Uczenie się nowych powiązań bodziec-reakcja angażuje szeroki zakres procesów neuronalnych, które ostatecznie znajdują odzwierciedlenie w zmianie wydajności skoków poszczególnych neuronów. Tutaj opisujemy protokół behawioralny pozwalający na ciągłą rejestrację aktywności pojedynczego neuronu, podczas gdy zwierzęta nabywają, wygaszają i ponownie nabywają warunkową reakcję w ciągu jednej sesji eksperymentalnej.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Rejestrowanie potencjałów czynnościowych pojedynczych neuronów od swobodnie poruszających się gołębi na trzech etapach uczenia się
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Podczas gdy temat uczenia się wzbudził ogromne zainteresowanie zarówno wśród behawiorystów jak i neuronów, tylko stosunkowo niewielu badaczy zaobserwowało aktywność pojedynczego neuronu, gdy zwierzęta nabywają reakcję warunkową instrumentalnie lub gdy ta reakcja jest wygaszona. Ale nawet w tych przypadkach okresy obserwacji zwykle obejmują tylko jeden etap uczenia się, tj. przyswajanie lub wygaszanie, ale nie oba (wyjątki obejmują protokoły wykorzystujące uczenie odwrócone; patrz Bingman i wsp.1 dla przykładu). Jednak nabywanie i wymieranie pociągają za sobą różne mechanizmy uczenia się i dlatego oczekuje się, że będą im towarzyszyć różne typy i/lub loci plastyczności neuronalnej.
W związku z tym, opracowaliśmy paradygmat behawioralny, który wprowadza trzy etapy uczenia się w jednej sesji behawioralnej i który jest dobrze przystosowany do jednoczesnego rejestrowania potencjałów czynnościowych pojedynczych neuronów. Zwierzęta są szkolone w jednointerwałowym zadaniu wymuszonego wyboru, które wymaga mapowania każdej z dwóch możliwych reakcji wyboru na prezentację różnych nowych bodźców wizualnych (akwizycji). Po osiągnięciu wcześniej zdefiniowanego kryterium wydajności, jedna z dwóch odpowiedzi wyboru nie jest już wzmacniana (wygaśnięcie). Po pewnym spadku poziomu wydajności, prawidłowe reakcje są ponownie wzmacniane (reakcjonacja). Używając nowego zestawu bodźców w każdej sesji, zwierzęta mogą wielokrotnie przechodzić proces nabywania-wymierania-ponownego nabywania. Ponieważ wszystkie trzy etapy uczenia się zachodzą podczas jednej sesji behawioralnej, paradygmat ten jest idealny do jednoczesnej obserwacji gwałtownego wzrostu wydajności wielu pojedynczych neuronów. Używamy gołębi jako systemów modelowych, ale zadanie to można łatwo dostosować do każdego innego gatunku zdolnego do uczenia się warunkowej dyskryminacji.
Wprowadzenie
Uczenie się nowych powiązań bodziec-reakcja-wynik angażuje szeroki zakres procesów plastyczności neuronalnej. Procesy te są ostatecznie odzwierciedlone w zmieniającej się wydajności skoków poszczególnych neuronów. Prawdopodobnie jednym z najczęściej stosowanych paradygmatów uczenia się jest warunkowanie strachu Pawłowa prowadzone na gryzoniach. W tym otoczeniu nabycie i wygaśnięcie reakcji warunkowej odbywa się w ciągu kilkudziesięciu prób2. Szybki rozwój uwarunkowanego strachu może być korzystny, ponieważ pozwala na prowadzenie dużej liczby zwierząt w krótkim czasie. Również nabycie i wyginięcie można zaobserwować w ciągu kilkudziesięciu prób w ciągu jedne....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Oświadczenie etyczne
Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z niemieckimi wytycznymi dotyczącymi opieki i wykorzystania zwierząt w nauce. Procedury zostały zatwierdzone przez krajową komisję etyki stanu Nordrhein-Westfalen w Niemczech.
Przegląd systemu
Komora testowa do warunkowania instrumentalnego
Komora operantowa (Rysunek 1) ma wymiary 34 cm x 34 cm x 50 cm. Trzy półprzezroczyste klawisze odpowiedzi (4 cm x 4 cm, umieszczone około 20 cm nad poziomem podłogi) są wpuszczone w tylną ścianę komory. Bodźce są wyś....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Zachowanie
Rysunek 4A przedstawia wyniki behawioralne zwierzęcia w jednej przykładowej sesji. Poziom wykonania zadania przez zwierzę osiąga kryterium dla NS 2 w ciągu 180 prób (45 prezentacji bodźca) i wynosi blisko 100% dla NS 1 od samego początku. Taka strategia – najpierw odpowiadanie tym samym klawiszem na oba nowe bodźce, a następnie dostosowanie odpowiedzi dla jednego z bodźców – jest obserwowana niemal tak często, jak początkowe losowe odpowiadanie na oba NS. W tej sesji l.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Protokół ten opisuje złożone zadanie behawioralne odpowiednie dla jednoczesnych nagrań pojedynczej jednostki. Opisaliśmy zadanie SIFC dla gołębi, ale można je łatwo dostosować do gryzoni, wymagając szturchania nosem lub naciskania dźwigni zamiast dziobania i zastępując wzrokowe bodźcami węchowymi, słuchowymi lub dotykowymi.
Być może najbardziej krytycznymi krokami podczas procedury treningowej są: 1) stopniowe zmniejszanie prawdopodobieństwa nagrody i 2) zwiększanie liczby prób. Jeśli chodzi o.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
To badanie było wspierane przez granty Niemieckiej Fundacji Badawczej (DFG) dla MCS (FOR 1581, STU 544/1-1) i OG (FOR 1581, SFB 874). Strona internetowa DFG znajduje się pod adresem http://www.dfg.de/en/index.jsp. Fundatorzy nie odgrywali żadnej roli w projektowaniu badania, gromadzeniu i analizie danych, podejmowaniu decyzji o publikacji lub przygotowaniu manuskryptu. Autorzy dziękują Thomasowi Seidenbecherowi za dostarczenie nam protokołu pozłacania, a także Tobiasowi Otto za pomoc w ustawieniu elektrofizjologicznego sprzętu rejestrującego.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Drut oporowy (do stosowania jako elektrody) | California Fine Wire, Grover Beach, CA, USA | Stablohm 675; druty nichromowe powlekane formvarem (średnica zewnętrzna 25 i mikro; m) | |
| Mikrozłącza | Ginder Scientific, Nepean, Ontario, Kanada | GS18PLG-220 (wtyczka) & GS18SKT-220 (gniazdo do budowy sceny czołowej) | |
| Kaniule | Henke Sass Wolf, Tuttlingen, Niemcy | 0,4 x 20 mm / 27 Gx3/4" | |
| Złoty roztwór do powlekania | Neuralynx, Bozeman, MT, USA | SIFCO Process Gold Non-Cyanide, Code 5355 | |
| Roztwór do kąpieli ultradźwiękowej | Alconox, Inc., Nowy Jork, USA | 1304 | Tergazyme |
| Klej przewodzący | Henkel Loctite | LOCTITE 3888 Wypełnione srebrem, przewodzące, adhezyjne | |
| ze stali nierdzewnej | J.I. Morris, Southbridge, MA, USA | F0CE125 miniaturowe wkręty samogwintujące, długość korpusu 1/8 cala | |
| Światłoutwardzalny cement dentystyczny | van der Ven Dental, Duisburg, Niemcy | Omniceram Evo Flow A2 | |
| Unit światłoutwardzalny | van der Ven Dental, Duisburg, Niemcy | Jovident Excelled 215 Curing Light (bezprzewodowa jednostka utwardzania światłem LED) | |
| Wzmacniacze filtrów | npi electronic GmbH, Niemcy | DPA-2FS | |
| Przetwornik A/D | Cambridge Electronic Design, Cambridge, Wielka Brytania | Power 1401 | |
| Oprogramowanie Spike2 | Cambridge Electronic Design, Cambridge, Wielka Brytania | Wersja 7.06a | |
| MATLAB | The Mathworks, Natick, MA, USA | R2012a |
Bibliografia
- Bingman, V. P., Gasser, B. A., Colombo, M. Responses of pigeon (Columba livia) wulst neurons during acquisition and reversal of a visual discrimination task. Behav Neurosci. 122, 1139-1147 (2008).
- Herry, C., Ciocchi, S., Senn, V., Demmou, L., Müller, C., Lüthi, A.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
