Name: a fully automated and highly versatile system for testing multi-cognitive functions and recording neuronal activities in rodents
Uploaded: 2012-05-03T12:00:00
Duration: 9 min 13 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Neurovidenskaber Grundforskningsfond og tilskud fra Blasker-Rose-Miah Fund af The San Diego Foundation og The G. Harold og Leila Y. Mathers Charitable Foundation.

<ol>
	<li>Zheng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Auditory+map+reorganization+and+pitch+discrimination+in+adult+rats+chronically+exposed+to+low-level+ambient+noise.">Auditory map reorganization and pitch discrimination in adult rats chronically exposed to low-level ambient noise.</a> Front. Syst.Neurosci. 6, 65 (2012).</li><li>Talwar, S. K., Gerstein, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Auditory+frequency+discrimination+in+the+white+rat.">Auditory frequency discrimination in the white rat.</a> Hear Res. 126, 135-150 (1998).</li><li>Talwar, S. K., Gerstein, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+signal+detection+analysis+of+auditory-frequency+discrimination+in+the+rat.">A signal detection analysis of auditory-frequency discrimination in the rat.</a> J. Acoust. Soc. Am. 105, 1784-1800 (1999).</li><li>Sloan, A. M., Dodd, O. T., Rennaker, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+discrimination+in+rats+measured+with+tone-step+stimuli+and+discrete+pure+tones.">Frequency discrimination in rats measured with tone-step stimuli and discrete pure tones.</a> Hear Res. 251, 60-69 (2009).</li><li>Syka, J., Rybalko, N., Brozek, G., Jilek, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Auditory+frequency+and+intensity+discrimination+in+pigmented+rats.">Auditory frequency and intensity discrimination in pigmented rats.</a> Hear Res. 100, 107-113 (1996).</li><li>Eldar, E., Morris, G., Niv, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+motivation+on+response+rate:+A+hidden+semi-Markov+model+analysis+of+behavioral+dynamics.">The effects of motivation on response rate: A hidden semi-Markov model analysis of behavioral dynamics.</a> J. Neurosci. Methods. , (2011).</li><li>Bieszczad, K. M., Weinberger, N. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+strategy+trumps+motivational+level+in+determining+learning-induced+auditory+cortical+plasticity.">Learning strategy trumps motivational level in determining learning-induced auditory cortical plasticity.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 93, 229-239 (2010).</li><li>Sagvolden, T. I. m. p. u. l. s. i. v. e. n. e. s. s., overactivity, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=poorer+sustained+attention+improve+by+chronic+treatment+with+low+doses+of+l-amphetamine+in+an+animal+model+of+Attention-Deficit/Hyperactivity+Disorder+(ADHD).">poorer sustained attention improve by chronic treatment with low doses of l-amphetamine in an animal model of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder (ADHD).</a> Behav. Brain Funct. 7, 6 (2011).</li><li>Sagvolden, T., Johansen, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rat+Models+of+ADHD.">Rat Models of ADHD.</a> Curr. Top Behav. Neurosci. , (2011).</li><li>Brown, D. C., Nichols, J. A., Thomas, F., Dinh, L., Atzori, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nicotinic+modulation+of+auditory+attentional+shift+in+the+rat.">Nicotinic modulation of auditory attentional shift in the rat.</a> Behavioural brain research. 210, 273-279 (2010).</li><li>Johnson, K. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensory+discrimination:+neural+processes+preceding+discrimination+decision.">Sensory discrimination: neural processes preceding discrimination decision.</a> J. Neurophysiol. 43, 1793-1815 (1980).</li><li>Johnson, K. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensory+discrimination:+decision+process.">Sensory discrimination: decision process.</a> J. Neurophysiol. 43, 1771-1792 (1980).</li><li>Fraser, L. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+anxiety-+and+locomotion-related+behaviours+in+mice:+a+new+way+of+using+old+tests.">Measuring anxiety- and locomotion-related behaviours in mice: a new way of using old tests.</a> Psychopharmacology (Berl). 211, 99-112 (2010).</li><li>Hui, G. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditioned+tone+control+of+brain+reward+behavior+produces+highly+specific+representational+gain+in+the+primary+auditory+cortex.">Conditioned tone control of brain reward behavior produces highly specific representational gain in the primary auditory cortex.</a> Neurobiology of Learning and Memory. 92, 27-34 (2009).</li><li>Feduccia, A. A., Duvauchelle, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Auditory+stimuli+enhance+MDMA-conditioned+reward+and+MDMA-induced+nucleus+accumbens+dopamine,+serotonin+and+locomotor+responses.">Auditory stimuli enhance MDMA-conditioned reward and MDMA-induced nucleus accumbens dopamine, serotonin and locomotor responses.</a> Brain Res. Bull. 77, 189-196 (2008).</li><li>Kudoh, M., Shibuki, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sound+sequence+discrimination+learning+motivated+by+reward+requires+dopaminergic+D2+receptor+activation+in+the+rat+auditory+cortex.">Sound sequence discrimination learning motivated by reward requires dopaminergic D2 receptor activation in the rat auditory cortex.</a> Learning &amp; Memory. 13, 698-69 (2006).</li><li>Shiflett, M. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cue-elicited+reward-seeking+requires+extracellular+signal-regulated+kinase+activation+in+the+nucleus+accumbens.">Cue-elicited reward-seeking requires extracellular signal-regulated kinase activation in the nucleus accumbens.</a> J. Neurosci. 28, 1434-1443 (2008).</li></ol>

Produktion og fri adgang for denne video-artikel er sponsoreret af Med Associates, Inc.

Et kritisk aspekt i konstruktionen af ​​enhver auditiv adfærdsmæssige opgave er eliminering af uønskede lyde som følge af spredning og afbøjning i testmiljøet. Dårlig lyd kontrol kan have en betydelig effekt på adfærden blive afprøvet og vil frembringe vildledende eller endda uninterpretable resultater. Den adfærdsmæssige kammer anvendt i den her beskrevne system er specielt udformet til at være akustisk transparent for at undgå lyd afbøjning fra kammervæggene. Faktisk målt fra midten af ​​kammeret, lyden udbøjning var effektivt upåviselig (data ikke vist). Selv om vi udviklet dette system hovedsagelig for at studere den auditive system, kan det let tilpasses af andre forskere at undersøge andre sensoriske systemer. Modifikationer kan gøres let på både software og hardware til forskellige opgaver uden at ændre den samlede konfiguration af systemet. Den modulære betjeningspanelet gør systemet især versatile ved tillader tilsætning og / eller substitution af forskellige indretninger til nye adfærdsmæssige opgaver. For eksempel kan olfaktoriske adfærdsmæssige opgaver, der skal implanteres ved afgivelse olfaktoriske stimulus ind i næsen sækken indretningen. De fem Valget oplyste næse poke væggen med lugtesansen stimulus fra MED Associates (ENV-115A-AF) kan nemt installeres på betjeningspanelet for komplekse olfaktoriske opgaver. Desuden kan alle operant indretninger let udskiftes med dem, der er udformet til mus uden at ændre konfigurationen af ​​systemet. Præcis tidsmæssig styring af hver operant enhed, såvel som høj opløsning registrering af enkelte begivenheder i en given retssag, muliggør nøjagtig manipulation af de enheder, for tilpasning af design af adfærdsmæssige opgaver at løse forskellige kognitive hjernefunktioner (se nedenfor). Når det kombineres med neuronal aktivitet optagelse, kan en rig variation af emner inden for neurovidenskab blive undersøgt med dette system. For eksempel i enuditory opgave er beskrevet ovenfor, kan de følgende spørgsmål i relation til hjernens kognitive funktioner undersøges i et enkelt forsøg: (1). Motivation: Eftersom hvert forsøg initieres ved dyrets &quot;selvmotiverende&quot; næse-sækken virkning (fig. 5A-a og figur 3), kan motivation således vurderes kvantitativt ved at måle det samlede antal forsøg udført af et dyr i en given session, eller antallet af på hinanden følgende forsøg udført 6,7. (2). OBS: Nøglen til at opnå en belønning i en retssag er korrekt at genkende de auditive signaler. I omkring 25% af rotter, der ikke kunne blive uddannet til at udføre opgaven, manglende varetagelse af de auditive signaler var den vigtigste faktor. I modsætning hertil, i de rotter, der har lært opgaven en momentan pause på adfærd var tydelig i løbet af auditive cue fremstilling (se figur 5A-B og figur 3). Ved at bruge dette system, er det således muligt at (i) skærm rotter for &quot;opmærksomhed definiCITS &quot;og (ii) undersøge neurale mekanismer af opmærksomhed, når det kombineres med neuronale optagelser, mens dyret er deltager til de auditive køer 8-10. (3). Afgørelse: Ved genkendelse af de auditive signaler, er dyret at bestemme, hvilke retning dreje at nærme det korrekte armen inden for en begrænset tid (Figur 5A-C). Det er således også en effektiv paradigme for at studere beslutningstagning 11,12. (4). Tålmodighed: Timingen af vægtstangen forlængelse kan styres således, at dyret skal vente for armen efter ankomst til stedet, hvor håndtaget vil strække (fig. 5A-D). Ved at variere længden af venter, kan omfanget af dyrets tålmodighed testes og kvantificeres 13. (5). Belønning: Det endelige mål med opgaven er at opnå belønning (Figur 5A-e og figur 3). Adfærdsmæssige opgaver ved hjælp af dette system kan såledeslet designet til at studere mange aspekter af belønning beslutningsprocedure spørgsmål og funktion af værdien i hjernen 14-17.

a fully automated and highly versatile system for testing multi-cognitive functions and recording neuronal activities in rodents

Vi har udviklet et fuldt automatiseret system for operant adfærd test og neuronal aktivitet, registrering, som flere kognitive hjernefunktioner kan blive undersøgt i en enkelt opgave sekvens. Det unikke ved dette system er en specialfremstillet, akustisk transparent kammer, som eliminerer mange af de spørgsmål i forbindelse med auditive cue kontrol i de fleste kommercielt tilgængelige kamre. Den lethed, hvormed operant enheder kan tilføjes eller udskiftes gør systemet meget alsidig, giver mulighed for gennemførelse af en række auditive, visuelle og olfaktoriske adfærdsmæssige opgaver. Automatisering af systemet tillader en fin tidsmæssig (10 ms) kontrol og præcise tids-stempling af hver hændelse i en foruddefineret adfærdsmæssige sekvens. Når det kombineres med en multi-kanal elektrofysiologi registreringssystem, flere kognitive hjernefunktioner, såsom motivation, opmærksomhed, beslutningstagning, tålmodighed, og belønninger, kan undersøges sekventielt eller uafhængigt.

Watch this Scientific Journal Video about A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents at JoVE.com

A Fully Automated and Highly Versatile System for Testing Multi-cognitive Functions and Recording Neuronal Activities in Rodents

I denne rapport præsenterer vi et fuldt automatiseret og meget alsidigt system i stand til samtidigt at teste multi-kognitive adfærd og registrering neuronale aktiviteter for gnavere.

En fuldt automatiseret og meget alsidige system for afprøvning Multi-kognitive funktioner og registrering af Neurale Aktiviteter i Gnavere

We have developed a fully automated system for operant behavior testing and neuronal activity recording by which multiple cognitive brain functions can be ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Automated Sholl Analysis of Digitized Neuronal Morphology at Multiple Scales

Neuronal morphology plays a significant role in determining how neurons function and communicate1-3.  Specifically, it affects the ability of neurons to ...

Cryopreservation of Cortical Tissue Blocks for the Generation of Highly Enriched Neuronal Cultures

In this study, we outline a standardized protocol for the successful cryopreservation and thawing of cortical brain tissue blocks to generate highly ...

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

Effektiv derivering af humane Neuronal progenitorer og neuroner fra Pluripotente humane embryonale stamceller med småmolekyle Induktion

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

Large-scale Recording of Neurons by Movable Silicon Probes in Behaving Rodents

Storstilet Registrering af neuroner ved Flytbare Silicon Probes at opføre sig Gnavere

A major challenge in neuroscience is linking behavior to the collective activity of neural assemblies. Understanding of input-output relationships of ...

Recording and Analysis of Circadian Rhythms in Running-wheel Activity in Rodents

When rodents have free access to a running wheel in their home cage, voluntary use of this wheel will depend on the time of day1-5. Nocturnal rodents, ...

Fast Micro-iontophoresis of Glutamate and GABA: A Useful Tool to Investigate Synaptic Integration

Hurtig Mikro-iontophoresis af glutamat og GABA: et nyttigt redskab til Undersøge Synaptic Integration

One of the fundamental interests in neuroscience is to understand the integration of excitatory and inhibitory inputs along the very complex structure of ...

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Samtidige<em&gt; Ex vivo</em&gt; Functional Test af to nethinder af<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogrammet System

An In vivo electroretinogram (ERG) signal is composed of several overlapping components originating from different retinal cell types, as well as noise ...

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

Ekstracellulær Registrering af neuronal aktivitet Kombineret med Microiontophoretic Anvendelse af Neuroaktive stoffer i Awake mus

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

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Kronisk transkranial elektrisk Stimulation og Intracortical optagelse i rotter

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

Ablation of a Neuronal Population Using a Two-photon Laser and Its Assessment Using Calcium Imaging and Behavioral Recording in Zebrafish Larvae

Ablation af Neuronal indbyggere ved hjælp af en to-foton Laser og dets vurdering ved hjælp af Calcium Imaging og adfærdsmæssige optagelse i zebrafisk larver

To identify the role of a subpopulation of neurons in behavior, it is essential to test the consequences of blocking its activity in living animals. Laser ...