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

Dit werk werd ondersteund door de Neurowetenschappen Research Foundation en toelagen van de Blasker-Rose-Miah Fonds van de San Diego Foundation en De G. Harold en 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>

Productie en vrije toegang van deze video-artikel wordt gesponsord door Med Associates, Inc

Een cruciaal aspect in het ontwerp van een auditieve gedrag taak is de eliminatie van ongewenste geluiden als gevolg van verstrooiing en de doorbuiging van de testomgeving. Slecht geluid controle kan een belangrijke invloed op het gedrag getest en zal produceren misleidend of zelfs niet te interpreteren resultaten. De gedrags-kamer in het systeem hier beschreven is speciaal ontworpen om akoestisch transparant, om het geluid doorbuiging van de wanden te voorkomen. Inderdaad, gemeten vanuit het midden van de kamer, geluid vervorming was effectief detecteerbaar (gegevens niet getoond). Hoewel we dit systeem ontwikkeld, vooral voor het bestuderen van het auditieve systeem, kan deze gemakkelijk worden aangepast door andere onderzoekers naar andere sensorische systemen te bestuderen. Wijzigingen kunnen eenvoudig worden gemaakt op zowel software als hardware voor verschillende taken, zonder dat de totale configuratie van het systeem. De modulaire bedieningspaneel maakt het systeem bijzonder versatile doordat voor toevoeging en / of vervanging van verschillende inrichtingen voor nieuwe gedragstaken. Zo kan olfactorische gedragstaken worden geïmplanteerd leveren olfactorische stimulus in de neus zak apparaat. De vijf keuze verlichte neus poke muur met olfactorische stimulans van de MED Associates (ENV-115A-OF) kan eenvoudig worden geïnstalleerd op het bedieningspaneel voor complexe geur taken. Bovendien kan de operant inrichtingen eenvoudig worden vervangen door die welke zijn ontworpen voor muizen zonder de configuratie van het systeem. Precieze tijdelijke controle van elk operante apparaat, evenals een hoge resolutie opname van enkele gebeurtenissen in een bepaald proces, zodat nauwkeurige manipulatie van de apparaten voor het aanpassen van het ontwerp van gedrags-taken aan verschillende cognitieve functies van de hersenen aan te pakken (zie hieronder). In combinatie met de neuronale activiteit opnemen, kan een rijke verscheidenheid aan onderwerpen op het gebied van neurowetenschappen bestudeerd worden met dit systeem. Bijvoorbeeld in de auditory taak hierboven beschreven, kunnen de volgende vragen met betrekking tot de hersenen cognitieve functies te worden onderzocht in een studie: (1). Motivatie: Omdat elke proef is een initiatief van dier &quot;gemotiveerd&quot; nose-poke actie (Figuur 5A-a en figuur 3), motivatie kan dus kwantitatief worden bepaald door het meten van het totale aantal proeven uitgevoerd door een dier in een bepaalde sessie, of het aantal opeenvolgende proeven uitgevoerd 6,7. (2). Let op: De sleutel voor het verkrijgen van een beloning in een rechtszaak is het correct herkennen van de auditieve cues. In ongeveer 25% van de ratten die niet konden worden opgeleid om de taak uit te voeren, het ontbreken van het bijwonen van de auditieve signalen was de belangrijkste factor. In tegenstelling, in de ratten die leerde de taak, een kortstondige pauze van gedrag was duidelijk tijdens de auditieve cue presentatie (zie Figuur 5A-b en figuur 3). Door dit systeem is het dus mogelijk om (i) screen ratten &quot;attention defiCIT &quot;en (ii) te bestuderen neurale mechanismen van aandacht in combinatie met neuronale opnames terwijl het dier is het bijwonen van de auditieve signalen 8-10. (3). Besluit: Bij de erkenning van de auditieve cues, het dier heeft om te beslissen welke richting in te schakelen om de juiste hefboom te benaderen binnen een beperkte tijd venster (Figuur 5A-c). Het is dus ook een effectieve paradigma voor het bestuderen van de besluitvorming 11,12. (4). Geduld De timing van de hefboom verlenging zodanig kunnen worden bestuurd dat het dier op de hefboom wachten nadat zij op de plaats waar de hefboom zal uitstrekken (Figuur 5A-d). Door variëren van de lengte van het wachten, kan de mate van geduld een dier worden getest en gekwantificeerd 13. (5). Beloningen: Het uiteindelijke doel van de opdracht is het verkrijgen van de beloning (figuur 5A-e en figuur 3). Behavioral taken het gebruik van dit systeem kan dusgemakkelijk kunnen worden ontworpen om vele aspecten van de beloning te beslissen kwesties en de functie van de waardesystemen van de hersenen 14-17 te bestuderen.

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

We hebben een volledig geautomatiseerd systeem voor het operante gedrag testen en neuronale activiteit van de opname door die meerdere cognitieve functies van de hersenen kan worden onderzocht in een enkele taak volgorde. Het unieke van dit systeem is een op maat gemaakte, akoestisch transparante kamer dat veel van de kwesties in verband met auditieve cue controle in de meeste commercieel beschikbare kamers elimineert. Het gemak waarmee operante apparaten kunnen worden toegevoegd of vervangen maakt dit systeem zeer veelzijdig, waardoor voor de uitvoering van een verscheidenheid van auditieve, visuele en olfactorische gedrag taken. Automatisering van het systeem zorgt ervoor dat fijne tijd (10 ms) en nauwkeurige tijd-afstempelen van elk evenement in een vooraf gedefinieerde gedrag volgorde. In combinatie met een multi-channel elektrofysiologie registratiesysteem, meerdere cognitieve hersenfuncties, zoals motivatie, aandacht, besluitvorming, geduld, en beloningen, worden kan sequentieel of onafhankelijk van elkaar onderzocht.

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

In dit rapport presenteren we een volledig geautomatiseerd en zeer veelzijdig systeem dat in staat gelijktijdig testen van multi-cognitief gedrag en het opnemen van neuronale activiteiten voor knaagdieren.

Een Volledig geautomatiseerd en zeer veelzijdige systeem voor het testen van meerdere cognitieve functies en opnemen Neuronale Activiteiten in Knaagdieren

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

Geautomatiseerde Sholl Analyse van Gedigitaliseerde Neuronale morfologie op meerdere schalen

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

Cryopreservatie van Corticale Tissue Blocks voor de generatie van hoogverrijkt Neuronale culturen

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

Efficiënte Afleiding van de Mens Neuronale voorouders en neuronen van pluripotente menselijke embryonale stamcellen met op kleine moleculen Inductie

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

Grootschalige Opname van Neuronen door Movable Silicon Probes in Behaving Knaagdieren

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

Registratie en analyse van circadiane ritmen bij Running-wheel activiteit in knaagdieren

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

Snel Micro-iontoforese van glutamaat en GABA: een nuttig instrument om Synaptic Integratie Onderzoek

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

Simultaan<em&gt; Ex vivo</em&gt; Functioneel testen van Two netvliezen door<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogram 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

Extracellulaire van neuronale activiteit Gecombineerd met Microiontophoretic Toepassing van neuroactive stoffen in Awake Muizen

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

Chronische Transcraniële elektrische stimulatie en Intracortical opname in ratten

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

Ablatie van een neuronale bevolking met behulp van een twee-foton Laser en haar beoordeling met Calcium Imaging en gedrags opname in Zebrafish larven

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 ...