この作品は、エアランゲン·ニュルンベルク大学の大学病院で臨床研究に関する学際センター（IZKF、プロジェクトE7）によってサポートされていました。

1。セットアップでは、組み立てとソフトウェアプログラミング<ol><li>パーソナルコンピュータ（ 例 ：NI PCI 6229、ナショナルインスツルメンツ）でD / Aカードをインストールし、ブレイクアウトボックス（ 例 ：BNC-2110は、ナショナルインスツルメンツ）に接続し、両方のは、少なくとも1つの入力と1つの出力チャネルをサポートする必要があります少なくとも44.1 kHzの各サンプリングレートを持つ。 </li><li>サウンドアンプへBNCケーブル（：AMP75広帯域パワーアンプ、トマス·ウルフなど ）を介して、ブレイクアウトボックスの出力を接続します。 </li><li>暗闇の中で動物のサーベイランスのための：赤外線カメラ（IPカメラグランドプロ、GrandTecエレクトロニクスなど ） をインストールします 。 </li><li> 図1に示されたフローチャートによって定義されるようにプログラムを実装するために：統合開発環境（MATLAB など ） をインストールします 。 Matlabの2007B上で実行されているバージョンは、対応する著者から無料で入手することができる。 </li><li>防音チャンバー内にテーブルの上にスピーカーをインストールしてください。スピーカートンを接続音アンプをO。 </li><li> 、絶縁基板の上にピエゾセンサー（ 例えば力センサFSG15N1A、ハネウェル社）を取り付け電源とそれをサポートし、ブレイクアウトボックスの入力にBNCケーブルを経由して接続し、接地センサー信号。 </li><li> （：長さ15センチ、内径4.3センチメートル、外径4.8センチメートルスナネズミ、 例えば用）を測定するために齧歯類のサイズに合わせて調整アクリルガラス管から測定室を構築します。背面にロック機構（ 例えば 、フック）でチューブの前面とクッション扉に0.5mmのメッシュ幅で格子修正。固定はドアのみ蝶番とフックの保釈をチューブに固定されて、ホットグルーで行うことができます。 </li><li>絶縁センサボード上に測定管寸法に合う発泡プラスチック製の脚を取り付けます。足は前後端の下にチューブをサポートしており、センサーレベルにチューブを持ち上げる必要があります。ピエゾセンサーと測定室との間の光接触があることを確認してください。 </LI&gt; <li>スピーカの前面の中央に測定室を備えたセンサボードを固定し、その横にサウンドコントロールにマイクを置く（ 例えば、B＆Kタイプ2669 / B＆Kタイプ4190アンプB＆Kタイプ2610、全ての測定に接続：ブリュエルとケアーを）レベルで動物の頭のように、それがチューブに干渉されていません。 </li><li>あなたの聴力データの品質があなたのサウンドシステムの品質に依存することに注意してください。いずれにせよ、最初の実験の前にお使いのシステムの周波数伝達関数を決定し、スピーカーのフラットのスペクトル出力を作るために、この周波数伝達関数を補正するためには、ソフトウェアに含まれているルーチンを含めるようにマイクと計測アンプを使用します。 </li><li>一つは動物の行動を監視できるようにセットアップとウェブカメラの位置を合わせます。 </li></ol> 2。聴覚しきい値の行動決定（オージオグラム） <ol><li>そのホームケージから動物を取り、チューブ内の最初の頭に置くと、cドアを失う。 </li><li>発泡足、センサ上にチューブを入れてください。任意の光を切り、室への扉を閉める。チャンバー自体にはエアコンはありませんが、温度、湿度、周囲の研究室の他の環境変数を持っています。人工呼吸器による空気の変化が原因で誘発されるノイズにはお勧めできませんが、室の容積が多くの時間のための動物のための酸素を支援しています。動物がセットアップに慣れるようにする15分待ってください。それは自分のペースで落ち着くことができ、チューブに慣れるように順応時間は動物のために有益です。一方、1は、いくつかのセッションを介して順応時に動作の違いを見ていない、これは、実験前にチューブとチャンバーを動物に慣れるための余分なセッションが必要とされていないことを示しています。 </li><li>プログラムを起動し、（参照もREF 5）刺激のためのパラメータを定義します刺激は異なる周波数の純粋なトーンで構成されquencies。驚愕刺激は再現性驚愕反応を誘発するのに十分な高い音圧レベルで提示されなければならない。私たちの研究室では、モンゴルスナネズミに驚愕反応を誘発するために音圧レベル105 dB（刺激持続時間6秒2ミリコサイン二乗立ち上がりと立ち下がりの傾斜路を含む）の強度を使用しています。驚愕刺激に先行テスト刺激は、通常、下記のよくしきい値を上回ると種の全可聴範囲をカバーする周波数を持つレベルにしきい値を聞いてから、テストする範囲の周波数と強度を変化させることで発表されています。驚愕と試験刺激の頻度と持続時間は各試験で照合され、驚愕とテスト刺激間の刺激間間隔は100ミリ秒に設定されています。テスト刺激の各周波数と強度の組み合わせは10の無作為刺激間間隔で少なくとも15回の繰り返し±2.5秒を使用します（参照図2A、左）。その後のテスト刺激はどちら無作為に提示または非走ったことができますdomizedオーダー。あなたは非ランダム化アプローチ（ 例えば 、すべてのテストされた周波数は固定1テスト信号のレベル）を使用している場合は別の刺激セット間の回復の5分を許可します。しきい値の決定された絶対的な閾値は、刺激のランダム化に依存することに注意しますが、可能な相対シフト（音響外傷後などは、cf。REF。5）ではないでしょう。 </li><li>データを分析する前に、データセット（; CF 図2B 例えば 、動物が驚愕刺激の前に移動試験）から無効裁判を削除します。 </li><li>驚愕刺激後の最初の50ミリ秒のタイムウィンドウ内に、それぞれの単一試行の応答振幅（応答の最初の最小の最初の最大値の間でピーク値）と応答潜時（刺激開始から応答発症までの時間）を計算する。 </li><li>すべての有効なSINGLためprestimulus強度でソート1つの周波数の設定を完全応答振幅データにボルツマン関数で近似eの試験。ボルツマン関数7の50％ポイントは、この刺激周波数の聴力しきい値を示します。 </li></ol> 3。聴覚障害の音響外傷と定量<ol><li> 4 mg / kgを（Rompun 2％、バイエル）、硫酸アトロピン：1 mg / kgの（Atropinsulfat;キシラジン塩酸塩96 mg / kgの（ケタミン-ratiopharm、Ratiopharm）：塩酸ケタミンの混合物でケタミン - キシラジン麻酔準備9:1​​:2:8の比率でB. BraunはメルズンゲンAG）および生理NaCl溶液（ベルリンChemie AG社、ベルリン）。 </li><li>麻酔皮下の3ミリリットル/キログラムで動物を注入します。動物が深く麻酔になるまで待ちます（約5分、反射神経をチェックして、 例えば 、ペダル撤退反射を使用します）。測定中に麻酔を維持するために、継続的に、シリンジポンプを用いて3ミリリットル/ kg / hrの速度で麻酔液を注入。適切な機器とバイタルサイン（ 例えば 、カメラを介して呼吸）を制御しplaciによって動物暖かくNGそれ温暖化パッド上。 </li><li> 75分間115デシベルSPLで例えば 2 kHzの：大声で純音を用いた音響外傷などを誘発する 。 </li><li>外傷の終了後、シリンジポンプを停止し、静かな場所での温暖化パッドオンウェイクアップ·ケージに覚醒動物を聞かせて。バイタルサインが安定している場合は覚醒段階の間に定期的にチェックしてください。それが完全に覚醒しているときにのみ、そのホームケージに動物を入れてください。動物が麻酔（少なくとも2日間）とそのホームケージ内の残りの部分から回復しましょう​​。 </li><li>再び2.6から2.1を実行してください。周波数ごとの聴力損失の割合を計算することにより、音響外傷前後聴力しきい値を比較してください。すべての実験が終了した後に痛みを伴わずに動物を安楽死させる。 </li></ol> 4。アコースティックファントム知覚のテスト（自覚的耳鳴り） <ol><li>音響外傷の前後にこれらの測定を実行します。 </li><li>動物がセットアップになっていない場合は2.2から2.1に従ってください。 </li><li> N刺激パラダイムのアンバーは、自覚的耳鳴りのためのげっ歯類をテストするために使用することができます。すべてのこれらのアプローチの比率は、バックグラウンドノイズの中サイレントギャップの顕現性をテストすることである。ギャップが動物によって知覚されている場合は、同様に2に記載した手順に驚愕反応を低減するためにテスト刺激として使用することができます。動物が耳鳴り（音響外傷後に発症する可能性がある）に苦しんでいる場合は、この耳鳴りはサイレントギャップ内で認識され、それゆえのギャップが少なく顕著になることでしょう。驚愕反応のギャップの効果は、結果的に健康なコントロール（PPI、CF 8に減少）に比べて耳鳴り動物に弱くなります。この知覚は、2つのわずかに異なるプロトコルを使用してテストされています。 </li><li>ここに提示された最初の自覚的耳鳴りのパラダイム（ 図2A、センター、CF 9）の刺激のための次のパラメータを使用します。驚愕音の強音圧レベル105 dB 1オクターブ単位で1〜16 kHzまでの周波数で、stimul私達2ミリコサイン二乗立ち上がりと立ち下がりの傾斜路を含む長さ6ミリ。 100ミリ秒で驚愕刺激に先行する15ミリの隙間の有無にかかわらずどちらか、実験中50デシベルSPLのホワイトノイズの背景を提示し、各周波数、ギャップ条件のために存在し、少なくとも15の試験を。非無作為化されたアプローチを使用している場合は、異なる刺激セット間5分の回復を可能にする。異なる驚愕刺激周波数の使用は、知覚耳鳴り周波数の概算を与える。 </li><li>第二自覚的耳鳴りのパラダイム（ 図2A、右側）としては、次の刺激パラメータを使用することがあります：驚愕音の強さ音圧レベル105 dB、ダブルクリックあたり0.1ミリ秒の持続時間とクリックの間に0.1ミリ秒、反転方向を有する第二のクリックで刺激をクリック最初に比較した。 1オクターブ単位で16 kHzに至るまで0.5オクターブと中心周波数のガウスフィルタ幅で50 dBのSPLのバンドパスフィルタされるノイズバックグラウンドを提示する。このノイズEIを提示100ミリ秒で驚愕刺激に先行する15ミリの隙間の有無にかかわらず熱、各周波数、ギャップ条件のために存在し、少なくとも15試験。非無作為化されたアプローチを使用している場合は、異なる刺激セット間5分の回復を可能にする。バンドのバックグラウンドノイズの異なる中心周波数の使用は、知覚された耳鳴りの周波数の概算を与える。 </li><li> 2.5から2.4に従ってください。各テスト周波数に設定された参照データとそれぞれの外傷の状態、 すなわち 、音響外傷前後ですべて取得したデータを正規化します。このリファレンスでは、任意のprestimulus（参照2.3）なしの純音性驚愕刺激に対する応答の振幅である。周波数は、バンドパスフィルタされるノイズの純音または中心周波数のいずれかによって決定されます。各基準の平均応答を計算し、その参照を介してそれを割って算出した各応答振幅を正規化します。 </li><li>ギャップconditioの正規化された応答の振幅を割ってPPIを計算するn各テスト周波数の正規化された無ギャップ条件の平均スルー。 </li><li>各試験周波数にパーセントで、外傷後のPPI変化を計算する。 </li></ol>動物の驚愕反応は、生成するために、分析するのは簡単です。 図2Bは、15回の任意prestimulusなし105デシベルSPLの純音で刺激された一匹の典型的な結果の概要を示しています。臨床試験の大半は、有効および無効な試験です（赤い四角でマーク試験）を認識するのは簡単です。応答振幅と潜時のみ有効な試験から算出しております。 典型的な行動閾値の変化は、図3Aに示されている。 2で説明した方法で取得した例示的な動物のオージオグラムは2kHz（黄色エリア）音響外傷前（青）と（赤）の後に与えられます。明確な難聴は2kHzで具体的に示されている。自覚的耳鳴り知覚に関わる対応はでき4.5で説明されるように、図3Bに示すように、上記と同じ動物の正規化された応答の振幅は刺激1オクターブ下と外傷上記のために例示的に示されています。前のギャップがある場合とない場合の刺激に対する応答の比較（青）とは、外傷後（赤）の可能性の耳鳴りの知覚の解釈を可能にする。ギャップの効果は、この周波数でmisperceptを示す、外傷後に消えた外傷上記ながら外傷周波数以下の応答パターンの変化は見られない。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/4433/4433fig1.jpg" /> 図1。行動しきい値と自覚的耳鳴りデータを取得するために使用するプログラムの流れ図。これが唯一のプログラムコードを簡略化したものであることに注意してください。略語：GUI - グラフィカルユーザインターフェース; ISI - インター刺激間隔。 図2。聴覚驚愕反応（ASR）の刺激。使われている3つの異なる刺激プロトコルのスキーム。左のパネル：前に、純音のテスト刺激せずに測定されたASRのプレパルス抑制（PPI）（緑）驚愕トーン（赤）は、応答期間は、青色で描かれている。センターパネル：ホワイトノイズの背景の異なる周波数の純音性驚愕刺激提示とのギャップ/ノイズパラダイム。右のパネル：異なる中心周波数のバンドパスフィルタ処理背景をクリック驚愕刺激提示とのギャップ/ノイズパラダイム1kHzの刺激周波数で任意prestimulusなししきいパラダイムで記録15試験のBの代表的な聴覚性驚愕反応。。 3件の試験は無効カウントされ（赤い四角）動物は、刺激開始前に既に動いた。 &lt;IMGのalt = &quot;図3は&quot; src = &quot;/ files/ftp_upload/4433/4433fig3.jpg&quot; /&gt; 図3。 1動物のASRの典型的な結果。行動しきい前（青）と後（赤）の2 kHzの（黄色エリア）音響外傷。しきい値は、応答からのしきい値としてボルツマン関数ターニングポイントを使用して変調されたPPIは、ASRのプロトコルに計算されます。注意して66％以上〜2 kHzの量で難聴、離れてトラウマ周波数1からfarerはしばしばしきい値を聞くのさえ改善を見ることができますが、Bの正規化の応答振幅（白丸：単一試験、黒丸：手段、ひげ： 1と4 kHzの中心周波数のASRプロトコル（4.5）クリックギャップ/ノイズによる刺激時の標準偏差）。回答は2 kHzで外傷前後ノイズで隙間なくとと試験のためにソートされます。わずか4 kHzでのギャップの効果は、この問題を回避自覚的耳鳴りの知覚を示し外傷後消える周波数。

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	<li>Brown, M., Irvine, D. R., Park, V. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceptual+learning+on+an+auditory+frequency+discrimination+task+by+cats:+association+with+changes+in+primary+auditory+cortex.">Perceptual learning on an auditory frequency discrimination task by cats: association with changes in primary auditory cortex.</a> Cereb. Cortex. 14, 952-965 (2004).</li><li>Ohl, F. W., Scheich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning-induced+plasticity+in+animal+and+human+auditory+cortex.">Learning-induced plasticity in animal and human auditory cortex.</a> Curr. Opin. 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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>

特別な利害関係は宣言されません。

我々は、行動の聴力閾値（=聴力図10）、自覚的耳鳴り11のような聴覚ファントム知覚を決定するために用いることができる音響驚愕反応のプレパルス抑制に基づく、げっ歯類における聴力測定のための、安価で簡単に構築でき、セットアップを提示します。特に後者の測定は、いくつかの最近の報告8,12,13,14の焦点であり、この病気の根底にある神経メカニズムの電気?...

a low cost setup for behavioral audiometry in rodents

聴覚動物の研究では、実験に関与している動物対象の基本的な聴覚パラメータに関する正確な情報を持っていることが非常に重要です。このようなパラメータは、脳幹聴力検査（BERA） などを介して聴覚経路の生理的応答特性であってもよい。しかし、これらの方法は、これらの生理的パラメータに対応する聴覚知覚についての唯一の間接的な、不確実な外挿を可能にします。聴覚の知覚レベルを評価するために、行動の方法が使用されなければならない。動物モデルにおける知覚の説明のための行動方法の使用に関する潜在的な問題は、これらのメソッドのほとんどが学習パラダイムのいくつかの種類の対象者は行動的にテストすることができる前に、 例えば動物がレバーを押すことを学ばなければならないことがあり伴うという事実です音に反応。これらの学習パラダイムの変化の知覚自体1,2として、彼らは、その結果を用いて得られた知覚に関するいかなる結果に影響を与えるであろうこれらの方法は、そのためには、慎重に解釈する必要があります。例外はここでは学習パラダイムが知覚テストに先立って行われなければならないので、反射反応を利用するパラダイムである。そのような反射反応は、非常に再現性ナイーブな動物での予期しない大きな音に誘発することができる音響驚愕反応（ASR）です。今度はこのASRが先行刺激の知覚に応じて音に先行することによって影響を受ける可能性がある：よく閾値を聞いて上記の音が完全にASRの振幅を抑制します。しきい値に近い音少しだけASRを阻害することになります。この現象は、徐々にプレパルスの知覚に依存するASRにプレパルス抑制（PPI）が3,4、およびPPIの量と呼ばれています。 ASRのPPIは従ってよく聴覚障害を決定するために、あるいはこれらに可能自覚的耳鳴りの知覚を検出するために、ナイーブ、非訓練された動物では、行動聴力を決定するのに適している動物。本稿では、げっ歯類モデル（参照もREF。5）でこのメソッドの使用法を示し、あるスナネズミ（Merionesトガリネズミ）、よく通常の人間の聴覚範囲内驚愕反応研究のためのモデル種を知っている（ 例えば、 6）。

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A Low Cost Setup for Behavioral Audiometry in Rodents

減損またはファントム認識（自覚的耳鳴り）を聞いて、聴覚しきい値などのパラメータを聞いての行動決定のための高速かつ安価な方法が記載されている。これは、音響驚愕反応のプレパルス抑制を使用し、簡単にプログラムのAD / DAコンバータとピエゾセンサーを使用して、パソコンに実装することができます。

げっ歯類における行動聴力検査のための低コストのセットアップ

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 ビュー.  University of Erlangen-Nuremberg. 減損またはファントム認識（自覚的耳鳴り）を聞いて、聴覚しきい値などのパラメータを聞いての行動決定のための高速かつ安価な方法が記載されている。これは、音響驚愕反応のプレパルス抑制を使用し、簡単にプログラムのAD / DAコンバータとピエゾセンサーを使用して、パソコンに実装することができます。

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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.

ラットのショ糖の渇望のインキュベーションを評価するための一般的な方法

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 ...

神経科学

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.

動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング

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.

鳴禽類には聴覚フィードバックを操作するための軽量、ヘッドフォンベースのシステム

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.

げっ歯類におけるランニングホイール活動の概日リズムの記録および分析

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.

における発作様活性を分析し、移動のための低コストの方法<em&gt;ショウジョウバエ</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.

脳卒中後のバランスリハビリテーションのための神経筋電気刺激システムで低コストのセンサーを統合ヒューマンマシンインターフェース

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.

低コストかつオープンソースのリソースの使用げっ歯類モデルにおける高密度脳波取得

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.

刺激間隔の齧歯動物の一時的な処理の評価のための力

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.

ラット脳組織の疎水性組織除去法

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).

エコHIV脳感染症のラットモデル

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