Name: Opnemen Single Neuronen actiepotentialen van vrij bewegende Duiven over drie stadia van het leerproces (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-02T13:45:00.000+00:00
Duration: 11 min 20 s
Description: Leer hoe je actiepotentialen van enkele neuronen registreert bij vrij bewegende duiven tijdens een visuele discriminatietaak. Deze methode volgt neurale activiteit door aanschaf, extinctie en heraanschaf van geleerde responsen.

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

Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van de Duitse Research Foundation (DFG) naar MCS (VOOR 1581, STU 544/1-1) en OG (VOOR 1581, SFB 874). De website van de DFG is http://www.dfg.de/en/index.jsp. De financiers hadden geen rol in onderzoeksopzet, gegevensverzameling en-analyse, besluit tot publicatie, of de bereiding van de manuscript.The auteurs danken Thomas Seidenbecher voor ons met de gold-plating protocol evenals Tobias Otto voor hulp bij het opzetten van de elektrofysiologische opname-apparatuur.

<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>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dit protocol beschrijft een complexe gedrags-taak geschikt voor gelijktijdige single-unit registraties. We hebben de SIFC taak beschreven voor duiven, maar het kan gemakkelijk worden aangepast aan knaagdieren door te eisen neus porren of hendel te drukken in plaats van het toetsenbord pikt, en te vervangen door visuele door olfactorische, auditieve of tactiele stimuli. Misschien wel de meest kritische stappen tijdens de training procedure zijn: 1) geleidelijke vermindering van de beloning wa...

Het leren van nieuwe stimulus-respons-resultaat verenigingen grijpt aan op een breed scala van neurale plasticiteit processen. Deze processen worden uiteindelijk weerspiegeld in de veranderende piek aan afzonderlijke neuronen. Ongetwijfeld een van de meest gebruikte leren paradigma is Pavlov vreesconditionering uitgevoerd met knaagdieren. In deze instelling, de acquisitie en extinctie van een geconditioneerde respons plaatsvinden binnen een paar dozijn studies 2. De snelle ontwikkeling van geconditioneerde vrees kan voordelig zijn omdat het kan draaien van een groot aantal dieren in korte tijd. Ook acquisitie en extinctie kan binnen enkele tientallen proeven met dezelfde dag geobserveerd bij naïeve dieren 3,4 of verdeeld over 2 tot 3 dagen 2,5-8. Echter, de inzichten over de veranderingen van neurale activiteit tijdens het leren in deze experimenten niet per se buiten het domein van angst conditionering van toepassing. Bijvoorbeeld, doelgericht gedrag gedreven door positieve versterking is meer adequaat gemodelleerd door operante plaats van Pavlov-conditionering procedures, en kunnen voor een deel afhangen van verschillende neurale substraten 9,10. Ook angst conditionering ontwikkelt zich zo snel dat neurale reacties op de CS alleen kan worden waargenomen voor enkele tientallen proeven, het plaatsen van zware beperkingen op de analyse van veranderingen van neurale activiteit tijdens het leren. Helaas, de acquisitie en extinctie van operante reageren meestal duurt vele dagen. Dit is nadelig voor neurofysiologische onderzoeken, omdat het erg moeilijk om de activiteit van afzonderlijke cellen meer dan een paar uur opnemen. Vanwege de grote gelijkenis van de golfvormen van extracellulair opgenomen actiepotentialen is problematisch stellen dat pieken die op een dag worden gegenereerd uit dezelfde cel als spikes met gelijke golfvormen die op de volgende 11,12, vooral in gebieden met een hoge celdichtheid zoals de hippocampus. <p class=&quot;Jove_content&quot;&gt; Om deze problemen aan te pakken, hebben we een nieuwe gedrags-paradigma gebruik te maken van 3 leeromstandigheden binnen een experimentele sessie op een enkele dag. Dit vereist dat het proefdier is bereid om honderden proeven uitvoeren onder wisselende omstandigheden op een dunne schema van de wapening. Postduiven (Columbia livia forma domestica) zijn klassiek model organismen in de experimentele psychologie 13-17. Deze vogels zijn in staat om complexe visuele discriminatie 18 uit te voeren, kan flexibel gedrag aanpassen aan veranderende versterking onvoorziene 19,20, en zijn uniek enthousiaste werknemers, het uitvoeren van 1000 proeven met een minimale hoeveelheid wapening. Deze eigenschappen maken ze bijzonder geschikt voor de hieronder beschreven experimenten.

<table><tbody><tr><td>Resistance wire (voor gebruik als elektroden)</td><td>California Fine Wire, Grover Beach, CA, USA</td><td></td><td>Stablohm 675; formvar-gecoate nichrome draden (buitendiameter 25 &micro;m)</td></tr><tr><td>Microconnectors</td><td>Ginder Scientific, Nepean, Ontario, Canada</td><td></td><td>GS18PLG-220 (stekker) &amp; GS18SKT-220 (socket om headstage te bouwen)</td></tr><tr><td>Cannulae</td><td>Henke Sass Wolf, Tuttlingen, Duitsland</td><td></td><td>0,4 x 20 mm/ 27 Gx3/4"</td></tr><tr><td>Goud oplossing voor plating</td><td>Neuralynx, Bozeman, MT, USA</td><td></td><td>SIFCO Process Gold Non-Cyanide, Code 5355</td></tr><tr><td>Oplossing voor ultrasoon bad</td><td>Alconox, Inc., New York, USA</td><td>1304</td><td>Tergazyme</td></tr><tr><td>Leidbaarheidslijm</td><td>Henkel Loctite</td><td></td><td>LOCTITE 3888 Zilver gevuld, geleidend, kleefmiddel</td></tr><tr><td>Roestvrij stalen schroeven</td><td>J.I. Morris, Southbridge, MA, USA</td><td></td><td>F0CE125 zelfdoorborende miniatuur schroeven, lichaamslengte 1/8 inches</td></tr><tr><td>Lichthardende tandheelkundige cement</td><td>van der Ven Dental, Duisburg, Duitsland</td><td></td><td>Omniceram Evo Flow A2</td></tr><tr><td>Lichthardende unit</td><td>van der Ven Dental, Duisburg, Duitsland</td><td></td><td>Jovident Excelled 215 Curing Light (draadloze LED lichthardende unit)</td></tr><tr><td>Filter versterkers</td><td>npi electronic GmbH, Duitsland</td><td>DPA-2FS</td><td></td></tr><tr><td>A/D converter</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>Versie 7.06a</td></tr><tr><td>MATLAB</td><td>The Mathworks, Natick, MA, USA</td><td></td><td>R2012a</td></tr></tbody></table>

opnemen single neuronen &#39;actiepotentialen van vrij bewegende duiven over drie stadia van het leerproces

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

Hoewel het onderwerp van leren heeft aangetrokken enorme belangstelling van zowel gedrags-als neurale wetenschappers zijn slechts relatief weinig onderzoekers single-neuron activiteit waargenomen terwijl dieren worden een operantly geconditioneerde respons verwerven, of wanneer die reactie wordt gedoofd. Maar zelfs in deze gevallen, observatie periodes meestal omvatten slechts een enkele fase van het leren, dat wil zeggen verwerving of uitsterven, maar niet beide (uitzonderingen zijn onder andere protocollen gebruik omkering leren; zie Bingman et al. 1 voor een voorbeeld.). Echter, acquisitie en extinctie meebrengen verschillende leer-mechanismen en wordt daarom verwacht dat gepaard gaan met verschillende soorten en / of loci van neurale plasticiteit. Daarom hebben we een gedragsmatige paradigma dat instituten drie fasen van leren in een gedragsmodel sessie en die goed geschikt is voor het gelijktijdig opnemen van afzonderlijke neuronen actiepotentialen. Dieren eenre getraind op een single-interval gedwongen keuze taak die in kaart brengen elk van de twee mogelijke keuze antwoorden op de presentatie van de verschillende nieuwe visuele stimuli (acquisitie) vereist. Na een vooraf prestatiecriterium, een van de twee reacties keuze heeft bereikt niet meer wordt versterkt (extinctie). Na een bepaalde decrement in prestatieniveau, worden correcte antwoorden opnieuw versterkt (herovering). Door het gebruik van een nieuwe reeks van prikkels in elke sessie kunnen dieren de overname-extinctie-herovering proces herhaaldelijk ondergaan. Omdat alle drie fasen van het leren optreden in een gedragsmodel sessie, het paradigma is ideaal voor de gelijktijdige waarneming van de spiking output van meerdere enkelvoudige neuronen. Wij gebruiken duiven modelsystemen, maar de taak kan gemakkelijk worden aangepast aan andere soorten kan geconditioneerd leren discriminatie.

Gedrag Figuur 4A toont het gedrag gedrag van een dier in een voorbeeld sessie. Het prestatieniveau van het dier bereikt criterium voor NS 2 binnen 180 studies (45 stimulus presentaties) en bijna 100% voor de NS 1 vanaf het begin. Deze strategie - eerst reageren op de dezelfde sleutel voor zowel nieuwe stimuli, en vervolgens het aanpassen antwoorden voor een van de prikkels - is ongeveer net zo vaak waargenomen als aanvankelijk willekeurige reageren op zowel NS. In deze sessie w...

Het leren van nieuwe stimulus-respons associaties aangrijpt diverse neurale processen die uiteindelijk terug in veranderen piek aan afzonderlijke neuronen. Hier beschrijven we een gedrags-protocol waardoor de continue registratie van de single-neuron activiteit terwijl dieren verwerven, doven, en opnieuw op te pakken een geconditioneerde respons binnen een enkele experimentele sessie.

Opnemen Single Neuronen &#39;actiepotentialen van vrij bewegende Duiven over drie stadia van het leerproces

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

Het algemene doel van het volgende experiment is om de responspatronen van individuele neuronen te karakteriseren, terwijl het experimentele subject een visuele discriminatietaak uitvoert die het aanleren, uitdoven en opnieuw aanleren van conditionele responsen omvat. Allereerst wordt een ervaren subject getraind om een van twee mogelijke keurereacties te vertonen na de presentatie van een van twee verschillende visuele stimuli.Nadat het dier betrouwbaar een discriminatie uitvoert door te reageren op een willekeurige van de twee stimuli, volgt er geen bekrachtiging meer. Zodra de geconditioneerde respons op die stimulus is verslechterd, worden de responsen opnieuw continu bekrachtigd, wat leidt tot een snelle herwaardering van de respons. De resultaten laten zien dat de respons-patronen van individuele neuronen geleidelijk veranderen terwijl het dier betrokken is bij de leertaak.Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden is dat verschillende leerfasen in een enkele sessie van enkele uren worden geïmplementeerd. Dit maakt het mogelijk om de actiepotentialen van individuele neuronen gedurende het leerproces te volgen. Deze methode kan inzicht bieden in de mechanismen die ten grondslag liggen aan adaptief operant gedrag op cellulair niveau.Om te beginnen met auto shaping, plaatst u een duif in een testkamer die is ingericht zoals beschreven in het bijbehorende tekstprotocol. Presenteer vervolgens een visuele initialisatieprikkel van vijf seconden op de middelste toets. Schakel onmiddellijk na het beëindigen van de initialisatiesprikkel of na één enkele pik tegen de responstoets, welke van beide het eerst voorkomt, de toetsverlichting uit en bied de voedselbeloning aan door de voedselhopper gedurende twee seconden te activeren.Houd het interval tussen de trials langer dan de presentatie van de stimulus. Geef tijd om het leren te faciliteren. De initialisatiestimulus zal opnieuw worden gebruikt als de initialisatiebevestiging en keuzetoets in de laatste taak.Zodra het dier in ten minste 85% van de trials reageert, wordt het interval tussen de trials stapsgewijs verlaagd naar 10 seconden en de presentatietijd naar twee seconden. Verhoog het aantal vereiste reacties voor bekrachtiging naar drie. Verhoog het totaal aantal trials per dag, zodat het dier ongeveer één uur getraind wordt.Herhaal deze trainingsstappen voor de linker- en rechterresponstoetsen totdat er consistent een respons wordt verkregen op de initialisatieprikkel voor alle toetsen. Wissel de trials voor de linker-, rechter- en middentoets willekeurig af; presenteer nu eerst de initialisatieprikkel in het midden en presenteer na een respons de initialisatieprikkel bij een van de zijtoetsen. Beloon de respons op de middentoets niet.Wissel willekeurig per trial af aan welke zijdelingse toetsen worden versterkt. Als er na vijf seconden geen respons is op de centrale toets, wordt de trial beëindigd. Deze trainingsfase duurt ongeveer drie dagen na de initiële STI.Introduceer twee nieuwe stimuli, die later als bekende stimuli in de laatste taak zullen dienen; herhaal de stappen van de auto-shaping met deze stimuli om een respons op de bekende stimuli te verkrijgen. Training met de nieuwe stimuli resulteert gewoonlijk binnen vier dagen in correcte responsen. Verlicht alleen de keystoets die correct is voor de gegeven bekende stimulus.Deze trainingsfase zou ongeveer één week moeten duren zodra het subject betrouwbaar reageert met ten minste 85% van de responsen op de juiste zijtoets. Introduceer vrije-keuzeproeven waarbij beide zijtoetsen worden verlicht tijdens de keuze fase. Respons op de juiste zijde wordt twee seconden lang bekrachtigd met voedsel.Onjuiste reacties worden gevolgd door het twee seconden uitgaan van de kamerverlichting. Als er binnen drie seconden geen reactie wordt gegeven, moet het programma zo worden ingesteld dat de trial wordt beëindigd en het inter-trial interval opnieuw wordt gestart. Deze trainingsfase zou ongeveer twee weken in beslag moeten nemen.Verhoog geleidelijk het aandeel vrije-keuze-proeven van 20% naar 100% gedurende de training. Als het subject een correctiepercentage van meer dan 90% behaalt in vrije-keuze-proeven, verlaag dan de beloningskans voor correcte reacties naar 0,5 en verhoog het aantal proeven per sessie naar 1000. Wijzig de parameters niet dagelijks, maar hanteer ze flexibel.Afhankelijk van het prestatieniveau van het subject. Deze trainingsfase duurt ongeveer vier weken. Duiven zijn van nature neofobisch en zullen terughoudend zijn om op onbekende stimuli te pikken.Herhaal daarom de auto-shaping voor een breed scala aan diverse visuele stimuli. Zodra de training is voltooid, kan de uiteindelijke single interval force choice-taak met nieuwe stimuli worden uitgevoerd onder verschillende bekrachtigingscondities. Laat het subject tijdens de warming-upfase 50 trials uitvoeren met de bekende stimuli.Stel de beloningswaarschijnlijkheid voor deze stimuli tijdens alle fasen in op minder dan één, om te voorkomen dat de motivatie om te reageren tijdens de acquisitiefase afneemt. Wissel de trials waarin de bekende en de nieuwe stimuli worden gepresenteerd willekeurig af, wijs verschillende responstoetsen toe als correct voor de twee nieuwe stimuli en versterk elke correcte respons. Bereken het percentage correcte responsen als een voortschrijdend gemiddelde over de laatste 120 trials.De acquisitie is voltooid zodra de prestatie voor elke nieuwe stimulus 85% overschrijdt nadat er ten minste 150 trials zijn uitgevoerd tijdens de extinctiefase. Stop met het belonen van correcte en het bestraffen van incorrecte reacties op een willekeurige nieuwe stimulus. Begin de requisitiefase wanneer deze correct zijn.Zodra de respons op de extinctiestimulus onder de 60% zakt en het dier in totaal ten minste 150 trials in deze fase heeft voltooid. Versterk tijdens de herverwervingsfase correcte responsen en bestraf incorrecte responsen op de extinctiestimulus, zoals reeds tijdens de verwervingsfase is gedaan. Beëindig de sessie wanneer de prestatie voor deze stimulus 85% overschrijdt en het dier ten minste 150 trials in deze fase heeft uitgevoerd.Implanteer de elektroden. Zodra de dieren het volledige proces van acquisitie, extinctie en re-acquisitie meerdere keren hebben doorlopen, gebruikt u voor elke sessie een nieuw paar nieuwe stimuli en verplaatst u de elektroden vóór de start met ten minste 125 micrometers of een halve slag van de instelschroef. Indien er geen actiepotentialen met een voldoende signaal-ruisverhouding worden waargenomen, wordt de sessie afgebroken en wordt het dier teruggeplaatst in de thuisomgeving voordat er de volgende dag een nieuwe poging wordt ondernomen.Gebruik de offline analysesoftware om alle kanalen met een banddoorlaatfilter te filteren van 500 tot 5.000 hertz met steile roll-offs, extraheer spikes met amplitudedrempelwaarden en sorteer deze handmatig met behulp van principale componentanalyse. Speciaal geschreven MATLAB-code voor het sorteren van de resultaten is beschikbaar via de MATLAB Central File Exchange. Een goed geïsoleerde single unit moet een duidelijk gescheiden cluster vormen.In de hoofdcomponentenruimte is er geen sprake van meerdere eenheden wanneer alle geregistreerde golflengten over elkaar heen worden gelegd en als heat map worden uitgezet. Er zijn symmetrisch verdeelde piekamplituden van de golfvormen en een stabiele registratie gedurende de sessie, zoals blijkt uit een onveranderde piekamplitude en geen of zeer weinig spike-gebeurtenissen die plaatsvinden tijdens de refractaire periode van de voorafgaande spike, met een signaal-ruisverhouding van ten minste twee.Inspecteer de ruwe kanalen offline op bewegingsgerelateerde artefacten en verwijder indien nodig kanalen. Test op mogelijke elektrische artefacten die optreden tijdens het pikken van toetsen. Dit gebeurt door het tijdshistogram van de spike-aantallen ten opzichte van elke geregistreerde toetsdruk te analyseren.Door pikken veroorzaakte artefacten zullen verschijnen als een piek in het histogram binnen 50 milliseconden van tijd nul als een extra controleplot. De golfvormen van alle spike-gebeurtenissen die binnen 20 milliseconden van een pik zijn geregistreerd, worden apart geanalyseerd en vergeleken met spike-golfvormen die buiten dit venster zijn gedetecteerd. Deze gedragsgegevens van één dier dat de taak met één enkel interval en gedwongen keuze uitvoert, tonen 100% correcte keuzes vanaf het begin van de training voor nieuwe stimulus één en het bereiken van de criteriumprestatie voor nieuwe stimulus twee binnen 180 trials in deze sessie; nieuwe stimulus twee werd willekeurig gekozen voor extinctie, wat betekent dat alle keuzes na deze stimulus tijdens de extinctie niet langer worden beloond of bestraft.De prestatie neemt af voor de extinctiestimulus, maar blijft hoog voor de andere nieuwe stimulus. Het criteriumniveau voor extinctie wordt bereikt bij trial 370, zodra correcte en incorrecte responsen tijdens de re-acquisitie opnieuw worden versterkt en bestraft. Het prestatiecriterium van 85% wordt bereikt bij trial 402.Het responspatroon van één eenheid in de nucleus pallidus interna werd zijdelings geregistreerd terwijl een dier de taak uitvoerde. Deze taak laat responsmodulatie zien tijdens de presentatie van een nieuwe stimulus. In de acquisitiefase reageren de eenheden sterk op een nieuwe stimulus.In het begin van het leerproces is er weinig verandering in de vuring tijdens de extinctie- en re-acquisitiefasen. Er is ook weinig respons op een nieuwe stimulus tijdens de sessie.Een andere eenheid reageert tijdens bewegingen naar rechts, maar niet naar links, wat wijst op sensorimotorische codering. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe dieren stap voor stap getraind kunnen worden om de uiteindelijke "single interval forced choice"-taak met dynamische bekrachtigingsvoorwaarden uit te voeren. Deze techniek zal de weg vrijmaken voor onderzoekers op het gebied van leren en geheugen om de reorganisatie van neurale netwerken tijdens verschillende soorten leren op het niveau van individuele cellen te onderzoeken.

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Niet-invasieve metingen van neurale activiteit patronen in vrij gedragen dieren zijn verkregen door het combineren van neurofysiologische-opnamen met hoge snelheid videografie.

Opnamen van Neurale Circuit Activering in vrij Behaving Dieren

In dit rapport presenteren we een volledig geautomatiseerd en zeer veelzijdig systeem dat in staat gelijktijdig testen van multi-cognitief gedrag en het opnemen van neuronale activiteiten voor knaagdieren.

Een Volledig geautomatiseerd en zeer veelzijdige systeem voor het testen van meerdere cognitieve functies en opnemen Neuronale Activiteiten in Knaagdieren

This video demonstrates the recording of brain signals from a freely moving piglet. The piglet's head is cleaned, and the electrodes are attached. These electrodes are then connected to a telemetry unit. The setup is secured with silicone rubber. The piglet is allowed to acclimate before data recording.

Recording Brain Signals from Freely Moving Piglets

Source: Moore, J. D., et al. Juxtacellular Monitoring and Localization of Single Neurons within Sub-cortical Brain Structures of Alert, Head-restrained Rats. J. Vis. Exp. (2015)This video demonstrates the method of juxtacellular recording and staining in a restrained, awake rat. The procedure involves recording signals from neurons and injecting dye to precisely localize the recording site. This technique allows accurate mapping of neural activity to the brain's anatomical structure.

Juxtacellular Recording and Staining for Precise Mapping of Neural Activity in an Awake Rat 

Implanteren georganiseerde arrays van microwires voor gebruik in een enkele eenheid elektrofysiologische opnames presenteert een aantal technische uitdagingen. Methoden voor het uitvoeren van deze techniek en de apparatuur die nodig zijn beschreven. Ook is het nuttig gebruik van de georganiseerde Microwire arrays op te nemen van verschillende neurale subregio's met een hoge ruimtelijke selectiviteit besproken.

Een procedure voor het implanteren van georganiseerde Arrays van microwires voor Single-unit Opnamen in Awake, Gedragen Dieren

Dit protocol beschrijft het ontwerp en de chirurgische implantatie van een hoofdbevestigingsmechanisme om neuronale activiteit in subcorticale hersenstructuren bij alerte ratten te monitoren. Het beschrijft procedures om afzonderlijke neuronen in de juxtaculaire configuratie te isoleren en om hun anatomische locaties efficiënt te identificeren.

Juxtacellular Monitoring en lokalisatie van Single neuronen in Sub-corticale hersenstructuren van Alert, Head ingetogen Ratten

Gelijktijdige extracellulaire langdurige opnames van twee verschillende hersengebieden neuropiles of twee verschillende anatomische traktaten werden opgericht in honingbijen. Deze opnamen kan de onderzoek temporele aspecten van neuronale verwerking in verschillende hersengebieden in het neuron en op het ensemble niveau in een dier gedragen.

Gelijktijdige Langdurige Recordings op Twee Neuronale Processing Fasen in Behaving Honingbijen

We presenteren methoden voor de constructie van elektroden om gelijktijdig extracellulaire neurale activiteit op te nemen en meerdere neuroactieve stoffen in de buurt van de opnameplaatsen bij wakkere muizen vrij te geven. Deze techniek maakt de gedetailleerde analyse van veronderstelde lokale synaptische input naar de belangrijke neuron mogelijk.

Extracellulaire van neuronale activiteit Gecombineerd met Microiontophoretic Toepassing van neuroactive stoffen in Awake Muizen

Verandering blindheid is een verschijnsel van visuele aandacht, waarbij wijzigingen aan een visuele weergave onder bepaalde specifieke omstandigheden onopgemerkt. Dit protocol beschrijft een variatie op de flikkering paradigma voor het onderzoeken van verandering blindheid die passend en effectief voor onderzoek met duiven.

Een methode voor het onderzoeken van verandering blindheid in duiven (Columba Livia)

Dit protocol presenteert een methode voor het weergeven van neuronale populatieactiviteit met eencellige resolutie bij niet-transgene ongewervelde soorten met behulp van absorptiespanningsgevoelige kleurstoffen en een fotodiode array. Deze aanpak maakt een snelle workflow mogelijk, waarbij beeldvorming en analyse in één dag kunnen worden nagestreefd.

Op fotodiode gebaseerde optische beeldvorming voor het opnemen van netwerkdynamica met single-neuronresolutie in niet-transgene ongewervelde dieren

Dit protocol beschrijft een methode om in vivo opnames van één neuron met hoge dichtheid te verkrijgen van de hersenstam van muizen met een hoofdfixatie. Deze benadering wordt gebruikt om het afvuren van het actiepotentiaal van neuronen in het ventrolaterale periaqueductale grijs te meten - een hersenstamgebied dat inactief is tijdens de Rapid Eye Movement (REM)-slaap - voor en tijdens algemene anesthesie.

Acute single-unit multi-elektrode-opnames van de hersenstam van muizen met een hoofdfixatie

Leer hoe je actiepotentialen van enkele neuronen registreert bij vrij bewegende duiven tijdens een visuele discriminatietaak. Deze methode volgt neurale activiteit door aanschaf, extinctie en heraanschaf van geleerde responsen.

Opnemen Single Neuronen 'actiepotentialen van vrij bewegende Duiven over drie stadia van het leerproces

Meer video's verkennen