Заявление по этике
Все эксперименты были проведены в соответствии с немецкими руководящими принципами для ухода и использования животных в науке. Процедуры были утверждены национального комитета по этике земли Северный Рейн-Вестфалия, Германия.
Обзор системы
Operant Тестирование палата
Оперантного камеры (рис. 1) измеряет 34 см х 34 см х 50 см. Три полупрозрачные клавиши ответа (4 см х 4 см, расположенные примерно в 20 см от уровня пола) утоплены в заднюю стенку камеры. Стимулы показаны через ЖК-экран, установленный позади ключей реагирования. Два 2-ваттной лампочки, расположенные на боковых стенках обеспечивают тусклый освещение. Камера находится в звуковой смягчающих кабину, чтобы замаскировать посторонние звуки. Громкоговорители обеспечивают белый шум во все времена. Питание (зерно) обеспечивается пищевой бункера, расположенного ниже процентаКлюч э. Экспериментальная аппаратных контролируется специально написана кода MATLAB 21. Животные постоянно контролироваться с помощью цифровой камеры, прикрепленной к передней стенке камеры.
На заказ Микродиски
Микродиски корпуса 16 электродных проводов являются на заказ в нашей лаборатории; Конструкция основана на работе Bilkey и коллег 22,23, и мы отсылаем читателя к этим статьям для подробным описанием. Мы изменили их дизайн, чтобы обеспечить большее количество электродов (16 вместо 8, 25 мкм нихромовых провода), и мы подключать электродные провода через проводящего серебра клея к headstage розетки. Кроме того, мы используем золочение электродных советы, чтобы уменьшить сопротивление и для достижения лучших отношения сигнал-шум (применяется -3 V для ~ 3 сек; сопротивления должна снизиться до <100 кОм).
После того, как Microdrive собран, электроды сократить до нужной длины, советы Cleaneд в ультразвуковой ванне (Tergazyme в дистиллированной воде) в течение 20 мин и промывают еще 20 мин в дистиллированной воде. Покрытие золотом электродных советы должны проводиться непосредственно перед имплантацией. Для заземления, мы используем серебряный шар электрод, расположенном над боковой мозжечка. Спецификация материалов обеспечивается в таблице материалов, которая сопровождает эту статью.
Важным вопросом при работе с свободно движущихся животных артефакты движения. Мы обнаружили, что артефакты движения в нашей установок в значительной степени за счет а) высокая электродных сопротивлений (> 500 кОм) и б) несовершенная прикрепление контактов между вилкой (имплантата) и гнездо (headstage) в то время как животное находится в движении. Разнообразие имеющихся в продаже microconnectors не выполняет удовлетворительно для записи свободно перемещаться птиц, потому что механический контакт между вилкой и розеткой быстро ухудшается через энергичных движений голубей (голова подпрыгивая, ключ-иерархии). Лучший механическое соединение между имплантатом и headstage была достигнута с headplug сборок Ginder Scientific. Эти вилка-розетка сборки оснащены 18 контактов и прочно прикреплены друг к другу с помощью кольцевой гайки.
Электрофизиологические Настройка записи
Установка электрофизиологии состоит из следующих компонентов: 1) на заказ headstage с единичным усилением (операционный усилитель) 2) 15 дифференциальный усилитель модули, размещенные в два рэковых единицы (ДПА-2FS и EPMS-07 соответственно; НПИ Electronic GmbH, Германия ), 3) 16-канальный аналого-цифровой преобразователь (мощность 1401 метка I). Сырье сигналы усиливаются 1000 х и полосовой фильтрации (500-5000 Гц, 1-й фильтр порядке), оцифрованный с частотой дискретизации 16-20 кГц и хранятся с Spike2 Версия 7.06a для автономной обработки. Даты начала мероприятий (например, начала стимула или отдельных ключевых клюет животного) захватываются через поле параллельном лабораторно построен порт ввода-вывода (см. Роуз; Др. 21) и направляется в АЦП для хранения вместе с нейрофизиологических данных (см. Рисунок 1).. Offline обработки дополнительно описано ниже.

Рисунок 1. Обзор системы. Информационный поток символизируется цветными стрелками. Компьютер 1 управляет аппаратного относящиеся к поведенческой вывода (монитора стимулом через монитор с плоским экраном, дом света, пищевой бункер, питатель света, ключи реагирования) и посылает временные метки событий для АЦП. Компьютерные 2 хранит нейрофизиологические сигналы, полученные от A / D конвертер и временных меток событий, полученных от компьютера 1. Фотография слева показывает кондиционирования камеру внутри звуковой смягчающих кабиной. Ее элементами являются: 1) Звук-ослабления оболочки, 2-4) ключ ответс, 5) пищевая бункер, 6) подачи света 7) дом свет, 8) наблюдение камера.
Одно-интервал-принудительного выбора (SIFC) Дискриминация Целевая
Для ясности, мы опишем последнее задание SIFC здесь, а затем объяснить шаги, необходимые для подготовки животных на этой задачи ниже.
Задача SIFC изложена на рисунке 2. После Интервал между (ИИТ) истекло, ключ центр transilluminated зеленый до 5 сек ('фазы инициализации "). Сразу после третьего ответа животного в течение 5 секунд, один из нескольких примеров стимулов представлен на центральной клавиши в течение 2 сек ('фазы образец'; пример стимулы показано на вставке к рисунку 2). После 2 сек, ключевым центром вновь transilluminated зеленый, и животное должен ответить еще раз перед две клавиши боковые которые transilluminated ("фаза подтверждение '). В зависимости от особенностей стимула, показаннойв фазе образца, животное необходимо направить один ответ на левой или правой клавиши ("выбор фазы"). Если он выбирает правильный назначения, доступ к вознаградить (зерно) предоставляется в течение 2 сек. Таким образом, ядро задачи состоит из отвечая на левую клавишу выбора при предъявлении одного конкретного раздражителя на центральной клавиши, и в ответ на правой клавиши выбора после представления другой стимул. Причина того, что фаза образец скобки инициализации и фазы подтверждения, чтобы сохранить голову животных перед центральной клавиши в то время как образец стимул представлен.
После того, как мастеров животных эта задача для одной пары стимулов (далее, "знакомые" стимулы, FS), она представлена с новым стимулом (NS) пар в каждой новой сессии, и должен научиться, какой из двух романа стимулов является , которым должны следовать ответ на левой или правой клавиши выбора. Пара FS продолжает быть представлены в течение гоOSE эксперименты служить подходящие условия управления. Адекватная производительность выполнить последнее задание петли главным образом от желания животных для выполнения> 1000 испытаний на общих вероятностей арматуры <0,5. Ниже описываются процедуры подготовки, в котором сложность задачи постепенно увеличивается, пока животное не достигнет уровня SIFC; в то же время, усиление вероятности и число испытаний за сеанс, необходимо будет увеличить для обеспечения стабильно высокую производительность на последнее задание.
1. Дрессировка
- Еда Ограничение
- Взвешивание животных после по крайней мере двух недель свободным доступом к пище. Возьмите этот вес как вес свободного кормления. Ограничить доступ к продовольствию в течение следующих 1-2 недель, пока животные не достигнет 85% от их массы свободного кормления.
- Очень важно, чтобы голуби поддерживать здоровый внешний вид и нормальную деятельность в течение всей всего эксперимента. Кчто конец, внимательно следить за внешний вид животных и вес по всей продолжительности поведенческих обучения и тестирования. Взвешивание животных до и после каждой экспериментальной сессии для оценки ежедневного рациона питания. Поставка дополнительное питание, если это необходимо для предотвращения дальнейшей потери веса. Обеспечить неограниченный доступ к пище в минувшие выходные.
- Autoshaping
Autoshaping служит приучить животное к экспериментальной камере и установить условный отвечает. - Подарите 5-сек визуальные стимулы (в дальнейшем, инициализация стимул, IS) на центральной клавиши. Сразу по окончании IS или одного клевать к ключу отклика (что раньше), выключите подсветка клавиш и настоящее награду пищи (2 активации сек пищевой бункер).
- Держите ITI значительно больше, чем время образец презентации для облегчения процесса обучения 24. Используйте значения 120 сек для ITI и запустить 40 испытаний в день. Позже повторно ИСкак инициализация, подтверждения и выбора стимула в конечном задачи (см. рисунок 2). Этот этап подготовки пройдет животных примерно одну неделю.
- После того, как животное реагирует надежно (в> 85% проб), уменьшить ступенчато ITI до 10 сек и временем выборки представления вплоть до 2 сек. В то же время, увеличить количество ответов, необходимых для армирования 3 (фиксированное соотношение 3, FR 3). Кроме того, увеличить общее число испытаний в день. Выбор параметров таким образом, что животное обучается каждый день в течение приблизительно 1 часа. Этот этап подготовки продлится примерно 2 недели.
- Повторите шаги 1.2.1 - 1.2.3 для левой и правой клавиш реагирования вплоть до предметы надежно реагировать на IS на всех 3 кнопок. Альтернативные исследования с активацией левой, правой и центральной клавиши в случайном порядке.
- Теперь представить сначала в центре, а затем, в зависимость от ответа, в обе стороны ключа (пропустить арматуры дляЦентр Ключевые ответ). Альтернативные активированные боковые клавиши случайным от испытания к испытанию. Завершить испытания, в которых субъект не реагируют на центральной клавиши после 5 сек. Повторяйте, пока животное не будет работать надежно (~ 3 дня).
- Представьте 2 новые стимулы, которые позже будут служить FS в конечном задачи (см. рисунок 2, вставка, для примера). Повторите шаги 1.2.1 - 1.2.3 с этими стимулами. В ответ будет установлено быстрее, чем с первого стимула, обычно в течение 4 дней.

Рисунок 2. Иллюстрация поведенческой парадигмы. После ITI 5 сек, ключ центр transilluminated зеленый до 5 сек (инициализация). Если животное реагирует 3x в этих 5 сек, 1 из 4; Образец стимулы представлен в том же положении. Через некоторое время фиксируется образец презентации 2 сек, в течение которого животное реагировать хотя бы раз, центральная клавиша клюют является transilluminated зеленый снова (подтверждение). После очередного клевать, 2 боковые клавиши transilluminated зеленый. Предметом указывает свой выбор, отвечая один раз в одной из боковых клавиш. Во время приема и обновления данных, правильных ответов следуют 2 сек доступ пищевой сопровождении активации подачи света, или активации подачи только свет. Если неправильно, дома свет выключен в течение 3 сек. Во время исчезновения, оба правильные и неправильные ответы к исчезновению стимулов остаются несущественными. На врезке показано пример новые и знакомые по стимулированию пар.
- Обучение одного интервала принудительного выбора (SIFC) Целевой знакомые стимулов
- Установите полную последовательность инициализации, образца, подтверждение, и выбор: на каждом испытании присутствует фантастическиеRST ИС (FR 3), то любой из двух ФС (2 сек фиксированной длительности), то снова IS (FR 1). Используйте предложено вариантами дизайна: в каждом испытании, transilluminate только ключ выбор, который является правильным для данной ФС. Этот этап обучения занимает приблизительно 1 неделя.
- Как только объект будет работать надежно (> 85% ответов на соответствующий ключ сторона), ввести свободный выбор испытания (обе боковые клавиши transilluminated во выбора фазы). Если животное реагирует на правильной стороне, обеспечивают доступ к продовольствию для 2 сек. Неправильные ответы следуют тайм-аута наказания (домашнего освещения прочь на 2 сек). Если ответ не дан в течение 3 сек, прекратить судебное разбирательство и повторно начать ITI. Животные обычно учатся эти подкомпоненты задачи в течение 2 недель.
- Постепенно увеличивайте долю свободного выбора испытаний во время последующих сеансов от 20% до 100%.
- Если объект выполняет> 90% правильно в свободной выбор испытаний, уменьшить вероятность награду за правильные ответы до 0,5в то время как в параллельном увеличении количества испытаний за сеанс до 1000. Не изменять параметры каждый день / сеанс, но выбирать их гибко в зависимости от уровня производительности субъекта относительно инициализации упущения и процент правильных ответов. Этот этап подготовки продлится около 4 недель.
- Голуби, как правило, отказываются отвечать на незнакомые раздражители. Поэтому, как только животное надежно выполняет> 1000 испытаний, автофигур ответы на большого набора визуальных стимулов (см. раздел 1.2). Тем не менее, не preexpose визуальные стимулы, предназначенные для последующего использования в качестве новых стимулов в конечном парадигмы, но единых цветными дисплеями.
- Финал Одно-интервал принудительного выбора задачу с новые стимулы в разных условиях Армирование
- Разминка
Пусть предметом выполнить 50 испытаний только с FS. Установите вероятность награду для этих стимулов к <1 (скажем, 0,5 - 0,8) на всех этапах, чтобы предотвратить преждевременное насыщение и,Поэтому, отсутствие мотивации, чтобы ответить. - Приобретение этап
Случайно альтернативные испытания с презентации ТЭО и NS. Связать разные ключи реагирования как правильно для двух NS и укрепить каждый правильный ответ. Вычислить процент правильных ответов, как скользящее среднее за последние 120 испытаний. Приобретение считается завершенным, как только производительность для каждого из NS превышает 85%, но не раньше как минимум 150 испытаний были выполнены. - Вымирание этап
Остановить укрепление правильные и наказание неправильные ответы к случайному NS (исчезновение стимула). Начните повторного приобретения фазу, когда правильно отвечая на вымирание стимула падает ниже 60%, и животное не реже, чем 150 испытаний в этой фазе в общей сложности. - Этап Reacquisition
Опять укрепить правильно и наказать неправильные ответы к исчезновению стимулов, как на этапе приобретения. Завершить сессию, когда показатели для данного стимула превышает 85% и анимаLs выполняется не менее 150 испытаний в этой фазе в общей сложности.
2. Электрофизиологии
- Электрод Имплантация
Имплантация операции происходит после животных повторно (3-4x) завершил всю последовательность приобретение-экстинкции-повторного обнаружени и описан более подробно в другом месте 25. - Поместите 5-6 нержавеющей стали microsrews на черепе для крепления зубной цемент глава смонтировать включая Microdrive.
- Выполните трепанации черепа чуть выше области мозга интересов; затем осторожно рассекают твердую мозговую оболочку и опустите электроды в нужное положение.
- Перед закрепления микродисков в голову установить, применить вазелин вокруг направляющей канюли; это предотвратит стоматологического цемента из тэгов направляющую трубку.
- Используйте изолированный серебряный шар электрод помещается под черепом, покрывающей мозжечок как землю.
- Обеспечить животных с обезболивающим (Carprofen, 10 мг / кг, вводили дважды в день) в течение трех дней после операции. Разрешить животные восстановиться в течение не менее 2 недель.
- Записи Хотя Животные выполнить задачу
- Используйте новую пару новых стимулов для каждой сессии и авансовых электродов не менее 125 мкм (пол-оборота приводного винта), прежде чем начать. Если не наблюдается потенциалы действия достаточной отношения сигнал-шум, прервать сессию, поместите животное в доме клетку и попробуйте еще раз на следующий день.
- Организовать headstage кабель так, чтобы он не мешает нормальной клюют животного и пищевого поведения. Это может быть достигнуто путем присоединения кабеля с несколькими эластичными ремнями к верхней части испытательной камере и приучая птиц к прилагаемым кабелем в течение нескольких часов.
- Если есть возможность, использовать коммутатор для обеспечения дополнительной свободы передвижения для птиц.
- Оффлайн анализ сигналов
- Band-росел-фильтр все каналы от 500 до 5000 Гц с крутой ролл-офф неактивное состояние с помощью Spike2. Выписка шипы с амплитудных порогов и сортировать их вручную с использованием анализа главных компонент.
- Изучите сортировки результатов с таможенной код, написанный MATLAB (можно купить в Консультационный центр MATLAB File Exchange, File ID # 37339). Хорошо изолированы один блок (рис. 3) должны соответствовать всем следующим критериям: а) четко отделены кластер в основной пространстве компонент, б) не признак нескольких блоков, когда все записанные сигналы накладываются и на графике как тепловая карта (рис. 3А ), в) симметрично распределенные амплитуды пик формы волны (рис. 3б), г) стабильной записи на протяжении всей сессии, о чем свидетельствует неизменный амплитуды спайка (Рисунок 3C), е) нет или очень мало шипованные события, которые происходят во время рефрактерного периода предыдущего всплеска (рис. 3D), и отношение сигнал-шум (SNR) по меньшей мере 2 (SNR здесь гefined как разница между минимумом и максимумом усредненного шип сигнала, деленной на подстриженной ширины полосы шума (2,5 м и 97,5 м процентилям распределения значений от первого бункера всех сигналов)). SNR из блока, изображенного на фиг.3, 3,9.
- Осмотрите сырой каналов в автономном режиме для артефактов движения, связанных с. Откажитесь каналов при наличии показаний.
- Электрические артефакты, возникающие в процессе ключевой клюют может в редких случаях следует путать с соответствующими шипами сигналов. Тест для загрязнения записей путем изучения времени гистограмму шип рассчитывает относительно каждого зарегистрированного ключа Пек (пери-клевать времени гистограммы, PPTH, рис 3Е). Клюют вызванной артефакты появляются в виде пика в гистограмме закрытия (± 50 мс) в момент времени 0. В качестве дополнительной проверки, участок формы сигналов всех предполагаемых шип событий, зарегистрированных в пределах ± 20 мс от ключевого клевать отдельно и сравнить его с шип сигналы обнаружены Outsidе это окно (рис. 3F).

Метрики Рисунок 3. Качества для блока изоляции. А) Тепло карта значений времени напряжения всех форм волны. B) распределений максимальной (красный), минимум (зеленый), и шума (синие) значения напряжения всех сигналов. Распределения хорошо разделены, указывая отличную изоляцию блок. C) Спонтанный скорострельность (красный, рассчитанная по сегментам 2-сек во всех intertrial интервалами) и шипованные амплитуды (пик-пик) как функцию времени в сессии. Обе кривые были сглажены с функцией товарный вагон (ширина: 50 пунктов данных) D) межспайковые-интервал распределения для данного устройства.. Бен ширина, 10 мс (вставка: 1 мс). Очень короткие интервалы практически отсутствует (<0,1% интервалов ниже 4 мс). <сильный> Е) PSTH срабатывает на ключевые клюет. Условия для проведения мероприятий на счету близкие к ключевому клевать (± 20 мс) выделены красным цветом. F) Все 157 сигналов, записанных в пределах ± 20 мс ключевых событий клевать. Сигналы выгодно отличаются от общей формы сигнала, показанной на панели А.