ここで提示されている、頭部固定マウスのウィスカー信号によるまばたきコンディショニングのための調製物は、特定のウィスカを正確に刺激し、マウスが円筒形のトレッドミルで歩き回ることを可能にしています。ウィスカー刺激条件刺激(CS)と眼窩周囲衝撃無条件刺激(US)を組み合わせると、この装置で信頼性の高い連想学習が得られます。
方法論記事
ここで提示されている、頭部固定マウスのウィスカー信号によるまばたきコンディショニングのための調製物は、特定のウィスカを正確に刺激し、マウスが円筒形のトレッドミルで歩き回ることを可能にしています。ウィスカー刺激条件刺激(CS)と眼窩周囲衝撃無条件刺激(US)を組み合わせると、この装置で信頼性の高い連想学習が得られます。
まばたきの条件付けは、学習と記憶の根底にある神経メカニズムを調査するための一般的なパラダイムです。細胞レベルでの学習と記憶を研究するために利用可能な科学的手法の広範なレパートリーをより有効に活用するには、安定した頭蓋プラットフォームを持つことが理想的です。マウスは拘束を容易には許容しないため、通常、チャンバー内を自由に動き回りながら訓練されます。条件刺激(CS)および無条件刺激(US)の情報が配信され、マウスの頭部に接続されたテザーを介してまばたき反応が記録されます。ここで紹介する頭部固定装置では、マウスは実験を容易にするために頭部を固定したまま、マウスを好きなように走らせることができます。このトレーニング装置では、まばたき反応の信頼性の高いコンディショニングが得られ、CSとしてのウィスカー刺激、USとしての眼窩周囲電気ショックの配信、まぶたからの筋電図(EMG)活動の分析によるまばたき反応の検出が可能になります。
瞬目のコンディショニングは、パブロフの条件付けと連想学習と記憶の神経機構を調査するためのモデルシステムの一形態です。それは、ヒト、ウサギ、ネコ、ラット、およびマウスを含む様々な種において研究されています。パラダイムは、2つの対になった刺激の提示を含む:ニュートラル条件刺激(CS; 例えば 、音、光のフラッシュ、またはウィスカ刺激)、および顕著な無条件刺激(米国; 例えば 、目への空気パフを、または眼窩周囲ショック)。米国は無条件、反射的瞬目反応( すなわち 、UR)を誘発します。最終的には、対になったCS-USのいくつかのプレゼンテーションの後、被験者は、米国でCSを関連付けることを学びます。この学習は条件反応(CR)、米国のプレゼンテーションの前にCS単独によって誘発された瞬目の形で現れます。
トレース形式で瞬目のコンディショニングは、数時間の刺激のない間隔を含み、CSと米国( 図1)を分離undredミリ秒。それは刺激の偶発1の認識を必要とするので、トレースコンディショニングは、宣言的な学習の一形態です。時間的なギャップは、関連1-6になるために米国とCS用のために、このような海馬のような前脳領域ではCSの神経「トレース」を維持するために動物を必要とします。前脳領域に加えて、痕跡条件はまた、小脳7に依存しています。
瞬目のコンディショニングは、したがって、買収、統合、および検索を含むメモリの複数のファセットの調査のための有用なパラダイムです。瞬目条件付けの間、動物の対照群は、米国のプレゼンテーションだけではなく、学習したCS-US協会によって引き起こされる可能性がCSにpseudoconditioningまたは感作された応答をテストするランダムな順序で不対刺激が提示されます。
一般的に使用されるapparaTUSげっ歯類における瞬目のコンディショニングの調査のために齧歯類が訓練プロセス8-10の間、約自由に移動することが許可されているチャンバです。この種の装置では、テザーは、通常、げっ歯類の頭蓋骨に固定されているヘッドピースに取り付けられています。テザーは、米国(そして時にはCS)の送達のために、それらの刺激に対する動物の反応( すなわち、瞬目反応)10を送信することができます。テザー自体は配信刺激のタイプに基づいて修正されてもよいし、瞬目の応答を記録する方法。
瞬目のコンディショニングのために「自由に動く」係留マウスを使用する理由は、マウスが拘束闘いということです。他の種の拘束により適してもよいが、瞬目条件付け実験において、マウスを使用することの主な利点は、利用可能な遺伝的に改変された変異株の大部分はマウス系統であることです。苦労に加えて、完全な解像度マウスのtraintは、急性苦痛になります。応力を最小限にヘッド固定マウスの調製は、瞬目のコンディショニング中に得られる生体情報を増加させます。例えば、このシステムは、2光子顕微鏡11と皮質ニューロンの画像化を可能にします。
頭部固定製剤は、また、マウス11における瞬目のコンディショニングのためのプラットフォームとして、四極アレイ、二光子カルシウムイメージングで齧歯類の脳の生体内電気生理学的記録に 、取り外し可能な頭蓋インプラントを介して皮質の光学的画像化のために、前の実験で使用されています-16。
頭部固定システムでは、信頼性の刺激と記録は、マウス( 図2)を完全に拘束することなく確保されています。自在移動系で使用されるようなヘッドピースは、マウスの頭蓋骨に固定されています。トレーニング中に、ヘッドピースは、上バーに取り付けられているコネクタに取り付けられていますげっ歯類の頭( 図2A)を安定化するために、円筒状のトレッドミル。円筒状のトレッドミルは、マウスを快適に休息することができますが、マウスがそう望む場合、また、それを実行するか、歩くことができます。このシステムを使用することで、マウスはCSや米国のような穏やかな眼窩周囲の電気ショックなどのウィスカー振動( 図1)を用いて訓練することができます。米国は、外科的に目には横方向の皮膚の下に配置配線を介して配信されます。 CSは、2層の矩形曲げアクチュエータ( 図2B)に接続されている櫛を介して配信されます。櫛曲げアクチュエータは次いで、トレーニング中に適切な位置に移動させ、それぞれの個々の動物のための最適な送達のために調整されている磁気ベースに取り付けられています。櫛は、選択したウィスカーを跨ぐように配置されています。 CSの配信中に、信号が櫛を置換し、ウィスカ17の振動につながる曲げアクチュエータに送信されます。
その他の刺激が過去16,18,19のマウスで効果的な条件刺激として使用されています。ウィスカの刺激は、この実験パラダイムでCSのために選択される理由は、探査中の体性感覚情報入力のための彼らの鼻毛上のマウスの動物の依存性です。ウィスカ刺激は、信頼性と効果的なCS 20であることが示されています。 CSは瞬目コンディショニング20,21の学習に関連した皮質の変化と可塑性をマッピングするためのエレガントなツールを提供するようさらに、鼻毛システム( すなわち 、バレル皮質)の十分に確立し、組織化皮質基板、ウィスカ刺激を与えられました。頭部固定システムは、刺激ニューロンおよび非刺激ウィスカーからの入力を受けるニューロン間の応答を比較するために選択したウィスカーの正確な刺激を可能にします。最後に、マウスの多くの株は、年齢関連難聴などの比較的若年成人を示します16の問題を改善していますが)エアコン点滅中のp> 22、およびまぶたの閉鎖は、視覚的なCSを変化させます。ウィスカの刺激は、これらの合併症のいずれかに影響されません。
ここで提示CSと米国の送達のための方法、および瞬目レスポンスの取得など、瞬目のコンディショニングのために他のヘッド固定製剤、時のユニークで重要な変更があります。この装置と瞬目コンディショニングの訓練パラダイムの信頼性は、エアコン、マウスとpseudoconditioned対照動物( 図7A)から比較的平坦な学習曲線から曲線を学習することによって実証されています。
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マウスを含むすべての手順は、国立衛生研究所によって発行されたガイドラインに基づいて、ノースウェスタン大学の施設内動物管理使用委員会によって承認されたプロトコルに従って行われました。
1.シリンダー(図2A)
2.組み立てウィスカ刺激システム(図2B)
3.シリンダー(図2C、2E)上記ロッドにマウントコネクタの組立
注:コネクターは、3-DはワイスとDisterhoftとガルベスらによりテザーに使用アンフェノール221シリーズのナイロンストリップからモデル化された7穴ストリップを印刷している10,17。
4.ヘッドピースを準備する(図2D、2E)
注:ヘッドピースストリップ3-Dは、ワイスとDisterhoftとガルベスらによりヘッドピースに使用アンフェノール221シリーズのナイロンストリップからモデル化された7穴ストリップを印刷されている10,17。この作品は、もはや商業的に製造されていません。プリンタファイルは、この雑誌のウェブサイトからダウンロードすることができます。
5.外科的準備(図2F)
6.シリンダーとトレーニング(図2G)にマウスを置きます
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8-10週齢の雄のC57Bl6 / Jマウスは、ヘッド固定された円筒状のトレッドミル装置上のトレース瞬目コンディショニングに訓練しました。 8匹のマウスがペアCS-USのプレゼンテーション(エアコングループ)と9マウスと訓練したが、不対CSおよび米国プレゼンテーション(pseudoconditioned基)で訓練しました。
馴化マウス由来の馴化応答の例EMG記録は、 図3及び4に示されています。各試験のための筋電図記録を整流し、10ミリ秒の時定数と統合された。 図5を整流し、統合されたEMG応答トレースは(A)の馴化とpseudoconditioned(B)マウスの両方のための10のセッションごとに、すべての試験にわたって平均を示しています。馴化応答の進化は、応答が近い米国の発症に大きくなって、 図5(a)に見られま...
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古典的な瞬目のコンディショニングは、学習と記憶の基礎となる神経基盤を理解するために有用なツールである連想学習の一形態です。マウスなどのげっ歯類の瞬目のコンディショニングのために使用前の方法は、動物が約自由に移動するのを許可されたチャンバーを関与します。シーゲルらに光誘発トレース瞬目コンディショニングにChettih らとHeiney ら。そして最近で利用することにより記載された装置を使用して、マウスにおける瞬目のコンディショニングのためのヘッド固定準備は、このような特定を可能にするなど、いくつかの利点を提供していますことができなかったのか、14-16( 生体内二光子カルシウムイメージングでは 、例えば )過去に制限されていた瞬目コンディショニング中に実行する手順と実験。調製のこのタイプはまた、四極アレイとのin vivo電気生理学のような他の技術の使用を容易にします。マウスはdistreになるように見えるように拘束からssed、この頭部固定準備が必要な拘束の量を削減しながら、安全なヘッドを維...
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著者は、彼らが競合する金融利害関係を持たないことを宣言します。
この作品は、国防総省(W81XWH-13-01-0243)と国立衛生研究所(R37 AG008796)によって賄われていました。我々は、ヘッド固定シリンダ装置を構築するためのノースウェスタン大学の機械工場でアラン・ベイカーに感謝します。私たちは、MATLABとSolidWorksで彼の指導のために博士Shoai服部に感謝します。我々は実験を制御LabVIEWソフトウェアのためのドクター・ジョンの電源を感謝します。
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