方法論記事

知覚と学習を研究するためのツールと​​しての電気生理学的皮質の記録と刺激と組み合わせたシャトル・ボックストレーニング

DOI：

10.3791/53002

⸱

2015年10月22日

 ,  , 
1Leibniz Institute for Neurobiology, Magdeburg, Germany, 2Otto-von-Guericke University, Magdeburg, Germany, 3Center for Behavioral Brain Sciences (CBBS), Magdeburg, Germany

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

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シャトルボックス回避学習、行動神経科学においてよく確立されています。このプロトコルは、げっ歯類での学習シャトルボックスは、サイト固有の電気皮質内微小刺激（ICMS）と学習と知覚の複数の側面を研究するためのツールとして、in vivoでの録音での同時慢性と組み合わせることができる方法について説明します。

要約

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シャトルボックス回避学習は、行動神経科学ではよく確立された方法であると実験のセットアップは、伝統的にカスタムメイドしました。必要な機器は、いくつかの商業企業が利用できるようになりました。サイト固有の電気皮質内微小刺激（ICMS）と同時慢性電気生理学的in vivoでの録音と組み合わせて、（Meriones unguiculatusここスナネズミ）このプロトコルは、げっ歯類でパラダイムを学ぶ双方向シャトルボックス回避の詳細な説明を提供します。詳細なプロトコルが異なる齧歯類における学習行動と知覚の複数の側面を研究するために適用可能です。

ここで条件刺激として聴覚皮質回路の部位特異的ICMSは、特定の求心性、遠心性および皮質内の接続の知覚的関連性をテストするためのツールと​​して使用されます。別個の活性化パターンは、異なる刺激電極のARRを使用することによって誘発することができローカル、層依存ICMSまたは遠隔ICMSサイトのays。刺激戦略は行動的に検出し、顕著なシグナルを誘発するための最も効果的であると判断することができる行動の信号検出分析を利用します。さらに、異なる電極設計を用いた並列マルチチャンネル・レコーディング（など表面電極、深さ電極は、）は、学習過程の時間経過にわたって神経観測を調査することを可能にします。それは行動の設計の変更が認知複雑（例えば検出、差別、逆転学習）を増加させることができる方法を説明します。

概要

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行動神経科学の基本的な目的は、神経細胞の構造的および機能的特性、学習、知覚との間の特定のリンクを確​​立することです。認知と学習に関連する神経活動は、活動電位と、複数のサイトでの様々な脳構造における局所電場電位の電気生理学的記録によって研究することができます。 3 -電気生理学的記録は、一世紀以上のための神経活動と行動との相関関連、直接的な電気皮質内微小刺激（ICMS）を提供するのに対し、ニューロンとその行動と知覚的効果1の励起された集団の因果関係をテストするための最も直接的な方法でした。多くの研究は、動物は、インスタンスの網膜4、tに対して内刺激部位に応じて知覚タスクにおける電気刺激の様々な空間的および時間的特性を利用することができることを実証しています皮質のonotopic 5、または体部位6地域。皮質の電気的誘発活動の伝播は主に軸索繊維と皮質で、明らかに層に依存し7である、彼らの分散型シナプス接続2のレイアウトによって決定されます。 ICMSによって誘発される結果多シナプス活性化は、今後電界2,8,9の直接的影響よりもはるかに広く普及しています。皮質内微小刺激によって誘発される知覚的効果のしきい値が強く層依存8,10,11およびサイトに依存9することができます理由を説明。最近....

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プロトコル

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この仕事で提示すべての実験は、実験動物の保護のためにドイツの法律で定義された倫理基準に一致して実施しました。実験は、ザクセン・アンハルト州の状態の倫理委員会によって承認されました。

1.カスタムメイド微小刺激と記録するためのマルチチャネル電極アレイの

  1. カスタムメイド微小刺激配列
    1. ICMSを提供するために、3センチ、長テフロン絶縁ステンレス鋼線（絶縁されたØ= 50μm）を用いて、所望の空間デザイン（2チャンネルのここでの横方向の配列）で刺激電極を準備します。 図2を参照してください 。
    2. オスのピン方式（1.25 mmピッチ）への配線の一方の端を圧着します。
    3. （0.1654ミリメートルピッチ）のワイヤを案内する2垂直配向電子顕微鏡オブジェクトホルダーグリッド（〜5ミリメ​​ートルグリッドの距離）を介して垂直に〜0.5mm以上〜0.7ミリメートルの電極間距離のパス配線と2チャンネルアレイの場合。
    4. 約4mm、最終的に電極チップとして機能する配線の終末上記歯科アクリルの小滴と一緒にのりワイヤ。
    5. プラグハウジングにオスのピンを入れてください。
    6. 電解液（例えば、0.9％塩化ナトリウム）と皿に電極を入れ、それぞれのインピーダンス測定装置（ 例えば 、FHCインピーダンスコンディ....

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結果

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このセクションでは、スナネズミにおけるシャトルボックス学習の代表的な例を示しています。被験者は、二つの刺激電極の間にICMS部位を区別するように訓練された聴覚皮質（ 図1および図2）に互いに離間して700ミクロンの移植。刺激アレイは、異なる空間の設計（ 図1）でカスタマイズすることができます。ここでは、2つのICMSサイトの識別は30 CS +とCS-それぞれ（ 図3A-C）のプレゼンテーションと3トレーニングセッション内で学習されました。これは、連続7トレーニングセッションを通してヒットと誤警報応答のCR率（ 図3B）の安定的な有意差で示されています。それに対応して、D 'は、これらのセッション（ 図3C）に> 1です。彼らは効果的な嫌悪無条件反応を反映しているように、米国に向けクイックエスケープ潜時は、基本的なもの。これは、200から足の衝撃強度を適応させることによって保証することができます＃181; A逃避潜時までの50μAのステップでは、（

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ディスカッション

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このプロトコルは、双方向嫌悪フットショック制御シャトルボックスシステムを使用して学習動物における同時部位特異ICMSマルチチャンネル電気生理学的記録の方法を記載します。プロトコルは、このような組み合わせのための技術的な重要な概念を強調​​し、フローティング電圧でgridfloorを残し、唯一の共通接地​​電極を介して動物を接地することの重要性を指摘しています。これらの動物における聴覚野の学習に関連したプラスチックの再編成が広く8,12,14,15,21,22研究されているとしてここでは、聴覚シャトルボックス学習はスナネズミに適用しました。それにもかかわらず、記載されたプロトコルは、インスタンスマウス16などの他のげっ歯類に若干の変更と適合させることができます。この点では、回復手術後の時間（2.17）、ハードル（2.1.1）の高さ、HIGすることができます個々の動物の足衝撃感度を、に関する種特異的適応を考慮することが重要ですHLY変数（3.1.3-3.1.6）。

プロトコルは、さらにカスタムメイドの電極設計は、同時電気生理学的多電極記録

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開示事項

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著者らは、開示することは何もありません。

謝辞

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仕事はDeustche Forschungsgemeinschaft DFGと神経生物学のためのライプニッツ研究所からの助成金によってサポートされていました。我々は、技術支援のためのマリア・マリーナZempeltziとキャサリンOHLに感謝します。

....

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
テフロン絶縁ステンレス鋼線カリフォルニア細線直径50µm 絶縁
ピンコネクタシステム付き Molex Holding GmbH5104702001.25 mm ピッチ PicoBlade
TEM グリッド クォンティフォイルサイエンス サービスEQ225-N27
歯科用アクリル PaladurHeraeus Kulzer64707938
ハンドヘルドドリル OmniDrill35WPI 
ケタミン 500mg/10mlレシオファームGmbH7538837
ロンプン 2%, 25mlバイエル バイタル5066.0
塩化ナトリウム 0.9%, 10mlB.Braun AG 
潤滑剤KYゼリージョンソン&ジョンソン
シャトルボックス E10-E15コールボーン・インスツルメンツH10-11M-SC
刺激発生器 MCS STG 2000マルチチャンネルシステム
プレクソン ヘッドステージケーブル 32V-G20プレクソン株式会社HSC/32V-G20
プレクソンヘッドステージ  32V-G20プレクソン株式会社HST/32V-G20
PBXプリアンプ 32チャンネルPlexon Inc.32PBXボックス
マルチチャンネルアクイジションシステムPlexon Inc.MAP 32/HLK2
Cryostate CM3050 SLeica Microsystems GmbH
信号処理カード Ni-DaqNational Instruments
Lab StandardTM Stereotaxic InstrumentsStoelting Co. 
オーディオアッテネーターg.pahg.pah Guger技術
クレシルバイオレットアセテートRoth GmbH7651.2
Roticlear Roth GmbHA538.1
酢酸ナトリウム三水和物Roth GmbH6779.1
カリウムヘキサシアノエラート(II) 三水和物Roth GmbH7974.2
二ナトリウム水素リン脂質二水和物Merck1,065,801,000
ICM インピーダンス調整モジュールFHC55-70-0
動物温度調節器世界の精密機器ATC2000
503599PRID00000772

参考文献

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  1. Cohen, M. R., Newsome, W. T. What electrical microstimulation has revealed about the neural basis of cognition. Current Opinion in Neurobiology. 14 (2), 169-177 (2004).
  2. Histed, M. H., Bonin, V., Reid, R. C. Direct acti....

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