脳と脊椎を組み合わせた手術を用いた二重ウイルスベクターによる新生児ラットの皮質脊髄路の標的化

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

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

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

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

成人ゼブラフィッシュを用いた学習・記憶研究における認知評価のための連想学習ツールとしてのシャトルボックスアッセイ

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

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

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

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

部分ウェーブレット変換コヒーレンス法を用いたfNIRS-ハイパースキャンデータにおける指向性情報流の測定

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