Name: an open-source virtual reality system for the measurement of spatial learning in head-restrained mice
Uploaded: 2023-03-03T13:33:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice Video at JoVE.com

हम इस पांडुलिपि में प्रोटोकॉल विकसित करते समय चर्चा और सुझावों के लिए हार्वे प्रयोगशाला से नूह पेटीट को धन्यवाद देना चाहते हैं। इस काम को एनआईएनडीएस आर 56एनएस 128177 (आरएच, सीएल) और एनआईएमएच आर01एमएच068542 (आरएच) के अलावा बीबीआरएफ यंग इन्वेस्टिगेटर अवार्ड और एनआईएमएच 1आर 21एमएच 122965 (जीएफटी) द्वारा समर्थित किया गया था।

इस प्रोटोकॉल में सभी प्रक्रियाओं को न्यूयॉर्क स्टेट साइकियाट्रिक इंस्टीट्यूट की संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति द्वारा अनुमोदित किया गया था।
नोट: एक एकल-बोर्ड कंप्यूटर का उपयोग एक पहि?...

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	<li>Lisman, J., 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=Viewpoints:+How+the+hippocampus+contributes+to+memory,+navigation+and+cognition.">Viewpoints: How the hippocampus contributes to memory, navigation and cognition.</a> Nature Neuroscience. 20 (11), 1434-1447 (2017).</li><li>Buzsaki, G., Moser, E. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Memory,+navigation+and+theta+rhythm+in+the+hippocampal-entorhinal+system.">Memory, navigation and theta rhythm in the hippocampal-entorhinal system.</a> Nature Neuroscience. 16 (2), 130-138 (2013).</li><li>O'Keefe, J., Dostrovsky, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+hippocampus+as+a+spatial+map.+Preliminary+evidence+from+unit+activity+in+the+freely-moving+rat.">The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat.</a> Brain Research. 34 (1), 171-175 (1971).</li><li>O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Place+units+in+the+hippocampus+of+the+freely+moving+rat.">Place units in the hippocampus of the freely moving rat.</a> Experimental Neurology. 51 (1), 78-109 (1976).</li><li>Fyhn, M., Molden, S., Witter, M. P., Moser, E. I., Moser, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+representation+in+the+entorhinal+cortex.">Spatial representation in the entorhinal cortex.</a> Science. 305 (5688), 1258-1264 (2004).</li><li>Letzkus, J. J., 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=A+disinhibitory+microcircuit+for+associative+fear+learning+in+the+auditory+cortex.">A disinhibitory microcircuit for associative fear learning in the auditory cortex.</a> Nature. 480 (7377), 331-335 (2011).</li><li>Lacefield, C. O., Pnevmatikakis, E. A., Paninski, L., Bruno, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reinforcement+learning+recruits+somata+and+apical+dendrites+across+layers+of+primary+sensory+cortex.">Reinforcement learning recruits somata and apical dendrites across layers of primary sensory cortex.</a> Cell Reports. 26 (8), 2000-2008 (2019).</li><li>Dombeck, D. A., Harvey, C. D., Tian, L., Looger, L. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+imaging+of+hippocampal+place+cells+at+cellular+resolution+during+virtual+navigation.">Functional imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation.</a> Nature Neuroscience. 13 (11), 1433-1440 (2010).</li><li>Gauthier, J. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+dedicated+population+for+reward+coding+in+the+hippocampus.">A dedicated population for reward coding in the hippocampus.</a> Neuron. 99 (1), 179-193 (2018).</li><li>Rickgauer, J. P., Deisseroth, K., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+cellular-resolution+optical+perturbation+and+imaging+of+place+cell+firing+fields.">Simultaneous cellular-resolution optical perturbation and imaging of place cell firing fields.</a> Nature Neuroscience. 17 (12), 1816-1824 (2014).</li><li>Yadav, N., 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=Prefrontal+feature+representations+drive+memory+recall.">Prefrontal feature representations drive memory recall.</a> Nature. 608 (7921), 153-160 (2022).</li><li>Priestley, J. B., Bowler, J. C., Rolotti, S. V., Fusi, S., Losonczy, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Signatures+of+rapid+plasticity+in+hippocampal+CA1+representations+during+novel+experiences.">Signatures of rapid plasticity in hippocampal CA1 representations during novel experiences.</a> Neuron. 110 (12), 1978-1992 (2022).</li><li>Heys, J. G., Rangarajan, K. V., Dombeck, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+functional+micro-organization+of+grid+cells+revealed+by+cellular-resolution+imaging.">The functional micro-organization of grid cells revealed by cellular-resolution imaging.</a> Neuron. 84 (5), 1079-1090 (2014).</li><li>Harvey, C. D., Collman, F., Dombeck, D. A., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+dynamics+of+hippocampal+place+cells+during+virtual+navigation.">Intracellular dynamics of hippocampal place cells during virtual navigation.</a> Nature. 461 (7266), 941-946 (2009).</li><li>. Harvey Lab Mouse VR Available from: <a target="_blank" href="https://github.com/Harvey/Lab/mouseVR">https://github.com/Harvey/Lab/mouseVR</a> (2021)</li><li>Pettit, N. L., Yap, E. L., Greenberg, M. E., Harvey, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fos+ensembles+encode+and+shape+stable+spatial+maps+in+the+hippocampus.">Fos ensembles encode and shape stable spatial maps in the hippocampus.</a> Nature. 609 (7926), 327-334 (2022).</li><li>Turi, G. F., 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=Vasoactive+intestinal+polypeptide-expressing+interneurons+in+the+hippocampus+support+goal-oriented+spatial+learning.">Vasoactive intestinal polypeptide-expressing interneurons in the hippocampus support goal-oriented spatial learning.</a> Neuron. 101 (6), 1150-1165 (2019).</li><li>Ulivi, A. F., 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=Longitudinal+two-photon+imaging+of+dorsal+hippocampal+CA1+in+live+mice.">Longitudinal two-photon imaging of dorsal hippocampal CA1 in live mice.</a> Journal of Visual Experiments. (148), e59598 (2019).</li><li>Wang, Y., Zhu, D., Liu, B., Piatkevich, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Craniotomy+procedure+for+visualizing+neuronal+activities+in+hippocampus+of+behaving+mice.">Craniotomy procedure for visualizing neuronal activities in hippocampus of behaving mice.</a> Journal of Visual Experiments. (173), e62266 (2021).</li><li>Tuncdemir, S. N., 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=Parallel+processing+of+sensory+cue+and+spatial+information+in+the+dentate+gyrus.">Parallel processing of sensory cue and spatial information in the dentate gyrus.</a> Cell Reports. 38 (3), 110257 (2022).</li><li>Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+large-scale+neural+activity+with+cellular+resolution+in+awake,+mobile+mice.">Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice.</a> Neuron. 56 (1), 43-57 (2007).</li><li>Guo, Z. V., 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=Procedures+for+behavioral+experiments+in+head-fixed+mice.">Procedures for behavioral experiments in head-fixed mice.</a> PLoS One. 9 (2), 88678 (2014).</li><li>Jordan, J. T., Gon&#231;alves, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silencing+of+hippocampal+synaptic+transmission+impairs+spatial+reward+search+on+a+head-fixed+tactile+treadmill+task.">Silencing of hippocampal synaptic transmission impairs spatial reward search on a head-fixed tactile treadmill task.</a> bioRxiv. , (2021).</li><li>Urai, A. E., 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=Citric+acid+water+as+an+alternative+to+water+restriction+for+high-yield+mouse+behavior.">Citric acid water as an alternative to water restriction for high-yield mouse behavior.</a> eNeuro. 8 (1), (2021).</li><li>Saleem, A. B., Diamanti, E. M., Fournier, J., Harris, K. D., Carandini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+encoding+of+subjective+spatial+position+in+visual+cortex+and+hippocampus.">Coherent encoding of subjective spatial position in visual cortex and hippocampus.</a> Nature. 562 (7725), 124-127 (2018).</li><li>Ravassard, P., 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=Multisensory+control+of+hippocampal+spatiotemporal+selectivity.">Multisensory control of hippocampal spatiotemporal selectivity.</a> Science. 340 (6138), 1342-1346 (2013).</li><li>Aghajan, Z. 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=Impaired+spatial+selectivity+and+intact+phase+precession+in+two-dimensional+virtual+reality.">Impaired spatial selectivity and intact phase precession in two-dimensional virtual reality.</a> Nature Neuroscience. 18 (1), 121-128 (2015).</li></ol>

चूहों के लिए यह ओपन-सोर्स वीआर सिस्टम केवल तभी कार्य करेगा जब सीरियल कनेक्शन रोटरी और व्यवहार ईएसपी 32 माइक्रोकंट्रोलर और सिंगल-बोर्ड कंप्यूटर (चरण 2) के बीच ठीक से बनाए जाते हैं, जिसकी पुष्टि आईडीई सीरिय...

स्थानिक नेविगेशन एक महत्वपूर्ण व्यवहार है जिसके द्वारा जानवर नए स्थानों की विशेषताओं को एक संज्ञानात्मक मानचित्र में एन्कोड करते हैं, जिसका उपयोग संभावित इनाम के क्षेत्रों को खोजने और संभावित खतरे के क्षेत्रों से बचने के लिए किया जाता है। स्मृति के साथ अटूट रूप से जुड़े हुए, स्थानिक नेविगेशन अंतर्निहित संज्ञानात्मक प्रक्रियाएं हिप्पोकैम्पस1 और कॉर्टेक्स में एक तंत्रिका सब्सट्रेट साझा करती हैं, जहां इन क्षेत्रों में तंत्रिका सर्किट आने वाली जानकारी को एकीकृत करते हैं और बाद में यादकरने के लिए वातावरण और घटनाओं के संज्ञानात्मक मानचित्र बनाते हैं। जबकि हिप्पोकैम्पस 3,4 में जगह कोशिकाओं और एंटोरिनल कॉर्टेक्स5 में ग्रिड कोशिकाओं की खोज ने इस बात पर प्रकाश डाला है कि हिप्पोकैम्पस के भीतर संज्ञानात्मक मानचित्र कैसे बनता है, हिप्पोकैम्पस के विशिष्ट तंत्रिका उपप्रकार, माइक्रोसर्किट और व्यक्तिगत उप-क्षेत्र (डेंटेट गाइरस, और कॉर्नू एम्मोनिस क्षेत्र, सीए 3-1) कैसे बातचीत करते हैं और स्थानिक स्मृति गठन और याद में भाग लेते हैं।
विवो में दो-फोटॉन इमेजिंग संवेदी न्यूरोफिज़ियोलॉजी 6,7 में सेलुलर और जनसंख्या गतिशीलता को उजागर करने में एक उपयोगी उपकरण रहा है; हालांकि, सिर संयम के लिए विशिष्ट आवश्यकता स्तनधारी स्थानिक व्यवहार की जांच के लिए इस पद्धति की उपयोगिता को सीमित करती है। आभासी वास्तविकता (वीआर) 8 के आगमन ने इमर्सिव और यथार्थवादी विसुओस्पैटियल वातावरण पेश करके इस कमी को संबोधित किया है, जबकि सिर-संयमित चूहे हिप्पोकैम्पस 8,9,10 और कॉर्टेक्स 11 में स्थानिक और प्रासंगिक एन्कोडिंग का अध्ययन करने के लिए गेंद या ट्रेडमिल पर दौड़ते हैं। इसके अलावा, व्यवहार करने वाले चूहों के साथ वीआर वातावरण के उपयोग ने तंत्रिका विज्ञान शोधकर्ताओं को वीआर पर्यावरण12 (जैसे, दृश्य प्रवाह, प्रासंगिक मॉड्यूलेशन) के तत्वों को ठीक से नियंत्रित करके स्थानिक व्यवहार के घटकों को विच्छेदित करने की अनुमति दी है, जो स्थानिक सीखने के वास्तविक दुनिया के प्रयोगों में संभव नहीं है, जैसे कि मॉरिस वाटर भूलभुलैया, बार्न्स भूलभुलैया, या होल बोर्ड कार्य।
दृश्य वीआर वातावरण आमतौर पर कंप्यूटर की ग्राफिकल प्रोसेसिंग यूनिट (जीपीयू) पर प्रस्तुत किए जाते हैं, जो वास्तविक समय में स्क्रीन पर एक चलती 3 डी वातावरण को मॉडल करने के लिए आवश्यक हजारों बहुभुजों की तेजी से कंप्यूटिंग के भार को संभालता है। बड़ी प्रसंस्करण आवश्यकताओं को आम तौर पर जीपीयू के साथ एक अलग पीसी के उपयोग की आवश्यकता होती है जो दृश्य वातावरण को एक मॉनिटर, एकाधिक स्क्रीन13, या एक प्रोजेक्टर14 को प्रस्तुत करता है क्योंकि आंदोलन को जानवर के नीचे ट्रेडमिल, पहिया या फोम बॉल से दर्ज किया जाता है। वीआर पर्यावरण को नियंत्रित करने, प्रतिपादन करने और प्रोजेक्ट करने के लिए परिणामी उपकरण, इसलिए, अपेक्षाकृत महंगा, भारी और बोझिल है। इसके अलावा, साहित्य में ऐसे कई वातावरण मालिकाना सॉफ्टवेयर का उपयोग करके लागू किए गए हैं जो दोनों महंगे हैं और केवल एक समर्पित पीसी पर चलाए जा सकते हैं।
इन कारणों से, हमने रास्पबेरी पाई सिंगल-बोर्ड कंप्यूटर का उपयोग करके सिर-संयमित चूहों में स्थानिक सीखने के व्यवहार का अध्ययन करने के लिए एक ओपन-सोर्स वीआर सिस्टम तैयार किया है। यह लिनक्स कंप्यूटर छोटा और सस्ता दोनों है, फिर भी इसमें 3 डी रेंडरिंग के लिए एक जीपीयू चिप है, जो विभिन्न व्यक्तिगत सेटअपों में प्रदर्शन या व्यवहार तंत्र के साथ वीआर वातावरण के एकीकरण की अनुमति देता है। इसके अलावा, हमने पायथन, "हॉलपासवीआर" में लिखा गया एक ग्राफिकल सॉफ्टवेयर पैकेज विकसित किया है, जो एक ग्राफिकल यूजर इंटरफेस (जीयूआई) का उपयोग करके चयनित कस्टम दृश्य सुविधाओं को पुन: संयोजित करके एक सरल विसुओस्पैटियल वातावरण, एक आभासी रैखिक ट्रैक या हॉलवे प्रस्तुत करने के लिए एकल-बोर्ड कंप्यूटर का उपयोग करता है। यह हरकत को मापने और व्यवहार का समन्वय करने के लिए माइक्रोकंट्रोलर उपप्रणालियों (जैसे, ईएसपी 32 या अर्डुइनो) के साथ जोड़ा जाता है, जैसे कि संवेदी उत्तेजनाओं के अन्य तौर-तरीकों या सुदृढीकरण सीखने की सुविधा के लिए पुरस्कारों के वितरण द्वारा। यह प्रणाली स्थानिक सीखने के व्यवहार के अंतर्निहित तंत्रिका सर्किट का अध्ययन करने के लिए दो-फोटॉन इमेजिंग (या सिर निर्धारण की आवश्यकता वाली अन्य तकनीकों) के दौरान सिर-संयमित चूहों को विसुओस्पैटियल वीआर वातावरण देने के लिए एक सस्ती, लचीली और उपयोग में आसान वैकल्पिक विधि प्रदान करती है।

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>1/4 &#34; diam aluminum rod</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>9062K26</td>
			<td>3&#34; in length for wheel axle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/4&#34;-20 cap screws, 3/4&#34; long (x2)</td>
			<td>Amazon.com</td>
			<td>B09ZNMR41V</td>
			<td>for affixing head post holders to optical posts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2&#34;x7&#34; T-slotted aluminum bar (x2)</td>
			<td>8020.net</td>
			<td>1020</td>
			<td>wheel/animal mounting frame</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6&#34; diam, 3&#34; wide acrylic cylinder (1/8&#34; thick)</td>
			<td>Canal Plastics</td>
			<td>33210090702</td>
			<td>Running wheel (custom width cut at canalplastics.com)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>8-32 x 1/2&#34; socket head screws</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>92196A194</td>
			<td>fastening head post holder to optical post&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adjustable arm (14&#34;)</td>
			<td>Amazon.com</td>
			<td>B087BZGKSL</td>
			<td>to hold/adjust lick spout</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analysis code (MATLAB)</td>
			<td></td>
			<td>custom written</td>
			<td>file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/software/Analysis code</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Axle mounting flange, 1/4&#34; ID</td>
			<td>Pololu</td>
			<td>1993</td>
			<td>for mounting wheel to axle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ball bearing (5/8&#34; OD, 1/4&#34; ID, x2)</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>57155K324</td>
			<td>for mounting wheel axle to frame</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Behavior ESP32 code</td>
			<td></td>
			<td>custom written</td>
			<td>file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/software/Arduino code/Behavior board</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black opaque matte acrylic sheets (1/4&#34; thick)</td>
			<td>Canal Plastics</td>
			<td>32918353422</td>
			<td>laser cut file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/hardware/VR screen assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clear acrylic sheet (1/4&#34; thick)</td>
			<td>Canal Plastics</td>
			<td>32920770574</td>
			<td>laser cut file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/hardware/VR wheel assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ESP32 devKitC v4 (x2)</td>
			<td>Amazon.com</td>
			<td>B086YS4Z3F</td>
			<td>microcontroller for behavior and rotary encoder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ESP32 shield</td>
			<td>OpenMaze.org</td>
			<td>OMwSmall</td>
			<td>description at www.openmaze.org (https://claylacefield.wixsite.com/openmazehome/copy-of-om2shield). ZIP gerber files at: https://github.com/claylacefield/OpenMaze/tree/master/OM_PCBs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fasteners and brackets&#160;</td>
			<td>8020.net</td>
			<td>4138, 3382,3280</td>
			<td>for wheel frame mounts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>goniometers</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>66-526, 66-527</td>
			<td>optional for behavior. Fine tuning head for imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HallPassVR python code</td>
			<td></td>
			<td>custom written</td>
			<td>file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/software/HallPassVR</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Head post holder</td>
			<td></td>
			<td>custom design</td>
			<td>3D design file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/hardware/VR head mount/Headpost Clamp</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED projector</td>
			<td>Texas Instruments</td>
			<td>DLPDLCR230NPEVM</td>
			<td>or other small LED projector</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lick spout</td>
			<td>VWR</td>
			<td>20068-638</td>
			<td>(or ~16 G metal hypodermic tubing)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M 2.5 x 6 set screws</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>92015A097</td>
			<td>securing head post&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matte white diffusion paper</td>
			<td>Amazon.com</td>
			<td></td>
			<td>screen material</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metal headposts</td>
			<td></td>
			<td>custom design</td>
			<td>3D design file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/hardware/VR head mount/head post designs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miscellenous tubing and tubing adapters (1/16&#34; ID)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>for constructing the water line</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical breadboard</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>as per user&#39;s requirements</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical posts, 1/2&#34; diam (2x)</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>TR4</td>
			<td>for head fixation setup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Processing code</td>
			<td></td>
			<td>custom written</td>
			<td>file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/software/Processing code</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raspberry Pi 4B</td>
			<td>raspberry.com, adafruit.com</td>
			<td></td>
			<td>Single-board computer for rendering of HallPassVR envir.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Right angle clamp</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>RA90</td>
			<td>for head fixation setup</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary encoder (quadrature, 256 step)</td>
			<td>DigiKey</td>
			<td>ENS1J-B28-L00256L</td>
			<td>to measure wheel rotation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary encoder ESP32 code</td>
			<td></td>
			<td>custom written</td>
			<td>file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/software/Arduino code/Rotary encoder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SCIGRIP 10315 acrylic cement</td>
			<td>Amazon.com</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shaft coupler</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>9861T426</td>
			<td>to couple rotary encoder shaft with axle</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver mirror acrylic sheets</td>
			<td>Canal Plastics</td>
			<td>32913817934</td>
			<td>laser cut file at github.com/GergelyTuri/HallPassVR/hardware/VR screen assembly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Solenoid valve</td>
			<td>Parker</td>
			<td>003-0137-900</td>
			<td>to administer water rewards</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an open-source virtual reality system for the measurement of spatial learning in head-restrained mice

चूहों में सिर-संयमित व्यवहार प्रयोग न्यूरोसाइंटिस्टों को एक व्यवहार करने वाले जानवर को सटीक संवेदी उत्तेजना प्रदान करते हुए उच्च-रिज़ॉल्यूशन इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल और ऑप्टिकल इमेजिंग टूल के साथ तंत्रिका सर्किट गतिविधि का निरीक्षण करने की अनुमति देते हैं। हाल ही में, आभासी वास्तविकता (वीआर) वातावरण का उपयोग करके मानव और कृंतक अध्ययनों ने वीआर को हिप्पोकैम्पस और कॉर्टेक्स में स्थानिक सीखने के अंतर्निहित तंत्रिका तंत्र को उजागर करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में दिखाया है, क्योंकि स्थानिक और प्रासंगिक संकेतों जैसे मापदंडों पर बेहद सटीक नियंत्रण है। कृंतक स्थानिक व्यवहार के लिए आभासी वातावरण स्थापित करना, हालांकि, महंगा हो सकता है और इंजीनियरिंग और कंप्यूटर प्रोग्रामिंग में व्यापक पृष्ठभूमि की आवश्यकता होती है। यहां, हम सस्ती, मॉड्यूलर, ओपन-सोर्स हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के आधार पर एक सरल लेकिन शक्तिशाली प्रणाली प्रस्तुत करते हैं जो शोधकर्ताओं को वीआर वातावरण का उपयोग करके सिर-संयमित चूहों में स्थानिक सीखने का अध्ययन करने में सक्षम बनाता है। यह प्रणाली हरकत को मापने और व्यवहार संबंधी उत्तेजनाओं को वितरित करने के लिए युग्मित माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करती है, जबकि सिर-संयमित चूहे एकल-बोर्ड कंप्यूटर पर चलने वाले ग्राफिकल सॉफ्टवेयर पैकेज द्वारा प्रदान किए गए आभासी रैखिक ट्रैक वातावरण के साथ मिलकर एक पहिया पर दौड़ते हैं। वितरित प्रसंस्करण पर जोर शोधकर्ताओं को स्तनधारी मस्तिष्क में तंत्रिका सर्किट गतिविधि और स्थानिक सीखने के बीच संबंध निर्धारित करने के लिए चूहों में जटिल स्थानिक व्यवहार को प्राप्त करने और मापने के लिए लचीले, मॉड्यूलर सिस्टम डिजाइन करने की अनुमति देता है।

इस ओपन-सोर्स वर्चुअल रियलिटी बिहेवियरल सेटअप ने हमें स्थानिक सीखने के रीड-आउट के रूप में चाटने के व्यवहार को निर्धारित करने की अनुमति दी क्योंकि सिर-संयमित चूहों ने एक आभासी रैखिक ट्रैक वातावरण को नेव...

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An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice Video (Video) | JoVE

यहां, हम आभासी वास्तविकता (वीआर) का उपयोग करके माउस स्थानिक सीखने की जांच के लिए एक सरलीकृत ओपन-सोर्स हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर सेटअप प्रस्तुत करते हैं। यह प्रणाली माइक्रोकंट्रोलर के नेटवर्क और एक एकल-बोर्ड कंप्यूटर का उपयोग करके एक पहिया पर चलने वाले सिर-संयमित माउस के लिए एक आभासी रैखिक ट्रैक प्रदर्शित करती है जो उपयोग में आसान पायथन ग्राफिकल सॉफ्टवेयर पैकेज चलाती है।

हेड-संयमित चूहों में स्थानिक सीखने के माप के लिए एक ओपन-सोर्स वर्चुअल रियलिटी सिस्टम

Head-restrained behavioral experiments in mice allow neuroscientists to observe neural circuit activity with high-resolution electrophysiological and ...

यह ओपन सोर्स वर्चुअल रियलिटी सिस्टम मस्तिष्क में स्थानिक सीखने के अध्ययन के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है क्योंकि यह शोधकर्ताओं को एक साधारण मॉड्यूलर इलेक्ट्रॉनिक सेटअप का उपयोग करके सिर-संयमित माउस के लिए स्थानिक उत्तेजनाओं का एक सुसंगत सेट प्रस्तुत करने की अनुमति देता है। इस प्रणाली का लाभ यह है कि यह सस्ती, स्थापित करने में आसान, कॉम्पैक्ट और मॉड्यूलर है, जो मौजूदा सिर-संयमित व्यवहार सेटअप के साथ प्रशिक्षण और एकीकरण के लिए कई व्यवहार सेटअप बनाने की अनुमति देता है। यह प्रणाली स्थानिक सीखने और सिर-संयमित चूहों को मापने के लिए आदर्श है, हालांकि, यह मानव मनोविज्ञान और न्यूरोइमेजिंग सहित अन्य प्रजातियों और तैयारियों में प्रयोगों के लिए दृश्य आभासी वास्तविकता वातावरण प्रदान करने में समान रूप से सक्षम है।इस प्रक्रिया का प्रदर्शन कार्ला डियाज़ और हन्ना चुंग, हमारी प्रयोगशाला में अनुसंधान सहायक होंगे। शुरू करने के लिए, रोटरी एनकोडर घटक और रोटरी ईएसपी 32 के बीच तारों को कनेक्ट करें। रोटरी एनकोडर में आम तौर पर चार तार होते हैं, सकारात्मक, जीएनडी, ए, और बी।सीरियल RX/TX तारों को रोटरी ESP32 और व्यवहार ESP32 के बीच कनेक्ट करें। रोटरी ESP32, Serial0 RX/TX और व्यवहार ESP32 के सीरियल2 पोर्ट के बीच एक सरल दो तार कनेक्शन बनाएँ। सीरियल RX/TX तारों को रोटरी ESP32 और सिंगल बोर्ड कंप्यूटर GPIO या सीधे USB कनेक्शन के बीच कनेक्ट करें।एकल बोर्ड कंप्यूटर GPIO पिन, 14, 15, RX / TX, और रोटरी ESP32, Serial2, TX / RX पिन 1716 के बीच दो तार कनेक्शन बनाएं। इसके बाद, प्रारंभिक रोटरी एनकोडर कोड अपलोड करने के लिए सिंगल बोर्ड कंप्यूटर यूएसबी में रोटरी ईएसपी 32 यूएसबी प्लग करें। ओएमडब्ल्यू छोटे पीसीबी के बाईं ओर यूएलएन 2803 आईसी आउटपुट से 12 वोल्ट तरल सोलनॉइड वाल्व कनेक्ट करें, लिक पोर्ट को ईएसपी 32 टच इनपुट से कनेक्ट करें।विभिन्न प्रयोगात्मक प्रतिमानों के लिए व्यवहार ESP32 में नए प्रोग्राम अपलोड करने और शामिल प्रसंस्करण स्केच का उपयोग करके व्यवहार डेटा कैप्चर करने के लिए यूएसबी को सिंगल बोर्ड कंप्यूटर के यूएसबी पोर्ट में प्लग करें। फिर इनाम सोलनॉइड वाल्व के लिए शक्ति प्रदान करने के लिए व्यवहार ईएसपी 32 ओएमडब्ल्यू छोटे पीसीबी पर 2.1 मिलीमीटर बैरल जैक कनेक्टर में 12 वोल्ट डीसी दीवार एडाप्टर प्लग करें। प्रोजेक्टर एचडीएमआई पोर्ट में एकल बोर्ड कंप्यूटर के एचडीएमआई दो आउटपुट प्लग करें।यह सिंगल बोर्ड कंप्यूटर जीपीयू द्वारा प्रदान किए गए ग्राफिकल सॉफ्टवेयर वातावरण को प्रोजेक्शन स्क्रीन पर ले जाएगा। एकल बोर्ड कंप्यूटर में टर्मिनल विंडो खोलें और हॉल पास वीआर फ़ोल्डर पर नेविगेट करें। GUI विंडो खोलने के लिए संकेतित वर्चुअल रियलिटी या VR ग्राफ़िकल यूज़र इंटरफ़ेस या GUI चलाएँ।ट्रैक के साथ तीन पैटर्न में से प्रत्येक के लिए सूची बॉक्स से चार तत्वों का चयन करें और जोड़ें, और फिर जेनरेट करें पर क्लिक करें। ड्रॉपडाउन मेनू से फर्श और छत छवियों का चयन करें और इस उदाहरण कोड के लिए ट्रैक की लंबाई को दो मीटर के रूप में सेट करें। यदि वांछित हो, तो इस पैटर्न को नाम दें।प्रारंभ बटन क्लिक करें और कहीं और क्लिक करने से पहले VR विंडो प्रारंभ होने तक प्रतीक्षा करें. ग्राफिकल सॉफ्टवेयर वातावरण स्क्रीन दो पर दिखाई देगा। व्यवहार डेटा आंदोलन को प्राप्त करने और प्लॉट करने के लिए प्रसंस्करण स्केच चलाएं।प्रसंस्करण आईडीई में संकेतित कमांड खोलें। जानवर को अपने माउस नंबर चर में बदलें और मिनटों में व्यवहार सत्र की लंबाई के बराबर सत्र मिनट सेट करें। प्रसंस्करण आईडीई पर रन बटन पर क्लिक करें।प्रोसेसिंग प्लॉट विंडो की जांच करें जिसे वर्चुअल रैखिक ट्रैक पर वर्तमान माउस की स्थिति दिखानी चाहिए क्योंकि पहिया इनाम क्षेत्रों के साथ घूमता है और हर 30 सेकंड में अपडेट किए गए चाट, लैप और रिवॉर्ड के हिस्टोग्राम चलाता है। परीक्षण के लिए चल रहे माउस को अनुकरण करने या प्रारंभिक सेटअप के लिए परीक्षण माउस का उपयोग करने के लिए हाथ से रनिंग व्हील को आगे बढ़ाएं। प्लॉट विंडो पर क्लिक करें और व्यवहार डेटा प्राप्त करने से रोकने के लिए कीबोर्ड पर क्यू कुंजी दबाएं।व्यवहार संबंधी घटनाओं और समय की एक पाठ फ़ाइल और पीएनजी में अंतिम प्लॉट विंडो की एक छवि तब सहेजी जाती है जब सत्र के मिनट बीत चुके होते हैं या उपयोगकर्ता छोड़ने के लिए क्यू कुंजी दबाता है। गैर-ऑपरेटिंग पुरस्कारों के साथ यादृच्छिक फोर्जिंग के लिए, मनमाने दृश्य तत्वों के पथ के साथ ग्राफिकल सॉफ्टवेयर जीयूआई प्रोग्राम चलाएं। फिर माउस को चलाने और चाटने की शर्त रखने के लिए व्यवहार प्रोग्राम को कई गैर-संचालित पुरस्कारों के साथ व्यवहार ईएसपी 32 पर अपलोड करें।धीरे से माउस को सिर निर्धारण उपकरण में रखें, माउस के मुंह के ठीक सामने एक स्थान पर चाट स्पाउट को समायोजित करें, और माउस व्हील को प्रक्षेपण स्क्रीन क्षेत्र के केंद्र में रखें। प्रसंस्करण स्केच में जानवर का नाम सेट करें और फिर व्यवहार डेटा प्राप्त करने और प्लॉटिंग शुरू करने के लिए प्रसंस्करण आईडीई में रन दबाएं। माउस को 20 से 30 मिनट के सत्रों में तब तक चलाएं जब तक कि माउस प्रति सत्र कम से कम 20 लैप के लिए न चले और यादृच्छिक स्थानों में प्रस्तुत पुरस्कारों के लिए चाटें।वैकल्पिक लैप पर ऑपरेटिंग पुरस्कारों के साथ यादृच्छिक चारा खोजने के लिए, व्यवहार कार्यक्रम को एक के बराबर वैकल्पिक ऑपरेटिंग के साथ अपलोड करें और माउस को तब तक प्रशिक्षित करें जब तक कि यह गैर-संचालित और ऑपरेटिंग इनाम क्षेत्रों दोनों के लिए चाट न जाए। पूरी तरह से संचालित यादृच्छिक खुराक के लिए, व्यवहार कार्यक्रम को चार ऑपरेटिंग यादृच्छिक इनाम क्षेत्रों के साथ अपलोड करें और माउस को तब तक प्रशिक्षित करें जब तक कि वह ट्रैक के साथ लगातार पुरस्कार ों के लिए चाट न जाए। स्थानिक सीखने के लिए अगला, केंद्र में एक दृश्य संकेत के साथ एक अंधेरे दालान के पथ के साथ ग्राफिकल सॉफ्टवेयर प्रोग्राम चलाएं।फिर व्यवहार ईएसपी 32 पर एकल छिपे हुए इनाम क्षेत्र के साथ व्यवहार प्रोग्राम अपलोड करें। माउस को एकल छिपे हुए इनाम क्षेत्र और एकल दृश्य क्यू वीआर हॉलवे के साथ 30 मिनट के सत्रों के लिए चलने दें और पहले वर्णित सत्र के दौरान डेटा कैप्चर करें। प्रसंस्करण स्केच फ़ोल्डर से txt डेटा फ़ाइल डाउनलोड करें और स्थानिक सीखने के संकेतक के रूप में स्थानिक रूप से चयनात्मक चाट के उद्भव का निरीक्षण करने के लिए व्यवहार डेटा का विश्लेषण करें।ग्राफिकल सॉफ्टवेयर वातावरण का उपयोग करके स्थानिक शिक्षा यहां दिखाया गया है। यादृच्छिक खुराक पर प्रशिक्षण के प्रगतिशील चरणों के माध्यम से, चूहों ने स्थानिक शिक्षा दिखाने के लिए एकल छिपे हुए इनाम स्थान पर स्विच करने से पहले पहिया पर दौड़ना और निम्न स्तर पर ट्रैक के साथ लगातार चाटना सीखा। इस अध्ययन में, सात चूहों में से चार ने दो से चार सत्रों में एकल दृश्य संकेत के साथ छिपे हुए इनाम कार्य को सीखा, जैसा कि बढ़ती चयनात्मकता के साथ इनाम क्षेत्र के पास उनके चाटने से पता चलता है।इसके अलावा, चूहों ने सत्र के भीतर और सत्र सीखने के बीच दोनों का पर्याप्त प्रदर्शन किया। दूसरे दिन प्रति लैप स्थानिक चाट ने इनाम क्षेत्र से पहले चाटने में वृद्धि देखी और कहीं और चाटना कम कर दिया, जो स्थानिक रूप से विशिष्ट अग्रिम चाट के विकास का संकेत देता है। सिस्टम का उपयोग करते समय याद रखने वाली मुख्य बात यह है कि चूहे केवल तभी अच्छा प्रदर्शन करेंगे जब रनिंग व्हील पर प्रबलित और आरामदायक हो।इसलिए, पानी जानवरों को उचित रूप से प्रतिबंधित करता है, उन्हें धीरे से संभालता है, और सुनिश्चित करता है कि प्रोजेक्शन स्क्रीन देखते समय उनके सिर की निरोधक स्थिति चलने के लिए इष्टतम है। एक तंत्रिका विज्ञान शोधकर्ता मस्तिष्क में अंतर्निहित स्थानिक सीखने के न्यूरॉन सर्किट की जांच करने के लिए विवो इमेजिंग या इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में इस ओपन सोर्स वीआर सिस्टम को जोड़ सकता है। हमें लगता है कि इस ओपन सोर्स वीआर सिस्टम की सादगी शोधकर्ताओं को सिस्टम को विविध न्यूरो रिकॉर्डिंग सेटअप में एकीकृत करने की अनुमति देगी।वीआर वातावरण में स्थानिक उत्तेजनाओं पर सटीक नियंत्रण शोधकर्ताओं को स्थानिक सीखने के लिए विशिष्ट न्यूरॉन सर्किट के योगदान की जांच करने की अनुमति देगा।

Research

JoVE Journal

Neuroscience

An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice

Low-stress Route Learning Using the Lashley III Maze in Mice

Low-stress Route Learning Using the Lashley III Maze in Mice Video (Video) | JoVE

कम तनाव का चूहे में Lashley III भूलभुलैया का उपयोग करना सीखना

Many behavior tests designed to assess learning and memory in rodents, particularly mice, rely on visual cues, food and/or water deprivation, or other ...

Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality 

Human Fear Conditioning Conducted in Full Immersion 3-Dimensional Virtual Reality  Video (Video) | JoVE

मानव भय पूर्ण विसर्जन 3 आयामी आभासी वास्तविकता में आयोजित कंडीशनिंग

Fear conditioning is a widely used paradigm in non-human animal research to investigate the neural mechanisms underlying fear and anxiety. A major ...

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation

Using MazeSuite and Functional Near Infrared Spectroscopy to Study Learning in Spatial Navigation Video (Video) | JoVE

इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रोस्कोपी के पास MazeSuite और कार्यात्मक का उपयोग करने के लिए सीखने के स्थानिक नेविगेशन में अध्ययन

MazeSuite is a complete toolset to prepare, present and analyze navigational and spatial experiments1. MazeSuite can be used to design and edit adapted ...

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

Optical Recording of Suprathreshold Neural Activity with Single-cell and Single-spike Resolution Video (Video) | JoVE

एकल कोशिका और एकल कील संकल्प के साथ suprathreshold तंत्रिका गतिविधि के ऑप्टिकल रिकॉर्डिंग

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

Building An Open-source Robotic Stereotaxic Instrument

Building An Open-source Robotic Stereotaxic Instrument Video (Video) | JoVE

एक खुला स्रोत रोबोट Stereotaxic साधन बिल्डिंग

This protocol includes the designs and software necessary to upgrade an existing stereotaxic instrument to a robotic (CNC) stereotaxic instrument for ...

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System

In vivo Optogenetic Stimulation of the Rodent Central Nervous System Video (Video) | JoVE

कृंतक केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के विवो optogenetic उत्तेजना में

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

Immunohistochemical Visualization of Hippocampal Neuron Activity After Spatial Learning in a Mouse Model of Neurodevelopmental Disorders

Immunohistochemical Visualization of Hippocampal Neuron Activity After Spatial Learning in a Mouse Model of Neurodevelopmental Disorders Video (Video) | JoVE

Neurodevelopmental विकार की एक माउस मॉडल में स्थानिक सीखने के बाद Hippocampal न्यूरॉन गतिविधि के immunohistochemical दृश्य

Induction of phosphorylated extracellular-regulated kinase (pERK) is a reliable molecular readout of learning-dependent neuronal activation. Here, we ...

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo

Electrophysiological Method for Recording Intracellular Voltage Responses of Drosophila Photoreceptors and Interneurons to Light Stimuli In Vivo Video (Video) | JoVE

की प्रतिक्रिया रिकॉर्डिंग Intracellular वोल्टेज के लिए electrophysiological विधि<em&gt; ड्रोसोफिला</em&gt; फोटोरिसेप्टर और लाइट उत्तेजनाओं को इन्तेर्नयूरोंस<em&gt; Vivo</em

Voltage responses of insect photoreceptors and visual interneurons can be accurately recorded with conventional sharp microelectrodes. The method ...

Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles

Assessing Spatial Learning and Memory in Small Squamate Reptiles Video (Video) | JoVE

छोटे Squamate सरीसृप में स्थानिक सीखने और स्मृति का आकलन

Clinical research has leveraged a variety of paradigms to assess cognitive decline, commonly targeting spatial learning and memory abilities. However, ...

An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice

An Objective and Reproducible Test of Olfactory Learning and Discrimination in Mice Video (Video) | JoVE

घ्राण सीखने और चूहों में भेदभाव का एक उद्देश्य और Reproducible परीक्षण

Olfaction is the predominant sensory modality in mice and influences many important behaviors, including foraging, predator detection, mating, and ...