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

Эта работа поддерживается грантами Национальных институтов психического здоровья NRSA F32 MH120887-03 (для G.J.B.) и R01 NS045193 и R01 MH115750 (для S.S-H.W.). Мы благодарим докторов Баса Куккука и Хенка-Яна Боле за полезные обсуждения по оптимизации настройки DEC, а также докторов Юэ Вана и Сяоина Чена за полезные обсуждения по оптимизации настройки DTSC.

Протоколы для животных, описанные здесь, были одобрены комитетами по уходу за животными и их использованию Принстонского университета.
1. Настройка SBC
<ol><li>Подключите кабель последовательного интерфейса камеры (CSI) к камере Raspberry NoIR V2 и порту камеры на SBC.</li>
	<li>За?...

<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>

Платформа с соответствующими протоколами, описанными здесь, может быть использована для надежного отслеживания поведения животных в двух сенсорных ассоциативных учебных задачах. Каждая задача зависит от неповрежденной связи через альпинистский волоконный путь. В дизайн, описанный з...

Павловское обусловливание субсекундной связи между стимулами для получения условного ответа уже давно используется для зондирования мозжечково-зависимого обучения. Например, при классическом обусловливании задержки моргания глаз (DEC) животные учатся делать своевременное защитное моргание в ответ на нейтральный условный стимул (CS; например, вспышка света или слуховой тон), когда он многократно сочетается с безусловным стимулом (США; например, затяжка воздуха, приложенная к роговице), которая всегда вызывает рефлекторное моргание, и который приходит в конце или ближе к концу CS. Выученный ответ называется условным ответом (CR), в то время как рефлекторный ответ называется безусловным ответом (UR). У кроликов мозжечкоспецифические поражения нарушают эту форму обучения 1,2,3,4. Кроме того, шипы клеточного комплекса Пуркинье, приводимые в движение их подъемными волоконными входами5, обеспечивают необходимый сигнал 6,7 и достаточныйсигнал 8,9 для получения правильно синхронизированных CR.
Совсем недавно для мышей с фиксированной головой были разработаны парадигмы ассоциативного обучения, зависящие от волокон. DEC была первой ассоциативной парадигмой обучения, адаптированной к этой конфигурации10,11. DEC у мышей с фиксированной головой была использована для идентификации мозжечковыхобластей 11,12,13,14,15,16,17 и элементов цепи11,1 2,13,14,15,18,19 которые необходимы для приобретения и уничтожения задач. Этот подход также был использован для демонстрации того, как физиологическое представление параметров задачи на клеточном уровне развивается с обучением 13,15,16.
В дополнение к морганию глаз, парадигма отсроченного тактильного кондиционирования испуга (DTSC) была недавно разработана в качестве новой ассоциативной учебной задачи для мышей с фиксированной головой20. Концептуально похожий на DEC, DTSC включает в себя представление нейтрального CS с США, нажатие на лицо, достаточное по интенсивности, чтобы задействовать рефлекс испуга21,22 в качестве UR. В парадигме DTSC и UR, и CR считываются как обратная локомоция на колесе. В настоящее время DTSC используется для раскрытия того, как ассоциативное обучение изменяет мозжечковую активность и паттерны экспрессии генов20.
В этой работе был разработан метод гибкого применения DEC или DTSC в единой платформе. Атрибуты стимула и платформы схематизированы на рисунке 1. Конструкция включает в себя возможность отслеживать поведение животных с помощью камеры, а также поворотный энкодер для отслеживания передвижения мыши на колесе. Все аспекты регистрации данных и структуры испытаний контролируются парными микроконтроллерами (Arduino) и одноплатным компьютером (SBC; Малина Пи). Доступ к этим устройствам можно получить через предоставленный графический интерфейс пользователя. Здесь мы представляем рабочий процесс для настройки, подготовки и выполнения эксперимента, а также настраиваемый конвейер анализа для визуализации данных.

<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

Подъем волоконных входов в клетки Пуркинье обеспечивает поучительные сигналы, критически важные для ассоциативного обучения, зависящего от мозжечка. Изучение этих сигналов у мышей с фиксированной головой облегчает использование методов визуализации, электрофизиологических и оптогенетических методов. Здесь была разработана недорогая поведенческая платформа (~$1000), которая позволяет отслеживать ассоциативное обучение у мышей с фиксированной головой, которые свободно перемещаются на ходовом колесе. Платформа включает в себя две общие ассоциативные парадигмы обучения: кондиционирование моргания глаз и отсроченное тактильное обусловливание испуга. Поведение отслеживается с помощью камеры, а движение колеса - детектором. Мы описываем компоненты и настройку, а также предоставляем подробный протокол для обучения и анализа данных. Эта платформа позволяет включать оптогенетическую стимуляцию и флуоресцентную визуализацию. Конструкция позволяет одному хост-компьютеру управлять несколькими платформами для обучения нескольких животных одновременно.

Рабочий процесс для экспериментов и анализа DEC Правильный выбор экспериментальных параметров важен для успешного обучения кондиционированию моргания (DEC). Для данных, представленных здесь, графический интерфейс использовался для выбора длительности CS 350 мс и длительности С?...

Watch this Scientific Journal Video about A Flexible Platform for Monitoring Cerebellum-Dependent Sensory Associative Learning at JoVE.com

A Flexible Platform for Monitoring Cerebellum-Dependent Sensory Associative Learning

Мы разработали единую платформу для отслеживания поведения животных во время двух альпинистских ассоциативных учебных задач. Недорогая конструкция позволяет интегрироваться с оптогенетическими или визуальными экспериментами, направленными на восхождение на волокнистую мозжечковую активность.

Гибкая платформа для мониторинга мозжечкозависимого сенсорного ассоциативного обучения

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

Парадигмы сенсорного ассоциативного обучения многое раскрыли о функции мозжечка и его связи с остальной частью мозга и поведением. Используя мышь в качестве модельного организма, мы представляем метод с достаточной детализацией для лабораторий по всему миру, чтобы реализовать эти мощные методы эффективно и недорого. Наш протокол позволит исследователям установить несколько мозжечкозависимых поведений.Основные функции нашей исследовательской платформы могут быть легко изменены в соответствии с конкретным исследовательским вопросом. Для начала подключите кабель последовательного интерфейса камеры к фотокамере и порт камеры на SBC. Затем загрузите операционную систему для SBC на хост-компьютер и создайте файл с именем ssh на карте microSD.Извлеките карту microSD из хост-устройства. Вставьте его в слот для карт памяти SBC microSD и включите SBC. Затем, чтобы подготовить SBC к принятию проводного подключения к хосту, откройте терминал, введите команду ifconfig" и запишите IP-адрес Ethernet SBC.Затем перейдите на вкладку «Интерфейс» параметра «Конфигурация Raspberry Pi» и включите параметры для камеры, SSH и VNC. Для установления проводного соединения подключите кабель Ethernet к порту Ethernet на SBC и хост-компьютере, а другой конец этих кабелей подключите к коммутатору Ethernet. Затем, используя вычислительный клиент виртуальной сети, такой как VNC, получите доступ к рабочему столу, используя IP-адрес SBC и проверку подлинности по умолчанию.Затем загрузите необходимое программное обеспечение и необходимые библиотеки Python в SBC. Чтобы обеспечить прямое управление микроконтроллером, загрузите интегрированную среду разработки микроконтроллера или программное обеспечение IDE. Затем откройте окно терминала SBC, перейдите в каталог Downloads и установите среду IDE.После открытия среды IDE микроконтроллера выберите Инструменты, а затем Управление библиотеками и установите библиотеку Кодировщика от Пола Стоффрегена. Наконец, вставьте флэш-накопитель в USB-порт на SBC и введите команды для подключения внешнего запоминающего устройства USB. После подключения SBC к порту программирования микроконтроллера откройте эскиз загрузки с помощью микроконтроллера IDE и загрузите его на микроконтроллер.Затем загрузите и установите соответствующую версию Arduino IDE на главном компьютере. Затем загрузите DTSC_US. эскиз ino на хост-компьютере.Подключите провод USB A к USB B к хост-компьютеру и микроконтроллеру. Откройте эскиз и загрузите его на микроконтроллер. Прикрепите провода к макету микроконтроллера, светодиоды, поворотный энкодер, шаговый двигатель с драйвером и электромагнитный клапан с драйвером.Затем подключите один канал питания к контактам positive-V и GND драйвера шагового двигателя. После включения блока питания установите напряжение подключенного канала на 25 вольт. Затем подключите положительный провод блока питания к контакту напряжения удержания напряжения драйвера электромагнитного клапана, а другой положительный провод к контакту пикового напряжения.После включения блока питания установите канал, подключенный к пиковому напряжению, на 12 вольт, а канал, подключенный к удержающему напряжению, на 2,5 вольта. Затем подключите источник воздуха, регулируемый давлением 20 фунтов на квадратный дюйм, к электромагнитному клапану. Затем, чтобы сделать ходовое колесо, вырежьте трехдюймовое колесо из поролонового ролика и просверлите четвертьдюймовое отверстие в точном центре колеса.Затем вставьте четвертьдюймовый вал в колесо и закрепите его на месте с помощью зажимных ступиц. Прикрепите поворотный энкодер к 4,5-дюймовому алюминиевому каналу. Затем стабилизируйте алюминиевый канал на алюминиевой макетной плате.После крепления колеса к поворотному энкодеру стабилизируют свободную сторону вала колеса подшипником, вставленным в прямоугольный торцевой зажим, установленный на макетном оптическом столбе. Затем установите подголовники с помощью оптических стоек и хомутов под прямым углом. Затем расположите индикатор условного стимула и выходное отверстие электромагнитного клапана для безусловного стимула DEC вокруг собранного колеса.Затем установите шаговый двигатель, используемый для безусловного стимула DTSC, и Pi Camera на оптический столб. Поместите инфракрасный световой массив на ту же сторону, что и камера Pi, немного выше и прямо лицом туда, где будет расположена морда животного. Сделайте тактильный стимул для отсроченного тактильного кондиционирования испуга, приклеив пену к краю куска акрила.Установите на четвертьдюймовый вал с помощью зажимной ступицы, затем прикрепите тактильный стимул к валу шагового двигателя. Чтобы имплантировать головную пластину, обезболивают мышь, затем делают разрез скальпелем по средней линии кожи головы, от заднего края глаз до черепа. Разложите разрез открытым и зажмите обе стороны гемостатами, чтобы держать его открытым.Используя цианоакрилатный клей, прикрепите головную пластину к черепу. Затем нанесите смесь порошка зубного цемента, растворителя и катализатора на все участки открытой кости. Зашить кожу закрытой, сзади и перед головной пластиной.Затем вводят послеоперационную анальгезию, позволяя мыши восстановиться в течение как минимум пяти дней. Чтобы подготовить мышей к сеансам поведения, позвольте им привыкнуть к платформе, установив их в подголовник. Перед сеансом убедитесь, что выпускное отверстие электромагнитного клапана сосредоточено на глазу-мишени, расположенном на расстоянии менее одного сантиметра, а тактильный стимул сосредоточен на носу мыши, расположенном примерно на расстоянии 1,5 сантиметра.Для подготовки сеанса DTSC запустите графический интерфейс с терминала SBC. Запустите тестовый сеанс из трех испытаний и убедитесь, что зарегистрированные данные, которые печатаются на терминале, показывают отклонение более 20, но менее 100 шагов. Для запуска сеанса установите мышь на подголовник и запустите графический интерфейс с терминала SBC.Чтобы сохранить записи с камеры, нажмите кнопку «Поток» перед началом сеанса. Введите идентификационную информацию о животном в поле Идентификатор животного и нажмите кнопку Установить. Затем введите нужные параметры эксперимента и нажмите кнопку Загрузить в Arduino".Наконец, нажмите Начать сеанс, чтобы начать сеанс. Результаты обучения DEC от сеанса записи с приемлемым освещением показаны здесь. Приемлемые условия освещения привели к хорошему контрасту между глазом и периокулярным мехом.Производительность одной мыши, обученной в течение восьми сеансов, показала поведенческие следы, без обусловленной реакции у необученной мыши, и надежные условные реакции после обучения мыши. Пример пробного видео показывает, как обученная мышь успешно закрывает глаз в ответ на условный стимул светодиода, в то время как необученная мышь не моргает до безусловного стимула. Условный ответ увеличивается в размере и частоте через поведенческие сеансы, выполняемые в течение нескольких дней.Условия неоптимального освещения серьезно ограничивают качество получаемых данных. Когда контраст между глазом и окружающим мехом низкий, небольшие изменения в изображении могут значительно изменить записанную форму безусловного ответа за один сеанс и уменьшить отношение сигнал/шум для определения положения век. Результаты обучения DTSC для мыши, обученной в течение пяти сеансов, представлены здесь.Пример пробного видео показывает, как обученная мышь успешно поддерживает колесо в ответ на светодиодный условный стимул, в то время как необученная мышь не может переместить колесо до тех пор, пока не будет применен тактильный безусловный стимул. Частота и амплитуда условного ответа увеличиваются по мере прохождения тренировки. В когорте животных, обученных с безусловным стимулом, который производил безусловные реакции с низкой амплитудой, ни одно животное не научилось последовательно производить условные реакции после четырех дней обучения.Для успешного поведения комфорт животного во время бега на оснастке имеет решающее значение. Важно убедиться, что колесо вращается свободно и равномерно, прежде чем приучить животных к оснастке. Используя эту гибкую платформу, мы успешно изобразили и возмутили активность нейронов Пуркинье, выходных клеток мозжечка, во время обучения у животных с фиксированной головой.

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

Элеганс C. Положительные обучения бутанон, краткосрочный и долгосрочный Ассоциативные Анализы памяти

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

Live-изображений PKC транслокации в Sf9 клеток и в Aplysia сенсорных нейронов

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

Оптическая запись запороговой нейронной активности с одноклеточных и одного всплеска резолюции

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

Ассоциативный аппетит обонятельного обучения в<em&gt; Drosophila</em&gt; Личинки

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

Выделение сенсорных нейронах<em&gt; Aplysia саЩогтса</em&gt; Для патч зажим Recordings глутаматергической Токи

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

Получение и выделение Аксоны от сенсорных нейронов для биохимического анализа, используя пористые фильтры

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

Обонятельные Поведения, испытываемых Computer Отслеживание<em&gt; Drosophila</em&gt; В четырехквадрантном одориметра

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

Изготовление High-Density Контакт, с плоским Интерфейс Нервные электроды для записи и стимуляция приложений

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

Дрозофила в качестве меры обучения и памяти

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

Карликовые и Омега сложности анализа отдыха государство электроэнцефалография

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