Name: a flexible platform for monitoring cerebellum-dependent sensory associative learning
Uploaded: 2022-01-19T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Flexible Platform for Monitoring Cerebellum-Dependent Sensory Associative Learning at JoVE.com

この研究は、国立精神衛生研究所NRSA F32 MH120887-03(G.J.B.へ)およびR01 NS045193およびR01 MH115750(S.S-H.W.へ)からの助成金によって支援されています。DECセットアップの最適化に役立つ議論をしてくれたBas Koekkoek博士とHenk-Jan Boele博士、DTSCセットアップの最適化に役立つ議論をしてくれたYue Wang博士とXiaoying Chen博士に感謝します。

ここで説明する動物のプロトコルは、プリンストン大学の動物ケアおよび使用委員会によって承認されています。
1. SBC のセットアップ
<ol><li>カメラシリアルインターフェイス(CSI)ケーブルをラズベリーNoIR V2カメラとSBCのカメラポートに接続します。</li>
	<li>SBC のオペレーティング システムをホスト コンピューターにダウンロードします。オペレーティン?...

<ol>
	<li>McCormick, D. A., Lavond, D. G., Clark, G. A., Kettner, R. E., Rising, C. E., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+engram+found?+Role+of+the+cerebellum+in+classical+conditioning+of+nictitating+membrane+and+eyelid+responses.">The engram found? Role of the cerebellum in classical conditioning of nictitating membrane and eyelid responses.</a> Bulletin of the Psychonomic Society. 18 (3), 103-105 (1981).</li><li>McCormick, D. A., Clark, G. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Initial+localization+of+the+memory+trace+for+a+basic+form+of+learning.">Initial localization of the memory trace for a basic form of learning.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 79 (8), 2731-2735 (1982).</li><li>McCormick, D. A., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebellum:+essential+involvement+in+the+classically+conditioned+eyelid+response.">Cerebellum: essential involvement in the classically conditioned eyelid response.</a> Science. 223 (4633), 296-299 (1984).</li><li>Krupa, D. J., Thompson, J. K., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localization+of+a+memory+trace+in+the+mammalian+brain.">Localization of a memory trace in the mammalian brain.</a> Science. 260 (5110), 989-991 (1993).</li><li>Llin&#225;s, R., Sugimori, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrophysiological+properties+of+in+vitro+Purkinje+cell+dendrites+in+mammalian+cerebellar+slices.">Electrophysiological properties of in vitro Purkinje cell dendrites in mammalian cerebellar slices.</a> The Journal of Physiology. 305, 197-213 (1980).</li><li>Mintz, M., Lavond, D. G., Zhang, A. A., Yun, Y., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unilateral+inferior+olive+NMDA+lesion+leads+to+unilateral+deficit+in+acquisition+and+retention+of+eyelid+classical+conditioning.">Unilateral inferior olive NMDA lesion leads to unilateral deficit in acquisition and retention of eyelid classical conditioning.</a> Behavioral and Neural Biology. 61 (3), 218-224 (1994).</li><li>Welsh, J. P., Harvey, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebellar+lesions+and+the+nictitating+membrane+reflex:+performance+deficits+of+the+conditioned+and+unconditioned+response.">Cerebellar lesions and the nictitating membrane reflex: performance deficits of the conditioned and unconditioned response.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 9 (1), 299-311 (1989).</li><li>Mauk, M. D., Steinmetz, J. E., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classical+conditioning+using+stimulation+of+the+inferior+olive+as+the+unconditioned+stimulus.">Classical conditioning using stimulation of the inferior olive as the unconditioned stimulus.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 83 (14), 5349-5353 (1986).</li><li>Steinmetz, J. E., Lavond, D. G., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Classical+conditioning+in+rabbits+using+pontine+nucleus+stimulation+as+a+conditioned+stimulus+and+inferior+olive+stimulation+as+an+unconditioned+stimulus.">Classical conditioning in rabbits using pontine nucleus stimulation as a conditioned stimulus and inferior olive stimulation as an unconditioned stimulus.</a> Synapse. 3 (3), 225-233 (1989).</li><li>Chettih, S. N., McDougle, S. D., Ruffolo, L. I., Medina, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptive+timing+of+motor+output+in+the+mouse:+The+role+of+movement+oscillations+in+eyelid+conditioning.">Adaptive timing of motor output in the mouse: The role of movement oscillations in eyelid conditioning.</a> Frontiers in Integrative Neuroscience. 5, 72 (2011).</li><li>Heiney, S. A., Wohl, M. P., Chettih, S. N., Ruffolo, L. I., Medina, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebellar-dependent+expression+of+motor+learning+during+eyeblink+conditioning+in+head-fixed+mice.">Cerebellar-dependent expression of motor learning during eyeblink conditioning in head-fixed mice.</a> The Journal of Neuroscience. 34 (45), 14845-14853 (2014).</li><li>Heiney, S. A., Kim, J., Augustine, G. J., Medina, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+control+of+movement+kinematics+by+optogenetic+inhibition+of+purkinje+cell+activity.">Precise control of movement kinematics by optogenetic inhibition of purkinje cell activity.</a> Journal of Neuroscience. 34 (6), 2321-2330 (2014).</li><li>Ten Brinke, M. 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=Evolving+models+of+pavlovian+conditioning:+Cerebellar+cortical+dynamics+in+awake+behaving+mice.">Evolving models of pavlovian conditioning: Cerebellar cortical dynamics in awake behaving mice.</a> Cell Reports. 13 (9), 1977-1988 (2015).</li><li>Gao, Z., 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=Excitatory+cerebellar+nucleocortical+circuit+provides+internal+amplification+during+associative+conditioning.">Excitatory cerebellar nucleocortical circuit provides internal amplification during associative conditioning.</a> Neuron. 89 (3), 645-657 (2016).</li><li>Giovannucci, A., 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=Cerebellar+granule+cells+acquire+a+widespread+predictive+feedback+signal+during+motor+learning.">Cerebellar granule cells acquire a widespread predictive feedback signal during motor learning.</a> Nature Neuroscience. 20 (5), 727-734 (2017).</li><li>Ten Brinke, M. 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=Dynamic+modulation+of+activity+in+cerebellar+nuclei+neurons+during+pavlovian+eyeblink+conditioning+in+mice.">Dynamic modulation of activity in cerebellar nuclei neurons during pavlovian eyeblink conditioning in mice.</a> eLife. 6, 28132 (2017).</li><li>Wang, X., Yu, S., Ren, Z., De Zeeuw, C. I., Gao, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+FN-MdV+pathway+and+its+role+in+cerebellar+multimodular+control+of+sensorimotor+behavior.">A FN-MdV pathway and its role in cerebellar multimodular control of sensorimotor behavior.</a> Nature Communications. 11 (1), 6050 (2020).</li><li>Albergaria, C., Silva, N. T., Pritchett, D. L., Carey, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Locomotor+activity+modulates+associative+learning+in+mouse+cerebellum.">Locomotor activity modulates associative learning in mouse cerebellum.</a> Nature Neuroscience. 21 (5), 725-735 (2018).</li><li>Kim, O. A., Ohmae, S., Medina, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cerebello-olivary+signal+for+negative+prediction+error+is+sufficient+to+cause+extinction+of+associative+motor+learning.">A cerebello-olivary signal for negative prediction error is sufficient to cause extinction of associative motor learning.</a> Nature Neuroscience. 23 (12), 1550-1554 (2020).</li><li>Yamada, T., 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=Sensory+experience+remodels+genome+architecture+in+neural+circuit+to+drive+motor+learning.">Sensory experience remodels genome architecture in neural circuit to drive motor learning.</a> Nature. 569 (7758), 708-713 (2019).</li><li>Horlington, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Startle+response+circadian+rhythm+in+rats:+lack+of+correlation+with+motor+activity.">Startle response circadian rhythm in rats: lack of correlation with motor activity.</a> Physiology &amp; Behavior. 5 (1), 49-53 (1970).</li><li>Yeomans, J. S., Li, L., Scott, B. W., Frankland, P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tactile,+acoustic+and+vestibular+systems+sum+to+elicit+the+startle+reflex.">Tactile, acoustic and vestibular systems sum to elicit the startle reflex.</a> Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 26 (1), 1-11 (2002).</li><li>. Raspberry Pi Operating system images Available from: <a target="_blank" href="https://www.raspberrypi.com/software/operationg-systems/">https://www.raspberrypi.com/software/operationg-systems/</a> (2021)</li><li>. VNC Server. VNC&#174; Connect Available from: <a target="_blank" href="https://www.realvnc.com/en/connect/download/vnc/">https://www.realvnc.com/en/connect/download/vnc/</a> (2021)</li><li>. Anaconda: The world's most popular data science platform Available from: <a target="_blank" href="https://xddebuganaconda.xdlab.co/">https://xddebuganaconda.xdlab.co/</a> (2021)</li><li>De Zeeuw, C. I., Ten Brinke, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+learning+and+the+cerebellum.">Motor learning and the cerebellum.</a> Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 7 (9), 021683 (2015).</li><li>Badura, A., 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=Normal+cognitive+and+social+development+require+posterior+cerebellar+activity.">Normal cognitive and social development require posterior cerebellar activity.</a> eLife. 7, 36401 (2018).</li><li>Koekkoek, S. K. E., Den Ouden, W. L., Perry, G., Highstein, S. M., De Zeeuw, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+kinetic+and+frequency-domain+properties+of+eyelid+responses+in+mice+with+magnetic+distance+measurement+technique.">Monitoring kinetic and frequency-domain properties of eyelid responses in mice with magnetic distance measurement technique.</a> Journal of Neurophysiology. 88 (4), 2124-2133 (2002).</li><li>Kloth, A. D., 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=Cerebellar+associative+sensory+learning+defects+in+five+mouse+autism+models.">Cerebellar associative sensory learning defects in five mouse autism models.</a> eLife. 4, 06085 (2015).</li><li>Boele, H. -. J., Koekkoek, S. K. E., De Zeeuw, C. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebellar+and+extracerebellar+involvement+in+mouse+eyeblink+conditioning:+the+ACDC+model.">Cerebellar and extracerebellar involvement in mouse eyeblink conditioning: the ACDC model.</a> Frontiers in Cellular Neuroscience. 3, (2010).</li><li>Lin, C., Disterhoft, J., Weiss, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whisker-signaled+eyeblink+classical+conditioning+in+head-fixed+Mice.">Whisker-signaled eyeblink classical conditioning in head-fixed Mice.</a> Journal of Visualized Experiments: JoVE. (109), e53310 (2016).</li><li>Pereira, T. D., 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=Fast+animal+pose+estimation+using+deep+neural+networks.">Fast animal pose estimation using deep neural networks.</a> Nature Methods. 16 (1), 117-125 (2019).</li><li>Mathis, A., 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=DeepLabCut:+markerless+pose+estimation+of+user-defined+body+parts+with+deep+learning.">DeepLabCut: markerless pose estimation of user-defined body parts with deep learning.</a> Nature Neuroscience. 21 (9), 1281-1289 (2018).</li></ol>

ここで概説する関連プロトコルを備えたプラットフォームは、2つの感覚連想学習タスクにおける動物の行動を確実に追跡するために使用することができる。各タスクは、クライミングファイバー経路を通る無傷の通信に依存します。ここで説明する設計では、小脳応答の学習と記録/摂動を容易にする要素を組み込んでいます。これらには、自由な移動11、<sup class="x...

パブロフ的条件付けは、条件付け応答を惹起する刺激間の1秒未満の関連を、小脳依存性学習をプローブするために長い間使用されてきた。例えば、古典的な遅延アイブリンクコンディショニング(DEC)では、動物は、常に反射的なまばたきを誘発する無条件刺激(米国;例えば、角膜に適用される空気のパフ)と繰り返し対になったときに、中立的な条件刺激(CS;例えば、光の閃光または聴覚的トーン)に応答して、タイミングよく保護点滅することを学び、 CSの終わりまたはその近くに来る。学習された応答は条件付き応答 (CR) と呼ばれ、反射応答は無条件応答 (UR) と呼ばれます。ウサギでは、小脳特異的病変がこの形態の学習を混乱させる1,2,3,4。さらに、Purkinje細胞複合体スパイクは、それらのクライミングファイバー入力5によって駆動され、適切なタイミングのCRの獲得に必要な6,7および十分な8,9信号を提供する。
より最近では、登山繊維依存性連想学習パラダイムが頭部固定マウスのために開発されている。DECは、この構成10,11に適合した最初の連想学習パラダイムであった。頭部固定マウスにおけるDECは、小脳領域11、12、13、14、15、16、17および回路素子11、12、13、14、15、18、19を同定するために用いられてきた タスクの獲得と消滅に必要です。このアプローチはまた、タスクパラメータの細胞レベルの生理学的表現が学習とともにどのように進化するかを実証するためにも使用されている13,15,16。
まばたきに加えて、遅延驚愕触覚条件付け(DTSC)パラダイムは、頭部固定マウス20のための新規連想学習タスクとして最近開発された。概念的にはDECと同様に、DTSCは、米国、URとして驚愕反射21,22に従事するのに十分な強度で顔へのタップを伴う中立的なCSの提示を含む。DTSCパラダイムでは、URとCRの両方が車輪上の後方移動として読み取られます。DTSCは現在、連想学習が小脳活動と遺伝子発現のパターンをどのように変えるかを明らかにするために使用されています20。
本研究では、DECやDTSCを1つのプラットフォームで柔軟に適用する手法を開発した。刺激属性とプラットフォーム属性を図 1に図式化します。この設計には、カメラで動物の行動を追跡する機能と、ホイール上のマウスの動きを追跡するロータリーエンコーダーが組み込まれています。データロギングとトライアル構造のすべての側面は、ペアのマイクロコントローラ(Arduino)とシングルボードコンピュータ(SBC;ラズベリーパイ)。これらのデバイスは、提供されたグラフィカルユーザーインターフェイスを介してアクセスできます。ここでは、セットアップ、実験の準備と実行のためのワークフローと、データ視覚化のためのカスタマイズされた分析パイプラインを紹介します。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>&#34;B&#34; Quick Base For C&#38;B METABOND - 10 mL bottle</td>
			<td>Parkell</td>
			<td>S398</td>
			<td>Dental cement solvent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#34;C&#34; Universal TBB Catalyst - 0.7 mL</td>
			<td>Parkell</td>
			<td>S371</td>
			<td>Catalyst</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>#8 Washers</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>W8S038</td>
			<td>Washers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.250&#34; (1/4&#34;) x 8.00&#34; Stainless Steel Precision Shafting</td>
			<td>Servocity</td>
			<td>634172</td>
			<td>1/4&#34; shaft</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.250&#8221; (0.770&#34;) Clamping Hub</td>
			<td>Servocity</td>
			<td>545588</td>
			<td>Clamping hub</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34; to 6 mm Set Screw Shaft Coupler- 5 pack</td>
			<td>Actobotics</td>
			<td>625106</td>
			<td>Shaft-coupling sleeve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34;-20 Cap Screws, 3/4&#34; Long</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SH25S075</td>
			<td>1/4&#34; bolt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>100 pcs 5 mm 395&#8211;400 nm UV Ultraviolet LED Light Emitting Diode Clear Round Lens 29 mm Long Lead (DC 3V) LEDs Lights +100 pcs Resistors</td>
			<td>EDGELEC</td>
			<td>&#8206;ED_YT05_U_100Pcs</td>
			<td>CS LEDs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 m Micro HDMI to DVI-D Cable - M/M - 2 m Micro HDMI to DVI Cable - 19 pin HDMI (D) Male to DVI-D Male - 1920 x 1200 Video</td>
			<td>Star-tech</td>
			<td>&#8206;HDDDVIMM2M</td>
			<td>Raspberry Pi4B to monitor cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>256 GB Ultra Fit USB 3.1 Flash Drive</td>
			<td>SanDisk</td>
			<td>&#8206;SDCZ430-256G-G46</td>
			<td>USB thumb drive</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3.3 V&#8211;5 V 4 Channels Logic Level Converter Bi-Directional Shifter Module</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B00ZC6B8VM</td>
			<td>Logic level shifter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>32 GB 95 MB/s (U1) microSDHC EVO Select Memory Card</td>
			<td>Samsung</td>
			<td>&#8206;MB-ME32GA/AM</td>
			<td>microSD card</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4.50&#34; Aluminum Channel</td>
			<td>Servocity</td>
			<td>585444</td>
			<td>4.5&#34; aluminum channel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>48-LED CCTV Ir Infrared Night Vision Illuminator</td>
			<td>Towallmark</td>
			<td>SODIAL</td>
			<td>Infrared light array</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4PCS Breadboards Kit Include 2PCS 830 Point 2PCS 400 Point Solderless Breadboards for Proto Shield Distribution Connecting Blocks</td>
			<td>REXQualis</td>
			<td>B07DL13RZH</td>
			<td>Breadboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 Port Gigabit Unmanaged Ethernet Network Switch</td>
			<td>TP-Link</td>
			<td>&#8206;TL-SG105</td>
			<td>Ethernet switch</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ Power Supply/Adapter</td>
			<td>Canakit</td>
			<td>&#8206;DCAR-RSP-2A5</td>
			<td>Power supply for Raspberry Pi 3B+</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-0 ETHILON BLACK 1 x 18&#34; C-3</td>
			<td>Ethicon</td>
			<td>668G</td>
			<td>Sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6 mm Shaft Encoder 2000 PPR Pushpull Line Driver Universal Output Line Driver Output 5-26 V dc Supply</td>
			<td>Calt</td>
			<td>&#160;B01EWER68I</td>
			<td>Rotary encoder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216;1/2&#34; Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4&#34;-20 Tap, L = 1&#34;, 5 Pack</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TR1-P5</td>
			<td>Optical posts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216;1/2&#34; Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4&#34;-20 Tap, L = 2&#34;, 5 Pack</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TR2-P5</td>
			<td>Optical posts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216;1/2&#34; Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4&#34;-20 Tap, L = 4&#34;, 5 Pack</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TR4-P5</td>
			<td>Optical posts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216;1/2&#34; Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4&#34;-20 Tap, L = 6&#34;, 5 Pack</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TR6-P5</td>
			<td>Optical posts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#216;1/2&#34; Post Holder, Spring-Loaded Hex-Locking Thumbscrew, L = 2&#34;</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PH2</td>
			<td>Optical post holder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adapter-062-M X LUER LOCK-F</td>
			<td>The Lee Co.</td>
			<td>TMRA3201950Z</td>
			<td>Solenoid valve luer adapter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aeromat Foam Roller Size: 36&#34; Length</td>
			<td>Aeromat</td>
			<td>B002H3CMUE</td>
			<td>Foam roller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aluminum Breadboard 10&#34; x 12&#34; x 1/2&#34;, 1/4&#34;-20 Taps</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MB1012</td>
			<td>Aluminum breadboard</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Amazon Basics HDMI to DVI Adapter Cable, Black, 6 Feet, 1-Pack</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>HL-007347</td>
			<td>Raspberry Pi3B+ to monitor cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino&#160; Uno R3</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>A000066</td>
			<td>Arduino Uno (microcontroller board)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino Due</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>&#8206;A000062</td>
			<td>Arduino Due (microcontroller board)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bench Power Supply, Single, Adjustable, 3 Output, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A</td>
			<td>Tenma</td>
			<td>72-8335A</td>
			<td>Power supply</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear Scratch- and UV-Resistant Cast Acrylic Sheet, 12&#34; x 24&#34; x 1/8&#34;</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>8560K257</td>
			<td>Acrylic sheet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CNC Stepper Motor Driver 1.0&#8211;4.2 A 20&#8211;50 V DC 1/128 Micro-Step Resolutions for Nema 17 and 23 Stepper Motor</td>
			<td>Stepper Online</td>
			<td>B06Y5VPSFN</td>
			<td>Stepper motor driver</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Compact Compressed Air Regulator, Inline Relieving, Brass Housing, 1/4 NPT</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>6763K13</td>
			<td>Air source regulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton Swab</td>
			<td>Puritan</td>
			<td>806-WC</td>
			<td>Cotton swab</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dell 1908FP 19&#34; Flat Panel Monitor - 1908FPC</td>
			<td>Dell</td>
			<td>1908FPC</td>
			<td>Computer monitor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flex Cable for Raspberry Pi Camera</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>2144</td>
			<td>camera serial interface cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Torque Nema 17 Bipolar Stepper Motor 92 oz&#183;in/65 N&#183;cm 2.1 A Extruder Motor</td>
			<td>Stepper Online</td>
			<td>17HS24-2104S</td>
			<td>Stepper motor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Henry Schein</td>
			<td>66794001725</td>
			<td>Isoflurane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Krazy Maximum Bond Permanent Glue, 0.18 oz.</td>
			<td>Krazy Glue</td>
			<td>KG483</td>
			<td>Cyanoacrylate glue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lidocaine HCl</td>
			<td>VetOne</td>
			<td>510212</td>
			<td>Lidocaine</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Low-Strength Steel Hex Nut, Grade 2, Zinc-Plated, 1/4&#34;-20 Thread Size</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>90473A029</td>
			<td>Nuts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M3 x 50 mm Partially Threaded Hex Key Socket Cap Head Screws 10 pcs</td>
			<td>Uxcell</td>
			<td>A16040100ux1380</td>
			<td>M3 bolt</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEMA 17 Stepper Motor Mount</td>
			<td>ACTOBOTICS</td>
			<td>555152</td>
			<td>Stepper motor mount</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Official Raspberry Pi Power Supply 5.1 V 3 A with USB C - 1.5 m long</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>4298</td>
			<td>Power supply for Raspberry Pi 4B</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optixcare Dog &#38; Cat Eye Lube Lubricating Gel, 0.70-oz tube</td>
			<td>Optixcare</td>
			<td>142422</td>
			<td>Opthalimic ointment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision Stainless Steel Ball Bearing, Shielded, Trade No. R188-2Z, 13000 rpm Maximum Speed</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>3759T57</td>
			<td>Bearing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Premium Female/Female Jumper Wires - 40 x 6&#34;</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>266</td>
			<td>Wires</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Premium Female/Male &#39;Extension&#39; Jumper Wires - 40 x 6&#34; (150 mm)</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>826</td>
			<td>Wires</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Premium Male/Male Jumper Wires - 40 x 6&#34;</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>758</td>
			<td>Wires</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Radiopaque L-Powder for C&#38;B METABOND - 5 g</td>
			<td>Parkell</td>
			<td>S396</td>
			<td>Dental cement powder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raspberry Pi (3B+ or 4B)</td>
			<td>Adafruit</td>
			<td>3775 or 4295</td>
			<td>Raspberry Pi</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raspberry Pi NoIR Camera Module V2 - 8MP 1080P30</td>
			<td>Raspberry Pi Foundation</td>
			<td>RPI3-NOIR-V2</td>
			<td>Raspberry NoIR V2 camera</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right-Angle Bracket, 1/4&#34; (M6) Counterbored Slot, 8-32 Taps</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>AB90E</td>
			<td>Right-angle bracket</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right-Angle Clamp for &#216;1/2&#34; Posts, 3/16&#34; Hex</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>RA90</td>
			<td>Right-angle optical post clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right-Angle End Clamp for &#216;1/2&#34; Posts, 1/4&#34;-20 Stud and 3/16&#34; Hex</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>RA180</td>
			<td>Right-angle end clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RJ45 Cat-6 Ethernet Patch Internet Cable</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>&#8206;CAT6-7FT-5P-BLUE</td>
			<td>Ethernet cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotating Clamp for &#216;1/2&#34; Posts, 360&#176; Continuously Adjustable, 3/16&#34; Hex</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SWC</td>
			<td>Rotating optical post clamps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spike &#38; Hold Driver-0.1 TO 5 MS</td>
			<td>The Lee Co.</td>
			<td>IECX0501350A</td>
			<td>Solenoid valve driver</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Swivel Base Adapter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>UPHA</td>
			<td>Post holder adapter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB 2.0 A-Male to Micro B Cable, 6 feet</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>&#8206;7T9MV4</td>
			<td>USB2 type A to USB2 micro cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>USB 2.0 Printer Cable - A-Male to B-Male, 6 Feet (1.8 m)</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>B072L34SZS</td>
			<td>USB2 type B to USB2 type A cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>VHS-M/SP-12 V</td>
			<td>The Lee Co.</td>
			<td>INKX0514900A</td>
			<td>Solenoid valve</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Zinc-Plated Steel 1/4&#34; washer, OD 1.000&#34;</td>
			<td>McMaster Carr</td>
			<td>91090A108</td>
			<td>Washers</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a flexible platform for monitoring cerebellum-dependent sensory associative learning

プルキンエ細胞への上昇線維入力は、小脳依存性連想学習に不可欠な有益なシグナルを提供する。頭部固定マウスでこれらのシグナルを研究することは、イメージング、電気生理学的、および光遺伝学的方法の使用を容易にする。ここでは、ランニングホイール上で自由に位置決めする頭部固定マウスの連想学習を追跡できる低コストの行動プラットフォーム(〜$ 1000)が開発されました。このプラットフォームには、まばたきコンディショニングと遅延触覚驚愕条件付けの2つの一般的な連想学習パラダイムが組み込まれています。動作はカメラと検出器によるホイールの動きを使用して追跡されます。コンポーネントとセットアップについて説明し、トレーニングとデータ分析のための詳細なプロトコルを提供します。このプラットフォームは、光遺伝学的刺激および蛍光イメージングの組み込みを可能にする。この設計により、単一のホストコンピュータが複数のプラットフォームを制御して、複数の動物を同時に訓練することができます。

DEC実験・解析のワークフロー 適切な実験パラメータ選択は、遅延アイブリンクコンディショニング(DEC)トレーニングを成功させるために重要です。ここで示すデータでは、GUI を使用して 350 ミリ秒の CS 期間と 50 ミリ秒の US 期間を選択しました。このペアリングは、300msの刺激間間隔をもたらす:低振幅CR産生10 を防止するのに十分な長さと、不十分な学習また...

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A Flexible Platform for Monitoring Cerebellum-Dependent Sensory Associative Learning

私たちは、2つの登山繊維依存連想学習タスク中の動物の行動を追跡するための単一のプラットフォームを開発しました。低コストの設計により、繊維関連小脳活動の登山に向けられた光遺伝学的またはイメージング実験との統合が可能になります。

小脳依存感覚連想学習を監視するための柔軟なプラットフォーム

Climbing fiber inputs to Purkinje cells provide instructive signals critical for cerebellum-dependent associative learning. Studying these signals in ...

感覚連想学習パラダイムは、小脳の機能、脳の他の部分との関係、および行動について多くのことを明らかにしました。マウスをモデル生物として用い、世界中の研究室がこれらの強力な方法を効果的かつ安価に実施するための十分な詳細の方法を提示する。私たちのプロトコルは、研究者が複数の小脳依存行動を設定することを可能にします。当社の研究プラットフォームのコア機能は、特定の研究課題に合わせて簡単に変更できます。まず、カメラのシリアルインターフェイスケーブルをカメラとSBCのカメラポートに接続します。次に、SBCのオペレーティングシステムをホストコンピューターにダウンロードし、microSDカードにsshというファイルを作成します。microSDカードをホストマシンから取り出します。SBC microSD カードスロットに挿入し、SBC に電力を供給します。次に、ホストへの有線接続を受け入れるように SBC を準備するには、端末を開き、コマンド ifconfig" と入力して、SBC のイーサネット IP アドレスを記録します。次に、ラズベリーパイ構成設定の[インターフェイス]タブに移動し、カメラ、SSH、およびVNCのオプションを有効にします。有線接続を確立するには、イーサネットケーブルをSBCとホストコンピューターのイーサネットポートに接続し、これらのケーブルのもう一方の端をイーサネットスイッチに接続します。次に、VNC などの仮想ネットワークコンピューティングクライアントを使用して、SBC IP アドレスと既定の認証を使用してデスクトップにアクセスします。次に、必要なソフトウェアと必要な Python ライブラリを SBC にダウンロードします。マイクロコントローラを直接制御するには、マイクロコントローラ統合開発環境またはIDEソフトウェアをダウンロードしてください。次に、SBC 端末ウィンドウを開き、「ダウンロード」ディレクトリに移動して、IDE をインストールします。マイクロコントローラIDEを開いた後、「ツール」を選択し、「ライブラリの管理」を選択して、Paul Stoffregenのエンコーダライブラリをインストールします。最後に、SBC の USB ポートにサム ドライブを挿入し、USB 外部記憶装置をマウントするためのコマンドを入力します。SBCをマイクロコントローラのプログラミングポートに接続したら、マイクロコントローラIDEでダウンロードスケッチを開き、マイクロコントローラにアップロードします。次に、適切なバージョンのArduinoアンドロイドをホストコンピュータにダウンロードしてインストールします。次に、DTSC_USをダウンロードします。ホストコンピュータにスケッチしません。USB A-USB Bワイヤをホストコンピュータとマイクロコントローラに接続します。スケッチを開き、マイクロコントローラにアップロードします。マイクロコントローラのブレッドボード、LED、ロータリーエンコーダ、ドライバ付きステッピングモータ、ドライバ付きソレノイドバルブにワイヤを取り付けます。次に、電源の1チャンネルをステッピングモータドライバの正VピンとGNDピンに配線します。電源装置の電源を入れた後、接続されているチャネル電圧を 25 ボルトに設定します。次に、電源の正リード線を電磁弁ドライバホールド電圧ピンに配線し、もう一方の正リード線をスパイク電圧ピンに配線します。電源をオンにした後、スパイク電圧に接続されたチャネルを12ボルトに設定し、ホールド電圧に接続されたチャネルを2.5ボルトに設定します。次に、1平方インチあたり20ポンドの圧力に調整された空気源をソレノイドバルブに接続します。次に、ランニングホイールを作るには、フォームローラーから3インチのホイールを切り取り、正確なホイール中央に4分の1インチの穴を開けます。次に、ホイールに4分の1インチのシャフトを挿入し、クランプハブを使用して所定の位置に固定します。ロータリーエンコーダを4.5インチのアルミチャンネルに貼り付けます。次に、アルミニウムブレッドボード上のアルミニウムチャネルを安定させます。ホイールをロータリーエンコーダに取り付けた後、直角エンドクランプに挿入されたベアリングでホイールシャフトの自由側を安定させ、ブレッドボードに取り付けられた光学ポストに取り付けます。次に、光学ポストと直角ポストクランプを使用してヘッドレストを配置します。次に、条件刺激LEDとDEC無条件刺激の電磁弁出口を組み立てられたホイールの周囲に配置します。次に、DTSC無条件刺激とPiカメラに使用されるステッピングモータを光学ポストに取り付けます。赤外光アレイをPiカメラと同じ側、動物の顔が配置される場所の少し上と真上に配置します。アクリル片の端に泡をテーピングすることによって、遅延触覚驚愕条件付けのための触覚刺激を作ります。クランプハブを使用して4分の1インチのシャフトに取り付け、触覚刺激をステッピングモーターシャフトに取り付けます。ヘッドプレートを移植するには、マウスを麻酔し、頭皮の正中線に沿ってメスで、目の後ろ端から頭蓋骨まで切開する。切開部を広げ、両側を止血剤でクランプして開いたままにします。シアノアクリレート接着剤を使用して、ヘッドプレートを頭蓋骨に取り付けます。次に、歯科用セメント粉末、溶剤、および触媒の混合物を露出した骨のすべての領域に塗布する。ヘッドプレートの後ろと前に閉じた皮膚を縫合する。その後、術後鎮痛剤を注射し、マウスが少なくとも5日間回復できるようにします。行動セッションのためにマウスを準備するには、マウスをヘッドレストに取り付けてプラットフォームに慣れさせる。セッションの前に、電磁弁出口がターゲットの目の中央にあり、1 cm 未満の位置にあり、触覚刺激がマウスの鼻の中央にあり、約 1.5 cm 離れていることを確認してください。DTSC セッションの準備を行うには、SBC 端末から GUI を起動します。3 回の試行のテスト・セッションを実行し、端末に印刷されるログに記録されたデータが 20 ステップより大きく 100 ステップ未満のたわみを示していることを確認します。セッションを実行するには、ヘッドレストにマウスをマウントし、SBC 端末から GUI を起動します。カメラ録画を保存するには、セッションを開始する前に[ストリーム]ボタンをクリックします。動物の識別情報を動物IDフィールドに入力し、設定ボタンを押します。次に、目的の実験パラメータを入力し、[Arduinoにアップロード]ボタンをクリックします。最後に、[セッションの開始]をクリックしてセッションを開始します。許容可能な照明を使用した録画セッションからのDECトレーニング結果がここに表示されます。許容可能な照明条件は、眼と眼周囲毛皮との間の良好なコントラストをもたらした。8つのセッションで訓練された1匹のマウスのパフォーマンスは、訓練されていないマウスでは条件付けされた応答がなく、マウスが訓練されると堅牢な条件付け応答を伴う行動痕跡を示した。サンプルのトライアルビデオでは、訓練されたマウスがLEDの条件刺激に応答して目を閉じるのに成功し、訓練されていないマウスは無条件刺激まで点滅しません。条件付けされた応答は、数日間にわたって実行される行動セッションを通じて、サイズと頻度が増加します。最適でない照明条件は、集録されるデータの品質を著しく制限します。目と周囲の毛皮とのコントラストが低い場合、画像のわずかな変化は、1回のセッションで無条件応答の記録された形状を大きく変化させ、まぶたの位置を検出するための信号対雑音比を低下させる可能性がある。ここでは、5 つのセッションでトレーニングを受けたマウスの DTSC トレーニング結果を示します。サンプルのトライアルビデオでは、訓練されたマウスがLEDの条件付き刺激に応答してホイールを正常にバックアップし、訓練されていないマウスは触覚無条件刺激が適用されるまでホイールを動かさないことを示しています。条件付けされた応答の頻度と振幅は、トレーニングが進むにつれて増加します。低振幅の無条件応答を生成する無条件刺激で訓練された動物のコホートでは、4日間の訓練後に一貫して条件付け応答を生成することを学んだ動物はいなかった。行動を成功させるためには、リグの上を走っているときの動物の快適さが重要です。動物をリグに慣れさせる前に、ホイールが自由かつ均等に回転することを確認することが重要です。この柔軟なプラットフォームを使用して、頭部固定動物での学習中に、小脳の出力細胞であるプルキンエニューロンの活動を画像化し、摂動させることに成功しました。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

C. elegans Positive Butanone Learning, Short-term, and Long-term Associative Memory Assays

C. elegans Positive Butanone Learning, Short-term, and Long-term Associative Memory Assays

C. elegansの正ブタノンの学習、短期、および長期連想記憶アッセイ

The memory of experiences and learned information is critical for organisms to make choices that aid their survival. C. elegans navigates its environment ...

Live-imaging of PKC Translocation in Sf9 Cells and in Aplysia Sensory Neurons

Sf9細胞でとアメフラシ感覚ニューロンにおけるPKC転座のライブイメージング

Protein kinase Cs (PKCs) are serine threonine kinases that play a central role in regulating a wide variety of cellular processes such as cell growth and ...

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution

単一セルと単スパイク分解能で閾値上神経活動の光記録

Signaling of information in the vertebrate central nervous system is often carried by populations of neurons rather than individual neurons. Also ...

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

Appetitive Associative Olfactory Learning in Drosophila Larvae

で食欲連想嗅覚学習<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt;幼虫

In the following we describe the methodological  details of appetitive associative olfactory learning in Drosophila larvae. The setup, in combination with ...

Isolation of Sensory Neurons of Aplysia californica for Patch Clamp Recordings of Glutamatergic Currents

Isolation of Sensory Neurons of Aplysia californica for Patch Clamp Recordings of Glutamatergic Currents

の感覚ニューロンの分離<em&gt;アメフラシカリフォルニ</em&gt;グルタミン酸作動電流のパッチクランプ記録のために

The marine gastropod mollusk Aplysia californica has a venerable  history as a model of nervous system function, with particular significance in  studies ...

Production and Isolation of Axons from Sensory Neurons for Biochemical Analysis Using Porous Filters

多孔質フィルタを使用した生化学分析のための感覚ニューロンからの軸索の産生および単離

Neuronal axons use specific mechanisms to mediate extension, maintain integrity, and induce degeneration. An appropriate balance of these events is ...

Olfactory Behaviors Assayed by Computer Tracking Of Drosophila in a Four-quadrant Olfactometer

Olfactory Behaviors Assayed by Computer Tracking Of Drosophila in a Four-quadrant Olfactometer

のコンピュータ追跡することによってアッセイ嗅覚行動<em&gt;ショウジョウバエ</em&gt; 4象限オルファクトメーターで

A key challenge in neurobiology is to understand how neural circuits function to guide appropriate animal behaviors. Drosophila melanogaster is an ...

Fabrication of High Contact-Density, Flat-Interface Nerve Electrodes for Recording and Stimulation Applications

記録と刺激アプリケーションの高接触密度、フラットインターフェイスの神経電極の作製

Many attempts have been made to manufacture multi-contact nerve cuff electrodes that are safe, robust and reliable for long term neuroprosthetic ...

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

Drosophila Courtship Conditioning As a Measure of Learning and Memory

ショウジョウバエの訓練と記憶の尺度としてのコンディショニング

Many insights into the molecular mechanisms underlying learning and memory have been elucidated through the use of simple behavioral assays in model ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

微小状態と静止状態の脳波のオメガ複雑さ解析

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of ...