Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: 学ぶシャトルボックス回避学習と皮質内微小刺激を用いた神経動態の記録・操作法。聴覚皮質の多電極アレイを用いて、齧歯類の学習中の神経活動パターンと行動状態の関連を解析し、認知状態を神経活動から評価する手法を解説します。

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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。

<ol><li>Cohen, M. R., Newsome, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+electrical+microstimulation+has+revealed+about+the+neural+basis+of+cognition%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Opinion+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">What electrical microstimulation has revealed about the neural basis of cognition.</a> Current Opinion in Neurobiology. 14 (2), 169-177 (2004).</li>
<li>Histed, M. H., Bonin, V., Reid, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+activation+of+sparse%2C+distributed+populations+of+cortical+neurons+by+electrical+microstimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Direct activation of sparse, distributed populations of cortical neurons by electrical microstimulation.</a> Neuron. 63 (4), 508-522 (2009).</li>
<li>Histed, M. H., Ni, A. M., Maunsell, J. H. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Insights+into+cortical+mechanisms+of+behavior+from+microstimulation+experiments%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Neurobiology%22%5BJournal%5D)">Insights into cortical mechanisms of behavior from microstimulation experiments.</a> Progress in Neurobiology. 103, 115-130 (2013).</li>
<li>Bradley, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visuotopic+mapping+through+a+multichannel+stimulating+implant+in+primate+V1%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Visuotopic mapping through a multichannel stimulating implant in primate V1.</a> Journal of Neurophysiology. 93, 1659-1670 (2005).</li>
<li>Scheich, H., Breindl, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+Animal+Model+of+Auditory+Cortex+Prostheses%5BTitle%5D)+AND+%22Audiology+and+Neurootology%22%5BJournal%5D)">An Animal Model of Auditory Cortex Prostheses.</a> Audiology and Neurootology. 7 (3), 191-194 (2002).</li>
<li>Romo, R., Hernández, A., Zainos, A., Salinas, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Somatosensory+discrimination+based+on+cortical+microstimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Somatosensory discrimination based on cortical microstimulation.</a> Nature. 392, 387-390 (1998).</li>
<li>Douglas, R. J., Martin, K. A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recurrent+neuronal+circuits+in+the+neocortex%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Recurrent neuronal circuits in the neocortex.</a> Current Biology. 17 (13), 496-500 (2004).</li>
<li>Happel, M. F. K., Deliano, M., Handschuh, J., Ohl, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dopamine-modulated+recurrent+corticoefferent+feedback+in+primary+sensory+cortex+promotes+detection+of+behaviorally+relevant+stimuli%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Dopamine-modulated recurrent corticoefferent feedback in primary sensory cortex promotes detection of behaviorally relevant stimuli.</a> The Journal of Neuroscience. 34 (4), 1234-1247 (2014).</li>
<li>Deliano, M., Scheich, H., Ohl, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+cortical+activity+after+intracortical+microstimulation+and+its+role+for+sensory+processing+and+learning%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Auditory cortical activity after intracortical microstimulation and its role for sensory processing and learning.</a> The Journal of Neuroscience. 29 (50), 15898-15909 (2009).</li>
<li>DeYoe, E. A., Lewine, J. D., Doty, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+variation+in+threshold+for+detection+of+electrical+excitation+of+striate+cortex+by+macaques%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Laminar variation in threshold for detection of electrical excitation of striate cortex by macaques.</a> Journal of Neurophysiology. 94 (5), 3443-3450 (2005).</li>
<li>Tehovnik, E. J., Slocum, W. M., Schiller, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Delaying+visually+guided+saccades+by+microstimulation+of+macaque+V1%3A+spatial+properties+of+delay+fields%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Delaying visually guided saccades by microstimulation of macaque V1: spatial properties of delay fields.</a> The European Journal of Neuroscience. 22 (10), 2635-2643 (2005).</li>
<li>Wetzel, W., Wagner, T., Ohl, F. W., Scheich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Categorical+discrimination+of+direction+in+frequency-modulated+tones+by+Mongolian+gerbils%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Categorical discrimination of direction in frequency-modulated tones by Mongolian gerbils.</a> Behavioural Brain Research. 91, 29-39 (1998).</li>
<li>Cain, C. K., LeDoux, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Escape+from+fear%3A+a+detailed+behavioral+analysis+of+two+atypical+responses+reinforced+by+CS+termination%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Experimental+Psychology.+Animal+behavior+processes%22%5BJournal%5D)">Escape from fear: a detailed behavioral analysis of two atypical responses reinforced by CS termination.</a> Journal of Experimental Psychology. Animal behavior processes. 33, 451-463 (2007).</li>
<li>Stark, H., Rothe, T., Deliano, M., Scheich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamics+of+cortical+theta+activity+correlates+with+stages+of+auditory+avoidance+strategy+formation+in+a+shuttle-box%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Dynamics of cortical theta activity correlates with stages of auditory avoidance strategy formation in a shuttle-box.</a> Neuroscience. 151, 467-475 (2008).</li>
<li>Ohl, F. W., Wetzel, W., Wagner, T., Rech, A., Scheich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bilateral+ablation+of+auditory+cortex+in+Mongolian+gerbil+affects+discrimination+of+frequency+modulated+tones+but+not+of+pure+tones%5BTitle%5D)+AND+%22Learning+%26+Memory%22%5BJournal%5D)">Bilateral ablation of auditory cortex in Mongolian gerbil affects discrimination of frequency modulated tones but not of pure tones.</a> Learning & Memory. 6 (4), 347-362 (1999).</li>
<li>Kurt, S., Ehret, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Auditory+discrimination+learning+and+knowledge+transfer+in+mice+depends+on+task+difficulty%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Auditory discrimination learning and knowledge transfer in mice depends on task difficulty.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 107 (18), 8481-8485 (2010).</li>
<li>Happel, M. F. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+cognitive+flexibility+in+reversal+learning+induced+by+removal+of+the+extracellular+matrix+in+auditory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Enhanced cognitive flexibility in reversal learning induced by removal of the extracellular matrix in auditory cortex.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (7), 2800-2805 (2014).</li>
<li>Thomas, H., Tillein, J., Heil, P., Scheich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+organization+of+auditory+cortex+in+the+mongolian+gerbil+%28Meriones+unguiculatus%29.+I.+Electrophysiological+mapping+of+frequency+representation+and+distinction+of+fields%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+journal+of+neuroscience%22%5BJournal%5D)">Functional organization of auditory cortex in the mongolian gerbil (Meriones unguiculatus). I. Electrophysiological mapping of frequency representation and distinction of fields.</a> The European journal of neuroscience. 5, 882-897 (1993).</li>
<li>Budinger, E., Heil, P., Scheich, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+organization+of+auditory+cortex+in+the+Mongolian+gerbil+%28Meriones+unguiculatus%29.+III.+Anatomical+subdivisions+and+corticocortical+connections%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Functional organization of auditory cortex in the Mongolian gerbil (Meriones unguiculatus). III. Anatomical subdivisions and corticocortical connections.</a> European Journal of Neuroscience. 12, 2425-2451 (2000).</li>
<li>Langford, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coding+of+facial+expressions+of+pain+in+the+laboratory+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Coding of facial expressions of pain in the laboratory mouse.</a> Nature Methods. 7 (6), 447-449 (2010).</li>
<li>Ohl, F. W., Scheich, H., Freeman, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Change+in+pattern+of+ongoing+cortical+activity+with+auditory+category+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Change in pattern of ongoing cortical activity with auditory category learning.</a> Nature. 412 (6848), 733-736 (2001).</li>
<li>Scheich, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+semantics+of+learning+and+crossmodal+processing+in+auditory+cortex%3A+the+semantic+processor+concept%5BTitle%5D)+AND+%22Hearing+Research%22%5BJournal%5D)">Behavioral semantics of learning and crossmodal processing in auditory cortex: the semantic processor concept.</a> Hearing Research. 271 (1-2), 3-15 (2011).</li>
<li>Happel, M. F. K., Jeschke, M., Ohl, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectral+integration+in+primary+auditory+cortex+attributable+to+temporally+precise+convergence+of+thalamocortical+and+intracortical+input%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Spectral integration in primary auditory cortex attributable to temporally precise convergence of thalamocortical and intracortical input.</a> The Journal of Neuroscience. 30 (33), 11114-11127 (2010).</li>
<li>Ranck, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Which+elements+are+excited+in+electrical+stimulation+of+mammalian+central+nervous+system%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Which elements are excited in electrical stimulation of mammalian central nervous system: a review.</a> Brain Research. 98, 417-440 (1975).</li>
<li>Clark, K. L., Armstrong, K. M., Moore, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+neural+circuitry+and+function+with+electrical+microstimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings.+Biological+sciences+%2F+The+Royal+Society%22%5BJournal%5D)">Probing neural circuitry and function with electrical microstimulation.</a> Proceedings. Biological sciences / The Royal Society. 278 (1709), 1121-1130 (2011).</li>
<li>Ilango, A., Shumake, J., Wetzel, W., Scheich, H., Ohl, F. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrical+stimulation+of+lateral+habenula+during+learning%3A+frequency-dependent+effects+on+acquisition+but+not+retrieval+of+a+two-way+active+avoidance+response%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+one%22%5BJournal%5D)">Electrical stimulation of lateral habenula during learning: frequency-dependent effects on acquisition but not retrieval of a two-way active avoidance response.</a> PloS one. 8 (6), e65684(2013).</li>
<li>Weible, A. P., McEchron, M. D., Disterhoft, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+involvement+in+acquisition+and+extinction+of+trace+eyeblink+conditioning%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioral+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Cortical involvement in acquisition and extinction of trace eyeblink conditioning.</a> Behavioral Neuroscience. 114, 1058-1067 (2000).</li>
<li>Rothe, T., Deliano, M., Scheich, H., Stark, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Segregation+of+task-relevant+conditioned+stimuli+from+background+stimuli+by+associative+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Segregation of task-relevant conditioned stimuli from background stimuli by associative learning.</a> Brain Research. 1297, 143-159 (2009).</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、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<s...

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。最近の研究では、皮質の結果のより深い層の刺激活性化intracolumnar焦点、再発corticoefferentにいる間、上位層の刺激は、主にsupragranular層におけるcorticocortical回路のより広範囲の活性化をもたらしたことを詳細に明らかにしました。並列行動実験は、後者がはるかに低い知覚検出THRを有していることが明らかになりましたesholds 8。因果8シャトル・ボックス内の学習と知覚の行動測定に固有の皮質回路の活性化に関連するので、サイト固有のICMSのような条件刺激の利点は、電気生理学的記録との組み合わせで利用されました。 双方向シャトルボックスパラダイムは回避学習12を研究するために十分に確立された実験装置です。シャトルボックスはハードルや戸口で区切られた2区画で構成されています。光や音などの適切な信号によって表される条件刺激（CS）は 、偶発的、嫌悪無条件刺激（米国）が続いているインスタンスのような金属格子床の上に足ショック。被験者は、CSに応じて、他の1つのシャトルボックス区画から往復することにより、米国を回避するために学ぶことができます。シャトルボックス学習は識別可能な学習段階13,14のシーケンス含む：まず、被験者は、古典的条件によって、CSから米国を予測し、米国は往復時に終了されると、インストゥルメンタルコンディショニングによって米国から脱出することを学びます。次の段階では、被験者は米国の発症前のCS（ 回避反応）に応答して往復することによって完全に米国を回避することを学びます。一般的に、シャトルボックス学習は古典的条件、楽器コンディショニング、ならびに相 14 の学習に応じて目標指向行動を伴います。 シャトルボックスプロシージャを簡単にセットアップし、一般的にいくつかの毎日のトレーニングセッション15の後に強固な行動を生成することができます- 17。単純な回避コンディショニング（検出）に加えて、シャトルボックスは、さらに移動/ NOGOパラダイムを使用することによって刺激識別を研究するために使用することができます。ここでは、動物は（動作を行って、反対側のコンパートメントにシャトル） 条件反応（CR）によって米国を回避するために訓練されているに応じて&lt;強い&gt;（現在のコンパートメントに滞在しない;ないCR）（CS +）刺激を行くとNOGO行動によってNOGO-刺激（CS-）に応答して神経活動の並列微小刺激と記録を高密度多電極アレイを勉強することを可能にして。成功した学習の基礎となる生理学的メカニズム。シャトルボックス研修、ICMSと並列電気の成功の組み合わせのための基本的なされているいくつかの技術的な詳細は、説明されます。

<table><tbody><tr><td>テフロン絶縁ステンレス鋼線</td><td>カリフォルニア細線</td><td></td><td>直径50&micro;m 絶縁</td></tr><tr><td>ピンコネクタシステム付き&nbsp;</td><td>Molex Holding GmbH</td><td>510470200</td><td>1.25 mm ピッチ PicoBlade</td></tr><tr><td>TEM グリッド クォンティフォイル</td><td>サイエンス サービス</td><td>EQ225-N27</td><td></td></tr><tr><td>歯科用アクリル Paladur</td><td>Heraeus Kulzer</td><td>64707938</td><td></td></tr><tr><td>ハンドヘルドドリル OmniDrill35</td><td>WPI&nbsp;</td><td></td><td></td>503599</tr><tr><td>ケタミン 500mg/10ml</td><td>レシオファームGmbH</td><td>7538837</td><td></td></tr><tr><td>ロンプン 2%, 25ml</td><td>バイエル バイタル</td><td>5066.0</td><td></td></tr><tr><td>塩化ナトリウム 0.9%, 10ml</td><td>B.Braun AG&nbsp;</td><td></td><td></td>PRID00000772</tr><tr><td>潤滑剤KYゼリー</td><td>ジョンソン&ジョンソン</td><td></td><td></td></tr><tr><td>シャトルボックス E10-E15</td><td>コールボーン・インスツルメンツ</td><td>H10-11M-SC</td><td></td></tr><tr><td>刺激発生器 MCS STG 2000</td><td>マルチチャンネルシステム</td><td></td><td></td></tr><tr><td>プレクソン ヘッドステージケーブル 32V-G20</td><td>プレクソン株式会社</td><td>HSC/32V-G20</td><td></td></tr><tr><td>プレクソンヘッドステージ&nbsp; 32V-G20</td><td>プレクソン株式会社</td><td>HST/32V-G20</td><td></td></tr><tr><td>PBXプリアンプ 32チャンネル</td><td>Plexon Inc.</td><td>32PBXボックス</td><td></td></tr><tr><td>マルチチャンネルアクイジションシステム</td><td>Plexon Inc.</td><td>MAP 32/HLK2</td><td></td></tr><tr><td>Cryostate CM3050 S</td><td>Leica Microsystems GmbH</td><td></td><td></td></tr><tr><td>信号処理カード Ni-Daq</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lab StandardTM Stereotaxic Instruments</td><td>Stoelting Co.&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>オーディオアッテネーターg.pah</td><td>g.pah Guger技術</td><td></td><td></td></tr><tr><td>クレシルバイオレットアセテート</td><td>Roth GmbH</td><td>7651.2</td><td></td></tr><tr><td>Roticlear&nbsp;</td><td>Roth GmbH</td><td>A538.1</td><td></td></tr><tr><td>酢酸ナトリウム三水和物</td><td>Roth GmbH</td><td>6779.1</td><td></td></tr><tr><td>カリウムヘキサシアノエラート(II) 三水和物</td><td>Roth GmbH</td><td>7974.2</td><td></td></tr><tr><td>二ナトリウム水素リン脂質二水和物</td><td>Merck</td><td>1,065,801,000</td><td></td></tr><tr><td>ICM インピーダンス調整モジュール</td><td>FHC</td><td>55-70-0</td><td></td></tr><tr><td>動物温度調節器</td><td>世界の精密機器</td><td>ATC2000</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Combined Shuttle-Box Training with Electrophysiological Cortex Recording and Stimulation as a Tool to Study Perception and Learning

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。

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 &#39;は、これらのセッション（ 図3C）に&gt; 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、（ <st...

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。

Shuttle-box avoidance learning is a well-established method in behavioral neuroscience and experimental setups were traditionally custom-made; the ...

本実験の目的は、学習時におけるニューラルマスアクションおよびニューロダイナミクスを評価し、操作することです。まず、聴覚皮質において部位特異的な同時刺激および神経活動の記録を可能にするマルチ電極アレイを植え込みます。次に、電極を植え込んだ動物を、聴覚皮質の持続的な神経活動を記録しながら、皮質内微小刺激による条件付けを用いたgo/no-goパラダイムに基づき、2区画シャトルボックスで訓練します。次に、学習行動および学習に関連する時空間的活動パターンの解析を、試行ごとにオフラインで実施します。その結果、部位特異的な皮質微小刺激を用いて、内部の主観的な認知状態を特徴付ける時空間的活動パターンを誘発できることが示されます。これにより、本手法は皮質回路の活動パターンと、観察された学習および知覚の行動状態との間の関連性を構築します。ここで述べた手法は、個々の皮質活動パターンを定義された行動および認知状態に関連付けることが可能であるだけでなく、電気刺激によって、異なる行動に関連付けられた定義済みの知覚を誘発できることを示しています。これらの知見を拡張することで、失われた感覚機能に対する神経義体による代替の開発へと繋がります。この手法は、ラットやマウスなどの他のげっ歯類にも適用可能です。一般的に、この手法に不慣れな者は、これらの学習実験から良好な結果を得るために、動物のハンドリングおよびトレーニングに関する経験と十分に確立された基準が必要となるため、困難を伴うでしょう。まず、刺激用のマルチチャンネル電極アレイを調製し、それを聴覚皮質に外科的に移植します。プロトコルの記述セクションにある指示に従い、動物が手術から完全に回復した後にのみ、残りの手順を開始します。硬膜外表面アレイは、電極間距離が約600 µmの3×6マトリックス状に配置されたステンレス鋼線で構成されています。ヘッドステージアンプを記録用ケーブルに接続します。動物による噛みつきなどの損傷から接続部を保護するため、金属メッシュで包まれた細いフレキシブルケーブルのハーネスを使用してください。信号対雑音比（S/N比）とバンドパスを向上させるため、シールドボックス内のプリアンプを使用します。局所電位（LFP）記録のために、目的の周波数範囲で信号をフィルタリングします。2～300 Hzのフィルターを用い、1 kHz以上のサンプリング周波数でデータをサンプリングします。活動電位の記録には、少なくとも40 kHzのサンプリング周波数と300～4,000 Hzのフィルターを使用してください。行動試験を開始するには、音響および電気的に遮蔽されたチャンバー内でシャトルボックスを使用します。ボックスはハードルで区切られた2つのコンパートメントで構成されています。ハードルの高さは、反応の行動バイアスに影響するため、特定の種に適した高さに設定してください。被験動物を記録および刺激ケーブルに接続した後、動物を緩やかにトレーニングチャンバーに入れ、セッション開始前の3分間、順化させる。順化段階におけるすべての区画移動を記録する。トレーニング開始前に、記録の品質を慎重に確認する。信号にオンライン高速フーリエ変換フィルタを適用し、50 hertzのノイズ振幅を決定する。最後に、ヘッドコネクタ、アダプタ、ヘッドステージ、ケーブルハーネス、およびアンプのすべての接続を再確認します。マルチチャンネル刺激装置を用いて、条件付け刺激として刺激電極に皮質内微小刺激を与えます。条件付け刺激を与えた後、グリッドフロアを介して足への電気ショック（非条件刺激）を与えます。このとき、ショックの強度は嫌悪感を与えるものであるが、苦痛を伴わないレベルであることを確認してください。ここに示されている通りです。微細な行動によって修正を行うため、無条件刺激のないブランク試行と条件刺激を試行間に交互に提示します。条件刺激の提示後、4秒というクリティカルな時間枠内にコンパートメントの変化が認められた場合をヒット反応として分類します。条件刺激に対する条件反応がクリティカルタイムウィンドウ内に起こらなかった場合は、直ちに6～10秒間の弱な足底電気刺激を与えます。この無条件刺激を、条件刺激のネガティブ試行におけるミスとして分類します。クリティカルタイムウィンドウ内でのコンパートメント移動は、誤警報反応として分類されます。この不適切な条件反応の直後に、最大10秒間まで無条件刺激を適用してください。動物がクリティカルタイムウィンドウ中にコンパートメント内に留まった場合、条件付け刺激のネガティブ試行後に足電気ショックの非条件付け刺激を与えないでください。これを正解拒否（correct rejection）として分類します。実験全体が完了した後、刺激電極アレイの安定した位置を確認するため、外科的麻酔を施し、すべての刺激チャネルを通じて単極カソード電流を流し、植込み部位の組織に鉄沈着を形成させます。脱出潜時をオンラインで注意深く測定し、脱出潜時が2秒を超える場合は、足電気ショックの強度を段階的に上げてください。訓練データを分析するための最初の20回の試行後、画面に表示されている通りに、条件刺激陽性試行および条件刺激陰性試行の条件付け反応率を算出します。訓練の進捗と学習ダイナミクスを評価するために、セッションまたは試行ブロックの関数として条件付け反応率をプロットしてください。最後に、プロトコルの書面部分の指示に従ってd'（ディーププライム）分析を行います。d'が1を超える感度指数を、識別成功の閾値基準として使用できます。条件刺激陽性試行における個々の試行の反応潜時をここにプロットします。すべての訓練セッションにおいて、潜時が数秒以下のすべての反応は、成功したヒット反応として対応付けられます。反応潜時のヒストグラムは、6秒未満のHIIT反応と6秒から8秒のエスケープ反応に対応する二峰性を示しています。これは、1回のトレーニングセッションにおける条件刺激陽性試行で平均化した、単一個体からの電気誘発電位（EEP）の典型的な例です。EEPは、単一パルス刺激アーティファクトを除去する前を黒色で、除去後を赤色で示しています。N20として知られる初期の顕著な陰性ピークが、20ミリ秒の潜時に確認できます。この図は、上段において吻側刺激電極への正条件刺激に対する、また下段において尾側刺激電極への負条件刺激に対する、N20振幅の空間分布のさらなる解析を示しています。下段では、聴覚皮質全体における誘発状態の空間解像度が明らかになります。この手順を試みる際は、高品質な電気生理学的記録および適切な電気刺激の送達を得るために、グリッドフロアの接地が極めて重要であることに留意してください。知覚および学習時における皮質回路内の特定の細胞型や神経伝達物質システムを調べるため、光遺伝学的または薬理学的な操作などの他の手法をプロトコルに組み込むことができます。本手法は、この分野の研究者が、神経ダイナミクスが学習および記憶機能に果たす役割について、単なる相関関係の記述からより因果的な記述へと移行するための道を切り開くものです。

combined-shuttle-box-training-with-electrophysiological-cortex

Research

JoVE Journal

Behavior

行動

ラットの聴覚補綴研究のための古典的な恐怖条件付け行動パラダイムのアプリケーションが記述されています。このパラダイムは、検出、およびアウトカム指標として心拍数を使用して別個の音響および電気刺激の間の差別の両方を識別するためのメカニズムを提供します。...

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発達中の脳における運動皮質の非侵襲的変調とロボットマッピング

学習と記憶は、発達障害、疾患依存性、または環境に依存する認知障害の研究において強力な指標です。ほとんどの認知評価には、特殊な機器と広範な時間のコミットメントが必要です。しかし、シャトルボックスアッセイは、従来のゲルボックスを利用して、成体ゼブラフィッシュ認知の迅速かつ信頼性の高い評価を行う自動調整学習ツールです。...

成人ゼブラフィッシュを用いた学習・記憶研究における認知評価のための連想学習ツールとしてのシャトルボックスアッセイ

私たちは、2つの登山繊維依存連想学習タスク中の動物の行動を追跡するための単一のプラットフォームを開発しました。低コストの設計により、繊維関連小脳活動の登山に向けられた光遺伝学的またはイメージング実験との統合が可能になります。...

小脳依存感覚連想学習を監視するための柔軟なプラットフォーム

このプロトコルは、重度の難聴のある被験者の根底にある学習関連の電気生理学的変化を調査するように設計されています...

イベント関連電位技術を用いた重度難聴参加者における音声触覚代替訓練の評価

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精神動物モデルにおけるプレパルス阻害と神経活動を評価するための行動ボックスの開発

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メタ認知感度を高めるための右背外側前頭前野に対する高精細経頭蓋直流刺激

学ぶシャトルボックス回避学習と皮質内微小刺激を用いた神経動態の記録・操作法。聴覚皮質の多電極アレイを用いて、齧歯類の学習中の神経活動パターンと行動状態の関連を解析し、認知状態を神経活動から評価する手法を解説します。

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

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