Name: הקלטת הפוטנציאלים הפעולה יחיד נוירונים מחופשיות העברת יונים על פני שלושה שלבים של למידה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-02T13:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: חקור דפוסי תגובה של נוירונים בודדים במשימת הבחנה חזותית הכוללת רכישה, הכחדה ורכישה מחדש של תגובות מותנות. שיטה זו מאפשרת מעקב אחר פוטנציאלי פעולה לאורך שלבי למידה שונים בזמן אמת.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה נתמך על ידי מענקים מקרן המחקר הגרמני (DFG) לMCS (ל1581, STU 544/1-1) ועוג (ל1581, SFB 874). האתר של DFG הוא http://www.dfg.de/en/index.jsp. היו הממנים שום תפקיד בעיצוב מחקר, איסוף נתונים וניתוח, החלטה לפרסם, או הכנה של המחברים manuscript.The תודה תומס סיידנבכר שספק לנו את פרוטוקול זהב ציפוי כמו גם טוביאס אוטו לעזרה עם הגדרת אלקטרו ציוד הקלטה.

<ol><li>Bingman, V. P., Gasser, B. A., Colombo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Responses+of+pigeon+%28Columba+livia%29+wulst+neurons+during+acquisition+and+reversal+of+a+visual+discrimination+task%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Responses of pigeon (Columba livia) wulst neurons during acquisition and reversal of a visual discrimination task.</a> Behav Neurosci. 122, 1139-1147 (2008).</li>
<li>Herry, C., Ciocchi, S., Senn, V., Demmou, L., Müller, C., Lüthi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Switching+on+and+off+fear+by+distinct+neuronal+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Switching on and off fear by distinct neuronal circuits.</a> Nature. 454, 600-606 (2008).</li>
<li>Quirk, G. J., Repa, C., LeDoux, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fear+conditioning+enhances+short-latency+auditory+responses+of+lateral+amygdala+neurons%3A+parallel+recordings+in+the+freely+behaving+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Fear conditioning enhances short-latency auditory responses of lateral amygdala neurons: parallel recordings in the freely behaving rat.</a> Neuron. 15, 1029-1039 (1995).</li>
<li>Quirk, G. J., Armony, J. L., Ledoux, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Components+of+Tone-Evoked+Spike+Trains+in+Auditory+Cortex+and+Lateral+Amygdala%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Components of Tone-Evoked Spike Trains in Auditory Cortex and Lateral Amygdala.</a> Neuron. 19, 613-624 (1997).</li>
<li>Maren, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+fear+conditioning+increases+CS-elicited+spike+firing+in+lateral+amygdala+neurons+even+after+extensive+overtraining%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Auditory fear conditioning increases CS-elicited spike firing in lateral amygdala neurons even after extensive overtraining.</a> Eur J Neurosci. 12, 4047-4054 (2000).</li>
<li>Milad, M. R., Quirk, G. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurons+in+medial+prefrontal+cortex+signal+memory+for+fear+extinction%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neurons in medial prefrontal cortex signal memory for fear extinction.</a> Nature. 420, 713-717 (2002).</li>
<li>Hobin, J. A., Goosens, K. A., Maren, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Context-dependent+neuronal+activity+in+the+lateral+amygdala+represents+fear+memories+after+extinction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Context-dependent neuronal activity in the lateral amygdala represents fear memories after extinction.</a> J Neurosci. 23, 8410-8416 (2003).</li>
<li>Maren, S., Hobin, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+regulation+of+context-dependent+neuronal+activity+in+the+lateral+amygdala%5BTitle%5D)+AND+%22Learn+Mem%22%5BJournal%5D)">Hippocampal regulation of context-dependent neuronal activity in the lateral amygdala.</a> Learn Mem. 14, 318-324 (2007).</li>
<li>Knapska, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+involvement+of+the+central+amygdala+in+appetitive+versus+aversive+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Learn+Mem%22%5BJournal%5D)">Differential involvement of the central amygdala in appetitive versus aversive learning.</a> Learn Mem. 13, 192-200 (2006).</li>
<li>Harloe, J. P., Thorpe, A. J., Lichtman, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+endocannabinoid+regulation+of+extinction+in+appetitive+and+aversive+Barnes+maze+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Learn+Mem%22%5BJournal%5D)">Differential endocannabinoid regulation of extinction in appetitive and aversive Barnes maze tasks.</a> Learn Mem. 15, 806-809 (2008).</li>
<li>Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tetrodes+markedly+improve+the+reliability+and+yield+of+multiple+single-unit+isolation+from+multi-unit+recordings+in+cat+striate+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex.</a> J Neurosci Methods. 63, 43-54 (1995).</li>
<li>Lewicki, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+methods+for+spike+sorting%3A+the+detection+and+classification+of+neural+action+potentials%5BTitle%5D)+AND+%22Network%22%5BJournal%5D)">A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials.</a> Network. 9, (1998).</li>
<li>Skinner, B. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((34%3BSuperstition%26%2334%3B+in+the+pigeon%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Psychol%22%5BJournal%5D)">34;Superstition&#34; in the pigeon.</a> J Exp Psychol. 121, 273-274 (1948).</li>
<li>Herrnstein, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relative+and+absolute+strength+of+response+as+a+function+of+frequency+of+reinforcement%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Anal+Behav%22%5BJournal%5D)">Relative and absolute strength of response as a function of frequency of reinforcement.</a> J Exp Anal Behav. 4, 267-272 (1961).</li>
<li>Brown, P. L., Jenkins, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auto-shaping+of+the+pigeon%27s+key-peck%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Anal+Behav%22%5BJournal%5D)">Auto-shaping of the pigeon's key-peck.</a> J Exp Anal Behav. 11, 1-8 (1968).</li>
<li>Epstein, R., Kirshnit, C. E., Lanza, R. P., Rubin, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((34%3BInsight%26%2334%3B+in+the+pigeon%3A+antecedents+and+determinants+of+an+intelligent+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">34;Insight&#34; in the pigeon: antecedents and determinants of an intelligent performance.</a> Nature. 308, 61-62 (1984).</li>
<li>Mazur, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Varying+initial-link+and+terminal-link+durations+in+concurrent-chains+schedules%3A+a+comparison+of+three+models%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Processes%22%5BJournal%5D)">Varying initial-link and terminal-link durations in concurrent-chains schedules: a comparison of three models.</a> Behav Processes. 66, 189-200 (2004).</li>
<li>Herrnstein, R. J., Loveland, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complex+visual+concept+in+the+pigeon%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Complex visual concept in the pigeon.</a> Science. 146, 549-551 (1964).</li>
<li>Stüttgen, M. C., Yildiz, A., Güntürkün, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adaptive+criterion+setting+in+perceptual+decision+making%5BTitle%5D)+AND+%22J+Exp+Anal+Behav%22%5BJournal%5D)">Adaptive criterion setting in perceptual decision making.</a> J Exp Anal Behav. 96, 155-176 (2011).</li>
<li>Stüttgen, M. C., Kasties, N., Lengersdorf, D., Starosta, S., Güntürkün, O., Jäkel, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Suboptimal+criterion+setting+in+a+perceptual+choice+task+with+asymmetric+reinforcement%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Processes%22%5BJournal%5D)">Suboptimal criterion setting in a perceptual choice task with asymmetric reinforcement.</a> Behav Processes. 96, 59-70 (2013).</li>
<li>Rose, J., Otto, T., Dittrich, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Biopsychology-Toolbox%3A+a+free%2C+open-source+Matlab-toolbox+for+the+control+of+behavioral+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">The Biopsychology-Toolbox: a free, open-source Matlab-toolbox for the control of behavioral experiments.</a> J Neurosci Methods. 175, (2008).</li>
<li>Bilkey, D. K., Muir, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+low+cost%2C+high+precision+subminiature+microdrive+for+extracellular+unit+recording+in+behaving+animals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A low cost, high precision subminiature microdrive for extracellular unit recording in behaving animals.</a> J Neurosci Methods. 92, 87-90 (1999).</li>
<li>Bilkey, D. K., Russell, N., Colombo, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+lightweight+microdrive+for+single-unit+recording+in+freely+moving+rats+and+pigeons%5BTitle%5D)+AND+%22Methods%22%5BJournal%5D)">A lightweight microdrive for single-unit recording in freely moving rats and pigeons.</a> Methods. 30, 152-158 (2003).</li>
<li>Gallistel, C. R., Gibbon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time%2C+rate%2C+and+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol+Rev%22%5BJournal%5D)">Time, rate, and conditioning.</a> Psychol Rev. 107, 289-344 (1993).</li>
<li>Starosta, S., Güntürkün, O., Stüttgen, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulus-response-outcome+coding+in+the+pigeon+nidopallium+caudolaterale%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Stimulus-response-outcome coding in the pigeon nidopallium caudolaterale.</a> PLoS One. 8, (2013).</li>
<li>McNaughton, B. L., O'Keefe, J., Barnes, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+stereotrode%3A+a+new+technique+for+simultaneous+isolation+of+several+single+units+in+the+central+nervous+system+from+multiple+unit+records%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">The stereotrode: a new technique for simultaneous isolation of several single units in the central nervous system from multiple unit records.</a> J Neurosci Methods. 8, 391-397 (1983).</li>
<li>Hill, D. N., Mehta, S. B., Kleinfeld, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quality+metrics+to+accompany+spike+sorting+of+extracellular+signals%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Quality metrics to accompany spike sorting of extracellular signals.</a> J Neurosci. 31, 8699-8705 (2011).</li>
</ol>

יש המחברים אין לחשוף.

פרוטוקול זה מתאר משימה התנהגותיות מורכבת מתאימה להקלטות יחידה אחת בו זמנית. שתארנו את משימת SIFC ליונים, אבל זה יכול להתאים בקלות למכרסמים ידי דרישה תדחף את האף או מנקר מפתח מנוף לחיצה ולא, והחלפה חזותית על ידי חוש הריח, שמיעה, מישוש או גירויים. אולי השלבים הקריטיים ביותר במהלך הליך ההכשרה הם 1) הפחתה הדרגתית של שכר והסתברות 2) עלייה במספר משפט. לגבי חיזוק לסירוגין לגירויים המוכרים, החלטנו על הסתברויות גמול החל ....

למידת עמותות בתגובה לגירוי-תוצאה חדשות עוסקת במגוון רחב של תהליכי פלסטיות עצביים. תהליכים אלה באים לידי הביטוי בסופו בפלט ספייק המשתנה של נוירונים בודדים. ניתן לטעון, אחת מפרדיגמות הלמידה המועסקות בתדירות הגבוהה ביותר הוא אוויר פחד הפבלובית שנערך עם מכרסמים. בהגדרה זו, הרכישה והכחדה של תגובה מותנית יתקיימו בתוך כמה עשרות ניסויים 2. ההתפתחות המהירה של פחד מותנה יכולה להיות יתרון, כי זה מאפשר הפעלת מספר רב של בעלי חיים בתוך זמן קצר. כמו כן, רכישה והכחדה ניתן לצפות בתוך כמה עשרות ניסויים ביום אחד בבעלי חיים תמימים 3,4 או התפשטו על פני 2 עד 3 ימים 2,5-8. עם זאת, התובנות שנרכשו על השינויים בפעילות עצבית במהלך הלמידה בניסויים אלה לא בהכרח יחולו מחוץ לתחום של מיזוג פחד. לדוגמא, התנהגות מכוונת מטרה מונעת על ידי חיובי<html> חיזוק מופרז הוא מודל בצורה נכונה יותר על ידי אופרנטית ולא נהלי אוויר הפבלובית, ועשוי בחלק תלוי על מצעים עצביים שונים 9,10. כמו כן, מיזוג פחד מתפתח במהירות כה רב שתגובות עצביות לCS ניתן לצפות רק לכמה עשרות ניסויים, הצבת מגבלות חמורות על הניתוח של שינויים בפעילות עצבית במהלך למידה. למרבה הצער, הרכישה והכחדה של אופרנטית להגיב בדרך כלל לוקח ימים רבים. זה מזיק לחקירות נוירופיזיולוגיות, כי זה קשה לשמצה כדי להקליט את הפעילות של תאים בודדים על פני יותר מכמה שעות. בשל הדמיון הגבוה של צורות הגל של פוטנציאל פעולה נרשם extracellularly, זה בעייתי לטעון שקוצים רשמו ביום אחד הם נוצרים מאותו התא כמו קוצים עם גל דומה נרשם ב11,12 הבא, במיוחד באזורים עם גבוה צפיפות תאים כגון ההיפוקמפוס. &quot;Jove_content&quot;&gt; כדי לטפל בבעיות אלה, פיתחנו פרדיגמה התנהגותיות רומן ניצול 3 תנאי למידה בתוך מושב ניסיוני אחד ביום אחד. זה דורש שבעלי החיים הניסיוניים הוא מוכנים לבצע מאות ניסויים בתנאים משתנים בלוח זמנים דק של חיזוק. יוני דואר (domestica פורם ליוויה קולומביה) הם אורגניזמים מודל קלאסיים בפסיכולוגיה ניסויית 13-17. ציפורים אלו הן מסוגלים לבצע הבחנות חזותיות מורכבות 18, גמיש יכול להתאים את התנהגות למקרי חיזוק שינוי 19,20, והם עובדים באופן ייחודי נלהב, ביצוע 1,000 ניסויים עם כמות מינימאלית של חיזוק. תכונות אלו הופכות אותם מתאימות במיוחד לניסויים מתוארים להלן.

<table><tbody><tr><td>חוט התנגדות (לשימוש כאלקטרודות)</td><td>California Fine Wire, גרובר ביץ', קליפורניה, ארה"ב</td><td></td><td>Stablohm 675; חוטי ניכרום מצופים פורמבר (קוטר חיצוני 25 ומיקרו; מ)</td></tr> <tr><td>מיקרו-מחברים</td><td>Ginder Scientific, Nepean, אונטריו, קנדה</td><td></td><td>GS18PLG-220 (תקע) & GS18SKT-220 (שקע לבניית ראש)</td></tr><tr><td>Cannulae</td><td>Henke Sass Wolf, טוטלינגן, גרמניה</td><td></td> תמיסת זהב <td>0.4 x 20 מ"מ / 27 Gx3/4 אינץ'</td></tr> <tr><td>לציפוי</td><td>Neuralynx, Bozeman, MT, ארה"ב</td><td></td><td>SIFCO Process זהב שאינו ציאניד, קוד 5355</td></tr><tr><td>פתרון לאמבט קולי</td><td>Alconox, Inc., ניו יורק, ארה"ב</td><td>1304</td><td>Tergazyme</td></tr><tr><td>דבק מוליך</td><td>Henkel Loctite</td><td></td><td>LOCTITE 3888 ברגי נירוסטה במילוי כסף, מוליך, דבק</td></tr><tr><td></td><td>J.I. מוריס, סאות'ברידג', MA, ארה"ב</td><td></td><td>F0CE125 ברגים מיניאטוריים עם הקשה עצמית, אורך גוף 1/8 אינץ'</td></tr><tr><td>צמנט שיניים לריפוי קל</td><td>ואן דר ון דנטל, דיסבורג, גרמניה</td><td></td><td>Omniceram Evo Flow A2</td></tr><tr><td>יחידת ריפוי אור</td><td>ואן דר ון דנטל, דיסבורג, גרמניה</td><td></td><td>Jovident Excelled 215 Curing Light (יחידת ריפוי אור LED אלחוטית)</td></tr> <tr><td>מגברי מסנן</td><td>npi אלקטרוני GmbH, גרמניה</td><td>DPA-2FS</td><td></td></tr><tr><td>ממיר A/D</td><td>קיימברידג' עיצוב אלקטרוני, קיימברידג', בריטניה</td><td>כוח 1401</td><td></td></tr><tr><td>תוכנת Spike2</td><td>קיימברידג' עיצוב אלקטרוני, קיימברידג', בריטניה</td><td></td><td>גרסה 7.06a</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>The Mathworks, Natick, MA, ארה"ב</td><td></td><td>R2012a</td></tr></tbody></table>

הקלטת הפוטנציאלים הפעולה &#39;יחיד נוירונים מחופשיות העברת יונים על פני שלושה שלבים של למידה

Recording Single Neurons' Action Potentials from Freely Moving Pigeons Across Three Stages of Learning

בעוד הנושא של למידה משך עניין עצום ממדענים הן התנהגותיות ועצביים, רק מעטים יחסית חוקרים הבחינו בפעילות היחיד נוירון ואילו בעלי החיים רוכשים תגובה מותנית operantly, או כאשר התגובה כי הוא כבה. אבל גם במקרים אלה, תקופות תצפית בדרך כלל להקיף שלב אחד בלבד של למידה, כלומר רכישה או הכחדה, אך לא את שניהם (החריגים כוללים פרוטוקולי העסקת למידת היפוך; לראות Bingman אח&#39; 1 לירושלים.). עם זאת, רכישה והכחדה כרוכה במנגנונים למידה שונים ולכן הם צפויות להיות מלווה בסוגים ו / או לוקוסים של פלסטיות עצבית שונים. בהתאם לכך, פיתחנו פרדיגמה התנהגותיות שמכונים שלושה שלבים של לימוד בישיבה התנהגותיות יחידה ושהוא גם מתאים להקלטה בו זמנית של פוטנציאל הפעולה בתאי העצב בודד. בעלי חייםמחדש מאומן במשימה בחירה כפויה יחיד מרווח אשר דורשת מיפוי כל אחת משתי תגובות אפשריות לבחירת ההצגה של גירויים שונים רומן חזותי (רכישה). לאחר שהגיע לקריטריון ביצועים מוגדר מראש, אחד משתי תגובות הבחירה הוא כבר לא מחוזק (הכחדה). בעקבות מפחית מסוים ברמת ביצועים, תשובות נכונות חזקו שוב (רכישה מחדש). באמצעות סט חדש של גירויים בכל פגישה, בעלי חיים יכולים לעבור את תהליך רכישת הכחדה-הרכישה מחדש שוב ושוב. כי כל שלושת השלבים של למידה מתרחשים בפגישה התנהגותיות יחידה, פרדיגמה היא אידיאלית לתצפית בו זמנית של פלט spiking של נוירונים בודדים מרובים. אנו משתמשים ביונים כמערכות מודל, אך המשימה יכולה בקלות להיות מותאמת לכל מין אחר מסוגל ללמוד אפליה מותנית.

התנהגות איור 4 א מציג את הביצועים ההתנהגותיים של בעלי חיים במושב דוגמא אחת. רמת הביצועים של בעלי החיים מגיעה לקריטריון לNS 2 בתוך 180 ניסויים (45 מצגות גירוי) והוא קרוב לNS 1 100% מההתחלה. אסטרטגיה זו - מגיב ראשון אותו המפתח עבור שני הגירויים החדשים, ולאחר מכן התאמת תגובות לאחד מהגירויים - הוא כ נצפה לעתים קרובות כאקראי ראשוני להגיב לשני NS. בפגישה זו, NS 2 נבחר באופן אקראי לעבור הכחדה, כלומר את כל ...

למידת עמותות בתגובה לגירוי חדשות עוסקת במגוון רחב של תהליכים עצביים המשתקפים סופו של דבר בשינוי תפוקת ספייק של נוירונים בודדים. כאן אנו מתארים פרוטוקול התנהגותי מאפשר רישום הרציף של פעילות היחיד נוירון ואילו בעלי חיים לרכוש, לכבות, ולרכוש מחדש תגובה מותנית בהפעלה ניסיונית אחת.

While the subject of learning has attracted immense interest from both behavioral and neural scientists, only relatively few investigators have observed ...

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא לאפיין את דפוסי התגובה של נוירונים בודדים, בעוד נסיין הניסוי מבצע מטלה של הבחנה חזותית הכוללת רכישה, הכחדה ורכישה מחדש של תגובות מותנות. ראשית, נסיין מנוסה מאומן להפיק אחת משתי תגובות בחירה אפשריות בעקבות הצגת אחד משני גירויים חזותיים שונים.לאחר שהבעל חיים מבצע באופן עקבי הבחנה בתגובה לאחד משני הגירויים באופן אקראי, הוא אינו מקבל יותר חיזוק. ברגע שהתגובה המותנית לגירוי זה נחלשה, התגובות מחוזקות שוב באופן רציף, מה שמוביל לרכישה מהירה של התגובה. התוצאות מראות שדפוסי התגובה של נוירונים בודדים משתנים בהדרגה בזמן שהבעל חיים עוסק במשימת הלמידה.היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות הוא ששלבי למידה שונים מיושמים בתוך סשן בודד שנמשך מספר שעות. הדבר מאפשר מעקב אחר פוטנציאלי הפעולה של נוירונים בודדים במהלך הלמידה. שיטה זו יכולה לספק תובנות לגבי המנגנונים העומדים בבסיס התנהגות אופרנטית אדפטיבית ברמת התא הבודד.כדי להתחיל בעיצוב אוטומטי (auto shaping), מקמו יונה בתא בדיקה שהותקן כפי שמתואר בפרוטוקול הטקסט המצורף. לאחר מכן, הציגו גירוי ויזואלי ראשוני למשך חמישה שניות במקש המרכזי. מיד עם סיום גירוי ההאתחלה או לאחר نقור אחד למקש התגובה, לפי הגורם המתרחש ראשון, כבו את תאורת המקש והעניקו את תגמול המזון על ידי הפעלת פשעת המזון למשך שתי שניות.שמרו על מרווח בין ניסויים ארוך יותר מזמן הצגת הגירוי. זמן זה נועד להקל על הלמידה. גירוי האתחול ישמש שוב כאישור האתחול וכמפתח בחירה במשימה הסופית.ברגע שהחיה מגיבה בלפחות 85% מהניסויים, הקטינו את הרווח בין הניסויים באופן הדרגתי עד ל-10 שניות ואת זמן ההצגה לשתי שניות. הגבירו את מספר התגובות הנדרשות לחיזוק לשלוש. הגבירו את מספר הניסויים הכולל ליום כדי שהחיה תאומן למשך כשעה אחת.חזור על שלבי אימון אלו עבור מקשי התגובה השמאלי והימני עד לקבלת תגובה עקבית לגירוי האתחול עבור כל המקשים. בצע ניסיונות לסירוגין עבור המקשים השמאלי, הימני והמרכזי באופן אקראי; כעת הצג תחילה את גירוי האתחול במרכז, ועם קבלת תגובה, הצג את גירוי האתחול באחד ממקשי הצד. אין לחזק את התגובה למקש המרכזי.החליפו באופן אקראי בין צדי המקשים שחוזקו מניסוי לניסוי. אם אין תגובה למקש המרכזי לאחר חמישה שניות, סיימו את הניסוי. שלב אימון זה נמשך כ三天 שלושה ימים לאחר אתחול ה-STI.הציגו שני גירויים חדשים, שישמשו מאוחר יותר כגירויים מוכרים במטלה הסופית, וחזרו על שלבי ה-autos shaping עם הגירויים כדי להשיג תגובה לגירויים המוכרים. אימון על הגירויים החדשים יניב בדרך כלל תגובות נכונות תוך ארבעה ימים. הדליקו רק את מקש הבחירה שנכון עבור הגירוי המוכר הנתון.שלב אימון זה אמור להימשך כמעט שבוע מרגע שהנבדק מפגין ביצועים עקביים עם לפחות 85% תגובות למקש הצד הנכון. יש להכניס ניסיונות של בחירה חופשית שבהם שני מקשי הצד מוארים במהלך שלב הבחירה. תגובה לצד הנכון תחוזק באמצעות מזון למשך שתי שניות.לאחר תשובות שגויות כיבו את תאורת החדר למשך שתי שניות. אם לא ניתנה תשובה תוך שלוש שניות, הגדירו את התוכנית כך שתסיים את הניסוי ותפעיל מחדש את מרווח הזמן בין הניסויים (inter trial interval). שלב אימון זה אמור להימשך כשבועיים.העלה בהדרגה את חלקם של ניסיונות הבחירה החופשית מ-20% ל-100% במהלך האימון. אם הנבדק משיג דיוק הגבוה מ-90% בניסיונות הבחירה החופשית, הפחת את ההסתברות לקבלת גמול עבור תגובות נכונות ל-0.5, ובמקביל הגדל את מספר הניסיונות לכל סשן ל-1000. אין לשנות את הפרמטרים מדי יום, אלא לבחור אותם באופן גמיש.בהתאם לרמת הביצוע של הנבדק. שלב אימון זה נמשך כארבעה שבועות. יוניים הם באופן טבעי נאוphobic (חוששים מחידושים) ויהססו לנקר גירויים שאינם מוכרים להם.לפיכך, חזרו על עיצוב אוטומטי עבור מגוון רחב של גירויים חזותיים שונים. עם השלמת האימון, ניתן לבצע את משימת בחירת הכוח ברווח יחיד הסופית עם גירויים חדשים תחת תנאי חיזוק שונים. במהלך שלב החימום, אפשרו לנבדק לבצע 50 ניסיונות עם הגירויים המוכרים.קבעו את ההסתברות לתגמול עבור גירויים אלו להיות נמוכה מאחד לאורך כל השלבים, כדי למנוע אובדן מוטיבציה להגיב במהלך שלב הרכישה. התניאו באופן אקראי בין ניסויים עם הצגת הגירויים המוכרים לבין הגירויים החדשים, הקצו מקשי תגובה שונים כנכונים עבור שני הגירויים החדשים, וחזקו כל תגובה נכונה. חשבו את אחוז התגובות הנכונות כממוצע נע על פני 120 הניסויים האחרונים.הרכישה נחשבת לשלמה ברגע שהביצוע עבור כל גירוי חדש עולה על 85% לאחר ביצוע לפחות 150 ניסיונות במהלך שלב ההכחדה. הפסק את חיזוק התגובות הנכונות ואת הענשת התגובות השגויות עבור גירוי חדש אקראי. התחל את שלב הדרישה כאשר התגובה היא נכונה.כאשר התגובה לגירוי ההכחדה יורדת מתחת ל-60% והחיה השלימה לפחות 150 ניסיונות סך הכל בשלב זה. במהלך שלב הרכישה מחדש, חזק תגובות נכונות והענש תגובות שגויות לגירוי ההכחדה, כפי שנעשה במהלך שלב הרכישה. סיים את הסשן כאשר הביצועים עבור גירוי זה יעלו על 85% והחיה תבצע לפחות 150 ניסיונות בשלב זה.השתילו אלקטרודות. לאחר שהבעלי חיים ישלימו את תהליך הרכישה, ההכחדה והרכישה מחדש מספר פעמים, השתמשו בזוג חדש של גירויים חדשניים לכל סשן, והזיזו את האלקטרודות לפחות 125 micrometers או חצי סיבוב של בורג ההנעה לפני התחלת העבודה. אם לא נצפו פוטנציאלי פעולה עם יחס אות לרעש מספיק, הפסיקו את הסשן והחזירו את בעל החיים לכלוב הבית לפני ניסיון חוזר למחרת.באמצעות תוכנת ניתוח לא מקוונת (offline), החילו מסנני חסימה של פס (Ban pass filter) לכל הערוצים בתדרים שבין 500 ל-5,000 hertz עם שיפועי חסימה תלילים, חלצו ספייקים (spikes) באמצעות ספי שамפליטודה ומיינו אותם ידנית באמצעות ניתוח רכיבים עיקריים (principle component analysis). קוד MATLAB שנכתב במיוחד למיון התוצאות זמין ב-MATLAB central file exchange. יחידה בודדת (single unit) המבודדת היטב צריכה להופיע כצביר מופרד בבירור.במרחב הרכיבים הראשיים אין סימן ליחידות מרובות כאשר כל אורכי הגל ההס recordings מוערכים ומוצגים כמפת חום. אמפליטודות של צורת גל של שיאים המפוזרים באופן סימטרי מעידות על הקלטה יציבה לאורך הסשן, כפי שניתן לראות מאמפליטודת שיא ללא שינוי, או אירועי ספייק בודדים או מעטים מאוד המתרחשים במהלך תקופת הרפרקטוריות של הספייק הקודם, ויחס אות לרעש של לפחות שניים.בצעו בדיקה של הערוצים הגולמיים במצב offline כדי לזהות ארטיפקטים הקשורים לתנועה, והסירו ערוצים במידת הצורך. בדקו אפשרות לארטיפקטים חשמליים המתרחשים בזמן נקירה במקשים, באמצעות בחינת היסטוגרמת הזמן של מספר הספייקים ביחס לכל נקירה רשומה במקש.ארטיפקטים הנגרמים מניקור יופיעו כשיא בהיסטוגרמה בטווח זמן של 50 מילישניות, כאשר ערך אפס ישמש כגרף בדיקה נוסף. גלי החשמל של כל אירועי הספייק שנרשמו בתוך 20 מילישניות מניקור בודד יישמרו בנפרד ויושוות לגלי ספייק שזוהו מחוץ לחלון זמן זה. נתונים התנהגותיים אלו עבור חיה אחת שביצעה את משימת בחירת הכוח במרווח יחיד מראים 100% בחירות נכונות מתחילת האימון עבור גירוי חדש אחד, והגעה לביצועי קריטריון עבור גירוי חדש שני בתוך 180 ניסיונות במפגש זה; גירוי חדש שני נבחר באופן אקראי להכחדה, כלומר שכל הבחירות בעקבות גירוי זה אינן מקבלות יותר גמול או ענישה במהלך ההכחדה.הביצועים יורדים עבור גירוי ההכחדה, אך נשארים גבוהים עבור הגירוי החדש השני. רמת הקריטריון להכחדה מושגת בניסוי 370, ברגע שתגובות נכונות ושגויות מחוזקות שוב ונענשות במהלך הרכישה מחדש. קריטריון הביצועים של 85% מושג בניסוי 402.דפוס התגובה של יחידה אחת ב-needle pale co נרשםה במקביל בזמן שהחיה ביצעה את המשימה. משימה זו מראה אפנון של התגובה במהלך הצגת גירוי חדש. בשלב הרכישה, היחידות מגיבות בעוצמה לגירוי חדש שני.בשלבים מוקדמים של הלמידה, חלה השפעה מועטה על הפעילות העצבית במהלך שלבי ההכחדה והרכישה מחדש. כמו כן, נרשמת תגובה מועטה לגירוי חדש במהלך המפגש.יחידה נוספת מגיבה במהלך תנועות ימינה אך לא שמאלה, דבר המרמז על קידוד תחושתי-מוטורי. לאחר צפייה בסרטון זה, צריכה להיות לכם הבנה טובה לגבי האופן שבו מאמנים בעלי חיים שלב אחר שלב לביצוע משימת בחירה כפויה במרווח יחיד עם תבניות חיזוק דינמיות. טכניקה זו תסלול את הדרך לחוקרים בתחום הלמידה והזיכרון לחקור את הארגון מחדש של רשתות עצביות במהלך סוגים שונים של למידה ברמה של תא בודד.

recording-single-neurons-action-potentials-from-freely-moving-pigeons

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

לא פולשני מדידות של דפוסי פעילות עצבית להתנהג בחופשיות בעלי חיים מתקבלים על ידי שילוב של הקלטות neurophysiological עם videography במהירות גבוהה.

הקלטות של הפעלת מעגלים עצביים מתנהגת בחופשיות בעלי חיים

בדו"ח זה, אנו מציעים מערכת אוטומטי לחלוטין תכליתי מאוד המסוגל בו זמנית בדיקות רב קוגניטיביים התנהגויות ורישום הפעילות העצבית של מכרסמים.

מערכת אוטומטי לחלוטין תכליתי מאוד עבור בדיקת ריבוי פונקציות קוגניטיביות ורישום פעילות עצבית במכרסמים

סרטון זה מדגים הקלטה של אותות מוחיים מחזרזיר הנע בחופשיות. מנקים את ראשו של חזרזיר, והאלקטרודות מחוברות. אלקטרודות אלה מחוברות לאחר מכן ליחידת טלמטריה. ההתקנה מאובטחת בגומי סיליקון. חזרזיר מותר להתאקלם לפני הקלטת נתונים.

הקלטת אותות מוחיים מחזרזירים הנעים בחופשיות

מקור: Moore, J. D., et al.  ניטור ולוקליזציה של נוירונים בודדים בתוך מבני מוח תת-קורטיקליים של חולדות ערניות ומרוסנות ראש. J. Vis. Exp. (2015)סרטון זה מדגים את השיטה של רישום וצביעה בחולדה מאופקת וערה ההליך כולל הקלטת אותות מנוירונים והזרקת צבע כדי למקם במדויק את אתר ההקלטה. טכניקה זו מאפשרת מיפוי מדויק של הפעילות העצבית למבנה האנטומי של המוח.

רישום וצביעה צמודים למיפוי מדויק של פעילות עצבית בחולדה ערה 

השתלת מערכים מאורגנים של microwires לשימוש בקלטות אלקטרו יחידה אחת מציגה מספר האתגרים טכניים. שיטות לביצוע טכניקה זו ואת הציוד הדרוש מתוארות. כמו כן, השימוש מועיל של מערכי Microwire מאורגנים להקליט מאזורי משנה עצביים שונים עם סלקטיביות מרחבית גבוהה נדון.

הליך השתלת מערכים מאורגנים של Microwires להקלטות יחידה אחת בAwake, מתנהגת בעלי חיים

פרוטוקול זה מתאר תכנון והשתלה כירורגית של מנגנון ריסון ראש לניטור פעילות עצבית במבני מוח תת-קורטיקליים בחולדות ערניות.  הוא מתאר נהלים לבידוד נוירונים בודדים בתצורה הסמוכה ולזיהוי יעיל של מיקומם האנטומי.

ניטור Juxtacellular והלוקליזציה של Single נוירונים בתוך מבנים מוחיים תת-קליפת המוח של התראה, חולדות-מרוסן ראש

הקלטות ארוכות טווח תאיים בו זמנית משני neuropiles המוח שונה או שני קטעים אנטומיים שונים הוקמו בדבורי דבש. הקלטות אלה מאפשרות החקירה של היבטים זמניים של עיבוד עצבי על פני אזורים שונים במוח בנוירון הבודד, כמו גם ברמת ההרכב בבעלי חיים מתנהגים.

הקלטות ארוכות טווח בו זמנית בשני שלבים עצביים עיבוד במתנהגים דבורי דבש

אנו מציגים שיטות לבניית אלקטרודות לרישום בו זמנית של פעילות עצבית חוץ-תאית ולשחרור חומרים נוירואקטיביים מרובים בקרבת אתרי ההקלטה בעכברים ערים. טכניקה זו מאפשרת ניתוח מפורט של קלטים סינפטיים מקומיים משוערים לנוירון המעניין.

הקלטה תאית של העצבית פעילות משולבת עם Microiontophoretic יישום של חומרי Neuroactive עכברי Awake

עיוורון שנה היא תופעה של תשומת לב ויזואלית, לפיה שינויים תצוגה חזותית מבחינים בנסיבות מסוימות ספציפיות. פרוטוקול זה מתאר וריאציה על הפרדיגמה הבהוב על חקירת עיוורון שנה זו מתאימה ויעילה למחקר עם יונים.

שיטה של חוקרים עיוורון שנה ביונים (ליוויה יונה)

פרוטוקול זה מציג שיטה להדמיית פעילות אוכלוסיה עצבית עם רזולוציה של תא יחיד במינים לא מהונדסים של חוליות באמצעות צבעים רגישים למתח ספיגה ומערך פוטודיודות. גישה זו מאפשרת זרימת עבודה מהירה, שבה ניתן לבצע הדמיה וניתוח במהלך יום אחד.

הדמיה אופטית מבוססת פוטודיודה להקלטת דינמיקה ברשת עם רזולוציית נוירון יחיד בבלתי חוליות לא מהונדסים

פרוטוקול זה מתאר שיטה להשגת הקלטות של נוירון יחיד בצפיפות גבוהה מגזע המוח של עכברים בעלי ראש קבוע. גישה זו מיושמת כדי למדוד את פוטנציאל הפעולה של ירי נוירונים באפור פריאקוודוקטלי וונטרולטרלי - אזור בגזע המוח שאינו פעיל במהלך שנת REM (Rapid Eye Movement) - לפני ובמהלך הרדמה כללית.

הקלטות חד-אלקטרודות חד-אלקטרודות חד-פעמיות חריפות מגזע המוח של עכברים בעלי ראש קבוע

חקור דפוסי תגובה של נוירונים בודדים במשימת הבחנה חזותית הכוללת רכישה, הכחדה ורכישה מחדש של תגובות מותנות. שיטה זו מאפשרת מעקב אחר פוטנציאלי פעולה לאורך שלבי למידה שונים בזמן אמת.

הקלטת הפוטנציאלים הפעולה 'יחיד נוירונים מחופשיות העברת יונים על פני שלושה שלבים של למידה

גלה סרטונים נוספים