Declaração de Ética
Todos os experimentos foram conduzidos de acordo com as diretrizes da Alemanha para o cuidado e uso de animais na ciência. Os procedimentos foram aprovados por um comitê nacional de ética do estado da Renânia do Norte-Vestfália, Alemanha.
Visão geral do sistema
Operante Testing Câmara
A câmara operante (Figura 1) mede 34 centímetros x 34 cm x 50 cm. Três chaves translúcidas de resposta (4 cm x 4 cm, localizada a aproximadamente 20 cm acima do nível do chão) são embutido na parede de trás da câmara. Os estímulos são apresentados através de uma tela plana LCD montado atrás as chaves de resposta. Duas lâmpadas de 2 watts localizados nas paredes laterais proporcionam fraca iluminação. A câmara encontra-se num cubículo atenuantes de som para mascarar sons estranhos. Altifalantes fornecer ruído branco em todos os momentos. Alimentação (grão) é fornecido por uma tremonha comida localizada abaixo da centochave er. Hardware Experimental é controlado por código MATLAB escrito sob encomenda 21. Os animais são constantemente monitorizados por meio de uma câmara digital ligado à parede frontal da câmara.
Microdrives custom-built
Microdrives abrigam 16 fios de eletrodos são construídas em nosso laboratório; o projeto é baseado no trabalho de Bilkey e colegas 22,23, eo leitor é remetido para estes artigos para uma descrição detalhada. Nós modificamos o seu projeto para permitir a um maior número de eletrodos (16 em vez de 8, 25 mM fios nicromo), e ligar os fios de eletrodo através de cola de prata condutora à tomada headstage. Além disso, usamos-regulamentação das dicas de eletrodos para reduzir a impedância e para alcançar melhores relações sinal-ruído (aplicar -3 V para ~ 3 seg; impedâncias deve cair para <100 kW).
Uma vez que o microdrive é montado, os eléctrodos são cortados com o comprimento desejado, dicas são cleaned num banho de ultra-sons (Tergazyme em água destilada) durante 20 min e lavado mais 20 minutos em água destilada. Com banho de ouro de pontas de eletrodo deve ser realizada imediatamente antes da implantação. Para o aterramento, utilizamos um eletrodo de prata bola colocada acima do cerebelo lateral. Especificação de materiais é fornecida na tabela de materiais que acompanha este artigo.
Uma questão importante quando se trabalha com animais que se movem livremente é artefatos de movimento. Descobrimos que artefatos de movimento em nossas instalações são em grande parte devido a uma alta impedância) eletrodo (> 500 kW) e b) fixação imperfeita dos contactos entre o plugue (implante) e do soquete (andar), enquanto o animal está se movendo. Uma variedade de microconnectors comercialmente disponíveis não executar satisfatoriamente para a gravação de aves movimentando-se livremente, pois o contato mecânico entre plugue e tomada deteriora-se rapidamente através de movimentos vigorosos dos pombos (cabeça balançando, chave-pecking). A melhor conexão mecânica entre o implante eo headstage foi conseguido com montagens headplug de Ginder Científica. Estes conjuntos de plug-soquete com 18 contatos e estão solidamente fixado entre si por uma porca.
Configuração de gravação eletrofisiológico
A configuração eletrofisiologia compreende os seguintes componentes: 1) um headstage custom-built com ganho unitário (amplificador operacional) 2) módulos amplificadores de 15 diferencial alojados em duas unidades de rack de montagem (DPA-2fs e EPMS-07, respectivamente; npi electronic GmbH, Alemanha ), 3) um conversor analógico-digital de conversor de 16 canais (1401 poder marca I). Sinais são amplificados primas 1.000 x e passa-banda filtrada (500-5.000 Hz, 1 º filtro de ordem), digitalizados com uma taxa de amostragem de 16-20 kHz e armazenados com Spike2 versão 7.06a para processamento offline. O horário dos eventos (tais como início do estímulo ou bicadas chave individuais do animal) são capturados através de uma caixa porta IO paralelo construído em laboratório (ver Rose, Et al 21) e encaminhado para o conversor AD de armazenamento, juntamente com os dados neurofisiológicos (ver Figura 1).. Processamento off-line é descrito mais adiante.

Visão geral do sistema Figura 1.. Fluxo de informação é simbolizado por setas coloridas. Computador 1 controla hardware referentes a saída comportamental (visualização estímulo através do monitor de tela plana, casa clara, comedouro, luz de alimentação, chaves de resposta) e envia timestamps de eventos para o conversor AD. Computador 2 armazena sinais neurofisiológicos obtidos a partir do conversor A / D e timestamps de eventos recebidos de computador 1. A fotografia da esquerda mostra a câmara de condicionamento dentro do cubículo atenuantes de som. Seus elementos são: 1) shell-atenuando Sound, 2-4) chave de respostas, 5) funil de alimentos, 6) luz alimentador 7) casa de luz, 8) câmera de observação.
Single-de intervalos da escolha forçada (SIFC) Discriminação Task
Para maior clareza, vamos descrever a tarefa final SIFC aqui e, em seguida, explicar os passos necessários para treinar animais nessa tarefa a seguir.
A tarefa SIFC está delineado na Figura 2. Após o intervalo inter (ITI) tiver decorrido, a tecla central é transiluminou verde para até 5 seg ("fase de inicialização '). Imediatamente após a terceira resposta do animal dentro de 5 segundos, de um em vários estímulos de amostra é apresentado na tecla central durante 2 segundos ("fase de amostra '; exemplo estímulos são apresentados na inserção à Figura 2). Após 2 segundos, a tecla central é novamente transiluminou verde, e se o animal tem de responder mais uma vez antes de as duas teclas laterais são transiluminou ('fase de confirmação). Dependendo da identidade do estímulo mostradona fase de amostra, o animal é necessário para dirigir uma resposta única para a esquerda ou a tecla direita ('fase escolha "). Se ele escolhe o destino correto, acesso a recompensa (grão) é concedida por 2 seg. Assim, o núcleo da tarefa consiste em responder à chave de escolha deixada após a apresentação de um estímulo particular na tecla central, e respondendo à chave escolha certa após a apresentação de um outro estímulo. A razão por que a fase de amostra é delimitada por uma inicialização e uma fase de confirmação é a de manter a cabeça dos animais em frente a tecla central, enquanto o estímulo modelo é apresentado.
Uma vez que os mestres de animais esta tarefa para um único par de estímulos (doravante, os estímulos "familiares", FS), apresenta-se com um novo estímulo (NS) par em cada nova sessão, e tem que aprender qual dos dois novos estímulos é para ser seguido por uma resposta para a esquerda ou a escolha certa chave. A dupla FS continua a ser apresentado durante ªose experimentos para servir como condição de controle adequado. Desempenho adequado na tarefa final depende de modo crucial a disposição dos animais para realizar> 1.000 ensaios em probabilidades globais de reforço <0,5. Os parágrafos seguintes descrevem um procedimento de formação em que a complexidade da tarefa é gradualmente aumentada até que o animal atinge o nível do SIFC; ao mesmo tempo, a probabilidade de reforço e do número de ensaios por sessão necessitar de ser aumentada para assegurar consistentemente elevado desempenho na tarefa final.
1. Formação Animais
- Restrição alimentar
- Pesar os animais depois de pelo menos duas semanas de livre acesso aos alimentos. Tome este peso como o peso-alimentação livre. Restringir o acesso de alimentos ao longo dos próximos 1-2 semanas até animais chegar a 85% do seu peso-alimentação livre.
- É crítico que os pombos manter uma aparência saudável física e actividade normal durante a duração de todo o experimento. ParaNesse sentido, acompanhar atentamente aparência e peso dos animais ao longo de toda a duração do treinamento comportamental e testes. Pesar animais antes e depois de cada sessão experimental para avaliar a ingestão diária de alimentos. Fornecer alimento adicional se necessário, para evitar mais perda de peso. Proporcionar o acesso irrestrito a comida no fim de semana.
- Autoshaping
Autoshaping serve para habituar o animal para a câmara experimental e estabelecer resposta condicionada. - Apresentar um estímulo visual 5-sec (doravante, a inicialização de estímulo, IS) na tecla central. Imediatamente após o término da IS ou um único beijo para a chave de resposta (o que vier primeiro), desligar iluminação das teclas e do presente recompensa alimentar (2 seg ativação do funil de alimentos).
- Mantenha o ITI consideravelmente mais longo do que o tempo de apresentação de amostra para facilitar a aprendizagem 24. Use valores de 120 segundos para ITI e correr 40 ensaios por dia. Mais tarde reutilizar o IScomo o estímulo chave de inicialização, confirmação, e escolha na tarefa final (ver Figura 2). Esta fase de formação terá os animais aproximadamente uma semana.
- Uma vez que o animal responde de forma confiável (em> 85% dos ensaios), diminua o passo a passo ITI até 10 seg e o tempo de apresentação de amostra para 2 seg. Ao mesmo tempo, aumentar o número de respostas necessárias para o reforço de 3 (razão fixa de 3, FR 3). Além disso, aumentar o número total de ensaios por dia. Escolha os parâmetros de tal modo que o animal é treinados diariamente durante aproximadamente 1 hora. Esta fase do treinamento vai durar cerca de 2 semanas.
- Repita os passos 1.2.1 - 1.2.3 para as chaves de resposta esquerda e direita até sujeitos respondem de forma confiável para o IS em todas as 3 chaves. Ensaios alternativos com a ativação da esquerda, direita e centro-chave de forma aleatória.
- Agora apresentamos o é o primeiro no centro e, em seguida, condicionada a uma resposta, em cada tecla lateral (omitir reforço para aResponse Center key). Chaves alternativas ativados colaterais aleatoriamente de julgamento a julgamento. Terminar ensaios em que o sujeito não respondem às principais centro após 5 seg. Repita até que o animal executa de forma confiável (~ 3 dias).
- Apresente dois novos estímulos que depois servem de FS na tarefa final (ver figura 2, inserir, por exemplos). Repita os passos 1.2.1 - 1.2.3 com esses estímulos. Respondendo será estabelecido mais rapidamente do que com o primeiro estímulo, geralmente dentro de 4 dias.

Figura 2. Ilustração do paradigma comportamental. Depois de um ITI de 5 segundos, a tecla central é transiluminou verde para até 5 seg (inicialização). Se o animal responde 3x dentro destes 5 seg, 1 dos 4; Estímulo modelo é apresentado na mesma posição. Depois de um tempo de apresentação de amostra fixa de 2 segundos durante o qual o animal tem que responder pelo menos uma vez, a chave de hierarquia central é transiluminou verde novamente (confirmação). Depois de mais um beijo, as teclas laterais 2 são transiluminou verde. O sujeito indica a sua escolha, respondendo assim a uma das teclas laterais. Durante a aquisição e reaquisição, as respostas corretas são seguidas por 2 seg acesso aos alimentos acompanhada pela ativação da luz de alimentação, ou ativação de somente a luz de alimentação. Se incorreto, luzes da casa estão desligados por 3 segundos. Durante a extinção, ambas as respostas corretas e incorretas ao estímulo extinção permanecem inconseqüente. Inset mostra exemplo novas e estímulo familiarizado pares.
- Formação de um único intervalo da escolha forçada (SIFC) Tarefa para Familiar Estímulos
- Estabelecer a sequência completa de inicialização, amostra, confirmação, e escolha: em cada tentativa, presente first a IS (FR 3), então qualquer um dos dois FS (duração fixa de 2 seg), em seguida, novamente o IS (FR 1). Use um projeto solicitado escolha: em cada julgamento, transilluminate apenas a chave escolha que é correto para o FS dado. Esta fase de formação deverá ter cerca de 1 semana.
- Uma vez que o sujeito realiza de forma confiável (> 85% de respostas para a respectiva tecla lateral), introduzir testes de livre escolha (as duas teclas laterais transiluminou durante a fase de escolha). Se o animal responde para o lado correto, proporcionar acesso aos alimentos por 2 seg. Respostas incorretas são seguidos por time-out punição (houselights fora por 2 segundos). Se nenhuma resposta é dada dentro de 3 segundos, terminar tentativa e re-iniciar ITI. Animais geralmente aprender essas subcomponentes da tarefa dentro de 2 semanas.
- Gradualmente aumentar a fração de ensaios de livre escolha durante as sessões subseqüentes de 20% a 100%.
- Se o sujeito realiza> 90% de acerto em testes de livre escolha, diminuir a probabilidade de recompensa para as respostas corretas para 0,5enquanto que, paralelamente, aumenta o número de ensaios por sessão de 1000. Não altere os parâmetros a cada dia / sessão, mas escolhê-los de forma flexível, dependendo do nível do assunto sobre omissões de inicialização e porcentagem de acertos desempenho. Esta fase do treinamento vai durar cerca de 4 semanas.
- Pombos tendem a recusar a responder a estímulos desconhecidos. Portanto, uma vez que o animal executa confiável> 1.000 testes, as respostas forma automática para um grande conjunto de estímulos visuais (ver secção 1.2). No entanto, não preexpose os estímulos visuais destinados para uso posterior como novos estímulos no paradigma final, mas exposições de cor uniformes.
- Final Single-Interval da escolha forçada de tarefas com novos estímulos em diferentes condições de reforço
- Esquentar
Deixe o sujeito realizar 50 ensaios apenas com os FS. Definir probabilidade recompensa por esses estímulos a <1 (digamos, 0,5-0,8) durante todas as fases para evitar a saciedade precoce e,portanto, a falta de motivação para responder. - Aquisição Stage
Ensaios aleatoriamente alternados com apresentação de FS e NS. Atribuir diferentes chaves de resposta como correta para os dois NS e reforçar cada resposta correta. Calcule porcentagem de acertos como uma média contínua ao longo dos últimos 120 testes. Aquisição é considerada completa quando o desempenho de cada um dos NS excede 85%, mas não antes de um mínimo de 150 ensaios foram executados. - Extinção Stage
Pare reforçando respostas incorretas corretas e punir a um NS aleatório (extinção estímulo). Comece a fase reaquisição quando de respostas correctas para o estímulo extinção cai abaixo de 60% e o animal sofreu pelo menos 150 ensaios nesta fase no total. - Fase Reacquisition
Mais uma vez reforçar correto e punir respostas incorretas ao estímulo extinção, como durante a fase de aquisição. Encerrar a sessão quando o desempenho para este estímulo, exceder 85% e animals realizado pelo menos 150 estudos nesta fase no total.
2. Eletrofisiologia
- Eletrodo Implantação
Cirurgia de implante tem lugar após os animais repetidamente (3-4x) completado toda a sequência de aquisição-extinção-reaquisição e está descrito em mais pormenor noutro local 25. - Coloque 5-6 microsrews aço inoxidável no crânio para ancorar montar uma cabeça cimento dental incluindo o microdrive.
- Realize uma craniotomia logo acima a região do cérebro de interesse; em seguida, dissecar cuidadosamente a dura-máter e diminuir os eléctrodos para a posição desejada.
- Antes de ancorar o microdrive ao suporte de cabeças, aplicar vaselina em torno da cânula guia; isto irá impedir que o cimento dentário a partir envolvendo o tubo de guia.
- Use um eletrodo de prata bola de isolamento colocado debaixo do crânio que recobre o cerebelo como chão.
- Fornecer animais com analgésicos (carprofeno, 10 mg / kg, injectado duas vezes por dia), durante três dias após a cirurgia. Permitir que os animais recuperar durante pelo menos 2 semanas.
- Gravações Enquanto Animais executar a tarefa
- Use um novo par de novos estímulos para cada sessão e avançar eletrodos pelo menos 125 mM (meia revolução do parafuso unidade) antes de começar. Se forem observados potenciais de relação sinal-ruído suficiente de ação, abortar a sessão, coloque o animal na gaiola e tente novamente no dia seguinte.
- Organizar a cabo headstage tal que não interfere com bicar normal do animal e de comportamento de alimentação. Isto pode ser conseguido ligando o cabo com várias tiras elásticas para o topo da câmara de condicionamento e habituar as aves para o cabo ligado para algumas horas.
- Se estiver disponível, fazer uso de um comutador para proporcionar mais liberdade de movimento para os pássaros.
- Análises de sinal Desconectado
- Band-pass-filtro todos os canais de 500 a 5.000 Hz com íngreme roll-offs off-line utilizando Spike2. Extrato de picos com os limites de amplitude e classificá-los manualmente empregando análise de componentes principais.
- Examine triagem resultados com código MATLAB escrito por encomenda (disponível em MATLAB Central File Exchange, ID Arquivo n º 37339). A única unidade bem isolado (Figura 3) deve atender a todos os seguintes critérios: a) um conjunto claramente separados no espaço do componente principal, b) nenhum sinal de múltiplas unidades, quando todas as formas de onda gravadas são sobrepostas e plotados como mapa de calor (Figura 3A ), c) simetricamente distribuídos amplitudes de pico da forma de onda (Figura 3B), d) a gravação estável durante toda a sessão como evidenciado pela amplitude imutável pico (Figura 3C), e) nenhum ou muito poucos eventos de pico que ocorrem durante o período refratário do pico anterior (Figura 3D), e uma relação de sinal-para-ruído (SNR) de, pelo menos, 2 (SNR é aqui defined como a diferença entre os valores mínimo e máximo da forma de onda de pico média dividida pela largura recortada da faixa de ruído (2,5 ° e 97,5 percentis da distribuição de valores a partir da primeira caixa de todas as formas de onda)). SNR da unidade mostrada na Figura 3 é de 3,9.
- Inspecionar canais crua offline por artefatos relacionados ao movimento. Descarte canais quando indicado.
- Artefatos elétricos que ocorrem durante bicando chave pode, em casos raros ser confundida com as formas de onda de pico adequadas. Teste para a contaminação das gravações através da análise do histograma do tempo de pico de conta relativa a cada tecla beijinho (histograma peri-peck tempo, PPTH, Figura 3E) registrado. Artefatos induzida por Bicar mostrar-se como um pico no próximo histograma (± 50 ms) para tempo 0. Como um cheque extra, traçar as formas de onda de todos os eventos de pico putativos registradas dentro de ± 20 ms de um beijinho chave separadamente e compará-lo a espiga formas de onda detectado outside esta janela (Figura 3F).

Métricas Figura 3. Qualidade para isolamento unidade. A) mapa de calor de valores de tempo de tensão de todos os formas de onda. B) Distribuição de (azul) valores de tensão de todas as formas de onda máximo (vermelho), mínimo (verde), e ruído. As distribuições são bem separados, indicando excelente isolamento unidade. C) taxa espontânea de queima (vermelho, calculado a partir de segmentos de 2-sec em todos os intervalos entre tentativas) e as amplitudes de pico (pico-a-pico) como uma função do tempo em sessão. Ambas as curvas foram suavizadas com uma função de vagão (largura: 50 pontos de dados) D) distribuição Interspike-interval para esta unidade.. Largura Bin, 10 ms (Detalhe: 1 ms). Intervalos muito curtos são praticamente ausente (<0,1% de intervalos inferiores a 4 milisegundos). E) psth acionado para bica-chave. Contagens de eventos perto da chave beijinho (± 20 ms) são destaque vermelho. F) Todas as 157 formas de onda gravadas dentro de ± 20 ms de eventos-chave Peck. As formas de onda mais favoráveis do que a forma de onda geral mostrado no painel A.