Summary
Изучение новых ассоциаций стимула-отклика в зацепление широкий спектр нервных процессов, которые в конечном счете отражены в изменении шип выход отдельных нейронов. Здесь мы опишем поведенческий протокол, разрешающий непрерывной регистрации одного активности нейронов в то время как животные приобретают, потушить и повторно приобрести условный рефлекс в пределах одного экспериментального сеанса.
Abstract
В то время как предметом обучения привлек огромный интерес как из поведенческих и нервных ученых, только относительно небольшое исследователи наблюдали одного активность нейрона в то время как животные приобретения operantly условный рефлекс, или когда этот ответ гаснет. Но даже в этих случаях, периодов наблюдения, как правило, охватывают только один этап обучения, то есть приобретение или вымирание, но не оба (исключение составляют протоколы, использующие разворота обучения; см. Bingman др. 1 для примера.). Тем не менее, приобретение и вымирание повлечет за собой различные механизмы обучения и, следовательно, как ожидается, будет сопровождаться различными типами и / или локусов пластичности нейронов.
Соответственно, мы разработали поведенческую парадигму, которая институты три стадии обучения в одном поведенческой сессии и который хорошо подходит для одновременной записи потенциалов действия отдельных нейронов. Животныеповторно обучение на одного интервала принудительного выбора задачи, которая требует отображение каждого из двух возможных выбора ответов на презентации различных новых зрительных стимулов (приобретение). После не достигнув предопределенный критерий эффективности, один из двух реакций выбора больше не усиливается (исчезновение). После определенного декремента в уровне производительности, правильные ответы усилены снова (повторный захват). Используя новый набор стимулов в каждой сессии, животные могут пройти процесс приобретения-вымирание-повторного приобретения неоднократно. Потому что все три стадии обучения в течение одного и поведенческой сессии, парадигма идеально подходит для одновременного наблюдения за пики выходе нескольких отдельных нейронов. Мы используем голубей в качестве модельных систем, но задача может быть легко адаптирована к любым другим видов, способных условного обучения дискриминации.
Introduction
Изучение новых стимул-реакция-итоговые ассоциации участвует широкий спектр нервных процессов пластичности. Эти процессы в конечном итоге отражаются в изменении шип выходе отдельных нейронов. Можно утверждать, что одним из наиболее часто применяемых в обучении парадигм Павловская кондиционирования страх проводится с грызунами. В этих условиях, приобретение и вымирание условной реакции происходят в несколько десятков испытаний 2. Быстрое развитие условного страха может быть выгодным, поскольку он позволяет запускать большое количество животных в течение короткого времени. Кроме того, приобретение и вымирание может наблюдаться в течение нескольких десятков испытаний на один день в наивных животных 3,4 или распределены по 2 до 3 дней 2,5-8. Тем не менее, полученные результаты в об изменениях нервной деятельности при обучении в этих экспериментах не обязательно применимы вне области страха кондиционирования. Например, целенаправленная поведение обусловлено положеTIVE арматура более адекватно моделируется оперантного вместо Павлова процедур кондиционирования, и может частично зависеть от различных нервных субстратов 9,10. Кроме того, страх кондиционирования развивается так быстро, что нейронные ответы на CS можно наблюдать только для нескольких десятков испытаний, размещение серьезные ограничения на анализе изменений нервной деятельности при обучении.
К сожалению, приобретение и вымирание оперантного отвечая обычно занимает много дней. Это вредно для нейрофизиологических исследований, потому что это, как известно, трудно записать активность отдельных клеток более чем на несколько часов. В связи с высоким сходством формы сигналов внеклеточно записанных потенциалов действия, это проблематично утверждать, что шипы, записанные в один день, сгенерированы исходя из одной камере с шипами с аналогичными сигналов, записанных на следующей 11,12, особенно в районах с высокой Плотность клеток, таких как гиппокамп.
(Колумбия Ливия Forma DOMESTICA) являются классическими модельные организмы в экспериментальной психологии 13-17. Эти птицы способны выполнять сложные визуальные дискриминацию 18, может гибко адаптироваться поведение к изменяющимся арматурных непредвиденных 19,20, и однозначно заядлые работники, выполняя 1000 испытания с минимальным количеством арматуры. Эти характеристики делают их особенно подходящими для экспериментов, описанных ниже.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
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.
- Разминка
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.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Поведение
4А показывает поведенческую производительность животного в одном примере сессии. Уровень производительности животного достигает критерий NS 2 в течение 180 испытаний (45 стимулированию презентации) и близка к 100% для NS 1 с самого начала. Эта стратегия - первая реагирует на той же клавише для новых стимулов, а затем настройкой ответов для одного из стимулов - примерно так же часто наблюдается как начальная случайная отвечая на обоих NS. На этом заседании, Н.С. 2 случайно выбранных пройти вымирание, а это означает, что все выборы, следующих за этим стимулом остаются несущественными (переход между этапами обучения обозначены вертикальными черными пунктирными линиями). Во время исчезновения, производительность снижается на вымирание стимула, но остается высоким для другого NS. Критерий достигается в суде 370. Правильные и неправильные ответы в настоящее время усиленные и наказан (повторный захват) и уровень производительности достигает критерий в. испытание 402 Уровень производительности для FS является стабильно высоким (> 95%; данные не представлены). б) Среднее число испытаний, необходимых для завершения каждого этапа обучения (в среднем за 5 животных и 44 сессий в общей сложности). В среднем, животные нуждались ~ 700 испытаний реагировать последовательно реагировать правильно. Вымирание взял ~ 900 испытаний, и повторный захват лишь около 60 испытаний, существенно меньше, чем оригинальный приобретения (рис. 4В).
Рисунок 4. Пример поведенческие результаты.) Одна птица в производительности для 2 новые стимулы во всех трех этапов обучения. Кривые показывают процентов правильный выбор (средний за последние 120 испытаний, соответствующих 30 презентаций соответствующего стимула) в зависимости от общего числа испытаний, отдельно для нового Стимулнам 1, роман стимул 2, и в среднем на обоих раздражителей. Производительность знакомые стимулы стабильно выше 95% правильно (данные не представлены) Б) среднее число испытаний, необходимых для достижения производительности критерий в каждой из трех этапах обучения.; планки погрешностей, SEM.
Neural данных
На рисунке 5 показана модель отклика двух блоков в nidopallium caudolaterale (NCL), записанные в то время как животное выполнения задачи SIFC. Модуляции отклика во время презентации NS показано на рисунке 5А. На этапе сбора данных, модули отвечает решительно NS 2 (предназначенную для исчезновения), при реакции снижается в конце фазы сбора и небольшим изменением в процессе обжига двух других этапах обучения. Существует мало реагирует на NS 1 по всей сессии. Увеличение ответ вокруг 3-4 сек после образца начала стимула связано наградить доставку. Уровни активностикасающиеся знакомые стимулы не были модулированы (данные не показаны).
5В отображает картине реакции другого NCL блока, записанного во время SIFC. Это нейрон реагирует во время справа, но не влево движений (вверху слева), указывающими на сенсомоторной кодирования. Тем не менее, сила ответ изменилось за эти этапах обучения: два нижние панели показывают функции плотности шип (СФ) срабатывает, чтобы вправо вариантов для одной знакомой (слева) и одного нового стимула (справа), разделить на последовательные квартили, чтобы проиллюстрировать развитие через экспериментальная сессия. Ответы были ниже для знакомой стимула в течение всего сеанса, хотя среднее время передвижения на двух условий стимулирования были очень похожи (вверху справа). Кроме того, ответы во время вправо выбора после презентации романа, но не знакомой стимула снизилась в течение экспериментальной сессии (не параллельно с уменьшением базового пихтыскорость луг). Таким образом, оба нейроны уменьшилось стрельбы как частности новый стимул становится все более знакомы с нейрона на фиг.5В кодирования для конкретного движения в дополнение к новизне стимула предыдущего что движение.
Модели отклика Рисунок 5. Из двух например, фрагментов, записанных во время задачи SFIC.) Спайк плотность функции срабатывает, чтобы начала 2 романа раздражители NS 1 и NS 2 (верхний и нижний ряд, соответственно), разделить на 3 этапа обучения (столбцов ), с ответами в каждой фазы обучения снова распалась в 3 равные части (ранней, средней конце). NS 2 был назначен на вымирание. PSTHs (ширина бен 1 мс) были сглажены с экспоненциально модифицированной Гаусса ядра (σ = 100 мсек и τ = 100 мс). B)
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Этот протокол описывает сложную поведенческую задачу подходящий для одновременных одного блока записей. Мы описали задачу SIFC для голубей, но она может быть легко адаптирована к грызунам, требуя нос тычет или рычаг нажатия клавиш, а не клюет, и заменяя на визуальный обонятельной, слуховой, или тактильные раздражители.
Пожалуй, наиболее важных шагов во время процедуры подготовки являются: 1) постепенное снижение вероятности награды и 2) увеличение испытательного числа. Что касается периодического подкрепления для знакомых раздражителей, мы решили на вознаграждение вероятностей от 0,5 до 0,8; это достаточно высоко, чтобы образовать устойчивую производительность, но достаточно низко, чтобы предотвратить преждевременное насыщение. Тем не менее, многие птицы готовы выступить хорошо для вознаграждения вероятностей до 0,2.
Большое количество исследований за одну сессию (500-1500) необходимо, потому что приобретение, вымирание, и повторный захват условного отвечая сиmply требуется это много испытаний, и потому, что точная оценка темпов стрельбы трудно с менее, чем, скажем, 25 испытаний, особенно при записи с нейронов с низким уровнем обжига (в НКС, базовые теплотехнической являются <1 Гц). Соответственно, мы устанавливаем минимальное количество испытаний, необходимых для завершения этапа обучения такой, что каждый раздражитель показано по крайней мере 35 раз.
Для наивного животного, обучение на задаче SIFC принимает приблизительно 4 месяца, но точная продолжительность во многом зависит от личности. В связи с высокими требованиями задачи, то вполне вероятно, что не все животные будут в конечном итоге хорошо работает на конечного парадигмы. Если человек птица пропускает слишком много испытаний или производит высокие темпы ошибках во время тренировки, не стесняйтесь, чтобы заменить эту тему. По нашему опыту, это весьма вероятно, что это животное никогда не будет работать правильно выполнить последнее задание.
Большинство предыдущих исследований, проводящие одной единицы записи всвободно движущиеся голуби не смогли должным образом зарегистрировать мощность двигателя во время записи. Это усложняет интерпретацию нейронных ответов во время критических периодов испытаний, таких как презентации образца или фаз задержки 25. Эта проблема присуща Go / No-гоу задач, в которых экспериментатор обычно не знают, что предметом делает на не-го испытаний; то же самое предостережение относится к работе задач памяти включения длительный период задержки. Для достижения контроля над движением животных без использования головной фиксацию, мы разработали задачу, в которой животные должны выполнить те же действия (ключ иерархию), хотя условия (образец стимулы) изменений. В нашем SIFC парадигмы, как визуальная вход, а также мощность двигателя хорошо контролируется и постоянно контролируется. Так как животные должны клевать на каждом образце стимула на протяжении всей своей презентации, мы держим выходной параметров двигателя в то время как животные читаете стимулы с разной историей обучения. Мы в настоящее время изучают метоспуск для достижения еще лучше контролировать мощность двигателя, такие как крепления акселерометр к headstage для непрерывной регистрации движений головы. Кроме того, мы разрабатываем методы измерения силы каждого ключевого клевать с помощью механо преобразователя.
Наша парадигма позволяет распутывания вклад сенсорных, моторных и когнитивных переменных в нейронных ставок огневых путем выявления типичных нейронные структуры реагирования. Например, премоторной нейрон для влево ответов можно было бы ожидать, чтобы увеличить стрельбу во время выборки фазы, когда животное собирается сделать влево ответ, независимо от идентичности стимула. Точно так же, простые двигательные нейроны можно было бы ожидать, чтобы стрелять во ключевой клюют, или лево-или вправо движения. Нейрон, представляющий вознаграждение ожидания, с другой стороны, будет стрелять в фазе образца, и тем более для ФС, чем NS во время раннего приобретения (потому вероятность субъективным награда выше на FS, чем NS трриалы перед НП узнал), но это должно обратить вспять позже, когда Н. С. Согласованная классификация правильно (поскольку вероятность цель награда выше на правильных NS испытаний). Наконец, нейроны, реагирующие на специфических особенностей стимулирования, как ожидается, стрелять последовательно для одного из образцов стимулов без изменения через этапах обучения.
Поскольку записи внеклеточной блок подвержен рекордных пиков с несколькими единицами в то время, 11,26, проверки ряд качественных показателей важно правильно классифицировать шипы как исходящие от одного или из нескольких нейронов 27. Использование тетродов вместо одиночных электродов, безусловно, дают дополнительное увеличение сортировки качество 11. Это следует учитывать при записи в областях мозга с высокой плотностью клеток (например гиппокампе) или очень высокой спонтанной активности (например, в entopallium) предназначены. Тем не менее, microplugs мы используем доступны только для до 18 соединений, которые на данный момент составляют верхний предел общего числа каналов записи.
В целом, мы разработали задачу повышенной сложности для не-приматов экспериментальных животных. Эта задача была специально для того, чтобы расследование обучения явления с одного нейрона записей, но в то же время подходит для решения таких предметов, как категоризации, принятие решений, и награда кодирования.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего раскрывать.
Acknowledgments
Это исследование было поддержано грантами от Немецкого исследовательского фонда (DFG) в MCS (для 1581, ГТУ 544/1-1) и О.Г. (для 1581, SFB 874). На веб-сайте DFG является http://www.dfg.de/en/index.jsp. Доноры не участвовал в разработке дизайна исследования, сбора и анализа данных, решение о публикации или подготовки авторов manuscript.The поблагодарить Томаса Seidenbecher за предоставление нам с протоколом золочение, а также Тобиас Отто за помощь в настройке электрофизиологических записывающее оборудование.
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).
