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

Diese Arbeit wurde von den Neurowissenschaften Forschungsgemeinschaft und Zuschüsse aus dem Blasker-Rose-Miah Fonds der San Diego-Stiftung und der G. Harold und Leila Y. Mathers Charitable Foundation unterstützt.

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	<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 und freien Zugang von diesem Video-Beitrag wird von Med Associates, Inc. gesponsert

Ein kritischer Aspekt im Design eines auditiven Verhaltens-Aufgabe ist die Beseitigung der unerwünschten Geräusche, die sich aus Streuung und Ablenkung in der Testumgebung. Schlechte Klangregelung kann einen signifikanten Einfluss auf das Verhalten der Testphase und werden irreführende oder gar nicht interpretierbare Ergebnisse zu produzieren. Die Verhaltens-Kammer in dem System verwendet hier beschrieben wurde speziell entwickelt, um akustisch transparent sein, um Sound Ablenkung von den Kammerwänden zu vermeiden. In der Tat, wenn sie von der Mitte der Kammer gemessen wurde, betrug Schallumlenkung effektiv nicht nachweisbar (Daten nicht gezeigt). Obwohl wir dieses System entwickelt, hauptsächlich für die Untersuchung des auditorischen Systems, kann es leicht von anderen Forschern angepasst werden, um andere sensorische Systeme zu studieren. Änderungen können leicht auf Software und Hardware für verschiedene Aufgaben vorgenommen werden, ohne dabei die allgemeine Konfiguration des Systems. Der modulare Bedienfeld macht das System besonders vielseitile, indem es für die Addition und / oder Substitution von verschiedenen Geräten für neue Verhaltens-Aufgaben. Zum Beispiel kann olfaktorischen Verhaltens Aufgaben durch die Bereitstellung Geruchsreizes in die Nase Sack implantiert werden. Die fünf Wahl beleuchteten Nase Sack Wand mit Geruchs-Stimulus von der MED Associates (ENV-115A-DES) kann leicht auf dem Bedienfeld für komplexe Aufgaben olfaktorischen installiert werden. Darüber hinaus können alle operanten Geräte leicht mit denen, die für Mäuse ohne Änderung der Konfiguration des Systems ausgebildet ersetzt werden. Genaue zeitliche Steuerung der einzelnen operante Gerät sowie hochauflösende Aufzeichnung einzelner Ereignisse in einem bestimmten Prozess, ermöglichen eine exakte Manipulation der Geräte für die Anpassung der Gestaltung von Verhaltens-Aufgaben an verschiedene kognitive Funktionen des Gehirns ansprechen (siehe unten). Wenn mit neuronaler Aktivität Aufnahme kombiniert, kann eine große Vielfalt von Themen auf dem Gebiet der Neurowissenschaften mit diesem System untersucht werden. Zum Beispiel, in der auditory Aufgabe oben beschrieben, können die folgenden Fragen im Zusammenhang mit Gehirn kognitive Funktionen in einer einzigen Studie untersucht werden: (1). Motivation: Da jeder Versuch wird durch Tieres &quot;Eigenmotivation&quot; Nase-Sack Aktion (5A-a und Abbildung 3), Motivation kann also quantitativ durch die Messung der Gesamtzahl der Studien, die von einem Tier in einer bestimmten Sitzung ausgeführt beurteilt werden initiiert, oder die Anzahl der aufeinander folgenden Prüfungen durchgeführt 6,7. (2). Achtung: Der Schlüssel für den Erhalt einer Belohnung in einer Studie ist es, richtig zu erkennen, die auditorischen Cues. In etwa 25% der Ratten, die nicht geschult, um die Aufgabe zu erfüllen werden könnten, mangels Anwesenheit zu den auditorischen Cues war der wichtigste Faktor. Im Gegensatz dazu bei den Ratten, die die Aufgabe gelernt haben, war eine kurze Pause von Verhaltensweisen während der auditiven Präsentation Cue ersichtlich (siehe Abbildung 5a-b und Abbildung 3). Durch die Nutzung dieser Anlage ist es somit möglich, (i) Bildschirm Ratten für &quot;Aufmerksamkeit DefiCITS &quot;und (ii) zu studieren neuronalen Mechanismen von Aufmerksamkeit, wenn sie mit neuronalen Aufnahmen kombiniert, während das Tier an den auditorischen Cues 10.08 besuchen wird. (3). Beschluss: Nach der Anerkennung der auditorischen Cues, hat das Tier zu entscheiden, welche Richtung zu drehen, um den richtigen Hebel innerhalb eines begrenzten Zeitfensters (Abbildung 5a-c) zu nähern. Es ist somit auch ein wirksames Paradigma für die Untersuchung der Entscheidungsfindung 11,12. (4). Geduld: Der Zeitpunkt der Hebelverlängerung kann so gesteuert werden, dass das Tier an für den Hebel nach der Ankunft an der Stelle, wo der Hebel verlängert (Abbildung 5a-d) zu warten hat. Durch Variieren der Länge des Wartens, kann das Ausmaß eines Tieres Geduld getestet und quantifiziert werden 13. (5). Belohnungen: Das endgültige Ziel der Aufgabe ist es, den Lohn (Abbildung 5a-e und Abbildung 3) zu erhalten. Behavioral Aufgaben mit Hilfe dieses Systems kann somiteinfach gestaltet werden, um viele Aspekte der Lohn-Entscheidung Fragestellungen und die Funktion der Wertsysteme des Gehirns 14-17 studieren.

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

Wir haben ein vollautomatisches System für Prüf-und operante Verhalten neuronaler Aktivität durch die Aufnahme der mehrere kognitive Funktionen des Gehirns in einem einzigen Tasksequenz untersucht werden können, entwickelt. Die Besonderheit dieses Systems ist eine Sonderanfertigung, akustisch transparente Kammer, die viele der Probleme mit auditiven Cue-Steuerung in den meisten kommerziell erhältlichen Kammern verbunden eliminiert. Die Leichtigkeit, mit der operanten Geräte hinzugefügt oder ersetzt werden kann, macht dieses System sehr vielseitig, so dass für die Umsetzung einer Vielzahl von auditiven, visuellen und olfaktorischen Verhaltens-Aufgaben. Automatisierung des Systems erlaubt die genaue zeitliche (10 ms) Kontrolle und präzise Zeitstempel für jedes Ereignis in einer vordefinierten Reihenfolge Verhaltensstörungen. In Verbindung mit einem Multi-Channel-Recording-System Elektrophysiologie, mehrere kognitive Funktionen des Gehirns, wie Motivation, Aufmerksamkeit, Entscheidungsfindung, Geduld und Belohnungen kombiniert, können nacheinander oder unabhängig voneinander untersucht werden.

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

In diesem Bericht präsentieren wir eine voll automatisierte und äußerst vielseitige System kann gleichzeitig testen Multi-kognitive Verhalten und die Aufnahme neuronaler Aktivitäten für Nagetiere.

Ein vollautomatisiertes und vielseitig verwendbares System zum Testen von Multi-kognitiven Funktionen und Aufnahme neuronaler Aktivitäten bei Nagetieren

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

Automatisierte Sholl Analyse digitalisierter neuronale Morphologie bei Multiple Scales

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

Forschung

Neurowissenschaften

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

Kryokonservierung von kortikalen Gewebes Bausteine ​​für die Generierung von hoch angereichertem neuronalen Kulturen

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

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Effiziente Ableitung von humanen neuronalen Vorläuferzellen und Neuronen aus pluripotenten humanen embryonalen Stammzellen mit Small Molecule Induction

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

Großflächige Aufnahme von Neuronen durch Movable Silicon Probes in Behaving Nagetiere

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

Aufnahme und Analyse der zirkadianen Rhythmen in Laufen-Rad-Aktivität in Nagetiere

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, ...

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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

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Gleichzeitig<em&gt; Ex vivo</em&gt; Funktionsprüfung von zwei Netzhäute von<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogramm-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

Die extrazelluläre Aufnahme neuronaler Aktivität in Kombination mit Microiontophoretic Anwendung von neuroaktiven Substanzen in Awake Mäuse

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 Transkraniellen Elektrostimulation und Intracortical Aufnahme bei 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

Ablation von neuronalen Einwohner mit einem zwei-Photonen-Laser und ihre Bewertung mit Kalzium Imaging und Verhaltensstörungen Aufnahme in Zebrafischlarven

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 ...