Summary
Yeni uyaran-tepki dernekler Öğrenme sonuçta bireysel nöronların başak çıkışını değişiyor yansıyan sinirsel süreçlerin geniş bir yelpazede yürütmektedir. Burada, hayvanlar, elde söndürmek ve tek bir deneysel oturumda içinde bir şartlı yanıt yeniden almak ise tek nöron aktivitesinin sürekli kaydı için izin veren bir davranış protokol açıklar.
Abstract
Öğrenme konusu davranışsal ve nöral hem de bilim adamlarından büyük ilgi çekti olsa hayvanlar bu yanıt dolduğunda bir operantly şartlı tepki edinme, ya da, sadece nispeten az sayıda araştırmacı tek nöron aktivitesini gözlemledik. Ancak bu durumlarda bile, gözlem süreleri genellikle öğrenme tek bir sahne, yani satın alma veya nesli kapsayacak, ancak her ikisi de (istisnalar ters öğrenmeyi istihdam protokolleri arasında;. Bir örneğin Bingman ark 1). Ancak, satın alma ve söndürme farklı öğrenme mekanizmalarını gerektirir ve bu nedenle farklı ve / veya nöral plastisite mahalleri eşlik etmesi bekleniyor.
Buna göre, tek bir davranış oturumda öğrenme ve hangi üç aşaması tek nöronların eylem potansiyelleri eşzamanlı kayıt için uygundur kurumları bir davranış paradigma geliştirdi. Hayvanlar,Yeniden eşleme farklı romanı görsel uyaranlara (edinme) tanıtımı için iki olası bir seçim yanıtlarının her gerektiren bir tek aralık zorunlu seçmeli görev eğitimli. Önceden tanımlanmış bir performans kriteri, iki seçim yanıtlardan birini ulaştıktan sonra artık (yok olma) takviye edilmiştir. Performans düzeyinde belli bir eksiltme takiben, doğru tepkiler (yeniden kazanılması) tekrar takviye edilmiştir. Her oturumda uyaranlara yeni bir dizi kullanarak, hayvanlar, sürekli satın alma-nesli-yeniden kazanılması sürecine tabi olabilir. Öğrenme her üç aşamalı tek bir davranış oturumda ortaya için, birden fazla tek paradigma nöronların spike çıkışının aynı anda gözlem için idealdir. Bu model sistemler olarak güvercin kullanır, ancak kolay bir görev şartlı ayrım öğrenme yeteneğine sahip herhangi bir diğer türlere uyarlanabilir.
Introduction
Yeni uyaran-tepki-sonuç dernekler Öğrenme nöral plastisite süreçleri geniş bir yelpazede yürütmektedir. Bu süreçler sonuçta bireysel nöronların değişen başak çıktı yansıtılır. Muhtemelen, en sık kullanılan öğrenme paradigmaların bir kemirgenler yürütülen Pavlovyan korku klima olduğunu. Bu ortamda, klimalı yanıt edinimi ve nesli birkaç düzine deneme 2 içinde yer alır. Kısa bir süre içinde hayvanların çok sayıda çalışan sağlar, çünkü şartlı korku hızlı gelişimi avantajlı olabilir. Ayrıca, satın alma ve söndürme naif hayvanlarda 3,4 tek bir günde çalışmaların birkaç on içinde gözlenen ya da 2 ila 3 gün 2,5-8 yayılmış olabilir. Ancak, anlayışlar mutlaka korku klima etki alanı dışında geçerli değildir bu deneylerde öğrenme sırasında nöral aktivitenin değişiklikler hakkında kazanmıştır. Örneğin, hedefe yönelik davranış pozisyonunda tarafından tahriktive takviye daha yeterli değil Pavlovian koşullama işlemleri daha operant ile modellenmiş ve kısmen farklı nöral yüzeylerde 9,10 bağlı olabilir. Ayrıca, korku klima CS nöral tepkiler sadece öğrenme sırasında sinir aktivitesinin değişimlerin analizine ciddi sınırlar koyarak, bir kaç düzine çalışmalar için izlenebilir o kadar hızlı gelişir.
Ne yazık ki, genellikle yanıt edimsel edinimi ve söndürme kaç gün sürer. Bir kaç saat daha fazla tek hücrelerin aktivitesini kaydetmek için çok zordur, çünkü bu, nörofizyolojik araştırmalar için zararlıdır. Nedeniyle ekstraselüler kaydedilen aksiyon potansiyellerinin dalga yüksek benzerliği, bir gün kaydedilmiş sivri özellikle yüksek olan bölgelerde, bir sonraki 11,12 kaydedilmiş benzer dalga ile ani olarak aynı hücreden üretilen iddia sorunludur hipokampus gibi hücre yoğunluğu.
(Columbia livia forma domestica) deneysel psikoloji 13-17 klasik model organizmalar vardır. Bu kuşlar, karmaşık görsel ayrımlar 18 gerçekleştirmek için esnek değişen takviye beklenmedik 19,20 için davranışlarını adapte edebiliyoruz, ve donatı az miktarda 1,000 denemeler performans, benzersiz hırslı işçiler vardır. Bu özellikler, aşağıda tarif edilen deneyler için özellikle çok uygundur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Etik Bildirimi
Bütün deneyler, bilim hayvanların bakımı ve kullanımı için Alman talimatlarına uygun olarak yapılmıştır. Prosedürler Kuzey Ren-Vestfalya, Almanya'nın devlet ulusal bir etik kurul tarafından onaylanmıştır.
Sisteme genel bakış
Edimsel Test Odası
Operant odası (Şekil 1) 34 cm x 34 cm x 50 cm. (Yaklaşık 20 cm zemin seviyesinin üstünde yer alan 4 cm x 4 cm) üç-şeffaf yanıt tuşu bölmenin arka duvarında boşluk bulunmaktadır. Uyaranlara tepki tuşları arkasına monte edilmiş bir LCD düz ekran üzerinden gösterilir. Yan duvarlarında yer alan iki 2-Watt ampuller loş aydınlatma sağlar. Odası dış sesler maskelemek için bir ses zayıflatıcı hücre içinde yer alır. Hoparlörler her zaman beyaz gürültü sağlar. Gıda (tane) yüzde altında bulunan bir gıda hunisi tarafından sağlanmaktadırer önemli. Deneysel donanım özel yazılmış MATLAB kodu 21 tarafından kontrol edilir. Hayvanlar sürekli bölmenin ön duvarına bağlı bir dijital kamera ile izlenir.
Özel yapılmış Microdrives
16 elektrot telleri konut Microdrives laboratuvarda özel olarak inşa edilmiş olup; tasarım Bilkey ve meslektaşları 22,23 ile çalışmalarına dayanmaktadır ve okuyucu ayrıntılı bilgi için bu makalelere denir. Biz elektrotlar daha çok sayıda (8 yerine 16; 25 mikron nikrom telleri) için izin vermek için kendi tasarımı değiştirilmiş ve biz headstage soketine iletken gümüş tutkal aracılığıyla elektrot kablolarını bağlayın. Ayrıca, empedansını azaltmak ve daha iyi sinyal-gürültü oranı elde etmek için elektrot uçlarının altın kaplama kullanın (geçerli -3 ~ 3 sn için V; Empedanslar <100 kÊ düşmesi gerekir).
Microdrive monte edildiğinde, elektrotlar istenilen uzunluğa kesilir, ip uçları vardır cleanedamıtılmış su içinde 20 dakika çalkalandı ve başka bir 20 dakika boyunca ultrasonik bir banyoda (damıtılmış su içinde Tergazyme) içinde d. Elektrot uçlarının altın kaplama implantasyon hemen önce yer almalıdır. Topraklama için, yanal beyincik üzerinde yerleştirilen bir gümüş top elektrodu kullanın. Teknik malzemelerin bu yazı birlikte malzemeleri tabloda verilmiştir.
Serbestçe hareket eden hayvanlar ile çalışan önemli bir konudur hareket eserler olduğunu. Biz hayvan hareket ederken bizim kurulumları hareket eserler büyük ölçüde kohm> 500 (a) yüksek elektrot empedanslarla) ve fiş (implant) ve soket (headstage) arasındaki temasların b) kusurlu eki olduğu bulundu. Fiş ve soket arasındaki mekanik temas hızla güvercinler (baş-sallanan, anahtar-ast) arasında güçlü hareketleri ile bozulur, çünkü piyasada mevcut microconnectors çeşitli, özgürce kuşlar hareket kayıt için tatmin edici yapmaz. Implant ve headstage arasındaki iyi mekanik bağlantı Ginder Scientific'ten headplug meclisleri ile elde edilmiştir. Bu fiş-priz montajları 18 rehber özelliği ve sıkıca bir halka somun ile birbirine yapıştırılmıştır.
Elektrofizyolojik Kayıt Ayarı
; Npi electronic GmbH, Almanya birlik kazanç (işlemsel kuvvetlendirici) 1) Bir özel yapılmış headstage 2) iki rafa yerleştirilmiş 15 diferansiyel amplifikatör modülleri üniteyi (DPA-2FS ve EPMS-07, sırasıyla: elektrofizyoloji kurulum aşağıdaki bileşenleri içerir ), 3) 16-kanallı analog-dijital dönüştürücü (güç 1401 mark). Ham sinyalleri 1.000 x güçlendirilmiş ve band geçiren 16-20 kHz örnekleme hızı ile dijital (500-5,000 Hz, 1 st sipariş filtresi), süzülmüş ve çevrimdışı işleme Spike2 Sürüm 7.06a ile saklanır. (Örneğin uyaranın başlangıcından veya hayvanın münferit anahtar pecks gibi) Olay kez laboratuar inşa paralel port IO kutusu ile yakalanır (Gül bakınız, Ve diğerleri 21) ve nörofizyolojik veri ile birlikte depolama için AD dönüştürücüsünün (bkz. Şekil 1) iletilir.. Çevrimiçi işlem aşağıda daha ayrıntılı olarak tarif edilmektedir.
Şekil 1.. Sistem bakış. Bilgi akışı renkli oklarla sembolize edilir. Bilgisayar 1 denetimleri donanımı (düz ekran monitör, evin ışığı, gıda hunisi, besleyici ışık, yanıt anahtarları vasıtasıyla uyaran ekran) davranışsal çıkışına ilişkin ve AD dönüştürücü olay zaman damgaları gönderir. A / D dönüştürücüsü ve olay zaman damgaları elde Bilgisayar 2 mağaza nörofizyolojik sinyaller Bilgisayar 1. alınan. Soldaki fotoğraf ses azaltıcı hücre içindeki klima odasını göstermektedir. Onun unsurları şunlardır: 1) Ses azaltıcı kabuk, 2-4) yanıt anahtarıs, 5) gıda Hopper, 6) besleyici ışığı 7) ev ışık, 8) gözlem kamerası.
Tek Aralığı-Zorla-Choice (SIFC) Ayrımcılık Görev
Anlaşılır olması için, biz burada son SIFC görevi tanımlamak ve sonra aşağıda bu görevi hayvan yetiştirmek için gerekli adımları açıklayacağız.
SIFC görev intertrial aralığı (ITI) geçtikten sonra, orta tuşa kadar 5 sn ('başlatma faz') için yeşil transilluminated edilir. Şekil 2'de gösterilmiştir. Hemen 5 saniye içinde hayvanın üçüncü cevabının ardından, çeşitli örnek uyaranlara üzerinden bir 2 saniye için merkezi anahtarı üzerinde yer almaktadır ('örneği faz'; örneğin uyarı Şekil 2 içerlek gösterilmiştir). 2 saniye sonra, orta tuşuna tekrar yeşil transilluminated ve hayvan iki yan tuşlar ('onay aşaması') transilluminated önce bir kez daha yanıt vardır. Gösterilen uyarıcı kimliğine bağlı olarakörnek aşamasında, hayvanın sol veya sağ anahtar ('seçim aşaması') ya da tek bir yanıt yönlendirmek için gereklidir. Bu doğru hedef seçerse, (tahıl) ödüllendirmek erişmek 2 saniye verilir. Böylece, görevin çekirdek orta tuş üzerinde belirli bir uyarıcının sunulmasından sonra, sol seçim tuşu yanıt ve başka bir uyarıcının sunulmasından sonra doğru seçim tuşunun yanıt oluşur. Numune, bir başlatma fazı ve bir onay fazı parantez olduğunu nedeni, numune uyarıcı sunulmuştur iken orta tuş önünde hayvanların başı tutmaktır.
Hayvan ustaların kez uyaranlara tek bir çift için bu görevi (bundan böyle, 'tanıdık' uyaranlar, FS), her yeni oturumda yeni bir uyarıcı (NS) çifti ile sunulan, ve bir iki yeni uyaranların hangi öğrenmek için vardır sol veya sağ seçim tuşuna bir yanıt takip edilecek. FS çifti inci sırasında sunulacak devam ediyorose deneyler gibi uygun kontrol koşulu hizmet etmek. Son görev hakkında yeterli performans genel takviye olasılıklar <0.5 at> 1.000 denemeleri gerçekleştirmek için hayvanların istekli önemlisi menteşeleri. Takip eden paragraflar, hayvan SIFC seviyesini ulaşıncaya kadar görev karmaşıklığı giderek artmıştır edildiği bir eğitim prosedürü tarif etmektedir; Aynı zamanda, takviye olasılık ve seans başına çalışmaların sayısı son görevi sürekli yüksek performans sağlamak için artırılması gerekmektedir.
1.. Hayvan Eğitimi
- Gıda Kısıtlama
- Yiyecek kısıtlaması en az iki hafta sonra hayvanlar tartılır. Serbest besleme ağırlık olarak bu kilo almak. Hayvanlar serbest besleme ağırlığının% 85'e kadar, önümüzdeki 1-2 hafta içinde yiyecek erişimi kısıtlayın.
- Bu, güvercin, tüm deney süresi boyunca sağlıklı fiziksel görünüm ve normal aktivitesi korumak önemlidir. KarşıBu uç, dikkatle davranışsal eğitim ve test tüm süresi boyunca hayvanların görünümünü ve kilosunu takip edin. Günlük gıda alımı değerlendirmek için, her bir deneysel oturumda önce ve sonra hayvanlar tartılır. Gerekirse daha fazla kilo kaybını önlemek için ek gıda kaynağı. Hafta sonu gıda sınırsız erişim sağlayın.
- Autoshaping
Autoshaping deney bölmesine alıştırarak ve hayvan koşullandırılmış yanıt kurmaya hizmet eder.- Orta tuş üzerinde 5 sn görsel uyarana (bundan sonra, başlatma uyaran, IS) sunun. Hemen (önce gelir ne olursa olsun) yanıt anahtarı IS veya tek bir öpücük sona ermesi üzerine, tuş aydınlatmasına ve mevcut gıda ödül (gıda huninin 2 sn aktivasyon) kapatın.
- 24 öğrenmeyi kolaylaştırmak için uzun örnek sunum süresi önemli ölçüde daha ITI tutun. ITI için 120 sn değerleri kullanın ve günde 40 denemeler. Daha sonra IS yenidenson görev başlatma, onay ve seçim anahtar uyarıcı olarak (bkz. Şekil 2). Bu eğitim aşaması yaklaşık bir hafta hayvanları alacak.
- Hayvan (denemelerin>% 85) güvenilir bir yanıt verdiğinde, 10 saniye ve aşağı 2 sn örnek sunum zaman aşağı ITI adım adım azaltmak. Aynı zamanda, 3 (3, sabit oran, FR 3) takviye etmek için gerekli yanıt sayısını artırmak. Buna ek olarak, günlük çalışmalar toplam sayısını artırmak. Hayvan yaklaşık olarak 1 saat süre ile, her gün eğitimli şekilde parametreleri seçin. Bu eğitim aşaması yaklaşık 2 hafta sürecek.
- Konular güvenilir tüm 3 tuşları IS yanıt kadar sağ ve sol cevap anahtarları için 1.2.3 - Adımlar 1.2.1 tekrarlayın. Sol, sağ ve rastgele merkezi kilit aktivasyonu ile alternatif denemeler.
- Şimdi merkezde ilk mevcut ve daha sonra, bir tepki koşullu, ya da yan anahtarda (için takviye ihmal) anahtar yanıt merkezi. Deneme yargılanma rastgele Alternatif aktive yan tuşlar. Konu 5 sn sonra orta tuş yanıt vermiyor hangi denemeler sonlandırın. Hayvan (3 gün ~) güvenilir performans kadar tekrarlayın.
- (Örnekler için Şekil 2, inset bakınız) daha sonra son görev FS olarak görev yapacak 2 yeni uyaranlara tanıtmak. Bu uyaranlar ile 1.2.3 - Tekrar 1.2.1 adımları. Yanıt süresi 4 gün içinde, ilk uyarıcı ile daha hızlı olarak oluşturulacaktır.
Davranışsal paradigma Şekil 2.. İllüstrasyon. 5 sn bir ITI sonra, orta tuşa kadar 5 sn (başlatma) için yeşil transilluminated edilir. Hayvan bu 5 sn içinde 3x yanıt verirse, 1 4 üzerinden, Örnek uyarı aynı konumda yer almaktadır. Hayvan en az bir kez yanıt vardır sırasında 2 saniye sabit bir örnek sunum süre sonra, merkezi gagalama tuşuna tekrar (onay) yeşil transilluminated edilir. Başka bir öpücük sonra, 2 yan tuşlar yeşil transilluminated edilir. Konusu yan tuşlarından birine bir kez yanıt vererek kendi seçim gösterir. Edinimi ve yeniden kazanımı sırasında, doğru yanıt besleyici ışık aktivasyonu ya da tek başına besleyici ışık aktivasyonu ile birlikte 2 sec gıda erişim ile takip edilmektedir. Eğer doğru ise, ev ışıkları 3 saniye boyunca kapatılır. Nesli sırasında, söndürme uyarana hem doğru ve yanlış yanıtları önemsiz kalır. Ankastre örnek roman ve tanıdık uyarıcı çiftleri gösterir.
- Tanıdık Uyarıcılara için Tek-Aralı Zorla-Choice (SIFC) Görev Eğitimi
- Başlatma, numune, onay ve seçim tam dizisini oluşturulması: Her bir deneme, mevcut fiIS (FR 3) RST, sonra iki FS (2 sn sabit süreli), ya yeniden IS (FR 1). Bir istenir-seçim tasarım kullanın: Her duruşmada, verilen FS için doğru tek seçenek tuşuna Transillüminasyonda. Bu eğitim aşaması yaklaşık 1 hafta almalıdır.
- Konu (ilgili yan anahtarına>% 85 yanıtları) güvenilir performans kez, serbest seçim denemeler (seçim aşamasında transilluminated hem yan tuşlar) tanıtmak. Hayvan doğru tarafa yanıt verirse, 2 saniye boyunca gıda erişim sağlar. Yanlış tepkiler zaman aşımı ceza (2 sn kapalı houselights) tarafından takip edilmektedir. Cevap yok 3 saniye içinde verilmiş ise, deneme sonlandırmak ve ITI yeniden başlatın. Hayvanlar genellikle 2 hafta içinde görevin bu alt bileşenlerini öğrenir.
- Yavaş yavaş% 20 ila% 100 daha sonra oturumları sırasında serbest seçim denemeler fraksiyonunu artırmak.
- Konu serbest seçim çalışmalarında% 90 doğru> yapar, 0.5 doğru yanıtları için ödül olasılığını azaltmakparalel olarak 1.000 seans başına çalışmaların sayısını artırırken. Parametreleri her gün / oturum değiştirmek ancak esnek başlatma eksiklikler ve doğru cevapların yüzdesi ile ilgili konunun performans düzeyine bağlı olarak onları seçmeyin. Bu eğitim aşaması yaklaşık 4 hafta sürecek.
- Güvercinler yabancı uyaranlara yanıt reddetme eğilimindedir. Hayvan güvenilir performans nedenle, bir zamanlar> 1.000 çalışmalar, görsel uyaranlara büyük bir dizi otomatik şekil tepkiler (bkz. Bölüm 1.2). Ancak, nihai paradigma ancak üniforma renk ekranlarda yeni uyaranlara olarak daha sonra kullanmak için mukadder görsel uyaranlara preexpose yok.
- Final Tek Aralığı Zorla-Seçim Görevi yeni uyaranlara ile farklı Takviye Koşullarında
- Isınma
Konu sadece FS ile 50 deneme yapalım. Bu uyaranların için ödül olasılık Set <1 (diyelim, 0.5 - 0.8) erken doyma ve önlemek için tüm aşamalarında,Bu nedenle, yanıt motivasyon eksikliği. - Toplama Aşaması
FS ve NS sunumu ile rastgele alternatif denemeler. Iki NS için doğru gibi farklı tepki tuşları atama ve her doğru yanıtını güçlendirmek. Son 120 çalışmalarda üzerinde çalışan ortalama olarak doğru cevapların yüzdesi hesaplayın. Toplama NS her biri için performans% 85 aştığında tam olarak kabul edilir, ancak 150 çalışmaların az önce idam edilmiş değil. - Extinction Sahne
Rastgele bir NS (söndürme uyaran) doğru ve cezalandırma yanlış yanıtları takviye durdurun. Söndürme uyarana yanıt doğru% 60 altına düşerse ve hayvan toplamda bu aşamada en az 150 deneme yaşadı zaman yeniden kazanılması aşaması başlayacak. - Kazanılmasını sahne
Yine doğru güçlendirmek ve satın alma aşamasında olduğu gibi, tükenme uyarana yanlış yanıtları cezalandırmak. Bu uyarıcı performans% 85 ve anima aştığında oturumu sonlandırmakls toplam bu aşamada en az 150 denemeleri gerçekleştirilmiştir.
- Isınma
2. Elektrofizyoloji
- Elektrot İmplantasyon
İmplantasyon Ameliyat, tüm alıcı-sönüm-yeniden kazanılması sekansı tamamlayan (3-4x), art arda sonra hayvanlar yer alır ve başka yerlerde 25 daha detaylı olarak tarif edilmektedir.- Bir diş çimento kafa Microdrive dahil monte demirleme kafatası 5-6 paslanmaz çelik microsrews yerleştirin.
- Sadece ilgi beyin bölgesi üzerinde kranyotomi gerçekleştirin; Daha sonra dikkatli bir şekilde dura incelemek ve istenen konuma elektrotları indirin.
- Kafasına Microdrive demirleme önce, montaj kılavuz kanül etrafında vazelin uygulamak; Bu kılavuz tüpü saran diş çimento önleyecektir.
- Zemin olarak beyincik örten kafatası altına yerleştirilen yalıtılmış bir gümüş top elektrot kullanın.
- Ağrı kesiciler (Carprofen, 10 mg / k ile hayvanlar sağlayıng, ameliyatı takiben üç gün) günde iki kez enjekte edilmiştir. Hayvanlar günde en az 2 hafta boyunca geri izin verin.
- Kayıtlar Hayvanlar Görevi gerçekleştirin iken
- Başlamadan önce her oturum ve avans elektrotlar en az 125 mikron (sürücü vida yarım devrim) için yeni uyaranların yeni bir çift kullanın. Yeterli sinyal-gürültü oranının hiçbir aksiyon potansiyelleri gözlenirse, oturumu iptal evde kafes içinde hayvan koyun ve ertesi gün tekrar deneyin.
- Headstage kablo gibi o hayvanın normal didiklemek ve beslenme davranışları ile müdahale etmediğini düzenleyin. Bu iyileştirme odasının üstüne birkaç elastik bantlarla kablo bağlama ve bir saat süre ile bağlı kablosuna kuşlar habituating ile elde edilebilir.
- Varsa, kuşlar için ekstra hareket özgürlüğü sağlamak için bir komütatör yararlanabilirler.
- Çevrimdışı sinyal analizleri
- Band-pass-filtre Spike2 kullanarak dik roll-off çevrimdışı 500 5.000 Hz arasındaki tüm kanallar. Genlik eşikleri ile sivri ayıklayın ve el temel bileşen analiz istihdam onları sıralayabilirsiniz.
- (MATLAB Merkez Borsası, Dosya ID # 37339 Dosya mevcut) özel yazılmış MATLAB koduyla sonuçlarını sıralamak inceleyin. İyi izole edilmiş tek ünite (Şekil 3) aşağıdaki kriterlerin tümünü karşılamak gerekir: a) ana bileşeni uzayda açıkça ayrılmış küme, kaydedilen tüm dalga bindirilmiş ve ısı haritası (Şekil 3A olarak çizilir çoklu birimleri b) iz yok ), c) simetrik dağıtılmış pik dalga genlikleri (Şekil 3B), değişmeyen başak genlik (Şekil 3C), e) kanıtladığı gibi oturum boyunca d) kararlı kayıt önceki başak refrakter dönem sırasında çok az veya hiç başak olaylar (Şekil 3D), ve en az 2 (SNR bir sinyal-gürültü oranı (SNR) burada dgürültü bant (2.5 inci ve tüm dalga ilk bin değerlerin dağılımının 97.5 inci yüzdelik)) içinde kesilmiş genişliğine bölünmesiyle ortalama başak dalga, minimum ve maksimum değerler arasında fark olarak efined. Şekil 3'te gösterilen ünitenin SNR 3.9 'dur.
- Hareketle ilgili eserler için ham kanalları çevrimdışı kontrol edin. Belirtilen Kanalları atın.
- Anahtar gagalama sırasında meydana gelen elektrik eserler nadir durumlarda doğru başak dalga ile karışabilir. Başak zaman histogram inceleyerek kayıtların kontaminasyon için test kayıtlı her tuşa gaga (peri-gaga zamanlı histogram, pPTH, Şekil 3E) göre sayar. Gagalama kaynaklı eserler zaman 0 histogram yakın bir tepe (± 50 msn) gibi sırıtmak. Ilave kontrolü olarak, ayrı bir anahtar Peck ± 20 msn içinde kayıtlı tüm varsayımsal başak olayların dalga formları arsa ve başak karşılaştırmak dalga outsid tespite bu pencere (Şekil 3F).
Ünite izolasyonu için Şekil 3. Kalite ölçütleri. Tüm dalga şekilleri 'zaman-gerilim değerleri. B) maksimum (kırmızı), minimum (yeşil) ve gürültü bütün dalga (mavi) voltaj değerlerinin dağılımları A) Isı haritası. Dağılımları da mükemmel birim yalıtım. C) Spontan tüm intertrial aralıklarla 2-sn kesimleri hesaplanan ateşleme hızı (kırmızı) ve oturumda zamanın bir fonksiyonu olarak başak genlikleri (peak-to-peak) gösteren, ayrılır. D) Bu birim için Interspike-aralık dağılımı.: Hem eğrileri bir vagonun fonksiyonu (50 veri noktaları genişliği) ile düzeltti. Bin genişliği, 10 msn (ek: 1 msn). Çok kısa aralıklarla neredeyse yok (<4 msn aşağıda aralıklarla% 0.1) bulunmaktadır. <strong> E) PSTH anahtar pecks için tetiklenir. (20 msn ±) tuşuna öpücük yakın Olay sayımları) anahtar öpücük olaylar ± 20 msn içinde kaydedilen 157 dalga formları kırmızı. F vurgulanır. Dalga panel A'da gösterildiği genel dalga formu şekline benzemektedir
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Davranış
Şekil 4A, bir örnek oturumda bir hayvanın davranışsal performansını gösterir. Hayvanın performans düzeyi 180 denemeleri (45 uyaran sunumlar) içindeki NS 2 kriter ulaşır ve baştan NS 1 için% 100'e yakındır. Bu strateji, - ilk olarak her iki yeni uyarıcılar için aynı anahtar yanıt ve daha sonra uyaranlara biri için yanıtları ayarlama - yaklaşık olarak genellikle her iki NS yanıt başlangıç rastgele olarak görülmektedir. Bu oturumda, NS 2 rastgele bu uyaranı takiben tüm tercihler (öğrenme aşamaları arasında geçiş dikey siyah noktalı çizgilerle belirtilmiştir) önemsiz kalır yani yok olma geçmesi seçildi. Nesli sırasında, performans nesli uyaran için azalır, ancak diğer NS için yüksek kalır. Kriter doğru ve yanlış yanıtları şimdi güçlendirilmiş ve (yeniden kazanılması) tekrar cezalandırılır. Davasında 370 ulaştı ve performans düzeyi ölçüt olarak ulaşır. Deneme 402 FS için performans seviyesi (>% 95; veriler gösterilmemiştir) sürekli yüksek. b) öğrenme her aşamasını tamamlamak için gerekli çalışmaların sayısı da ortalama () toplam 5 hayvan ve 44 seans üzerinden ortalama. Ortalama olarak, hayvanlar doğru cevap tutarlı yanıt ~ 700 denemeler gerekli. Sönüm ~ 900 denemeleri aldı ve yeniden kazanılması, sadece ilk satın alma (Şekil 4B) 'den önemli ölçüde daha az yaklaşık 60 denemeler.
Öğrenme üç aşamaları boyunca 2 yeni uyaranlara için Şekil 4.. Örnek davranışsal sonuçlar. A) Bir kuşun performansı. Eğriler yeni stimülasyonu için ayrı ayrı denemeler toplam sayısının bir fonksiyonu olarak yüzde doğru seçimler (ilgili uyarıcının 30 sunumları tekabül eden, son 120 çalışmalarda üzerinde ortalama), tasvirBize 1, roman 2 uyaran, hem uyaranlar karşısında ortalama. . Tanıdık uyaranlara için performansı sürekli% 95 doğru (veriler gösterilmemiştir) B) öğrenme üç aşamadan her kriter performans elde etmek için gerekli çalışmaların sayısı da ortalama üzerinde oldu; Hata çubukları, SEM.
Sinir Veri
Şekil 5, bir hayvan SIFC görevi yerine ise kaydedilen nidopallium caudolaterale (NCL) iki adet tepki modelini gösterir. NS sunumu sırasında yanıt modülasyon Şekil 5A'da gösterilmiştir. Edinim aşaması olarak, birim tepkiler öğrenme diğer iki aşamaları sırasında edinim aşaması, ateş ve çok az değişiklik sonuna doğru azalan, NS 2 (sönmeyi adlandırılır) güçlü bir şekilde yanıt verir. Bütün oturum boyunca NS 1 yanıt Orada küçük. Örnek uyaranın başlangıcından sonra 3-4 sn civarında tepkisi artış teslim ödüllendirmek kaynaklanmaktadır. Aktivite düzeyleriilgili tanıdık uyaranlara (veriler gösterilmemiştir) ile modüle edilmiş değildi.
Şekil 5B SIFC sırasında kaydedilen başka NCL biriminin tepki desen görüntüler. Bu nöron Sensorimotor kodlama düşündüren sağ değil sol tarafa doğru hareketlerin (sol üst), sırasında yanıt verir. Ancak, tepki gücü öğrenme aşamaları üzerinde değişti: iki alt paneller boyunca gelişimini göstermek için ardışık kuvartilleri bölünmüş, başak yoğunluk fonksiyonları (sdfs) tanıdık biri (sol) ve bir roman uyarıcı (sağ) için sağa seçimler için tetiklenir göstermek deneysel oturumu. Tepkiler iki uyarıcı koşulları için ortalama hareket kez (sağ üst) çok benzer olmalarına rağmen, bütün oturum boyunca tanıdık uyarıcı için düşüktü. Ayrıca, romanın sunumu değil tanıdık uyaran sonrası sağa seçimler sırasında tepkiler (bazal köknar bir azalma ile paralel değil deneysel seans boyunca azaldıoranı ing). Böylece, her iki hareket bu nöronlar önceki uyaranın yenilik ek olarak, belirli bir hareket kodlayan Şekil 5B'de nöron ile, özel yeni uyarıcı gitgide daha yakın gelen ateş olarak azalmıştır.
SFIC görevi sırasında kaydedilen. Fonksiyonları 2. romanın başlangıcı tetikleyen A) Spike yoğunluk) sırasıyla NS 1 ve 2 NS (üst ve alt sıra, uyaranlara iki örnek birimlerinden Şekil 5.. Yanıt modelleri, 3 öğrenme aşamaları (sütunlar için ayrıldı ), her bir öğrenme aşamasında yanıtları ile yine geç erken 3 eşit parçaya (ortasında) kadar bölünmüş. NS 2 söndürme için tayin edildi. PSTHs (bin genişlik 1 ms)) bir katlanarak değiştirilmiş Gauss çekirdek (σ = 100 msn ve τ = 100 ms). B ile düzeltti
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu protokol eşzamanlı tek birim kayıtları için uygun bir karmaşık davranışsal görevini açıklar. Biz güvercinler için SIFC görevi tarif var, ama kolayca burun kere denemem ya da kolu basarak ziyade anahtar pecks gerektiren ve koku, işitsel veya dokunsal uyaranlar tarafından görsel yerine göre kemirgenler adapte edilebilir.
Belki eğitim prosedürü sırasında en kritik adımlar ödül olasılık 1) kademeli olarak azaltılması ve deneme sayısının 2) artıştır. Tanıdık uyaranlara için aralıklı takviye ile ilgili olarak, biz 0,5-0,8 arasında değişen ödül olasılıkları karar; Bu erken doyma önlemek için istikrarlı bir performans üretmek için yeterince yüksek ama yeterince düşüktür. O dedi, birçok kuş 0.2 aşağı ödül olasılıkları için de yapmaya hazırız.
Oturumda (500-1,500) başına çalışmaların sayıda gerekli olduğundan koşullanmış yanıt si satın alma, söndürme ve yeniden kazanılmasımply bu birçok çalışma gerektirir, ve ateşleme oranları kesin bir tahmin düşük ateşleme oranları (NCL içinde, temel atış oranları <1 Hz olan) ile nöronlardan kayıt, özellikle 25 denemeler, diyelim ki, daha az olan zordur çünkü. Buna göre, her uyaran en az 35 kez gösterilen böyle bir öğrenme aşamasını tamamlamak için gerekli çalışmaların az sayıda ayarlayın.
Naif bir hayvan için, SIFC görev eğitimi yaklaşık 4 ay sürer, ancak kesin süresi kişiden kişiye büyük ölçüde bağlıdır. Nedeniyle görevin yüksek talep, değil tüm hayvanlar nihai paradigma üzerinde iyi performans sona erecek oldukça muhtemeldir. Tek bir kuş çok denemeler atlar veya eğitim sırasında yüksek hata oranları üretir, bu konuyu değiştirmek için çekinmeyin. Bizim tecrübelerimize göre, bu hayvan son görevi düzgün yapmak asla olacağı kuvvetle muhtemeldir.
Tek-birim kayıtları ileten en önceki çalışmalardaSerbestçe hareket güvercinler düzgün kayıt sırasında motor çıkışını kaydedemedi. Bu örnek sunum veya gecikme fazların 25 gibi çalışmaların kritik dönemlerinde, nöronal yanıtların yorumunu güçleştirmektedir. Bu sorun deneyci genellikle konu no-go çalışmalarda ne yaptığını bilmiyor ki go / no-go görevler doğasında vardır; Aynı uyarı uzun bir gecikme süresi içeren bellek görevleri çalışma için de geçerlidir. Head-tespit istihdam olmadan hayvanların hareketi üzerinde kontrolünü sağlamak için, biz hayvanlar aynı eylemi (anahtar gagalama) olsa bile koşullar (örnek uyarıcı) değişiklik yapmak zorunda olduğu bir görevi tasarlanmış. Bizim SIFC paradigmada, görsel girdi yanı sıra motor gücü hem de kontrollü ve sürekli olarak izlenir. Hayvanlar onun sunum boyunca her numune uyarana gagaladıkları için gerekli olduğundan hayvanlar farklı öğrenme geçmişleri ile uyaranlara izlerken, biz motor çıkışı sabit tutmak. Şu anda Metho keşfediyoruzDS, bu tür kafa hareketlerin sürekli kayıt için Headstage bir ivme takılarak olarak motor çıkışı, hatta daha iyi kontrol elde etmek. Ayrıca, bir mekano transdüktör vasıtasıyla her anahtar Peck kuvvetini ölçmek için yöntemler geliştirilmektedir.
Bizim paradigma tipik sinirsel tepki kalıplarını belirleyerek sinirsel ateşleme oranları duyusal, motor ve bilişsel değişkenlerin katkıları disentangling sağlar. Örneğin, sola doğru yanıtları için bir Premotor nöron hayvan olursa olsun uyaran kimlik, bir sola doğru yanıt yapacak her numune aşamasında ateş artması beklenir. Benzer şekilde, basit motor nöronlar anahtar didiklemek, ya sol ya da sağa doğru hareket sırasında yangın beklenir. Kişisel ödül olasılık NS tr daha FS yüksek olduğu için ödül beklenti temsil eden bir nöron, diğer taraftan, örnek aşamasında ateş, ve daha çok erken toplama süresi boyunca (NS daha FS olurIALS NS) öğrenilir, ancak nesnel ödül olasılık doğru NS çalışmalarda daha yüksek olduğundan NS sürekli) (doğru sınıflandırılmış zaman bu daha sonra ters olmalıdır önce. Son olarak, belirli bir uyarıcı özelliklerine duyarlı nöronlar öğrenme aşamaları boyunca herhangi bir değişiklik olmaksızın numune uyaranlara biri için sürekli Yangına beklenmektedir.
Hücre dışı birim kayıt kalitesi ölçümlerini bir dizi teftiş, bir anda 11,26 birden fazla birimlerinden rekor sivri eğilimli olduğundan düzgün bir tek ya da birden fazla nöron 27 geldiğinin ani sınıflandırmak için önemlidir. Tetrodes yerine tek elektrotlar kullanarak kesinlikle kalite 11 sıralama içinde ek bir artış doğuracak. Bu, (örneğin hipokamp için) yüksek hücre yoğunluğu veya (entopallium gibi) çok yüksek spontan aktivite ile beyin bölgelerinde kayıtları amaçlanan düşünülmelidir. Ancak, biz kullanmak mikrotıkaçları kadar 1 için mevcutturŞimdi kayıt kanallarının genel sayısına bir üst sınır teşkil 8 bağlantıları.
Sonuç olarak, primat olmayan deney hayvanları için yüksek bir karmaşıklık bir görev geliştirdi. Bu görev tek nöron kayıtları ile olayları öğrenme soruşturma sağlamak için tasarlanmış, ama aynı zamanda böyle kategorizasyon, karar verme ve ödül kodlama gibi konuları ele almak uygundur edildi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Bu araştırma MCS (1581 İÇİN, STU 544/1-1) ve (1581 İÇİN, SFB 874) RG için Alman Araştırma Vakfı (DFG) hibe tarafından desteklenmiştir. DFG ait web sitesi http://www.dfg.de/en/index.jsp olduğunu. Maliyeciler elektrofizyolojik kurma ile yardım için altın kaplama protokol ile bize sağlayan yanı sıra Tobias Otto Thomas Seidenbecher teşekkür çalışma tasarımı, veri toplama ve analizi, yayımlamak için karar, ya manuscript.The yazarların hazırlanmasında hiçbir rolü vardı kayıt ekipmanları.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Resistance wire (for use as electrodes) | California Fine Wire, Grover Beach, CA, USA | Stablohm 675; formvar-coated nichrome wires (outer diameter 25 µm) | |
| Microconnectors | Ginder Scientific, Nepean, Ontario, Canada | GS18PLG-220 (plug) & GS18SKT-220 (socket to build headstage) | |
| Cannulae | Henke Sass Wolf, Tuttlingen, Germany | 0.4 x 20 mm/ 27 Gx3/4" | |
| Gold solution for plating | Neuralynx, Bozeman, MT, USA | SIFCO Process Gold Non-Cyanide, Code 5355 | |
| Solution for ultrasonic bath | Alconox, Inc., New York, USA | 1304 | Tergazyme |
| Conductive glue | Henkel Loctite | LOCTITE 3888 Silver filled, conductive, adhesive | |
| Stainless steel screws | J.I. Morris, Southbridge, MA, USA | F0CE125 self-tapping miniature screws, body length 1/8 inches | |
| Light-curing dental cement | van der Ven Dental, Duisburg, Germany | Omniceram Evo Flow A2 | |
| Light-curing unit | van der Ven Dental, Duisburg, Germany | Jovident Excelled 215 Curing Light (wireless LED light curing unit) | |
| Filter amplifiers | npi electronic GmbH, Germany | DPA-2FS | |
| A/D converter | Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK | power 1401 | |
| Spike2 software | Cambridge Electronic Design, Cambridge, UK | Version 7.06a | |
| MATLAB | The Mathworks, Natick, MA, USA | R2012a |
References
- 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. Switching on and off fear by distinct neuronal circuits. Nature. 454, 600-606 (2008).
- Quirk, G. J., Repa, C., LeDoux, J. E. Fear conditioning enhances short-latency auditory responses of lateral amygdala neurons: parallel recordings in the freely behaving rat. Neuron. 15, 1029-1039 (1995).
- Quirk, G. J., Armony, J. L., Ledoux, J. E. Components of Tone-Evoked Spike Trains in Auditory Cortex and Lateral Amygdala. Neuron. 19, 613-624 (1997).
- Maren, S. Auditory fear conditioning increases CS-elicited spike firing in lateral amygdala neurons even after extensive overtraining. Eur J Neurosci. 12, 4047-4054 (2000).
- Milad, M. R., Quirk, G. J. Neurons in medial prefrontal cortex signal memory for fear extinction. Nature. 420, 713-717 (2002).
- Hobin, J. A., Goosens, K. A., Maren, S. Context-dependent neuronal activity in the lateral amygdala represents fear memories after extinction. J Neurosci. 23, 8410-8416 (2003).
- Maren, S., Hobin, J. A. Hippocampal regulation of context-dependent neuronal activity in the lateral amygdala. Learn Mem. 14, 318-324 (2007).
- Knapska, E., et al. Differential involvement of the central amygdala in appetitive versus aversive learning. Learn Mem. 13, 192-200 (2006).
- Harloe, J. P., Thorpe, A. J., Lichtman, A. H. Differential endocannabinoid regulation of extinction in appetitive and aversive Barnes maze tasks. Learn Mem. 15, 806-809 (2008).
- Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. J Neurosci Methods. 63, 43-54 (1995).
- Lewicki, M. S. A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials. Network. 9, (1998).
- Skinner, B. F. 34;Superstition" in the pigeon. J Exp Psychol. 121, 273-274 (1948).
- Herrnstein, R. J. Relative and absolute strength of response as a function of frequency of reinforcement. J Exp Anal Behav. 4, 267-272 (1961).
- Brown, P. L., Jenkins, H. M. Auto-shaping of the pigeon's key-peck. J Exp Anal Behav. 11, 1-8 (1968).
- Epstein, R., Kirshnit, C. E., Lanza, R. P., Rubin, L. C. 34;Insight" in the pigeon: antecedents and determinants of an intelligent performance. Nature. 308, 61-62 (1984).
- Mazur, J. E. Varying initial-link and terminal-link durations in concurrent-chains schedules: a comparison of three models. Behav Processes. 66, 189-200 (2004).
- Herrnstein, R. J., Loveland, D. H. Complex visual concept in the pigeon. Science. 146, 549-551 (1964).
- Stüttgen, M. C., Yildiz, A., Güntürkün, O. Adaptive criterion setting in perceptual decision making. J Exp Anal Behav. 96, 155-176 (2011).
- Stüttgen, M. C., Kasties, N., Lengersdorf, D., Starosta, S., Güntürkün, O., Jäkel, F. Suboptimal criterion setting in a perceptual choice task with asymmetric reinforcement. Behav Processes. 96, 59-70 (2013).
- Rose, J., Otto, T., Dittrich, L. The Biopsychology-Toolbox: a free, open-source Matlab-toolbox for the control of behavioral experiments. J Neurosci Methods. 175, (2008).
- Bilkey, D. K., Muir, G. M. A low cost, high precision subminiature microdrive for extracellular unit recording in behaving animals. J Neurosci Methods. 92, 87-90 (1999).
- Bilkey, D. K., Russell, N., Colombo, M. A lightweight microdrive for single-unit recording in freely moving rats and pigeons. Methods. 30, 152-158 (2003).
- Gallistel, C. R., Gibbon, J. Time, rate, and conditioning. Psychol Rev. 107, 289-344 (1993).
- Starosta, S., Güntürkün, O., Stüttgen, M. C. Stimulus-response-outcome coding in the pigeon nidopallium caudolaterale. PLoS One. 8, (2013).
- McNaughton, B. L., O'Keefe, J., Barnes, C. A. The stereotrode: a new technique for simultaneous isolation of several single units in the central nervous system from multiple unit records. J Neurosci Methods. 8, 391-397 (1983).
- Hill, D. N., Mehta, S. B., Kleinfeld, D. Quality metrics to accompany spike sorting of extracellular signals. J Neurosci. 31, 8699-8705 (2011).
