방법 논문

인식 및 학습을 연구하는 도구로 전기 생리 텍스 녹화 및 자극과 셔틀 박스 교육을 결합

DOI:

10.3791/53002

⸱

2015년 10월 22일

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

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

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셔틀 박스 회피 학습은 행동 신경 과학에 잘 확립되어있다. 이 프로토콜은 설치류에서 학습 셔틀 상자가 사이트 별 전기 intracortical 미세 자극 (ICMS) 및 학습과 인식의 여러 측면을 연구하는 도구로 생체 내 녹음 동시 만성와 결합 할 수있는 방법에 대해 설명합니다.

초록

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셔틀 박스 회피 학습 행동 신경 과학 및 실험 설정에서 잘 확립 된 방법은 전통적으로 맞춤 제작했다입니다 필요한 장비는 여러 상업 회사에 의해 사용할 수 있습니다. 조합 사이트 별 전기 intracortical 미세 자극 (ICMS) 동시 만성 전기 생리학 생체 기록과,이 프로토콜은 설치류에서 양방향 셔틀 상자 회피 학습 패러다임의 상세한 설명 (Meriones unguiculatus 여기 몽골어 게르 빌 루스 쥐)를 제공합니다. 자세한 프로토콜은 서로 다른 설치류 종의 학습 행동과 인식의 여러 측면을 연구에 적용 할 수있다.

여기 conditioned 자극으로 청각 피질 회로의 사이트 별 ICMS 특정 구 심성, 원심성 및 intracortical 연결의 지각 관련성을 테스트하는 도구로 사용된다. 별개의 활성화 패턴이 상이한 자극 전극 도착을 사용하여 유발 될 수있다지역, 계층에 의존하는 ICMS 또는 먼 ICMS 사이트 AYS. 자극 전략 및 두드러진 행동면 검출 신호를 유도하는 가장 효과적인 것이 결정될 수 행동 신호 검출 분석을 이용. 또한, (표면 전극 등, 깊이 전극) 다른 전극 설계를 이용하여 병렬 멀티 - 레코딩은 학습 과정의 시간 과정 동안 신경 세포의 관찰 가능한 조사 허용한다. 그것은 행동 디자인의 변화가인지 적 복잡성을 증가시킬 수있는 방법을 설명합니다 (예를 들어, 감지, 차별, 반전 학습)됩니다.

서론

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행동 신경 과학의 기본 목표는 신​​경 세포의 구조 및 기능적 특성, 학습과 인식 사이에 특정 링크를 설정하는 것입니다. 인식 및 학습과 관련된 신경 활동은 여러 사이트에서 다양한 뇌 구조에서 활동 전위 및 지역 현장 잠재력의 전기 생리 기록하여 공부하실 수 있습니다. 3 - 전기 생리 녹음 신경 활동과 행동 사이의 상호 연결을 제공하는 반면, 세기 이상에 대한 직접 전기 intracortical 미세 자극 (ICMS)는 신경 세포의 흥분 집단과 그들의 행동과 지각 효과 1의 테스트 인과 관계에 대한 가장 직접적인 방법이었다. 많은 연구는 동물 인스턴스 retinotopic 4, T에 대한 내 자극 사이트에 따라 지각 작업 전기 자극의 다양한 공간과 시간 특성을 활용할 수 있다는 것을 증명하고있다피질에서 onotopic 5, somatotopic 6 지역. 피질의 전기적으로 유발 된 활동의 전파는 주로 축삭 섬유와 피질에, 명확 층 의존 7, 그들의 분산 시냅스 연결 2의 레이아웃에 의해 결정된다. ICMS에 의해 유발 된 결과 polysynaptic 활성화는 훨씬 더 이제부터는 전기 필드 2,8,9의 직....

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프로토콜

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이 연구에서 제시된 모든 실험은 실험 동물의 보호를위한 독일의 법에 의해 정의 된 윤리 기준과 일치 실시 하였다. 실험은 작센 - 안할 트의 상태의 윤리위원회에 의해 승인되었다.

1. 주문 제작 미세 자극 및 녹화를위한 멀티 채널 전극 배열

  1. 주문 제작 미세 자극 배열
    1. ICMS를 전달하기 위해, (Ø = 아이솔레이션과 50 μm의) 3-cm 길이 테플론 절연 스테인레스 스틸 와이어를 사용하여 원하는 공간 디자인 (2 채널의 여기 횡 배열)에 자극 전극을 준비한다. 그림 2를 참조하십시오.
    2. 핀 시스템 (1.25 mm 피치)에 전선의 한쪽 끝을 압착.
    3. 2 채널과 어레이 ~ 0.5 mm 또는 ~을위한 와이어 (0.1654 mm 피치)를 안내하는 수직으로 두 개의 수직 배향 전자 현미경 물체 홀더 그리드 (~ 5mm 그리드의 거리) 내지 0.7 mm의 전극 간 거리 통과 전선.
    4. 약 4mm 마지막으로 전극의 끝 역할 와이어의 끝 위의 치과 아크릴의 작은 방울과 함께 접착제 와이어.
    5. 플러그 하우징에 핀을 넣습니다.
    6. 전해액 (예를 들어, 0.9 % 염화나트륨)과 접시에 전극을 넣어 각....

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결과

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이 섹션에서는 몽골 햄스터에서 셔틀 박스 학습의 대표적인 예를 보여줍니다. 피사체는 두 전극 사이의 자극 ICMS 사이트 청각 피질에서 서로 떨어져 700 μm의 주입을 구별하도록 훈련시켰다 (도 1 및도 2). 자극 어레이는 서로 다른 공간 디자인 (그림 1)에서 사용자 정의 할 수 있습니다. 여기, 두 ICMS 사이트의 차별 30 CS + 및 CS - 각 (그림 3A-C)의 프리젠 테이션이 3 훈련에서 배운했다. 이 7 연속 교육 세션 (그림 3B)에 걸쳐 히트 거짓 경보 응답의 CR 속도를 안정적으로 유의 한 차이로 표시됩니다. 이에 대응하여, D는 '>이 세션 (그림 3C)에서 1입니다. 그들은 효과적인 혐오 무조건 반응을 반영하는 바와 같이 미국을 향해 빠른 탈출 대기 시간은 기본이다. 이는 200에서 발 충격 강도를 적용하여 보장 될 수# 181; 탈출 대기 시.......

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토론

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이 프로토콜은 양방향 혐오 발 충격 제어 셔틀 박스 시스템을 사용하여 동물의 학습 동시 부위 특이 ICMS 및 멀티 채널의 전기 생리 학적 기록 방법을 설명한다. 프로토콜은 조합에 대한 기술 핵심 개념을 강조하고, 단지 그것의 공통 접지 전극을 통해 동물을 접지 부동 전압에서 gridfloor을 떠날의 중요성을 지적한다. 이 동물의 청각 피질의 학습 관련 플라스틱 재구성이 광범위하게 8,12,14,15,21,22 연구되고있다 여기에, 청각 셔틀 박스 학습 몽골 게르 빌 루스 쥐에 적용 하였다. 그럼에도 불구하고, 설명 프로토콜 인스턴스 마우스 (16) 같은 다른 설치류 종에 작은 변화로 적용 할 수 있습니다. 이 점에서이 종 특이 수술 (2.17) 후 복구 시간에 관한 적응, 장애물 (2.1.1) 및 개별 동물의 발 충격 감도의 높이, HIG 할 수있는 고려하는 것이 중요하다hly 변수 (3.1.3-3.1.6).

프로토콜은 또한 주문품 .......

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공개 사항

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저자가 공개하는 게 없다.

감사의 글

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작업은 Deustche Forschungsgemeinschaft DFG 및 신경 생물학에 대한 라이프니츠 - 연구소의 보조금에 의해 지원되었다. 우리는 기술 지원을 마리아 - 마리나 Zempeltzi과 캐더린 OHL 감사합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
테플론 절연 스테인레스 스틸 와이어캘리포니아 파인 와이어직경 50&마이크로; m w/ 절연
핀 커넥터 시스템 Molex Holding GmbH5104702001.25 mm 피치 PicoBlade
TEM 그리드 QuantifoilScience ServicesEQ225-N27
치과 아크릴 PaladurHeraeus Kulzer64707938
핸드헬드 드릴 OmniDrill35WPI 
케타민 500mg/10mlRatiopharm GmbH7538837
Rompun 2%, 25mlBayer Vital GmbH5066.0
염화나트륨 0.9%, 10mlB.Braun AG 
윤활유 KY-JellyJohnson &
셔틀 박스 E10-E15Coulbourn InstrumentsH10-11M-SC
자극 발생기 MCS STG 2000다중 채널 시스템
Plexon 헤드 스테이지 케이블 32V-G20Plexon Inc.HSC/32V-G20
플렉슨 헤드스테이지  32V-G20플렉슨 Inc.HST/32V-G20
PBX 프리앰프 32Plexon Inc.32PBX 박스
멀티채널 수집 시스템Plexon Inc.MAP 32/HLK2
Cryostate CM3050 SLeica Microsystems GmbH
신호 처리 카드 Ni-DaqNational Instruments
Lab StandardTM 입체 계측기Stoelting Co. 
오디오 감쇠기 g.pahg.pah Guger 기술
Cresyl 바이올렛 아세테이Roth GmbH7651.2
Roticlear Roth GmbHA538.1
아세트산 나트륨 삼수화물Roth GmbH6779.1
Potassium hexacyanoferrat(II) 삼수화물Roth GmbH7974.2
인산이수산화나트륨 이수화물Merck1,065,801,000
ICM 임피던스 컨디셔닝 모듈FHC55-70-0
동물 온도 조절기World Precision InstrumentsATC2000
503599PRID00000772존슨채널 트

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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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재인쇄 및 허가

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태그

Intracortical MicrostimulationAuditory CortexTwo Way Avoidance LearningBehavioral Signal DetectionMulti Electrode ArraysSite Specific StimulationNeural Mass ActionLearning Behavior Analysis

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