Wir haben eine einzige Plattform entwickelt, um das Verhalten von Tieren während zweier kletterfaserabhängiger assoziativer Lernaufgaben zu verfolgen. Das kostengünstige Design ermöglicht die Integration mit optogenetischen oder bildgebenden Experimenten, die auf das Klettern der faserassoziierten Kleinhirnaktivität gerichtet sind.
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Methodenartikel
Eine flexible Plattform zur Überwachung des kleinhirnabhängigen sensorischen assoziativen Lernens
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Kletterfasereingänge zu Purkinje-Zellen liefern lehrreiche Signale, die für das kleinhirnabhängige assoziative Lernen entscheidend sind. Die Untersuchung dieser Signale an kopffixierten Mäusen erleichtert den Einsatz von bildgebenden, elektrophysiologischen und optogenetischen Methoden. Hier wurde eine kostengünstige Verhaltensplattform (~ $ 1000) entwickelt, die die Verfolgung des assoziativen Lernens in kopffesten Mäusen ermöglicht, die sich frei auf einem laufenden Rad befinden. Die Plattform umfasst zwei gängige assoziative Lernparadigmen: Augenzwinkernkonditionierung und verzögerte taktile Schreckkonditionierung. Das Verhalten wird mit einer Kamera und die Radbewegung von einem Detektor verfolgt. Wir beschreiben die Komponenten und den Aufbau und stellen ein detailliertes Protokoll für Training und Datenanalyse zur Verfügung. Diese Plattform ermöglicht die Integration von optogenetischer Stimulation und Fluoreszenzbildgebung. Das Design ermöglicht es einem einzelnen Host-Computer, mehrere Plattformen für das gleichzeitige Training mehrerer Tiere zu steuern.
Einleitung
Die pawlowsche Konditionierung der Subsekundenassoziation zwischen Reizen, um eine konditionierte Reaktion hervorzurufen, wird seit langem verwendet, um das kleinhirnabhängige Lernen zu untersuchen. Zum Beispiel lernen Tiere bei der klassischen verzögerten Augenblinzelung (DEC), als Reaktion auf einen neutralen bedingten Reiz (CS; z. B. ein Lichtblitz oder einen auditiven Ton) ein gut getimtes schützendes Blinzeln zu machen, wenn es wiederholt mit einem bedingungslosen Reiz (US; z. B. einem Luftstoß auf die Hornhaut) gepaart wird, der immer ein Reflexblinzeln hervorruft. und die am oder nahe dem Ende des CS kommt. Die erlernte Reaktion wird als konditionierte Reaktio....
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Protokoll
Die hier beschriebenen Tierprotokolle wurden von den Animal Care and Use Committees der Princeton University genehmigt.
1. Einrichtung des SBC
- Schließen Sie das CSI-Kabel (Serial Interface) der Kamera an die Raspberry NoIR V2-Kamera und den Kameraanschluss des SBC an.
- Laden Sie das Betriebssystem für den SBC auf den Hostcomputer herunter. Schreiben Sie das Betriebssystemabbild auf eine micro Secure Digital (microSD)-Karte.
HINWEIS: Detaillierte Anweisungen zu diesen Verfahren für einen Raspberry Pi SBC finden Sie an anderer Stelle23. Das System wurde mit den folgenden Betriebss....
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Ergebnisse
Workflow für DEC-Experimente und -Analysen
Die richtige experimentelle Parameterauswahl ist wichtig für ein erfolgreiches DEC-Training (Delay Eyeblink Conditioning). Für die hier dargestellten Daten wurde die GUI verwendet, um eine CS-Dauer von 350 ms und eine US-Dauer von 50 ms zu wählen. Diese Paarung führt zu einem Inter-Stimulus-Intervall von300 ms: lang genug, um eine CR-Produktion mit niedriger Amplitudezu verhindern 10, und kurz genug, um zu verme.......
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Diskussion
Die hier skizzierte Plattform mit zugehörigen Protokollen kann verwendet werden, um das Verhalten von Tieren in zwei sensorisch assoziativen Lernaufgaben zuverlässig zu verfolgen. Jede Aufgabe hängt von einer intakten Kommunikation über den Kletterfaserweg ab. In das hier beschriebene Design integrieren wir Elemente, die das Lernen und die Aufzeichnung / Störung der Kleinhirnreaktion erleichtern. Dazu gehört ein Rad, das eine freie Fortbewegung11,18 sowie eine Ko.......
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Offenlegungen
Die Autoren haben keine Interessenkonflikte offenzulegen.
Danksagungen
Diese Arbeit wird durch Zuschüsse der National Institutes of Mental Health NRSA F32 MH120887-03 (an G.J.B.) und R01 NS045193 und R01 MH115750 (an S.S-H.W.) unterstützt. Wir danken Dr. Bas Koekkoek und Dr. Henk-Jan Boele für hilfreiche Gespräche zur Optimierung des DEC-Setups und Dr. Yue Wang und Dr. Xiaoying Chen für hilfreiche Gespräche zur Optimierung des DTSC-Setups.
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| "B" Quick Base für C& B METABOND - 10 mL Flasche | Parkell | S398 | Dentalzement Lösungsmittel |
| "C" Universal TBB Katalysator - 0,7 mL | Parkell | S371 | Catalyst |
| #8 Unterlegscheiben | Thorlabs | W8S038 | Unterlegscheiben |
| 0,250" (1/4") x 8,00" Edelstahl Präzisionswelle | Servocity | 634172 | 1/4" Welle |
| 0,250" (0,770 Zoll) Klemmnabe | Servocity | 545588 | Klemmnabe |
| 1/4" auf 6 mm Stellschraube Wellenkupplung - 5er Pack | Actobotics | 625106 | Wellenkupplungshülse |
| 1/4"-20 Zylinderschrauben, 3/4" lang | Thorlabs | SH25S075 | 1/4" Schraube |
| 100 Stück 5 mm 395– 400 nm UV Ultraviolett LED Leuchtdiode Klare Runde Linse 29 mm lange Leitung (DC 3V) LED-Leuchten +100 Stück Widerstände | EDGELEC | ED_YT05_U_100Pcs | CS LEDs |
| 2 m Micro HDMI auf DVI-D Kabel - Stecker/Stecker - 2 m Micro HDMI auf DVI Kabel - 19 Pin HDMI (D) Stecker auf DVI-D Stecker - 1920 x 1200 Video | Star-tech | HDDDVIMM2M | Raspberry Pi4B zum Monitorkabel |
| 256 GB Ultra Fit USB 3.1 Flash Drive | SanDisk | SDCZ430-256G-G46 USB-Stick | |
| 3,3 V 5 V 4 Kanäle Logikpegelwandler Bidirektionales Shifter-Modul | Amazon | B00ZC6B8VM | Logikpegelwandler |
| 32 GB 95 MB/s (U1) microSDHC EVO Select Speicherkarte | Samsung | MB-ME32GA / AM | microSD-Karte |
| 4,50" Aluminiumkanal | Servocity | 585444 | 4,5" Aluminiumkanal |
| 48-LED CCTV Ir Infrarot Nachtsichtstrahler | Towallmark | SODIAL | Infrarot Licht Array |
| 4PCS Breadboards Kit Enthalten 2PCS 830 Point 2PCS 400 Point lötfreie Breadboards für Proto Shield Distribution Verbindungsblöcke | REXQualis | B07DL13RZH | Breadboard |
| 5-Port-Gigabit-Ethernet-Netzwerk-Switch | TP-Link | TL-SG105 Ethernet-Switch | |
| 5 V 2,5 A Raspberry Pi 3 B+ Netzteil/Adapter | Canakit | DCAR-RSP-2A5 | Netzteil für Raspberry Pi 3B+ |
| 5-0 ETHILON BLACK 1 x 18" C-3 | Ethicon | 668G | Nahtmaterial |
| 6 mm Shaft Encoder 2000 PPR Pushpull Line Driver Universal Output Line Driver Output 5-26 V dc Versorgung | Calt | B01EWER68I | Drehgeber |
| & Oslash; 1/2" Optischer Stift, SS, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 1", 5er Pack | Thorlabs | TR1-P5 | Optische Stifte |
| Ø 1/2" Optischer Stift, SS, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 2", 5er Pack | Thorlabs | TR2-P5 | Optische Stifte |
| Ø 1/2" Optischer Stift, SS, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 4", 5er Pack | Thorlabs | TR4-P5 | Optische Stifte |
| & Oslash; 1/2" Optischer Stift, SS, 8-32 Stellschraube, 1/4"-20 Gewindebohrer, L = 6", 5er Pack | Thorlabs | TR6-P5 | Optische Stifte |
| & Oslash; 1/2" Pfostenhalter, gefederte Sechskant-Verriegelungs-Rändelschraube, L = 2" | Thorlabs | PH2 | Optischer Pfostenhalter |
| Adapter-062-M X LUER LOCK-F | The Lee Co. | TMRA3201950Z | Magnetventil Luer-Adapter |
| Aeromat Schaumstoffrolle Größe: 36" Länge | Aeromat | B002H3CMUE | Schaumstoffrolle Aluminium-Steckbrett |
| 10" x 12" x 1/2", 1/4"-20 Wasserhähne | Thorlabs | MB1012 | Aluminium-Steckbrett |
| Amazon Basics HDMI zu DVI Adapterkabel, Schwarz, 6 Fuß, 1er-Pack | Amazon | HL-007347 | Raspberry Pi3B+ zum Monitorkabel |
| Arduino Uno R3 | Arduino | A000066 | Arduino Uno (Mikrocontroller-Platine) |
| Arduino Due | Arduino | A000062 | Arduino Due (Mikrocontroller-Platine) |
| Tischnetzteil, einzeln, einstellbar, 3 Ausgänge, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A | Tenma | 72-8335A | Netzteil |
| Durchsichtige kratz- und UV-beständige gegossene Acrylplatte, 12" x 24" x 1/8 | McMaster Carr | 8560K257 | Acrylplatte |
| CNC-Schrittmotortreiber 1,0 4.2 A 20– 50 V DC 1/128 Mikrostufenauflösungen für Nema 17 und 23 Schrittmotor | Schrittmotor Online | B06Y5VPSFN | Schrittmotortreiber |
| Kompakter Druckluftregler, Inline-Entlastung, Messinggehäuse, 1/4 NPT | McMaster Carr | 6763K13 | Luftquellenregler |
| Wattestäbchen | Puritan | 806-WC | Wattestäbchen |
| Dell 1908FP 19" Flachbildschirm - 1908FPC | Dell | 1908FPC | Computermonitor |
| Flex Kabel für Raspberry Pi Kamera | Adafruit | 2144 | Kamera serielles Schnittstellenkabel |
| High Torque Nema 17 Bipolarer Schrittmotor 92 oz & middot; in/65 N· cm 2,1 A Extrudermotor | Schrittmotor Online | 17HS24-2104S | Schrittmotor |
| Isofluran | Henry Schein | 66794001725 | Isofluran |
| Krazy Maximum Bond Permanent Glue, 0,18 oz. | Krazy Glue | KG483 | Cyanacrylat-Kleber |
| Lidocain HCl | VetOne | 510212 | Lidocain |
| Sechskantmutter aus niedrigfestem Stahl, Klasse 2, verzinkt, 1/4"-20 Gewindegröße | McMaster Carr | 90473A029 | Muttern |
| M3 x 50 mm Zylinderkopfschrauben mit Teilgewinde und Innensechskant 10 Stück | Uxcell | A16040100ux1380 | M3 Schraube |
| NEMA 17 Schrittmotorhalterung | ACTOBOTICS | 555152 | Schrittmotorhalterung |
| Offizielles Raspberry Pi Netzteil 5,1 V 3 A mit USB C - 1,5 m lang | Adafruit | 4298 | Netzteil für Raspberry Pi 4B |
| Optixcare Hund & Cat-Eye-Gleitgel, 0,70-Unzen-Tube | Optixcare | 142422 | Opthalimic Salbe |
| Präzisionskugellager aus Edelstahl, abgeschirmt, Handels-Nr. R188-2Z, 13000 U/min Maximale Drehzahl | McMaster-Carr | 3759T57 | Lager |
| Premium-Überbrückungsdrähte mit Innengewinde/Innengewinde - 40 x 6" | Adafruit | 266 | Drähte |
| Premium Überbrückungsdrähte mit weiblicher/männlicher "Verlängerung" - 40 x 6" (150 mm) | Adafruit | 826 | Drähte |
| Premium Stecker/Stecker Überbrückungsdrähte - 40 x 6" | Adafruit | 758 | Drähte |
| röntgendichtes L-Pulver für C& B METABOND - 5 g | Parkell | S396 | Zahnzementpulver |
| Raspberry Pi (3B+ oder 4B) | Adafruit | 3775 oder 4295 | Raspberry Pi |
| Raspberry Pi NoIR Kameramodul V2 - 8MP 1080P30 | Raspberry Pi Foundation | RPI3-NOIR-V2 | Raspberry NoIR V2 Kamera |
| Rechtwinklige Halterung, 1/4" (M6) Schlitz mit Senkbohrung, 8-32 Gewindebohrer | Thorlabs | AB90E | Rechtwinklige Halterung |
| Winkelklemme für Ø 1/2" Pfosten, 3/16" Sechskant | Thorlabs | RA90 | Rechtwinklige optische Pfostenklemme |
| Rechtwinklige Endklemme für Ø 1/2" Pfosten, 1/4"-20 Bolzen und 3/16" Sechskant | Thorlabs | RA180 | Rechtwinklige Endklemme |
| RJ45 Cat-6 Ethernet Patch Internetkabel | Amazon | CAT6-7FT-5P-BLUE Ethernet-Kabel | |
| Drehbare Klemme für Ø 1/2" Pfosten, 360°; Stufenlos verstellbar, 3/16" Sechskant | Thorlabs | SWC | Drehbare optische Pfostenklemmen |
| Spike & Hold Driver-0.1 TO 5 MS | The Lee Co. | IECX0501350A | Magnetventiltreiber |
| Swivel Base Adapter | Thorlabs | UPHA | Post Holder Adapter |
| USB 2.0 A-Stecker auf Micro B Kabel, 6 Fuß | Amazon | 7T9MV4 | USB2 Typ A auf USB2 Microkabel |
| USB 2.0 Druckerkabel - A-Stecker auf B-Stecker, 6 Fuß (1,8 m) | Amazon | B072L34SZS | USB2 Typ B auf USB2 Typ A Kabel |
| VHS-M/SP-12 V | The Lee Co. | INKX0514900A | Magnetventil |
| verzinkt 1/4" Unterlegscheibe, AD 1.000" | McMaster Carr | 91090A108 | Unterlegscheiben |
Referenzen
- McCormick, D. A., Lavond, D. G., Clark, G. A., Kettner, R. E., Rising, C. E., Thompson, R. F. The engram found? Role of the cerebellum in classical conditioning of nictitating membrane and eyelid responses. Bulletin of the Psychonomic Society. 18 (3), 103-105 (1981).
- McCormick, D. A., Clark, G. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F.
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Nachdrucke und Genehmigungen
