자유롭게 학습의 세 단계에 걸쳐 비둘기를 이동에서 단일 신경 세포 '활동 전위를 기록

요약

새로운 자극 - 반응 연관성 학습 궁극적 개별 뉴런의 스파이크 출력 변화에 반영 신경 다양한 프로세스를 결합한다. 여기에서 우리는 동물, 취득 소화하고, 하나의 실험 세션 내에서 조건 반응을 재 취득하는 동안 단일 신경 세포의 활동을 지속적으로 등록을 허용하는 행동 프로토콜을 설명합니다.

초록

학습의 주체가 행동 신경 과학자 모두에서 엄청난 관심을 받고있다 동안 동물은 그 응답이 소멸 될 때 operantly 조건 반응을 취득하거나하는 동안, 상대적으로 소수의 연구자들은 단일 신경 세포의 활동을 관찰했다. 그러나 이러한 경우에도, 관찰 기간은 보통 학습의 단일 스테이지, 즉, 취득 또는 소멸을 포괄하지만, 둘 모두 (예외는 반전 학습을 이용하는 프로토콜을 포함한다;. 예 Bingman 외 ¹ 참조). 그러나 수집 및 멸종은 다른 학습 메커니즘을 수반하기 때문에 다른 유형 및 / 또는 신경 가소성의 궤적을 동반 할 것으로 예상된다.

따라서, 우리는 하나의 행동 세션에서 학습하는 세 가지 단계가 하나의 뉴런 '활동 전위의 동시 녹음에 적합합니다 기관 행동 패러다임을 개발했다. 동물다시 매핑 다른 새로운 시각적 자극 (취득)의 프리젠 테이션에 두 가지 선택 응답의 각을 필요로하는 단일 간격 강제 선택 작업에​​ 대한 교육. 미리 정의 된 성능 기준, 두 개의 선택 응답 중 하나에 도달 한 후에는 더 이상 (멸종)을 강화하지 않습니다. 성능 수준에있는 특정 감소에 따라, 올바른 응답은 (재 취득) 다시 강화됩니다. 모든 세션에있는 자극의 새로운 세트를 이용하여, 동물 반복적 취득 흡광-재 획득 과정을 거칠 수있다. 학습의 세 단계가 단일 행동 세션에서 발생하기 때문에, 다수의 패러다임은 단일 뉴런의 스파이크 출력의 동시 관찰에 적합하다. 우리는 모델 시스템으로 비둘기를 사용하지만, 작업이 간단하게 가동 차별 학습 할 수있는 임의의 다른 종에 적용될 수있다.

서론

새로운 자극 - 반응 - 결과 연관성 학습 신경 가소성 공정의 넓은 범위를 결합한다. 이러한 프로세스는 궁극적으로 개별 신경 세포의 변화 스파이크 출력에 반영됩니다. 확실하게, 가장 자주 사용되는 학습 패러다임 중 하나는 설치류와 함께 실시 파블로프 공포 조건화이다. 이 설정에서 조건 반응의 수집 및 멸종 수십 실험 ^2에서 열립니다. 이 짧은 시간 내에 동물의 다수의 실행 허용하므로 조건화 된 공포의 급속한 발전은 유리할 수있다. 또한, 수집 및 멸종 순진 동물 ^3,4에서 하루에 시험 수십에서 관찰 또는 2~3일 ^2,5-8에 걸쳐 확산 될 수있다. 그러나 통찰력이 반드시 공포 조건화의 도메인 외부에 적용되지 않는이 실험에서 학습하는 동안 신경 활동의 변화를 얻었다. 예를 들어, 목표 지향적 행동은 포지에 의해 구동TIVE 강화가 더 적절 아니라 파블로프 조절 절차를보다 조작 적으로 모델링하고, 부분적으로 다른 신경 기판 ^9,10에 따라 달라질 수 있습니다. 또한, 공포 조건화는 CS에 신경 반응은 학습하는 동안 신경 활동의 변화의 분석에 심각한 제한을 배치, 수십 시험에서 관찰 할 수 있도록 신속하게 개발하고 있습니다.

불행하게도, 보통 응답 조건화의 수집 및 ....

프로토콜

윤리 정책

모든 실험은 과학 분야에서 동물의 관리 및 사용에 대한 독일의 지침에 따라 수행 하였다. 절차는 노스 라인 - 웨스트 팔리 아, 독일의 국가의 국민 윤리위원회에 의해 승인되었다.

시스템 개요

조작 적 테스트 상공 회의소

조작 적 챔버 (그림 1)는 34cm X 34cm X 50cm를 측정한다. (약 20cm 바닥층 위에 위치 4cm X 4cm) 세 반투명 응답 키는 챔버의 뒷벽에 함몰된다. 자극은 응답 키 뒤에 장착 된 LCD 평면 스크린을 통해 표시됩니다. 측벽에 위치한 두 개의 2 와트 전구는 어두운 조명을 제공합니다. 챔버는 외부 소리를 마스킹하는 소리 감쇠 칸막이에 보관되어 있습니다. 스피커는 항상 백색 잡음을 제공한다. 식품 (곡물)은 센트 아래에있는 음식 호퍼에 의해 제공됩니다어 키. 실험 하드웨어는 사용자가 작성한 MATLAB 코드 ^(21)에 의해 제어된다. 동물은 끊임없이 챔버의 전방 벽에 부착 된 디지털 카메라를 통해 모니터링된다.

맞춤형....

결과

행동

도 4a는 일례 세션에서 동물의 행동의 성능을 보여준다. 동물의 성능 수준은 180 시험 (45 자극 프리젠 테이션)에서 NS 2에 대한 기준을 도달하고 처음부터 NS 1의 100 %에 가깝습니다. 이 전략 - 처음 두 새로운 자극에 대해 동일한 키에 응답하고 자극 중 하나에 대한 응답을 조정 -됩니다에 대한 자주 모두 NS에 응답 초기 무작위로 관찰했다. 이 세션에서, NS 2 무작위이 자극 다음 모든 선택은 (학습 단계 사이의 전환이 수직 검은 색 점선으로 표시되어있다) 하찮은 남아 있다는 것을 의미 멸종을 받아야하는 선택되었다. 멸종하는 동안, 성능은 멸종 자극에 감소하지만 다른 NS 높은 유지됩니다. 기준은 정확하고 잘못된 응답을 지금 강화하고 (재 취득) 다시 처벌됩니다. 시험 370에 도달하고 성능 수준이 기준에 도달 할. 시험 402 FS의 성능 레벨 (> 95 %, 데이터는 도시하지 않음)에 지속적으로 높은 것입니다. 나) 학.......

토론

이 프로토콜은 동시에 하나의 단위 녹음에 적합한 복잡한 행동 작업을 설명합니다. 우리는 비둘기 SIFC 태스크를 설명했지만, 쉽게 코 넘나들며 레버 또는 누름보다는 건성 키를 요구하고, 후각, 청각, 촉각 자극에 의​​해 카메라를 대체하여 설치류에 적용 할 수있다.

아마도 교육 과정 중 가장 중요한 단계는 보상 확률의 1) 점진적 감소와 시험 번호 2)의 증가이다. 익숙한 자극에 대한 단속 강화에 대하여, 우리는 0.5-0.8 범위의 보상 확률을 결정; 이러한 조기 포만을 방지하기 위해 안정적인 성능을 생산하는 충분히 큰 수 있습니다. 즉, 말, 많은 새들이 0.2 아래로 보상 확률을 잘 수행 할 용의가 있습니다.

세션 (500-1,500) 당 시험의 큰 숫자가 필요하기 때문에 조절 된 반응시의 인수, 소멸, 그리고 재 취득mply이 많은 시험을 필요로하고, 발사 속도의 정확한 추정은 낮은 발사 속도 (NCL에서,베이스 라인.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
저항선(전극으로 사용)	California Fine Wire, Grover Beach, CA, USA		Stablohm 675; 폼바 코팅된 니크롬 와이어(외경 25 &마이크로; m)
Microconnectors	Ginder Scientific, Nepean, Ontario, Canada		GS18PLG-220 (플러그) & GS18SKT-220 (헤드 스테이지 구축 소켓)
Cannulae	Henke Sass Wolf, Tuttlingen, Germany		0.4 x 20 mm / 27 Gx3 / 4 "
도금용 금 용액	Neuralynx, Bozeman, MT, USA		SIFCO 공정 금 논시안화물, 코드 5355
초음파 수조용 용액	Alconox, Inc., New York, USA	1304	Tergazyme
전도성 접착제	Henkel Loctite		LOCTITE 3888 실버 충전, 전도성, 접착
스테인리스 스틸 나사	J.I. Morris, Southbridge, MA, USA		F0CE125 셀프 태핑 소형 나사, 본체 길이 1/8인치
광경화 치과 시멘트	van der Ven Dental, 뒤스부르크, 독일		Omniceram Evo Flow A2
광경화 장치	van der Ven Dental, 뒤스부르크, 독일		Jovident Excelled 215 경화 광 (무선 LED 광 경화 장치)
필터 증폭기	npi electronic GmbH, 독일	DPA-2FS
A/D 컨버터	Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK	power 1401
Spike2 software	Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK		Version 7.06a
MATLAB	The Mathworks, Natick, MA, USA		R2012a