Nous avons développé une plate-forme unique pour suivre le comportement des animaux lors de deux tâches d’apprentissage associative dépendantes des fibres d’escalade. La conception à faible coût permet l’intégration avec des expériences optogénétiques ou d’imagerie orientées vers l’activité cérébelleuse associée aux fibres grimpantes.
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Article de méthode
Une plate-forme flexible pour la surveillance de l’apprentissage associatif sensoriel dépendant du cervelet
Dans cet article
Résumé
Résumé
Les entrées de fibres grimpantes dans les cellules de Purkinje fournissent des signaux instructifs essentiels à l’apprentissage associatif dépendant du cervelet. L’étude de ces signaux chez des souris à tête fixe facilite l’utilisation de méthodes d’imagerie, électrophysiologiques et optogénétiques. Ici, une plate-forme comportementale à faible coût (~ 1000 $) a été développée qui permet de suivre l’apprentissage associatif chez des souris à tête fixe qui se déplacent librement sur une roue de course. La plateforme intègre deux paradigmes d’apprentissage associatifs courants : le conditionnement des sourcils et le conditionnement des sursauts tactiles retardés. Le comportement est suivi à l’aide d’une caméra et le mouvement de la roue par un détecteur. Nous décrivons les composants et la configuration et fournissons un protocole détaillé pour la formation et l’analyse des données. Cette plateforme permet l’incorporation de la stimulation optogénétique et de l’imagerie par fluorescence. La conception permet à un seul ordinateur hôte de contrôler plusieurs plates-formes pour l’entraînement simultané de plusieurs animaux.
Introduction
Le conditionnement pavlovien de l’association subseconde entre les stimuli pour provoquer une réponse conditionnée a longtemps été utilisé pour sonder l’apprentissage cérébelleux-dépendant. Par exemple, dans le conditionnement classique des sourcils à retard (DEC), les animaux apprennent à faire un clignotement protecteur bien synchronisé en réponse à un stimulus conditionnel neutre (CS; par exemple, un éclair de lumière ou un ton auditif) lorsqu’il est associé à plusieurs reprises à un stimulus inconditionnel (US; par exemple, une bouffée d’air appliquée à la cornée) qui provoque toujours un clignement réflexe, et qui arrive à la fin ou près de la fin du CS. La répo....
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Protocole
Les protocoles animaux décrits ici ont été approuvés par les comités de soins et d’utilisation des animaux de l’Université de Princeton.
1. Configuration du SBC
- Connectez le câble de l’interface série de la caméra (CSI) à la caméra Raspberry NoIR V2 et au port de la caméra sur le SBC.
- Téléchargez le système d’exploitation du contrôleur SBC sur l’ordinateur hôte. Écrivez l’image du système d’exploitation sur une carte numérique micro sécurisée (microSD).
REMARQUE: Des instructions détaillées pour ces procédures pour un Raspberry Pi SBC peuvent être trouvées ailleurs23. Le systèm....
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Résultats
Flux de travail pour les expériences et l’analyse DEC
Une sélection appropriée des paramètres expérimentaux est importante pour une formation réussie au conditionnement des sourcils (DEC). Pour les données présentées ici, l’interface graphique a été utilisée pour choisir une durée CS de 350 ms et une durée US de 50 ms. Ce couplage se traduit par un intervalle inter-stimulus de 300 ms : assez long pour empêcher la production de CR de faible amplitude10 et assez court pour éviter.......
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Discussion
La plate-forme avec les protocoles associés décrits ici peut être utilisée pour suivre de manière fiable le comportement animal dans deux tâches d’apprentissage associatif sensoriel. Chaque tâche dépend d’une communication intacte à travers le sentier de fibre d’escalade. Dans la conception décrite ici, nous incorporons des éléments pour faciliter l’apprentissage et l’enregistrement / perturbation de la réponse cérébelleuse. Ceux-ci incluent une roue pour permettre une locomotion libre11,18
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.
Remerciements
Ce travail est soutenu par des subventions des National Institutes of Mental Health NRSA F32 MH120887-03 (à G.J.B.) et R01 NS045193 et R01 MH115750 (à S.S-H.W.). Nous remercions les Drs Bas Koekkoek et Henk-Jan Boele pour leurs discussions utiles pour l’optimisation de la configuration du DEC et les Drs Yue Wang et Xiaoying Chen pour leurs discussions utiles pour optimiser la configuration du DTSC.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Base rapide « B » pour C& B METABOND - Bouteille de 10 mL | Parkell | S398 | Solvant de ciment dentaire |
| Catalyseur universel TBB « C » - 0,7 mL | Parkell | S371 | Catalyseur |
| 8 Rondelles | Thorlabs | W8S038 | Rondelles |
| 0.250 » (1/4 ») x 8.00 » Acier inoxydable Arbre de précision | Servocity | 634172 | 1/4 » arbre |
| 0.250 » (0,770 po) Moyeu de serrage | Servocity | 545588 | Moyeu de serrage |
| 1/4 » à 6 mm Vis de réglage Arbre Coupleur - paquet de 5 | Actobotics | 625106 | Manchon d’accouplement d’arbre |
| 1/4 »-20 Vis d’assemblage, 3/4 » de long | Thorlabs | SH25S075 | 1/4 » Boulon |
| 100 pièces 5 mm 395&ndash ; 400 nm UV Ultraviolet LED Diode électroluminescente Lentille ronde claire 29 mm Long Lead (DC 3V) LEDs Lumières +100 pcs Résistances | EDGELEC | &lrm ; ED_YT05_U_100Pcs | CS LEDs |
| 2 m Câble Micro HDMI vers DVI-D - M/M - 2 m Câble Micro HDMI vers DVI - 19 broches HDMI (D) Mâle vers DVI-D Mâle - 1920 x 1200 Vidéo | Star-tech | &lrm ; HDDDVIMM2M | Câble Raspberry Pi4B vers moniteur |
| 256 Go Ultra Fit Clé USB 3.1 | SanDisk | &lrm ; SDCZ430-256G-G46 | Clé USB |
| 3.3 V&ndash ; Convertisseur de niveau logique 5 V 4 canaux Module de changement de niveau bidirectionnel | Amazon | B00ZC6B8VM | Décaleur de niveau logique |
| 32 GB 95 MB/s (U1) Carte mémoire microSDHC EVO Select | Samsung | &lrm ; MB-ME32GA/AM | Carte microSD |
| 4.50 » Canal en aluminium | Servocity | 585444 | 4.5 » Canal en aluminium 48-LED |
| CCTV Ir Infrarouge Vision Nocturne Illuminateur | Towallmark | SODIAL | Réseau de lumière infrarouge |
| 4PCS Le kit comprend 2PCS 830 Point 2PCS 400 Points Planches d’essai sans soudure pour la distribution Proto Shield Blocs de connexion | REXQualis | B07DL13RZH | Breadboard |
| Commutateur réseau Ethernet non géré Gigabit à 5 ports | TP-Link | &lrm ; TL-SG105 | Commutateur Ethernet |
| 5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ Alimentation/Adaptateur | Canakit | &lrm ; DCAR-RSP-2A5 | Alimentation pour Raspberry Pi 3B+ |
| 5-0 ETHILON BLACK 1 x 18" C-3 | Ethicon | 668G | Sutures 6 |
| mm Shaft Encoder 2000 PPR Pushpull Line Driver Universal Output Line Driver Output 5-26 V dc Alimentation | Calt | ; B01EWER68I | Encodeur rotatif |
| et Oslash ; Poteau optique 1/2 », SS, 8-32 Vis de réglage, Taraud 1/4 »-20, L = 1 », Paquet de 5 | Poteaux optiques Thorlabs | TR1-P5 | |
| et Oslash ; Poteau optique 1/2 », SS, vis de réglage 8-32, taraud 1/4 »-20, L = 2 », paquet de 5 | poteaux optiques | Thorlabs | TR2-P5 |
| et Oslash ; Poteau optique 1/2 », SS, 8-32 Vis de réglage, Taraud 1/4 »-20, L = 4 », 5 Pack | Thorlabs | TR4-P5 | Poteaux optiques |
| et Oslash ; Poteau optique 1/2 », SS, 8-32 Vis de réglage, Taraud 1/4 »-20, L = 6 », 5 Pack | Thorlabs | TR6-P5 | Poteaux optiques |
| et Oslash ; Support de poteau 1/2 », vis à oreilles à verrouillage hexagonal à ressort, L = 2" | Thorlabs | PH2 | Adaptateur de support de poteau |
| optique-062-M X LUER LOCK-F | The Lee Co. | TMRA3201950Z | Adaptateur Luer d’électrovanne |
| Aeromat Rouleau en mousse Taille : 36 » Longueur | Aeromat | B002H3CMUE | Rouleau en mousse |
| Planche d’expérimentation en aluminium 10 » x 12 » x 1/2 », 1/4 »-20 Taps | Thorlabs | MB1012 | Plaque d’essai en aluminium |
| Amazon Basics Câble adaptateur HDMI vers DVI, noir, 6 pieds, 1-Pack Amazon | HL-007347 | Raspberry Pi3B+ pour câble | |
| de moniteurArduino ; Uno R3 | Arduino | A000066 | Arduino Uno (carte microcontrôleur) |
| Arduino Due | Arduino | &lrm ; A000062 | Arduino Due (carte microcontrôleur) |
| Bloc d’alimentation de table, Simple, Réglable, 3 Sorties, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A | Tenma | 72-8335A | Bloc d’alimentation |
| Feuille acrylique coulée transparente résistante aux rayures et aux UV, 12 » x 24 » x 1/8" | McMaster Carr | 8560K257 | Feuille acrylique |
| CNC Stepper Motor Driver 1.0&ndash ; 4.2 A 20&ndash ; 50 V DC 1/128 Résolutions micro-pas pour moteur pas à pas Nema 17 et 23 | Pilote de moteur | pas à pas en ligne | B06Y5VPSFN |
| Régulateur d’air comprimé compact, décharge en ligne, boîtier en laiton, 1/4 NPT | McMaster Carr | 6763K13 | Régulateur de source d’air |
| Coton-tige | Puritan | 806-WC | Coton-tige |
| Dell 1908FP Moniteur à écran plat 19" - 1908FPC | Dell | 1908FPC | Câble |
| flexible de moniteur d’ordinateur pour caméra Raspberry Pi | Adafruit | 2144 | câble d’interface série |
| de caméra à couple élevé Nema 17 moteur pas à pas bipolaire 92 oz· ; in/65 N· ; cm 2.1 A Extruder Motor | Stepper Online | 17HS24-2104S | Moteur pas à pas |
| Isoflurane | Henry Schein | 66794001725 | Isoflurane |
| Krazy Maximum Bond Permanent Glue, 0.18 oz. | Krazy Glue | KG483 | Colle cyanoacrylate |
| Lidocaïne HCl | VetOne | 510212 | Lidocaïne |
| Écrou hexagonal en acier à faible résistance, grade 2, zingué, filetage 1/4"-20 Taille du filetage | McMaster Carr | 90473A029 | Écrous |
| M3 x 50 mm Clé hexagonale partiellement filetée Vis à tête cylindrique 10 pièces | Uxcell | A16040100ux1380 | Boulon M3 |
| NEMA 17 Support | de moteur pas à pasACTOBOTICS | 555152 | Support moteur pas à pas |
| Alimentation officielle Raspberry Pi 5.1 V 3 A avec USB C - 1,5 m de long | Adafruit | 4298 | Alimentation pour Raspberry Pi 4B |
| Optixcare Chien & Gel lubrifiant Cat Eye, tube de 0,70 oz | Pommade ophtalmique | Optixcare | 142422 |
| billes de précision en acier inoxydable, blindé, n° de commerce R188-2Z, vitesse maximale de 13000 tr/min | McMaster-Carr | 3759T57 | |
| Roulement Fils de liaison femelle/femelle de qualité supérieure - 40 x 6 po | Adafruit | 266 | |
| Fils de liaison « d’extension » femelle/mâle de qualité supérieure - 40 x 6 » (150 mm) | Adafruit | 826 | Fils Premium |
| Mâle/Mâle Cavaliers - 40 x 6" | Adafruit | 758 | Fils |
| Radio-opaque L-Poudre pour C& B METABOND - 5 g | Parkell | S396 | Poudre de ciment dentaire |
| Raspberry Pi (3B+ ou 4B) | Adafruit | 3775 ou 4295 | Raspberry Pi |
| Raspberry Pi NoIR Camera Module V2 - 8MP 1080P30 | Raspberry Pi Foundation | RPI3-NOIR-V2 | Raspberry NoIR V2 Caméra à |
| angle droit, 1/4" (M6) Fente à lamage, 8-32 Taps | Thorlabs | AB90E | Support |
| à angle droitPince à angle droit pour & Oslash ; Poteaux 1/2 », 3/16 » Hex | Thorlabs | RA90 | Pince optique à angle droit |
| Pince d’extrémité à angle droit pour & Oslash ; Poteaux 1/2 », goujon 1/4 »-20 et hexagonal 3/16 | Thorlabs | RA180 | Pince d’extrémité à angle droit |
| RJ45 Cat-6 Câble Internet de brassage Ethernet | Amazon | &lrm ; CAT6-7FT-5P-BLUE | Câble Ethernet |
| Pince rotative pour & Oslash ; Poteaux 1/2", 360° ; Réglable en continu, 3/16" hexagonal | Thorlabs | SWC | Pinces de poteau optique rotatives Spike |
| & Hold Driver-0.1 À 5 MS | The Lee Co. | IECX0501350A | Pilote d’électrovanne |
| Adaptateur de base pivotante | Thorlabs | UPHA | Adaptateur de support de poteau |
| USB 2.0 A-Mâle vers Micro B Câble, 6 pieds | Amazon | &lrm ; 7T9MV4 | Câble micro USB2 type A vers USB2 |
| Câble d’imprimante USB 2.0 - A-Mâle vers B-Mâle, 6 Pieds (1,8 m) | Amazon | B072L34SZS | Câble USB2 type B vers USB2 type A |
| VHS-M/SP-12 V | The Lee Co. | INKX0514900A | Électrovanne |
| Rondelle 1/4 » en acier zingué, OD 1.000" | McMaster Carr | 91090A108 | Rondelles |
Références
- 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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Réimpressions et autorisations
