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 arbeidet ble støttet av Neurosciences Research Foundation og tilskudd fra Blasker-Rose-Miah Fund of San Diego Foundation og The G. Harold og Leila Y. Mathers Charitable Foundation.

System Oversikt Systemet består av tre hovedkomponenter: (1) en doble vegger lydisolerte rom (Industrial Akustisk Selskap, Bronx, New York), (2) en multippel kanal elektrofysiologisk opptak system (Neuralynx, Bozeman, MT), og (3) en helautomatisk, tilpasset behavioral testing system fra Med Associates Inc. (St. Albans, VT). Som vist i figur 1A, er operant kammeret ligger inne i lydisolerte rom. En kommutatoren (modell SL-36, Dragonfly Forskning og Utvikling, Inc., Ridgeley, West Virginia) for tilkobling av kabler fra headstage til elektrofysiologisk opptak system (Figure1A-en), og et videokamera for overvåking og registrering dyreatferd er montert over den operant kammeret (Figure1A-b). Spesialdesignede Operant Chamber Den spesialdesignede, akustisk transparent Operant kammer (Figure1A-d) består av tre akustisk gjennomsiktige vegger og en modulær-betjeningspanel (Figur 1B). Tre høyttalere (Cage diskanthøyttaler, ENV_224BM, Med Associates) montert på toppen av midten og to sidevegger brukes for emitting auditive signaler. Auditive signaler genereres av en kalibrert, programmerbar lyd generator (ANL-926). En stimulus lys (ENV_221M) og to trippel-stimulans LED-skjermer (ENV_222M) er plassert på midten og sidepaneler, henholdsvis. Disse stimulans lysene kan brukes til auditive-visuelle multi-sensoriske atferdsdata tester. En nese rote enhet med tre farger LED lamper (ENV_114M) er montert i bunnen av midtre panelet. En infrarød detektor installert i nesen rote enheten brukes til å signalisere nese poking og holde periode. LED lyser i nesen rote enheten kan brukes til trening nese-hold inne i hullet. En bevegelig respons spak (ENV_112CM) er montert på hver side av operant panelet. Den mobility av disse spakene gir fleksibel kontroll av tilstedeværelse av spakene, som kan brukes effektivt for både innledende oppgave trening og studier av flere viktige kognitive funksjoner i hjernen (se nedenfor). Fire par infrarøde strålen kilder og detektorer (EVN_253SD) kontrollert av en fire kanals IR-kontroller (ENV_253) er plassert på bunnen av kammeret til både indikere posisjonene til dyret og betjene andre enheter basert på dyrets posisjon (figur 1A- e). To pellet dispensere hver med en innebygd infrarød Sentry (ENV_203M-45IR) brukes for dispensering belønninger i pellet beholdere (Figur 1A-c). Den infrarøde Sentry brukes for å overvåke svikt i pellet dispenser og gi varselsignaler. System Configuration Oversikten over systemet tilkoblinger og hardware komponenter er illustrert i figur 2. Funksjonelt er det to parallelle, interaktivsub-systemer: en for atferdstrening og den andre for elektrofysiologisk innspilling. De to sub-systemer er synkronisert gjennom MED-PC IV Programvareplattform (SOF-735). Datamaskinen sender kommandoer til atferdsmessige enheter og TTL pulser til nevrale opptak system (signal strømmer indikert ved de røde pilene i figur 2), og mottar signaler generert av dyrets reaksjoner og nevrale aktiviteter (signal strømmer indikert av den grønne og blå piler, henholdsvis, i figur 2). Disse parallelle, interaktive systemer gjør opptak av synkroniserte atferdsmessige / neuronal data og tillate manipulering av dyrets atferd basert på nevral aktivitet, eller vice versa. Atferdstrening sub-system A SmartCtrl Connection Panel (SG-716B) fungerer som en to-veis kommunikasjon panel: dvs. sende styresignaler (rød pil i figur 2) fra datamaskin til de atferdsmessige enhetene (oppført i rød boks), og transmit dyrets respons signaler (grønn pil i figur 2) tilbake til datamaskinen. Utgangene på fire kanals IR-kontroller (ENV_253) er også rutes inn i forbindelse panelet. Et grensesnitt kort (SmartCtrl grensesnitt kort, DIG-716B) og en dekoder-kort (DIG-700F) kommunisere signalene fra koplingspanelet til et PCI-kort (DIG-704PCI) installert på datamaskinen. De auditive signaler genereres av Stimulus Generator (ANL-926), som også kontrolleres av MED-PC IV programvare via dekoder kortet (DIG-700F). Som illustrert i figur 2, er alle interface kort vert i en tabletop Interface kabinett (SG-6080D). Dette kabinettet leverer også myndighet for alle atferd enhetene. Elektrofysiologiske opptak sub-system dyrenes respons signaler mottatt av maskinen blir øyeblikkelig sendt til nevrale innspillingen systemet via SuperPort TTL kortet (DIG-726) og Cheetah Digital Interface Box (Neuralynx, Bozeman, MT) (figur 2). Disse atferd hendelsene er tid-stemplet og registrert samtidig med nevrale aktiviteter. Neural pigger oppdaget på nettet fra Neuralynx opptaket systemet kan brukes som inngangssignaler til atferdsmessige kontroll sub-system for å manipulere eller påvirker dyrets oppførsel. Omvendt kan dyrets respons signaler brukes som triggere for manipulering eller forstyrrer nevrale aktiviteter når den kombineres med elektriske eller optogenetic stimulering teknikker. Disse tilnærmingene vil være verdifull for å belyse årsaksforhold mellom nevrale aktiviteter og atferd. Programmering og databehandling de atferdsmessige kontrollprogrammer er skrevet med Trans IV programvare (Thomas A. Tatham og MED Associates) og kompilert med Pascal-kompilatoren. Automatisering av hver trening trinn er realisert ved lasting av Trans IV programmet i MED-PC IV programvare. Trening parametere kan også justeres online av trenere while MED-PC IV programvare kjører. De Trans IV koder må være spesifikk for både systemoppsettet og atferdsmessige oppgave. Standard opplæringsprogrammer er, kan imidlertid fritt tilgjengelig fra MED Associates og endres for å møte enkelte laboratorium spesifikke behov. Treningsprogram som brukes i våre oppsett er også fritt tilgjengelig på forespørsel. Behavioral data lagres automatisk av MED-PC IV programvare. De lagrede dataene kan bli oversatt til Microsoft Excel-filer ved hjelp av MED-PC til Excel program (MPC2XL, Thomas A. Tatham og MED Associates). De oversatte Excel-filer kan deretter importeres og analyseres i en MATLAB miljø (MathWorks, Boston, MA). De nevrale data sammen med de atferdsmessige event tidsstempler tatt opp med Cheetah programvaren (Cheetah 5, Neuralynx, Bozeman, MT) kan også bli importert inn i MATLAB for analyse. Opplæring For å illustrere bruken av dette systemet, beskriver vi her enTo-alternativt valg Pitch Diskriminering Task, designet for å undersøke hyppigheten diskriminering terskelen til en rotte. En skjematisk illustrasjon av oppgaven er vist i figur 3. 1. Pre-trening <ol><li> Begynn med naive voksen hann, Sprague-Dawley, rotter, alder ~ 60 dager. </li><li> Før trening, begrense matinntaket til dyrets vekt er ~ 90% av baseline annonse libidum vekt. </li></ol> 2. Cage Akklimatisering <ol><li> For å forberede kammeret for akklimatisering, trekke spakene og blokkere nesen rote hullet med en gummipropp (laget av stempelet av en 60 cc sprøyte) for å hindre dyr fra å aktivere nese-rote-enhet. </li><li> Place ~ 20 fullt ernæringsmessige pellets (45 mg, Product # F0021, BioServ, Frenchtown, NJ) i hver pellet mottaket (mat cup). </li><li> Plasser en naiv dyr i kammeret for akklimatisering. Rotta vil snart begynne å utforske maten kopper og spise pellets. </li><li&gt; Når begge mat kopper er tomme, bruke programvaren kontrollen å dispensere et enkelt pellet inn i hver skuff. Ved å gjøre dette, vil rotta lære å assosiere mat med koppen. </li><li> Tving rotte å flytte til begge sider av kammeret ved dispensering pellets tilfeldig i hver mat kopp. En 30 minutters økt er vanligvis nok for etablering av mat-cup forening. I en 30 minutters økt, innhenter rotte vanligvis 200 - 300 pellets, som er nok til å opprettholde sin kroppsvekt i en konstant nivå av ~ 90% av baseline. </li></ol> 3. Lever-push Training <ol><li> I en ny økt, strekker begge spakene inn i kammeret og la maten koppen tom. </li><li> Deretter plasserer en acclimated rotte inn i kammeret. Når dyret kommer inn i nærheten av en spak, dispensere en pellet manuelt via Med-PC IV programvare. Også tilby belønninger når rotta viser interesse i spaken, slik som snuser, berøre, eller klatring. En utilsiktet spaken trykknappen skal også utløse en belønning automatically av programmet. </li><li> For å oppmuntre spaken presser og å tvinge utforskning av begge spakene, la dyret til å presse hver spake fortløpende et begrenset antall ganger. Når grensen er nådd, trekke spaken. Når begge spakene har trukket inn, utvide dem til å gjenta prosedyren. </li><li> Gradvis redusere grensen til hendelen trekkes hver gang den er skjøvet. En til to 30 minutters økter er vanligvis nok for etablering av spaken push - mat belønning forening. </li></ol> 4. Nese-rote Training <ol><li> I en ny økt, trekke spakene, og fjern gummiproppen fra nesen rote. Plasser flere pellets inne i nesen rote å oppmuntre rotte interesse i å utforske nese-rote-enhet. </li><li> Gjeninnføre dyret inn i kammeret. Utvid en av de to spakene tilfeldig når rotta snuser på nese-rote hull for mat pellets. </li><li> Seeing den utvidede spaken, vil rotta nærme og skyve spaken for å få en food Pelutleid. Etter at spaken er trykket og belønningen er utlevert, trekke spaken å oppmuntre rotte å utforske nesen rote enheten. Det tar vanligvis ca 20 til 30 minutter å lære oppgaven sekvens: Nese-rote → Lever Extension → Lever push-→ Rewards. </li></ol> 5. Cue Opplæring <ol><li> I en ny økt, spille auditive signaler etter en nese-dytt hendelse med en kort forsinkelse (100 til 250 ms). Forlenge både venstre og høyre spakene kort tid (100 ms) etter hver auditiv cue presentasjon. </li><li> Belønn rotta bare når det skyver spaken som indikeres av den auditive signalet. Dyret vil gradvis lære å knytte en bestemt auditive kø med en spak. Dyret er da fritt til å begynne en ny rettssak med sekvensen: Nose-rote → Cue → Lever trykk → Reward / ingen belønning (figur 3). På grunn av høy falsk rente i de første opplæringsøkter, supplerende FOod bør gis for å opprettholde kroppsvekten etter hver treningsøkt. </li><li> I de neste 30 minutters økter, la rotta praksis nylig lært oppgaven til en konsistent ytelse er nådd (se figur 3A for en typisk læringskurve). Når oppgaven er mestret, kan en rotte få ca 200 - 300 pellets i hver 30 minutters økt, som er nok til å opprettholde sin kroppsvekt. </li></ol> 6. Representative Resultater Etter ovennevnte protokollen, til vi trente rottene gjenkjenne to forskjellige mønstre av ren tone puls trener bestående av seks tone pips med enten samme frekvens (F, F, F, F, F, F) eller forskjellige frekvenser (F, F-ΔF , F, F-ΔF, F, F-ΔF) 1-5. Hver tone pip er 200 ms i varighet og tonen pip intervallet er 400 ms. I den foreliggende studien, ble F satt til å være 10 kHz og ΔF varierte 1-50% av F (figur 3, øverst). Vanligvis ble ΔF sattved relativt stor verdi under treningsøktene: 5 kHz, 4 kHz, 3 kHz, 2 kHz, og 1 kHz, for å lette opplæringen. Hver ren tone pulstog med forskjellig ΔF verdi ble presentert tilfeldig i en gitt økt. The Two-alternativt valg Pitch Discrimination oppgave er illustrert i figur 3. Rotter ble opplært til å dytte nesen inn i nesen hullet (Figur 1B og figur 3, nederst) for å starte en rettssak. Nese rote utløser kringkasting av de auditive signaler. Ved godkjenning av de signaler, rotter trenger å løpe til riktig side av kammeret, nærmer spaken, vente på spaken for å utvide inn i kammeret, og deretter skyve spaken innen en viss tid vindu (spak aktiv tid, 1-2 sekunder) for å oppnå en belønning (figur 3). Den hit rate ble beregnet for hver ΔF verdi som antall helsepoeng forsøk delt på antall totale studier for hver enkelt ΔF verdi. Et kriterium på 75%hit rate ble brukt til å indikere at rotta hadde lært oppgaven. En typisk læringskurve av en rotte er presentert i Figur 4A. Hver farget linje skildrer læringsforløp for hver puls tog med ulik ΔF (ΔF0 representerer den konstante pulstog). I gjennomsnitt tok det ca syv økter med trening (starter fra første sesjon av auditiv cue presentasjon, Trinn 5 Cue Training) til å nå 75% hit rate kriterium. Dette systemet tillater også kvantitativ karakterisering av dyrets oppførsel i å utføre oppgaven designet av forskere. Tre målinger som er mye brukt i Dyreadferdsstudier er vist i Figur 4 B - D reaksjonstid, reflekterer i hovedsak en dyrets oppmerksomhet til oppgaven, ble målt som det gå tid mellom start av auditiv kø og spake push.. Den inter-rettssaken intervall, noe som gjenspeiler hvor engasjert en dyr var til oppgaven der dyret initiert hvert forsøkog ble ikke straffet av time-out i falsk rettssak, ble plottet i Figur 4C. Den tidsmessige variasjon av ytelse i en sesjon, som representerer de dynamiske mønstre av dyrets totale ytelsen og reflekterende forbedring / tilrettelegging som kan oppstå innenfor en enkelt sesjon, ble plottet i figur 4D. Hver sesjon ble delt inn tidlig, midtre og sent stadium (10 minutter per scene). Akkumulert antall belønning i hvert stadium ble brukt i denne målingen. Det nevrale grunnlaget for flere kognitive atferd (Figur 5A og se diskusjon) kan også tas opp med dette systemet ved å registrere de nevrale aktivitetene til dyr som utfører en oppgave. Eksempler på nevral aktivitet registreres samtidig i kjernen basalis (NB) og ventral tegmentale området (VTA) av en rotte hjerne er vist i figur 5B og C. De opptenningene av nerveceller er tidsstemplede å forholde seg til hver hendelse av rettssaken (slik som nese-poke,spaken push, auditiv cue presentasjon og anerkjennelse, og faktisk mottak av belønning) og analysert i forhold til disse atferdsmessige oppgave hendelsene. Resultater av kombinert atferdsmessige og nevrale aktiviteten opptak med dette systemet vil være fruktbar i belyse det nevrale grunnlaget for en rekke kognitive atferd. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/3685/3685fig1.jpg" /> Figur 1. De viktigste komponentene i systemet (A) og en skjematisk tegning av skreddersydde auditiv operant kammeret (B). A. operant kammeret er plassert i en dobbel vegger lydisolert rom. Ekkofritt skum kiler er montert gjennom veggene i rommet for å eliminere lyd adspredelse og deflection en:. Kommutatoren for ruting ledninger til neuronal aktivitet opptakssystem, b: Video kamera for overvåking og registrering dyrs atferd, c: Pellet dispensere; d: Operant kammer . e:Infrarøde mottakere. B. operant kammeret består av tre akustisk gjennomsiktige vegger og en modulær-betjeningspanel. Se teksten for detaljerte beskrivelser. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/3685/3685fig2.jpg" /> Figur 2. Skjematisk oversikt over systemet. Systemet består av to delsystemer: Atferd opplæring og nevrale aktiviteten opptakssystem. De to delsystemer interaktivt kommuniserer med hverandre via TTL pulser (se System Configuration for detaljer). De røde pilene representerer kommandoer og / eller atferdsmessige hendelser som sendes ut fra datamaskinen, de grønne pilene betegne dyr respons signaler fôring tilbake til datamaskinen, og den blå pilen representerer innganger av nevrale pigg hendelser registreres på nettet med det Neuralynx opptakssystem. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/3685/3685fig3.jpg" /> Figur 3. Two-Alternativ ChOICE Frekvens Diskriminering oppgave. Top, Block diagram som viser den grunnleggende oppgaven sekvensen. Bottom, Skjematisk fremstilling av viktige atferdsmessige handlinger. Grønne piler indikerer sekvensielle flyten av oppgaven. <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/3685/3685fig4.jpg" /> Figur 4 Representative resultatene av to-alternativ Choice Frequency Diskriminering Task A. Learning kurver:. Hver farget linje representerer læring fremdriften av en rotte på diskriminere hver frekvens variasjon (ΔFs). Den mørke linjen representerer den gjennomsnittlige læringskurven for frekvens variasjoner. B. Fordeling av reaksjonstiden målt som tiden runder fra starten av køen for å jekke push. C. Fordeling av inter-rettssaken intervall. D. Temporale dynamikken av ytelse innenfor en økt målt med akkumulert belønninger innhentet tidlig, midt, og sent stadium av en økt. All dataene i B - D ble innhentet i den siste fasen når rotta prestasjon var over 75% hit rate. <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/3685/3685fig5.jpg" /> Figur 5. Eksempel på kognitive atferd og hjernefunksjoner som kan undersøkes ved hjelp av systemet. A. Kognitive oppførsel. De bildetekster beskrive hver handling i en sekvens av en rettssak. De nederste bildetekster indikerer de kognitive atferd som kan studeres. Merk at begge spakene ble ekstrahert i alle bildene bortsett fra i d der spaken er i behandlingen av utvidelse inn i kammeret. B. Firing mønstre av et nevron registrert i NB en rotte utføre to-valget auditiv oppgave. Top, rasterbilde tomt på avfyring tvers hvert forsøk. Hver farget rektangel representerer avfyring av cellen og avfyring prisen er kodet av fargen. Bottom, Peri-selvt histogram for skytingen rate. Legg merke til oppbygging av ilden før handlingen (skyve spaken på tidspunktet null mikrosekunder, vist ved den røde prikkete vertikal linje) og gradvis spredning av ilden etter handlingen. C. Firing mønstre av et nevron registrert i VTA av en rotte som utfører to-valget auditiv oppgave. Top, rasterbilde tomt på avfyring av en enkelt VTA Nevron tvers hvert forsøk. Hver farget rektangel representerer avfyring av VTA nervecellen og dens firing rate er kodet etter farge. Bottom, Peri-event histogram av avfyring sats vist på rasterbilde. Legg merke til sparsom avfyring umiddelbart før handlingen av å skyve spaken (ved null mikrosekunder, vist ved den vertikale røde stiplet linje) og kraftig skyting i løpet av tidsperioden når rotta er å skaffe belønning. Aktiviteten til dette neuron er tilnærmet lydløs mellom disse to handlingene. Tungsten stereotrodes implantert i hjernen ble brukt til å record nevrale aktiviteter samtidig fra NB og VTA mens rotta utførte oppgaven. Spike-sortering ble utført off-line hjelp SpikeSort 3D Software (Neuralynx, Bozeman, MT).

<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>

Produksjon og fri tilgang til denne video-artikkelen er sponset av Med Associates, Inc.

En kritisk aspekt i utformingen av noen auditiv atferdsmessige oppgave er eliminering av uønskede lyder som følge av spredning og nedbøying i testmiljøet. Dårlig lyd kontroll kan ha en betydelig effekt på atferd blir testet og vil gi misvisende eller uninterpretable resultater. Den atferdsmessige kammer brukes i systemet som beskrives her er spesielt designet for å være akustisk transparent for å unngå lyden nedbøyning fra kammeret veggene. Ja, da målt fra midten av kammeret, var lyden nedbøyning effektivt undetectable (data ikke vist). Selv om vi utviklet dette systemet i hovedsak for å studere det auditive systemet, kan den enkelt tilpasses av andre forskere å studere andre sensoriske systemer. Endringer kan gjøres enkelt på både programvare og maskinvare for forskjellige oppgaver uten å endre den generelle konfigurasjonen av systemet. Den modulære betjeningspanelet gjør systemet spesielt versatile ved å tillate for tillegg og / eller erstatning av forskjellige enheter for nye atferdsmessige oppgaver. For eksempel kan olfactory atferdsmessige oppgaver bli implantert ved å levere olfactory stimulans inn i nesen rote enheten. De fem Valget lysende nese rote vegg med olfactory stimulans fra MED Associates (ENV-115A-OF) kan enkelt installeres på betjeningspanelet for komplekse olfactory oppgaver. I tillegg kan alle operante enhetene lett erstattes med de som er beregnet for mus uten å endre konfigurasjonen av systemet. Nøyaktig temporal kontroll av hver operant enhet, samt høy oppløsning opptak av enkelthendelser i en bestemt prøvetid, for nøyaktig manipulering av enhetene for å tilpasse utformingen av atferdsmessige tiltak for å møte ulike kognitive hjernefunksjoner (se nedenfor). Når det kombineres med nerveaktiviten opptak, kan et rikt utvalg av problemstillinger innen nevrovitenskap bli studert med dette systemet. For eksempel, i enuditory oppgave beskrevet ovenfor, kan følgende spørsmål knyttet til hjernens kognitive funksjoner bli undersøkt i en enkelt prøve: (1). Motivasjon: Siden hver rettssak er initiert av dyrets &quot;selvmotiverende&quot; nese-rote handling (Figur 5A-en og Figur 3), kan motivasjonen således vurderes kvantitativt ved å måle det totale antall studier utført ved et dyr i en gitt økt, eller antall påfølgende forsøk utført 6,7. (2). OBS: Nøkkelen for å få en belønning i en rettssak er å korrekt gjenkjenne auditive signaler. I ca 25% av rotter som ikke kunne opplært til å utføre oppgaven, mangel på å delta på auditive signaler var den viktigste faktoren. I kontrast, i rottene som lærte oppgaven, var en kortvarig pause av atferd tilsynelatende under auditiv stikkordet presentasjon (se figur 5A-b og figur 3). Ved å bruke dette systemet, er det dermed mulig å (i) skjerm rotter for &quot;oppmerksomhet deficits &quot;og (ii) å studere nevrale mekanismer for oppmerksomhet når den kombineres med nevrale innspillinger mens dyret er å delta på auditive køer 8-10. (3). Vedtak: Ved anerkjennelse av de auditive signaler, har dyret til å bestemme hvilken retning de skal slå til å nærme seg riktig spaken innenfor et begrenset tidsvindu (Figur 5A-c). Det er derfor også en effektiv paradigme for å studere beslutningstaking 11,12. (4). Tålmodighet: Tidspunktet for spak forlengelse kan kontrolleres slik at dyret må vente på spaken etter ankomst på stedet der spaken vil forlenge (Figur 5A-d). Ved å variere lengden på ventetiden, kan omfanget av et dyrs tålmodighet bli testet og kvantifisert 13. (5). Belønning: Det endelige målet med oppgaven er å få belønning (Figur 5A-e og Figur 3). Behavioral oppgaver ved hjelp av dette systemet kan dermedenkelt utformet for å studere mange aspekter av belønning-beslutning problemer og funksjon av verdien systemer i hjernen 14-17.

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

Vi har utviklet et helautomatisert system for operant adferd testing og neuronal aktivitet opptak der flere kognitive hjernefunksjoner kan bli undersøkt i en enkelt oppgave sekvens. Det unike med dette systemet er en skreddersydd, akustisk transparent kammer som eliminerer mange av problemene forbundet med hørbar stikkordet kontroll i de fleste kommersielt tilgjengelige kamre. Den enkle som operante enheter kan legges til eller erstattes gjør dette systemet ganske allsidig, noe som åpner for gjennomføring av en rekke av auditiv, visuell, og olfactory atferdsmessige oppgaver. Automatisering av systemet tillater fin temporal (10 ms) kontroll og presis tid-stempling av hver hendelse i en forhåndsutformet atferdsmessige sekvens. Når det kombineres med en flerkanals elektrofysiologi opptak system, flere kognitive hjernefunksjoner, som for eksempel motivasjon, oppmerksomhet, beslutningstaking, tålmodighet og belønninger, kan undersøkes sekvensielt eller uavhengig.

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 rapporten presenterer vi en fullt automatisert og svært allsidig system i stand til samtidig å teste multi-kognitive atferd og opptak nevrale aktiviteter for gnagere.

En helautomatisk og svært allsidig system for testing Multi-kognitive funksjoner og registrere neuronal Aktiviteter i Gnagere

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 Utledning av Human nevrale stamceller og nevroner fra pluripotent humane embryonale stamceller med lite molekyl Induksjon

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

Storskala opptak av nevroner med bevegelige Silicon Sonder i oppfører Gnagere

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

Fast Micro-iontoforese av glutamat og GABA: Et nyttig verktøy for å etterforske 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

Samtidig<em&gt; Ex vivo</em&gt; Funksjonell testing av to netthinne etter<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

Ekstracellulære opptak av neuronal aktivitet kombinert med Microiontophoretic Bruk av 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 Transkraniell elektrisk stimulering og Intracortical opptak 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

Ablasjon av Neuronal innbyggere med en to-fotonet Laser og sin vurdering ved hjelp av kalsium Imaging og atferdsmessige opptak i sebrafisk 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 ...