Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Изучение новых ассоциаций стимула-отклика в зацепление широкий спектр нервных процессов, которые в конечном счете отражены в изменении шип выход отдельных нейронов. Здесь мы опишем поведенческий протокол, разрешающий непрерывной регистрации одного активности нейронов в то время как животные приобретают, потушить и повторно приобрести условный рефлекс в пределах одного экспериментального сеанса.
В то время как предметом обучения привлек огромный интерес как из поведенческих и нервных ученых, только относительно небольшое исследователи наблюдали одного активность нейрона в то время как животные приобретения operantly условный рефлекс, или когда этот ответ гаснет. Но даже в этих случаях, периодов наблюдения, как правило, охватывают только один этап обучения, то есть приобретение или вымирание, но не оба (исключение составляют протоколы, использующие разворота обучения; см. Bingman др. 1 для примера.). Тем не менее, приобретение и вымирание повлечет за собой различные механизмы обучения и, следовательно, как ожидается, будет сопровождаться различными типами и / или локусов пластичности нейронов.
Соответственно, мы разработали поведенческую парадигму, которая институты три стадии обучения в одном поведенческой сессии и который хорошо подходит для одновременной записи потенциалов действия отдельных нейронов. Животныеповторно обучение на одного интервала принудительного выбора задачи, которая требует отображение каждого из двух возможных выбора ответов на презентации различных новых зрительных стимулов (приобретение). После не достигнув предопределенный критерий эффективности, один из двух реакций выбора больше не усиливается (исчезновение). После определенного декремента в уровне производительности, правильные ответы усилены снова (повторный захват). Используя новый набор стимулов в каждой сессии, животные могут пройти процесс приобретения-вымирание-повторного приобретения неоднократно. Потому что все три стадии обучения в течение одного и поведенческой сессии, парадигма идеально подходит для одновременного наблюдения за пики выходе нескольких отдельных нейронов. Мы используем голубей в качестве модельных систем, но задача может быть легко адаптирована к любым другим видов, способных условного обучения дискриминации.
Изучение новых стимул-реакция-итоговые ассоциации участвует широкий спектр нервных процессов пластичности. Эти процессы в конечном итоге отражаются в изменении шип выходе отдельных нейронов. Можно утверждать, что одним из наиболее часто применяемых в обучении парадигм Павловская кондиционирования страх проводится с грызунами. В этих условиях, приобретение и вымирание условной реакции происходят в несколько десятков испытаний 2. Быстрое развитие условного страха может быть выгодным, поскольку он позволяет запускать большое количество животных в течение короткого времени. Кроме того, приобретение и вымирание может наблюдаться в течение нескольких десятков испытаний на один день в наивных животных 3,4 или распределены по 2 до 3 дней 2,5-8. Тем не менее, полученные результаты в об изменениях нервной деятельности при обучении в этих экспериментах не обязательно применимы вне области страха кондиционирования. Например, целенаправленная поведение обусловлено положеTIVE арматура более адекватно моделируется оперантного вместо Павлова процедур кондиционирования, и может частично зависеть от различных нервных субстратов 9,10. Кроме того, страх кондиционирования развивается так быстро, что нейронные ответы на CS можно наблюдать только для нескольких десятков испытаний, размещение серьезные ограничения на анализе изменений нервной деятельности при обучении.
К сожалению, приобретение и вымирание оперантного отвечая обычно занимает много дней. Это вредно для нейрофизиологических исследований, потому что это, как известно, трудно записать активность отдельных клеток более чем на несколько часов. В связи с высоким сходством формы сигналов внеклеточно записанных потенциалов действия, это проблематично утверждать, что шипы, записанные в один день, сгенерированы исходя из одной камере с шипами с аналогичными сигналов, записанных на следующей 11,12, особенно в районах с высокой Плотность клеток, таких как гиппокамп.
Для решения этих проблем, мы разработали новый поведенческий парадигму использованием 3 условий обучения в течение одного экспериментального сеанса на один день. Это требует, чтобы экспериментальное животное намерен выполнить сотни испытаний при различных условиях на тонкой график армирования. Почтовых голубей (Колумбия Ливия Forma DOMESTICA) являются классическими модельные организмы в экспериментальной психологии 13-17. Эти птицы способны выполнять сложные визуальные дискриминацию 18, может гибко адаптироваться поведение к изменяющимся арматурных непредвиденных 19,20, и однозначно заядлые работники, выполняя 1000 испытания с минимальным количеством арматуры. Эти характеристики делают их особенно подходящими для экспериментов, описанных ниже.
Заявление по этике
Все эксперименты были проведены в соответствии с немецкими руководящими принципами для ухода и использования животных в науке. Процедуры были утверждены национального комитета по этике земли Северный Рейн-Вестфалия, Германия.
Обзор системы
Operant Тестирование палата
Оперантного камеры (рис. 1) измеряет 34 см х 34 см х 50 см. Три полупрозрачные клавиши ответа (4 см х 4 см, расположенные примерно в 20 см от уровня пола) утоплены в заднюю стенку камеры. Стимулы показаны через ЖК-экран, установленный позади ключей реагирования. Два 2-ваттной лампочки, расположенные на боковых стенках обеспечивают тусклый освещение. Камера находится в звуковой смягчающих кабину, чтобы замаскировать посторонние звуки. Громкоговорители обеспечивают белый шум во все времена. Питание (зерно) обеспечивается пищевой бункера, расположенного ниже процентаКлюч э. Экспериментальная аппаратных контролируется специально написана кода MATLAB 21. Животные постоянно контролироваться с помощью цифровой камеры, прикрепленной к передней стенке камеры.
На заказ Микродиски
Микродиски корпуса 16 электродных проводов являются на заказ в нашей лаборатории; Конструкция основана на работе Bilkey и коллег 22,23, и мы отсылаем читателя к этим статьям для подробным описанием. Мы изменили их дизайн, чтобы обеспечить большее количество электродов (16 вместо 8, 25 мкм нихромовых провода), и мы подключать электродные провода через проводящего серебра клея к headstage розетки. Кроме того, мы используем золочение электродных советы, чтобы уменьшить сопротивление и для достижения лучших отношения сигнал-шум (применяется -3 V для ~ 3 сек; сопротивления должна снизиться до <100 кОм).
После того, как Microdrive собран, электроды сократить до нужной длины, советы Cleaneд в ультразвуковой ванне (Tergazyme в дистиллированной воде) в течение 20 мин и промывают еще 20 мин в дистиллированной воде. Покрытие золотом электродных советы должны проводиться непосредственно перед имплантацией. Для заземления, мы используем серебряный шар электрод, расположенном над боковой мозжечка. Спецификация материалов обеспечивается в таблице материалов, которая сопровождает эту статью.
Важным вопросом при работе с свободно движущихся животных артефакты движения. Мы обнаружили, что артефакты движения в нашей установок в значительной степени за счет а) высокая электродных сопротивлений (> 500 кОм) и б) несовершенная прикрепление контактов между вилкой (имплантата) и гнездо (headstage) в то время как животное находится в движении. Разнообразие имеющихся в продаже microconnectors не выполняет удовлетворительно для записи свободно перемещаться птиц, потому что механический контакт между вилкой и розеткой быстро ухудшается через энергичных движений голубей (голова подпрыгивая, ключ-иерархии). Лучший механическое соединение между имплантатом и headstage была достигнута с headplug сборок Ginder Scientific. Эти вилка-розетка сборки оснащены 18 контактов и прочно прикреплены друг к другу с помощью кольцевой гайки.
Электрофизиологические Настройка записи
Установка электрофизиологии состоит из следующих компонентов: 1) на заказ headstage с единичным усилением (операционный усилитель) 2) 15 дифференциальный усилитель модули, размещенные в два рэковых единицы (ДПА-2FS и EPMS-07 соответственно; НПИ Electronic GmbH, Германия ), 3) 16-канальный аналого-цифровой преобразователь (мощность 1401 метка I). Сырье сигналы усиливаются 1000 х и полосовой фильтрации (500-5000 Гц, 1-й фильтр порядке), оцифрованный с частотой дискретизации 16-20 кГц и хранятся с Spike2 Версия 7.06a для автономной обработки. Даты начала мероприятий (например, начала стимула или отдельных ключевых клюет животного) захватываются через поле параллельном лабораторно построен порт ввода-вывода (см. Роуз; Др. 21) и направляется в АЦП для хранения вместе с нейрофизиологических данных (см. Рисунок 1).. Offline обработки дополнительно описано ниже.
Рисунок 1. Обзор системы. Информационный поток символизируется цветными стрелками. Компьютер 1 управляет аппаратного относящиеся к поведенческой вывода (монитора стимулом через монитор с плоским экраном, дом света, пищевой бункер, питатель света, ключи реагирования) и посылает временные метки событий для АЦП. Компьютерные 2 хранит нейрофизиологические сигналы, полученные от A / D конвертер и временных меток событий, полученных от компьютера 1. Фотография слева показывает кондиционирования камеру внутри звуковой смягчающих кабиной. Ее элементами являются: 1) Звук-ослабления оболочки, 2-4) ключ ответс, 5) пищевая бункер, 6) подачи света 7) дом свет, 8) наблюдение камера.
Одно-интервал-принудительного выбора (SIFC) Дискриминация Целевая
Для ясности, мы опишем последнее задание SIFC здесь, а затем объяснить шаги, необходимые для подготовки животных на этой задачи ниже.
Задача SIFC изложена на рисунке 2. После Интервал между (ИИТ) истекло, ключ центр transilluminated зеленый до 5 сек ('фазы инициализации "). Сразу после третьего ответа животного в течение 5 секунд, один из нескольких примеров стимулов представлен на центральной клавиши в течение 2 сек ('фазы образец'; пример стимулы показано на вставке к рисунку 2). После 2 сек, ключевым центром вновь transilluminated зеленый, и животное должен ответить еще раз перед две клавиши боковые которые transilluminated ("фаза подтверждение '). В зависимости от особенностей стимула, показаннойв фазе образца, животное необходимо направить один ответ на левой или правой клавиши ("выбор фазы"). Если он выбирает правильный назначения, доступ к вознаградить (зерно) предоставляется в течение 2 сек. Таким образом, ядро задачи состоит из отвечая на левую клавишу выбора при предъявлении одного конкретного раздражителя на центральной клавиши, и в ответ на правой клавиши выбора после представления другой стимул. Причина того, что фаза образец скобки инициализации и фазы подтверждения, чтобы сохранить голову животных перед центральной клавиши в то время как образец стимул представлен.
После того, как мастеров животных эта задача для одной пары стимулов (далее, "знакомые" стимулы, FS), она представлена с новым стимулом (NS) пар в каждой новой сессии, и должен научиться, какой из двух романа стимулов является , которым должны следовать ответ на левой или правой клавиши выбора. Пара FS продолжает быть представлены в течение гоOSE эксперименты служить подходящие условия управления. Адекватная производительность выполнить последнее задание петли главным образом от желания животных для выполнения> 1000 испытаний на общих вероятностей арматуры <0,5. Ниже описываются процедуры подготовки, в котором сложность задачи постепенно увеличивается, пока животное не достигнет уровня SIFC; в то же время, усиление вероятности и число испытаний за сеанс, необходимо будет увеличить для обеспечения стабильно высокую производительность на последнее задание.
1. Дрессировка
Рисунок 2. Иллюстрация поведенческой парадигмы. После ITI 5 сек, ключ центр transilluminated зеленый до 5 сек (инициализация). Если животное реагирует 3x в этих 5 сек, 1 из 4; Образец стимулы представлен в том же положении. Через некоторое время фиксируется образец презентации 2 сек, в течение которого животное реагировать хотя бы раз, центральная клавиша клюют является transilluminated зеленый снова (подтверждение). После очередного клевать, 2 боковые клавиши transilluminated зеленый. Предметом указывает свой выбор, отвечая один раз в одной из боковых клавиш. Во время приема и обновления данных, правильных ответов следуют 2 сек доступ пищевой сопровождении активации подачи света, или активации подачи только свет. Если неправильно, дома свет выключен в течение 3 сек. Во время исчезновения, оба правильные и неправильные ответы к исчезновению стимулов остаются несущественными. На врезке показано пример новые и знакомые по стимулированию пар.
2. Электрофизиологии
Метрики Рисунок 3. Качества для блока изоляции. А) Тепло карта значений времени напряжения всех форм волны. B) распределений максимальной (красный), минимум (зеленый), и шума (синие) значения напряжения всех сигналов. Распределения хорошо разделены, указывая отличную изоляцию блок. C) Спонтанный скорострельность (красный, рассчитанная по сегментам 2-сек во всех intertrial интервалами) и шипованные амплитуды (пик-пик) как функцию времени в сессии. Обе кривые были сглажены с функцией товарный вагон (ширина: 50 пунктов данных) D) межспайковые-интервал распределения для данного устройства.. Бен ширина, 10 мс (вставка: 1 мс). Очень короткие интервалы практически отсутствует (<0,1% интервалов ниже 4 мс). <сильный> Е) PSTH срабатывает на ключевые клюет. Условия для проведения мероприятий на счету близкие к ключевому клевать (± 20 мс) выделены красным цветом. F) Все 157 сигналов, записанных в пределах ± 20 мс ключевых событий клевать. Сигналы выгодно отличаются от общей формы сигнала, показанной на панели А.
Поведение
4А показывает поведенческую производительность животного в одном примере сессии. Уровень производительности животного достигает критерий NS 2 в течение 180 испытаний (45 стимулированию презентации) и близка к 100% для NS 1 с самого начала. Эта стратегия - перв...
Этот протокол описывает сложную поведенческую задачу подходящий для одновременных одного блока записей. Мы описали задачу SIFC для голубей, но она может быть легко адаптирована к грызунам, требуя нос тычет или рычаг нажатия клавиш, а не клюет, и заменяя на визуальный обонятельной, слухов...
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Это исследование было поддержано грантами от Немецкого исследовательского фонда (DFG) в MCS (для 1581, ГТУ 544/1-1) и О.Г. (для 1581, SFB 874). На веб-сайте DFG является http://www.dfg.de/en/index.jsp. Доноры не участвовал в разработке дизайна исследования, сбора и анализа данных, решение о публикации или подготовки авторов manuscript.The поблагодарить Томаса Seidenbecher за предоставление нам с протоколом золочение, а также Тобиас Отто за помощь в настройке электрофизиологических записывающее оборудование.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Resistance wire (for use as electrodes) | California Fine Wire, Grover Beach, CA, USA | Stablohm 675; formvar-coated nichrome wires (outer diameter 25 µm) | |
Microconnectors | Ginder Scientific, Nepean, Ontario, Canada | GS18PLG-220 (plug) & GS18SKT-220 (socket to build headstage) | |
Cannulae | Henke Sass Wolf, Tuttlingen, Germany | 0.4 x 20 mm/ 27 Gx3/4" | |
Gold solution for plating | Neuralynx, Bozeman, MT, USA | SIFCO Process Gold Non-Cyanide, Code 5355 | |
Solution for ultrasonic bath | Alconox, Inc., New York, USA | 1304 | Tergazyme |
Conductive glue | Henkel Loctite | LOCTITE 3888 Silver filled, conductive, adhesive | |
Stainless steel screws | J.I. Morris, Southbridge, MA, USA | F0CE125 self-tapping miniature screws, body length 1/8 inches | |
Light-curing dental cement | van der Ven Dental, Duisburg, Germany | Omniceram Evo Flow A2 | |
Light-curing unit | van der Ven Dental, Duisburg, Germany | Jovident Excelled 215 Curing Light (wireless LED light curing unit) | |
Filter amplifiers | npi electronic GmbH, Germany | DPA-2FS | |
A/D converter | Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK | power 1401 | |
Spike2 software | Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK | Version 7.06a | |
MATLAB | The Mathworks, Natick, MA, USA | R2012a |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены