הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

פלטפורמה גמישה לניטור למידה אסוציאטיבית חושית תלוית מוח הקטן

2.9K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/63205

⸱

19 בינואר 2022

 ,  ,  , 
1Neuroscience Institute, Princeton University

במאמר זה

סיכום

פיתחנו פלטפורמה אחת למעקב אחר התנהגות בעלי חיים במהלך שתי משימות למידה אסוציאטיביות תלויות סיבים מטפסים. התכנון הזול מאפשר אינטגרציה עם ניסויים אופטוגנטיים או ניסויי הדמיה המכוונים לטיפוס על פעילות המוח הקטן הקשורה לסיבים תזונתיים.

תקציר

קלטי סיבים מטפסים לתאי Purkinje מספקים אותות מאלפים החיוניים ללמידה אסוציאטיבית תלוית המוח הקטן. חקר אותות אלה בעכברים בעלי ראש קבוע מקל על השימוש בשיטות הדמיה, אלקטרופיזיולוגיות ואופטוגנטיות. כאן פותחה פלטפורמה התנהגותית בעלות נמוכה (כ-1,000 דולר) המאפשרת מעקב אחר למידה אסוציאטיבית בעכברים מקובעי ראש שמסתובבים בחופשיות על גלגל רץ. הפלטפורמה משלבת שתי פרדיגמות למידה אסוציאטיביות נפוצות: התניית מצמוץ עיניים והתניה מושהית של מבהיל מישוש מושהה. ההתנהגות נמצאת במעקב באמצעות מצלמה ותנועת הגלגלים על ידי גלאי. אנו מתארים את הרכיבים וההתקנה ומספקים פרוטוקול מפורט להדרכה ולניתוח נתונים. פלטפורמה זו מאפשרת שילוב של גירוי אופטוגנטי והדמיה פלואורסצנטית. התכנון מאפשר למחשב מארח יחיד לשלוט בפלטפורמות מרובות לאילוף בעלי חיים מרובים בו זמנית.

מבוא

התניה פבלובית של קשר תת-שני בין גירויים כדי לעורר תגובה מותנית שימשה זה מכבר כדי לחקור למידה התלויה במוח הקטן. לדוגמה, במיזוג עפעפיים קלאסי מושהה (DEC), בעלי חיים לומדים לבצע מצמוץ מגן מתוזמן היטב בתגובה לגירוי מותנה נייטרלי (CS; למשל, הבזק של אור או צליל שמיעתי) כאשר הוא מזווג שוב ושוב עם גירוי בלתי מותנה (US; למשל, נפיחות של אוויר המופעל על הקרנית) אשר תמיד מעורר מצמוץ רפלקס, ואשר מגיע בסוף ה-CS או בסמוך לו. התגובה המלומדת מכונה תגובה מותנית (CR), בעוד שתגובת הרפלקס מכונה התגובה הבלתי מותנית (UR). בארנבים, נגעים ספציפיים למוח הקטן משבשים צורה זו של למידה 1,2,3,4. יתר על כן, קוצים מורכבים של תאי Purkinje, המונעים על ידי קלט הסיבים המטפסים שלהם5, מספקים אותהכרחי של 6,7 ומספיק 8,9 לרכישת CRs מתוזמנים כראוי.

לאחרונה פותחו פרדיגמות למידה אסוציאטיביות תלויות סיבים מטפסים עבור עכברים קבועים ראש. DEC הייתה פרדיגמת הלמידה האסוציאטיבית הראשונה שהותאמה לתצורה זו10,11. DEC בעכברים קבועים ראש שימש לזיהוי אזורים במוחהקטן 11,12,13,14,15,16,17 ורכיבי מעגל11,1 2,13,14,15,18,19 הנדרשים לצורך השגת משימות והכחדתן. גישה זו שימשה גם כדי להדגים כיצד הייצוג הפיזיולוגי ברמה התאית של פרמטרי משימה מתפתח עםלמידה של 13,15,16.

בנוסף ל-eyeblink, פרדיגמת התניית המישוש המושהה (DTSC) פותחה לאחרונה כמטלת למידה אסוציאטיבית חדשנית עבור עכברים קבועים ראש20. בדומה מבחינה רעיונית ל-DEC, DTSC כולל הצגה של CS נייטרלי עם US, הקשה על הפנים בעוצמה מספקת כדי להפעיל רפלקס מבהיל 21,22 כ-UR. בפרדיגמה של DTSC, הן ה-UR והן ה-CR נקראים כתנועה לאחור על גלגל. DTSC שימש כעת כדי לחשוף כיצד למידה אסוציאטיבית משנה את פעילות המוח הקטן ואת דפוסי הביטוי של גנים20.

בעבודה זו פותחה שיטה ליישום גמיש של DEC או DTSC בפלטפורמה אחת. תכונות הגירוי והפלטפורמה עוברות מיפוי באיור 1. העיצוב משלב את היכולת לעקוב אחר התנהגות בעלי חיים באמצעות מצלמה, כמו גם מקודד סיבובי למעקב אחר תנועת עכבר על גלגל. כל ההיבטים של רישום נתונים ומבנה הניסוי נשלטים על ידי מיקרו-בקרים מזווגים (Arduino) ומחשב בעל לוח יחיד (SBC; פטל פאי). ניתן לגשת להתקנים אלה באמצעות ממשק משתמש גרפי מסופק. כאן אנו מציגים זרימת עבודה להתקנה, הכנה וביצוע של ניסויים, וצינור ניתוח מותאם אישית להדמיית נתונים.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

הפרוטוקולים של בעלי החיים המתוארים כאן אושרו על ידי הוועדות לטיפול בבעלי חיים ולשימוש בהם של אוניברסיטת פרינסטון.

1. הקמת ה-SBC

  1. חבר את כבל הממשק הטורי של המצלמה (CSI) למצלמת Raspberry NoIR V2 וליציאת המצלמה ב- SBC.
  2. הורד את מערכת ההפעלה עבור SBC למחשב המארח. כתוב את תמונת מערכת ההפעלה לכרטיס דיגיטלי מיקרו מאובטח (microSD).
    הערה: הוראות מפורטות להליכים אלה עבור Raspberry Pi SBC ניתן למצוא במקום אחר23. המערכת נבדקה באמצעות מערכות ההפעלה הבאות: סטרץ ', באסטר, בולסיי.
  3. כדי לאפשר תקשורת מעטפת מאובטחת, צור קובץ ללא סיומת בשם "ssh" במחיצת האתחול של כרטיס ה- microSD. לאחר שזה נעשה, להוציא את כרטיס microSD מהמכונה המארחת ולהכניס אותו לתוך חריץ כרטיס microSD SBC. הפעל את ה- SBC על-ידי חיבור ספק הכוח שלו.
  4. הכן את ה- SBC כדי לקבל חיבור קווי למארח.
    1. חבר צג עם כבל מתאים ל- SBC. פתח מסוף, הקלד את הפקודה ifconfig והתעד את כתובת ה- IP של ה- Ethernet של ה- SBC.
      הערה: לדגם Raspberry Pi 3B+ יש יציאת תצוגה HDMI, בעוד שלדגם 4B יש יציאת micro-HDMI.
    2. עבור אל הכרטיסיה ממשק של הגדרת התצורה Raspberry Pi והפעל את האפשרויות עבור מצלמה, פרוטוקול רשת מעטפת מאובטח (SSH) ומחשוב רשת וירטואלי (VNC).
  5. צור חיבור קווי בין המחשב המארח לבין ה- SBC.
    1. חבר כבל אתרנט ליציאת ה- Ethernet ב- SBC ובמחשב המארח. חבר את הקצה השני של כבלים אלה למתג Ethernet.
    2. השתמש בלקוח מחשוב רשת וירטואלי כגון VNC viewer24 וגש לשולחן העבודה באמצעות כתובת ה- IP של SBC ואימות ברירת המחדל (משתמש = "pi", סיסמה = "raspberry").
  6. הורד את התוכנה הנדרשת הכלולה בשלבי הפרוטוקול.
    אזהרה: שנה את שם המשתמש והסיסמה המוגדרים כברירת מחדל כדי למנוע גישה לא מורשית ל- SBC.
    1. הזן את הפקודה הבאה במסוף SBC כדי להוריד את תוכנת האסדה:
      שיבוט git --עומק =1 https://github.com/gerardjb/assocLearnRig
    2. הזן את הפקודות הבאות כדי להוריד את ספריות הפיתון הדרושות.
      cd assocLearnRig
      python3 setup.py
    3. כדי לאפשר שליטה ישירה על המיקרו-בקר, התחברו ל-SBC והורידו את סביבת הפיתוח המשולבת של המיקרו-בקר (IDE) בהתאם לשלבים 1.6.4-1.6.7.
    4. פתח את דפדפן האינטרנט בשולחן העבודה של SBC ונווט אל https://arduino.cc/en/software. הורד את הגירסה העדכנית ביותר של Linux ARM 32 סיביות של ה- IDE.
    5. פתח חלון מסוף בשולחן העבודה של SBC ונווט אל ספריית ההורדות על-ידי הקלדת הורדות תקליטורים/
    6. כדי להתקין את ה- IDE, הקלד את הפקודות הבאות במסוף:
      tar -xf arduino--linuxarm.tar.xz
      sudo mv arduino- /opt
      sudo /opt/arduino-/install.sh
      (כאן <היפוך> היא הגרסה של ה- IDE שהורדת)
    7. פתח מופע של המיקרו-בקר IDE בשולחן העבודה של SBC. בחר באפשרות תפריט כלים > ניהול ספריות. התקן את ספריית "מקודד" מאת פול סטופרג'ן.
  7. הרחב את הזיכרון המובנה של SBC באמצעות כונן אצבע מסוג USB.
    1. הכנס כונן אגודל ליציאת USB ב- SBC. השתמש ביציאת USB 3.0 אם היא זמינה.
    2. הקלד את הטרמינל ls -l /dev/disk/by-uuid/ כדי למצוא את כונן האגודל ואת הייחוס הייחודי שלו (UUID). הקלט את ה- UUID.
    3. כדי לאפשר למשתמש pi לכתוב להתקן ה- USB, הקלד את הפקודות הבאות בזו אחר זו במסוף:
      sudo mkdir /media/usb
      sudo chown -R pi:pi /media/usb
      sudo mount /dev/sda1 /media/usb -o uid=pi,gid=pi
      הערה: ניתן להוסיף את כונן האגודל כהתקן שיורכב אוטומטית כאשר ה- SBC יופעל מחדש על-ידי הוספת השורה הבאה לסוף קובץ ה- fstab ב- /etc/fstab:
      UUID= /media/usb vfat auto,nofail,noatime,users,rw,uid=pi,gid=pi 0 0

2. חומרת גירוי חיווט ובשלב ההרכבה

  1. חברו והכינו מיקרו-בקרים.
    1. חבר את ה-SBC ליציאת התכנות של המיקרו-בקר (Arduino Due) באמצעות כבל מיקרו מסוג USB2 מסוג A עד USB2.
      הערה: השתמש בכבל באיכות גבוהה כגון המוצר בטבלת החומרים כדי להבטיח פעולה תקינה.
    2. אתר את "dueAssocLearn.ino" במאגר הפרויקטים שהורדת. פתח את הסקיצה עם המיקרו-בקר IDE והעלה אותה למיקרו-בקר המחובר ל- SBC.
    3. הורד והתקן את הגירסה המתאימה של Arduino IDE במחשב המארח.
    4. חבר את המחשב המארח למיקרו-בקר (Arduino Uno) באמצעות כבל מסוג USB2 מסוג B עד USB2 מסוג A.
    5. עבור אל מאגר GitHub (https://github.com/gerardjb/assocLearnRig) והורד את הסקיצה "DTSC_US.ino" למחשב המארח.
    6. במחשב המארח, הפעל את המיקרו-בקר IDE ופתח את הסקיצה "DTSC_US.ino", ולאחר מכן העלה אותה למיקרו-בקר.
  2. חברו חוטים למיקרו-בקרים, לוח הלחם, נוריות LED, מקודד סיבובי, מנוע סטפר עם נהג ושסתום סולנואיד עם הנהג כפי שמצוין בתרשים פריצינג באיור 2.
  3. הפעל את מנוע הסטפר ואת שסתום הסולנואיד.
    1. תוחבר כראוי ערוץ אחד של ספק כוח לפיני +V ו- GND של נהג המנוע החורג.
    2. הפעל את ספק הכוח והגדר את מתח הערוץ המחובר ל- 25 V.
      הערה: אם החיבורים בין מנוע הסטפר, הנהג וספק הכוח מוגדרים כהלכה, נורית מחוון ירוקה בנהג מנוע המדרגות תופעל.
    3. תעביר כראוי את ההובלה החיובית של ספק כוח לנהג שסתום הסולנואידים להחזיק פין מתח וההובלה החיובית השנייה לפין מתח הספייק.
    4. חבר את השלילי מוביל לקרקע משותפת עם אות הבקרה.
    5. הפעל את ספק הכוח והגדר את הערוץ המחובר למתח ההחזקה לכ- 2.5 V ואת הערוץ המחובר למתח ספייק לכ- 12 V.
  4. חברו מקור אוויר המווסת ללחץ של כ-20 PSI לשסתום הסולנואיד באמצעות מתאם הלואר.
  5. בדוק שכל רכיבי הגירוי והמצלמה מתפקדים כראוי.
    1. פתח מסוף ב- SBC והקלד cd ~/assocLearnRig כדי לנווט למאגר GitHub המשובט.
    2. במסוף, הקלד python3 assocLearnRig_app.py כדי להפעיל את ממשק המשתמש הגרפי של הבקרה.
    3. הפעל את זרם המצלמה על-ידי לחיצה על לחצן זרם .
    4. בחר בלחצן רדיו DEC , העלה למיקרו-בקר והתחל הפעלה עם פרמטרים המוגדרים כברירת מחדל על-ידי לחיצה על לחצן התחל הפעלה .
      הערה: לאחר שלב זה, תדפיס של יומן הנתונים אמור להופיע במסוף, ההודעה בזרם המצלמה אמורה להיעלם, וה- LED CS והשסתום הסולנואידי US צריכים להידלק ולכבות בזמנים המתאימים במהלך כל ניסוי.
    5. לאחר סיום ההפעלה, חזור על השלבים הקודמים עם לחצן DTSC Radio שנבחר.
      הערה: ניתן להשתמש בשרטוטים במאגר GitHub ("testStepper.ino", "testRotary.ino" ו-"testSolenoid.ino") כדי לבדוק רכיבים בודדים אם השלבים לעיל אינם מספקים תוצאות משביעות רצון.
  6. הפוך את גלגל הריצה.
    1. חותכים גלגל 3 אינץ' מגלגלת קצף. קדחו חור בגודל 1/4 אינץ' במרכז הגלגל המדויק, כך שהגלגל לא יתנדנד כאשר הוא מסובב על ידי תנועת העכבר.
    2. הכנס פיר בגודל 1/4 אינץ' לתוך הגלגל וקבע אותו במקומו באמצעות רכזות הידוק הממוקמות בכל צד של הגלגל.
  7. הצמידו את המקודד הסיבובי לתעלת אלומיניום בגודל 4.5 אינץ' באמצעות בורג M3. ייצבו את תעלת האלומיניום על לוח הלחם מאלומיניום באמצעות סוגר בזווית ישרה עם בורג בגודל 1/4 אינץ', אום ומכונת כביסה כפי שמוצג.
  8. חברו את הגלגל ואת המקודד הסיבובי באמצעות שרוול צימוד פיר.
  9. ייצבו את הצד החופשי של מוט הגלגלים עם מיסב שהוכנס למהדק קצה בזווית ישרה המותקן על עמוד אופטי המותקן על לוח לחם.
    הערה: ודא שהגלגל מסתובב בחופשיות מבלי להתנדנד כאשר הוא מסתובב ביד.
  10. מקם את חומרת הגירוי, ריסון הראש, מערך האור האינפרא אדום והפיקאמרה סביב הגלגל המורכב.
    1. מקם את משענות הראש באמצעות עמודים אופטיים ומהדקי עמודים בזווית ישרה כך שעמודי הראש יהיו 1.5 ס"מ לפני סרן הגלגל ו-2 ס"מ מעל משטח הגלגל. (הערכים הם עבור עכבר של 20 גרם).
    2. מקם את שקע ה-CS LED והשסתום הסולנואידי המשמש ל-DEC US במרחק של פחות מ-1 ס"מ מהעין המשמשת ל-DEC.
    3. הרכב את מנוע הסטפר המשמש עבור DTSC US
    4. הר את הפיקמרה על עמוד אופטי ~ 10 ס"מ מהמקום בו תהיה החיה.
      הערה: העיצוב של תושבת picamera יכול להתבצע במדפסת תלת-ממד מהקובץ ב-"RaspPiCamMount1_1.stl" במאגר GitHub.
    5. מקם את מערך האור האינפרא אדום מעט מעל ופונה ישירות למיקום הפנים באותו צד כמו הפיקמרה.
    6. צרו גירוי מישושי עבור DTSC על ידי הקשת קצף לקצה של חתיכת אקריליק המותקנת על פיר בגודל 1/4 אינץ' באמצעות רכזת הידוק. חבר את גירוי המישוש לפיר המנוע החורג.
      הערה: ניתן לחתוך את העיצוב של החלק האקרילי בלייזר בעקבות התבנית ב-"TactileStimDesign.pdf" במאגר GitHub.

3. הכנה והפעלה של ניסויי התנהגות

  1. השתלת לוחית ראש של עכבר.
    1. הרדמה עכבר באמצעות 2% איזופלורן ותיקון ראש במסגרת סטריאוטקטית.
    2. החל משחה עיניים על העיניים.
    3. לגלח את הקרקפת באמצעות מי סבון ואיזמל סטרילי. להזריק לידוקאין ישירות מתחת לעור של אתר החתך ולנקות את האתר הניתוחי עם povidone.
    4. לעשות חתך עם אזמל לאורך קו האמצע של הקרקפת מהקצה האחורי של העיניים לקצה האחורי של הגולגולת, תוך זהירות לא ללחוץ חזק מדי על הגולגולת.
    5. מפזרים את החתך פתוח ומהדקים את שני הצדדים בהמוסטאטים סטריליים כדי להחזיק אותו פתוח. יש להסיר בעדינות את הפריוסטאום באמצעות צמר גפן טבול באתנול ולאפשר לפני השטח של הגולגולת החשופה להתייבש.
    6. מקם את מפלס לוחית הראש על הגולגולת, הקפד למקם את החלק הקדמי של לוחית הראש האחורית לעיניים. השתמשו בדבק ציאנואקרילט כדי לחבר את לוחית הראש לגולגולת ולאפשר לדבק להתייבש באופן מלא.
    7. מערבבים את אבקת המלט הדנטלית (כף מדידה אחת), הממס (2 טיפות) והזרז (1 טיפה) בצלחת ערבוב ומורחים על כל אזורי העצם החשופה. הוסיפו שכבות עד שהמשטח נשטף עם הקצה העליון של לוחית הראש, וודאו שהלוחית הראשית מחוברת היטב לגולגולת.
    8. לתפור את העור סגור מאחורי ומול לוחית הראש במידת הצורך.
    9. יש להזריק משכך כאבים לאחר הניתוח כגון קרפרופן בהתאם להנחיות המוסדיות תוך מתן אפשרות לבעל החיים להתאושש למשך 5 ימים לפחות.
  2. הכנה למפגשי התנהגות.
    1. אפשרו לחיות הניסוי להתרגל לרציף על ידי הרכבתן בריסון הראש במשך 30 דקות במשך 5 ימים לפני הניסויים.
      הערה: עד סוף מפגשי ההרגלה, בעלי חיים צריכים לרוץ בנוחות על ההגה.
    2. (דצמבר בלבד) לפני הפגישות, ודא ששקע שסתום הסולנואיד מרוכז בעין המטרה הממוקמת במרחק של >1 ס"מ משם.
    3. (דצמבר בלבד) הפעל באופן ידני פחזנית אוויר באמצעות לחצן הלחיצה. ודא שהעכבר מייצר מיד מצמוץ מבלי להראות סימנים גלויים של לחץ כגון אימוץ תנוחה מחובקת או אחיזת האזור הפריוקולרי הפגוע עם הפתח האיפסילטרלי.
    4. (DTSC בלבד) לפני המפגשים, יש לוודא שהגירוי המישושי מרוכז באף החיה הממוקם במרחק של כ-1.5 ס"מ.
      הערה: כאשר הפעלה התנהגותית של DTSC אינה פועלת, מנוע הצעד מומת באופן אוטומטי כדי לאפשר מיקום מחדש ידני.
    5. (DTSC בלבד) במסוף SBC, סוג python3 assocLearnRig_app.py כדי להתחיל את ממשק המשתמש הגרפי.
    6. (DTSC בלבד) הפעל הפעלת בדיקה של שלושה ניסויים עם הפרמטרים המוגדרים כברירת מחדל על-ידי לחיצה על לחצן התחל הפעלה בממשק המשתמש הגרפי.
    7. (DTSC בלבד) ודא שהנתונים הרשומים שמדפיסים במסוף מראים סטייה של יותר מ-20 אך פחות מ-100 שלבים שנרשמו על המקודד הסיבובי בעקבות ארה"ב בכל ניסוי.
      אזהרה: כדי למנוע נזק ולהפחית את הלחץ על החיה, התחילו את הגירוי רחוק יותר מבעל החיים והזיזו אותו קרוב יותר עד למילוי התנאים הנדרשים.
  3. הפעלת הפעלות התנהגותיות עם רישום נתונים.
    1. הרכיבו עכבר על משענת הראש.
    2. במסוף של SBC, סוג python3 assocLearnRig_app.py כדי להתחיל את GUI.
    3. כדי לאפשר הקלטות מצלמה במהלך הניסויים ההתנהגותיים, לחץ על לחצן זרם .
      הערה: ניתן להפעיל הפעלות ללא מצלמה. במקרה זה, נרשמים רק נתונים מהמקודד הסיבובי וחותמות הזמן להצגת גירויים.
    4. הזן מידע מזהה עבור החיה בשדה מזהה החיה ולחץ על הלחצן הגדר .
    5. בחר את ה- DEC או ה- DTSC מלחצן האפשרויות תחת הכותרת סוג הפעלה בהתאם לפרדיגמה ההתנהגותית הרצויה.
    6. הזן את פרמטרי הניסוי הרצויים לשדות שמתחת לשדה Animal ID ולחץ על לחצן העלה לארדוינו .
      הערה: פרטים על הפרמטרים של הניסוי ניתן למצוא בסעיף README של מאגר GitHub.
    7. לחץ על לחצן התחל הפעלה כדי להתחיל את ההפעלה.
    8. כאשר הפעלה מאתחלת, הנתונים יתחילו להיכנס לספרייה חדשה שנוצרה ב- "/media/usb" בנקודת ההרכבה של כונן האגודל של SBC.

4. ייצוא וניתוח נתונים

  1. כדי לייצא את כל ההפעלות המוקלטות למחשב המארח, פתח שורת פקודה והזן את הפקודה pscp -r pi@Pi_IP_address:/media/usb* host_computer_destination, ולאחר מכן אמת באמצעות סיסמת SBC.
    הערה: הפקודה לעיל מיועדת למחשב Windows. במכונות Mac ו- Linux, השתמש במסוף והחלף את "pscp" ב- "scp".
  2. התקןאת Anaconda 25 או מנהל חבילות פייתון אחר (PPM) במחשב המארח.
  3. עבור אל מאגר GitHub והורד את "analyzeSession.py", "summarizeSessions.py", "session2mp4s.py", ו"דרישותHost.txt".
  4. פתח שורת PPM והקלד התקנת conda --קובץ directory_containing_requirementsHostrequirements Host.txt כדי להבטיח שהתקנת חבילת Python כוללת את ספריות הפייתון הנדרשות.
  5. בהנחיה, הקלד תקליטור directory_containing_analyzeData כדי לנווט לספרייה המכילה "analyzeData.py" ו- "session2mp4s.py". הפעל את תוכנית הניתוח על-ידי הקלדת פייתון analyzeSession.py
    הערה: הודעת שגיאה תיווצר אם תשתמש בגרסת Python 2 כפייתון. כדי לבדוק את הגירסה, הקלד python -V בהנחיה.
  6. בחר את הספריה המכילה את הנתונים כשתתבקש. ספריות עם ספריות משנה מרובות ינותחו ברצף.
  7. עבור הפעלות DEC, עבור כל מדריך הפעלה שנותח, בחר אזור עניין (ROI) המכיל את עין העכבר מתמונה ממוצעת של ניסיון.
    הערה: קבצי נתוני ניתוח סופי וגרפים מסכמים יאוכלסו בתת-ספרייה של כל ספריית הפעלות שנותחה.
  8. הקלד python summarizeSessions.py כדי ליצור נתוני סיכום על פני הפעלות מרובות.
  9. הקלד את session2mp4s.py python ההנחיה כדי להמיר קבצי נתוני הדמיה לקבצי .mp4 הניתנים לצפייה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

זרימת עבודה לניסויים וניתוחים של DEC
בחירת פרמטרים ניסיונית נכונה חשובה לאימון מוצלח של התניית לינק עין (DEC). עבור הנתונים שהוצגו כאן, ממשק המשתמש הגרפי שימש לבחירת משך CS של 350 אלפיות השנייה ומשך ארה"ב של 50 אלפיות השנייה. זיווג זה גורם למרווח בין גירויים של 300 אלפיות השנייה: ארוך מספיק כדי למנוע ייצור CR באמפליטודה נמוכה10 וקצר מספיק כדי להימנע מלהיכנס למשטר של למידה לקויה או התניית מעקב, תהליך שמערב אזורים נוספים במוח11. הזמן שבין הניסויים נקבע באמ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

הפלטפורמה עם הפרוטוקולים המשויכים המתוארים כאן יכולה לשמש למעקב אמין אחר התנהגות בעלי חיים בשתי משימות למידה אסוציאטיביות חושיות. כל משימה תלויה בתקשורת שלמה דרך מסלול הסיבים המטפס. בתכנון המתואר כאן, אנו משלבים אלמנטים כדי להקל על למידה ורישום / הפרעה של תגובת המוח הקטן. אלה כוללים גלגל המאפשר תנועה חופשית11,18, כמו גם קיבוע ראש. הגלגל מאפשר לעכברים לנסוע בחופשיות, מה שנצפה כקריטי לרכישת DEC18. קיבוע ראשים בעכברים מאפשר לחוקרים לנצל גישות...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכת על ידי מענקים מהמכונים הלאומיים לבריאות הנפש NRSA F32 MH120887-03 (ל- G.J.B.) ו- R01 NS045193 ו- R01 MH115750 (ל- S.S-H.W.). אנו מודים לד"ר באס קוקקוק והנק-יאן בולה על דיונים מועילים לאופטימיזציה של הגדרת ה- DEC ולד"ר יו וואנג ושיאואינג צ'ן על דיונים מועילים לאופטימיזציה של הגדרת ה- DTSC.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
בסיס מהיר "B" עבור C& B METABOND - בקבוק 10 מ"לParkellS398ממס צמנט דנטלי
"C" זרז TBB אוניברסלי - 0.7 מ"לParkellS371Catalyst
#8 WashersThorlabsW8S038דסקיות
0.250 אינץ' (1/4 אינץ') x 8.00 אינץ' נירוסטה דיוקפיר סרווסיטי634172פיר 1/4 אינץ'
0.250 אינץ' (0.770 אינץ') רכזת הידוקסרווסיטי545588הידוק רכזת
1/4 אינץ' עד 6 מ"מ סט מצמד פיר בורג- 5 חבילותActobotics625106שרוול צימוד פיר
1/4 אינץ' -20 ברגי כובע, 3/4 אינץ' ארוךThorlabsSH25S075בורג 1/4 אינץ'
100 יח' 5 מ"מ 395– 400 ננומטר UV אולטרה סגול LED פולט אור דיודה עדשה עגולה שקופה 29 מ"מ עופרת ארוכה (DC 3V) נורות LED +100 יחידות נגדיםEDGELEC‎ נוריות CS
ED_YT05_U_100Pcs 2 מ' כבל מיקרו HDMI ל-DVI-D - M/M - 2 מ' כבל מיקרו HDMI ל-DVI - 19 פינים HDMI (D) זכר ל-DVI-D זכר - 1920 x 1200 וידאוStar-tech‎ HDDDVIMM2MRaspberry Pi4B לצג כבל
256 GB Ultra Fit USB 3.1 כונן הבזקSanDisk‎ כונן אגודל USB SDCZ430-256G-G46
3.3 V– 5 V 4 ערוצים ממיר רמת לוגיקה מודול הילוכים דו-כיווניאמזוןB00ZC6B8VMמעביר רמת לוגיקה
32 ג'יגה בייט 95 מגה-בייט לשנייה (U1) microSDHC EVO בחר כרטיס זיכרוןSamsung‎ MB-ME32GA / AMmicroSD כרטיס
4.50 אינץ' אלומיניום ערוץסרווסיטי585444 4.5 אינץ' תעלת אלומיניום
48-LED טלוויזיה במעגל סגור ir אינפרא אדום ראיית לילה תאורהtowallmarkSODIALאינפרא אדום אור מערך 4
יחידות ערכת לוחות לחם כוללת 2 יחידות 830 נקודות 2 יחידות 400 נקודות לוחות לחם ללא הלחמה עבור פרוטו מגן חלוקת בלוקים חיבורREXQualisB07DL13RZHBreadboard
מתג רשת Ethernet לא מנוהל של 5 יציאות GigabitTP-Link‎ מתג TL-SG105Ethernet
5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ ספק כוח/מתאםCanakit‎ DCAR-RSP-2A5ספק כוח עבור Raspberry Pi 3B+
5-0 ETHILON BLACK 1 x 18 אינץ' C-3Ethicon668Gתפרים
6 מ"מ מקודד פיר 2000 PPR Pushpull Line דרייבר אוניברסלי קו פלט פלט 5-26 V DC אספקתCalt  B01EWER68Iמקודד רוטרי
ואוסלאש; 1/2 אינץ' עמוד אופטי, SS, 8-32 בורג סט, 1/4 אינץ'-20 ברז, L = 1 אינץ', 5 חבילותThorlabsTR1-P5עמודים אופטיים
Ø עמוד אופטי 1/2 אינץ', SS, בורג 8-32, 1/4 אינץ'-20 ברז, L = 2 אינץ', 5 חבילותThorlabsTR2-P5עמודים אופטיים
Ø 1/2 אינץ' פוסט אופטי, SS, 8-32 בורג סט, 1/4 אינץ'-20 ברז, L = 4 אינץ', 5 חבילותThorlabsTR4-P5עמודים אופטיים
Ø 1/2 אינץ' עמוד אופטי, SS, 8-32 בורג סט, 1/4 אינץ'-20 ברז, L = 6 אינץ', 5 חבילותThorlabsTR6-P5עמודים אופטיים
Ø מחזיק עמוד 1/2 אינץ', בורג אגודל נעילת משושה קפיצי, L = 2 אינץ'ThorlabsPH2מחזיק עמוד אופטי
מתאם-062-M X LUER LOCK-Fלי ושות'.TMRA3201950Zסולנואיד שסתום לואר מתאם
רולר קצף Aeromat גודל: 36 אינץ' אורךAeromatB002H3CMUEרולר קצף
לוח לחם אלומיניום 10 אינץ' x 12 אינץ' x 1/2 אינץ', 1/4 אינץ' -20 ברזיםThorlabsMB1012לוח לחם אלומיניום
Amazon Basics כבל מתאם HDMI ל-DVI, שחור, 6 רגל, 1 חבילהAmazonHL-007347Raspberry Pi3B+ לצג כבל
ארדואינו   Uno R3ArduinoA000066Arduino Uno (לוח מיקרו-בקר)
Arduino DueArduino‎ A000062Arduino Due (לוח מיקרו-בקר)
ספק כוח ספסל, יחיד, מתכוונן, 3 יציאות, 0 V, 24 V, 0 A, 2 ATenma72-8335Aספק כוח
יריעת אקריליק יצוקה ברורה עמידה בפני שריטות ו-UV, 12 אינץ' x 24 אינץ' x 1/8 אינץ'McMaster Carr8560K257גיליון אקרילי
נהג מנוע צעד CNC 1.0– 4.2 א 20– 50 V DC 1/128 רזולוציות מיקרו-צעד עבור Nema 17 ו-23 מנועצעד צעד מקווןB06Y5VPSFNנהג מנוע צעד
ווסת אוויר דחוס קומפקטי, הקלה מוטבעת, בית פליז, 1/4 NPTMcMaster Carr6763K13וסת מקור אוויר
ספוגית כותנהפוריטן806-WCצמר גפן
שטוח Dell 1908FP 19 אינץ' - 1908FPCDell1908FPCצג מחשב
כבל גמיש עבור Raspberry Pi מצלמהAdafruit2144מצלמה כבל ממשק טורי
מומנט גבוה Nema 17 מנוע צעד דו קוטבי 92 oz· in/65 N· ס"מ 2.1 אקסטרודר מנועצעד מקוון17HS24-2104Sמנוע צעד
איזופלורןהנרי שיין66794001725איזופלורן
קרייזי מקסימום דבק קבוע, 0.18 אונקיות.דבק קרייזיKG483דבק ציאנואקרילט
לידוקאין HClVetOne510212לידוקאין
אגוז משושה פלדה בעל חוזק נמוך, כיתה 2, מצופה אבץ, 1/4 "-20 גודל חוטMcMaster Carr90473A029אגוזים
M3 x 50 מ"מ הברגה חלקית משושה שקע מפתח ברגי ראש ראש 10 יחידותUxcellA16040100ux1380M3 בורג
NEMA 17 צעד מנוע הרACTOBOTICS555152תושבת מנוע צעד
ספק כוח רשמי Raspberry Pi 5.1 V 3 A עם USB C באורך 1.5 מ'Adafruit4298ספק כוח עבור Raspberry Pi 4B
Optixcare Dog & ג'ל סיכה לעין חתול, צינור 0.70 אונקיותמשחה אופטלימיתOptixcare142422
מיסב כדורי נירוסטה מדויק, מוגן, מס' סחר R188-2Z, 13000 סל"ד מהירות מקסימליתMcMaster-Carr3759T57מיסב
חוטי מגשר פרימיום נקבה/נקבה - 40 x 6 אינץ'חוטי
מגשר פרימיום נקבה/זכר 'הארכה' חוטי מגשר - 40 x 6 אינץ' (150 מ"מ)Adafruit826חוטים
פרימיום זכר/זכר חוטי מגשר - 40 x 6 אינץ'Adafruit758חוטים
רדיופאק L-אבקה עבור C& B METABOND - 5 גרםParkellS396אבקת צמנט דנטלי
Raspberry Pi (3B+ או 4B)Adafruit3775 או 4295Raspberry Pi
Raspberry Pi NoIR מודול מצלמה V2 - 8MP 1080P30Raspberry Pi FoundationRPI3-NOIR-V2מצלמת Raspberry NoIR V2
תושבת זווית ישרה, חריץ משועמם בגודל 1/4 אינץ' (M6), 8-32 ברזיםThorlabsAB90Eתושבת
זווית ישרהמהדק זווית ישרה עבור Ø 1/2 אינץ' עמודים, 3/16 אינץ' משושהThorlabsRA90מהדק פוסט אופטי בזווית ישרה
מהדק קצה זווית ישרה עבור Ø 1/2 אינץ' עמודים, 1/4 אינץ' -20 חתיך ו-3/16 אינץ' משושהThorlabsRA180מהדק קצה בזווית ישרה
RJ45 Cat-6 Ethernet תיקון כבל אינטרנטAmazon‎ כבל Ethernet CAT6-7FT-5P-BLUE
מהדק מסתובב עבור Ø עמודים בגודל 1/2 אינץ', 360 מעלות; מתכוונן ברציפות, 3/16 אינץ'Hex ThorlabsSWCמהדקי עמוד אופטיים מסתובבים
Spike & החזק דרייבר-0.1 עד 5 אלפיות השנייהThe Lee Co.IECX0501350Aסולנואיד שסתום
נהג מסתובב בסיס מתאםThorlabsUPHAמתאם מחזיק פוסט
USB 2.0 A-זכר למיקרו B כבל, 6 רגלAmazon‎ 7T9MV4USB2 סוג A ל-USB2 כבל מיקרו
כבל מדפסת USB 2.0 - A-זכר ל-B-זכר, 6 רגל (1.8 מ')כבל אמזוןB072L34SZSUSB2 מסוג B ל-USB2 סוג A
VHS-M/SP-12 VThe Lee Co.INKX0514900Aשסתום סולנואיד
מכונת כביסה פלדה מצופה אבץ 1/4 אינץ', OD 1.000 אינץ'McMaster Carr91090A108דסקיות
צג

מקורות

  1. 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).
  2. McCormick, D. A., Clark, G. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F. Initial localization of the memory trace for a basic form of learning. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 79 (8), 2731-2735 (1982).
  3. McCormick, D. A., Thompson, R. F. Cerebellum: essential involvement in the classically conditioned eyelid response. Science. 223 (4633), New York, N.Y. 296-299 (1984).
  4. Krupa, D. J., Thompson, J. K., Thompson, R. F. Localization of a memory trace in the mammalian brain. Science. 260 (5110), New York, N.Y. 989-991 (1993).
  5. Llinás, R., Sugimori, M. Electrophysiological properties of in vitro Purkinje cell dendrites in mammalian cerebellar slices. The Journal of Physiology. 305, 197-213 (1980).
  6. Mintz, M., Lavond, D. G., Zhang, A. A., Yun, Y., Thompson, R. F. Unilateral inferior olive NMDA lesion leads to unilateral deficit in acquisition and retention of eyelid classical conditioning. Behavioral and Neural Biology. 61 (3), 218-224 (1994).
  7. Welsh, J. P., Harvey, J. A. Cerebellar lesions and the nictitating membrane reflex: performance deficits of the conditioned and unconditioned response. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 9 (1), 299-311 (1989).
  8. Mauk, M. D., Steinmetz, J. E., Thompson, R. F. Classical conditioning using stimulation of the inferior olive as the unconditioned stimulus. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 83 (14), 5349-5353 (1986).
  9. Steinmetz, J. E., Lavond, D. G., Thompson, R. F. Classical conditioning in rabbits using pontine nucleus stimulation as a conditioned stimulus and inferior olive stimulation as an unconditioned stimulus. Synapse. 3 (3), New York, N.Y. 225-233 (1989).
  10. Chettih, S. N., McDougle, S. D., Ruffolo, L. I., Medina, J. F. Adaptive timing of motor output in the mouse: The role of movement oscillations in eyelid conditioning. Frontiers in Integrative Neuroscience. 5, 72(2011).
  11. Heiney, S. A., Wohl, M. P., Chettih, S. N., Ruffolo, L. I., Medina, J. F. Cerebellar-dependent expression of motor learning during eyeblink conditioning in head-fixed mice. The Journal of Neuroscience. 34 (45), 14845-14853 (2014).
  12. Heiney, S. A., Kim, J., Augustine, G. J., Medina, J. F. Precise control of movement kinematics by optogenetic inhibition of purkinje cell activity. Journal of Neuroscience. 34 (6), 2321-2330 (2014).
  13. Ten Brinke, M. M., et al. Evolving models of pavlovian conditioning: Cerebellar cortical dynamics in awake behaving mice. Cell Reports. 13 (9), 1977-1988 (2015).
  14. Gao, Z., et al. Excitatory cerebellar nucleocortical circuit provides internal amplification during associative conditioning. Neuron. 89 (3), 645-657 (2016).
  15. Giovannucci, A., et al. Cerebellar granule cells acquire a widespread predictive feedback signal during motor learning. Nature Neuroscience. 20 (5), 727-734 (2017).
  16. Ten Brinke, M. M., et al. Dynamic modulation of activity in cerebellar nuclei neurons during pavlovian eyeblink conditioning in mice. eLife. 6, 28132(2017).
  17. Wang, X., Yu, S., Ren, Z., De Zeeuw, C. I., Gao, Z. A FN-MdV pathway and its role in cerebellar multimodular control of sensorimotor behavior. Nature Communications. 11 (1), 6050(2020).
  18. Albergaria, C., Silva, N. T., Pritchett, D. L., Carey, M. R. Locomotor activity modulates associative learning in mouse cerebellum. Nature Neuroscience. 21 (5), 725-735 (2018).
  19. Kim, O. A., Ohmae, S., Medina, J. F. A cerebello-olivary signal for negative prediction error is sufficient to cause extinction of associative motor learning. Nature Neuroscience. 23 (12), 1550-1554 (2020).
  20. Yamada, T., et al. Sensory experience remodels genome architecture in neural circuit to drive motor learning. Nature. 569 (7758), 708-713 (2019).
  21. Horlington, M. Startle response circadian rhythm in rats: lack of correlation with motor activity. Physiology & Behavior. 5 (1), 49-53 (1970).
  22. Yeomans, J. S., Li, L., Scott, B. W., Frankland, P. W. Tactile, acoustic and vestibular systems sum to elicit the startle reflex. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 26 (1), 1-11 (2002).
  23. Raspberry Pi Operating system images. , Available from: https://www.raspberrypi.com/software/operationg-systems/ (2021).
  24. VNC Server. VNC® Connect. , Available from: https://www.realvnc.com/en/connect/download/vnc/ (2021).
  25. Anaconda: The world's most popular data science platform. , Available from: https://xddebuganaconda.xdlab.co/ (2021).
  26. De Zeeuw, C. I., Ten Brinke, M. M. Motor learning and the cerebellum. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 7 (9), 021683(2015).
  27. Badura, A., et al. Normal cognitive and social development require posterior cerebellar activity. eLife. 7, 36401(2018).
  28. Koekkoek, S. K. E., Den Ouden, W. L., Perry, G., Highstein, S. M., De Zeeuw, C. I. Monitoring kinetic and frequency-domain properties of eyelid responses in mice with magnetic distance measurement technique. Journal of Neurophysiology. 88 (4), 2124-2133 (2002).
  29. Kloth, A. D., et al. Cerebellar associative sensory learning defects in five mouse autism models. eLife. 4, 06085(2015).
  30. Boele, H. -J., Koekkoek, S. K. E., De Zeeuw, C. I. Cerebellar and extracerebellar involvement in mouse eyeblink conditioning: the ACDC model. Frontiers in Cellular Neuroscience. 3, (2010).
  31. Lin, C., Disterhoft, J., Weiss, C. Whisker-signaled eyeblink classical conditioning in head-fixed Mice. Journal of Visualized Experiments: JoVE. (109), e53310(2016).
  32. Pereira, T. D., et al. Fast animal pose estimation using deep neural networks. Nature Methods. 16 (1), 117-125 (2019).
  33. Mathis, A., et al. DeepLabCut: markerless pose estimation of user-defined body parts with deep learning. Nature Neuroscience. 21 (9), 1281-1289 (2018).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

גלה מאמרים נוספים

למידה תלויית מוחירוןהתניית מצמוץתגובת בהלה תחושתית מושהיתעכברים מקובעי ראשתאי פורינז'הגרייה אופטוגנטיתדימוי פלואורסצנטיפלטפורמה התנהגותיתגלגל ריצה
פלטפורמה גמישה לניטור למידה אסוציאטיבית חושית תלוית מוח הקטן
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.