O labirinto Lashley III utilizados para estes experimentos foi construído por Tim Bowmaster, Corman Paulo, Dutrow Barry, Jabco Ryan, Tim e Treaster da Universidade Estadual da Pensilvânia Física Oficina Departamento. Os autores gostariam de agradecer a Sra. Shoba Belegundu, Ms. Tara Chrzanowski, ea Sra. Alexandra Lewis para a assistência na realização dos experimentos apresentados nas Figuras 2-4. Sr. Walter Jackson desde feedback valioso na preparação deste protocolo. Este trabalho foi financiado por recursos do Instituto Nacional de Saúde Mental (MH064756 e MH077978 para AMA). O conteúdo é da exclusiva responsabilidade dos autores e não representam, necessariamente, a posição oficial do Instituto Nacional de Saúde Mental ou o National Institutes of Health.

1. Preparação: <ol><li> O labirinto Lashley III é construído de Plexiglas e é mostrado na Figura 1. A caixa de começar, braços labirinto, e caixa de meta são modulares para permitir a limpeza e modificabilidade do labirinto. As paredes da caixa de começar, braços labirinto, e caixa de meta são construídas de Plexiglas para eliminar pistas visuais de fora e dentro do labirinto. Braços labirinto são 45 cm de comprimento, 7 cm de altura e 5 cm de largura. Portas que dão para os braços consecutivos do labirinto são 4 cm x 4 cm e estão situado a 11 cm das paredes exteriores do labirinto. A caixa de meta é de 19,5 cm de comprimento x 7 cm de altura x 5 cm de largura. A caixa de começar é 8 cm x 9,5 cm x 7 cm. Separar peças transparentes de acrílico são colocados em cima da caixa de começar, labirinto, e caixa de meta para permitir a visualização de cada rato à medida que progride através do labirinto, evitando a fuga dos ratos. O labirinto repousa sobre uma base construída de acrílico vermelho que é grande o suficiente para manter as três peças do labirinto uma gaiola pseudo-casa que é do mesmo tamanho da gaiola do animal para casa padrão. </li><li> Para preparar pseudo-home gaiolas antes do julgamento labirinto em primeiro lugar, material de cama nova do mesmo tipo que o utilizado em gaiolas dos animais em casa é adicionado ao fundo da gaiola individuais com portas (2 cm x 2 cm) corte nas laterais. Fios lugar tops nesses fundos gaiola e numerá-las individualmente, uma para cada animal em uma coorte de testes. Essas gaiolas individuais servirá como pseudo-home gaiolas para cada animal para a duração do período de testes. Porque estamos investigando os papéis de estresse e / ou ansiedade relacionados com comportamentos na aprendizagem e memória, usamos pseudo-home gaiolas para evitar individualmente em gaiolas de camundongos habitação de sua casa. No entanto, se esses fatores não são uma preocupação primordial, os animais podem ser alojados individualmente em gaiolas casa modificado com portas e estas gaiolas podem servir como as gaiolas casa para navegação labirinto de sucesso. </li></ol> 2. Testes: <ol><li> Cada dia, os animais são movidos para a sala de testes de comportamento, no mínimo, uma hora antes do teste, que lhes permitam adaptar ao ambiente de teste. </li><li> Trinta minutos antes do início comida o tempo de teste, ea água é removida de todas as gaiolas casa. Manter os alimentos e água na sala de testes de comportamento, mas fora do alcance dos ratos. Comida e água normalmente é removido 30 min após a mudança da fase de luz para a fase de escuro, após a alimentação pico ocorreu. Isso garante que os animais são principalmente alimentos e água saciada antes do teste, no entanto, testes durante este período fornece uma pequena força adicional de motivação para navegar pelo labirinto, embora não há comida aberta ou recompensa de água após a conclusão da tarefa. </li><li> Após o período de pré-teste 30 min tenha decorrido, limpe o labirinto com etanol 70%. Deixe a porta principal da caixa começar no labirinto braços fechados. As portas em ambas as extremidades da caixa de meta são deixadas em aberto. </li><li> Coloque a gaiola pseudo-casa correspondente ao primeiro animal no final da caixa de meta. </li><li> Realizar o primeiro rato para o labirinto, colocando-o na mão. Coloque o mouse na caixa de início e recoloque a tampa. </li><li> Quando em posição de observar o labirinto sem obstrução, abra a porta caixa de início e começar imediatamente a três cronômetros. </li><li> Quando todas as quatro patas do rato deixaram a caixa de começar, feche a porta caixa de começar e parar o temporizador em primeiro lugar. </li><li> Registro pela mão do caminho o mouse viaja como ele navega pelo labirinto. Um rato entra em uma nova zona ou no braço do labirinto, quando todas as quatro patas atravessaram a fronteira para essa área (ver Fig. 1.). </li><li> Quando todas as quatro patas entrar na caixa de gol, fechar a porta que conduz entre o labirinto ea caixa de gol e parar o cronômetro segundo. </li><li> Quando o mouse foi completamente entrou na gaiola de pseudo-casa, feche a porta entre a caixa de gol e da gaiola. Parar o cronômetro terceiros. </li><li> Registo dos tempos dos três cronômetros. Contar o número de erros, o mouse tem feito. Um erro é definido como uma entrada em um beco sem saída cul-de-sac zona (por exemplo, passando de L braço para zona de K;. Fig 1) ou viajar de volta através de um braço já viajou do labirinto (por exemplo, indo de F braço a braço C; Fig. 1).. Enquanto nós pontuação de desempenho do mouse, uma vez que está ocorrendo, é possível filmar ou ensaios labirinto registro para permitir a pontuação subseqüente ou por olho ou por software automatizado. Experimentador critério deve ser usado para escolher um método apropriado. </li><li> Deixar o animal na gaiola pseudo-casa por 1 min antes de voltar para sua gaiola em casa. </li><li> Repita os passos 2,3-2,12 para todos os ratos no grupo de testes. </li><li> Quando o mouse na última coorte foi devolvido à sua gaiola, iniciar o temporizador de 30 min. No final deste período de 30 min, o retorno de alimentos e água para todos os ratos no grupo e em seguida, retornar os animais à sua sala de colônia. </li><li> Repita este procedimento em noites consecutivas, com um ensaio por dia de testes por animal, até que todos os ratos no grupo chegaram a um critério de aprendizagem definidos, ou até um determinado number de ensaios de teste ocorreu. Um rato é classificada como tendo aprendido no labirinto quando ele pode realizar a tarefa com 0 ou 1 erro (s) em dois ensaios consecutivos. Ratos são testados na mesma ordem em ensaios sucessivos. </li></ol> 3. Resultados representativos: Dias para aprender (alcance critério) podem ser analisadas e comparadas entre os diferentes grupos em um estudo particular (Figs. 2A e 3A). Além disso, um índice de aprendizagem (learning ratio), que caracteriza a aquisição labirinto, pode ser avaliado ao longo dos primeiros quatro dias do período de testes (Figs. 2B e 3B). O índice de aprendizagem é a relação entre o número de segmentos caminho correto viajou para o número total de segmentos de caminho percorrido para cada julgamento. O índice de aprendizagem média deve ser de aproximadamente 0,5 para julgamento 1, quando os camundongos são expostos pela primeira vez para o labirinto e navegando por acaso. O aumento do índice de aprendizagem e se aproxima de 1 entre os ensaios 2 e 4, indicando que a aprendizagem está ocorrendo. Na Figura 2 jovens (2 meses) e envelhecimento (24 meses) ratos C57Bl/6NCr masculino foram treinados no labirinto Lashley para até 15 testes. Os ratos jovens aprenderam o labirinto em 7,2 (± 1,5) d. Em contraste, os animais de envelhecimento levou 11,7 (± 2,1) d para chegar critério. Houve uma forte tendência para os ratos C57Bl/6NCr envelhecimento para ter mais tempo para aprender o labirinto ([t (23) = 1,59, P = 0,056]; one-tailed t-teste, uma hipótese a priori que os dias a aprender é mais no envelhecimento camundongos). Quando o índice de aprendizagem é calculada, ambos os grupos etários mostram um aumento contínuo no índice de aprendizagem dos ensaios de 2 a 4 (efeito principal significativo de tempo P &lt;0,001). No entanto, não houve diferença estatisticamente significativa no índice de aprendizagem entre jovens e velhos camundongos C57 C57 ratos (efeito principal de idade P = 0,58). Figura 3 é representativa de estudos examinando os efeitos da tensão de fundo na aprendizagem de comportamento. Dados do jovem macho C57Bl/6NCr mostrado na figura. 2 estão agora em comparação com dados de Crl jovens: CD-1 (ICR) BR camundongos [CD-1, 4-5 mo]. CD-1 camundongos aprenderam o labirinto Lashley III em 4,5 (± 1,4) d, no entanto, não houve diferença significativa entre as cepas em dias de aprender (Fig. 3A; [t (18) = 1,328, P = 0,20]; dois -tailed t-teste). Por exame de contraste, do índice de aprendizagem mostra que, embora todos os animais foram navegar pelo labirinto no primeiro julgamento por acaso, um CD-ratos aprenderam a tarefa mais rapidamente (efeito principal da pressão P &lt;0,001). Isto é ilustrado pelo aumento estatisticamente significativo no índice de aprendizado em testes de 2 a 4 em camundongos CD-1 em comparação com camundongos C57Bl/6NCr. Curiosamente, se camundongos CD-1 continuam a ser treinados no labirinto além do ponto de chegar a critério, eles exibem um comportamento indicativo de overtraining (Fig. 4) que é discutido em maiores detalhes abaixo. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1:. O labirinto Lashley III Os mortos-end cul-de-sac zonas do labirinto são de cor vermelha no diagrama apenas para fins ilustrativos. A base e os braços do labirinto, são de cores sólidas (inset). O labirinto é desenhado em escala (dimensões em texto). <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2: Lashley desempenho maze III em 2 e 24 meses de idade, os ratos do sexo masculino C57Bl/6NCr O labirinto Lashley III foi usado para avaliar rota de aprendizagem em jovens (2 meses) e envelhecimento (24 meses) ratos C57Bl/6NCr masculino.. Os parâmetros medidos foram: (a) dias para critério, o número de dias necessários para um mouse para executar o labirinto para duas noites consecutivas com 0 erros ou um erro, e (b) o índice de aprendizagem, o número de corrigir entradas quatro pata-braço feito em relação ao número total de entradas nos braços feitos nos dias 1-4 de Lashley teste labirinto III. Número de animais por grupo foram n = 10 para dois meses de idade e n = 15 para 24 meses de idade camundongos. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3: Lashley desempenho maze III em C57Bl/6NCr jovem macho e camundongos CD-1 O labirinto Lashley III foi usado para avaliar rota de aprendizagem em dois C57Bl/6NCr meses e 4-5 meses de idade, CD-1 camundongos.. Os parâmetros medidos foram: (a) dias para critério, o número de dias necessários para um mouse para executar o labirinto para duas noites consecutivas com 0 erros ou um erro, e (b) o índice de aprendizagem, o número de corrigir entradas quatro pata-braço feito em relação ao número total de entradas nos braços feitos nos dias 1-4 de Lashley teste labirinto III. Número de animais por grupo foram n = 10 para C57Bl/6NCr e n = 10 para um CD-ratos. Significâncias estatísticas: * P &lt;0,05, ** P &lt;0,01 contra ratos C57Bl/6NCr. <img src="/files/ftp_upload/1786/1786fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4: Lashley desempenho maze III em 4-5 meses de idade camundongos CD-1 O labirinto Lashley III.foi usado para avaliar a aprendizagem em dez rota 4-5 meses de idade do sexo masculino CD-1 camundongos em 15 dias consecutivos. Os parâmetros medidos foram: (a) número de erros cometidos por dia, com um erro definido como uma entrada de quatro patas, em um beco sem saída cul-de-sac zona ou viajar um braço já viajou do labirinto, e (b) tempo gasto no labirinto por dia. O dia em que critério foi alcançado é indicado com uma seta vermelha.

<ol>
	<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>

Todos os protocolos foram aprovados pelo comportamento da Universidade Estadual da Pensilvânia Animal Care Institucional e Comitê de uso. Não há divulgações financeiras para relatar.

Os testes em roedores mais comumente utilizado comportamental para avaliar a aprendizagem e memória são o labirinto aquático de Morris e variantes de condicionamento do medo 2. Esses testes contam com pistas visuais ou auditivas para a aprendizagem e estímulos aversivos (por exemplo, água, footshock) para motivar os animais para completar as 3 tarefas. Em roedores envelhecimento, como o envelhecimento em seres humanos, modalidades sensoriais declínio ao longo do tempo. Linhagens de camundongo...

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<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

Muitos testes de comportamento desenhado para avaliar o aprendizado ea memória em roedores, especialmente ratos, dependem de pistas visuais, privação de alimento e / ou água, ou outros estímulos aversivos para motivar a aquisição de tarefas. Como idade dos animais, modalidades sensoriais deteriorar-se. Por exemplo, muitas cepas de camundongos desenvolvem déficit auditivo ou catarata. Alterações nos sistemas sensoriais necessárias para orientar os ratos durante a aquisição tarefa presente confunde potencial em interpretar as mudanças de aprendizagem em animais de envelhecimento. Além disso, o uso de estímulos aversivos para motivar os animais para aprender tarefas é potencialmente de confusão quando se comparam os ratos com sensibilidade diferencial ao estresse. Para minimizar esses tipos de efeitos de confusão, temos implementado uma versão modificada do labirinto Lashley III. Este labirinto se baseia na aprendizagem rota, pela qual os ratos aprendem a navegar em um labirinto através de exposição repetida sob condições de estresse baixo, fase escura, por exemplo, não privação de alimento / água, até que percorrer um caminho a partir do local de início para uma gaiola pseudo-casa com 0 ou 1 erro (s) em dois ensaios consecutivos. Podemos classificar isso como um teste de comportamento de baixa tensão, porque não depende de estímulos aversivos para incentivar a exploração do labirinto e aprendizagem da tarefa. O aparelho consiste de uma caixa de começar a modular, um corpo labirinto de 4 braços, e uma caixa de meta. No final da caixa de meta é uma gaiola de pseudo-casa que contém cama semelhante ao encontrado na jaula do animal em casa e é específico para cada animal para a duração do ensaio labirinto. Foi demonstrado anteriormente que este pseudo-gaiola casa oferece recompensa suficiente para motivar os ratos para aprender a navegar pelo labirinto<sup&gt; 1</sup&gt;. Aqui, apresentamos a visualização da cirurgia do labirinto Lashley III no contexto da avaliação de diferenças relativas à idade na aprendizagem e memória em ratos junto com uma comparação do comportamento de aprendizagem em duas cepas diferentes do fundo de camundongos. Esperamos que outros pesquisadores interessados ​​em avaliar os efeitos do envelhecimento ou vulnerabilidade estresse em ratos irá considerar este labirinto uma alternativa atraente para testes comportamentais que envolvem tarefas de aprendizagem mais estressante e / ou visuais.

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

O labirinto Lashley III é uma tarefa rota-aprendizagem que não depende de estímulos aversivos ou estímulos visuais. É, portanto, uma opção altamente atraente para avaliar a aprendizagem ea memória, especialmente em ratos do envelhecimento ou de outra forma, onde o stress é uma consideração.

Baixa tensão de Aprendizagem Route Usando o Lashley Maze III em Ratos

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 visualizações.  Pennsylvania State University. O labirinto Lashley III é uma tarefa rota-aprendizagem que não depende de estímulos aversivos ou estímulos visuais. É, portanto, uma opção altamente atraente para avaliar a aprendizagem ea memória, especialmente em ratos do envelhecimento ou de outra forma, onde o stress é uma consideração.

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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.

Morris Teste Maze Água para déficits de aprendizagem e memória em camundongos Alzheimer Disease Modelo

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

Neurociência

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.

T-maze Alternância forçado e Tarefas esquerda-direita para a Avaliação da Discriminação de Trabalho e Memória de Referência em Ratos

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.

A gravação ótica da atividade neural supraliminares com resolução de uma única célula e um único pico

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.

Mapeamento Dynamics cortical MEG simultâneas / EEG e anatomicamente constrangido mínima norma-Estimativas: um exemplo Atenção Auditiva

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.

Método eletrofisiológico para respostas gravação intracelular de tensão<em&gt; Drosophila</em&gt; Fotorreceptores e Interneurônios à luz Estímulos<em&gt; In Vivo</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.

Microestado e análises de complexidade Omega de eletroencefalografia a estado descansando

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.

Uma objetiva e reproduzível teste de aprendizagem olfactiva e discriminação em ratos

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.

Visando o trato corticoespinhal em ratos neonatais com um vetor duplo-viral usando cirurgia combinada de cérebro e coluna vertebral

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.

Shuttle Box Assay como uma ferramenta de aprendizagem associativa para avaliação cognitiva em estudos de aprendizagem e memória usando zebrafish adulto

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.

Medição do fluxo de informações direcionais em dados fNIRS-Hyperscanning usando o Método de Coerência de Transformação de Onda Parcial

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