Abbiamo sviluppato un'unica piattaforma per tracciare il comportamento degli animali durante due attività di apprendimento associativo dipendenti dalla fibra di arrampicata. Il design a basso costo consente l'integrazione con esperimenti optogenetici o di imaging diretti verso l'arrampicata dell'attività cerebellare associata alle fibre.
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Articolo metodologico
Una piattaforma flessibile per il monitoraggio dell'apprendimento associativo sensoriale dipendente dal cervelletto
In questo articolo
Sommario
Abstract
Gli input di fibre rampicanti alle cellule di Purkinje forniscono segnali istruttivi critici per l'apprendimento associativo dipendente dal cervelletto. Lo studio di questi segnali in topi fissi facilita l'uso di metodi di imaging, elettrofisiologici e optogenetici. Qui, è stata sviluppata una piattaforma comportamentale a basso costo (~ $ 1000) che consente il monitoraggio dell'apprendimento associativo in topi fissi a testa che locomotano liberamente su una ruota da corsa. La piattaforma incorpora due paradigmi di apprendimento associativo comuni: il condizionamento dell'eyeblink e il condizionamento dello startle tattile ritardato. Il comportamento viene monitorato utilizzando una telecamera e il movimento della ruota da un rilevatore. Descriviamo i componenti e la configurazione e forniamo un protocollo dettagliato per la formazione e l'analisi dei dati. Questa piattaforma consente l'incorporazione della stimolazione optogenetica e dell'imaging a fluorescenza. Il design consente a un singolo computer host di controllare più piattaforme per addestrare più animali contemporaneamente.
Introduzione
Il condizionamento pavloviano dell'associazione sub-seconda tra stimoli per suscitare una risposta condizionata è stato a lungo utilizzato per sondare l'apprendimento cerebellare-dipendente. Ad esempio, nel classico condizionamento ritardato dell'occhio (DEC), gli animali imparano a fare un battito di ciglia protettivo tempestivo in risposta a uno stimolo condizionale neutro (CS; ad esempio, un lampo di luce o un tono uditivo) quando è accoppiato ripetutamente con uno stimolo incondizionato (US; ad esempio, un soffio d'aria applicato alla cornea) che provoca sempre un battito di ciglia riflesso, e che arriva alla fine o vicino alla fine del CS. La risposta appresa è ....
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Protocollo
I protocolli sugli animali qui descritti sono stati approvati dai comitati per la cura e l'uso degli animali dell'Università di Princeton.
1. Impostazione del CFS
- Collegare il cavo CSI (Camera Serial Interface) alla telecamera Raspberry NoIR V2 e alla porta della telecamera sull'SBC.
- Scaricare il sistema operativo per l'SBC sul computer host. Scrivere l'immagine del sistema operativo su una scheda micro secure digital (microSD).
NOTA: le istruzioni dettagliate per queste procedure per un SBC Raspberry Pi sono disponibili altrove23. Il sistema è stato testato utilizzando i segue....
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Risultati
Flusso di lavoro per esperimenti e analisi DEC
Una corretta selezione dei parametri sperimentali è importante per il successo dell'allenamento di condizionamento ritardato dell'occhio (DEC). Per i dati qui presentati, la GUI è stata utilizzata per scegliere una durata CS di 350 ms e una durata STATUNITENSE di 50 ms. Questo accoppiamento si traduce in un intervallo inter-stimolo di 300 ms: abbastanza lungo da prevenire la produzione di CR a bassa ampiezza10 e abbastanza breve da.......
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Discussione
La piattaforma con i protocolli associati qui descritti può essere utilizzata per tracciare in modo affidabile il comportamento animale in due attività di apprendimento associativo sensoriale. Ogni compito dipende dalla comunicazione intatta attraverso il percorso in fibra di arrampicata. Nel progetto qui descritto, incorporiamo elementi per facilitare l'apprendimento e la registrazione / perturbazione della risposta cerebellare. Questi includono una ruota per consentire la locomozione libera
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse da divulgare.
Ringraziamenti
Questo lavoro è supportato da sovvenzioni del National Institutes of Mental Health NRSA F32 MH120887-03 (a G.J.B.) e R01 NS045193 e R01 MH115750 (a S.S-H.W.). Ringraziamo i dottori Bas Koekkoek e Henk-Jan Boele per le discussioni utili per l'ottimizzazione della configurazione DEC e i dottori Yue Wang e Xiaoying Chen per le discussioni utili per ottimizzare la configurazione DTSC.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Base rapida "B" per C & B METABOND - Flacone da 10 mL | Parkell | S398 | Solvente per cemento dentale |
| "C" Catalizzatore TBB universale - 0,7 mL | Parkell | S371 | Catalizzatore |
| #8 Rondelle | Thorlabs | W8S038 | Rondelle |
| 0,250" (1/4") x 8,00" Albero di precisione in acciaio inossidabile | Servocity | 634172 | albero da 1/4" |
| 0,250" (0,770") Mozzo di serraggio | Servocity | 545588 | Mozzo di serraggio |
| Accoppiatore per albero a vite da 1/4" a 6 mm - Confezione da 5 | Actobotics | 625106 | Manicotto di accoppiamento albero |
| 1/4"-20 Viti a testa cilindrica, 3/4" Long | Thorlabs | SH25S075 | Bullone da 1/4" |
| 100 pezzi 5 mm 395– 400 nm UV ultravioletto LED luce emettitore diodo chiaro lente rotonda 29 mm cavo lungo (DC 3V) LED luci +100 pz resistori | EDGELEC | ED_YT05_U_100Pcs | CS LED |
| Cavo da 2 m Micro HDMI a DVI-D - M/M - Cavo da 2 m Micro HDMI a DVI - 19 pin HDMI (D) Maschio a DVI-D Maschio - 1920 x 1200 Video | Star-tech | HDDDVIMM2M | Raspberry Pi4B al cavo monitor |
| 256 GB Ultra Fit USB 3.1 Flash Drive | SanDisk | SDCZ430-256G-G46 | Chiavetta USB |
| 3,3 V... 5 V 4 canali Convertitore di livello logico Modulo cambio bidirezionale | Amazon | B00ZC6B8VM | Traslatore di livello logico |
| 32 GB 95 MB/s (U1) microSDHC EVO Select Scheda di memoria | Samsung | Scheda microSD MB-ME32GA/AM | |
| Canale in alluminio da 4,50" | Servocity | 585444 | Canale in alluminio da 4,5" |
| CCTV Ir Illuminatore per visione notturna a infrarossi | Towallmark | SODIAL | Array di luce a infrarossi |
| 4 pezzi Il kit breadboard include 2 breadboard da 830 punti 2 pezzi da 400 punti per la distribuzione Proto Shield Blocchi di collegamento | REXQualis | B07DL13RZH | Breadboard |
| Switch di rete Ethernet non gestito Gigabit a 5 porte | TP-Link | TL-SG105 | Switch Ethernet |
| 5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ Alimentatore/Adattatore | Canakit | DCAR-RSP-2A5 | Alimentatore per Raspberry Pi 3B+ |
| 5-0 ETHILON NERO 1 x 18" C-3 | Ethicon | 668G | Suture |
| 6 mm Albero Encoder 2000 PPR Pushpull Line Driver Uscita universale Uscita Line Driver 5-26 V dc Alimentazione | Calt | B01EWER68I | Encoder rotativo |
| Ø Perno ottico da 1/2", SS, vite di fermo 8-32, maschio da 1/4"-20, L = 1", confezione da 5 | perni ottici | Thorlabs | TR1-P5 |
| Ø Perno ottico da 1/2", SS, vite di fermo 8-32, maschio da 1/4"-20, L = 2", confezione da 5 | perni ottici | Thorlabs | TR2-P5 |
| Ø Perno ottico da 1/2", SS, vite di fermo 8-32, maschio da 1/4"-20, L = 4", confezione da 5 | perni ottici | Thorlabs | TR4-P5 |
| Ø Perno ottico da 1/2", SS, vite di fissaggio 8-32, rubinetto da 1/4"-20, L = 6", confezione da 5 | perni ottici | Thorlabs | TR6-P5 |
| Ø Supporto per palo da 1/2", vite a testa zigrinata con bloccaggio esagonale caricato a molla, L = 2" | Thorlabs | PH2 | Supporto per palo ottico |
| Adattatore-062-M X LUER LOCK-F | The Lee Co. | TMRA3201950Z | Adattatore luer per elettrovalvola |
| Rullo in schiuma Aeromat Dimensioni: 36" Lunghezza | Aeromat | B002H3CMUE | Rullo in schiuma |
| Breadboard in alluminio 10" x 12" x 1/2", 1/4"-20 Rubinetti | Thorlabs | MB1012 | Breadboard in alluminio |
| Amazon Basics Cavo adattatore da HDMI a DVI, nero, 6 piedi, confezione da 1 | Amazon | HL-007347 | Raspberry Pi3B+ per monitorare il cavo |
| Arduino Uno R3 | Arduino | A000066 | Arduino Uno (scheda microcontrollore) |
| Arduino Due | Arduino | A000062 | Arduino Due (scheda microcontrollore) |
| Alimentatore da banco, singolo, regolabile, 3 uscite, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A | Tenma | 72-8335A | Alimentatore |
| Lastra acrilica colata trasparente resistente ai graffi e ai raggi UV, 12" x 24" x 1/8" | McMaster Carr | 8560K257 | Piastra acrilica |
| Driver per motori passo-passo CNC 1.0– 4.2 A 20– Risoluzioni a 50 V CC 1/128 Micro-Step per motori passo-passo Nema 17 e 23 | Driver per motori passo-passo | online | B06Y5VPSFN |
| Regolatore compatto per aria compressa, scarico in linea, alloggiamento in ottone, 1/4 NPT | McMaster Carr | 6763K13 | Regolatore della sorgente d'aria |
| Cotton Swab | Puritan | 806-WC | Cotton fioc |
| Dell 1908FP Monitor a schermo piatto da 19" Dell 1908FPC - 1908FPC | Dell | 1908FPC | Cavo flessibile per monitor |
| Raspberry Pi | Adafruit | 2144 | cavo di interfaccia seriale per fotocamera |
| Motore passo-passo bipolare Nema 17 ad alta coppia 92 oz· in/65 N· cm 2.1 A Motore estrusore | passo-passo Online | 17HS24-2104S | Motore passo-passo |
| Isoflurano | Henry Schein | 66794001725 | Isoflurano |
| Krazy Maximum Bond Colla permanente, 0.18 oz. | Krazy Glue | KG483 | Colla cianoacrilica |
| Lidocaina HCl | VetOne | 510212 | Lidocaina |
| Dado esagonale in acciaio a bassa resistenza, grado 2, zincato, filettatura 1/4"-20 McMaster | Carr | 90473A029 | Dadi |
| M3 x 50 mm Chiavi esagonali parzialmente filettate Viti a testa cilindrica 10 pz | Uxcell | A16040100ux1380 | Bullone M3 |
| NEMA 17 Supporto | per motore passo-passoACTOBOTICS | 555152 | Supporto per motore passo-passo |
| Alimentatore ufficiale Raspberry Pi 5,1 V 3 A con USB C - 1,5 m di lunghezza | Adafruit | 4298 | Alimentatore per Raspberry Pi 4B |
| Optixcare Dog & Gel lubrificante lubrificante Cat Eye, tubo da 0,70 once | Optixcare | 142422 | Unguento oftalimico |
| Cuscinetto a sfere di precisione in acciaio inossidabile, schermato, codice commerciale R188-2Z, 13000 giri/min Velocità massima | McMaster-Carr | 3759T57 | Cuscinetto |
| Premium Cavi per ponticelli femmina/femmina - 40 x 6" | Adafruit | 266 | fili |
| Cavi per ponticelli di "estensione" Premium femmina/maschio - 40 x 6" (150 mm) | Adafruit | 826 | Fili |
| Premium Maschio/Maschio Ponticelli - 40 x 6" | Adafruit | 758 | Fili |
| Radiopaco L-Powder per C& B METABOND - 5 g | Parkell | S396 | Polvere di cemento dentale |
| Raspberry Pi (3B+ o 4B) | Adafruit | 3775 o 4295 | Raspberry Pi |
| Raspberry Pi NoIR Modulo fotocamera V2 - 8MP 1080P30 | Raspberry Pi Foundation | RPI3-NOIR-V2 | Raspberry NoIR V2 |
| Staffa ad angolo retto, 1/4" (M6) Svasatura Staffa, 8-32 Rubinetti | Thorlabs | AB90E | Staffa |
| ad angolo rettoMorsetto ad angolo retto per Ø 1/2" Alberi, 3/16" Hex | Thorlabs | RA90 | Morsetto ottico ad angolo retto |
| Morsetto terminale ad angolo retto per Ø 1/2 "Post, 1/4" -20 perno e 3/16" esagonale | Thorlabs | RA180 | morsetto terminale ad angolo retto |
| RJ45 Cat-6 Ethernet Patch Internet Cavo Amazon | CAT6-7FT-5P-BLU | Cavo Ethernet | |
| Morsetto rotante per Ø 1/2" Post, 360° Regolabile in continuo, 3/16" esagonale | Thorlabs | SWC | Morsetti ottici rotanti |
| Spike & Tenere il driver-0.1 A 5 MS | The Lee Co. | IECX0501350A | Driver per elettrovalvola |
| Adattatore base girevole | Thorlabs | UPHA | Adattatore per supporto per palo |
| Cavo USB 2.0 A-Maschio a Micro B, 6 piedi | Amazon | 7T9MV4 | Cavo micro da USB2 tipo A a USB2 |
| Cavo per stampante USB 2.0 - Da A-Maschio a B-Maschio, 6 piedi (1,8 m) | Amazon | B072L34SZS | Cavo da USB2 tipo B a USB2 tipo A |
| VHS-M/SP-12 V | The Lee Co. | INKX0514900A | Elettrovalvola |
| in acciaio zincato 1/4" rondella, OD 1.000" | Rondelle McMaster Carr | 91090A108 |
Riferimenti
- 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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Ristampe e permessi
