Bu eser NINDS 5P30NS069250 tarafından desteklenmiştir. Biz teknik yardım için Diyala Chehayeb, Jeffrey Simpson, Taylor Rosenbaum, ve Christopher Hoover ederim.

Kulaklık sistemi uygulanması dört temel adımdan oluşur. Detay elektronik (hoparlör ve bir minyatür mikrofon) evler kulaklık kadrajdan montaj aşağıda Bölüm 1&#39;de. Bölüm 2 çerçeve kuş nasıl bağlanacağını açıklar. Bölüm 3 elektronik montajı anlatılmaktadır. Bölüm 4 elektronik ses işleme ve veri toplama donanım ve ayrıntıları sisteminin doğru çalışıp çalışmadığını test etmek için bir prosedür nasıl bağlanacağını açıklar. 1. Kulaklık Çerçeve Fabrikasyona <ol><li> Enine ve kulaklıklar için karbon fiber bileşenler kesin. Aşağıdaki parçaları hazırlamak için Dremel aleti üzerinde kesme tekerleği kullanın: 1 kol demiri (1 x 3 mm karbon fiber şerit 3 cm) 2 düşey taşıyıcı dikmeler (1 x 3 mm karbon fiber şerit 1,5 cm) 2 kulaklık (4 mm ID / 6 mm OD karbon fiber silindir 4 mm) </li><li> Crossbar birleştirin. Kol demiri merkezinde 4.5 mm aralıkla iki küçük bir delik açın ( <sTrong&gt; fiekil 1a, üst) bir 1.4 mm çaplı ucu kullanarak. Delikleri 0-80 vida yerleştirmek için sadece yeterince büyük olmalıdır. Delik olsa iki 0-80 vidayı takın ve somun takın. Şırınga iğnesinin iki adet 6 mm şeritler (herhangi bir küçük çaplı iğne çalışacaktır) Cut ve pense (iğne şeritler Şekil 1a kırmızı ile gösterilen) ile düzleştirin. Altıgen somunları üstüne yalan öylesine enine çevirin. Tutkallama gelen epoksi önlemek için altıgen somunları vidaların ucu her vida ucu üzerinde mineral yağ bir damla (Şekil 1a yeşil gösterilir) koyun. Altıgen somunları üstüne iki iğne kesimleri yerleştirin. Birbirlerine Epoksi altıgen somunları ve iğne segmentleri kapsayan iki (Şekil 1a, alt). Epoksi tam (24 saat) olarak kuruduktan sonra, her iki vidayı çıkarın. Iki vida, karbon elyaf uzunluğu 3 cm, ve epoksi ile yapıştırılmış 2 altıgen somun ve 2 iğne bölümlerinden oluşan tek bir parça: crossbar ünitesi dört bileşenden ayırmak gerekir. Crossbar ünite monte edin. &lt;/ Li&gt; <li> Köpük halkalar Fabrikasyona. Bir köpük kulak tıkacı bir köpük silindirin kesmek için (6,35 mm) delik bir 1/4 kullanın. 6.35 mm (çap) silindirden 2 mm (uzunluk) verimli köpük silindirin uzun eksenine dik kesmek için makas kullanın. Sonra bir köpük halka (Şekil 1b turuncu renkte gösterilir) oluşturan, 2 mm köpük silindirin merkezine kesip bir 1/8 (3.175 mm) delik kullanabilirsiniz. </li><li> Kulaklıkları birleştirin. Şekil 1b gösterildiği gibi karbon fiber silindir 4mm uzunluğunda, altına yapıştırıcı düşey taşıyıcı dikmeler (karbon fiber şerit 1.5 cm uzunluk) için epoksi kullanın. Epoksi sertleştikten sonra, epoksi yapıştırıcı için az miktarda bir silindirin sonuna kadar köpük halka (Şekil 1b, altta) kullanmak. Köpük halka kuş başı karşı duracaktır. </li></ol> 2. Bird Kulaklıklar Çerçeve takın <ol><li> Stereotaksi hazırlayın. Ameliyat öncesi, (Şekil 1c içeri bakan köpük pedler ile kulaklık aracılığıyla stereotaksi earbars takın </strüst ong&gt;,). </li><li> Crossbar takın. Izofluran ve / veya ketamin artı midazolam kullanarak kuş uyuştur. Anestezi kuş kapalı gözleri ve burun tutam tepkisiz olmalıdır. Stereotaksi kuş yerleştirin ve kafa derisi bir 5-10 mm kesi yapmak. Insizyon orta hat boyunca olması ve kafatasının arka boyun kaslarının eki ön noktası 2 mm anterior uzanmalıdır. Kemik yüzeyini kurulamak için% 70 etanol ile maruz kafatası Rub. Böyle crossbar yerleştirmek için bir timsah klibi tutucu kullanın kafatası (Şekil 1c, d) üstüne epoksi kaplı altıgen somunları kalanı. Yapışkan altıgen somunları değil enine kendisini SADECE dokunduğu dikkatli olmak, biraz enine ve tutkal altıgen somunları (epoksi veya dental akrilik ile) kafatasına kaldırın. Bu kalıcı kafa (Şekil 1d) bağlı sadece hex fındık bırakarak, kulaklıklar (vidayı sökerek) çıkarmak için izin verir. </li><li> Kulaklık takın. Slayt kulaklıkları Along kulak çubukları kuş başı (Şekil 1c, üst) karşı köpük pedler kalanı kadar. Kuş başı (Şekil 1c, alt) sıkıca köpük pedler basın kulak çubukları üzerinde timsah klipleri kullanın, bu iyi bir akustik sızdırmazlık elde etmek önemlidir. Dikey mesaj sonrası önünde bağlayıcı şerit soket (Şekil 2) için boşluk bırakarak, kol demiri arkasına temas böylece kulaklık döndürün. Tutkal mesaj epoksi veya akrilik kullanarak crossbar için. </li><li> Kurtarma. Epoksi / tamamen donması için akrilik ve kurtarmak için kuş için 24 saat bekleyin. İyileştikten sonra, emin köpük pedler kulak kanalları etrafında sıkı bir mühür formu yapmak çerçeveleri inceleyin. Mühür gevşek ise, köpük pedler akustik yalıtım geliştirmek için daha büyük olanları ile temizlenebilir ve değiştirilebilir. Yavaşça (1,27 mm) altıgen anahtarı bir 0.05 kullanarak vidaları çıkarın ve kuş monte kulaklıklar çerçevesini çıkartınız. </li></ol> 3. Elektronik Montaj <ol><li> Hoparlör adaptörleri Fabrikasyona. Hoparlör adaptörleri Yapuzunluk, karbon fiber silindir bir hurda parçası (kulaklık için olduğu gibi aynı 4 mm ID / 6 mm OD cyinder stok kullanmak içine bir pipet ucu (5 mm ile 1 mm arasında bir çapa sahip sivriltilmiştir bir 5.2 cm uzunluğunda uç) geçirilerek silindir hurda) önemli değildir, sonra silindir (Şekil 2a) sonunun pipet ucu 1 mm. Tüpten çıkarın ve adaptörün toplam uzunluğu 3 mm olacak şekilde kesilir. </li><li> Hoparlörleri bağlayın. Yalıtımlı 36 ga Lehim 5 cm uzunlukta. Her iki hoparlör pozitif ve negatif terminalleri (Şekil 2d, e sırasıyla yeşil ve siyah telleri,) tel. Ne terminaline hoparlör metal gövdesi ile elektrik temas olduğunu doğrulamak için bir ohmmetre kullanın. </li><li> Hoparlör / mikrofon bileşeni birleştirin. Epoksi bir hoparlör ve epoksi üst bant (Şekil 2b) üzerindeki kulaklık mikrofon bir tarafında bir bant şerit (herhangi bir elektriksel olarak yalıtkan bant kullanılabilir). Mikrofondan negatif t Lehim topraklama kablosuhoparlör (bağlantı Şekil 2e siyah gösterilen) üzerine erminal. </li><li> Epoksi Her adaptör (Şekil 2c, sağda) daha geniş ucunu hoparlör ve hoparlör / mikrofon bileşeni hem. Hoparlör ve mikrofon liman Hem (sadece) pipeti içine uyacaktır. Epoksi ya noktası içermez emin olun. </li><li> Yavaşça kulaklıkları (Şekil 2d, sağ) içine adaptörleri takın. Epoksi küçük bir damla ile kulaklık için Tutkal her bağdaştırıcı. </li><li> Konnektör şerit Fabrikasyona. Dört terminalleri oluşan bağlayıcı şerit soket bir segment kesin ve yuvasının bir köşesindeki bir referans işareti (Şekil 2d beyaz nokta) yerleştirin. Dikey mesaj birinin yakınında konnektör şerit yerleştirin. Şekil 2e gösterilen yapılandırmada pinlere lehimleyin hoparlör ve mikrofon kabloları. Konektörü şeridinde kısa devre olup olmadığını kontrol edin ve gerekirse onarmak için bir ohmmetre kullanın. Epoksi kulaklık f konnektör şeritRame. Teller korumak maruz tellerin etrafını elektrikli veya viski bant şeritler sarın ve kaset üzerine epoksi ince katman eklemek çözülüyor önlemek için biter. Kulaklık (çerçeve ve elektronik dahil) mamul ağırlığı 1.3-1.5 g olmalıdır. </li><li> Yalıtımlı 36 ga lehim dört 15 cm uzunlukları ile esnek bir kurşun oluşturun. dört terminalleri (Şekil 3a) oluşan bağlayıcı şerit başlık bir kesimine tel. Kurşun doğru yönde soketine takılı olduğundan emin olmak için başlık bir köşesindeki bir referans işareti (Şekil 3 beyaz nokta) yerleştirin. Braid teller ve komütatör (Şekil 3b) takılan bir adaptör ile lehim telleri ile bitirmek kurşun. </li></ol> 4. Güç ve Sinyal İşleme Ekipmanları Kulaklıklar Elektronik bağlan <ol><li> , Filtre, pitch shift toplayın ve akustik giriş yükseltmek. Doğrudan bir yönlü kondenser mikrofon (&quot;Kafes mikrofon,&quot; Şekil 4) asınkuş kafesi Bove. Preamplify ve low-pass bu sinyal (ispinoz şarkı için 10 kHz cutoff) ve harmonizer (veya diğer gerçek zamanlı ses işleme donanım) girdi bu filtre. Bir kaymıştır akustik sinyal üretmek için harmonizer üzerindeki pitch shifter modülünü kullanın. Hoparlör kulaklık (Şekil 2e yeşil) üzerinde pozitif kanala bu sinyali ve rota (komütatör ve esnek kablosu üzerinden) Amplify. </li><li> Telefonları mikrofon için güç sağlayın. Kuş soundbox ve duvara bir 9V pil takın. Sinyal işleme ekipman üzerinde ortak bir zemin için aküsünün negatif terminaline bağlayan komütatör ve esnek kurşun aracılığıyla V + kanalı (Şekil 2e kırmızı) için akünün artı kutbuna bağlayınız. Hoparlör ve telefonları mikrofon zemin (Şekil 2e siyah) Bu ortak bir zemin bağlayın. </li><li> Geribildirim kazancı ayarlayın. 0-80 vida kullanarak kuşun kafasına altıgen somunları ile bitmiş kulaklık takın. Kuş, r şarkı başladığındaŞekil 4&#39;te gösterildiği gibi veri ecord üç kanal (kafes mikrofon / elenmemiş sinyali, sinyal, ve telefon mikrofon kaymıştır). Telefonları mikrofon kaydedilen ses inceleyin. Bu kanal sanal geribildirim süperpozisyon kaydedecektir (kulaklık hoparlörden çalınır) ve kuşun gerçek şarkı kulaklık çerçeve içine doğrudan &quot;sızıntı&quot;. Hoparlör yükselticisi genlik ayarı (Şekil 4) ayarlayın, böylece sanal işitsel geribildirim sızıntı / direk sinyal daha 15-20 dB daha yüksek sesle olduğunu. Bu eşiğin ötesinde genliği artan kulaklık ve geribildirim bozulma ile sonuçlanan, kafes mikrofon tarafından alınıyor aracılığıyla sanal sinyal kanama neden olabilir unutmayın. Iyi kalibre edilmiş bir sistemin bir örneğini (ki burada kulaklık mikrofon tarafından kaydedilen sinyali ziyade direkt / sızıntı sinyale göre zift-kaydırılmış sinyal hakim) Şekil 5 &#39;de gösterilmiştir. Burada sinyal kulaklık mikrofon (Şekil 5a yansıtılmaktadır<html> Şekil 5b örnekte güç spektrumu gösterildiği gibi, sağ), zifiri kaymıştır sinyali (yerine kuşun doğal seslendirme daha) hakimdir. </li><li> Sistem performansını izler. Hoparlör ve mikrofon hem de düzgün çalıştığından emin olmak için günde iki kez kulaklık kontrol edin. Kulaklık mikrofon sadece konuşmacılardan biri izler unutmayın. Kulağınızın yanında olmayan izlenmeyen hoparlör tutarken diğer hoparlör test etmek için, kafes mikrofon dokunun - olmayan izlenmeyen hoparlör çalışıyor eğer bir klik sesi duyacaksınız. Başka önerilir onay telefonu mikrofon güç kaynağı ve sinyal çıkışı kesin ve hoparlörler (Şekil 2e siyah ve yeşil) arasındaki direnci ölçmek için bir ohmmetre kullanmaktır. Hoparlörler paralel bağlı olduğundan her hoparlör bağlandığında, bu tek bir hoparlör genelinde direniş yarısı olacak. </li></ol> 5. Malzeme Maliyeti Üzerine Bir Not nt &quot;&gt; İki belli istisnalar hariç, Malzeme Tablosu&#39;nda listelenen tüm öğeleri (yüz az bir kaç dolar) nispeten ucuzdur. en pahalı bileşenler komütatör ve Tablosu&#39;nda listelenen harmonizer, hangi her maliyet 2.000 $ ya da daha fazla. İkimizde öğeleri daha az pahalı sürümleri listelenen olanlardan daha farklı üreticilerin mevcut olabilir unutmayın (biz onları test değil rağmen) ve araştırmacılar daha düşük bir maliyetle bu protokolü uygulamak için izin verebilir.

<ol>
	<li>Shadmehr, R., Smith, M. A., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Error+correction,+sensory+prediction,+and+adaptation+in+motor+control.">Error correction, sensory prediction, and adaptation in motor control.</a> Annu. Rev. Neurosci. 33, 89-108 (2010).</li><li>Krakauer, J. W., Pine, Z. M., Ghilardi, M. F., Ghez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+of+visuomotor+transformations+for+vectorial+planning+of+reaching+trajectories.">Learning of visuomotor transformations for vectorial planning of reaching trajectories.</a> J. Neurosci. 20, 8916-8924 (2000).</li><li>Krakauer, J. W., Ghilardi, M. F., Ghez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Independent+learning+of+internal+models+for+kinematic+and+dynamic+control+of+reaching.">Independent learning of internal models for kinematic and dynamic control of reaching.</a> Nature Neuroscience. 2, 1026-1031 (1999).</li><li>Chen, S. H., Liu, H., Xu, Y., Larson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voice+F0+responses+to+pitch-shifted+voice+feedback+during+English+speech.">Voice F0 responses to pitch-shifted voice feedback during English speech.</a> J. Acoust. Soc. Am. 121, 1157-1163 (2007).</li><li>Houde, J. F., Jordan, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensorimotor+adaptation+in+speech+production.">Sensorimotor adaptation in speech production.</a> Science. 279, 1213-1216 (1998).</li><li>Jones, J. A., Munhall, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceptual+calibration+of+F0+production:+evidence+from+feedback+perturbation.">Perceptual calibration of F0 production: evidence from feedback perturbation.</a> J. Acoust. Soc. Am. 108, 1246-1251 (2000).</li><li>Liu, H., Larson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+perturbation+magnitude+and+voice+F0+level+on+the+pitch-shift+reflex.">Effects of perturbation magnitude and voice F0 level on the pitch-shift reflex.</a> J. Acoust. Soc. Am. 122, 3671-3677 (2007).</li><li>Doupe, A. J., Kuhl, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Birdsong+and+human+speech:+common+themes+and+mechanisms.">Birdsong and human speech: common themes and mechanisms.</a> Annu. Rev. Neurosci. 22, 567-631 (1999).</li><li>Mooney, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+mechanisms+for+learned+birdsong.">Neural mechanisms for learned birdsong.</a> Learn Mem. 16, 655-669 (2009).</li><li>Brainard, M. S., Doupe, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interruption+of+a+basal+ganglia-forebrain+circuit+prevents+plasticity+of+learned+vocalizations.">Interruption of a basal ganglia-forebrain circuit prevents plasticity of learned vocalizations.</a> Nature. 404, 762-766 (2000).</li><li>Chi, Z., Margoliash, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+Precision+and+Temporal+Drift+in+Brain+and+Behavior+of+Zebra+Finch+Song.">Temporal Precision and Temporal Drift in Brain and Behavior of Zebra Finch Song.</a> Neuron. 32, 899-910 (2001).</li><li>Sober, S. J., Wohlgemuth, M. J., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Central+contributions+to+acoustic+variation+in+birdsong.">Central contributions to acoustic variation in birdsong.</a> J. Neurosci. 28, 10370-10379 (2008).</li><li>Kao, M. H., Doupe, A. J., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contributions+of+an+avian+basal+ganglia-forebrain+circuit+to+real-time+modulation+of+song.">Contributions of an avian basal ganglia-forebrain circuit to real-time modulation of song.</a> Nature. 433, 638-643 (2005).</li><li>Sober, S. J., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adult+birdsong+is+actively+maintained+by+error+correction.">Adult birdsong is actively maintained by error correction.</a> Nat. Neurosci. 12, 927-931 (2009).</li><li>Choe, C. S., Welch, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variables+affecting+the+intermanual+transfer+and+decay+of+prism+adaptation.">Variables affecting the intermanual transfer and decay of prism adaptation.</a> J. Exp. Psychol. 102, 1076-1084 (1974).</li><li>Tumer, E. C., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+variability+enables+adaptive+plasticity+of+'crystallized'+adult+birdsong.">Performance variability enables adaptive plasticity of 'crystallized' adult birdsong.</a> Nature. 450, 1240-1244 (2007).</li></ol>

Çıkar çatışması ilan etti.

Burada sunulan protokol deneyci şarkı kuşlar işitsel geribildirim değiştirmenize olanak verir. Hafif yapı gibi manipülasyonlar uzun süreler boyunca sürdürülmüş izin verir, ve bir ay veya daha fazla süreyle kulaklık giyerek kuşlar prolifically şarkı söyleyecek. Bazı ötücü kulaklık takan sürece 10 hafta boyunca şarkı olsa da, bazı durumlarda şarkı miktarı, kullanım ~ 5 hafta sonra azalmaya başlar. Bu nedenle, biz genellikle 4 hafta deneyler sınırlayabilir. Bizim tecrübelerimize göre, kulaklıklar ile donatılmış her songbird 100 şarkı + günde şarkı nöbetleri (ve bazen çok daha fazlası) beklenebilir. Düzgün çalışan, bu nedenle, kulaklık sistemi neredeyse% 100 başarı oranı (başarı şarkı kuşlar veri toplama ile tanımlanır ise) sunmaktadır. Ayrıca, bir öğrenme deneyi tamamladıktan sonra kulaklık kaldırılır ve daha sonra daha fazla veri toplanması için diktim. Hayvan genel sağlık durumu iyi Reatta olması koşuluyla<html> chment herhangi bir zamanda gerçekleşebilir. Başarının önemli bir belirleyicisi ağırlığı en aza indirmek ve kulaklık rahatlığı optimize ediyor. İnşaat sırasında, bakım epoksi veya cihazın toplam ağırlığı artırmak ve potansiyel şarkı kuş istekli azaltacaktır aşırı yapıştırıcı olarak kullanılan dental akrilik miktarını en aza indirmek için önlemler alınmalıdır. Ayrıca, birkaç gün kulaklık taktıktan sonra, cihazın kısaca kulak kanalları çevresindeki deri kulaklıkları çok sıkı oluşabilir kulakiçi rahatsız hale olmadığını doğrulamak için çıkarılmalıdır. Kulak kanalları kulaklık eki (açık ve kızarıklık veya şişlik belirtisi ile) zamanında yaptıkları gibi görünmelidir. Tahriş meydana gelirse, basınç pedleri köpük kalınlığını azaltmak suretiyle kontrol altına alınabilir. Bu da tahrişe neden olacağından, fırınlanmış epoksi ile sertleşen köpük kuş cilde temas etmez sağlamak için özen gösterin. <html> T &quot;&gt; Bu deneyi tarafından seçilmiş saha değiştirme ek olarak, sanal işitsel geri besleme da gecikir (~ 10 milisaniye ile, harmonizer işlenmesi gecikme yansıtan) ve kuşun daha büyük bir genlik kondu dikkat etmek önemlidir Doğal işitsel geribildirim (kuşun doğal şarkı kulaklık içine &quot;sızıntı&quot; sesi boğmak için). Bu nedenle, deneyler sıfır ama ile kuş kulaklık ile şarkı hangi birkaç gün bir başlangıç ​​dönemi ile başlamalıdır kuşlar ilk yokluğunda kulaklıklar ile şarkı söylemeye başladığında kulaklık paradigma ile ilgili diğer faktörler sonucu vokal değişiklikleri izole edilecek pitch shift etkisi sağlayan pitch shift 14. Uygulamada, şarkı zift veya amplitüd değişiklikleri nadiren görülür pitch shift. Ayrıca, kulaklık aracılığıyla teslim kaydırılmamış geribildirim uzun pozlama şarkı sahada 14 bir değişikliğe neden olmadığını göstermiştir. content &quot;&gt; Biz daha önce yetişkin ötücü yılında, işitsel geribildirim sahada hem yukarı hem aşağı yönlü değişimler vokal pitch adaptif değişiklikler (geribildirim vardiya işareti ters yani değişiklikler) 14. yukarı hem İçeren oluşturmak olduğunu göstermek için bu tasarım kullanmış Böyle bir tasarım işitsel geribildirim (ve kulaklık ile getirilen gecikme veya amplitüd eserler yanıt olarak) pitch değişikliklere yanıt olarak bu şarkıyı adım değişiklikleri göstermektedir, çünkü bu paradigma istihdam hiçbir deneyde aşağı kaymaları önemlidir. Ayrıca, bir bu paradigma anahtar güç keyfi işitsel manipülasyonlar tanıtmak için kullanılabilir olmasıdır. harmonizer sistem akustik sinyalin spektral amplitüd zarfı ya da değiştiren, örneğin çevrim düzensizliklerin çok çeşitli oluşturabilir. zift ötesinde manipülasyon aralığını genişletmek kaymalar bu nedenle ses öğrenme olayların çeşitli incelemek için kullanılabilir. Ayrıca, headphones bireysel hece 16 öğrenme götürmek beyaz gürültü veya diğer koşullu takviye sinyalleri iletmek için kullanılan olabilir. Son olarak, bu paradigma prensipte vokal davranış sırasında işitsel geribildirim dayanan herhangi bir küçük hayvan sistemi istihdam edilebilir. Biz insan konuşmasını 4-7 incelemek için kullanılan işitsel geribildirim manipülasyonlar taklit bizim tekniği, vokal plastisite fizyolojik olarak erişilebilir hayvan modelinde soruşturulmasına olanak verir unutmayın. Beyin lezyonları, farmakolojik manipülasyonlar veya nöral kayıtları ile vokal hata düzeltme davranışsal çalışmalar birleştiren özellikle nöral devrelerin vokal performansı hataların düzeltilmesi nasıl katkıda ortaya çıkarmak için kullanılmış olabilir.

<table border="1"><tbody><tr><td> Reaktif / Malzeme Adı </td><td> Şirket </td><td> Katalog Numarası </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> Hex fındık </td><td> Amazon arz </td><td> B000FMW43Y </td><td></td></tr><tr><td> 0-80 Vidalar, 1/8 &quot; </td><td> Amazon arz </td><td> B000FN0JXK </td><td></td></tr><tr><td> 0.05 &quot;Hex anahtarı </td><td> Amazon arz </td><td> B003GDISE8 </td><td></td></tr><tr><td> Kulaklıklar hoparlörler </td><td> Digikey </td><td> 423-1113-ND </td><td></td></tr><tr><td> Kulaklık mikrofon </td><td> Digikey </td><td> 423-1062-ND </td><td></td></tr><tr><td> Harmonizer </td><td> Sweetwater Ses </td><td> H7600</td><td></td></tr><tr><td> (Eventide H7600) </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Karbon fiber şerit, 1 x 3 mm </td><td> Hobi Lobi Uluslararası </td><td> GXS1030 </td><td></td></tr><tr><td> Karbon fiber silindirli, 6 mm (OD) x 4 mm (ID) </td><td> Hobi Lobi Uluslararası </td><td> GXT6040 </td><td></td></tr><tr><td> Tel </td><td> Cooner Kablolar </td><td> NUF36-2550 </td><td></td></tr><tr><td> Bağlayıcı şerit başlığı </td><td> Digikey </td><td> ED83100-ND </td><td></td></tr><tr><td> Bağlayıcı şerit soketi </td><td> Digikey </td><td> ED85100-ND </td><td></td></tr><tr><td> Köpük kulaklıklar </td><td> AO GÜVENLİK </td><td> 92050 </td><td></td></tr><tr> &lt;td&gt; 1/8 &quot;delik delme </td><td> Paperwishes </td><td> 7260197000 </td><td></td></tr><tr><td> 1/4 &quot;delik delme </td><td> Paperwishes </td><td> 7260198000 </td><td></td></tr><tr><td> Pipet ipuçları </td><td> VWR </td><td> 89003-056 </td><td></td></tr><tr><td> Diş akrilik </td><td> Maxcem </td><td> 33873 </td><td></td></tr><tr><td> 5 dakikalık epoksi </td><td> Devcon </td><td> 14210 </td><td></td></tr><tr><td> Kafes mikrofon </td><td> Taşralı </td><td> B3P4FF05B </td><td></td></tr><tr><td> Mikrofon preamp </td><td> M-ses </td><td> DMP3 </td><td></td></tr><tr><td> Hoparlör amplifikatör (Taç D-45) </td><td> Sweetwater ses </td><td> D-45 </td><td></td></tr><tr><td> Düşük geçiş filtresi </td><td> Krohn-hite </td><td> FMB3002AC, 3FS8SL-10kg-N1U1 </td><td></td></tr><tr><td> Komütatör </td><td> Yusufçuk </td><td> SL-88-10 </td><td></td></tr><tr><td> Timsah klibi tutucu </td><td> GC Electronics </td><td> 12-051 </td><td></td></tr><tr><td> Madeni yağ </td><td> Sigma </td><td> M3516 </td><td></td></tr><tr><td> Dremel aleti </td><td> Dremel </td><td> 8200 </td><td></td></tr></tbody></table>

a lightweight, headphones-based system for manipulating auditory feedback in songbirds

Karmaşık davranışları sırasında duyusal geribildirim deneysel manipülasyonlar motor kontrol ve sensorimotor plastisite 1 yatan hesaplamalar içine değerli bilgiler sağlamıştır. Deneyimli geribildirim hatayı azaltmak ileribeslemeli motor kontrol değişiklikleri yansıtan motor çıkış içinde kompansatuar değişiklikler, tutarlı duyusal tedirginlikler sonucu. Farklı duyusal geribildirim hatalar insan davranışını nasıl etkilediğini niceleme olarak, önceki çalışmalarda görsel sinyaller kol hareketleri 2,3 recalibrate ve işitsel geribildirim konuşma üretiminin 4-7 değiştirmek için kullanılır nasıl kullanıldığını incelemiş bulunuyoruz. Bu yaklaşımın gücü deneyci üretiminde deneyimli hatalar motor çıkışı yeniden kalibre etmek için nasıl kullanıldığını gözlemlemek için izin, davranış natüralist hataları taklit yeteneğini dayanmaktadır. Songbirds sensorimotor kontrolü ve plastisite 8,9 nöral temelini araştırmak için mükemmel bir hayvan modeli sunmak </sup&gt;. Songbird Beyin şarkı öğrenme için gerekli alanlar mekansal şarkı üretimi için gerekli olan ayrılır ve nöral kayıt ve lezyon çalışmaları farklı beyin bölgeleri 9-12 vokal davranışları nasıl katkıda anlamada önemli ilerlemeler kaydetmiştir hangi bir iyi tanımlanmış devresi sağlar . Ancak, natüralist hata düzeltme paradigma eksikliği - bilinen bir akustik parametre deneyci tarafından tedirgin ve sonra songbird tarafından düzeltilmiş olduğu - zor Vokal öğrenme temel hesaplamalar veya nasıl nöral devrenin farklı unsurları katkıda anlamak için yapmış vokal hatalar 13 düzeltme. Burada anlatılan tekniği Vokal öğrenme sürmek için kullanılabilir keyfi duyusal hataların alınmasını sağlayan, şarkı kuşlar işitsel geribildirim hatalar üzerinde deneyci hassas kontrol sağlar. Sistemde, ses işleme donanımları için bilinen bir pertürbasyon tanıtmak için kullanılırşarkı, ve küçültülmüş bir kulaklık aygıtının akustik gerçek zamanlı olarak tedirgin sinyali ile bir songbird doğal işitsel geri besleme değiştirmek için kullanılır. Biz yetişkin kuşlar hata düzeltme 14 kullanılarak vokal performansı korumak ilk gösteri sağlayarak, yetişkin ötücü işitsel geribildirim temel frekans (pitch) kaygılandırmaya Bu paradigma kullandık. Mevcut protokol sesli öğrenme hesaplama ve nörofizyolojik olarak araştırmak için duyusal geribesleme düzensizliklerin (adım da dahil olmak üzere ancak bunlarla sınırlı olmayan kaymalar) geniş bir yelpazede uygulamak için kullanılabilir.

Şekil 6, bir yetişkin Bengalese ispinoz üzerinde gerçekleştirilen bir temsili deney gösterir. Burada, kulaklık sistemi 16 gün boyunca bir yarım ton (mutlak frekans olarak yaklaşık% 6 değişimi temsil eden bir oktav, bir onikinci) ile işitsel geri besleme aralığı arttırmak için kullanılmıştır. Bu manipülasyon tüm şarkı hece (renkli satır) sahada kademeli olarak azaltılması ile sonuçlanmıştır. Vokal Motor programında bu değişiklik belirgin vokal hataları düzeltmek için işitsel geribildirim kuş bağımlılığını gösteren kuş (kesikli çizgi), yaşadığı işitsel hata azalmasıyla sonuçlanmıştır. Pitch shift gün 16 sonra kaldırıldığı zaman, şarkının perde sonunda başlangıca geri döndü. Şekil 6 &#39;da gösterilen veriler, eksik adaptasyon yansıtan tipiktir. Işitsel geribildirim sahada 1.0 semitones kaydırılacak rağmen Burada, kuş sadece yaklaşık 0,4 sem ile yaptığı şarkının adım değiştiitones. Türler ve sistemler karşısında, eksik adaptasyon sanal geribildirim tek bir duyusal modalite 5,15 karıştırmayı amaçlar norm ve ötücü devam etmekte olan vokal performansı değerlendirirken mevcut paradigma olasılıkla nonauditory (örn. proprioseptif) sinyalleri bir kısmi güven yansıtır. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig1.jpg" /> Şekil 1. Kulaklıklar çerçeve montaj. a. Crossbar derleme. Gösterildiği gibi epoksi yapıştırıcı (mavi) kullanarak vida, kol demiri, hex fındık, ve şırınga iğneleri (kırmızı) takın. Vidalar için yapıştırma gelen epoksi önlemek için mineral yağ ile her vidanın ucu (yeşil) Kapak. B. Earbud montaj. , Sonrası takın silindir ve köpük ped (turuncu) epoksi ile. C. Montaj kulaklıklar çerçeve. Ameliyat öncesinde, kulakiçi yoluyla iplik stereotaksi earbars (siyah). Epoksi veya diş akrilik kullanarak kafatasına enine takın (mavi), sonra yavaşça kuş başı karşı köpük pedler basın timsah klipleri kullanarak enine için kulaklık takın. d. Sol, üst direğe ve kuş kafasına kulakiçi konumlandırma gösteren yan görünüm. Sağ, kulaklık çerçeve sonra kafatasına bağlı altıgen somun montajı yan görünüm vidaları ayırarak kaldırıldı. Tüm panelleri b ilgilidir Ölçü çubuğu. <img alt="Şekil 2," src="/files/ftp_upload/50027/50027fig2.jpg" /> Şekil 2. Elektronik montaj. bir. karbon fiber silindir ve uzunluğuna kesme pipet ucu bir hurda parçası içine bir pipet ucu takarak bir adaptör olun. b. Epoksi, yapıştırıcı bir konuşmacı ve kulaklık mikrofon kullanarak birlikte bir bant ile ayrılır. C. Tutkal hoparlör üzerine adaptörü (gösterilen) ve hoparlör / telefon mikrofon bileşeni. D. Bir konnektör şerit s hoparlör ve kulaklık mikrofon Lehim tellerikulaklık çerçevesinin üstüne ocket ve tutkal soketi. Beyaz nokta, bağlayıcı şerit soket hizalama işareti. E. Hoparlörler, kulaklık mikrofon, ve soket arasındaki bağlantıları gösteren kablolama şeması. <img alt="Şekil 3" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig3.jpg" /> Şekil 3,. Montaj Kurşun. a. bir bağlayıcı şerit başlık ve bir arada tel örgü bir tarafına pimlere tel lehimleme dört 15 santimetrelik uzunluklarına göre bir esnek kurşun imal. Komütatör bağlanırken bir adaptöre kurşun tellerin Lehim diğer ucunu. Beyaz nokta, bağlayıcı şerit başlığını hizalama işareti. B. Kulaklık hoparlör, güç kulaklık mikrofon için değişmiş işitsel geribildirim taşımak ve kulaklık mikrofon sinyalleri kaydetmek için kulaklık konektörü şerit prizine takın kurşun. Doğru bağlantı sağlamak için bağlayıcı şerit üstbilgi ve soket üzerindeki noktalar hizalayın. Şekil 4. Devre özeti. Flowchart özetleme sistemi bağlantısı. Üç veri kanalı kayıt (1) kaydırılmamış kafes mikrofon sinyal, (2) kulaklık hoparlörleri gönderilen zifiri kaymıştır sinyal ve kulaklık mikrofon tarafından kaydedilir (3) ses dalga biçimi bir kopyasını. Preamp, mikrofon preamplifikatörü; LPF, low-pass filtre. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/50027/50027fig5.jpg" /> Şekil 5,. Sistemi test. bir ses. Spektrogramlar üç veri kanalı kaydedilir. Her veri kanalı üç şarkı hece gösterir. Rengi her zaman ve akustik frekans gücü temsil eder. B. O zaman güç spektrumu içinde bir kırmızı dikey çizgiler ile gösterilir. Kulaklık mikrofon spektrumu (yeşil) zirveleri th zirveleri maç unutmayınE zifiri kaymıştır (kırmızı) yerine kuşun kulağına ulaşan ses kaymıştır geribildirim hakim olduğunu belirten kaydırılmamış (siyah) sinyali, daha. <img alt="Şekil 6" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig6.jpg" /> Şekil 6. Vokal öğrenme sürücü kulaklık sistemi kullanarak. Yetişkin bir Bengalese ispinozu Vokal hata düzeltme. Renkli çizgiler kulaklık sistemi bir yarım ton ile işitsel geribildirim yukarı perde kaydırmak için kullanılan hangi bir 16 günlük süre (gri kutu) sırasında yedi farklı şarkı hecelerin perdesinde değişiklikler göstermektedir. Katı siyah çizgi, tüm şarkı hece arasında perde değiştirme anlamına gelir. Kesik siyah çizgi vardiya çağı sırasında öznenin yaşadığı ortalama hatve hata gösterir. Şarkı perdesinde değişim deneyimli aralık hatası azaltmak için hizmet unutmayın. Pitch shift gün 17 sahada yaklaşımlar temel üzerinde sıfır geri kuruldu sonra. Günde 24 kulaklık kaldırılır ve edildiO zaman sahada kendi temel değerine geri kurtarıldı vardı hangi günde 46 üzerinde yerini aldı.

Watch this Scientific Journal Video about A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds at JoVE.com

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

Biz manipüle akustik sinyal ile songbird doğal işitsel geribildirim değiştirmek için uygun minyatür kulaklık tasarımı ve montajı anlatılmaktadır. Çevrimiçi ses işleme donanımı, şarkı çıkış işlemek kulaklık aracılığıyla işitsel geribildirim gerçek zamanlı hataları tanıtmak ve vokal motor öğrenme sürmek için kullanılır.

Songbirds İşitsel Geribildirim kurgulama için Hafif, Kulaklıklar tabanlı Sistemi

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

a-lightweight-headphones-based-system-for-manipulating-auditory

Research

JoVE Journal

Neuroscience

14.2K Görüntüleme.  Emory University. Biz manipüle akustik sinyal ile songbird doğal işitsel geribildirim değiştirmek için uygun minyatür kulaklık tasarımı ve montajı anlatılmaktadır. Çevrimiçi ses işleme donanımı, şarkı çıkış işlemek kulaklık aracılığıyla işitsel geribildirim gerçek zamanlı hataları tanıtmak ve vokal motor öğrenme sürmek için kullanılır.

Video: A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

Efficient Derivation of Human Neuronal Progenitors and Neurons from Pluripotent Human Embryonic Stem Cells with Small Molecule Induction

There is a large unfulfilled need for a clinically-suitable human neuronal cell source for repair or regeneration of the damaged central nervous system (CNS) structure and circuitry in today's healthcare industry. Cell-based therapies hold great promise to restore the lost nerve tissue and function for CNS disorders. However, cell therapies based on CNS-derived neural stem cells have encountered supply restriction and difficulty to use in the clinical setting due to their limited expansion ability in culture and failing plasticity after extensive passaging1-3. Despite some beneficial outcomes, the CNS-derived human neural stem cells (hNSCs) appear to exert their therapeutic effects primarily by their non-neuronal progenies through producing trophic and neuroprotective molecules to rescue the endogenous cells1-3. Alternatively, pluripotent human embryonic stem cells (hESCs) proffer cures for a wide range of neurological disorders by supplying the diversity of human neuronal cell types in the developing CNS for regeneration1,4-7. However, how to channel the wide differentiation potential of pluripotent hESCs efficiently and predictably to a desired phenotype has been a major challenge for both developmental study and clinical translation. Conventional approaches rely on multi-lineage inclination of pluripotent cells through spontaneous germ layer differentiation, resulting in inefficient and uncontrollable lineage-commitment that is often followed by phenotypic heterogeneity and instability, hence, a high risk of tumorigenicity7-10. In addition, undefined foreign/animal biological supplements and/or feeders that have typically been used for the isolation, expansion, and differentiation of hESCs may make direct use of such cell-specialized grafts in patients problematic11-13. To overcome these obstacles, we have resolved the elements of a defined culture system necessary and sufficient for sustaining the epiblast pluripotence of hESCs, serving as a platform for de novo derivation of clinically-suitable hESCs and effectively directing such hESCs uniformly towards clinically-relevant lineages by small molecules14 (please see a schematic in Fig. 1). Retinoic acid (RA) does not induce neuronal differentiation of undifferentiated hESCs maintained on feeders1, 14. And unlike mouse ESCs, treating hESC-differentiated embryoid bodies (EBs) only slightly increases the low yield of neurons1, 14, 15. However, after screening a variety of small molecules and growth factors, we found that such defined conditions rendered retinoic acid (RA) sufficient to induce the specification of neuroectoderm direct from pluripotent hESCs that further progressed to neuroblasts that generated human neuronal progenitors and neurons in the developing CNS with high efficiency (Fig. 2). We defined conditions for induction of neuroblasts direct from pluripotent hESCs without an intervening multi-lineage embryoid body stage, enabling well-controlled efficient derivation of a large supply of human neuronal cells across the spectrum of developmental stages for cell-based therapeutics.

We have established a protocol for induction of neuroblasts direct from pluripotent human embryonic stem cells maintained under defined conditions with small molecules, which enables derivation of a large supply of human neuronal progenitors and neuronal cell types in the developing CNS for neural repair.

Küçük Molekül İndüksiyon Pluripotent İnsan Embriyonik Kök Hücreleri İnsan Nöronal atalarıdır ve Nöronlar Verimli türetilmesi

There is a large unfulfilled need for a clinically-suitable human neuronal cell source for repair or regeneration of the damaged central nervous system ...

Nörobilim

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

Yüksek alan fMRI kullanılarak Yetişkin kedilerde işitme korteksi Fonksiyonel Görüntüleme

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted deaf subjects1-6. Nonetheless, sound coding with current CIs has poor frequency and intensity resolution due to broad current spread from each electrode contact activating a large number of SGNs along the tonotopic axis of the cochlea7-9. Optical stimulation is proposed as an alternative to electrical stimulation that promises spatially more confined activation of SGNs and, hence, higher frequency resolution of coding. In recent years, direct infrared illumination of&#160;the cochlea has been used to evoke responses in the auditory nerve10. Nevertheless it requires higher energies than electrical stimulation10,11 and uncertainty remains as to the underlying mechanism12. Here we describe a method based on optogenetics to stimulate SGNs with low intensity blue light, using transgenic mice with neuronal expression of channelrhodopsin 2 (ChR2)13 or virus-mediated expression of the ChR2-variant CatCh14. We used micro-light emitting diodes (&#181;LEDs) and fiber-coupled lasers to stimulate ChR2-expressing SGNs through a small artificial opening (cochleostomy) or the round window. We assayed the responses by scalp recordings of light-evoked potentials (optogenetic auditory brainstem response: oABR) or by microelectrode recordings from the auditory pathway and compared them with acoustic and electrical stimulation.

Cochlear implants (CIs) enable hearing by direct electrical stimulation of the auditory nerve. However, poor frequency and intensity resolution limits the quality of hearing with CIs. Here we describe optogenetic stimulation of the auditory nerve in mice as an alternative strategy for auditory research and developing future CIs.

İşitsel Sinir optogenetic uyarılması

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

Extracellular Recording of Neuronal Activity Combined with Microiontophoretic Application of Neuroactive Substances in Awake Mice

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and awake animals. Therefore, methods allowing the manipulation of synaptic systems in awake animals are required in order to determine the contribution of synaptic inputs to neuronal processing unaffected by anesthetics. Here, we present methodology for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. By combining these procedures, we performed microiontophoretic injections of gabazine to selectively block GABAA receptors in neurons of the inferior colliculus of head-restrained mice. Gabazine successfully modified neural response properties such as the frequency response area and stimulus-specific adaptation. Thus, we demonstrate that our methods are suitable for recording single-unit activity and for dissecting the role of specific neurotransmitter receptors in auditory processing.
The main limitation of the described procedure is the relatively short recording time (~3 hr), which is determined by the level of habituation of the animal to the recording sessions. On the other hand, multiple recording sessions can be performed in the same animal. The advantage of this technique over other experimental procedures used to manipulate the level of neurotransmission or neuromodulation (such as systemic injections or the use of optogenetic models), is that the drug effect is confined to the local synaptic inputs to the target neuron. In addition, the custom-manufacture of electrodes allows adjustment of specific parameters according to the neural structure and type of neuron of interest (such as the tip resistance for improving the signal-to-noise ratio of the recordings).

We present methods for the construction of electrodes to simultaneously record extracellular neural activity and release multiple neuroactive substances at the vicinity of the recording sites in awake mice. This technique allows the detailed analysis of putative local synaptic inputs to the neuron of interest.

Uyanık Farelerde Nöroaktif Maddelerin Microiontophoretic Uygulaması ile birlikte Nöronal Faaliyet dışı Kaydı

Differences in the activity of neurotransmitters and neuromodulators, and consequently different neural responses, can be found between anesthetized and ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has provided important insights into fundamental processes of the brain like cognition, learning, and motor control. However, this approach cannot provide causal evidence for the involvement of brain areas of interest. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a powerful, noninvasive tool for studying the human brain that can overcome this limitation by transiently modifying brain activity. Here, we highlight recent advances using a paired-pulse, dual-site TMS method with two coils that causally probes cortico-cortical interactions in the human motor system during different task contexts. Additionally, we describe a dual-site TMS protocol based on cortical paired associative stimulation (cPAS) that transiently enhances synaptic efficiency in two interconnected brain areas by applying repeated pairs of cortical stimuli with two coils. These methods can provide a better understanding of the mechanisms underlying cognitive-motor function as well as a new perspective on manipulating specific neural pathways in a targeted fashion to modulate brain circuits and improve behavior. This approach may prove to be an effective tool to develop more sophisticated models of brain-behavior relations and improve diagnosis and treatment of many neurological and psychiatric disorders.

This article describes new approaches to measure and strengthen functionally specific neural pathways with transcranial magnetic stimulation. These advanced noninvasive brain stimulation methodologies can provide new opportunities for the understanding of brain-behavior relations and development of new therapies to treat brain disorders.

Transkraniyal Manyetik Stimülasyon ile İnsan Motor Sisteminde İşlevsel Olarak Spesifik Nöral Yolların Ölçülmesi ve Manipüle Edilmesi

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...

Applying the RatWalker System for Gait Analysis in a Genetic Rat Model of Parkinson's Disease

Parkinson's disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder caused by the loss of dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra pars compacta. Gait abnormalities, including decreased arm swing, slower walking speed, and shorter steps are common in PD patients and appear early in the course of disease. Thus, the quantification of motor patterns in animal models of PD will be important for phenotypic characterization during disease course and upon therapeutic treatment. Most cases of PD are idiopathic; however, the identification of hereditary forms of PD uncovered gene mutations and variants, such as loss-of-function mutations in Pink1 and Parkin, two proteins involved in mitochondrial quality control that could be harnessed to create animal models. While mice are resistant to neurodegeneration upon loss of Pink1 and Parkin (single and combined deletion), in rats, Pink1 but not Parkin deficiency leads to nigral DA neuron loss and motor impairment. Here, we report the utility of FTIR imaging to uncover gait changes in freely walking young (2 months of age) male rats with combined loss of Pink1 and Parkin prior to the development of gross visually apparent motor abnormality as these rats age (observed at 4-6 months), characterized by hindlimb dragging as previously reported in Pink1 knockout (KO) rats.

Here we describe the RatWalker system, built by redesigning the MouseWalker apparatus to accommodate for the increased size and weight of rats. This system uses frustrated total internal reflection (FTIR), high-speed video capture, and open-access analysis software to track and quantify gait parameters.

Parkinson Hastalığının Genetik Sıçan Modelinde Yürüme Analizi için RatWalker Sisteminin Uygulanması

Parkinson's disease (PD) is a progressive neurodegenerative disorder caused by the loss of dopaminergic (DA) neurons in the substantia nigra pars ...

Stereocilia Bundle Imaging with Nanoscale Resolution in Live Mammalian Auditory Hair Cells

Inner ear hair cells detect sound-induced displacements and transduce these stimuli into electrical signals in a hair bundle that consists of stereocilia that are arranged in rows of increasing height. When stereocilia are deflected, they tug on tiny (~5 nm in diameter) extracellular tip links interconnecting stereocilia, which convey forces to the mechanosensitive transduction channels. Although mechanotransduction has been studied in live hair cells for decades, the functionally important ultrastructural details of the mechanotransduction machinery at the tips of stereocilia (such as tip link dynamics or transduction-dependent stereocilia remodeling) can still be studied only in dead cells with electron microscopy. Theoretically, scanning probe techniques, such as atomic force microscopy, have enough resolution to visualize the surface of stereocilia. However, independent of imaging mode, even the slightest contact of the atomic force microscopy probe with the stereocilia bundle usually damages the bundle. Here we present a detailed protocol for the hopping probe ion conductance microscopy (HPICM) imaging of live rodent auditory hair cells. This non-contact scanning probe technique allows time lapse imaging of the surface of live cells with a complex topography, like hair cells, with single nanometers resolution and without making physical contact with the sample. The HPICM uses an electrical current passing through the glass nanopipette to detect the cell surface in close vicinity to the pipette, while a 3D-positioning piezoelectric system scans the surface and generates its image. With HPICM, we were able to image stereocilia bundles and the links interconnecting stereocilia in live auditory hair cells for several hours without noticeable damage. We anticipate that the use of HPICM will allow direct exploration of ultrastructural changes in the stereocilia of live hair cells for better understanding of their function.

Here we present a protocol for the Hopping Probe Ion Conductance Microscopy (HPICM), a non-contact scanning probe technique that allows nanoscale imaging of stereocilia bundles in live auditory hair cells.

Canlı Memeli İşitsel Saç Hücrelerinde Nano ölçekli Çözünürlüğe Sahip Stereosilia Bundle Görüntüleme

Inner ear hair cells detect sound-induced displacements and transduce these stimuli into electrical signals in a hair bundle that consists of stereocilia ...

Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings

Multichannel electrode arrays offer insight into the working brain and serve to elucidate neural processes at the single-cell and circuit levels. Development of these tools is crucial for understanding complex behaviors and cognition and for advancing clinical applications. However, it remains a challenge to densely record from cell populations stably and continuously over long time periods. Many popular electrodes, such as tetrodes and silicon arrays, feature large cross-diameters that produce damage upon insertion and elicit chronic reactive tissue responses associated with neuronal death, hindering the recording of stable, continuous neural activity. In addition, most wire bundles exhibit broad spacing between channels, precluding simultaneous recording from a large number of cells clustered in a small area. The carbon fiber microelectrode arrays described in this protocol offer an accessible solution to these concerns. The study provides a detailed method for fabricating carbon fiber microelectrode arrays that can be used for both acute and chronic recordings in vivo. The physical properties of these electrodes make them ideal for stable and continuous long-term recordings at high cell densities, enabling the researcher to make robust, unambiguous recordings from single units across months.

Construction and Implementation of Carbon Fiber Microelectrode Arrays for Chronic and Acute In Vivo Recordings

This protocol describes a procedure for constructing carbon fiber microelectrode arrays for chronic and acute in vivo electrophysiological recordings in mouse (Mus musculus) and ferret (Mustela putorius furo) from multiple brain regions. Each step, following the purchase of raw carbon fibers to microelectrode array implantation, is described in detail, with emphasis on microelectrode array construction.

Kronik ve Akut In Vivo Kayıtlar için Karbon Fiber Mikroelekrod Dizilerinin yapımı ve uygulanması

Multichannel electrode arrays offer insight into the working brain and serve to elucidate neural processes at the single-cell and circuit levels. ...

Evaluation of Auditory Brainstem Response in Chicken Hatchlings

The auditory brainstem response (ABR) is an invaluable assay in clinical audiology, non-human animals, and human research. Despite the widespread use of ABRs in measuring auditory neural synchrony and estimating hearing sensitivity in other vertebrate model systems, methods for recording ABRs in the chicken have not been reported in nearly four decades. Chickens provide a robust animal research model because their auditory system is near functional maturation during late embryonic and early hatchling stages. We have demonstrated methods used to elicit one or two-channel ABR recordings using subdermal needle electrode arrays in chicken hatchlings. Regardless of electrode recording configuration (i.e., montage), ABR recordings included 3-4 positive-going peak waveforms within the first 6 ms of a suprathreshold click stimulus. Peak-to-trough waveform amplitudes ranged from 2-11 &#181;V at high-intensity levels, with positive peaks exhibiting expected latency-intensity functions (i.e., increase in latency as a function of decreased intensity). Standardized earphone position was critical for optimal recordings as loose skin can occlude the ear canal, and animal movement can dislodge the stimulus transducer. Peak amplitudes were smaller, and latencies were longer as animal body temperature lowered, supporting the need for maintaining physiological body temperature. For young hatchlings (&#60;3 h post-hatch day 1), thresholds were elevated by ~5 dB, peak latencies increased ~1-2 ms, and peak to trough amplitudes were decreased ~1 &#181;V compared to older hatchlings. This suggests a potential conductive-related issue (i.e., fluid in the middle ear cavity) and should be considered for young hatchlings. Overall, the ABR methods outlined here permit accurate and reproducible recording of in-vivo auditory function in chicken hatchlings that could be applied to different stages of development. Such findings are easily compared to human and mammalian models of hearing loss, aging, or other auditory-related manipulations.

We have used standard auditory brainstem response (ABR) techniques and applied them to hatchling chickens, a precocious avian model for auditory function. The protocol outlines animal preparation and ABR acquisition techniques in detail, with steps that could translate to other avian or rodent models.

Tavuk Yavrularında İşitsel Beyin Sapı Yanıtının Değerlendirilmesi

The auditory brainstem response (ABR) is an invaluable assay in clinical audiology, non-human animals, and human research. Despite the widespread use of ...

Dissecting Cell-Autonomous Function of Fragile X Mental Retardation Protein in an Auditory Circuit by In Ovo Electroporation

Fragile X mental retardation protein (FMRP) is an mRNA-binding protein that regulates local protein translation. FMRP loss or dysfunction leads to aberrant neuronal and synaptic activities in fragile X syndrome (FXS), which is characterized by intellectual disability, sensory abnormalities, and social communication problems. Studies of FMRP function and FXS pathogenesis have primarily been conducted with Fmr1 (the gene encoding FMRP) knockout in transgenic animals. Here we report an in vivo method for determining the cell-autonomous function of FMRP during the period of circuit assembly and synaptic formation using chicken embryos. This method employs stage-, site-, and direction-specific electroporation of a drug-inducible vector system containing Fmr1 small hairpin RNA (shRNA) and an EGFP reporter. With this method, we achieved selective FMRP knockdown in the auditory ganglion (AG) and in one of its brainstem targets, the nucleus magnocellularis (NM), thus providing a component-specific manipulation within the AG-NM circuit. Additionally, the mosaic pattern of the transfection allows within-animal controls and neighboring neuron/fiber comparisons for enhanced reliability and sensitivity in data analyzing. The inducible vector system provides temporal control of gene editing onset to minimize accumulating developmental effects. The combination of these strategies provides an innovative tool to dissect the cell-autonomous function of FMRP in synaptic and circuit development.

Dissecting Cell-Autonomous Function of Fragile X Mental Retardation Protein in an Auditory Circuit by In Ovo Electroporation

Using in ovo electroporation, we devised a method to selectively transfect the auditory inner ear and cochlear nucleus in chicken embryos to achieve a cell-group-specific knockdown of fragile X mental retardation protein during discrete periods of circuit assembly.