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

Detta arbete stöddes av neurovetenskap Research Foundation och bidrag från Blasker-Rose-Miah fond av San Diego Foundation och The G. Harold och 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 och fri tillgång till denna video-artikeln är sponsrad av Med Associates, Inc.

En kritisk aspekt i utformningen av alla hörsel beteende uppgift är eliminering av oönskade ljud som härrör från spridning och avböjning i testmiljön. Dåligt ljud kontroll kan ha en betydande effekt på beteendet som testas och kommer att producera vilseledande eller ens tolkningsbart resultat. Den beteendemässiga Kammaren används i systemet som beskrivs här är speciellt utformad för att bli akustiskt transparent för att undvika ljud avböjning från kammarens väggar. I själva verket, mätt från mitten av kammaren, var god nedböjning på ett effektivt sätt odetekterbar (data visas ej). Även om vi utvecklat detta system främst för att studera hörselsystemet kan den lätt anpassas av andra forskare för att studera andra sensoriska system. Ändringar kan göras enkelt på både mjukvara och hårdvara för olika uppgifter utan att ändra den övergripande utformningen av systemet. Den modulära manöverpanel gör systemet speciellt versatile genom att för addition och / eller utbyte av olika enheter för nya beteenden uppgifter. Till exempel kan olfaktoriska beteendemässiga uppgifter skall implanteras genom att leverera olfaktoriska stimulus i näsan säcken anordningen. De fem Valet upplysta näsan poke väggen med lukt stimulans från MED Associates (ENV-115A-OF) kan lätt installeras på manöverpanelen för komplexa olfactory uppgifter. Dessutom kan alla de verksamma anordningar lätt kan ersättas med de som är konstruerade för möss utan att ändra konfigurationen av systemet. Exakt temporal kontroll av varje operant enhet, samt med hög upplösning inspelning av enstaka händelser i ett visst försök, möjliggöra noggrann manipulation av de anordningar för att anpassa utformningen av beteendemässiga arbetsuppgifter att ta itu med olika kognitiva hjärnfunktioner (se nedan). I kombination med nervaktivitet inspelning kan ett rikt utbud av frågor inom området neurovetenskap studeras med detta system. Till exempel i den enuditory uppgift som beskrivs ovan kan följande frågor med anknytning till hjärnans kognitiva funktioner undersökas i en enda rättegång: (1). Motivation: Eftersom varje försök initieras av djurets &quot;driven&quot; nos-poke åtgärder (figur 5A-a och figur 3) kan motivation således bedömas kvantitativt genom att mäta det totala antalet försök som utförs av ett djur i en viss session, eller antalet på varandra följande försök utförts 6,7. (2). Observera: Nyckeln för att få en belöning i en rättegång är att korrekt känna igen de auditiva signaler. I omkring 25% av råttor som inte kunde tränas att utföra uppgiften, brist på sköter de auditiva ledtrådar var den viktigaste faktorn. Däremot i råttorna som lärt uppgiften, var en tillfällig paus på beteenden synliga under auditiv kö presentationen (se figur 5A-B och figur 3). Genom att använda detta system är det sålunda möjligt att i) skärm råttor av &quot;uppmärksamhet defipenningtransportföretag &quot;och (ii) studera neurala mekanismer för uppmärksamhet i kombination med neuronala inspelningar medan djuret som sköter auditiva ledtrådar 8-10. (3). Beslut: Vid erkännande av auditiva ledtrådar måste djuret att bestämma vilken riktning att vända sig till närma rätt spaken inom en begränsad tid fönstret (Figur 5A-C). Det är således också en effektiv paradigm för undersökning beslutsfattande 11,12. (4). Tålamod: Tidpunkten för spaken förlängningen kan styras så att djuret har att vänta på spaken efter ankomsten till den plats där spaken kommer att utöka (Figur 5A-d). Genom att variera längden av väntar, kan omfattningen av ett djurs tålamod testas och kvantifieras 13. (5). Belöningar: Det slutliga målet med uppgiften är att få belöning (Figur 5A-e och figur 3). Behavioral uppgifter med detta system kan därmedenkelt utformade för att studera många aspekter av belöning-beslut frågor och funktion av värdet i hjärnan 14-17.

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

Vi har utvecklat ett helt automatiserat system för operant beteende testning och neuronal aktivitet inspelning genom vilken flera kognitiva hjärnfunktioner kan undersökas i ett enda uppgift sekvens. Det unika med detta system är en skräddarsydd, akustiskt transparent kammare som eliminerar många av de frågor som är förknippade med hörsel cue kontroll i de flesta kommersiellt tillgängliga kammare. Den lätthet med vilken operanta enheter kan läggas till eller bytas ut gör systemet mycket flexibla, vilket möjliggör genomförandet av en rad olika hörsel-, syn och luktsinne beteendemässiga uppgifter. Automatisering av systemet tillåter fina temporal (10 ms) och exakt tid stämpling för varje händelse i en fördefinierad beteende sekvens. I kombination med ett flerkanaligt elektrofysiologi registreringssystem, flera kognitiva funktioner i hjärnan, såsom motivation, uppmärksamhet, beslutsfattande, tålamod och belöningar, kan undersökas sekventiellt eller oberoende.

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 denna rapport presenterar vi en helt automatiserad och mycket mångsidigt system som samtidigt kan testa flera kognitiva beteenden och inspelning neuronala aktiviteter för gnagare.

En helt automatiserad och Mycket mångsidig system för att testa flera kognitiva funktioner och spela in neurala Aktiviteter i Gnagare

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

Automatiserad Sholl Analys av digitaliserade Neuronal Morfologi på flera skalor

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

Frysförvaring av kortikal vävnad block för generering av höganrikat Neuronal kulturer

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 av mänskliga neurala stamceller och nervceller från Pluripotenta mänskliga embryonala stamcellslinjer med liten molekyl 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

Storskalig inspelning av nervceller av lös Silicon sönder i Agera Gnagare

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

Registrering och analys av dygnsrytmen i Running-wheel aktivitet hos gnagare

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

Snabb Micro-iontophoresis av glutamat och GABA: Ett användbart verktyg för att undersöka 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; Funktionstest av två näthinnor efter<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

Extracellulär inspelning av nervaktiviteten Kombinerat med Microiontophoretic Tillämpning av neuroaktiva ämnen i Vakna möss

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 och Intracortical inspelning hos råttor

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 av neuronala invånare använder en två-photon Laser och sin bedömning med kalcium Imaging och beteendemässiga inspelning i zebrafiskar 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 ...