Name: 自由に学習の三つの段階を越えハトを移動する単一ニューロン」の活動電位を記録する (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-02T13:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: 学ぶ 視覚弁別課題における単一ニューロンの活動電位記録法。ハトを用いた学習・消去・再学習の三段階を追跡し、神経発火パターンの変化をリアルタイムで解析する手法です。

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この研究は、MCS（1581の場合は、STU 544/1-1）と（1581年の場合は、SFB 874）OGにドイツ研究協会（DFG）からの補助金によって支えられている。 DFGのウェブサイトはhttp://www.dfg.de/en/index.jspです。資金提供者は、電気生理学のセットアップに助けを金メッキプロトコルをご提供だけでなく、トビアス·オットーのためにトーマスSeidenbecher感謝研究デザイン、データ収集と分析、公開することを決定、またはmanuscript.The作者の調製において何の役割も持っていません録音機器。

<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>

著者らは、開示することは何もありません。

このプロトコルは、同時シングルユニットの録音に適して複雑な行動のタスクについて説明します。我々は、ハトのためSIFCタスクを記載しているが、それは容易にノーズポーク又はレバー押圧ではなく、キーユニペックスを必要とし、嗅覚、聴覚、または触覚刺激によって視覚的に置換することにより齧歯類に適合させることができる。 おそらく、訓練手順中で最も重要なステップは、報酬確率と2の1）を徐々に削減されています）の試行数が増加。おなじみの刺激のための断続的な強化につきましては、0.5から0.8までの報酬確率を決定した。これらは、早期満腹感を防ぐために安定した性能をもたらすのに十分高いが、十分に低い。それによると、多くの鳥が0.2までの報酬確率を適切に実行する用意がある。 条件付き応答Siを買収、絶滅、および再取得ため、セッションごとの試行を多数（500〜1,500）が必要です。mplyこの多くの臨床試験が必要であり、発火率の正確な推定は、低燃焼速度（NCLでは、ベースライン発火率は、&lt;1 Hzです）とニューロンから記録する場合は特に、より...

新しい刺激応答 - 成果の関連付けを学ぶことは神経可塑性プロセスを幅広く行っています。これらのプロセスは、最終的には個々のニューロンの変化スパイク出力に反映される。おそらく、最も頻繁に使用される学習パラダイムの1は、げっ歯類を用いて行っパブロフ恐怖条件です。この設定では、条件反応の獲得と絶滅は数十トライアル2内で行われる。それは短い時間内に多数の動物を実行することができるので、恐怖条件付けの急速な発展は、有利であり得る。また、買収や絶滅は、3,4ナイーブ動物で、一日に試行数十内で観察または2から3日間2,5-8に分散することができます。しかし、洞察力は必ずしも恐怖条件付けのドメイン外適用されないこれらの実験で学習中の神経活動の変化をあげました。例えば、目標指向行動はPOSIで駆動TIVE補強がより適切ではなく、オペラントパブロフの条件付けの手順によりモデル化され、部分的に異なる神経基板9,10に依存し得る。また、恐怖条件は、CSへの神経応答が唯一の学習中の神経活動の変化の分析に重大な制限を置くこと、数十試験のために観察できるように、急速に開発しています。 残念ながら、応答オペラントの取得と絶滅は、通常は何日かかります。それは数時間以上かけて単一細胞の活動を記録するために悪名高く困難であるので、これは、神経生理学的研究にとって有害で​​ある。原因細胞外に記録された活動電位の波形の類似度が高いためには、1日に記録されたスパイクは、特に高い地域で、次の11,12に記録された同じような波形のスパイクと同じ細胞から生成していることを主張する問題があるこのような海馬などの細胞密度。 コロンビアリヴィアのフォーマイエバエ ） は、実験心理学13から17に古典的なモデル生物である。これらの鳥は、柔軟に補強偶発19,20の変化に行動を適応し、独自に熱心な労働者である、補強材の最小量の千試験を行うことができ、複雑な視覚差別18を実行することができます。これらの特徴は、以下に記載の実験用に特に適しています。

<table><tbody><tr><td>抵抗線(電極として使用)</td><td>California Fine Wire, Grover Beach, CA, USA</td><td></td><td>Stablohm 675; formvar-coated nichrome wires (外径 25 & マイクロ;m)</td></tr><tr><td>マイクロコネクタ</td><td>Ginder Scientific、ネピアン、オンタリオ州、カナダ</td><td></td><td>GS18PLG-220(プラグ)&GS18SKT-220 (ヘッドステージを構築するためのソケット)</td></tr><tr><td>Cannulae</td><td>Henke Sass Wolf, Tuttlingen, Germany</td><td></td><td>0.4 x 20 mm/ 27 Gx3/4"</td></tr><tr><td>金めっき用金溶液</td><td>Neuralynx, Bozeman, MT, USA SIFCO</td><td></td><td>Process Gold Non-Cyanide, Code 5355</td></tr><tr><td>Solution for ultrasonic bath</td><td>Alconox, Inc., New York, USA</td><td>1304</td><td>Tergazyme</td></tr><tr><td>導電性接着剤</td><td>Henkel Loctite</td><td></td><td>LOCTITE 3888 銀充填、導電性、接着剤</td></tr><tr><td>ステンレス鋼ネジ</td><td>J.I. Morris, Southbridge, MA, USA</td><td></td><td>F0CE125 セルフタッピングミニチュアネジ、本体長 1/8 インチ</td></tr><tr><td>光硬化型歯科用セメント</td><td>van der Ven Dental, デュイスブルク, ドイツ</td><td></td><td>Omniceram Evo Flow A2</td></tr><tr><td>光硬化ユニット</td><td>van der Ven Dental, デュイスブルク, ドイツ</td><td></td><td>Jovident Excelled 215 Curing Light (ワイヤレスLED光硬化ユニット)</td></tr><tr><td>Filter amplifiers</td><td>npi electronic GmbH, Germany</td><td>DPA-2FS</td><td></td></tr><tr><td>A/D converter</td><td>Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK</td><td>power 1401</td><td></td></tr><tr><td>Spike2 software</td><td>Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK</td><td></td><td>Version 7.06a</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>The Mathworks, Natick, MA, USA</td><td></td><td>R2012a</td></tr></tbody></table>

自由に学習の三つの段階を越えハトを移動する単一ニューロン」の活動電位を記録する

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

学習の対象は、両方の行動や神経科学者から絶大な関心を集めている一方で、動物がoperantly条件反応を獲得している間、またはその応答が消滅した場合には、比較的少数の研究者らは、単一ニューロン活動を観察した。しかし、これらのケースでは、観察期間は、通常、単一の学習の段階、 すなわち、取得又は消滅を包含し、両方ではない（例外は、逆転学習を用いたプロトコルを含む;例えばBingman ら 1を参照）。しかし、取得および消光は異なる学習メカニズムを必要とするので、異なるタイプおよび/または神経可塑性の遺伝子座を伴うことが予想される。 したがって、我々は一つの行動のセッションで学び、そのうちの3段階が単一ニューロン &#39;活動電位の同時録画に適している機関の行動パラダイムを開発しました。動物A再マッピング異なる新たな視覚刺激（買収）のプレゼンテーションに2の可能な選択肢の回答のそれぞれを必要とする単一区間強制選択課題で訓練。事前に定義された性能基準に到達した後、2選択肢のいずれかの応答は、もはや（絶滅）を補強していない。パフォーマンスレベルにおける一定の減少分に続いて、正しい応答が（再取得）を再び強化している。各セッションにおける刺激の新しいセットを用いて、動物を繰り返し取得 - 消光再取得処理を受けることができる。学習の3つのすべての段階が単一の行動のセッションで発生するため、パラダイムは、複数の単一ニューロンのスパイク出力の同時観測に最適です。我々は、モデル系としてハトを使用するが、タスクが容易に馴化弁別学習することができる任意の他の種に適合させることができる。

行動 図4Aは、1例セッションで動物の行動の性能を示している。動物のパフォーマンスレベルは、180試験（45刺激プレゼンテーション）内で、NS 2の基準に達し、最初から、NS 1、100％に近い。この戦略 - まず両方の新しい刺激のために同じキーに対応し、その後、刺激のいずれかの応答を調整するには - 同じくらい頻繁に両方のNSに応答する初期乱数として観測される。このセッションでは、NS 2は、ランダムにこの刺激に続くすべての選択肢が（学習段階間の遷移は黒い縦の点線で示されている）重要でないままであることを意味し、絶滅を受けることを選択しました。絶滅の間に、パフォーマンスが絶滅刺激のために減少したが、他のNSのために高いままである。基準は正解と不応答は今強化し、（再取得）を再び処罰されています。トライアル370に到達し、パフォーマンスレベルは基準内に達している。トライアル402性能レベルFSため、一貫して高い（&gt; 95％、データは示さず）。 B））5匹、計44のセッションで平均し（学習の各段階を完了するために必要な試行回数を意味している。平均では、...

新しい刺激応答の関連付けを学ぶことは、最終的には個々のニューロンのスパイク出力を変えるに反映されている神経プロセスを幅広く行っています。ここでは、動物は、取得し消火し、単一の実験セッション内で条件反応を再取得しながら、単一ニューロン活動の継続的な登録を可能にする行動のプロトコルを記述します。

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

本実験の全体的な目的は、単一ニューロンの応答パターンを特性づけることです。これは、実験動物が条件応答の獲得、消去、および再獲得を伴う視覚識別タスクを実行している間に行われます。まず、経験のある被験者に、2種類の異なる視覚刺激の提示後に、2つの選択可能な応答のうちいずれか1つを行うよう訓練します。動物が2つの刺激のうちランダムに提示される一方の刺激に対して、安定して識別反応を示すようになった後、それ以上の強化は行いません。その刺激に対する条件付け反応が減衰した後、再び反応を連続的に強化することで、反応の迅速な再習得を促します。結果から、動物が学習タスクに従事している間、個々のニューロンの応答パターンが徐々に変化することが示されました。本手法の既存手法に対する主な利点は、異なる学習段階を数時間以内の単一セッションで実施できることです。これにより、学習過程における個々のニューロンの活動電位を追跡することが可能になります。本手法は、単一細胞レベルでの適応的なオペラント行動の基礎となるメカニズムに関する知見を提供できます。オートシェイピングを開始するために、付属のテキストプロトコルに従ってセットアップしたテストチャンバーにハトを入れます。次に、センターキーに5秒間の視覚的初期化刺激を提示します。初期化刺激の終了直後、または反応キーへの1回のつつき行動のいずれか早い方のタイミングで、キーの照明を消し、フードホッパーを2秒間作動させて餌による報酬を与えます。試行間間隔（inter trial interval）は、刺激提示時間よりも長く設定してください。これは学習を促進させるための時間です。初期化刺激は、最終タスクにおいて初期化確認および選択キーとして再利用されます。動物が少なくとも85%の試行で反応を示すようになったら、試行間隔を段階的に10秒まで短縮し、提示時間を2秒まで短縮します。強化に必要な反応数を3回に増やします。1日あたりの総試行回数を増やし、動物が約1時間トレーニングされるようにします。すべてのキーにおいて、初期化刺激に対して確実に反応が得られるまで、左および右の反応キーでこれらのトレーニングステップを繰り返します。左、右、中央のキーの試行をランダムに交互に行います。まず中央に初期化刺激を提示し、反応が得られたら、左右どちらかのキーに初期化刺激を提示します。中央キーへの反応には強化を与えないでください。試行ごとに、どちら側のキーを強化するかをランダムに入れ替えます。5秒経ってもセンターキーへの反応がない場合は、その試行を終了します。このトレーニング段階は、STI初期化後、約3日間かかります。後に最終タスクで慣習刺激として機能する2つの新しい刺激を導入し、これらの刺激を用いてオートシェイピングの手順を繰り返し、慣習刺激に対する反応を誘発させます。新しい刺激によるトレーニングでは、通常4日以内に正しい反応が得られます。提示された慣習刺激に対して正解となる選択キーのみを点灯させます。被験者が正解側のキーに対して85%以上の確率で安定して反応できるようになったら、このトレーニング段階は約1週間で終了します。選択フェーズ中に両側のキーが点灯する自由選択試行を導入します。正解側に反応した場合は、2秒間フードアクセスによる強化を行います。誤った反応があった後は、ハウスライトを2秒間消灯させます。3秒以内に反応がない場合は、試行を終了し、試行間インターバルを再開するようにプログラムを設定してください。このトレーニングフェーズには約2週間かかります。トレーニングの過程で、自由選択試行の割合を20%から100%まで徐々に増加させます。被験者が自由選択試行において90%以上の正答率を示した場合は、正解時の報酬確率を0.5に下げ、1セッションあたりの試行回数を1000回に増やします。パラメータを毎日変更するのではなく、柔軟に選択してください。被験体の習熟度によって異なります。このトレーニング期間は約4週間続きます。ハトは本質的にネオフォビア（新奇恐怖症）を持っており、不慣れな刺激をついばむことには消極的です。したがって、広範囲にわたる多様な視覚刺激を用いてオートシェイピングを繰り返します。トレーニングが完了したら、新しい刺激を用いた最終的な単一間隔強制選択課題を、異なる強化条件の下で実施できます。ウォームアップ段階では、被験者に習熟した刺激を用いて50回の試行を行わせます。獲得段階における反応意欲の低下を防ぐため、すべてのフェーズにおいて、これらの刺激に対する報酬確率を1未満に設定してください。既知の刺激と新規刺激の提示をランダムに交互に行い、2つの新規刺激に対してはそれぞれ異なる反応キーを正解として割り当て、すべての正解反応を強化します。正解率については、直近120試行の移動平均として算出してください。消去段階において少なくとも150回の試行が実施され、各新規刺激に対するパフォーマンスが85%を超えた時点で、獲得は完了となります。ランダムに選んだ新規刺激に対して、正解への強化および不正解への罰を停止します。正解が得られた時点で、要求フェーズを開始してください。消去刺激への反応率が60%を下回り、かつこのフェーズで動物が合計150回以上の試行を完了した時点で移行します。再獲得ステージでは、獲得ステージと同様に、消去刺激に対する正解反応を強化し、誤答反応を処罰します。この刺激に対するパフォーマンスが85%を超え、かつこのフェーズで動物が150回以上の試行を行った時点でセッションを終了します。電極をインプラントします。動物が獲得・消去・再獲得のプロセスを数回完了した後、セッションごとに新しい刺激対を使用し、開始前に電極を少なくとも125 µmまたはドライブスクリューの半分回転分進めます。十分な信号対雑音比を持つ活動電位が観察されない場合は、セッションを中止して動物をホームページに戻し、翌日に再度試行してください。オフライン解析ソフトウェアを用いて、すべてのチャネルに500〜5,000 Hzの急峻なロールオフを持つバンドパスフィルタを適用し、振幅しきい値を用いてスパイクを抽出した後、主成分分析（PCA）を用いて手動でソートします。ソート結果のためのカスタム作成MATLABコードは、MATLAB Central File Exchangeで入手可能です。適切に分離されたシングルユニットは、明確に独立したクラスターとして示されるはずです。記録されたすべての波長を重ね合わせてヒートマップとしてプロットした際、主成分空間において複数のユニットの兆候が見られないこと。セッションを通じて安定した記録が行われ、変化のないピーク振幅によって示されるように、ピーク波形振幅が対称的に分布していること。また、先行するスパイクの不応期に発生するスパイクイベントがないか、あっても極めて少ないこと。そして、信号対雑音比（S/N比）が少なくとも2以上であること。オフラインで生チャンネルを確認し、動きに関連するアーチファクトがないか検査し、必要に応じてチャンネルを破棄します。キーペッキング中に発生した可能性のある電気的アーチファクトをテストします。これは、記録された各キーペッキングに対するスパイクカウントの時間ヒストグラムを調べることで行います。ペッキングによるアーティファクトは、ヒストグラムにおいて50 milliseconds以内のピークとして現れます。追加の確認プロットとしてゼロを設けます。キーペックから20 milliseconds以内に記録されたすべてのスパイクイベントの波形を個別に抽出し、このウィンドウ外で検出されたスパイク波形と比較します。単一区間強制選択タスクを行う1匹の動物のこの行動データでは、新規刺激1についてはトレーニング開始時から正答率100%であり、新規刺激2については本セッションの180 trials以内に基準パフォーマンスに達しています。新規刺激2はランダムに消去の対象として選ばれたため、消去期間中、この刺激後のすべての選択には報酬も罰も与えられなくなります。消去刺激に対するパフォーマンスは低下しますが、もう一方の新規刺激に対するパフォーマンスは高いまま維持されます。再獲得中に正解および不正解の反応が再び強化および罰せられることで、試行370回目で消去の基準レベルに達します。85%のパフォーマンス基準は試行402回目で達成されます。動物がタスクを遂行している間、針状電極で記録した単一ユニットの応答パターンを記録しました。このタスクでは、新規刺激の提示中に応答の変調が見られました。獲得相において、ユニットは新規刺激に対して強く応答しました。Two。学習の初期段階では、消去相および再獲得相における発火にほとんど変化は見られません。また、新規刺激に対する反応もほとんど認められません。セッションあたり1回です。別のユニットは右方向の動きには反応しましたが、左方向の動きには反応せず、感覚運動コーディングが示唆されました。このビデオを視聴することで、動的な強化随伴性を伴う最終的な単一間隔強制選択課題を動物に行わせるための、段階的なトレーニング方法を十分に理解できるはずです。この手法は、学習と記憶の分野の研究者が、単一細胞レベルで異なる種類の学習中に起こる神経ネットワークの再編成を探索するための道を開くでしょう。

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Research

JoVE Journal

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