Hemos desarrollado una plataforma única para rastrear el comportamiento animal durante dos tareas de aprendizaje asociativo dependientes de la fibra de escalada. El diseño de bajo costo permite la integración con experimentos optogenéticos o de imágenes dirigidos a la actividad cerebelosa asociada a la fibra de escalada.
Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.
Artículo de método
Una plataforma flexible para monitorear el aprendizaje asociativo sensorial dependiente del cerebelo
En este artículo
Resumen
Resumen
La escalada de entradas de fibra a las células de Purkinje proporciona señales instructivas críticas para el aprendizaje asociativo dependiente del cerebelo. El estudio de estas señales en ratones con cabeza fija facilita el uso de métodos de imagen, electrofisiológicos y optogenéticos. Aquí, se desarrolló una plataforma de comportamiento de bajo costo (~ $ 1000) que permite el seguimiento del aprendizaje asociativo en ratones con cabeza fija que se vuelven libremente en una rueda de carrera. La plataforma incorpora dos paradigmas comunes de aprendizaje asociativo: el acondicionamiento del parpadeo ocular y el acondicionamiento de sobresalto táctil retardado. El comportamiento se rastrea utilizando una cámara y el movimiento de la rueda por un detector. Describimos los componentes y la configuración y proporcionamos un protocolo detallado para la capacitación y el análisis de datos. Esta plataforma permite la incorporación de estimulación optogenética e imagen de fluorescencia. El diseño permite que una sola computadora host controle múltiples plataformas para entrenar a múltiples animales simultáneamente.
Introducción
El condicionamiento pavloviano de la asociación subsegundo entre estímulos para provocar una respuesta condicionada se ha utilizado durante mucho tiempo para sondear el aprendizaje dependiente del cerebelo. Por ejemplo, en el acondicionamiento clásico de retardo del parpadeo ocular (DEC), los animales aprenden a hacer un parpadeo protector bien oportuno en respuesta a un estímulo condicional neutro (CS; por ejemplo, un destello de luz o tono auditivo) cuando se combina repetidamente con un estímulo incondicional (US; por ejemplo, una bocanada de aire aplicada a la córnea) que siempre provoca un parpadeo reflejo, y que llega al final o cerca del final del CS. La respu....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Protocolo
Los protocolos de animales descritos aquí han sido aprobados por los Comités de Cuidado y Uso de Animales de la Universidad de Princeton.
1. Configuración del SBC
- Conecte el cable de interfaz serie de la cámara (CSI) a la cámara Raspberry NoIR V2 y al puerto de la cámara en el SBC.
- Descargue el sistema operativo del SBC en el equipo host. Escriba la imagen del sistema operativo en una tarjeta digital micro segura (microSD).
NOTA: Las instrucciones detalladas para estos procedimientos para un SBC de Raspberry Pi se pueden encontrar en otra parte23. El sistema ha sido probado uti....
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Resultados
Flujo de trabajo para experimentos y análisis DEC
La selección adecuada de parámetros experimentales es importante para el entrenamiento exitoso de acondicionamiento de parpadeo ocular retardado (DEC). Para los datos presentados aquí, se utilizó la GUI para elegir una duración de CS de 350 ms y una duración de US de 50 ms. Este emparejamiento da como resultado un intervalo entre estímulos de 300 ms: lo suficientemente largo como para evitar la producción de RC de baja amplitud10
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Discusión
La plataforma con protocolos asociados descritos aquí se puede utilizar para rastrear de manera confiable el comportamiento animal en dos tareas de aprendizaje asociativo sensorial. Cada tarea depende de la comunicación intacta a través de la vía de la fibra de escalada. En el diseño descrito aquí, incorporamos elementos para facilitar el aprendizaje y el registro / perturbación de la respuesta cerebelosa. Estos incluyen una rueda para permitir la locomoción libre11,18.......
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Divulgaciones
Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.
Agradecimientos
Este trabajo está respaldado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud Mental NRSA F32 MH120887-03 (a G.J.B.) y R01 NS045193 y R01 MH115750 (a S.S-H.W.). Agradecemos a los Dres. Bas Koekkoek y Henk-Jan Boele por las útiles discusiones para optimizar la configuración de DEC y a los Dres. Yue Wang y Xiaoying Chen por las útiles discusiones para optimizar la configuración de DTSC.
....Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Base rápida "B" para C& B METABOND - Frasco de 10 mL | Parkell | S398 | Solvente de cemento dental |
| "C" Catalizador TBB Universal - 0.7 mL | Parkell | S371 | Catalyst |
| #8 Arandelas | Thorlabs | W8S038 | |
| 0.250" (1/4") x 8.00" Acero inoxidable Eje de precisión | Servocity | 634172 | Eje de 1/4" |
| 0.250" (0.770") Cubo de sujeción | Servocity | 545588 | Cubo de sujeción |
| 1/4" a 6 mm Acoplador de eje de tornillo de fijación- paquete de 5 | Actobotics | 625106 | Manguito de acoplamiento de eje |
| 1/4"-20 Tornillos de cabeza, 3/4" de largo | Thorlabs | SH25S075 | perno de 1/4" |
| 100 piezas 5 mm 395– 400 nm UV Ultravioleta LED Diodo emisor de luz Lente redonda transparente 29 mm Plomo largo (DC 3V) LEDs Luces +100 piezas Resistencias | EDGELEC | ED_YT05_U_100Pcs | LED CS Cable |
| HDMI a DVI-D de 2 m - M/M - Cable Micro HDMI a DVI de 2 m - HDMI (D) macho de 19 pines a DVI-D macho - 1920 x 1200 Video | Star-tech | HDDDVIMM2M | Raspberry Pi4B para cable de monitor |
| 256 GB Ultra Fit USB 3.1 Flash Drive | SanDisk | SDCZ430-256G-G46 | Unidad de memoria USB |
| 3.3 V– 5 V 4 canales Convertidor de nivel lógico Módulo de cambio bidireccional | Amazon | B00ZC6B8VM | Cambiador de nivel lógico |
| 32 GB 95 MB/s (U1) microSDHC EVO Seleccionar tarjeta de memoria | Samsung | Tarjeta microSD MB-ME32GA/AM | |
| Canal de aluminio de 4,50" | Servocity | 585444 | canal de aluminio de 4,5" |
| Iluminador de visión nocturna infrarrojo IR CCTV de 48 LED | Towallmark | SODIAL | Matriz de luz infrarroja |
| 4PCS Breadboards Kit incluye 2 placas de pruebas sin soldadura de 830 puntos y 2 piezas de 400 puntos para bloques de conexión de distribución Proto Shield Placa | REXQualis | B07DL13RZH | |
| Conmutador de red Ethernet no gestionado Gigabit de 5 puertos | TP-Link | TL-SG105 | Conmutador Ethernet |
| 5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ Fuente de Alimentación/Adaptador | Canakit | DCAR-RSP-2A5 Fuente de | alimentación para Raspberry Pi 3B+ |
| 5-0 ETHILON NEGRO 1 x 18" C-3 | Ethicon | 668G | Suturas |
| mm Encoder de eje 2000 PPR Pushpull Line Driver Salida universal Salida de línea 5-26 V dc Supply | Calt | B01EWER68I | Codificador rotativo |
| Ø Poste óptico de 1/2", acero inoxidable, tornillo de fijación 8-32, grifo de 1/4"-20, L = 1", paquete de 5 | postes ópticos Thorlabs | TR1-P5 | |
| Oslash; Poste óptico de 1/2", acero inoxidable, tornillo de fijación 8-32, grifo de 1/4"-20, L = 2", paquete de 5 | postes ópticos Thorlabs | TR2-P5 | y |
| barra diagonal; Poste óptico de 1/2", acero inoxidable, tornillo de fijación 8-32, grifo de 1/4"-20, L = 4", paquete de 5 | postes ópticos Thorlabs | TR4-P5 | y |
| barra diagonal; Poste óptico de 1/2", acero inoxidable, tornillo de fijación 8-32, grifo de 1/4"-20, L = 6", paquete de 5 | postes ópticos Thorlabs | TR6-P5 | y |
| barra diagonal; Soporte de poste de 1/2", tornillo de mariposa de bloqueo hexagonal accionado por resorte, L = 2" | Thorlabs | PH2 | Soporte de poste óptico |
| Adaptador-062-M X LUER LOCK-F | The Lee Co. | TMRA3201950Z | Adaptador Luer de válvula solenoide |
| Rodillo de espuma Aeromat Tamaño: 36" de longitud | Rodillo de espuma Aeromat | B002H3CMUE | |
| Tablero de pruebas de aluminio 10" x 12" x 1/2", 1/4"-20 Grifos Thorlabs | MB1012 | Placa de pruebas de aluminio | |
| Amazon Basics Cable adaptador HDMI a DVI, negro, 6 pies, 1 paquete Amazon | HL-007347 | Raspberry Pi3B+ para cable | |
| de monitorArduino Uno R3 | Arduino | A000066 | Arduino Uno (placa de microcontrolador) |
| Arduino Due | Arduino | A000062 | Arduino Due (placa de microcontrolador) |
| Fuente de alimentación de banco, simple, ajustable, 3 salidas, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A | Tenma | 72-8335A | Lámina |
| acrílica fundida transparente resistente a los arañazos y a los rayos UV, 12" x 24" x 1/8" | McMaster Carr | 8560K257 | Hoja acrílica |
| Controlador de motor paso a paso CNC 1.0– 4.2 A 20– 50 V CC Resoluciones de micropasos 1/128 para motor paso a paso Nema 17 y 23 | Controlador de motor paso | a paso en línea | B06Y5VPSFN |
| aire comprimido compacto, alivio en línea, carcasa de latón, 1/4 NPT | McMaster Carr | 6763K13 | Regulador de fuente de aire |
| Hisopo de algodón | Puritan | 806-WC | Hisopo de algodón |
| Dell 1908FP Monitor de pantalla plana de 19" - 1908FPC | Dell | 1908FPC | Monitor de computadora |
| Cable flexible para cámara Raspberry Pi Adafruit | 2144 | cable de interfaz serial de cámara | |
| High Torque Nema 17 Motor paso a paso bipolar 92 oz · pulgadas/65 N· cm 2.1 A Motor Extrusor | Paso a paso en línea | 17HS24-2104S | Motor paso a paso |
| Isoflurano | Henry Schein | 66794001725 | Isoflurano |
| Krazy Pegamento permanente de unión máxima, 0.18 oz. | Krazy Glue | KG483 | Pegamento de cianoacrilato |
| Lidocaína HCl | VetOne | 510212 | Lidocaína |
| Tuerca hexagonal de acero de baja resistencia, grado 2, galvanizada, tamaño de rosca de 1/4"-20 | Tuercas McMaster Carr | 90473A029 | Tuercas M3 |
| x 50 mm Tornillos de cabeza hueca de llave hexagonal parcialmente roscadas 10 piezas | Uxcell | A16040100ux1380 | M3 |
| Montaje | de motor paso a paso NEMA 17ACTOBOTICS | 555152 | Soporte de motor paso a paso |
| Fuente de alimentación oficial de Raspberry Pi 5.1 V 3 A con USB C - 1,5 m de largo | Adafruit | 4298 | Fuente de alimentación para Raspberry Pi 4B |
| Optixcare Dog & Gel lubricante Cat Eye Lube, tubo de 0.70 oz | Ungüento Optixcare 142422 Opthalimic | ||
| Rodamiento de bolas de acero inoxidable de precisión, blindado, n.º comercial R188-2Z, 13000 rpm Velocidad máxima | Rodamiento McMaster-Carr | 3759T57 | |
| Cables de puente hembra/hembra de primera calidad - 40 x 6" | Alambres Adafruit | 266 | Cables |
| puente de 'extensión' hembra/macho premium - 40 x 6" (150 mm) | Adafruit | 826 | Wires |
| Premium Macho/Macho Jumper Wires - 40 x 6" | Adafruit | 758 | Wires |
| Radiopaque L-Powder para C& B METABOND - 5 g | Parkell | S396 | Cemento dental en polvo |
| Raspberry Pi (3B+ o 4B) | Adafruit | 3775 o 4295 | Raspberry Pi |
| Raspberry Pi NoIR Módulo de cámara V2 - 8MP 1080P30 | Base de raspberry Pi | RPI3-NOIR-V2 | Cámara Raspberry NoIR V2 |
| Soporte de ángulo recto, 1/4" (M6) Ranura avellanada, 8-32 grifos | Thorlabs | AB90E | Soporte |
| de ángulo rectoAbrazadera de ángulo recto para Ø Postes de 1/2", hexagonal de 3/16" | Thorlabs | RA90 | Abrazadera de poste óptico en ángulo recto |
| Abrazadera de extremo en ángulo recto para Ø Postes de 1/2", espárrago de 1/4"-20 y hexagonal de 3/16" | Thorlabs | RA180 | Abrazadera de extremo en ángulo recto |
| RJ45 Cat-6 Ethernet Cable de Internet Amazon | CAT6-7FT-5P-BLUE | cable Ethernet | |
| para Ø Postes de 1/2", 360° Ajustable continuamente, 3/16" hexagonal | Thorlabs | SWC | Abrazaderas de poste óptico giratorio |
| Spike & Mantener el controlador-0.1 A 5 MS | The Lee Co. | IECX0501350A | Controlador de válvula solenoide |
| Adaptador de base giratoria | Thorlabs | UPHA | Adaptador de soporte de poste |
| USB 2.0 A-Macho a Micro B Cable, 6 pies | Amazon | 7T9MV4 | USB2 tipo A a USB2 micro cable |
| 2.0 para impresora - A-Macho a B-Macho, 6 pies (1,8 m) | Amazon | B072L34SZS | Cable USB2 tipo B a USB2 tipo |
| A VHS-M/SP-12 V | The Lee Co. | INKX0514900A | Válvula solenoide |
| Arandela de acero galvanizado de 1/4", OD 1.000" | Arandelas | McMaster Carr | 91090A108 |
Referencias
- 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.
Acceso restringido. Inicie sesión o comience una prueba gratuita para ver este contenido.
Reimpresiones y permisos
