Name: a lightweight, headphones-based system for manipulating auditory feedback in songbirds
Uploaded: 2012-11-26T13:00:00
Duration: 10 min 13 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds at JoVE.com

Dette arbeidet ble støttet av NINDS 5P30NS069250. Vi takker Diala Chehayeb, Jeffrey Simpson, Taylor Rosenbaum, og Christopher Hoover for teknisk assistanse.

Implementere hodetelefoner systemet består av fire store skritt. § 1 nedenfor beskriver montering av hodetelefoner ramme, som huser elektronikk (høyttalere og en miniatyrisert mikrofon). Avsnitt 2 beskriver hvordan rammen er festet til fuglen. § 3 beskriver montering av elektronikk. § 4 forklarer hvordan elektronikken er koblet til lyd-prosessering og datainnsamling maskinvare og detaljer en prosedyre for testing at systemet fungerer som det skal. 1. Dikte Headphone Frame <ol><li> Skjær karbonfiber komponenter for tverrliggeren og øreplugger. Bruk cutting hjulet på en Dremel verktøyet for å forberede følgende deler: 1 tverrliggeren (3 cm 1 x 3 mm karbonfiber stripe) 2 vertikale struts (1,5 cm 1 x 3 mm karbonfiber stripe) 2 øreplugger (4 mm 4 mm ID / 6 mm OD karbonfiber sylinder) </li><li> Monter tverrliggeren. Bores to små hull 4,5 mm fra hverandre i midten av stativet ( <sTrong&gt; Figur 1a, øverst) med en 1,4 mm diameter bit. Hullene skal være akkurat stor nok til å romme 0-80 skrue. Sett to 0-80 skruer om hullene og fest sekskantmutterne. Skjær to 6 mm strimler av kanyle (noen små-diameter nål vil fungere) og flat med tang (nål strimler vist i rødt i figur 1a). Snu tverrliggeren over så sekskantmutrene ligge på toppen. Å hindre epoxy fra liming tuppen av skruene til sekskantmutrene sette en dråpe mineralolje (vist i grønt i figur 1a) på spissen av hver skrue. Plasser de to nål segmenter på toppen av sekskantmutrene. Epoxy sekskantmutrene til hverandre og nålen segmenter, som dekker både (Figur 1a, nederst). Etter epoxy er helt utherdet (24 timer), fjern begge skruene. Tverrliggeren Enheten skal skille i fire komponenter: to skruer, de 3 cm lengde av karbon fiber, og et enkelt stykke bestående av 2 sekskantmutrene og 2 nål segmenter limt sammen med epoxy. Reassemble tverrliggeren enhet. &lt;/ Li&gt; <li> Dikte skum ringer. Bruk en 1/4 i (6,35 mm) hull å kutte en skum sylinder fra en skum ørepropper. Bruke saks for å klippe vinkelrett til den lange aksen av skummet sylinder gir en 2 mm (lengde) av 6,35 mm (diameter) sylinder. Deretter bruke en 1/8 i (3,175 mm) hullemaskin å kutte ut sentrum av 2 mm skum sylinder, danner et skum ring (vist i oransje i figur 1b). </li><li> Montere ørepluggene. Bruke epoxy til å lime vertikale avstivere (1,5 cm lengde av karbonfiber stripe) til 4mm lengden av karbonfiber sylinder som vist i figur 1b, bunn. Når epoksyen har herdet, bruke en liten mengde epoksy å lime skum ringen til enden av sylinderen (figur 1b, nederst). Skummet ring vil hvile mot hodet på fuglen. </li></ol> 2. Fest hodetelefoner Frame til Bird <ol><li> Forbered stereotax. Før operasjonen, setter stereotax earbars gjennom ørepropper med skum pads vender innover (Figur 1c </strong&gt;, øverst). </li><li> Fest tverrliggeren. Anesthetize fuglen hjelp isofluran og / eller ketamin pluss midazolam. Den bedøvet fugl bør ha lukkede øyne og ikke respondere til tå klemme. Plasser fugl i stereotax og gjøre en 5-10 mm snitt i hodebunnen. Snittet skal langs midtlinjen og strekker anterior fra et punkt 2 mm anterior på vedlegget i nakkemusklene bakerst av skallen. Gni eksponert skallen med 70% etanol for å tørke benet overflaten. Bruk en krokodilleklemme innehaveren å plassere tverrstang slik at epoksy-dekket Sexkantsmuttrar hvile på toppen av skallen (Figur 1c, d). Løft tverrliggeren litt og lim sekskantmutrene (med epoxy eller dental akryl) til skallen, er forsiktig at limet berører bare sekskantmutrene og ikke tverrliggeren selv. Dette vil tillate deg å fjerne hodetelefonene (ved å fjerne skruene), slik at bare de sekskantmutrene permanent festet til hodet (figur 1d). </li><li> Fest ørepluggene. Slide øreplugger along øre barer til skum pads resten mot hodet på fuglen (figur 1c, øverst). Bruk krokodilleklemmer på øret barer å trykke puter godt mot hodet på fuglen (figur 1c, nederst), dette er viktig å få en god akustisk forsegling. Roter øreproppene slik at de vertikale stolper berører baksiden av tverrliggeren, og etterlater seg plass for kontakten stripe kontakten (figur 2) i front av innlegget. Lim innlegg å tverrliggeren med epoxy eller akryl. </li><li> Recovery. Tillat 24 timer for epoxy / akryl herde fullt og fugl å komme seg. Etter utvinning, undersøke rammer for å sikre at skum pads danner en tett forsegling rundt øregangene. Hvis forseglingen er løs, kan skum pads fjernes og erstattes med større for å forbedre akustisk forsegling. Fjern forsiktig skruene med en 0,05 i (1,27 mm) sekskantnøkkel og fjern samlet hodetelefoner ramme fra fugl. </li></ol> 3. Monter Electronics <ol><li> Dikte høyttaler adaptere. Gjør høyttaler adaptereved å stikke en pipettespiss (en 5,2 cm lang spiss med en diameter som smalner fra 5 mm til 1 mm) i en skrap stykke karbonfiber sylinder (bruk samme 4 mm ID / 6 mm OD cyinder lager som for ørepluggene; lengde av sylinderen skrap er ikke viktig), deretter kuttet pipettespiss 1 mm forbi enden av sylinderen (Figur 2a). Fjerne fra sylinderen og kappet slik at den totale lengden av adapteren er 3 mm. </li><li> Koble til høyttalere. Loddetinn 5 cm lengder av isolert 36 ga. ledning til de positive og negative terminaler på begge høyttalerne (grønne og svarte ledningene, henholdsvis i figur 2d, e). Bruk et ohmmeter å verifisere at verken terminalen er i elektrisk kontakt med talerens metalldelene. </li><li> Monter høyttaler / mikrofon komponent. Epoxy en tape (enhver elektrisk isolerende tape vil fungere) til en side av en høyttaler og epoxy hodetelefonene mic på toppen av båndet (Figur 2b). Lodde jordledningen fra mikrofonen til den negative terminal på høyttaleren (tilkobling vises i svart i Figur 2e). </li><li> Epoxy både høyttaler og mikrofon / høyttaler komponenten i bredere slutten av hver adapter (Figur 2c, høyre). Både høyttaleren og mikrofonen port vil (bare) passe inn i pipetten. Vær sikker på at epoxy ikke dekker portene. </li><li> Forsiktig inn adaptere inn ørepluggene (figur 2d, høyre). Lim hver adapter til øreproppen sin med en liten dråpe epoxy. </li><li> Dikte kontakten stripe. Skjær et segment av kontakten stripe socket består av fire terminaler og plassere en referanse mark (hvit prikk i figur 2d) på det ene hjørnet av kontakten. Plasser kontakten stripe nær en av de vertikale innlegg. Loddetinn høyttaleren og mikrofonen ledninger til pinnene i konfigurasjonen vist i figur 2e. Bruk et ohmmeter for å sjekke for kortslutning på kontakten bånd og reparere hvis det er nødvendig. Epoxy kontakten stripe til hodetelefoner fRame. Pakk strimler av elektrisk eller teip rundt synlige ledninger for å beskytte ledninger og legge tynt lag epoxy i båndslutt å hindre rakne. Det ferdige vekten av hodetelefoner (inkludert ramme og elektronikk) skal være 01.03 til 01.05 g. </li><li> Bygge en fleksibel ledet av lodding fire 15 cm lengder av isolert 36 ga. ledning til en segment av kontakt stripe header bestående av fire terminaler (Figur 3a). Plasser en referanse mark (hvit prikk i figur 3) på et hjørne av overskriften for å sikre at ledningen er satt inn i stikkontakten i riktig retning. Braid ledninger og avslutt ledet av lodding ledninger til en adapter som plugges inn commutator (Figur 3b). </li></ol> 4. Koble hodetelefoner Electronics til strøm og signalbehandling utstyr <ol><li> Samle, filtrere, pitch shift, og forsterke akustisk inngang. Henge en rundstrålende kondensatormikrofon (&quot;Cage mic,&quot; Figur 4) direkte enBove fuglen bur. Preamplify og low-pass filter dette signalet (cutoff på 10 kHz for finch sang) og sette den inn i Harmonizer (eller andre realtime lyd-prosessering maskinvare). Bruk Pitch Shifter modulen på Harmonizer å generere en forskjøvet akustisk signal. Forsterke dette signalet og ruter den (via kommutatoren og fleksibel bly) til den positive kanal på høyttaleren hodetelefoner (grønn i figur 2e). </li><li> Gi strøm til telefoner mic. Fest et 9V batteri til veggen av fuglens soundbox. Koble den positive terminalen på batteriet til V + kanal (rød i figur 2e) via kommutatoren og fleksibel bly, koble batteriets minuspol til et felles ståsted på signalbehandling utstyr. Koble denne felles til høyttaleren og telefon mic bakken (svart i Figur 2e). </li><li> Kalibrere tilbakemeldinger gevinst. Fest ferdige hodetelefoner til sekskantmutrene på fuglens hode med 0-80 skruer. Når fuglen begynner å synge, record tre kanaler med data (cage mik / unshifted signal skiftet signal og telefon mikrofon) som vist i Figur 4. Undersøke lyd innspilt fra telefoner mic. Denne kanalen vil registrere superposisjon av den virtuelle tilbakemeldinger (spilt gjennom hodetelefoner høyttaler) og fuglen faktiske sangen &quot;lekker&quot; direkte inn i hodetelefonene rammen. Juster amplitude innstilling av høyttalerforsterker (figur 4), slik at den virtuelle lydfeedback er 15-20 dB høyere enn den direkte / lekker signal. Merk at å øke amplituden utover denne grensen kan resultere i den virtuelle signal blødning gjennom hodetelefonene og blir plukket opp av buret mic, noe som resulterer i tilbakemeldinger forvrengning. Et eksempel på en godt kalibrert system (i som signalet registrert av hodetelefonene mic domineres av tonehøyde-forskjøvet signal i stedet direkte / lekkende signalet) er vist i Figur 5. Her signalet er registrert ved hodetelefoner mikrofon (figur 5a<html> Til høyre) er dominert av tonehøyde-forskjøvet signal (heller enn fuglens naturlige vokalisering), som vist i eksemplet effektspekteret i figur 5b. </li><li> Overvåke systemytelsen. Sjekk hodetelefoner to ganger daglig for å sørge for at både høyttalere og mikrofon fungerer som de skal. Legg merke til at hodetelefonene mic bare overvåker en av foredragsholderne. For å teste den andre høyttaleren, trykker buret mic mens du holder den ikke-overvåket høyttaler ved siden av øret - du vil høre en klikke lyd hvis den ikke-overvåket høyttaler fungerer. En annen anbefalt sjekk er å koble fra strømkilden og signalutgang fra telefonen mic og bruke et ohmmeter for å måle motstanden over høyttalerne (svart og grønn i figur 2e). Når begge høyttalerne er tilkoblet, vil dette være halvparten av motstanden over en enkelt høyttaler ettersom høyttalerne er koblet i parallell. </li></ol> 5. Et notat på kostnadene for materialer nt &quot;&gt; Med to hederlige unntak, alle elementer som er oppført i tabellen of Materials er relativt billig (mindre enn et par hundre amerikanske dollar). er de mest kostbare komponentene kommutatoren og Harmonizer oppført i tabellen, som hver koster $ 2000 eller mer. vi oppmerksom på at rimeligere versjoner av begge elementene kan være tilgjengelig fra ulike produsenter enn de som står oppført (selv om vi ikke har testet dem) og kan tillate forskere å gjennomføre denne protokollen til en lavere kostnad.

<ol>
	<li>Shadmehr, R., Smith, M. A., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Error+correction,+sensory+prediction,+and+adaptation+in+motor+control.">Error correction, sensory prediction, and adaptation in motor control.</a> Annu. Rev. Neurosci. 33, 89-108 (2010).</li><li>Krakauer, J. W., Pine, Z. M., Ghilardi, M. F., Ghez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Learning+of+visuomotor+transformations+for+vectorial+planning+of+reaching+trajectories.">Learning of visuomotor transformations for vectorial planning of reaching trajectories.</a> J. Neurosci. 20, 8916-8924 (2000).</li><li>Krakauer, J. W., Ghilardi, M. F., Ghez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Independent+learning+of+internal+models+for+kinematic+and+dynamic+control+of+reaching.">Independent learning of internal models for kinematic and dynamic control of reaching.</a> Nature Neuroscience. 2, 1026-1031 (1999).</li><li>Chen, S. H., Liu, H., Xu, Y., Larson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Voice+F0+responses+to+pitch-shifted+voice+feedback+during+English+speech.">Voice F0 responses to pitch-shifted voice feedback during English speech.</a> J. Acoust. Soc. Am. 121, 1157-1163 (2007).</li><li>Houde, J. F., Jordan, M. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sensorimotor+adaptation+in+speech+production.">Sensorimotor adaptation in speech production.</a> Science. 279, 1213-1216 (1998).</li><li>Jones, J. A., Munhall, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perceptual+calibration+of+F0+production:+evidence+from+feedback+perturbation.">Perceptual calibration of F0 production: evidence from feedback perturbation.</a> J. Acoust. Soc. Am. 108, 1246-1251 (2000).</li><li>Liu, H., Larson, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+perturbation+magnitude+and+voice+F0+level+on+the+pitch-shift+reflex.">Effects of perturbation magnitude and voice F0 level on the pitch-shift reflex.</a> J. Acoust. Soc. Am. 122, 3671-3677 (2007).</li><li>Doupe, A. J., Kuhl, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Birdsong+and+human+speech:+common+themes+and+mechanisms.">Birdsong and human speech: common themes and mechanisms.</a> Annu. Rev. Neurosci. 22, 567-631 (1999).</li><li>Mooney, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+mechanisms+for+learned+birdsong.">Neural mechanisms for learned birdsong.</a> Learn Mem. 16, 655-669 (2009).</li><li>Brainard, M. S., Doupe, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interruption+of+a+basal+ganglia-forebrain+circuit+prevents+plasticity+of+learned+vocalizations.">Interruption of a basal ganglia-forebrain circuit prevents plasticity of learned vocalizations.</a> Nature. 404, 762-766 (2000).</li><li>Chi, Z., Margoliash, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temporal+Precision+and+Temporal+Drift+in+Brain+and+Behavior+of+Zebra+Finch+Song.">Temporal Precision and Temporal Drift in Brain and Behavior of Zebra Finch Song.</a> Neuron. 32, 899-910 (2001).</li><li>Sober, S. J., Wohlgemuth, M. J., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Central+contributions+to+acoustic+variation+in+birdsong.">Central contributions to acoustic variation in birdsong.</a> J. Neurosci. 28, 10370-10379 (2008).</li><li>Kao, M. H., Doupe, A. J., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contributions+of+an+avian+basal+ganglia-forebrain+circuit+to+real-time+modulation+of+song.">Contributions of an avian basal ganglia-forebrain circuit to real-time modulation of song.</a> Nature. 433, 638-643 (2005).</li><li>Sober, S. J., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adult+birdsong+is+actively+maintained+by+error+correction.">Adult birdsong is actively maintained by error correction.</a> Nat. Neurosci. 12, 927-931 (2009).</li><li>Choe, C. S., Welch, R. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variables+affecting+the+intermanual+transfer+and+decay+of+prism+adaptation.">Variables affecting the intermanual transfer and decay of prism adaptation.</a> J. Exp. Psychol. 102, 1076-1084 (1974).</li><li>Tumer, E. C., Brainard, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+variability+enables+adaptive+plasticity+of+'crystallized'+adult+birdsong.">Performance variability enables adaptive plasticity of 'crystallized' adult birdsong.</a> Nature. 450, 1240-1244 (2007).</li></ol>

Ingen interessekonflikter erklært.

Protokollen som presenteres her gjør at eksperimentator å manipulere lydsignal i syngende fugler. Den lette konstruksjonen gjør slike manipulasjoner skal opprettholdes over lange perioder, og fuglene vil synge frodig mens iført hodetelefoner for en måned eller mer. Selv om noen sangfugler vil synge for så lenge som 10 uker på seg hodetelefoner, i noen tilfeller mengden sang begynner å avta etter ~ 5 ukers bruk. Av denne grunn, vi vanligvis begrense eksperimenter til 4 uker. I vår erfaring, kan hver songbird utstyrt med hodetelefoner forventes å synge 100 + sang bouts per dag (og noen ganger mye mer). Derfor, hvis riktig brukt, tilbyr hodetelefoner systemet en nesten 100% suksess rate (hvis suksess er definert av oppkjøpet av data fra syngende fugler). Videre etter å ha fullført en læring eksperiment hodetelefonene kan fjernes og deretter reattached for videre datainnsamling. Forutsatt at dyret er i god generell helse reatta<html> chment kan skje når som helst. En viktig faktor for suksess er å minimere vekten og optimalisere komforten i hodetelefonene. Under bygging, bør man sørge for å minimere mengden av epoxy eller dental akryl brukes som overflødig lim vil øke den samlede vekten av apparatet og potensielt redusere fugl vilje til å synge. I tillegg viste flere dager etter å feste hodetelefonene, bør apparatet være kort fjernes for å bekrefte at huden rundt øregangene ikke har blitt irritert av ørepluggene, som kan oppstå hvis øreplugger er for stramme. Øregangene skal vises akkurat som de gjorde på den tiden av hodetelefoner vedlegg (åpen og med ingen tegn til rødhet eller hevelse). Hvis irritasjon oppstår, kan trykket bli lindres ved å redusere tykkelsen på puter. Pass på at skum herdet av tørket epoxy ikke kontakt fuglens huden, da dette vil også føre til irritasjon. <html> t &quot;&gt; Det er viktig å merke seg at i tillegg til tonehøyde skift valgt av experimenter, er virtuelle auditiv tilbakemeldinger også forsinket (av ~ 10 msek reflekterer behandlingen Latensen til Harmonizer) og er innført på et større amplitude enn fuglens naturlig auditiv tilbakemelding (for å overdøve lyden av fugl naturlige sang &quot;lekker&quot; til hodetelefonene). Av denne grunn bør eksperimenter begynne med en baseline periode på flere dager der fuglen synger med hodetelefonene på, men med null tonehøyde skift 14, slik at effekten av banen skift å bli isolert fra vokale endringer som følge av andre forhold knyttet til hodetelefonene paradigmet. I praksis, er endringer i sang pitch eller amplituden observeres sjelden når fuglene først begynner å synge med hodetelefoner i fravær av en pitch shift. Videre har vi vist at utvidet eksponering for unshifted tilbakemeldinger levert via hodetelefoner ikke føre til en endring i sang tonehøyde 14. innhold &quot;&gt; Vi har tidligere brukt denne designen til å vise at hos voksne sangfuglene, både oppover og nedover skift i banen av auditiv feedback generere adaptive endringer i toneleie (dvs. endringer motsatte i sign til tilbakemeldinger skift) 14. Inkludert både oppover og nedadgående skift i enhver eksperiment ansette dette paradigmet er viktig fordi et slikt design kan demonstrere den sangen bek endringer i respons til endringer i tonehøyden lydfeedback (og ikke i respons til forsinkelse eller amplitude artefakter innført av hodetelefoner). tillegg en nøkkel styrken i dette paradigmet er at den kan brukes for å introdusere vilkårlige auditive manipulasjoner. Harmonizer systemet kan generere en rekke elektroniske forstyrrelsene, for eksempel ved å endre amplituden eller spektrale omhylling av det akustiske signalet. Utvide rekke manipulasjoner utover tonehøyde skift kunne derfor bli brukt til å undersøke en rekke vokal læring fenomener. tillegg den headphones kunne brukes til å levere hvit støy eller andre betingede forsterkning signaler å drive læring i individuelle stavelser 16. Til slutt, kan dette paradigmet i prinsippet være ansatt i en liten dyr som er avhengig av auditiv tilbakemelding i løpet av vokal atferd. Vi merker oss at vår teknikk, som etterligner auditiv tilbakemelding manipulasjoner brukes til å studere menneskelig tale 4-7, lar vokal plastisitet å bli undersøkt i en fysiologisk tilgjengelig dyremodell. Kombinere atferdsmessige studier av vokal feilretting med hjerneskader, farmakologiske manipulasjoner eller nevrale opptak kan brukes til å avsløre hvordan bestemte nevrale kretser bidra til korrigering av feil i vokal ytelse.

<table border="1"><tbody><tr><td> Navn på reagens / Material </td><td> Selskapet </td><td> Katalognummer </td><td> Kommentarer </td></tr><tr><td> Sekskantmutrene </td><td> Amazon forsyning </td><td> B000FMW43Y </td><td></td></tr><tr><td> 0-80 Skruer, 1/8 &quot; </td><td> Amazon forsyning </td><td> B000FN0JXK </td><td></td></tr><tr><td> 0.05 &quot;Sekskantnøkkel </td><td> Amazon forsyning </td><td> B003GDISE8 </td><td></td></tr><tr><td> Hodetelefoner høyttalere </td><td> Digikey </td><td> 423-1113-ND </td><td></td></tr><tr><td> Hodetelefoner mikrofon </td><td> Digikey </td><td> 423-1062-ND </td><td></td></tr><tr><td> Harmonizer </td><td> Sweetwater Sound </td><td> H7600</td><td></td></tr><tr><td> (Eventide H7600) </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Karbonfiber stripe, 1 x 3 mm </td><td> Hobby Lobby International </td><td> GXS1030 </td><td></td></tr><tr><td> Karbonfiber sylinder, 6 mm (OD) x 4 mm (ID) </td><td> Hobby Lobby International </td><td> GXT6040 </td><td></td></tr><tr><td> Wire </td><td> Cooner Wire &amp; Cable </td><td> NUF36-2550 </td><td></td></tr><tr><td> Connector strip header </td><td> Digikey </td><td> ED83100-ND </td><td></td></tr><tr><td> Connector strip socket </td><td> Digikey </td><td> ED85100-ND </td><td></td></tr><tr><td> Ørepropper i skum </td><td> AO SIKKERHET </td><td> 92050 </td><td></td></tr><tr> &lt;td&gt; 1/8 &quot;hull </td><td> Paperwishes </td><td> 7260197000 </td><td></td></tr><tr><td> 1/4 &quot;hull </td><td> Paperwishes </td><td> 7260198000 </td><td></td></tr><tr><td> Pipettespisser </td><td> VWR </td><td> 89003-056 </td><td></td></tr><tr><td> Dental akryl </td><td> Maxcem </td><td> 33873 </td><td></td></tr><tr><td> 5-minutters epoxy </td><td> Devcon </td><td> 14210 </td><td></td></tr><tr><td> Cage mikrofon </td><td> Landsmann </td><td> B3P4FF05B </td><td></td></tr><tr><td> Mikrofon preamp </td><td> M-audio </td><td> DMP3 </td><td></td></tr><tr><td> Høyttalerforsterker (Crown D-45) </td><td> Sweetwater lyd </td><td> D-45 </td><td></td></tr><tr><td> Low-pass filter </td><td> Krohn-Hite </td><td> FMB3002AC, 3FS8SL-10kg-N1U1 </td><td></td></tr><tr><td> Kommutatoren </td><td> Øyenstikker </td><td> SL-88-10 </td><td></td></tr><tr><td> Krokodilleklemme holder </td><td> GC Electronics </td><td> 12-051 </td><td></td></tr><tr><td> Mineralolje </td><td> Sigma </td><td> M3516 </td><td></td></tr><tr><td> Dremel verktøyet </td><td> Dremel </td><td> 8200 </td><td></td></tr></tbody></table>

a lightweight, headphones-based system for manipulating auditory feedback in songbirds

Eksperimentelle manipulasjoner av sensorisk feedback under kompleks oppførsel har gitt verdifull innsikt i de beregningene som ligger til grunn motorisk kontroll og sensorimotor plastisitet en. Konsekvent sensoriske forstyrrelser resultat i kompenserende endringer i motoreffekt, noe som gjenspeiler endringer i foroverkopling motorstyring som reduserer den erfarne tilbakemeldinger feil. Ved å tallfeste hvor ulike sensoriske tilbakemeldinger feil påvirker menneskelig atferd, har tidligere studier utforsket hvordan visuelle signaler brukes til å kalibrere armbevegelser 2,3 og hørbar feedback brukes til å endre taleproduksjon 4-7. Styrken av denne tilnærmingen hviler på evnen til å etterligne naturalistiske feil i oppførsel, slik at experimenter å observere hvordan erfarne feil i produksjonen brukes å rekalibrere motorytelse. Songbirds gir en utmerket dyremodell for å undersøke det nevrale grunnlaget for sensorimotor kontroll og plastisitet 8,9 </sup&gt;. Den songbird hjernen gir en veldefinert krets hvor de områdene som er nødvendige for sang læring er romlig atskilt fra de som kreves for sang produksjon, og nevrale opptak og lesjon studier har gjort betydelige fremskritt i forståelsen av hvordan ulike hjerneområder bidra til vokal atferd 9-12 . Men mangelen på en naturalistisk feilkorrigering paradigme - der en kjent akustisk parameter er opprørt av eksperimentator og deretter korrigert av songbird - har gjort det vanskelig å forstå beregningene som ligger til grunn vokal læring eller hvordan ulike elementer av nevrale krets bidrar til korrigering av vokal feil 13. Den teknikk som er beskrevet her gir experimenter presis kontroll over lydfeedback feil i syngende fugler, slik at innføring av vilkårlige sensoriske feil som kan brukes til å drive vokal læring. Online lyd-prosessutstyr brukes til å introdusere en kjent forstyrrelse tilakustikken i sang, og en miniatyrisert hodetelefoner apparat brukes til å erstatte en sangfugl naturlige lydsignal med opprørt signalet i sanntid. Vi har brukt dette paradigmet å forurolige grunnfrekvensen (pitch) av auditiv tilbakemelding i voksen sangfugler, som gir den første demonstrasjonen som voksne fugler opprettholde vokal ytelsen ved hjelp av feilretting 14. Foreliggende protokollen kan brukes for å implementere en rekke sensoriske tilbakemeldinger perturbasjoner (inkludert men ikke begrenset til tonehøyde skift) kartlagt beregningsorientert og nevrofysiologiske grunnlaget for vokal læring.

Fig. 6 viser et representativt eksperiment utført på en voksen Bengalske Finch. Her ble hodetelefoner som brukes til å øke banen av auditiv tilbakemelding ved en halvtone (en tolvte av en oktav, som representerer en ca 6% endring i absolutt frekvens) i 16 dager. Dette manipulasjon resulterte i en gradvis reduksjon av banen av alle sang stavelser (fargede linjer). Denne endringen i vokalen motor programmet resulterte i en reduksjon i den auditive feil oppleves av fuglen (stiplet linje), viser fuglens avhengighet auditiv tilbakemelding til rette åpenbare vokal feil. Når banen skift ble fjernet etter dag 16, tonehøyde sangen slutt tilbake til utgangspunktet. Dataene vist i figur 6 er typiske ved at de reflekterer ufullstendig tilpasning. Her, selv om banen av auditiv tilbakemelding ble forskjøvet med 1,0 halvtoner, endret fuglen tonen sin sang med bare om lag 0,4 semitones. Tvers arter og systemer, er ufullstendig tilpasning normen når virtuelle tilbakemelding blir brukt til forurolige én sansemodalitet 5,15, og i det foreliggende paradigme sannsynlig reflekterer en delvis avhengighet nonauditory (f.eks proprioseptive) signaler som sangfugler evaluere deres pågående vokal ytelse. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig1.jpg" /> Figur 1. Hodetelefoner ramme montering. en. Crossbar montering. Fest skruene, tverrliggeren, hex nøtter og sprøyte nåler (rød) ved hjelp av epoxy lim (blå) som vist. Dekker spissen av hver skrue med mineralolje (grønn) for å hindre epoxy fra binding til skruene. B.. Earbud montering. Fest post, sylinder, og skum pad (oransje) med epoxy. C.. Montering hodetelefoner ramme. Før operasjonen, tråd stereotax earbars (svart) gjennom ørepluggene. Fest tverrliggeren til skallen med epoxy eller dental akryl (blå), og fest øreplugger for å tverrliggeren med krokodilleklemmer å forsiktig trykke på puter mot hodet på fuglen. d.. Venstre, side illustrerer plassering av tverrliggeren og øreplugger på hodet på fuglen. Høyre har delvis utsikt over hex mutter festet til skallen etter hodetelefoner rammen er fjernet ved å løsne skruene. Skala bar i b gjelder alle paneler. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig2.jpg" /> Figur 2. Elektronikk montering. en. Lag en adapter ved å sette en pipettespiss i slåsskamp stykke karbonfiber sylinder og skjæring pipettespiss til lengde. b.. Bruke epoxy, lim én høyttaler og hodetelefoner mic sammen atskilt med et stykke tape. C.. Lim adapter på høyttaler (vist) og høyttaler / phones mic komponent. D.. Loddetinn ledninger fra høyttalere og hodetelefoner mic til en kontakt stripe socket og lim den kontakten til toppen av hodetelefoner rammen. Hvit prikk, justeringsmerket på kontakten stripe kontakten. E. Koblingsskjema viser sammenhenger mellom høyttalere, hodetelefoner mic, og socket. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig3.jpg" /> Figur 3. Bly montering. en. Lag en fleksibel ledet av lodding fire 15 cm lengder av ledningen til pinnene på den ene siden av en kontakt stripe header og flette ledninger sammen. Loddetinn den andre enden av de ledningene til en adapter kobler til kommutatoren. Hvit prikk, justeringsmerket på kontakten stripe header. B.. Tennpluggkabelen i kontakten stripe kontakten på hodetelefoner for å bære endret auditiv tilbakemelding til hodetelefoner høyttaler, drive hodetelefoner mic, og registrere signaler fra hodetelefoner mic. Juster prikker på kontakten stripe header og kontakten for å sikre riktig tilkobling. Figur 4. Circuit sammendrag. Flytskjema oppsummerer system tilkobling. Tre datakanaler posten (1) den unshifted signalet fra buret mikrofonen, (2) en kopi av tonehøyde-forskjøvet signal sendt til hodetelefoner høyttalerne, og (3) lyden bølgeform registrert av hodetelefonene mic. Preamp, mikrofon forforsterker, LPF, low-pass filter. <img alt="Figur 5" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig5.jpg" /> Figur 5. Teste systemet. A. Spectrograms av lyd innspilt på de tre datakanaler. Hver datakanalen viser tre sang stavelser. Fargen representerer kraft til hver gang og akustisk frekvens. B.. Effektspekter på tiden indikeres av de loddrette røde linjer i en. Merk at toppene i hodetelefonene mic spektrum (grønn) som møter toppene i the pitch-forskjøvet (rød) snarere enn unshifted (svart) signal, som indikerer at lyden når fuglen øre er dominert av den skiftet tilbakemeldinger. <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/50027/50027fig6.jpg" /> Figur 6. Bruke hodetelefoner system som driver vokal læring. Vocal feilretting i en voksen Bengalske finch. Fargede linjer viser endringer i pitch på syv forskjellige sang stavelser i løpet av en 16-dagers periode (grå boks) hvor hodetelefoner systemet ble brukt til å skifte banen av auditiv tilbakemelding oppover ved en halvtone. Solid svart linje, mener tonehøyde endring på tvers av alle sang stavelser. Stiplet svart linje viser gjennomsnittlig banen feilen oppleves av faget under skift epoke. Oppmerksom på at endringen i sang tonehøyde tjener til å redusere den erfarne tonehøyde feilen. Etter banen skift ble satt tilbake til null på dag 17 tonehøyde tilnærminger baseline. På dag 24 hodetelefonene ble fjernet, ogda erstattet på 46 dag, på hvilket tidspunkt tonehøyde hadde gjenvunnet tilbake til sin grunnverdi.

Watch this Scientific Journal Video about A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds at JoVE.com

A Lightweight, Headphones-based System for Manipulating Auditory Feedback in Songbirds

Vi beskriver prosjektering og montering av miniatyriserte hodetelefoner egnet til å erstatte en sangfugl naturlige auditiv tilbakemelding med en manipulert akustisk signal. Online lydbehandling hardware brukes til å manipulere sang utgang, innføre real-time feil i auditiv tilbakemelding via hodetelefonene, og kjøre vokal motorisk læring.

En lett, hodetelefoner-basert system for å manipulere Auditiv tilbakemelding i Songbirds

Experimental manipulations of sensory feedback during complex behavior have provided valuable insights into the computations underlying motor control and ...

Research

JoVE Journal

Neuroscience

VisualEyes: A Modular Software System for Oculomotor Experimentation

VisualEyes: En Modular Software System for oculomotor Eksperimentering

Eye movement studies have provided a strong foundation forming an understanding of how the brain acquires visual information in both the normal and ...

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 ...

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

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 ...

Direct Intraventricular Delivery of Drugs to the Rodent Central Nervous System

Direkte Intraventrikulær Levering av legemidler til gnager Central Nervous System

Due to an inability to cross the blood brain barrier, certain drugs need to be directly delivered into the central nervous system (CNS). Our lab focuses ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Funksjonell Imaging av auditive cortex hos voksne katter ved hjelp av høy-feltet fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo optogenetic Stimulering av gnagere sentralnervesystemet

The ability to probe defined neural circuits in awake, freely-moving animals with cell-type specificity, spatial precision, and high temporal resolution ...

Optogenetic Stimulation of the Auditory Nerve

Optogenetic Stimulering av hørselsnerven

Direct electrical stimulation of spiral ganglion neurons (SGNs) by cochlear implants (CIs) enables open speech comprehension in the majority of implanted ...

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 ...

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Måling og manipulering funksjonelt spesifikke nevrale veier i det menneskelige motorsystemet med transkraniell magnetisk stimulering

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...