Name: 인식 및 학습을 연구하는 도구로 전기 생리 텍스 녹화 및 자극과 셔틀 박스 교육을 결합 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-10-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 43 s
Description: 학습하세요 셔틀 박스 회피 학습과 피질내 미세자극을 결합한 행동신경과학 방법으로, 청각피질 신경활동과 학습 행동의 관계를 분석합니다. 이 기법은 인지 상태와 신경역학의 연결을 규명합니다.

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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.

<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>

저자가 공개하는 게 없다.

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 ...

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 직접적인 영향보다 넓은 확산이다. intracortical 미세 자극에 의해 유도 지각 효과의 한계가 강하게 층 의존 8,10,11 및 사이트에 의존 9 될 수 있습니다 이유를 설명. 최근의 연구는 피질 결과의 깊은 층의 자극 활성화 intracolumnar 초점, 재발 corticoefferent에있는 동안 상위 계층의 자극은 주로 supragranular 층에 corticocortical 회로의 더 넓은 확산 활성화를 산출하는 것이 구체적으로 보여 주었다. 병렬 행동 실험은 후자가 훨씬 낮은 지각 검출 THR이 있는지 밝혀esholds 8. 인과 8 셔틀 상자에 학습과 인식의 행동 조치와 관련된 대뇌 피질 회로의 활성화를 관계에 따라서, 특정 사이트 ICMS로 조절 된 자극의 장점은 전기 생리 녹음과 함께 이용되었다. 양방향 셔틀 박스 패러다임은 회피 학습 (12)을 연구하는 잘 확립 된 실험 장치이다. 셔틀 상자는 장애물 또는 출입구에 의해 분리 된 2 구획으로 구성되어 있습니다. 빛이나 소리와 같은 적절한 신호에 의해 표시되는 조건 자극 (CS)는, 우발적, 혐오 무조건 자극 (US) 뒤에 예를 들어 같은 금속 그리드 바닥을 통해 발 충격. 피험자는 CS에 대한 응답으로 다른 하나의 셔틀 박스 구획에서 왕복으로 US를 피하는 것을 배울 수있다. 첫째 : 셔틀 박스 학습 13,14 구별 학습 단계의 시퀀스를 포함주제는 고전적 조건 형성에 의해 CS에서 미국을 예측하고, 미국은 왕복에 종료 될 때, 악기 조절에 의해 미국에서 탈출하는 법을 배워야. 다음 단계에서, 주제는 미국의 발병하기 전에 CS (회피 반응)에 대한 응답으로 왕복으로 모두 미국을 피하기 위해 배웁니다. 일반적으로, 셔틀 박스 학습은 고전적 조건 형성, 악기 조절뿐만 아니라, 상 (14)을 학습에 따라 목표 지향적 행동을 포함한다. 셔틀 박스 절차를 쉽게 설정하고 일반적으로 몇 일간 훈련 15 일 이후 강력한 행동을 생성 할 수있다 - (17). 간단한 회피 컨디셔닝 (검출)에 더하여, 셔틀 박스 나아가 / 노고 패러다임을 이용하여 자극 차별을 연구하는데 사용될 수있다. 여기에, 동물은 조건 반응에 의해 미국 (CR) (동작을 이동을, 반대 구획에 셔틀) 방지하기 위해 훈련에 대한 응답으로 &lt;공부를 할 수 있도록 노고 자극 (CS-)에 대한 응답으로 고밀도 다중 전극 배열과 평행 미세 자극과 신경 활동의 기록.; strong&gt;을 이동-자극 (CS +)와 노고 행동으로는 (더 CR을 현재 구획에 머물 없음) 성공적인 학습을 기초 생리 메커니즘. 셔틀 상자 훈련, ICMS 및 병렬 전기 생리학의 성공적인 조합에 대한 기본적인 몇 가지 기술적 인 세부 사항이 논의 될 것이다.

<table><tbody><tr><td>테플론 절연 스테인레스 스틸 와이어</td><td>캘리포니아 파인 와이어</td><td></td><td>직경 50&마이크로; m w/ 절연</td></tr><tr><td>핀 커넥터 시스템&nbsp;</td><td>Molex Holding GmbH</td><td>510470200</td><td>1.25 mm 피치 PicoBlade</td></tr><tr><td>TEM 그리드 Quantifoil</td><td>Science Services</td><td>EQ225-N27</td><td></td></tr><tr><td>치과 아크릴 Paladur</td><td>Heraeus Kulzer</td><td>64707938</td><td></td></tr><tr><td>핸드헬드 드릴 OmniDrill35</td><td>WPI&nbsp;</td><td></td><td></td>503599</tr><tr><td>케타민 500mg/10ml</td><td>Ratiopharm GmbH</td><td>7538837</td><td></td></tr><tr><td>Rompun 2%, 25ml</td><td>Bayer Vital GmbH</td><td>5066.0</td><td></td></tr><tr><td>염화나트륨 0.9%, 10ml</td><td>B.Braun AG&nbsp;</td><td></td><td></td>PRID00000772</tr><tr><td>윤활유 KY-Jelly</td><td>Johnson & </td><td></td><td></td>존슨</tr><tr><td>셔틀 박스 E10-E15</td><td>Coulbourn Instruments</td><td>H10-11M-SC</td><td></td></tr><tr><td>자극 발생기 MCS STG 2000</td><td>다중 채널 시스템</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plexon 헤드 스테이지 케이블 32V-G20</td><td>Plexon Inc.</td><td>HSC/32V-G20</td><td></td></tr><tr><td>플렉슨 헤드스테이지&nbsp; 32V-G20</td><td>플렉슨 Inc.</td><td>HST/32V-G20</td><td></td></tr><tr><td>PBX 프리앰프 32</td>채널 <td>Plexon Inc.</td><td>32PBX 박스</td><td></td></tr><tr><td>멀티채널 수집 시스템</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>신호 처리 카드 Ni-Daq</td><td>National Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lab StandardTM 입체 계측기</td><td>Stoelting Co.&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>오디오 감쇠기 g.pah</td><td>g.pah Guger 기술</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cresyl 바이올렛 아세테이</td>트 <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>아세트산 나트륨 삼수화물</td><td>Roth GmbH</td><td>6779.1</td><td></td></tr><tr><td>Potassium hexacyanoferrat(II) 삼수화물</td><td>Roth GmbH</td><td>7974.2</td><td></td></tr><tr><td>인산이수산화나트륨 이수화물</td><td>Merck</td><td>1,065,801,000</td><td></td></tr><tr><td>ICM 임피던스 컨디셔닝 모듈</td><td>FHC</td><td>55-70-0</td><td></td></tr><tr><td>동물 온도 조절기</td><td>World Precision Instruments</td><td>ATC2000</td><td></td></tr></tbody></table>

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

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

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.

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 &#39;&gt;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 ...

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.

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

다음 실험의 전반적인 목표는 학습 과정 중의 신경 집단 작용과 신경 역학을 평가하고 조절하는 것입니다. 이를 위해 먼저 청각 피질에서 부위 특이적인 신경 활동의 동시 자극과 기록이 가능한 다중 전극 어레이를 이식합니다. 두 번째 단계로, 전극이 이식된 동물을 go no-go 패러다임의 2구획 셔틀 박스에서 훈련시키며, 이때 청각 피질의 지속적인 신경 활동을 기록하고 조건 형성을 위해 피질 내 미세 자극을 사용합니다.다음으로, 학습 행동 및 학습 관련 시공간적 활동 패턴에 대한 분석을 오프라인 상태에서 시행별로 수행합니다. 결과는 부위별 피질 미세 자극을 통해 내부의 주관적 인지 상태를 특성화할 수 있는 시공간적 활동 패턴을 유도하는 방법을 보여줍니다. 이를 통해 본 방법은 피질 회로 활동 패턴과 관찰된 학습 및 지각의 행동 상태 사이의 연관성을 확립합니다.여기에 설명된 기술들은 개별 피질 활동 패턴을 정의된 행동 및 인지 상태와 연관시키는 것이 가능할 뿐만 아니라, 전기 자극을 통해 서로 다른 행동과 연관될 수 있는 정의된 지각을 유도하는 것 또한 가능하다는 점을 보여줍니다. 이러한 발견의 확장 방향은 손실된 감각 기능을 대체하기 위한 신경 보철물 개발에 있습니다. 이 방법은 쥐(rats)나 생쥐(mice)와 같은 다른 설치류 종에도 적용될 수 있습니다.일반적으로 이 방법에 익숙하지 않은 연구자는 어려움을 겪을 수 있는데, 이는 이러한 학습 실험에서 좋은 결과를 얻기 위해 동물의 취급 및 훈련에 관한 경험과 충분히 확립된 기준이 필요하기 때문입니다. 먼저 자극용 다채널 전극 어레이를 제작한 후, 이를 청각 피질에 외과적으로 이식합니다. 프로토콜의 서면 지침에 따라, 동물들이 수술 후 완전히 회복된 후에만 나머지 절차를 시작합니다.경막외 표면 어레이는 전극 간 거리가 약 600 microns인 3x6 매트릭스로 배열된 스테인리스 스틸 와이어로 제작됩니다. 헤드 스테이지 증폭기를 기록 케이블에 연결하십시오. 동물이 깨물어 연결 부위가 손상되는 것을 방지하기 위해 금속 메시로 감싼 얇고 유연한 케이블 하네스를 사용하십시오.신호 대 잡음비와 대역폭을 높이기 위해 차폐 상자 내의 프리앰프를 사용하십시오. 국소 전위(local field potential) 기록을 위해 원하는 주파수 범위에서 신호를 필터링하십시오. 2~300 Hz 필터를 사용하여 1 kHz 이상의 샘플링 주파수로 데이터를 샘플링하십시오. 활동 전위(action potential) 기록의 경우, 최소 40 kHz의 샘플링 주파수와 300~4,000 Hz 필터를 사용하십시오.행동 테스트를 시작하려면, 음향 및 전기 차폐 챔버 내의 셔틀 박스를 사용하십시오. 박스는 허들로 구분된 두 개의 구획으로 구성되어 있습니다. 허들의 높이가 반응의 행동 편향에 영향을 미치므로, 특정 종에 적합한 허들 높이를 사용하십시오.테스트할 동물을 기록 및 자극 케이블에 연결한 후, 동물을 훈련 챔버에 조심스럽게 넣고 세션 시작 전 3분 동안 적응시킵니다. 적응 단계에서의 모든 구획 이동을 기록하십시오. 훈련 시작 전 기록 품질을 주의 깊게 확인하십시오. 신호에 온라인 고속 푸리에 변환 필터를 적용하여 50 hertz 노이즈의 진폭을 결정합니다.마지막으로 헤드 커넥터, 어댑터, 헤드 스테이지, 케이블 하네스 및 증폭기 사이의 모든 연결 상태를 다시 한번 확인하십시오. 다채널 자극기를 사용하여 조건 자극을 위한 자극 전극에 피질 내 미세 자극을 전달합니다. 조건 자극을 전달한 후 그리드 바닥을 통해 무조건 자극인 발 전기 충격을 전달하며, 이때 전달되는 충격의 강도가 혐오감을 주되 통증을 유발하지 않는 수준인지 확인하십시오.여기에서 보시는 바와 같이, 미세한 행동 수정을 위해 무조건 자극과 조건 자극이 없는 빈 시도를 시도 간에 배치하여 제시합니다. 조건 자극 시작 후 4초의 결정적 시간 범위 내에서 발생하는 구획 변화를 적중 반응으로 분류합니다.조건 자극에 반응하여 임계 시간 범위 내에 조건 반응이 일어나지 않는 경우, 즉시 6~10초 동안 가벼운 발 전기 충격을 가합니다. 무조건 자극으로서, 조건 자극 음성 시행 중 이를 반응하지 않은 경우(miss)로 분류하며, 임계 시간 범위 내의 구획 변경은 오경보(false alarm) 반응으로 분류합니다. 이러한 부적절한 조건 반응 직후에 최대 10초 동안 무조건 자극을 가합니다.동물이 결정적 시간 창(critical time window) 동안 구획 내에 머무는 경우, 조건 자극 음성 시행 후에 전기 자극 비조건 자극을 가하지 마십시오. 실험 전체가 완료된 후 이를 정답 거부(correct rejection)로 분류하십시오. 자극 전극 어레이의 안정적인 위치를 제어하기 위해, 수술 마취를 실시한 후 모든 자극 채널을 통해 단극 카타르시스 전류를 가하여 이식 위치의 조직에 철 침전물을 형성시키십시오. 탈출 잠복기를 온라인으로 주의 깊게 결정하고, 탈출 잠복기가 2초보다 길면 전기 자극 강도를 단계적으로 높이십시오.훈련 데이터를 분석하기 위한 처음 20회의 시행 후, 화면에 표시된 대로 조건 자극 양성 및 조건 자극 음성 시행에 대한 조건 반응률을 계산하십시오. 훈련 진행 상황과 학습 역학을 평가하기 위해 세션 또는 시행 블록의 함수로 조건 반응률을 그래프로 나타내십시오. 마지막으로 프로토콜의 서면 부분에 있는 지침에 따라 d' (deep prime) 분석을 수행하십시오. 1 이상의 d' 값을 갖는 민감도 지수는 성공적인 식별의 임계 기준으로 사용할 수 있습니다. 조건 자극 양성 시행 동안의 개별 시행에 대한 반응 잠복기가 여기에 그래프로 표시됩니다. 모든 훈련 세션에 걸쳐, 초 미만의 잠복기를 가진 모든 반응은 성공적인 히트(hit) 반응에 해당합니다.반응 잠복기의 히스토그램은 6초 미만의 HIIT 반응과 6~8초의 회피 반응에 해당하는 이봉형 분포를 보입니다. 이는 단일 훈련 세션의 조건 자극 양성 시행들에 대해 단일 동물에서 평균을 낸 전기 유발 전위(EEP)의 전형적인 예시이며, EEP는 단일 펄스 자극 아티팩트를 제거하기 전에는 검은색으로, 제거 후에는 빨간색으로 표시됩니다. N20으로 알려진 초기 주요 음성 피크는 20 milliseconds의 잠복기에서 확인할 수 있습니다.이 그림은 상단 패널에서 주둥이 쪽(rostral) 자극 전극의 양성 조건 자극에 대한 N20 진폭의 공간적 분포 분석을, 하단 패널에서는 꼬리 쪽(caudal) 자극 전극의 음성 조건 자극에 대한 분석을 보여줍니다. 하단 패널은 청각 피질 전반에 걸쳐 유발된 상태의 공간 해상도를 나타냅니다. 이 절차를 수행할 때, 고품질의 전기생리학적 기록과 전기 자극의 적절한 전달을 위해서는 그리드 바닥의 접지가 매우 중요하다는 점을 기억하십시오.지각 및 학습 과정 중 피질 회로의 특정 세포 유형과 전달물질 시스템을 조사하기 위해 광유전학적 및 약리학적 조작과 같은 다른 방법들을 프로토콜에 포함할 수 있습니다. 이 기술은 해당 분야의 연구자들이 학습 및 기억 기능에 대한 신경 역동성의 역할을 단순한 상관관계 분석에서 더 인과적인 설명으로 나아갈 수 있는 길을 열어줍니다.

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

Research

연구

JoVE Journal

Behavior

행동

쥐에서 청각 보철 연구를위한 고전적인 공포 컨디셔닝 행동 패러다임의 응용 프로그램이 설명되어 있습니다. 이 패러다임은 모두 탐지 식별을위한 메커니즘 및 결과 조치로 심장 속도를 사용하여 서로 다른 음향 및 전기 자극 사이에 차별을 제공합니다.

고전 컨디셔닝 및 하트 속도 접근법을 사용 청각 음향과 전기 자극의 자극 페어 차별의 행동 결정

이 비디오는 주의력 기반 시각 자극 테스트 중에 뇌파검사(EEG) 및 뇌심부 자극(DBS) 전극을 사용하여 피질 및 피질하 신경 활동을 기록하는 과정을 보여줍니다.

전극 시스템을 사용하여 피질 및 피질하 신경 활동을 기록하다

소뇌에 대한 경두개 직류 자극(tDCS)은 전전두엽 피질에 원격 효과를 가하여 인지와 수행을 조절할 수 있습니다. 이는 다양한 복잡성을 가진 두 가지 정보 처리 작업을 사용하여 입증되었으며, 작업이 어렵지만 쉽지는 않을 때 음극 tDCS만이 성능을 향상시켰습니다.

소 뇌의 경 두개 직류 자극을 사용하여 변조인지

이 프로토콜은 쥐가 학습 및 기억 작업에 참여하는 동안 개별 뇌 영역의 뉴런 활동을 일시적 및 원격으로 침묵시키는 방법을 설명합니다. 이 접근법은 약물 유전학(Designer-Receptors-Exclusively-Activated-by-Designer-Drugs)과 학습의 다양한 구성 요소를 구별하도록 설계된 행동 패러다임(감각 사전 조건화)을 결합합니다.

학습의 개별 단계에서 설치류에서 원격 음소거 신경 활동하는 방법

여기에서, 우리는 연구를 목표로 정신 및 신경 언어 실험을위한 경두개 직접 전류 자극을 사용하기위한 프로토콜을 설명, 자연주의아직 완전히 제어 된 방법으로, 단어 학습에서 인간의 뇌의 피질 영역의 역할, 그리고 결과를 평가하기위한 행동 절차의 포괄적 인 세트.

언어 학습 및 단어 습득 연구에서 베르니케와 브로카의 경두개 직접 전류 자극 (tDCS)

우리는 어린이의 모터 피질의 변조 (tDCS, HD-tDCS) 및 매핑 (로봇 TMS)에 대한 프로토콜을 보여줍니다.

개발 뇌에서 모터 피질의 비 침습적 변조 및 로봇 매핑

학습과 기억은 발달, 질병 의존, 또는 환경 유발 인지 장애를 연구하는 데 강력한 지표입니다. 대부분의 인지 평가에는 특수 장비와 광범위한 시간 약속이 필요합니다. 그러나 셔틀박스 분석체는 기존의 젤박스를 활용하여 성인 제브라피시 인식의 신속하고 신뢰할 수 있는 평가를 제공하는 연관 학습 도구입니다.

성인 얼룩말 물고기를 사용하여 학습 및 메모리 연구에서 인지 평가를위한 연관 학습 도구로 셔틀 박스 분석

우리는 두 가지 등반 섬유 의존적 연관 학습 작업 중에 동물의 행동을 추적하는 단일 플랫폼을 개발했습니다. 저비용 설계는 섬유 관련 소뇌 활동을 등반하기위한 광유전학 또는 이미징 실험과 통합 할 수 있습니다.

소뇌 의존적 감각 연관 학습을 모니터링하기 위한 유연한 플랫폼

이 프로토콜은 이벤트 관련 잠재적 기술을 적용하여 청각 감각 대체에 대한 짧은 훈련 기간 후에 심도 난청이 있는 피험자의 근본적인 학습 관련 전기생리학적 변화를 탐구하도록 설계되었습니다.

사건 관련 잠재적 기술을 사용한 심도 난청이 있는 참가자의 청각 감각 대체 훈련 평가

이 프로토콜은 박스 아래의 센서에서 가속 데이터를 수집하여 PPI(Prepulse Inhibition)를 평가하는 마이크로 컨트롤러 기반 동작 박스를 제공합니다. 이 데이터는 사회적으로 고립된 쥐의 감각 게이팅 결핍을 평가하며, 행동 장애에 대한 신경 생리학 연구를 발전시키기 위해 데이터를 신경 활동과 동기화하는 추가 방법을 사용합니다.

정신과 동물 모델에서 프리펄스 억제 및 신경 활동을 평가하기 위한 행동 상자 개발

본 연구는 인간-AI 위임 작업에서 인간의 메타인지를 향상시키기 위해 HD-tDCS(High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation)를 적용하는 실험적 패러다임을 제안했습니다. 결과는 메타인지 민감도를 향상시키는 데 있어 HD-tDCS의 효과를 입증했습니다.

메타인지 민감도 향상을 위한 우측 배외측 전두엽 피질에 대한 고화질 경두개 직류 자극

학습하세요 셔틀 박스 회피 학습과 피질내 미세자극을 결합한 행동신경과학 방법으로, 청각피질 신경활동과 학습 행동의 관계를 분석합니다. 이 기법은 인지 상태와 신경역학의 연결을 규명합니다.

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

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