Desenvolvemos uma única plataforma para rastrear o comportamento animal durante duas tarefas de aprendizagem associativa dependentes de fibras. O design de baixo custo permite a integração com experimentos optogenéticos ou de imagem direcionados à atividade cerebelar associada à fibra.
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Artigo de método
Uma plataforma flexível para monitorar o aprendizado associativo sensorial dependente do cerebellum
Neste artigo
Resumo
Resumo
As entradas de fibra de escalada para as células Purkinje fornecem sinais instrutivos críticos para o aprendizado associativo dependente do cerebelo. Estudar esses sinais em camundongos fixos na cabeça facilita o uso de métodos de imagem, eletrofisiológico e optogenético. Aqui, foi desenvolvida uma plataforma comportamental de baixo custo (~US$ 1000) que permite o rastreamento do aprendizado associativo em ratos fixos que locomotem livremente em uma roda de corrida. A plataforma incorpora dois paradigmas comuns de aprendizagem associativa: condicionamento de olho e condicionamento tátil retardado. O comportamento é rastreado usando uma câmera e o movimento da roda por um detector. Descrevemos os componentes e a configuração e fornecemos um protocolo detalhado para treinamento e análise de dados. Esta plataforma permite a incorporação de estimulação optogenética e imagens de fluorescência. O design permite que um único computador hospedeiro controle várias plataformas para treinar vários animais simultaneamente.
Introdução
O condicionamento pavloviano da associação subcaída entre estímulos para obter uma resposta condicionada tem sido usado há muito tempo para sondar o aprendizado dependente de cerebelar. Por exemplo, no condicionamento clássico de desintegação (DEC), os animais aprendem a fazer um piscar de proteção bem cronometrado em resposta a um estímulo condicional neutro (CS; por exemplo, um flash de luz ou tom auditivo) quando é emparelhado repetidamente com um estímulo incondicional (EUA; por exemplo, um sopro de ar aplicado à córnea) que sempre provoca um reflexo piscando, e que vem no final ou perto do CS. A resposta aprendida é referida como uma resposta condicionada (CR), ....
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Protocolo
Os protocolos animais descritos aqui foram aprovados pelos Comitês de Cuidados e Uso de Animais da Universidade de Princeton.
1. Configuração do SBC
- Conecte o cabo de interface serial da câmera (CSI) à câmera Raspberry NoIR V2 e à porta da câmera no SBC.
- Baixe o sistema operacional para o SBC no computador hospedeiro. Escreva a imagem do sistema operacional para um cartão digital micro seguro (microSD).
NOTA: Instruções detalhadas para estes procedimentos para um Raspberry Pi SBC podem ser encontradas em outros lugares23. O sistema foi testado usando os seguintes sistemas opera....
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Resultados
Fluxo de trabalho para experimentos e análises de DEC
A seleção adequada de parâmetros experimentais é importante para o treinamento bem sucedido de condicionamento de de atmoscção (DEC). Para os dados aqui apresentados, a GUI foi utilizada para escolher uma duração CS de 350 ms e uma duração norte-americana de 50 ms. Essa combinação resulta em um intervalo de inter-estímulo de 300 ms: tempo suficiente para evitar a produção de CR de baixa amplitude10 e curto o suficiente para .......
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Discussão
A plataforma com protocolos associados aqui descritos pode ser usada para rastrear de forma confiável o comportamento animal em duas tarefas de aprendizagem associativa sensorial. Cada tarefa depende da comunicação intacta através da via de fibra de escalada. No design aqui descrito, incorporamos elementos para facilitar o aprendizado e gravação/perturbação da resposta cerebelar. Estes incluem uma roda para permitir locomoção gratuita 11,18, bem como fixação da c.......
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Divulgações
Os autores não têm conflitos de interesse para divulgar.
Agradecimentos
Este trabalho é apoiado por subvenções dos Institutos Nacionais de Saúde Mental NRSA F32 MH120887-03 (para G.J.B.) e R01 NS045193 e R01 MH115750 (para S.S-H.W.). Agradecemos aos Drs. Bas Koekkoek e Henk-Jan Boele por discussões úteis para otimizar a configuração do DEC e os Drs. Yue Wang e Xiaoying Chen por discussões úteis para otimizar a configuração do DTSC.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Base Rápida "B" para C& B METABOND - Garrafa de 10 mL | Parkell | S398 | Solvente de cimento dental |
| "C" Catalisador TBB Universal - 0,7 mL | Parkell | S371 | Catalyst |
| #8 Arruelas | Thorlabs | W8S038 | Arruelas |
| 0.250" (1/4") x 8.00" Aço Inoxidável Shafting de Precisão | Servocity 634172 | 1/4" eixo | |
| 0.250" (0,770") Cubo de Fixação | Servocity 545588 | Cubo de Fixação | |
| 1/4" a 6 mm Parafuso de Fixação Acoplador de Eixo- pacote com 5 | Actobotics | 625106 | Manga de acoplamento de eixo |
| 1/4"-20 Parafusos de Cabeça, 3/4" de Comprimento | Thorlabs | SH25S075 | parafuso de 1/4" |
| 100 pcs 5 mm 395– Diodo Emissor de Luz LED Ultravioleta UV 400 nm Lente Redonda Transparente 29 mm de Chumbo Longo (DC 3V) LEDs Luzes +100 pcs Resistores | EDGELEC | ED_YT05_U_100Pcs | CS LEDs |
| Cabo Micro HDMI para DVI-D de 2 m - M/M - Cabo Micro HDMI para DVI de 2 m - HDMI (D) de 19 pinos Macho para DVI-D Macho - 1920 x 1200 Vídeo | Star-tech | HDDDVIMM2M | Cabo de monitor Raspberry Pi4B para monitor |
| 256 GB Ultra Fit USB 3.1 Flash Drive | SanDisk | SDCZ430-256G-G46 | USB thumb drive |
| 3.3 V– Conversor de Nível Lógico 5 V 4 Canais Módulo Shifter Bidirecional | Amazon | B00ZC6B8VM | Logic level shifter |
| 32 GB 95 MB/s (U1) microSDHC EVO Select Memory Card | Samsung | Cartão microSD MB-ME32GA / AM | |
| 4,50 "Servocidade de canal de alumínio | 585444 | 4,5" canal de alumínio | |
| 48-LED CCTV Ir Iluminador de visão noturna infravermelha | Towallmark | SODIAL | Matriz de luz infravermelha |
| 4PCS Kit de placas de ensaio Inclui 2 PCS 830 Pontos 2 PCS 400 Pontos Placas de Ensaio sem solda para Blocos de Conexão de Distribuição Proto Shield | REXQualis | B07DL13RZH | Breadboard |
| Switch de Rede Ethernet Não Gerenciado Gigabit de 5 Portas | TP-Link | TL-SG105 | Switch Ethernet |
| 5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ Fonte de Alimentação/Adaptador | Canakit | DCAR-RSP-2A5 Fonte de | alimentação para Raspberry Pi 3B+ |
| 5-0 ETHILON BLACK 1 x 18" C-3 | Ethicon | 668G | Suturas Codificador de |
| eixo de 6 mm 2000 PPR Pushpull Line Driver Universal Output Line Driver Output 5-26 V dc Supply | Calt | B01EWER68I | Encoder rotativo |
| Ø Poste Óptico de 1/2", SS, Parafuso de Fixação 8-32, Torneira de 1/4"-20, L = 1", Pacote com 5 | Postes Ópticos | Thorlabs | TR1-P5 |
| Oslash; Poste Óptico de 1/2", SS, Parafuso de Fixação 8-32, Torneira de 1/4"-20, L = 2", Pacote com 5 | Postes Ópticos | Thorlabs | TR2-P5 |
| Oslash; Poste Óptico de 1/2", SS, Parafuso de Fixação 8-32, Torneira de 1/4"-20, L = 4", Pacote com 5 | Postes Ópticos | Thorlabs | TR4-P5 |
| Oslash; Poste Óptico de 1/2", SS, Parafuso de Fixação 8-32, Torneira de 1/4"-20, L = 6", Pacote com 5 | Postes Ópticos Thorlabs | TR6-P5 | |
| Oslash; Suporte de Poste de 1/2", Parafuso de Polegar com Travamento Hexagonal com Mola, L = 2" | de Suporte de Poste Óptico | Thorlabs | |
| X LUER LOCK-F | The Lee Co. | TMRA3201950Z | Adaptador luer de válvula solenóide |
| Aeromat Foam Roller Tamanho: 36" Comprimento | Aeromat | B002H3CMUE | Foam roller |
| Placa de Ensaio de Alumínio 10" x 12" x 1/2", 1/4"-20 Torneiras | Thorlabs | MB1012 | Placa de Alumínio |
| Cabo Adaptador HDMI para DVI Amazon Basics, Preto, 6 Pés, 1-Pack | Amazon | HL-007347 | Raspberry Pi3B+ para cabo |
| de monitorArduino Uno R3 | Arduino | A000066 | Arduino Uno (placa microcontroladora) |
| Arduino Due | Arduino | A000062 | Arduino Due (placa microcontroladora) |
| Fonte de Alimentação de Bancada, Única, Ajustável, 3 Saídas, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A | Tenma | 72-8335A | Fonte de Alimentação |
| Folha de Acrílico Fundido Resistente a Riscos e UV, 12" x 24" x 1/8" | McMaster Carr | 8560K257 | Folha de Acrílico |
| Driver de Motor de Passo CNC 1.0– 4.2 A 20– Resoluções de Micro-Step 50 V DC 1/128 para Nema 17 e 23 | Stepper Motor Stepper Online | B06Y5VPSFN | Stepper driver |
| Regulador de Ar Comprimido Compacto, Alívio em Linha, Carcaça de Latão, 1/4 NPT | McMaster Carr | 6763K13 | Regulador de fonte de ar |
| Cotonete | Puritan | 806-WC | Cotonete |
| Dell 1908FP 19" Monitor de Tela Plana Dell 1908FP - 1908FPC | Dell | 1908FPC | Cabo Flexível para Monitor |
| de Computador para Câmera Raspberry Pi | de interface serial da câmera | Adafruit | 2144 |
| Motor de Passo Bipolar Nema 17 de Alto Torque 92 oz· in/65 N· cm 2.1 A Motor de Extrusora | Stepper Online | 17HS24-2104S | Motor de Passo |
| Isoflurano | Henry Schein | 66794001725 | Isoflurane |
| Krazy Cola Permanente de Ligação Máxima, 0.18 oz. | Cola de cianoacrilato | Krazy Glue | KG483 |
| Lidocaína HCl | VetOne | 510212 | |
| Porca sextavada de aço de baixa resistência Lidocaína, grau 2, zincado, tamanho da rosca 1/4"-20 | Porcas | McMaster Carr | 90473A029 |
| M3 x 50 mm Parafusos de cabeça sextavada parcialmente rosqueados 10 pcs | Uxcell | A16040100ux1380 | M3 parafuso |
| NEMA 17 Suporte de motor | de passoACTOBOTICS | 555152 | Suporte para motor de passo |
| Fonte de alimentação oficial Raspberry Pi 5,1 V 3 A com USB C - 1,5 m de comprimento | Adafruit | 4298 | para Raspberry Pi 4B |
| Optixcare Dog & Gel Lubrificante Cat Eye, tubo de 0.70-oz | Optixcare | 142422 | Opthalimic |
| Rolamento de esferas de aço inoxidável de precisão, blindado, Trade No. R188-2Z, 13000 rpm Velocidade máxima Rolamentos Fêmea | McMaster-Carr | 3759T57 | |
| Fios de Jumper - 40 x 6" | Adafruit | 266 | Wires |
| Fios de Jumper 'Extension' Fêmea/Macho Premium - 40 x 6" (150 mm) | Adafruit | 826 | Fios |
| Premium Macho/Macho Jumper Wires - 40 x 6" | Adafruit | 758 | Fios |
| Radiopaco L-Powder para C& B METABOND - 5 g | Parkell | S396 | Pó de cimento dental |
| Raspberry Pi (3B+ ou 4B) | Adafruit | 3775 ou 4295 | Raspberry |
| Pi Raspberry Pi NoIR Camera Module V2 - 8MP 1080P30 | Raspberry Pi Foundation | RPI3-NOIR-V2 | Raspberry NoIR V2 câmera |
| Suporte de ângulo reto, slot rebaixado de 1/4" (M6), 8-32 torneiras | Thorlabs | AB90E | Suporte |
| de ângulo retoGrampo de ângulo reto para Ø Postes de 1/2", 3/16" Hex | Thorlabs | RA90 | Grampo de poste óptico em ângulo reto |
| Grampo de extremidade em ângulo reto para Ø Postes de 1/2", 1/4"-20 Stud e 3/16" Hex | Thorlabs | RA180 | Grampo de extremidade em ângulo reto |
| RJ45 Cat-6 Ethernet Patch Cabo de Internet | Amazon | Cabo Ethernet CAT6-7FT-5P-BLUE | |
| Braçadeira Rotativa para Ø Postes de 1/2", 360° Continuamente ajustável, 3/16" encanta | Thorlabs | SWC | braçadeiras óticas de gerencio do cargo |
| Spike & Segure o Driver-0.1 A 5 MS | The Lee Co. | IECX0501350A | Driver de válvula solenóide |
| Adaptador de base giratória | Thorlabs | UPHA | Adaptador de suporte de poste |
| USB 2.0 A-Macho para Micro B Cable, 6 pés | Amazon | 7T9MV4 | USB2 tipo A para USB2 micro cabo |
| USB 2.0 Cabo de impressora - A-Macho para B-Macho, 6 pés (1,8 m) | Amazon | B072L34SZS | USB2 tipo B para USB2 tipo A |
| cabo VHS-M/SP-12 V | The Lee Co. | INKX0514900A | Válvula solenóide |
| de aço zincado 1/4" arruela, OD 1.000" | McMaster Carr | 91090A108 | arruelas |
Referências
- McCormick, D. A., Lavond, D. G., Clark, G. A., Kettner, R. E., Rising, C. E., Thompson, R. F. The engram found? Role of the cerebellum in classical conditioning of nictitating membrane and eyelid responses. Bulletin of the Psychonomic Society. 18 (3), 103-105 (1981).
- McCormick, D. A., Clark, G. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F.
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Reimpressões e permissões
