Name: 자유롭게 학습의 세 단계에 걸쳐 비둘기를 이동에서 단일 신경 세포 활동 전위를 기록 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-02T13:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: 학습하세요 비둘기의 시각 판별 과제에서 단일 신경 세포 활동 전위를 기록하는 방법을. 습득, 소멸, 재습득 단계에서 뉴런 발화 패턴 변화를 실시간으로 추적하여 학습과 기억의 신경 기전을 규명합니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

이 연구는 MCS (1581 FOR, STU 544/1-1) 및 (1581 FOR, SFB 874) OG에 독일 연구 재단 (DFG)에서 교부금에 의해 지원되었다. DFG의 웹 사이트는 http://www.dfg.de/en/index.jsp입니다. 출자자는 전기 생리학을 설정에 대한 도움말은 금 도금 프로토콜과 함께 우리를 제공뿐만 아니라 토비아스 오토 토마스 Seidenbecher 감사 연구 설계, 데이터 수집 및 분석, 게시 할 수있는 의사 결정, 또는 manuscript.The 저자의 준비에 역할이 없습니다 녹음 장비.

<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>

저자가 공개하는 게 없다.

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...

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 멸종은 많은 일이 소요된다. 그것은 몇 시간 이상에 걸쳐 단일 세포의 활동을 기록하기 어렵기로 악명이 때문, 신경 생리 학적 연구에 대한 해로운입니다. 때문에 세포 외 기록 활동 전위의 파형의 높은 유사성까지, 일일에 기록 스파이크 특히 높은 가진 영역에서, 다음 (11, 12) 상에 기록 된 유사한 파형을 가진 스파이크와 동일한 셀에서 생성되는 항에 문제가있다 예컨대 해마와 같은 세포 밀도. (컬럼비아 livia 그럴싸하게 domestica)는 실험 심리학 13-17 클래식 모델 생물이다. 이러한 조류는 복잡한 시각 차별 (18)을 수행 할 수 유연하게 변화 보강 사태 (19, 20)에 동작을 적용 할 수있게하고, 강화의 최소한 1,000 실험을 수행하는 고유 열성적인 노동자이다. 이러한 특성은 아래에서 설명하는 실험을하기에 특히 적합합니다.

<table><tbody><tr><td>저항선(전극으로 사용)</td><td>California Fine Wire, Grover Beach, CA, USA</td><td></td><td>Stablohm 675; 폼바 코팅된 니크롬 와이어(외경 25 &마이크로; m)</td></tr> <tr><td>Microconnectors</td><td>Ginder Scientific, Nepean, Ontario, Canada</td><td></td><td>GS18PLG-220 (플러그) & GS18SKT-220 (헤드 스테이지 구축 소켓)</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>도금용 금 용액</td><td>Neuralynx, Bozeman, MT, USA</td><td></td><td>SIFCO 공정 금 논시안화물, 코드 5355</td></tr><tr><td>초음파 수조용 용액</td><td>Alconox, Inc., New York, USA</td><td>1304</td><td>Tergazyme</td></tr><tr><td>전도성 접착제</td><td>Henkel Loctite</td><td></td><td>LOCTITE 3888 실버 충전, 전도성, 접착</td></tr><tr><td>스테인리스 스틸 나사</td><td>J.I. Morris, Southbridge, MA, USA</td><td></td><td>F0CE125 셀프 태핑 소형 나사, 본체 길이 1/8인치</td></tr><tr><td>광경화 치과 시멘트</td><td>van der Ven Dental, 뒤스부르크, 독일</td><td></td><td>Omniceram Evo Flow A2</td></tr><tr><td>광경화 장치</td><td>van der Ven Dental, 뒤스부르크, 독일</td><td></td><td>Jovident Excelled 215 경화 광 (무선 LED 광 경화 장치)</td></tr><tr><td>필터 증폭기</td><td>npi electronic GmbH, 독일</td><td>DPA-2FS</td><td></td></tr><tr><td>A/D 컨버터</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>

자유롭게 학습의 세 단계에 걸쳐 비둘기를 이동에서 단일 신경 세포 &#39;활동 전위를 기록

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

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 &#39;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.

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 (&gt; 95 %, 데이터는 도시하지 않음)에 지속적으로 높은 것입니다. 나) 학...

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.

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

다음 실험의 전반적인 목표는 단일 뉴런의 반응 패턴을 특성화하는 것입니다. 실험 대상이 반응에 대한 조건 형성, 소거 및 재획득을 포함하는 시각적 변별 과제를 수행하는 동안 이를 관찰합니다. 먼저, 숙련된 실험 대상이 두 가지 서로 다른 시각 자극 중 하나가 제시된 후 두 가지 가능한 선택 반응 중 하나를 보이도록 훈련시킵니다.동물이 두 가지 자극 중 무작위로 제시되는 자극에 대해 변별 반응을 안정적으로 수행하면, 더 이상 강화물을 제공하지 않습니다. 해당 자극에 대한 조건 반응이 약화되면, 다시 반응을 연속적으로 강화하여 반응의 신속한 재습득을 유도합니다. 결과는 동물이 학습 과제에 참여하는 동안 개별 뉴런의 반응 패턴이 점진적으로 변화함을 보여줍니다.기존 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 서로 다른 학습 단계가 단 몇 시간 내의 단일 세션에서 구현된다는 점입니다. 이를 통해 학습 과정 동안 개별 뉴런의 활동 전위를 추적할 수 있습니다. 이 방법은 단일 세포 수준에서 적응적 조작 행동의 기저에 있는 메커니즘에 대한 통찰을 제공할 수 있습니다.자동 셰이핑(auto shaping)을 시작하려면, 함께 제공된 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 설정된 테스트 챔버에 비둘기를 넣으십시오. 그런 다음 중앙 키에 5초 동안 시각적 초기화 자극을 제시하십시오. 초기화 자극이 종료되는 즉시 또는 반응 키를 한 번 쪼는 즉시(둘 중 먼저 발생하는 조건에 따라), 키 조명을 끄고 푸드 호퍼를 2초 동안 작동시켜 먹이 보상을 제공하십시오.시행 간 간격을 자극 제시 시간보다 길게 유지하십시오. 이는 학습을 촉진하기 위한 시간입니다. 초기화 자극은 최종 과제에서 초기화 확인 및 선택 키로 재사용됩니다.동물이 최소 85%의 시행에서 반응을 보이면, 시행 간 간격을 10초까지 단계적으로 줄이고 제시 시간을 2초까지 줄입니다. 강화에 필요한 반응 횟수를 3회로 늘립니다. 동물이 약 1시간 동안 훈련받을 수 있도록 일일 총 시행 횟수를 늘립니다.모든 키에 대해 초기화 자극에 대한 반응이 안정적으로 얻어질 때까지 왼쪽과 오른쪽 반응 키에 대해 이 훈련 단계들을 반복하십시오. 이제 왼쪽, 오른쪽, 중앙 키의 시행을 무작위로 교대로 수행하며, 먼저 중앙에 초기화 자극을 제시하고 반응이 나타나면 양쪽 키 중 하나에 초기화 자극을 제시하십시오. 중앙 키 반응에는 보상을 제공하지 마십시오.시행마다 어느 쪽 키를 강화할지 무작위로 교체하십시오. 5초 후에 중앙 키에 반응이 없으면 해당 시행을 종료하십시오. 이 훈련 단계는 STI 초기화 후 약 3일이 소요됩니다.나중에 최종 과제에서 익숙한 자극으로 사용될 두 가지의 새로운 자극을 도입하고, 익숙한 자극에 대한 반응을 얻기 위해 해당 자극들로 자동 성형(autos shaping) 단계를 반복합니다. 새로운 자극에 대한 훈련을 통해 보통 4일 이내에 정확한 반응이 나타납니다. 주어진 익숙한 자극에 대해 정답인 선택 키만 점등합니다.피험자가 정답 측 키에 대해 최소 85% 이상의 응답 신뢰도를 보이면, 이 훈련 단계는 약 일주일 정도 소요되어야 합니다. 선택 단계 동안 양쪽 측면 키가 모두 점등되는 자유 선택 시행을 도입하십시오. 정답 측에 응답하면 2초 동안 먹이 보상이 제공됩니다.오답이 입력되면 2초 동안 실내 조명이 꺼집니다. 3초 이내에 응답이 없는 경우, 해당 시행을 종료하고 시행 간 간격을 다시 시작하도록 프로그램을 설정하십시오. 이 훈련 단계는 약 2주 정도 소요됩니다.훈련 과정 동안 자유 선택 시행의 비율을 20%에서 100%까지 점진적으로 늘립니다. 피험자가 자유 선택 시행에서 90% 이상의 정답률을 보이면, 정답에 대한 보상 확률을 0.5로 낮추는 동시에 세션당 시행 횟수를 1000회로 늘립니다. 매일 파라미터를 변경하지 말고 유연하게 선택하십시오.피험자의 수행 수준에 따라 달라집니다. 이 훈련 단계는 약 4주 동안 지속됩니다. 비둘기는 본래 네오포비아(신물 공포증) 성향이 있어 생소한 자극을 쪼는 것을 꺼립니다.따라서 광범위하고 다양한 시각 자극에 대해 자동 성형(auto shaping)을 반복합니다. 훈련이 완료되면, 새로운 자극을 사용한 최종 단일 간격 강제 선택(single interval force choice) 과제를 서로 다른 강화 조건 하에서 수행할 수 있습니다. 워밍업 단계에서는 피험자가 익숙한 자극으로 50회의 시행을 수행하도록 합니다.습득 단계 동안의 반응 동기 저하를 방지하기 위해, 모든 단계에서 이 자극들의 보상 확률을 1보다 작게 설정하십시오. 익숙한 자극과 새로운 자극을 제시하는 시행을 무작위로 교차하고, 두 개의 새로운 자극에 대해 서로 다른 반응 키를 정답으로 할당하며, 모든 정답 반응을 강화하십시오. 정답 반응의 백분율을 최근 120회 시행에 대한 이동 평균으로 계산하십시오.소거 단계 동안 최소 150회의 시행이 수행된 후, 각 새로운 자극에 대한 수행도가 85%를 초과하면 습득이 완료된 것입니다. 무작위로 선택한 새로운 자극에 대해 정답 시 강화하고 오답 시 처벌하는 것을 중단하십시오. 정답을 맞혔을 때 요청 단계를 시작하십시오.소거 자극에 대한 반응률이 60% 미만으로 떨어지고, 해당 단계에서 동물이 총 150회 이상의 시행을 완료했을 때 다음 단계로 넘어갑니다. 재습득 단계에서는 습득 단계에서와 마찬가지로, 소거 자극에 대한 정답 반응에는 보상을 주고 오답 반응에는 처벌을 가합니다. 이 자극에 대한 수행률이 85%를 초과하고 해당 단계에서 동물이 최소 150회의 시행을 수행하면 세션을 종료합니다.전극을 이식합니다. 동물이 전체 획득, 소거, 재획득 과정을 여러 번 완료하면, 각 세션마다 새로운 한 쌍의 신규 자극을 사용하고 시작 전 전극을 최소 125 µm 또는 드라이브 나사 반 바퀴만큼 전진시킵니다. 신호 대 잡음비가 충분한 활동 전위가 관찰되지 않으면 해당 세션을 중단하고 동물을 홈페이지에 둔 뒤 다음 날 다시 시도하십시오.오프라인 분석 소프트웨어를 사용하여 가파른 롤-오프(roll-off)와 함께 모든 채널을 500에서 5,000 hertz 범위로 밴드 패스 필터링하고, 진폭 임계값을 통해 스파이크를 추출한 뒤 주성분 분석(principal component analysis)을 이용하여 수동으로 분류하십시오. 분류 결과 분석을 위해 직접 작성한 MATLAB 코드는 MATLAB central file exchange에서 이용 가능합니다. 잘 격리된 단일 단위(single unit)는 명확하게 분리된 클러스터로 나타나야 합니다.모든 기록된 파장을 중첩하여 히트맵으로 플롯했을 때, 주성분 공간(principal component space)에서 다중 단위의 징후가 나타나지 않아야 합니다. 세션 전반에 걸쳐 안정적인 기록이 이루어져, 피크 진폭이 변하지 않고 대칭적으로 분포된 피크 파형 진폭을 가져야 하며, 이전 스파이크의 불응기 동안 발생하는 스파이크 이벤트가 없거나 매우 적어야 합니다. 또한, 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio)가 최소 2 이상인 스파이크여야 합니다.오프라인에서 로우 채널(raw channels)을 검사하여 움직임 관련 아티팩트를 확인하고, 필요한 경우 해당 채널을 폐기하십시오. 키 피킹(key pecking) 중에 발생하는 전기적 아티팩트 가능성을 테스트하십시오. 이는 기록된 각 키 피킹에 대한 스파이크 횟수의 시간 히스토그램을 조사함으로써 수행합니다.쪼기(Pecking)로 인한 아티팩트는 50밀리초(ms) 이내의 히스토그램 피크로 나타나며, 추가 확인 플롯으로는 0으로 표시됩니다. 주요 쪼기 동작의 20밀리초(ms) 이내에 기록된 모든 스파이크 이벤트의 파형을 별도로 분류하여, 이 시간 범위 밖에서 검출된 스파이크 파형과 비교합니다. 단일 간격 강제 선택 과제를 수행하는 한 마리 동물의 행동 데이터에 따르면, 새로운 자극 1에 대해서는 훈련 시작부터 100%의 정확한 선택을 보였으며, 새로운 자극 2에 대해서는 본 세션의 180회 시행 이내에 기준 성능에 도달했습니다. 새로운 자극 2는 무작위로 소거 대상으로 선택되었으며, 이는 소거 과정 동안 해당 자극 이후의 모든 선택에 대해 더 이상 보상이나 처벌이 주어지지 않았음을 의미합니다.소거 자극에 대한 수행도는 감소하지만, 다른 새로운 자극에 대한 수행도는 높게 유지됩니다. 재습득 과정에서 정답과 오답 반응에 대해 다시 강화와 처벌이 이루어지면, 370회 시행에서 소거 기준 수준에 도달합니다. 85% 수행도 기준은 402회 시행에서 달성됩니다.동물이 과제를 수행하는 동안 needle pale co의 한 단위의 반응 패턴을 측방으로 기록했습니다. 이 과제는 새로운 자극이 제시되는 동안의 반응 조절을 보여줍니다. 습득 단계에서, 해당 단위들은 새로운 자극 2에 강하게 반응합니다.학습 초기에는 소거 및 재습득 단계 동안 발화에 거의 변화가 없습니다. 새로운 자극에 대한 반응 또한 거의 나타나지 않습니다. 세션당 한 번 발생합니다.또 다른 유닛은 왼쪽이 아닌 오른쪽 방향의 움직임 동안에만 반응하였으며, 이는 감각 운동 코딩을 시사합니다. 이 영상을 시청한 후에는 동적 강화 조건이 적용된 최종 단일 구간 강제 선택 과제를 수행하도록 동물을 단계적으로 훈련시키는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 이 기술은 학습 및 기억 분야의 연구자들이 단일 세포 수준에서 서로 다른 유형의 학습 동안 일어나는 신경망의 재구성 과정을 탐구할 수 있는 길을 열어줄 것입니다.

recording-single-neurons-action-potentials-from-freely-moving-pigeons

Research

연구

JoVE Journal

Neuroscience

신경과학

자유롭게 동물 행동의 신경 활동 패턴의 비침습 측정은 고속 videography와 neurophysiological 레코딩을 결합하여 얻을 수 있습니다.

자유롭게 동물 행동의 신경 회로 활성화의 기록

이 보고서에서는 동시에 다중인지 동작을 테스트하고 설치류를 위해의 연결 활동을 기록 가능한 완전 자동화된 고도 다양한 시스템을 소개합니다.

여러인지 기능을 테스트 및 설치류에의 연결 활동을 녹음하기위한 완전 자동화된 고도 다목적 시스템

이 비디오는 자유롭게 움직이는 새끼 돼지의 뇌 신호를 기록하는 것을 보여줍니다. 새끼 돼지의 머리를 청소하고 전극을 부착합니다. 그런 다음 이러한 전극은 원격 측정 장치에 연결됩니다. 설정은 실리콘 고무로 고정됩니다. 새끼 돼지는 데이터 기록 전에 적응할 수 있습니다.

자유롭게 움직이는 새끼 돼지의 뇌 신호 기록

출처: Moore, J. D., et al. Juxtacellular Monitoring and Localization of Single Neurons within Sub-cortical Brain Structures of Alert, Head-Arrest Rats(경보, 머리 구속 쥐의 피질하 뇌 구조 내 단일 뉴런의 모니터링 및 국소화). J. Vis. Exp. (2015)이 비디오는 구속되고 깨어 있는 쥐의 병치세포 기록 및 염색 방법을 보여줍니다. 이 절차에는 뉴런의 신호를 기록하고 염료를 주입하여 기록 부위의 위치를 정확하게 파악하는 작업이 포함됩니다. 이 기술을 사용하면 신경 활동을 뇌의 해부학적 구조에 정확하게 매핑할 수 있습니다.

깨어 있는 쥐의 신경 활동을 정확하게 매핑하기 위한 Juxtacellular Recording and Staining 

하나의 단위 전기 생리학 녹음에 사용하기 위해 microwires의 조직 배열을 주입하는 기술 문제를 안겨준다. 이 기술과 필요한 장비를 수행하는 방법이 설명되어 있습니다. 또한, 높은 공간 선택과 별개의 신경 하위 영역에서 기록하는 조직 마이크로 와이어 어레이의 유익한 사용을 설명합니다.

동물 행동하자, 깨어있는 단일 단위 레코딩을위한 Microwires의 조직 된 배열을 주입하기위한 절차

이 프로토콜은 경보를 발하는 쥐의 피질하 뇌 구조에서 신경 세포 활동을 모니터링하기 위한 머리 억제 메커니즘의 설계 및 외과적 이식을 설명합니다.  이 책은 병치세포 구성에서 단일 뉴런을 분리하고 해부학적 위치를 효율적으로 식별하는 절차를 설명합니다.

경고, 헤드 억제 쥐의 하위 대뇌 피질의 뇌 구조 내에서 Juxtacellular 모니터링 및 현지화 단일의 뉴런

두 개의 서로 다른 뇌 neuropiles 또는 두 개의 서로 다른 해부학 책자에서 동시 세포 장기 기록은 꿀벌에 설립되었다. 이 기록은 다른 뇌 영역 하나의 신경 세포에서뿐만 아니라 행동 동물의 앙상블 수준에서 신경 세포의 처리 시간 측면의 조사를 할 수 있습니다.

행동을 한 꿀벌 두 신경 처리 단계에서 동시 장기 녹음

깨어 있는 쥐의 기록 부위 부근에서 세포 외 신경 활동을 동시에 기록하고 여러 신경 활성 물질을 방출하는 전극 구성 방법을 제시합니다. 이 기술을 사용하면 관심 있는 뉴런에 대한 추정 국소 시냅스 입력값을 자세히 분석할 수 있습니다.

깨어 마우스의 신경 활성 물질의 Microiontophoretic 응용 프로그램과 결합하여 신경 활동의 세포 외 기록

변경 실명은 시각적 관심, 그것에 의하여 영상 디스플레이 변경 특정 특정 상황에서 들 키 지의 현상. 이 프로토콜 변경 실명 비둘기와 함께 연구에 대 한 적절 하 고 효과적인 그 조사에 대 한 깜박임 패러다임에 변화를 설명 합니다.

비둘기 (비둘기 리비아)에 변경 실명을 조사 하는 방법

이 프로토콜은 흡광도 전압에 민감한 염료 및 포토다이오드 어레이를 사용하여 비 형이상무척추동물 종의 단일 세포 분해와 신경 인구 활성을 이미징하는 방법을 제시한다. 이 접근 방식을 통해 하루 동안 이미징 및 분석을 추구할 수 있는 빠른 워크플로우가 가능합니다.

비 트랜스제닉 무척추 동물의 단일 신경 해상도를 가진 네트워크 역학을 기록하기위한 포토다이오드 기반 광학 이미징

이 프로토콜은 머리가 고정된 마우스의 뇌간에서 생체 내 고밀도 단일 뉴런 기록을 얻는 방법을 설명합니다. 이 접근법은 전신 마취 전과 전신 마취 중에 REM(Rapid Eye Movement) 수면 중에 비활성화된 뇌간 영역인 복외측 수관 주위 회색에서 뉴런의 활동 전위 발화를 측정하기 위해 배포됩니다.

Head-Fixed Mice의 뇌간에서 발생한 급성 단일 단위 다중 전극 기록

학습하세요 비둘기의 시각 판별 과제에서 단일 신경 세포 활동 전위를 기록하는 방법을. 습득, 소멸, 재습득 단계에서 뉴런 발화 패턴 변화를 실시간으로 추적하여 학습과 기억의 신경 기전을 규명합니다.

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

더 많은 동영상 탐색