Name: 在头固定小鼠胡须信号眨眼经典条件反射 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-03-30T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 14 s
Description: 学习头固定小鼠胡须信号眨眼条件反射技术，用于研究学习与记忆的神经生物学机制。该方法结合圆柱形跑步机与钙成像技术，为探索记忆障碍治疗提供新途径。

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本工作由美国国防部（W81XWH-13-01-0243）和美国国立卫生研究院（R37 AG008796）资助。我们感谢西北大学机械加工车间的 Alan Baker 制作了固定头部的圆筒装置。我们感谢 Shoai Hattori 博士在 MATLAB 和 Solidworks 方面提供的指导。我们感谢 John Power 博士提供的用于控制实验的 LabView 软件。

所有涉及小鼠的操作均依照美国国立卫生研究院发布的指南，并根据西北大学机构动物护理和使用委员会批准的方案进行。
1. 圆柱体（图2A）
<ol>
	<li>按照 Chettih 等 和 Heiney 等 的方法，使用一根长泡沫圆柱体制作圆柱体14-15。截取一段10 cm长的圆柱体，并在其中心钻孔，以安装直径为12.7 mm（0.5 in.）的金属轴。按照 Heiney 等 的方法，将带轴的圆柱体安装在金属光学面包板上，或其他支撑结构（例如，有机玻璃）上15。</li>
	<li>在圆柱体两侧各竖直安装一根直径为12.7 mm的金属杆。</li>
	<li>将两个直角支架固定在金属杆上。</li>
	<li>通过直角支架固定另外两根金属杆（长5 cm，直径12.7 mm）。将这两根杆的末端削成斜面，并调整其高度，使其末端位于圆柱体中心的正上方（图2G）。</li>
	<li>在已调平的杆末端钻孔并攻螺纹，以安装两颗4-40机械螺钉，用于固定连接器的翼部（图2G）。</li>
</ol>
2. 组装微须刺激系统（图2B）
<ol>
	<li>从普通梳子上截取一段10个齿的梳齿部分。</li>
	<li>在梳子顶部切一个约2-3 mm宽、约5 mm深的狭缝，用于安装双层矩形弯曲驱动器。</li>
	<li>在弯曲致动器的每个表面焊接一根导线。使用制造商提供的焊料和助焊剂。用绝缘胶带覆盖致动器和焊点，以保护小鼠和使用者免受电流影响。</li>
	<li>将驱动条插入梳子的切口内，使弯曲驱动条垂直于梳子平面。倾斜梳子，使其与水平面呈45°角，更自然地贴合小鼠面部的曲率。</li>
	<li>用快干环氧树脂将致动器条的末端固定在梳子的顶部。 
	注意：焊接在弯曲致动器条上的导线应连接至可变电阻器，以向致动器提供40伏电压。先前的实验表明，40伏电压适用于条件化训练，但不会引发任何惊吓反应。</li>
	<li>将弯曲致动器和梳子放置在可移动支架上。使用通常用于此目的的带磁性底座的移液管支架 体外 电生理设备运行良好。</li>
</ol>
3. 组装安装在气缸上方杆件上的连接器（图 2C、2E）
注意：该连接器是一个3D打印的7孔条带，其模型源自Weiss和Disterhoft以及Galvez等人使用的Amphenol 221系列尼龙条带等10,17。
<ol>
	<li>在条带上为 0-80 x-1&#34; 机器螺丝攻丝第一个孔。该螺丝将作为锁定螺丝，用于将头件固定在连接器上。使用氰基丙烯酸胶将一个 0-80 螺母粘接到锁定螺丝的头部，以便用手转动螺丝。</li>
	<li>在攻丝孔后留出一个孔不使用（为 0-80 机器螺母留出空间），并将五个镀金 Relia-Tac 插座穿过剩余的五个孔。</li>
	<li>剥去五根长导线（从以太网电缆中获取）的绝缘层，并将其焊接到插座的末端。 
	注意：前两根导线将用于记录肌电图（EMG）信号，经放大器滤波和放大后可检测到眨眼反应。接下来的两根导线将用于从刺激隔离器传递电刺激信号。最后一根导线将作为接地连接。这些导线将连接到用于定时条件刺激-非条件刺激（CS-US）传递的系统。</li>
	<li>使用万用表确认导线与插座之间的电气连通性。将万用表调至通断测试模式，将一个探针接触插针，另一个探针接触导线的裸露端。当电阻较低且万用表发出蜂鸣声时，表示插针与导线之间存在电气连接。
	<ol>
		<li>或者，如果万用表没有通断测试模式，可测量插针与导线之间的电阻。若测得的电阻极小，则表明存在电气连通。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>从两个 TO-220 封装的晶体管上制备连接器的翼片。剪掉晶体管的发射极、基极和集电极引脚，并修平表面，以便将其固定到连接器上。</li>
	<li>切割安装片边缘以打开通孔，使安装片可滑入螺丝头部下方。</li>
	<li>用环氧树脂将晶体管粘接到连接器上。安装片上的孔将用于将连接器固定到圆筒上方的杆上。</li>
	<li>在从插座伸出的导线基部涂抹环氧树脂，并让其完全干燥。环氧树脂将起到绝缘和保护连接点的作用。</li>
</ol>
4. 准备头部组件（图 2D、2E）
注：头件条带是一种3D打印的7孔条带，其模型源自Weiss和Disterhoft以及Galvez等人使用的Amphenol 221系列尼龙条带等10,17，该部件目前已不再商业化生产。打印机文件可从本期刊网站下载。
<ol>
	<li>在条带上第一个孔处攻丝，用于安装 0-80 x 1&#34; 机器螺钉，并在第一个孔之后留出一个孔不使用。</li>
	<li>将五根镀金插针从底部穿过剩余的五个孔（穿过较窄的一端）。使用台钳帮助将插针均匀地压入条带中。</li>
	<li>使用热剥线器，从一根不锈钢丝（直径 0.005 英寸）末端去除约 0.5 cm 的聚酰亚胺涂层，将裸露端焊接到其中一个插针的开口中，并将导线剪至 0.6–0.7 cm 长度。</li>
	<li>从导线末端再剥去约 0.2 cm 的绝缘层，以便电流能够传递至动物。</li>
	<li>对剩余的三根导线重复步骤 4.3–4.4。 
	注意：前两根导线用于记录肌电图（EMG）反应，后两根导线用于向动物施加电刺激。</li>
	<li>由于最后一根（第五根）导线将作为接地线，需剪取约 5 cm 长的未绝缘不锈钢丝（直径 0.005 英寸），并焊接到剩余的插针上。</li>
	<li>使用万用表检测导线与插针之间的导通性。（对于未绝缘的接地线，万用表探针可接触导线任意位置。）</li>
</ol>
5. 手术准备（图 2F）
<ol>
	<li>对所有手术器械（包括头部固定装置）进行灭菌。通过将头部固定装置浸泡在酒精中，然后用无菌生理盐水冲洗，以完成其灭菌。</li>
	<li>在诱导室中使用3-4%异氟烷蒸气与每分钟1-2 L氧气混合气体对小鼠进行麻醉。</li>
	<li>通过脚趾夹捏确认动物是否完全麻醉。当小鼠对脚趾夹捏无反射性反应时，表明其已完全麻醉。</li>
	<li>动物完全麻醉后，皮下注射盐酸布托啡诺作为镇痛剂（0.05–2 mg/kg），剃除动物头部顶部毛发，将其置于立体定位仪底座上的覆垫加热板上，确认动物处于完全麻醉状态，然后将头部固定于立体定位仪上。&#160;维持对动物的气化异氟烷供给，切换至2%浓度，氧气流速为每分钟1-2升。在角膜上涂抹少量眼用软膏。</li>
	<li>用聚维酮碘和酒精交替对头皮进行消毒，每种消毒剂各使用三次。</li>
	<li>使用10号或15号手术刀片，沿头皮正中线切开，暴露从眼前方至枕骨后方（约1.5–2 cm）的颅骨。</li>
	<li>用微型夹子将皮肤瓣向后固定。在眼睛上方、头尾轴中点以及颅骨后部两侧各放置一个夹子。即， 总共使用六个夹子。为防止头件脱落，应尽可能暴露颅骨，包括侧面和后部，以增加粘接固位水泥的接触面积。</li>
	<li>使用手术刀沿颅骨顶部刮除骨膜，确保工作表面清洁干燥。用3%过氧化氢清洗颅骨顶部三次。</li>
	<li>使用34号倒锥形钻头或1.6 mm雕刻刀钻头在颅骨上钻两个孔，用于安装00-90螺钉（长0.0625英寸）。这些螺钉将提供电学接地连接。当条件化右眼时，一个孔位于前囟（Bregma）前方，另一个孔位于人字缝（Lambda）前方，中线左侧。每个孔中插入一枚螺钉。每完整旋转一圈，螺钉进入颅骨0.28 mm；旋转两整圈即足够。</li>
	<li>在颅骨上制作若干直径约为0.75 mm的小凹坑，以增加表面积和骨水泥的抓握力。</li>
	<li>取已完成的头件，将地线以“8”字形缠绕在两颗螺丝上。地线应留出一定余量（头件与螺丝之间约1.5 cm），以便后续正确安置头件位置。 
	注意：通常将导线绕成8字形可确保导线与接地螺钉之间具有良好的电连接。也可将导线焊接到螺钉上以确保电连接。</li>
	<li>涂抹粘接性固位水泥。按照制造商说明混合粘接性固位水泥，或在低温陶瓷调拌皿中加入4勺L型粉剂、8滴基质液和2滴催化剂进行混合（确保调拌皿上的温度指示条完全变为黑色）。低温可延长水泥的操作时间。
	<ol>
		<li>在颅骨和螺钉上充分涂抹固位水泥，并让水泥干燥。此过程仅需几分钟。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>水泥干燥后，将头件垂直置于颅骨上方，使针脚朝上。使用类似于连接器的固定装置将头件固定到位 
	注意：参见 &#34;3. 连接器的组装&#34;- 固定器只需为带有镀金插孔的五孔条状结构，用于插入头件的引脚。该固定器连接在立体定位仪框架的臂上。使用该固定器及臂可方便地定位头件和导线。</li>
	<li>将头件定位后，剥离眼周区域周围的皮肤，放置两根刺激电极，使露出的0.2 cm端部位于皮肤下方，且大致在眼球正后方2–4 mm处。注意两根电极的末端不得相互接触。将两根肌电图（EMG）电极置于眼眶上方的眼轮匝肌上。
	<ol>
		<li>如有必要，若导线过长，可能直接刮伤眼眶并导致感染，则应剪去导线末端。若需剪除导线末端，须确保有足够长度的裸露导线暴露。或者，若导线过长，可在导线从头件延伸出的根部将其向后弯折。</li>
		<li>固定导线的基部（即，将靠近头件的一端用少量粘固剂水泥固定在颅骨上，并使其干燥（使用前文所述剂量的一半）。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>移除微型夹子，轻轻将皮肤瓣折回并覆盖在水泥层上。让皮肤自然贴合。 自然地 以避免眼睑变形、防止眨眼反射以及减少动物痛苦。</li>
	<li>用牙科水泥密封暴露区域，将切开的皮肤至头件顶部边缘的全部区域覆盖。操作时需格外小心，避免水泥滴落到眼睛或头件的针脚上。可用蘸有牙科水泥溶剂的棉签擦拭并塑形部分固化的水泥。待水泥完全干燥后，再移除头件固定装置。</li>
	<li>在将动物放回笼中前，应将其置于加热的表面上，使其从麻醉状态中恢复。&#160;给予美达佳（Metacam，1 mg/kg，皮下注射），然后将动物放回笼中。</li>
	<li>让动物恢复5至7天后再进行测试或训练。根据您所在机构的指南，对动物进行标准的术后护理。&#160;动物在术后恢复后应至少每天检查一次。观察其是否存在进食和/或饮水减少以及精神萎靡等表现。若怀疑存在疼痛，应每24小时给予一次Metacam。&#160;（剂量与术后结束时相同），直至症状缓解。若动物出现抓挠或不适迹象，可将利多卡因局部应用于伤口。</li>
</ol>
6. 将小鼠放置于圆筒上并进行训练（图 2G）
<ol>
	<li>将小鼠放置于圆筒上时，先用一只手抓住小鼠尾巴以短暂固定小鼠，再用另一只手的拇指和食指抓住小鼠肩部后方，其余手指环绕小鼠腹部和躯干将其固定。</li>
	<li>用未固定小鼠的那只手将连接器连接至小鼠头部的头件上，并拧紧锁定螺钉。</li>
	<li>轻柔地将小鼠放置在圆筒上，并在将连接器固定到支架上时保持小鼠位置稳定。使用两个螺钉将连接器固定在圆筒上方的横杆上。</li>
	<li>连接器固定到圆筒支架后，松开对小鼠的固定。让小鼠进行为期一天的两次适应性训练，以适应圆筒环境。每次适应性训练的持续时间应与每次条件化训练相同。
	<ol>
		<li>在适应阶段记录小鼠的自发眨眼频率，并让小鼠预先暴露于胡须振动条件刺激（CS），以减少惊吓反应的发生。应用CS的方式与实际条件化训练相同，但不给予电击非条件刺激（US）。</li>
		<li>通过将压电系统置于小鼠条件化侧（右侧）附近（约0.5 cm处），并将梳齿轻轻套在单根胡须上来施加胡须刺激CS。为确保每天刺激相同的胡须，应每天将压电系统放置在相同位置。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>开始对小鼠进行经典条件反射训练。每天进行两次训练，持续五天。每次训练之间间隔约两小时。
	<ol>
		<li>对条件化组，每次训练给予30次试验，每试次包括一个持续250毫秒的胡须振动条件刺激（CS，60 Hz）和一个持续100毫秒的电脉冲非条件刺激（US，0.3 mA - 3 mA，由WPI A385R刺激隔离器提供），CS与US之间设置250毫秒无刺激的痕迹间隔，使任务依赖于海马功能（图1）23。</li>
		<li>根据每只动物的情况调整电击强度，以引发眨眼反应。试次之间采用30-60秒的随机间隔（平均45秒），每次训练总时长约30分钟。</li>
		<li>对假条件化组，每次训练分别给予30次单独的CS和30次单独的US（共60次试次），刺激参数与条件化组相同。确保CS单独和US单独的试次伪随机排列，同一刺激连续出现不超过两次。每次试次之间的平均间隔为22.5秒。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>在整个适应和训练过程中持续提供65 dB的背景噪声，以掩盖胡须刺激器产生的振动噪声。</li>
</ol>

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<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/pubmed?term=((Monitoring+kinetic+and+frequency-domain+properties+of+eyelid+responses+in+mice+with+magnetic+distance+measurement+technique%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Monitoring kinetic and frequency-domain properties of eyelid responses in mice with magnetic distance measurement technique.</a> J Neurophysiol. 88 (4), 2124-2133 (2002).</li>
<li>Ward, R. L., Flores, L. C., Disterhoft, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Infragranular+barrel+cortex+activity+is+enhanced+with+learning%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Infragranular barrel cortex activity is enhanced with learning.</a> J Neurophysiol. 108 (5), 1278-1287 (2012).</li>
</ol>

作者声明不存在任何竞争性经济利益。

经典的眨眼条件反射是一种关联学习形式，是研究学习与记忆神经基础的有用工具。以往在小鼠等啮齿类动物中进行眨眼条件反射实验时，通常使用允许动物自由活动的实验箱。而采用 Chettih et al. 和 Heiney et al. 所描述、并由 Siegel et al. 最近应用于光诱发的痕迹型眨眼条件反射实验中的装置，建立了一种头固定的小鼠眨眼条件反射准备方法，具有多项优势，例如可实现过去无法开展或受限的某些实验操作（如 in vivo 双光子钙成像）14-16。此类准备方法还便于结合其他技术，例如使用四电极阵列进行 in vivo 电生理记录。由于小鼠在被束缚时容易产生应激反应，该头固定装置的设计旨在固定头部的同时，尽量减少对动物的束缚程度。尽管该准备方法允许小鼠在圆柱形跑步机上自由行走，但也有研究者成功地在固定平台上的头固定小鼠中采集到了行为数据24。
然而，在使用头部固定圆筒系统时会出现一些问题。一个问题是，当最初将未经训练的小鼠放置在圆筒上时，...

眨眼条件反射是一种经典条件反射形式，也是研究联想学习与记忆神经机制的模型系统。该现象已在多种物种中得到研究，包括人类、兔子、猫、大鼠和小鼠。该实验范式包含两个配对呈现的刺激：一个中性的条件刺激（CS；例如，声音、闪光或胡须刺激），以及一个显著的非条件刺激（US；例如，对眼部的气流刺激或眼周电击）。非条件刺激会引发一种非条件性的、反射性的眨眼反应（即，UR）。经过多次CS与US的配对呈现后，受试者逐渐学会将条件刺激与非条件刺激关联起来。这种学习表现为条件反应（CR）的出现，即仅由条件刺激单独引发、且发生在非条件刺激呈现之前的眨眼反应。
痕迹性眨眼条件反射包括一个数 hundred 毫秒的无刺激间歇期，该间歇期将条件刺激（CS）和非条件刺激（US）分隔开（图1）。由于痕迹性条件反射需要个体意识到刺激之间的关联性，因此它属于陈述性学习的一种形式1。这一时间间隔要求动物在大脑前脑区域（如海马）中保留CS的神经“痕迹”，从而使US与CS建立关联1-6。除了前脑区域外，痕迹性条件反射还依赖于小脑的功能7。
因此，眨眼条件反射是研究记忆多个方面的有用范式，包括习得、巩固和提取。在进行眨眼条件反射实验期间，对照组动物会以随机顺序接受非配对刺激，以检测是否存在伪条件作用或敏感化反应，这些反应可能仅由非条件刺激的呈现引起，而非由条件刺激与非条件刺激之间的习得性关联所致。
一种常用于啮齿类动物眨眼条件反射研究的装置是训练过程中允许动物在其中自由活动的实验箱8-10通常，这种装置的套管会连接到固定在啮齿类动物颅骨上的头件。套管可用于传递非条件刺激（有时也包括条件刺激），并传输动物对这些刺激的反应即， 眨眼反应10系绳本身可根据所施加刺激的类型以及眼睑眨眼反应的记录方式进行调整。
使用&#34;自由活动&#34;的头固定小鼠进行眨眼条件反射实验的原因在于，小鼠会对束缚产生挣扎行为。尽管其他物种可能更易于固定，但在眨眼条件反射实验中使用小鼠的主要优势在于，目前大多数可用的基因修饰突变品系均为小鼠品系。除了挣扎之外，对小鼠进行完全束缚还会导致急性应激反应。一种能够最大限度减少应激的头固定小鼠制备方法，将有助于在眨眼条件反射过程中获取更多生理学信息。例如，该系统可用于实现通过双光子显微镜对皮层神经元进行成像11。
在以往的实验中，头固定装置已被用于通过可拆卸颅骨植入物对大脑皮层进行光学成像、利用四极电极阵列对啮齿类动物脑组织进行体内电生理记录、双光子钙成像，以及作为小鼠眨眼条件反射训练的平台11-16。
在固定头部系统中，可在不完全限制小鼠活动的情况下确保可靠的刺激和记录（图2）。将类似于自由活动系统中使用的头件固定在小鼠颅骨上。训练期间，该头件连接至固定在圆柱形跑步机上方横杆上的连接器，以稳定啮齿类动物的头部（图2A）。该圆柱形跑步机允许小鼠舒适地休息，同时若小鼠愿意，也可进行行走或奔跑。利用此系统，可使用胡须振动作为条件刺激（CS），以轻度眶周电刺激作为非条件刺激（US）对小鼠进行训练（图1）。US通过手术植入眼侧皮下的导线传递。CS则通过一个连接至双层矩形弯曲致动器的梳状装置传递（图2B）。该梳状装置和弯曲致动器随后被固定于磁性底座上，在训练过程中将其移至适当位置，并针对每只动物调整至最佳刺激位置。梳状装置的位置应跨置于选定的胡须上。在传递CS期间，信号被发送至弯曲致动器，使其带动梳状装置位移，从而引起胡须振动17。
其他刺激，如声音或闪光，在过去已被用作小鼠中有效的条件刺激16,18,19选择胡须刺激作为本实验范式中条件刺激（CS）的原因在于，啮齿类动物在探索过程中依赖其触须获取躯体感觉信息输入。研究表明，胡须刺激是一种可靠且有效的条件刺激。20此外，鉴于触须系统具有明确且有序的皮层基础（即，桶状皮层），以触须刺激作为条件刺激，为研究与习得性瞬眼条件反射相关的皮层变化和可塑性提供了一种巧妙的工具20,21固定头部系统可实现对选定的触须进行精确刺激，从而比较受刺激神经元与接收非刺激触须输入的神经元之间的反应。最后，许多品系的小鼠在相对年轻的成年期即表现出与年龄相关的听力下降。22，且条件化眨眼过程中的眼睑闭合会改变视觉条件刺激（尽管视觉条件刺激可缓解惊跳反应方面的问题）16）。胡须刺激不受上述任一并发症的影响。
本文介绍了一种对其他固定头部条件下眨眼条件反射制备方法的重要且独特的改进，包括条件刺激（CS）和非条件刺激（US）的递送方法，以及眨眼反应的获得过程。该装置及训练范式的可靠性通过条件化小鼠的学习曲线以及伪条件化对照动物相对平坦的学习曲线得以验证（图7A）。

<table><tbody><tr><td>Exervo TeraNova 泡沫轴 36&quot; x 6&quot;&amp;nbsp;</td><td>Amazon</td><td>B002ONUM0E</td><td>用于圆柱体</td></tr><tr><td>有机玻璃（Plexiglas）</td><td></td><td></td><td>定制；厚度1 cm</td></tr><tr><td>金属棒（直径12.7&amp;nbsp;mm）</td><td></td><td></td><td>定制</td></tr><tr><td>4-40 机械螺钉（长0.25&amp;nbsp;英寸）</td><td>Amazon Supply</td><td>B00F33Q8QO</td><td>用于圆柱体</td></tr><tr><td>经典设计发梳</td><td>Conair</td><td>93505WG-320</td><td>用于胡须刺激</td></tr><tr><td>双层矩形弯曲致动器</td><td>Piezo Systems</td><td>T220-A4-303X&amp;nbsp;</td><td>用于胡须刺激</td></tr><tr><td>焊料和助焊剂套件</td><td>Piezo Systems</td><td>MSF-003-NI</td><td>用于胡须刺激</td></tr><tr><td>磁性底座</td><td>Thor Labs</td><td>MB175</td><td>用于胡须刺激</td></tr><tr><td>磁性底座用螺纹杆</td><td></td><td></td><td>定制</td></tr><tr><td>基于Electronic Connector Corp.的221系列尼龙条连接器的条带</td><td></td><td></td><td>定制，参考Weiss和Disterhoft，2008年</td></tr><tr><td>TO-220型晶体管</td><td>Amazon Supply</td><td>B0002ZPZYO&amp;nbsp;</td><td>用于连接器；用于翼片</td></tr><tr><td>Relia-Tac 插座</td><td>Electronic Connector Corp.</td><td>220-S02</td><td>用于连接器</td></tr><tr><td>Relia-Tac 插针</td><td>Electronic Connector Corp.</td><td>220-P02</td><td>用于头件</td></tr><tr><td>0-80不锈钢机械螺钉（长1英寸）</td><td>Amazon Supply</td><td>B000FN68EE</td><td>锁紧螺钉</td></tr><tr><td>0-80不锈钢机械螺钉六角螺母（厚5/32英寸）</td><td>Amazon Supply</td><td>B000N2TK7Y</td><td>锁紧螺钉头</td></tr><tr><td>Loctite 超级胶水-液体</td><td>Loctite</td><td>1365896</td><td>氰基丙烯酸胶；用于锁紧螺钉</td></tr><tr><td>快干环氧树脂</td><td>Ace Hardware</td><td>18613</td><td>用于连接器和胡须刺激系统</td></tr><tr><td>以太网电缆导线</td><td></td><td></td><td>可拆分以太网电缆，使用其中单根导线作为连接器导线</td></tr><tr><td>聚酰亚胺涂层不锈钢导线（长2&amp;nbsp;英寸，直径0.005英寸）</td><td>PlasticsOne</td><td>005sw/2.0 37365 S-S&amp;nbsp;</td><td>用于头件、肌电图（EMG）和电刺激导线</td></tr><tr><td>未涂层不锈钢导线（直径0.005&amp;nbsp;英寸）</td><td>AM Systems</td><td>792800</td><td>用于头件，接地导线</td></tr><tr><td>Tenma 可变自耦变压器</td><td>Tenma</td><td>72-110</td><td>用于胡须刺激；通过变阻器调节弯曲致动器的电流</td></tr><tr><td>放大器</td><td>A-M Systems</td><td>1700</td><td>用于滤波和放大肌电图（EMG）信号的放大器</td></tr><tr><td>WPI A385R 刺激隔离器</td><td>World Precision Instruments</td><td>31405</td><td>用于电刺激</td></tr><tr><td>Isothesia（异氟烷）</td><td>Henry Schein: 动物健康</td><td>50031</td><td>用于手术；麻醉剂</td></tr><tr><td>Buprenex 注射用CIII类药品</td><td>Reckett Benckiser Pharmaceuticals Inc</td><td>NDC 12496-0757-1</td><td>用于手术；镇痛剂</td></tr><tr><td>Akwa Tears：润滑性眼用软膏&amp;nbsp;</td><td>Akorn</td><td>NDC 17478-062-35</td><td>人工泪液软膏，用于麻醉期间防止眼睛干燥</td></tr><tr><td>聚维酮碘消毒垫</td><td>PDI</td><td>NDC 10819-3883-1</td><td>用于手术；消毒剂</td></tr><tr><td>酒精消毒垫</td><td></td><td></td><td>可从任何标准药店购买</td></tr><tr><td>不锈钢外科手术刀柄（3号）</td><td>Integra Miltex&amp;nbsp;</td><td>4-7.</td><td>用于手术</td></tr><tr><td>不锈钢外科手术刀片</td><td>Integra Miltex</td><td>4-310 或 4-315</td><td>用于手术；10号或15号手术刀片</td></tr><tr><td>3% 过氧化氢</td><td></td><td></td><td>可从任何标准药店购买</td></tr><tr><td>微型夹</td><td>Roboz</td><td>RS-5459</td><td>用于手术，固定皮肤</td></tr><tr><td>00-90不锈钢机械螺钉（长0.0625&amp;nbsp;英寸）</td><td>Amazon Supply</td><td>B002SG89X4&amp;nbsp;</td><td>用于手术，缠绕接地导线</td></tr><tr><td>专业旋转工具</td><td>Walnut Hollow</td><td>29637</td><td>手钻，用于手术中在颅骨上钻孔</td></tr><tr><td>倒锥形钻头</td><td>Roboz</td><td>RS-6282C-34</td><td>倒锥形钻头，34号；用于手术中在颅骨上钻孔</td></tr><tr><td>雕刻切削钻头</td><td>Dremel</td><td>106</td><td>雕刻切削钻头；1.6 mm钻头；用于手术中在颅骨上钻孔</td></tr><tr><td>C&amp;B Metabond-Quick! 水泥系统 &quot;B&quot; 快速基质</td><td>Parkell</td><td>S398</td><td>用于手术；粘接固位水泥系统；防止头件脱落的关键材料</td></tr><tr><td>C&amp;B Metabond-Quick! 水泥系统 透明L-粉末</td><td>Parkell</td><td>S399</td><td>用于手术；粘接固位水泥系统；防止头件脱落的关键材料</td></tr><tr><td>C&amp;B Metabond-Quick! 水泥系统 &quot;C&quot; 通用TBB催化剂 0.7 ml</td><td>Parkell</td><td>S371</td><td>用于手术；粘接固位水泥系统；防止头件脱落的关键材料</td></tr><tr><td>C&amp;B Metabond-Quick! 水泥系统 带温度指示条的陶瓷混合皿</td><td>Parkell</td><td>S387</td><td>用于手术；粘接固位水泥系统；防止头件脱落的关键材料</td></tr><tr><td>瑞士镊子，型号#5</td><td>World Precision Instruments</td><td>504506</td><td>用于手术</td></tr><tr><td>Puritan 棉签</td><td>VWR International</td><td>10806-005&amp;nbsp;</td><td>用于手术</td></tr><tr><td>Dental Caulk Grip 水泥套件</td><td>Dentsply</td><td>675570</td><td>用于手术；牙科水泥</td></tr></tbody></table>

头固定小鼠中由胡须信号引发的眼睑条件反射经典条件化

Whisker-signaled Eyeblink Classical Conditioning in Head-fixed Mice

眨眼条件反射是研究学习与记忆神经机制的常用范式。为了更好地利用现有的大量细胞水平研究学习与记忆的科学方法，拥有一个稳定的颅骨平台非常理想。由于小鼠通常难以耐受束缚，因此通常在它们于实验箱内自由活动时进行训练。条件刺激（CS）和非条件刺激（US）信息通过连接到小鼠头部的束缚线缆传递，并记录眨眼反应。在本文介绍的头部固定装置中，小鼠可在头部被固定的条件下按其意愿自由奔跑，从而便于实验操作。使用该训练装置可实现可靠的眨眼反应条件化，该装置支持以胡须刺激作为条件刺激（CS），以眼周电刺激作为非条件刺激（US），并通过分析眼睑的肌电图（EMG）活动来检测眨眼反应。

8至10周龄雄性C57Bl6/J小鼠在固定头部的圆柱形跑步机装置上进行痕迹性瞬目条件反射训练。其中8只小鼠接受配对的条件刺激（CS）与非条件刺激（US）呈现（条件化组），9只小鼠接受非配对的CS与US呈现（假条件化组）。
显示了一只经条件化处理的小鼠产生条件化反应的典型肌电图记录 图3 和 4每次试验的肌电图记录均经过整流，并以10毫秒的时间常数进行积分。 图5 显示了每只小鼠在10个实验阶段中，条件刺激（A）和伪条件刺激（B）两种情况下，所有试验中整流并积分后的EMG反应轨迹的平均结果。条件反应的演变过程可见于 图 5A，且反应在接近US出现时逐渐增强。这种变化在伪条件化反应中未观察到 图5B.
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本文介绍的头固定小鼠胡须信号瞬目条件反射制备方法，可在允许小鼠在圆柱形跑轮上自由行走的同时，精确刺激特定胡须。将胡须刺激作为条件刺激（CS），与眼周电击非条件刺激（US）配对，可在该装置上实现可靠的联想学习。

眨眼条件反射是研究学习与记忆神经机制的常用范式。为了更充分地利用这一广泛采用的……

本方案的总体目标是利用小鼠的遗传学进展以及对鼠须系统的研究，探究眨眼条件反射的神经生物学基础，该范式可用于学习与记忆研究的跨物种转化。该方法通过在条件反射过程中对遗传修饰小鼠的特定鼠须进行刺激，同时结合钙成像和电生理记录，有助于回答学习与记忆中的机制性问题。该技术的主要优势在于能够在最小化小鼠应激反应的同时固定其头部，使小鼠可在圆柱形跑步机上以自定速度自由行走。该技术的应用前景涉及对记忆障碍的潜在治疗，包括与正常衰老和阿尔茨海默病相关的记忆障碍。圆筒装置和胡须刺激系统的制备在文本方案中分别进行了介绍。本节介绍头件的制备。头件条带是一个3D打印的七孔条带，其模型源自Amphenol 221系列尼龙条带，而该尼龙条带目前已不再商业化生产。从3D打印件上，将第一个孔攻丝为适用于0-80规格、一英寸长的机械螺钉，并在第一个孔之后留出一个孔不使用。接下来，使用台钳将五个镀金插针插入剩余的五个孔中。将针穿过塑料上的较小孔洞。接着，使用热剥线器剥离半厘米的聚酰亚胺涂层。然后，将裸露的一端焊接到针上带有开口的位置。将焊好的导线剪至六到七毫米之间，并剥离约两毫米的绝缘层。接下来，重复此操作，总共将四根导线连接到五个引脚上。前两根导线用于记录眼睑肌电图（EMG）反应，后两根导线则用于向眼周区域传递电刺激。将一根未绝缘的五厘米长不锈钢丝焊接到第五个引脚上，作为接地电极。完成所有连接后，使用万用表逐一检查各连接点，以确保其电路导通。实验开始前，需确认动物已完全麻醉，可通过夹捏脚趾无反应来判断。注射盐酸丁丙诺啡作为镇痛剂。然后在动物角膜上涂抹少量眼用软膏，并剃除动物头部顶部的毛发。接着，将动物头部固定于立体定位仪上，并使用聚维酮碘和酒精交替擦拭三次，对头皮进行消毒。使用10号或15号手术刀片，沿头皮正中线做切口，暴露从眼部前方至顶间骨后方的颅骨。用六个微型夹子将皮瓣向两侧牵开，尽可能暴露颅骨的侧面和后部。接着，用手术刀刮除颅骨表面的骨膜。然后用 3% 过氧化氢清洗颅骨顶部三次。待颅骨干燥后，使用 34 号倒锥钻头钻两个孔，注意不要损伤脑组织。一个孔位于前囟前方，另一个孔位于人字缝前方，若为右眼建立条件反射，则钻孔位于中线左侧，反之亦然。应小心钻孔以适配螺丝，需格外注意避免损伤脑组织。在孔中放置用于电连接的螺丝。每旋转一圈，螺丝下降 0.28 毫米，因此旋转两整圈即足够。接下来，在颅骨上制作多个小凹槽，以增加用于粘固剂的表面积。从已完成的头件开始，将地线以“8”字形缠绕在两枚螺钉周围。地线应留出一定余量，以便正确放置头件。现在，涂抹冷固粘接水泥。充分涂覆颅骨和螺钉，并让水泥自然干燥。水泥干燥后，将头件垂直放置，使螺钉朝上突出于颅骨表面。使用框架上臂部连接的支架固定头件。该支架必须具有五个镀金插孔，以容纳头件的插针。将两根肌电图导线置于眼眶上方的眼轮匝肌上。然后，放置两根刺激电极导线。将裸露的末端置于眼后方2至4毫米处的皮下，注意两根导线的末端不要相互接触。如果导线过长，可能划伤动物的眼睛，则应将其剪短或弯回。需保留部分裸露的导线。现在，用更多一些的固位水泥将导线基部粘结到颅骨上，并使其干燥。使用之前所用体积约一半的量。接下来，取下微型夹子并重新调整皮肤位置。让皮肤自然回缩贴合，以避免皮肤张力导致眼睑变形，影响眨眼动作，从而破坏实验结果。待皮肤稳定后，取下头件固定器，并用牙科水泥封闭暴露区域。注意避免将水泥滴到眼睛或头件的针脚上。然后用蘸有牙科水泥溶剂的棉签，根据需要对部分固化的水泥进行修整和塑形。待水泥完全干燥后，将动物从立体定位仪上取下，并置于温暖的表面上使其恢复，然后放回其饲养笼中。在小鼠至少恢复五天后，开始进行适应性训练。固定小鼠时，可短暂抓住其尾巴，将其轻轻夹在肩部后方以进行限制。然后从腹部和躯干下方将小鼠提起。接着，将连接器安装到头件上，并拧紧锁定螺钉。然后，轻轻将小鼠放置在圆筒上，并保持其静止，同时使用两个螺钉将连接器固定在圆筒上方的横杆上。然后释放小鼠。在前两次实验中，让小鼠在圆筒中适应，适应时间与条件化实验的时间长度相同。在适应期间，记录小鼠的自发眨眼频率。此外，在不施加电刺激的情况下，预先让小鼠接触胡须振动刺激器。将压电系统靠近条件化侧，将梳齿轻轻套过单根胡须。每次实验均选择相同的胡须。然后按照文中所述进行经典条件反射训练。将8至10周龄的雄性C57 Black 6J小鼠置于固定头部的圆柱形跑步机上进行痕迹眼睑条件反射训练。记录每次试验的肌电图（EMG）数据。肌电图信号经过整流，并以10毫秒的时间常数进行积分，然后对所有试验进行平均。在10次训练过程中，条件反应的演变显示，反应的振幅逐渐增大，反应潜伏期逐渐缩短。这种演变在伪条件小鼠的反应中未观察到，其中刺激以随机顺序呈现。在条件刺激（CS）呈现后，反应达到峰值的时间直方图中，也可以观察到经过良好时机控制因而充分习得的条件反应的演变过程。观看本视频后，您应能很好地掌握如何制备头件、在外科手术中将头件植入小鼠头部，以及将小鼠放置于圆柱形跑步机上，以进行头部固定状态下的眨眼条件反射训练。随着训练的进行，您的小鼠应在多日实验中表现出良好的学习曲线。一旦掌握，该技术若操作得当，可在一小时内完成。在实施该操作过程中，重要的是要始终密切观察动物是否出现任何不适反应，并采取适当措施以最大限度地减少动物的应激。

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Research

科研

JoVE Journal

Behavior

行为

在头固定小鼠胡须信号眨眼经典条件反射

本方案描述了在大鼠进行学习与记忆任务时，如何暂时且远程地抑制离散脑区中神经元活动的方法。该方法结合了药理遗传学（仅由设计药物激活的设计受体）与一种行为范式（感觉预条件），旨在区分学习过程中的不同组分。...

一种在学习特定阶段远程抑制啮齿类动物神经活动的方法

采用痕迹性瞬眼经典条件反射（ECC）来评估成年大鼠海马依赖性关联学习能力，这些大鼠在新生早期脑发育阶段曾接受高浓度（11.9% v/v）酒精处理。总体而言，ECC...

采用痕迹性眼睑经典条件反射评估胎儿酒精谱系障碍大鼠模型中的海马功能障碍

开发用于实验小鼠的新优化策略是一项具有挑战性的任务，有助于实现3R原则。本方案将点击器训练作为一种认知丰富化项目引入实验小鼠的饲养管理中。...

将点击器训练引入作为实验小鼠的认知丰富化方法

本方案描述了一种适用于一岁婴儿实验的眨眼条件反射范式。可使用商用或定制设备传递刺激，数据采集与分析应基于视频记录进行。...

一岁儿童的经典短延迟瞬目条件反射实验

本文介绍了一种新型的自动化实验系统，该系统为三室实验提供了一种替代方案，并解决了多个现有局限性。该系统可提供多种行为学参数，从而在社交偏好和社会新颖性偏好测试期间，实现对小型啮齿类动物行为动态的严格分析。...

一种用于追踪小型啮齿类动物社会偏好行为动态的系统

我们开发了一个单一平台，用于在两项依赖攀爬纤维的联想学习任务期间追踪动物行为。该低成本设计可与针对攀爬纤维相关小脑活动的光遗传学或成像实验相结合。...

一种用于监测小脑依赖性感觉关联学习的灵活平台

为了研究在恐惧情境下的逃跑行为，我们引入了一种改良的恐惧条件化方案。该方案可确保小鼠在恐惧条件化过程中呈现提示信号时持续表现出逃跑行为。...

改良恐惧条件化以诱导小鼠飞行行为

观察性恐惧范式通过检测啮齿类动物的替代性僵直行为来评估情感共情。该实验流程包括使观察者啮齿类动物接触接受厌恶足底电击的同种示范者，以诱发共情相关的僵直反应。通过采用观察性恐惧检测方法，研究人员能够探究情感共情背后的神经机制。...

小鼠中作为情感共情模型的观察性恐惧

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一种用于小鼠疼痛研究中同步行为与脑动态的自动化斜视法

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非厌恶性动物固定方法实现对地松鼠视动反射的记录

学习头固定小鼠胡须信号眨眼条件反射技术，用于研究学习与记忆的神经生物学机制。该方法结合圆柱形跑步机与钙成像技术，为探索记忆障碍治疗提供新途径。

头固定小鼠中由胡须信号引发的眼睑条件反射经典条件化

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