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

この作品は、神経科学研究財団、サンディエゴ財団とG.ハロルドとレイラY.マザーズ慈善財団のBlasker·ローズMiah基金からの補助金によって支えられている。

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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. 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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>

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すべての聴覚行動タスクの設計において重要な側面は、テスト環境での散乱やたわみに起因する不要な音の除去です。貧しい人々のサウンド·コントロールは、動作がテストされている重大な影響を持つことができ、誤解を招く、あるいは解釈不可能な結果を​​生成します。ここで説明するシステムで使用される行動のチャンバーは、具体的にチャンバー壁からの音のたわみを避けるために、音響的に透明になるように設計されています。確かに、室の中央から測定したとき、音たわみは（データは示さず）を効果的に検出されなかった。 我々は主に聴覚系を研究するためこのシステムを開発したが、それは簡単に他の感覚系を研究するために他の研究者によって適合させることができます。変更はシステムの全体構成を変更せずに別のタスクのためのソフトウェアとハ​​ードウェアの両方で簡単に行うことができます。モジュラー操作パネルは、システムが特にversatiなる新しい行動タスクのさまざまなデバイスの追加および/または置換を可能にすることで、ル。例えば、嗅覚行動のタスクは鼻突くデバイスに嗅覚刺激を提供することで移植することができる。 MEDアソシエイツ（ENV-115A-OF）から嗅覚刺激の5つの選択肢照らされた鼻突く壁は簡単に複雑な嗅覚のタスクの操作パネルにインストールすることができます。さらに、すべてのオペラントのデバイスが容易にシステムの構成を変更することなく、マウス用に設計されているものに置き換えることができます。 各オペラントデバイスの正確な時間的制御と同様に、与えられた裁判で、単一のイベントの高解像度記録（下記参照）別の認知の脳機能に対処するための行動タスクのデザインをカスタマイズするためのデバイスの正確な操作を可能にします。神経活動の記録と組み合わせることで、神経科学の分野における問題の豊富なこのシステムに師事することができます。例えば、内上記のuditoryタスクは、脳の認知機能に関連する次の質問は、単一の試験で検討することができます。 （1）。動機：各試験は、動物の &quot;自発的&quot;鼻突くアクション（図5Aおよび図3）によって開始されているので、モチベーションは、このように特定のセッションの動物によって実行される試行の合計数を測定することにより定​​量的に評価することができ、または連続した試験の数は6,7を行った。 （2）。注意：裁判で報酬を得るためのキーが正しく聴覚手がかりを認識することである。タスクを実行するように訓練することができませんでしたラットの約25％で、聴覚手がかりに参加の欠如が大きな要因であった。対照的に、タスクのことを学んだラットでは、行動の一時停止（ 図5A-bおよび図3を参照）聴覚信号のプレゼンテーションの中で明らかになった。このシステムを使用して、それはこのように注目デフィ &quot;の（i）の画面のラットに可能です。CITS &quot;と動物が聴覚手がかり8-10に出席している間に神経細胞の録音と組み合わせた場合（ⅱ）注意の神経機構を研究しています。 （3）。意思決定：聴覚手がかりの認識時には、動物は限られた時間ウィンドウ（ 図5A-C）内で正しいレバーに近づくことにするどの方向を決定する必要があります。また、このように意思決定11,12を研究するための効果的なパラダイムです。 （4）。忍耐：レバー拡張のタイミングは、動物がレバーが拡張されスポット（ 図5A-D）に到着した後レバーを待つ必要がありますように制御することができます。待っているの長さを変化させることによって、動物の忍耐の範囲は、テストの結果、13 ​​を定量することができる。 （5）。報酬：タスクの最終的な目標は、報酬（ 図5A-Eおよび図3）を得ることである。このシステムを用いた行動のタスクは、このようにすることができ簡単に報酬の意思決定の問題と脳の14から17の値はシステムの機能の多くの側面を勉強するように設計することができます。

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

我々は、複数の認知の脳機能は、単一のタスクシーケンスで検討することが可能なオペラント行動試験と神経活動の記録のための完全に自動化されたシステムを開発しました。このシステムのユニークな特徴は、ほとんどの市販のチャンバー内の聴覚キューコントロールに関連付けられた問題の多くを排除し、カスタムメイド、音響透過チャンバーです。オペラントデバイスを追加または交換することができる容易さは聴覚、視覚、嗅覚と行動のさまざまなタスクの実装を可能にし、このシステムは非常に汎用性になります。システムの自動化は微細な時間（10 ms）の制御とあらかじめデザインされた行動シーケンス内の各イベントの正確なタイムスタンプすることができます。マルチチャンネルの電気生理学的記録システムと組み合わせると、そのような動機、注意、意思決定、忍耐、そして報酬として、複数の認知の脳機能は、順次、または独立して調べることができます。

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

本稿では、同時に複数の認知行動をテストし、げっ歯類のために神経活動を記録することができる完全に自動化された汎用性の高いシステムを提案する。

マルチ認知機能のテストとげっ歯類の神経活動を記録するための完全に自動化された汎用性の高いシステム

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

複数のスケールでデジタル化された神経形態の自動化されたショールの分析

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

高濃縮ニューロン培養の世代のための皮質組織ブロックの凍結保存

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

小分子の誘導と多能性ヒト胚性幹細胞からヒト神経前駆細胞と神経細胞の効率的な導出

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

動作げっ歯類の可動シリコンプローブによるニューロンの大規模なレコーディング

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

げっ歯類におけるランニングホイール活動の概日リズムの記録および分析

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

グルタミン酸とGABAの高速マイクロイオン導入：シナプス統合を調査するために便利なツール

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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同時<em&gt; ex vivoで</emによる二つの網膜の&gt;機能テスト<em&gt; in vivoで</em&gt;電図システム

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

覚醒マウスにおける神経活性物質のMicroiontophoreticアプリケーションと組み合わせることで神経活動の細胞外記録

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

慢性的な経頭蓋電気刺激およびラットの皮質内の記録

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

二光子励起レーザーとゼブラフィッシュ幼虫におけるカルシウム イメージング法と行動記録を用いた評価を用いたニューロン集団のアブレーション

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 ...