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Behavior

धारणा और सीखने का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में Electrophysiological कॉर्टेक्स रिकॉर्डिंग और उत्तेजना के साथ शटल-बॉक्स प्रशिक्षण संयुक्त

Published: October 22, 2015 doi: 10.3791/53002
Automatic Translation
1,2, *1, *1,2,3
1Leibniz Institute for Neurobiology, Magdeburg, Germany, 2Otto-von-Guericke University, Magdeburg, Germany, 3Center for Behavioral Brain Sciences (CBBS), Magdeburg, Germany
* These authors contributed equally

Summary

शटल बॉक्स परिहार सीखने व्यवहार तंत्रिका विज्ञान में अच्छी तरह से स्थापित किया गया है। इस प्रोटोकॉल कृन्तकों में सीखने शटल बॉक्स साइट विशेष विद्युत intracortical microstimulation (ICMS) और सीखने और धारणा के कई पहलुओं का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में विवो रिकॉर्डिंग में एक साथ chronical के साथ जोड़ा जा सकता है कि कैसे का वर्णन है।

Abstract

शटल बॉक्स परिहार सीखने व्यवहार तंत्रिका विज्ञान और प्रयोगात्मक setups में एक अच्छी तरह से स्थापित विधि पारंपरिक रूप से कस्टम बनाया थे; आवश्यक उपकरण कई वाणिज्यिक कंपनियों द्वारा अब उपलब्ध है। संयोजन में साइट विशेष विद्युत intracortical microstimulation (ICMS) और एक साथ chronical electrophysiological इन विवो रिकॉर्डिंग के साथ, इस प्रोटोकॉल एक कृन्तकों में एक दो तरह शटल बॉक्स परिहार सीखने प्रतिमान का विस्तृत विवरण (Meriones unguiculatus यहाँ मंगोलियाई gerbils) प्रदान करता है। विस्तृत प्रोटोकॉल अलग कृंतक प्रजातियों में सीखने व्यवहार और धारणा के कई पहलुओं का अध्ययन करने के लिए लागू है।

यहां वातानुकूलित उत्तेजनाओं के रूप में श्रवण cortical सर्किट की साइट विशेष ICMS विशिष्ट अभिवाही, अपवाही और intracortical कनेक्शनों की अवधारणात्मक प्रासंगिकता परीक्षण करने के लिए एक उपकरण के रूप में प्रयोग किया जाता है। अलग सक्रियण पैटर्न अलग उत्तेजना इलेक्ट्रोड आगमन का उपयोग करके पैदा किया जा सकतास्थानीय, परत-निर्भर ICMS या दूर ICMS साइटों के लिए ays। उत्तेजना रणनीति एक व्यवहार के आधार पर पहचाने जाने और मुख्य संकेत प्राप्त करने के लिए सबसे प्रभावी है जो यह निर्धारित किया जा सकता व्यवहार संकेत का पता लगाने के विश्लेषण का उपयोग। इसके अलावा, (आदि सतह इलेक्ट्रोड, गहराई इलेक्ट्रोड,) अलग इलेक्ट्रोड डिजाइन का उपयोग कर समानांतर मल्टीचैनल-रिकॉर्डिंग इस तरह के सीखने की प्रक्रिया के समय के पाठ्यक्रम पर न्यूरोनल observables की जांच के लिए अनुमति देते हैं। यह व्यवहार डिजाइन के परिवर्तन संज्ञानात्मक जटिलता में वृद्धि कर सकते हैं चर्चा की कि कैसे (जैसे पता लगाने, भेदभाव, उत्क्रमण सीखने) किया जाएगा।

Introduction

व्यवहार तंत्रिका विज्ञान की एक मौलिक उद्देश्य न्यूरोनल संरचनात्मक और कार्यात्मक गुण, शिक्षा, और धारणा के बीच विशेष संबंध स्थापित करने के लिए है। धारणा और सीखने के साथ जुड़े तंत्रिका गतिविधि कई साइटों पर विभिन्न मस्तिष्क संरचना में कार्रवाई क्षमता और स्थानीय क्षेत्र क्षमता के electrophysiological रिकॉर्डिंग द्वारा अध्ययन किया जा सकता है। 3 - electrophysiological रिकॉर्डिंग तंत्रिका गतिविधि और व्यवहार के बीच correlative संघों प्रदान करते हैं जबकि, एक सदी से भी अधिक के लिए सीधे विद्युत intracortical microstimulation (ICMS) न्यूरॉन्स के लिए उत्साहित आबादी और उनके व्यवहार और अवधारणात्मक प्रभाव 1 के परीक्षण के कारण रिश्तों के लिए सबसे प्रत्यक्ष विधि से किया गया है। कई अध्ययनों से जानवरों उदाहरण retinotopic 4, टी के लिए भीतर उत्तेजना साइट पर निर्भर करता है अवधारणात्मक कार्यों में बिजली उत्तेजनाओं के विभिन्न स्थानिक और लौकिक गुण का उपयोग करने में सक्षम हैं कि दिखा दिया हैकोर्टेक्स में onotopic 5, या somatotopic 6 क्षेत्रों के। कोर्टेक्स में विद्युत पैदा की गतिविधि के प्रचार मुख्य रूप से axonal फाइबर और कोर्टेक्स में, स्पष्ट रूप से परत-निर्भर 7 है कि, उनकी वितरित synaptic कनेक्टिविटी 2 के लेआउट से निर्धारित होता है। ICMS द्वारा पैदा की परिणामी polysynaptic सक्रियण और अधिक आगे से बिजली के क्षेत्र 2,8,9 के प्रत्यक्ष प्रभाव से व्यापक प्रसार है। Intracortical microstimulation द्वारा हासिल अवधारणात्मक प्रभाव के थ्रेसहोल्ड दृढ़ता से परत-निर्भर 8,10,11 और साइट पर निर्भर 9 हो सकता है यही कारण बताते हैं। एक ताजा अध्ययन में कोर्टेक्स परिणाम की गहरी परतों की उत्तेजना सक्रियण intracolumnar एक केन्द्र, आवर्तक corticoefferent में जबकि ऊपरी परतों की उत्तेजना, मुख्य रूप से supragranular परतों में corticocortical सर्किट के अधिक व्यापक प्रसार सक्रियण झुकेंगे कि विस्तार में प्रदर्शन किया। समानांतर व्यवहार प्रयोगों के उत्तरार्द्ध में काफी कम अवधारणात्मक का पता लगाने के लिए thr पता चला है किesholds 8। कारणतः 8 शटल-बॉक्स में सीखने और धारणा के व्यवहार के उपाय करने के लिए विशिष्ट cortical सर्किट सक्रियण संबंधित करने के लिए इसलिए, साइट विशेष ICMS के रूप में वातानुकूलित उत्तेजनाओं का लाभ electrophysiological रिकॉर्डिंग के साथ संयोजन में शोषण किया गया था।

दो तरह शटल बॉक्स प्रतिमान परिहार सीखने 12 अध्ययन करने के लिए एक अच्छी तरह से स्थापित प्रयोगशाला उपकरण है। एक शटल बॉक्स एक बाधा या द्वार के द्वारा अलग दो डिब्बों के होते हैं। एक प्रकाश या ध्वनि की तरह एक उपयुक्त संकेत द्वारा प्रतिनिधित्व किया है कि एक वातानुकूलित प्रोत्साहन (सीएस), दैवयोग से, एक प्रतिकूल असुविधाजनक प्रोत्साहन (अमेरिका) द्वारा पीछा किया जाता है, उदाहरण के लिए के रूप में एक धातु ग्रिड मंजिल पर एक पैर झटका। विषयों सीएस के जवाब में दूसरे के लिए एक शटल बॉक्स डिब्बे से चक्कर द्वारा अमेरिका से बचने के लिए सीख सकते हैं। : सबसे पहले, शटल-बॉक्स सीखने 13,14 अलग पहचाना सीखने चरणों के एक दृश्य शामिलविषयों शास्त्रीय कंडीशनिंग द्वारा सीएस से अमेरिका की भविष्यवाणी करने और अमेरिका चक्कर पर समाप्त हो जाता है, के रूप में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई कंडीशनिंग द्वारा अमेरिका से बचने के लिए सीख लो। एक अगले चरण में, विषयों अमेरिका शुरुआत से पहले सीएस (परिहार प्रतिक्रिया) के जवाब में चक्कर से पूरी तरह अमेरिका से बचने के लिए सीख लो। आम तौर पर, शटल-बॉक्स सीखने शास्त्रीय कंडीशनिंग, वाद्य कंडीशनिंग, साथ ही चरण 14 सीखने के आधार पर लक्ष्य का निर्देशन व्यवहार शामिल है।

शटल बॉक्स प्रक्रिया को आसानी से स्थापित किया है और आम तौर पर कुछ दैनिक प्रशिक्षण सत्र के बाद 15 मजबूत व्यवहार का उत्पादन किया जा सकता है - 17। सरल परिहार कंडीशनिंग (पता लगाने) के अलावा, शटल-बॉक्स और आगे जाना / nogo मानदंड को रोजगार से प्रोत्साहन भेदभाव का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इधर, पशुओं के लिए एक वातानुकूलित प्रतिक्रिया से अमेरिका (सीआर) (व्यवहार जाना; विपरीत डिब्बे में शटल) से बचने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है एक के जवाब में <अध्ययन करने के लिए अनुमति देने के एक nogo-प्रोत्साहन (सीएस) के जवाब में उच्च घनत्व multielectrode सरणियों के साथ समानांतर microstimulation और तंत्रिका गतिविधि की रिकॉर्डिंग।; strong> जाना प्रोत्साहन (सीएस) और nogo व्यवहार से (कोई सीआर वर्तमान डिब्बे में रहने) सफल सीखने अंतर्निहित शारीरिक तंत्र। शटल बॉक्स प्रशिक्षण, ICMS और समानांतर इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी के सफल संयोजन के लिए मौलिक हैं कि कई तकनीकी जानकारी, चर्चा की जाएगी।

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Protocol

इस काम में प्रस्तुत सभी प्रयोगों प्रायोगिक पशुओं के संरक्षण के लिए जर्मन कानून द्वारा परिभाषित नैतिक मानकों के साथ समझौते में आयोजित की गई। प्रयोगों Saxony-Anhalt के राज्य की आचार समिति द्वारा अनुमोदित किया गया।

1. कस्टम-microstimulation और रिकॉर्डिंग के लिए मल्टीचैनल इलेक्ट्रोड सरणियों

  1. कस्टम के बनाए microstimulation सरणी
    1. ICMS पहुंचाने के लिए, (= अलगाव के साथ हे 50 माइक्रोन) 3 सेमी लंबे Teflon में अछूता स्टेनलेस स्टील के तारों का उपयोग कर वांछित स्थानिक डिजाइन (2 चैनलों के यहां पार्श्व सरणी) में उत्तेजना इलेक्ट्रोड तैयार करते हैं। चित्रा 2 देखें।
    2. एक पुरुष पिन प्रणाली (1.25 मिमी पिच) के लिए तारों के एक छोर समेटना।
    3. एक 2 चैनल के साथ सरणी ~ 0.5 मिमी या ~ के लिए तारों (0.1654 मिमी पिच) मार्गदर्शक लंबरूप दो खड़ी गठबंधन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी वस्तु-धारक ग्रिड (~ 5 मिमी ग्रिड की दूरी) के माध्यम से 0.7 मिमी इलेक्ट्रोड दूरी से गुजरती तारों।
    4. प्लग आवास में पुरुष पिन रखो।
    5. Electrolytic समाधान (जैसे, 0.9% सोडियम क्लोराइड) के साथ एक थाली में इलेक्ट्रोड रखो और एक संबंधित प्रतिबाधा मापने डिवाइस के साथ प्रत्येक चैनल का मुक़ाबला माप (उदाहरण।, FHC मुक़ाबला कंडीशनिंग मॉड्यूल)। 100 से 500 kΩ रेंज में impedances पर निशाना लगाओ।
      1. प्रतिबाधा बहुत अधिक है, तो इसे कम करने के लिए चैनलों के माध्यम से लघु विद्युत धारा (1 सेकंड, 1 MA) देने के लिए। फिर प्रतिबाधा की जाँच करें।
  2. कस्टम निर्मित उच्च संकल्प मल्टीचैनल रिकॉर्डिंग सरणियों
    नोट: इस प्रोटोकॉल electrocorticogram (ECoG) डेटा रिकॉर्डिंग के लिए सतह सरणियों के निर्माण का वर्णन है। हालांकि, डिजाइन संबंधित अनुसंधान प्रश्न की आवश्यकताओं (गहराई रिकॉर्डिंग, आदि) को पूरा करने के आधार पर किया जा सकता है। उच्च संकल्प मल्टीचैनल सरणियों buil रहे हैंTeflon में अछूता स्टेनलेस स्टील के तारों (माइक्रोन अलगाव के साथ हे = 50) ने टी एक पुरुष पिन प्रणाली (1.25 मिमी पिच) को crimped।
    1. सतह इलेक्ट्रोड सरणियों के लिए, दो तैयार इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी वस्तु-धारक ग्रिड के एक 3 एक्स 6 मैट्रिक्स के माध्यम से 18 तारों मार्गदर्शन।
    2. दंत एक्रिलिक के साथ ग्रिड के बीच तारों के 6 एक्स 3 व्यवस्था एम्बेड और प्लग आवास में पिन डाल दिया।
    3. एक हाथ पकड़ा ड्रिल से जुड़ी चक्की का उपयोग करके एक आयताकार ब्लॉक में दंत एक्रिलिक पीस लें।
    4. 500 kΩ - (1.1.6 देखें) सभी चैनलों की कि प्रतिबाधा चेक 100 के बीच सीमा में है।
    5. आरोपण से पहले cortical सतह के उत्तलता मैच के लिए सरणियों के पीसने की सतह (चरण 2 देखें)।

जीर्ण उपयोग के लिए anaesthetized मंगोलियाई Herbils में श्रवण प्रांतस्था में सारणियों की 2. शल्य आरोपण

  1. की योजना बनाई है कि सभी आवश्यक प्रयोगात्मक कदम पर अमल करने के लिए सरकारी अनुमोदन पकड़ो। Appro पहनेंpriate सुरक्षात्मक कपड़े (कोट, बाँझ दस्ताने, सर्जिकल मास्क, हुड)।
  2. वयस्क पुरुष मंगोलियाई gerbils (Meriones unguiculatus) या किसी अन्य कृंतक प्रजातियों का प्रयोग करें। निष्फल और अच्छी तरह से पहचान की शल्य चिकित्सा उपकरणों का उपयोग हमेशा सुरक्षात्मक दस्ताने और कोट पहनते हैं और।
  3. Gerbils के मामले में, 0.9% बाँझ सोडियम क्लोराइड समाधान में पतला ketamine (100 मिलीग्राम / किग्रा) और xylazine (5 मिलीग्राम / किग्रा) का एक मिश्रण के एक आईपी इंजेक्शन के साथ जानवरों संज्ञाहीन। 1: 10 9 के अनुपात में सोडियम क्लोराइड (0.9%): xylazine: ketamine के एक मिश्रण कम्पोजिंग के 0.6 मिलीग्राम / मानव संसाधन / किलो के अर्क से बनाए रखें।
  4. एक गुदा जांच प्रतिक्रिया प्रणाली द्वारा 37 डिग्री सेल्सियस पर शरीर का तापमान बनाए रखने के लिए एक गर्म थाली पर पशु प्लेस (जैसे, विश्व परिशुद्धता उपकरण)।
  5. फर को कवर interoccipital, पार्श्विका, और लौकिक हड्डियों दाढ़ी। Aseptically एक प्रभावी कीटाणुनाशक से चीरा साइट को तैयार (जैसे।, Betadine या Nolvasan और 70% शराब स्क्रब 3 बार बारी)। पीआरआँख मरहम से सुखाने के खिलाफ otect आँखें।
  6. Interoccipital, पार्श्विका को कवर कपाल त्वचा में कटौती, और एक छुरी का उपयोग कर हड्डियों ललाट और धीरे हड्डी सतह पर एक ड्रिल ले जाकर periosteum हटा दें।
  7. बाद में सिर माउंट में बाधा नहीं करने के लिए contralateral पार्श्विका और जितना संभव हो पार्श्व ललाट हड्डी में छोटे छेद ड्रिल। अब कसकर छेद में लगभग 1 मिमी की एक व्यास के साथ दो हड्डी शिकंजा पेंच। यह बाद में बिजली की उत्तेजना के लिए आम संदर्भ और जमीन, साथ ही वापसी इलेक्ट्रोड के रूप में इस्तेमाल किया जाएगा के रूप में पार्श्विका पेंच, ड्यूरा के लिए अच्छा संपर्क है कि सुनिश्चित करें।
  8. ललाट हड्डियों पर मध्यवर्ती एक छोटे से एल्यूमीनियम बार गोंद और एक headholder द्वारा आरोपण के दौरान सिर निर्धारण के रूप में इस्तेमाल करते हैं।
  9. एक तरफ का उपयोग कैंची पर मस्कुलस temporalis कवर त्वचा निकालें।
  10. लौकिक हड्डी में प्रवेश के प्राप्त करने के लिए अस्थायी पेशी के पृष्ठीय हिस्सा काट दिया।
  11. Craniotomy (~ 3 मिमी x 4 मिमी) के द्वारा श्रवण प्रांतस्था बेनकाबएक दंत ड्रिल का उपयोग करके लौकिक हड्डी। ठेठ रक्त मस्तिष्क-पोत हस्ताक्षर 18,19 पर आधारित श्रवण प्रांतस्था के स्थान की पहचान।
  12. ध्यान से उत्तेजना इलेक्ट्रोड मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया जाता है जहां स्थान पर एक माइक्रो छुरी के साथ ड्यूरा का एक चीरा बनाते हैं। ड्यूरा आँसू अंतर्निहित neuropil को होने वाले नुकसान को प्रतिबंधित करने के लिए जब तक धीरे सतह के साथ चलते हैं।
  13. Micromanipulator नियंत्रण में उत्तेजना सरणी डालें। एपीड्यूरल सरणी हित के क्षेत्र पर रखा जा करने के लिए अनुमति देने के लिए एक स्पर्शरेखा प्रविष्टि कोण चुनें। प्रविष्टि कोण और स्थिति और उत्तेजना के उद्देश्य से साइट पर निर्भर करता है, ध्यान से प्रविष्टि गहराई पर विचार करें।
  14. एक दूसरे micromanipulator द्वारा ब्याज के क्षेत्र (यहाँ श्रवण प्रांतस्था) को कवर मस्तिष्क की सतह के लिए अच्छा संपर्क के साथ एपीड्यूरल सतह रिकॉर्डिंग सरणी रखें। सरणी ड्यूरा इंडेंट नहीं करने के लिए कोर्टेक्स की वक्रता से मेल खाता है कि अपना ध्यान रखना।
  15. इलेक्ट्रोड सरणियों और उनके प्लग दोनों fixateखोपड़ी के लिए दंत एक्रिलिक साथ housings।
  16. कवर दंत एक्रिलिक के साथ एक एंटीसेप्टिक स्नेहक (जैसे, केंटकी-जेली) और करीब craniotomy के साथ cortical सतह उजागर (जैसे, Paladur, Heraeus Ulzer)। Polymerization की गर्मी का उत्पादन हो सकता है कि मन में रखो। इस ऊतकों को नुकसान का कारण बन सकता है, दंत एक्रिलिक और cortical सतह के किसी भी संपर्क को रोकने के neuropil और दंत एक्रिलिक के बीच पर्याप्त चिकनाई का प्रयोग करें।
  17. अब जानवरों किसी भी आगे की प्रक्रिया के शुरू होने से पहले ठीक करने के लिए अनुमति देते हैं। वसूली बार प्रजातियों (: ≥3 दिन, चूहों: ≥7 दिनों जैसे, gerbils) के बीच भिन्न हो सकती है। ध्यान से जानवर की स्थिति पर नजर रखने और बाद के दिनों में एनाल्जेसिक उपचार दे यदि लागू (जैसे, Meloxicam, 1 मिलीग्राम / किग्रा postsurgical और सर्जरी के बाद 24 घंटे)।

ICMS के रूप में वातानुकूलित उत्तेजना का उपयोग 3. दो-तरफा शटल-बॉक्स डिजाइन

  1. शटल बॉक्स प्रशिक्षण
    1. (ग एक शटल-बॉक्स प्लेसजैसे ustom निर्माण या किसी भी व्यावसायिक उत्पाद, एक ध्वनिक और विद्युत परिरक्षित कक्ष में E10-E15, Coulbourn उपकरण)। बॉक्स एक बाधा के द्वारा अलग दो डिब्बों में शामिल है। यह जाने-प्रतिक्रियाओं का व्यवहार पूर्वाग्रह प्रभाव के रूप में बाधा की ऊंचाई पर विचार करें। विशिष्ट प्रजातियों के लिए उचित ऊंचाइयों का उपयोग करें (जैसे, ~ चूहों के लिए 2 सेमी, ~ gerbils के लिए 3 सेमी)।
    2. पैर झटका (अमेरिका) लागू करने, जांच 12,15 के तहत प्रजातियों के लिए उचित सलाखों के बीच एक दूरी के साथ एक ग्रिड मंजिल का उपयोग करें। हमेशा कुछ नहीं विद्युत व्यक्तिगत सलाखों (मल, बाल, इलेक्ट्रोड क्रीम) शॉर्टकट ध्यान रखना है कि।
    3. जानवर (2.17 देखें) के एक काफी वसूली समय के बाद, अधिमानतः किसी भी अल्पकालिक संज्ञाहरण का उपयोग किए बिना रिकॉर्डिंग और उत्तेजना केबल के अधीन कनेक्ट। एक तौलिया के साथ पशु कवर करने के लिए कोशिश करते हैं और धीरे हाथों में पशु ले। दूसरे हाथ से पशु के सिर और कनेक्टर्स को उजागर करने और केबल कनेक्ट। जानवरों के प्रत्येक सत्र के शुरू होने से पहले 3 मिनट के लिए प्रशिक्षण कक्ष के लिए अभ्यस्त करने की अनुमति दें।
    4. प्रशिक्षण सत्र प्रति 90 परीक्षणों - (1-2 दैनिक) 30 के बीच लागू होते हैं। उपयोग परीक्षण करने के लिए 15 सेकंड के durations, और 25 के बीच बेतरतीब ढंग से भिन्न है कि अंतर परीक्षण अंतराल - 30 सेकंड।
    5. उत्तेजना इलेक्ट्रोड के लिए वातानुकूलित उत्तेजना के लिए ICMS पहुंचाने के लिए (जैसे, एमसीएस STG2000) एक मल्टीचैनल उत्तेजक का उपयोग करें। एक 200 μs चरण की अवधि के साथ पल्स गाड़ियों (जैसे, 300 एमएस लंबाई, 100 पीपीएस) biphasic, प्रभारी संतुलित दालों की (पहले कैथोडिक) लागू होते हैं, मस्तिष्क के ऊतकों को नुकसान पहुँचाए बिना व्यवहार प्रभाव प्राप्त करने के लिए। 4 सेकंड (अवलोकन विंडो) की अवधि के लिए 700 एमएस के एक ठहराव के साथ गाड़ियों को दोहराएं।
    6. श्रवण सीएस पेश करने के लिए एक अनुरूप उत्पादन पीसीआई बोर्ड (जैसे, एनआई पीसीआई-6733) का उपयोग करें। लचीले ढंग से नियंत्रित करने और डिजिटल उत्पादन लाइनों के माध्यम से शटल बॉक्स सिस्टम हार्डवेयर-गति प्रदान करने के matlab के साथ इन उपकरणों कार्यक्रम।
    7. मार्ग वें के अनुरूप उत्पादन संकेतएक ऑडियो एम्पलीफायर के माध्यम से ई शटल बॉक्स लाउडस्पीकरों।
    8. सशर्त देने के एक ग्रिड मंजिल के माध्यम से अमेरिका पैर झटका। इष्टतम electrophysiological रिकॉर्डिंग गुणवत्ता के लिए, एक दूसरे उच्च अंत मल्टीचैनल उत्तेजक (एमसीएस STG2000) द्वारा सदमे उत्पन्न करते हैं।
    9. केवल सीएस + उत्तेजनाओं वर्तमान पता लगाने प्रशिक्षण लागू करने के लिए। इधर, परीक्षण परीक्षण (~ 10%) के बीच बीच-बीच में सीएस और अमेरिका के बिना वर्तमान खाली परीक्षणों पक्षपाती शटल व्यवहार (3.2 देखें) के लिए सही करने के लिए। एक और अधिक काम की मांग के लिए, सीएस + और बेतरतीब क्रम में एक ही सत्र में प्रस्तुत सीएस उत्तेजनाओं के बीच भेदभाव करने के लिए पशुओं को प्रशिक्षित।
    10. एक हिट प्रतिक्रिया के रूप में 4 सेकंड (सीआर) का एक महत्वपूर्ण समय खिड़की के भीतर सीएस + शुरू होने के बाद एक डिब्बे परिवर्तन वर्गीकृत। महत्वपूर्ण समय खिड़की (मिस) में सीआर बिना सीएस + परीक्षणों में, तुरंत असुविधाजनक प्रोत्साहन (अमेरिका) के रूप में 6 से 10 सेकंड के लिए एक हल्के पैर झटके देने।
      नोट: दोहराए सीएस + उत्तेजना अमेरिका के साथ ओवरलैप जानवरों है कि एक के लिए सीखने के प्रयास कम हो जाएगाएन डी (चर्चा देखें, 'ट्रेस' कंडीशनिंग बनाम 'देरी') सीखने की गति और प्रदर्शन में सुधार होगा।
    11. सीएस परीक्षण के लिए, महत्वपूर्ण समय खिड़की के रूप में झूठा अलार्म प्रतिक्रिया के भीतर एक डिब्बे परिवर्तन वर्गीकृत, और तुरंत इस अनुचित सीआर के बाद अप करने के लिए 10 सेकंड के लिए अमेरिका लागू होते हैं। पशु महत्वपूर्ण समय खिड़की के दौरान डिब्बे (कोई सीआर) में रहता है जब सीएस के बाद अमेरिका लागू होते हैं, और इस परीक्षण के रूप में सही अस्वीकृति वर्गीकृत नहीं है।
      नोट: जानवरों यह (एस्केप) के जवाब में डिब्बे बदलता है जब महत्वपूर्ण बात है, पैर, अमेरिका हमेशा के लिए बंद कर दिया जाता है झटका। यह सीआर को बाधित करने के लिए पशु द्वारा उच्च प्रयास देता है के रूप में यह एक और अधिक रूढ़िवादी सीखने कसौटी लागू होगा, हालांकि, दोहराए वातानुकूलित उत्तेजना का उपयोग किया जाता है, तो सीएस परीक्षणों, जैसे, के लिए लंबे समय तक महत्वपूर्ण समय खिड़कियों का प्रयोग करें।
    12. सीएस और अमेरिका का एक प्रभावी सहयोग के लिए प्रतिकूल लेकिन दर्द नहीं होने के क्रम में एक मध्यम रेंज में सदमे ताकत को समायोजित। इष्टतम पहलएल मौजूदा ताकत प्रजातियों के बीच अलग है (उदाहरण के लिए, चूहों के लिए 50 μA, gerbils के लिए 200 μA)। इसलिए, आगे तकनीकी जानकारी के लिए अगले दो गोलियां देखने के लिए कृपया:
      1. व्यक्तिगत रूप से हल्के आयाम (~ gerbils के लिए 200 μA) की शुरुआत के साथ पहले प्रशिक्षण सत्र में सदमे शक्ति अनुकूलन। पैर के झटके ताकत है कि यह बहुत कम है सीएस और अमेरिका इष्टतम नहीं है के बीच, सुप्तावस्था घबराना और संघ से बचने।
      2. जानवरों vocalize करने और सीएस के जवाब में फ्रीज करने के लिए शुरू करता है, तो हमेशा ध्यान देना। इस मामले footshock ताकत में बहुत अधिक है। इस वातानुकूलित डर प्रतिक्रिया परिहार सीखने के साथ हस्तक्षेप करता है।
    13. ध्यान से बच सुप्तावस्था निर्धारित करते हैं। कदम-दर-कदम भागने सुप्तावस्था पहले 20 परीक्षणों के बाद 2 सेकंड से रह रहे हैं, तो पैर सदमे शक्ति बढ़ाएँ। पशु यानी सदमे नियंत्रण में है, तो हर प्रशिक्षण के बाद चेक, यह काफी 2 सेकंड नीचे सुप्तावस्था बचने से पता चलता है।
      नोट: हालांकि, पैर में वृद्धि करने से बचेंएक अत्यधिक बल जानवर के व्यवहार रणनीति शुद्ध भागने प्रतिक्रियाओं के लिए वापस गिर सकता है, के रूप में भी जल्दी ताकत झटका। अमेरिका के आयाम का समायोजन करते हुए इसलिए बारीकी व्यवहार और विशेष रूप से प्रतिक्रिया सुप्तावस्था निरीक्षण करते हैं। एक उदाहरण के लिए चित्रा 3E देखते हैं।
    14. पशु सीआर से पता चलता है, तो तुरंत सीएस की प्रस्तुति बंद करो। इस परिहार प्रतिक्रिया के सुदृढीकरण के लिए महत्वपूर्ण है।
    15. जानवरों के एक परिहार रणनीति, यानी हासिल कर ली है, तो साइकोमेट्रिक विश्लेषण प्रदर्शन करने के मानकों (ICMS आयाम, चरण अवधि, पुनरावृत्ति दर आदि), सभी सीएस को उचित सीआर दिखाने बदलती हैं। हालांकि सीखने और अनुकूलन के लिए प्रेरित करेंगे, जो अमेरिका बाँधना, के साथ एक blockwise फैशन में पैरामीट्रिक सीएस भिन्नता को लागू करें।
      1. इससे बचने के लिए, मूल प्रशिक्षण के 15 से 30 परीक्षण के साथ शुरू, और फिर बेतरतीब ढंग से मूल सीएस के साथ नियमित रूप से प्रशिक्षण परीक्षणों के बीच परीक्षण परीक्षण के रूप में अमेरिका के बिना सीएस विविधताओं बिखेरना। ज़्यादा से ज़्यादा यूपरीक्षण परीक्षण के एसई 25%।
    16. प्रशिक्षण के बाद प्रशिक्षण कक्ष से पशु हटाने के लिए और ध्यान से अगले जानवर के प्रशिक्षण से पहले पूरा बॉक्स साफ। उनके प्राकृतिक गंध प्रशिक्षण प्रदर्शन के साथ हस्तक्षेप कर सकता है, के रूप में एक ही बॉक्स में एक समय में विभिन्न प्रजातियों के प्रशिक्षण से बचने की कोशिश करें।
  2. प्रशिक्षण डेटा का विश्लेषण
    1. आदी होना चरण में सभी डिब्बे परिवर्तन रिकॉर्ड।
    2. (आईटीएस) प्रतिक्रियाओं (याद करते हैं और वापस शटल एक झूठा अलार्म के बाद) और सहज intertrial शटल से बचने, प्रशिक्षण के दौरान सभी डिब्बे परिवर्तन रिकॉर्ड और हिट और झूठा अलार्म में विभाजित करते हैं।
    3. इस प्रकार के रूप सीएस + और सीएस के लिए CR दरों की गणना: हिट दरों = हिट / सीएस + परीक्षणों की संख्या; झूठा अलार्म दरों = झूठा अलार्म / सीएस परीक्षणों की संख्या।
    4. सत्र के लिहाज से सीआर दरों प्राप्त करते हैं। हालांकि, एक उच्च अस्थायी समाधान पर सीखने की गतिशीलता का आकलन करने के लिए (सीएस + और सीएस परीक्षणों की एक ही नंबर के छोटे ब्लॉकों से सीआर दरों की गणना
    5. प्रशिक्षण प्रगति और सीखने की गतिशीलता का मूल्यांकन करने के लिए सत्र या परीक्षण ब्लॉक के एक समारोह के रूप में प्लॉट सीआर दरों।
    6. जानवर की प्रतिक्रिया biasing प्रयोगात्मक शर्तों के स्वतंत्र व्यवहार संवेदनशीलता की मात्रा का ठहराव के लिए, संकेत का पता लगाने सिद्धांत 8,9,17 के आधार पर डी 'मूल्यों निकाले जाते हैं।
    7. इसी हिट और झूठी अलार्म दर (भेदभाव सीखने) या इन Z- स्कोर एक मानकीकृत सामान्य वितरण समारोह की प्रतिलोम से निकाली गई दरों और आईटीएस (पता लगाने सीखने) मारा और घटाना घ 'विश्लेषण का उपयोग जेड स्कोर के लिए। डी के प्रोत्साहन का पता लगाने '= 1.0, शोर से ऊपर एक मानक विचलन की एक सिग्नल की शक्ति से मेल खाती है, जिसके लिए एक सीमा कसौटी निर्धारित करें। उदाहरण के रूप में चित्रा 3 देखें।
    8. इसके अतिरिक्त CR- निर्धारण और (सीएस शुरुआत और व्यवहार की प्रतिक्रिया के बीच समय अवधि को मापने के द्वारा पूरा डिब्बे अलग सीएस के जवाब में प्रतिक्रिया बार भागने) बदल जाते हैं।
    9. शटल बॉक्स व्यवहार वीडियोटैपिंग से एक अधिक विस्तृत व्यवहार विश्लेषण प्राप्त करते हैं। वीडियो के ऑडियो का पता लगाने पर शटल बॉक्स या उत्तेजना प्रणाली से ट्रिगर दालों की रिकॉर्डिंग के द्वारा वीडियो और रिकॉर्डिंग सिस्टम के बीच अस्थायी तुल्यकालन पाना। वीडियो विश्लेषण सीआर पूर्ववर्ती जानवर के गधे ध्यान और orienting जवाब करने के लिए अनुमति देता है।

लर्निंग पशु इन विवो electrophysiological तकनीकों 4.

  1. प्रशिक्षण के दौरान electrophysiological रिकॉर्डिंग
    1. प्रशिक्षण के दौरान, कई इलेक्ट्रोड से आम संदर्भ / जमीन इलेक्ट्रोड के खिलाफ monopolarly (वर्णित ECoG-सरणियों के साथ, उदाहरण के लिए) electrophysiological संकेतों रिकॉर्ड है।
    2. एक headstage एम्पलीफायर में सभी इलेक्ट्रोड से फीड संकेतों या तो सीधे या सिर कनेक्टर्स में एक छोटी एडाप्टर के माध्यम से खामियों को दूर किया।
    3. लिपटे पतली, लचीली तारों के एक दोहन के माध्यम से मुख्य एम्पलीफायर को headstage कनेक्टएक धातु द्वारा पशुओं को काटकर नुकसान से बचाने के लिए जाल।
      नोट: केबल दोहन में यांत्रिक तनाव आगे बॉक्स में पशु की मुक्त आवाजाही और रोटेशन की अनुमति एक वसंत से मुक्त किया जा सकता है। आदर्श एक turnable और मोटर कुंडा का उपयोग होता है। श्रवण प्रयोगों ध्वनिरहित कक्ष के बाहर कुंडा जगह या ध्वनि के लिए हालांकि, इसकी मोटर द्वारा उत्पादित उच्च आवृत्ति श्रवण शोर को कम करने के लिए फोम के साथ यह ढाल।
    4. संकेत करने वाली शोर अनुपात और बैंड पास वांछित आवृत्ति रेंज में संकेत फिल्टर बढ़ाने के लिए परिरक्षित बॉक्स में एक preamplifier का प्रयोग करें।
    5. (स्थानीय क्षेत्र की क्षमता रिकॉर्डिंग के लिए) से अधिक 1 kHz नमूना आवृत्ति और (संभावित कार्रवाई रिकॉर्डिंग के लिए) कम से कम 40 kHz पर नमूना डेटा और ऑफ़लाइन विश्लेषण के लिए पीसी के लिए दुकान। दोनों प्रकार के लिए उपयुक्त फिल्टर सेटिंग्स का उपयोग करें (जैसे 2 - स्थानीय क्षेत्र की क्षमता के लिए 300 हर्ट्ज, 300 - कार्रवाई की क्षमता के लिए 4,000 हर्ट्ज)।
    6. ध्यान से टी के शुरू होने से पहले रिकॉर्डिंग की गुणवत्ता की जांच(कोई शोर या आंदोलन कलाकृतियों) बारिश हो रही है। 50 हर्ट्ज शोर के आयाम निर्धारित करने के लिए संकेत करने के लिए एक ऑनलाइन FFT-फिल्टर लागू करें। यदि आवश्यक हो तो सिर कनेक्टर के बीच सभी कनेक्शनों दोहरी जांच, एडेप्टर, headstages, केबल दोहन, और एम्पलीफायरों।
    7. बिजली की उत्तेजना के द्वारा पैदा दर्ज आंकड़ों में कलाकृतियों की कमी के लिए 5 ~ तक एमएस प्रत्येक नाड़ी की शुरुआत के बाद 1 एमएस पहले विरूपण साक्ष्य से प्रभावित सभी डेटा बिंदुओं को फिर से संगठित करने के लिए एक प्रक्षेप प्रक्रिया का उपयोग करें। इस के लिए, अप्रभावित डेटा बिंदुओं के बीच शून्य डालें, और अंतर्वेशित अंक और उनके आदर्श मूल्यों (मैटलैब के interp.m समारोह) के बीच मतलब वर्ग त्रुटियों कि कम से कम एक सममित एफआईआर फिल्टर लागू होते हैं। अलग से आगे के विश्लेषण के 9 से पहले हर चैनल पर, कच्चे संकेत करने के लिए इस प्रक्रिया को लागू करें।
  2. समानांतर शटल बॉक्स प्रशिक्षण, ICMS, और रिकॉर्डिंग की तकनीकी जानकारी
    1. सामान्य में, जानवरों बॉक्स surroundi में सहज महसूस करते हैं कि यह सुनिश्चितएनजी। जानवर आसानी से ले जाने और बॉक्स के सभी कोनों तक पहुँचने के लिए अनुमति देते हैं। पहला प्रशिक्षण (20 मिनट) और प्रत्येक सत्र से पहले (3 मिनट) से एक दिन पहले की आदत डालना करने के लिए पर्याप्त समय लाभदायक है।
    2. किसी भी शल्य चिकित्सा उपचार के बाद, पशु पर्याप्त समय (2.17 ऊपर देखें) यदि आवश्यक सहित दवा की वसूली और जानवरों पीड़ित या दर्द का किसी भी विशिष्ट लक्षण (आंख बंद करके, सुस्त फेनोटाइप, scruffy फर नहीं दिखाते हैं, तो केवल पशु प्रशिक्षित करने के लिए शुरू करने की अनुमति 20)।
    3. ग्रिड मंजिल के समुचित बिजली ग्राउंडिंग सुनिश्चित करें। रिकॉर्डिंग प्रणाली, शटल-बॉक्स और जानवर के बीच जमीन छोरों से परहेज किया जाना चाहिए। एक अस्थायी वोल्टेज पर gridfloor छोड़ रहा है, केवल अपने आम जमीन इलेक्ट्रोड के माध्यम से पशु जमीन।
    4. मोटरयुक्त कुंडा के अलग-अलग लाइनों के माध्यम से प्रत्यारोपित उत्तेजना इलेक्ट्रोड सरणी के सिर कनेक्टर के लिए मल्टीचैनल उत्तेजक (एमसीएस STG2000) कनेक्ट करें।
    5. जमीन के रूप में रिकॉर्डिंग के आम जमीन इलेक्ट्रोड का प्रयोग करें या मैं के लिए इलेक्ट्रोड लौटनेसीएमएस, के रूप में अच्छी तरह से।

इलेक्ट्रोड पदों की 5. histological विश्लेषण

  1. पूरा प्रशिक्षण सेट के बाद, ऊतकीय विश्लेषण द्वारा उत्तेजना इलेक्ट्रोड सरणी के स्थिर स्थिति के लिए नियंत्रित करते हैं।
  2. 0.9% बाँझ सोडियम क्लोराइड में पतला ketamine (100 मिलीग्राम / किग्रा) और xylazine (5 मिलीग्राम / किग्रा) का एक मिश्रण के एक आईपी इंजेक्शन के साथ जानवरों बेहोश करना। तब आरोपण 8 की स्थिति में ऊतक में लोहा जमा प्राप्त करने के लिए सभी उत्तेजना चैनलों के माध्यम से दिया Monopolar कैथोडिक वर्तमान (60 सेकंड के लिए 30 μA) लागू होते हैं।
  3. इस प्रक्रिया के बाद, इच्छामृत्यु की एक उचित और विधि को मंजूरी दी (; 100 मिलीग्राम / किग्रा pentobarbital की अधिक मात्रा का उदाहरण intraperitoneal इंजेक्शन) द्वारा पशु बलि।
  4. तुरंत जानवर के मस्तिष्क निकालें और 2-methylbutane में यह स्थिर तरल नाइट्रोजन में डिग्री सेल्सियस -70 के लिए ठंडा।
  5. अब 50 माइक्रोन ज में एक cryostat microtome पर ब्याज के क्षेत्र में कटौतीorizontal वर्गों।
  6. प्रोटोकॉल: Nissl और "प्रशिया ब्लू" -staining
    1. Cortical परतों की पहचान के लिए Nissl-धुंधला के साथ हर दूसरा टुकड़ा इलाज। सबसे पहले, स्लाइस 0.05 एम सोडियम एसीटेट trihydrate बफर (पीएच 4.0 -4.2) में 5 मिनट के स्नान।
    2. 5% cresyl बैंगनी एसीटेट में 10 मिनट - 5 के लिए स्लाइस स्नान। आसुत जल के साथ स्लाइस कुल्ला।
    3. 0.05 एम सोडियम एसीटेट trihydrate बफर (पीएच 4.0-4.2) में 2 मिनट लगातार के लिए स्लाइस स्नान करे, और क्रमश: 50%, 70% और इथेनॉल के 90%, के समाधान में।
    4. Isopropanol में दो बार स्लाइस स्नान: 96% इथेनॉल (2: 1) के लिए 5 मिनट प्रत्येक।
    5. अंत में, 5 मिनट के लिए Roticlear में तीन बार स्लाइस स्नान।
    6. दिखाई दे प्रयोगों के बाद लंबे समय तक monophasic धाराओं के द्वारा पैदा की लोहे बयान में आता है कि हर दूसरे टुकड़ा के "प्रशिया ब्लू" -staining द्वारा उत्तेजना चैनलों के स्थान प्राप्त करते हैं।
    7. 1% पोटेशियम hexacyanoferrat की एक ताजा समाधान तैयार (द्वितीय) trihydrate कश्मीर 4[फे (सीएन) 6] कश्मीर 4 के 2 जी के मिश्रण से [फे (सीएन) 6] 1% एचसीएल के 200 मिलीलीटर में।
    8. 0.1 एम फॉस्फेट बफर (7.4 पीएच) के 800 मिलीलीटर जोड़ें।
    9. Hexacyanoferrat समाधान में 10 मिनट के लिए तो आसुत जल के साथ 10 मिनट के लिए मस्तिष्क के स्लाइस स्नान करे, और।
    10. 0.1 एम फॉस्फेट बफर में 10 मिनट और आसुत जल में अंत के लिए 5 मिनट के लिए दो बार स्लाइस स्नान।

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Representative Results

यह खंड एक मंगोलियाई gerbil में शटल बॉक्स सीखने का एक प्रतिनिधि उदाहरण दिखाता है। विषय दो उत्तेजना इलेक्ट्रोड के बीच ICMS साइट श्रवण प्रांतस्था में एक दूसरे से अलग 700 माइक्रोन प्रत्यारोपित भेदभाव करने के लिए प्रशिक्षित किया गया था (आंकड़े 1 और 2)। उत्तेजना सरणियों विभिन्न स्थानिक डिजाइन (चित्रा 1) में अनुकूलित किया जा सकता है। इधर, दो ICMS साइटों का भेदभाव 30 सीएस + और ​​सीएस प्रत्येक (चित्रा 3 ए सी) की प्रस्तुति के साथ 3 प्रशिक्षण सत्र के भीतर सीखा था। यह लगातार 7 प्रशिक्षण सत्र (चित्रा 3 बी) भर में हिट और झूठा अलार्म प्रतिक्रियाओं की सीआर दरों की एक स्थिर महत्वपूर्ण अंतर से संकेत दिया है। तदनुसार, घ '> इन सत्रों (चित्रा 3 सी) में 1 है। वे एक प्रभावी प्रतिकूल असुविधाजनक प्रतिक्रिया को प्रतिबिंबित के रूप में अमेरिका की ओर जल्दी भागने सुप्तावस्था, मौलिक हैं। यह 200 और से पैर सदमे ताकत आदत डाल द्वारा गारंटी दी जा सकती# 181; एक भागने सुप्तावस्था तक 50 μA चरणों में (चित्रा 3 ई देखें) कम कर रहे हैं। समानांतर में, एक ECoG सरणी से electrophysiological रिकॉर्डिंग ~ 700 माइक्रोन (चित्रा 4) के द्वारा अलग उत्तेजना स्थलों पर intracortical बिजली सीएस + या सीएस के द्वारा पैदा की साइट विशेष spatiotemporal सक्रियण पैटर्न का आकलन करने के लिए अनुमति देते हैं।

चित्र 1
1. इलेक्ट्रोड सरणी डिजाइन चित्रा। कोर्टेक्स में दो अलग-अलग स्थलों पर intracortical microstimulation के लिए (ए) गहराई सरणी (2 एक्स 1)। इलेक्ट्रोड ~ 700 माइक्रोन का एक interelectrode दूरी पर व्यवस्था कर रहे हैं। अन्य स्थानिक डिजाइन उदाहरण श्रवण प्रांतस्था 8 की tonotopic ढाल के रूप में, अलग cortical गहराई या cortical ऊतक का एक विशिष्ट धुरी के साथ उत्तेजना साइटों के साथ पार्श्व सरणियों में परत-निर्भर स्थानीय ICMS के लिए अनुमति दे सकते हैं। (बी) एपीड्यूरल surfaउच्च स्थानिक संकल्प पर electrocorticogram की रिकॉर्डिंग के लिए सीई सरणी (एक्स 6 3)। इलेक्ट्रोड स्टेनलेस स्टील के तार ~ 600 माइक्रोन का एक interelectrode दूरी के साथ एक 3x6 मैट्रिक्स में व्यवस्थित (O 256 माइक्रोन) से किए गए थे। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
प्रत्यारोपित उत्तेजना और रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड चित्रा 2. पोजिशनिंग। (ए) दो उत्तेजना इलेक्ट्रोड (चित्रा 1 ए देखें) एस 1 (गहरे हरे रंग की) और S2 (हल्के हरे रंग) अपने इनपुट परत चतुर्थ के करीब सही प्राथमिक श्रवण क्षेत्र एअर इंडिया की गहराई में प्रत्यारोपित कर रहे हैं की एक जोड़ी। इलेक्ट्रोड सुझावों ~ 700 माइक्रोन का एक interelectrode दूरी के साथ rostrocaudal अक्ष (दुम इलेक्ट्रोड एस 1, व्याख्यान चबूतरे इलेक्ट्रोड एस 2) के साथ तैनात किया जा सकता है। 3 एक्स 6 ECoG रिकॉर्डिंगसरणी (600 माइक्रोन interelectrode दूरी) सही ऐ खत्म epidurally केंद्रित है। (बी) प्रयोगात्मक प्रक्रिया दो छोटे घावों (तीर) से पता चलता है के बाद संबंधित मस्तिष्क क्षेत्र की क्षैतिज खंड Nissl से सना हुआ, दो प्रत्यारोपित उत्तेजना इलेक्ट्रोड के सुझावों के कारण किया गया है, जो लौकिक कोर्टेक्स के भीतर अपने स्थान का संकेत है। स्थिति आगे "प्रशिया ब्लू" धुंधला द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है। यह आंकड़ा से Deliano एट अल। संशोधित किया गया है, 2009 में यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. शटल बॉक्स प्रशिक्षण डेटा और एक व्यक्ति को पशु का विश्लेषण। सही पर (ए) स्कीमाटा एक दो तरह शटल बॉक्स discriminati में कार्य सीएस + के लिए डिजाइन और सीएस परीक्षणों का वर्णनकार्य और व्यवहार परिणामों पर। (बी) सीखने से घटता व्यक्तिगत प्रशिक्षण सत्र की हिट और झूठी अलार्म दरों के रूप में साजिश रची। हिट और झूठा अलार्म दरों के बीच महत्वपूर्ण अंतर तारक (खेल-हॉवेल परीक्षण, पी द्वारा चिह्नित कर रहे हैं <0.05)। (सी) संवेदनशीलता सूचकांक घ '> 1 (3.2.7 देखें) सफल भेदभाव के लिए सीमा कसौटी के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। (डी आदी होना चरण के दौरान सहज क्रॉसिंग का) निगरानी आम तौर सत्रों में कमी दिखाने के लिए। (ई) प्रतिक्रिया सुप्तावस्था सीएस + परीक्षणों सभी प्रशिक्षण सत्रों में अलग-अलग परीक्षणों के लिए प्लॉट किए जाते हैं के दौरान। 6 सेकंड नीचे सुप्तावस्था के साथ सभी प्रतिक्रियाओं सफल हिट प्रतिक्रियाओं के अनुरूप हैं। पहले सत्र की पहली छमाही में लंबे समय तक भागने सुप्तावस्था ध्यान दें। वृद्धि के बाद पैर सदमे ताकत भागने सुप्तावस्था पर्याप्त सदमे नियंत्रण का संकेत अमेरिका शुरू होने के बाद 2 सेकंड नीचे की कमी हुई। प्रतिक्रिया सुप्तावस्था के histograms (सही इनसेट) bimod रहे हैंप्रतिक्रियाओं (<6 सेकंड) मारा और प्रतिक्रियाओं से बचने के लिए इसी अल। (6-8 सेकंड) यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
एक सीखने जानवर में 4. समानांतर electrophysiological रिकॉर्डिंग चित्रा। एक भी जानवर से (ए) एक विद्युत पैदा की क्षमता (खें) के विशिष्ट उदाहरण के प्रशिक्षण के एक ही सत्र में सीएस + परीक्षण के पार औसत। डाटा एक ECoG-सरणी से दर्ज किया गया था। चित्रा (काला) से पहले और भी नाड़ी प्रोत्साहन कलाकृतियों की (लाल) को हटाने के बाद खें ट्रेस तुलना। विरूपण साक्ष्य कमी का विवरण खंड 4.1.7 देखते हैं। जल्दी प्रमुख नकारात्मक शिखर 20 एमएस (N20) के एक विलंबता पर देखा जा सकता है। (बी) टी में एक सीएस + करने के लिए जवाब में N20 आयाम के स्थानिक वितरण के आगे विश्लेषणवह दुम उत्तेजना इलेक्ट्रोड (नीचे) श्रवण प्रांतस्था भर में पैदा राज्यों के स्थानिक संकल्प प्रकट करते हैं पर उत्तेजना इलेक्ट्रोड (ऊपर) और एक सीएस को व्याख्यान चबूतरे। रिकॉर्डिंग सरणी के सापेक्ष शारीरिक दिशाओं तीर द्वारा संकेत कर रहे हैं (; सी, दुम, एल, पार्श्व, एम, औसत दर्जे का, अनुसंधान, व्याख्यान चबूतरे, डी, पृष्ठीय वी, उदर)। यह आंकड़ा से Deliano एट अल। संशोधित किया गया है, 2009 में यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

इस प्रोटोकॉल एक दो तरह प्रतिकूल पैर सदमे नियंत्रित शटल बॉक्स प्रणाली का उपयोग करके एक सीखने जानवर में एक साथ साइट विशेष ICMS और मल्टी चैनल electrophysiological रिकॉर्डिंग की एक विधि का वर्णन है। प्रोटोकॉल ऐसे संयोजन के लिए तकनीकी महत्वपूर्ण अवधारणाओं पर जोर देती है और केवल अपने आम जमीन इलेक्ट्रोड के माध्यम से पशु ग्राउंडिंग एक अस्थायी वोल्टेज पर gridfloor छोड़ने के महत्व को बताते हैं। इन जानवरों में श्रवण प्रांतस्था के सीखने से संबंधित प्लास्टिक पुनर्गठनों बड़े पैमाने पर 8,12,14,15,21,22 अध्ययन किया गया है के रूप में यहाँ, श्रवण शटल बॉक्स सीखने मंगोलियाई gerbils करने के लिए लागू किया गया था। फिर भी, वर्णित प्रोटोकॉल उदाहरण चूहों 16 के लिए के रूप में अन्य कृंतक प्रजातियों को मामूली परिवर्तन के साथ अनुकूलित किया जा सकता है। इस संबंध में यह प्रजाति विशेष सर्जरी (2.17) के बाद वसूली समय के विषय में रूपांतरों, बाधा (2.1.1), और अलग-अलग जानवरों के पैर झटका संवेदनशीलता की ऊंचाई, hig किया जा सकता है, जो विचार करने के लिए महत्वपूर्ण हैhly चर (3.1.3-3.1.6)।

प्रोटोकॉल आगे कस्टम बनाया इलेक्ट्रोड डिजाइन समवर्ती electrophysiological multielectrode रिकॉर्डिंग 8,23 के विश्लेषण से व्युत्पन्न के रूप में अलग नेटवर्क एक्टीवेशन के लिए अग्रणी cortical ऊतक में अलग अलग साइटों को प्रोत्साहित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है पर विस्तृत व्याख्या के लिए देता है। इलेक्ट्रोड की दूरी पर निर्भर करता है एक उदाहरण स्थलाकृतिक नक्शे 9 के लिए के विभिन्न क्षेत्रों को प्रोत्साहित कर सकते हैं। विभिन्न कॉर्टिकल इनपुट परतों III चतुर्थ में उत्तेजना से कॉर्टेक्स के अधिक व्यापक प्रसार सक्रियण के लिए अग्रणी लंबी दूरी corticocortical अनुमानों को सक्रिय करने की परत पर निर्भर ICMS लगाने से यह संभव है। इसके बजाय, corticoefferent उत्पादन परतों वी छठी में उत्तेजना intracortical और corticothalamic प्रतिक्रिया सर्किट 8 के एक बहुत अधिक फोकल सक्रियण के लिए नेतृत्व किया। दो या दो से अधिक उत्तेजना इलेक्ट्रोड के साथ उत्तेजना सरणियों का उपयोग करते समय, द्विध्रुवी ICMS बजाय Monopolar ICMS के लिए लागू किया जा सकता है। एक द्विध्रुवी उत्तेजना मोड अधिकप्रभावी ढंग से अधिमानतः Nonparallel फाइबर 24 के साथ तुलना कैथोडिक ध्रुव की दिशा में, इलेक्ट्रोड सुझावों के समानांतर चल न्यूरोनल फाइबर रंगरूटों। इस तरह की एक उत्तेजना विन्यास इसलिए पैदा neuronal नेटवर्क एक्टीवेशन 8 की दिशात्मक विशिष्टता बढ़ जाती है। ICMS 8,9 का उपयोग cortical sublaminar नेटवर्क की गतिविधियों के इन विशेष प्रत्यक्ष जोड़तोड़, अब तक किसी भी अन्य तकनीक 3 से नहीं दिखाया गया है। इस विधि की शक्ति का एक उदाहरण के रूप में, हाल ही में एक रिपोर्ट intracortical बिजली उत्तेजनाओं 8 का पता लगाने के सीखने का उपयोग धारणा को कॉर्टिको-thalamocortical प्रतिक्रिया सर्किट के योगदान को सुलझाया। यह सीधा कॉर्टिकल microstimulation निर्दिष्ट neuronal सर्किट और व्यवहार 1,3,11,25 में कड़ी गतिविधि कारणतः करने के लिए एक प्रभावी और राज्य के अत्याधुनिक विधि है कि यह दर्शाता है। Cortical क्षेत्रों के स्थानीय बिजली की उत्तेजना Inst के लिए के रूप में, विशिष्ट स्थलाकृतिक नक्शा सुविधाओं के लिए इसी द्वाराश्रवण प्रांतस्था में एक tonotopic क्षेत्र मंजूरी, विषयों केंद्रीय बिजली या परिधीय संवेदी उत्तेजना से हासिल विचारों के गुणों की तुलना करने के लिए स्थानांतरण सीखने मानदंड में प्रशिक्षित किया जा सकता है। इस तरह के प्रयोगों संवेदी कॉर्टिकल neuroprostheses 5,9 के लिए उत्तेजना रणनीतियों के विकास को प्रोत्साहित कर सकते हैं। इस प्रोटोकॉल भी इनाम प्रसंस्करण और गहरी मस्तिष्क प्रोत्साहन 26 की न्यूरोनल आधार अध्ययन करने के लिए, उदाहरण के उदर टेगमेंटल क्षेत्र के लिए के रूप में, अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों की बिजली की उत्तेजना में नियोजित किया जा सकता है। प्रभावी microstimulation के लिए क्रिटिकल इस्तेमाल किया व्यक्तिगत सेटअप और इलेक्ट्रोड की पृष्ठभूमि पर विचार किया जाना चाहिए कि कई तकनीकी विवरण हैं। सामान्य तौर पर, उत्तेजना मापदंडों के प्रभाव, आदि उत्तेजना आयाम, polarity, इलेक्ट्रोड उन्मुखीकरण, जैसे, 11,24 समीक्षा की गई है। महत्व के इलेक्ट्रोड से चार्ज हस्तांतरण है। एक इलेक्ट्रोड का मुक़ाबला इसलिए एक महत्वपूर्ण कारक है। इसलिए, कि टी जाँचवह इलेक्ट्रोड संपर्कों का मुक़ाबला आरोपण से पहले kΩ रेंज में है।

शिक्षा के कई अतिरिक्त घटनाएं वर्णित मूल डिजाइन का उचित बदलाव के द्वारा अध्ययन किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सरल का पता लगाने के लिए सीखने के लिए इसके विपरीत में सीखने भेदभाव क्रमशः 14,15, जाओ और nogo प्रतिक्रियाओं के साथ जुड़े होने के लिए है कि कम से कम दो उत्तेजनाओं को शुरू करने से जांच की जा सकती है। इसी श्रेणी गठन सीखने ऐसे भेदभाव के संयोजन के द्वारा अध्ययन किया जा सकता 12,21 मानदंड। शटल बॉक्स मानदंड भी काम स्मृति, व्यवहार निषेध और 14,17 या सेट स्थानांतरण सीखने सफल उत्क्रमण के लिए आवश्यक उदाहरण के लिए के रूप में संज्ञानात्मक लचीलापन जांच करने के लिए नियोजित किया जा सकता है। काम स्मृति 'देरी' और 'ट्रेस' कंडीशनिंग की तुलना द्वारा मूल्यांकन किया जा सकता है। 'देरी' कंडीशनिंग 27 में, सीएस के सीएस के बीच बिना किसी देरी के महत्वपूर्ण सीएस-अमेरिका समय खिड़की भर में प्रस्तुत किया जाता हैfset और अमेरिका शुरुआत। 'ट्रेस' कंडीशनिंग में, दूसरे हाथ पर, क्षणिक सीएस प्रस्तुति की भरपाई के बाद कई सेकंड की देरी है। 'देरी' कंडीशनिंग के विपरीत 'ट्रेस' कंडीशनिंग काम स्मृति और cortical प्रसंस्करण पर एक उच्च लोड डालता है। चल रहे electrocorticogram में spatiotemporal पैटर्न के विश्लेषण के साथ विशेषक शटल बॉक्स सीखने मानदंड के संयोजन, श्रवण उत्तेजना भेदभाव 9 से संबंधित कोर्टेक्स, और श्रेणी गठन 21 के dynamical राज्यों की पहचान करने के लिए एक उपयुक्त तरीका है। शटल बॉक्स प्रशिक्षण प्रतिष्ठित दो तरह परिहार कार्य के रूप में प्रयोग किया जाता है लेकिन, जैसा कि परिहार सीखने के साथ सामान्य वैचारिक समस्याओं इन व्यवहार डिजाइन के सभी के लिए आवेदन करते हैं; अर्थात् है कि सफल परिहार व्यवहार स्पष्ट सुदृढ़कर्ता के रूप में कार्य करता है कि प्रोत्साहन की घटना को रोकता है। भूख बढ़ाने वाला सुदृढीकरण, मध्यमस्तिष्क इनाम सर्किट के प्रत्यक्ष बिजली की उत्तेजना के द्वारा उदाहरण के लिए, केवल मधुमक्खी हैn कुछ अध्ययनों से 26 में सीखने शटल-बॉक्स के लिए आवेदन किया। इसके अलावा, शटल-बॉक्स सीखने मुख्य रूप से कृंतक प्रजातियों के साथ इस्तेमाल किया गया है और शायद ही कभी उदाहरण के कुत्तों के लिए के रूप में, बड़ा प्रयोगशाला पशुओं में लागू किया गया है।

Electrophysiological विश्लेषण के साथ इसके अलावा, शटल-बॉक्स सीखने आगे औषधीय हस्तक्षेप 8,17, घाव तकनीकों 15, microdialysis 28, या optogenetics के साथ जोड़ा जा सकता है। विशेष रूप से, या तो मॉडल प्रणाली (यानी, मंगोलियाई gerbils) के वायरल संक्रमण से, या आनुवंशिक रूप से संशोधित जानवरों द्वारा optogenetic उपकरणों के साथ हमारे प्रोटोकॉल का संयोजन, चूहों के रूप में, विशेष रूप से कॉर्टिकल सहित कृत्रिम न्यूरोनल सक्रियण के सेलुलर उपप्रकार विशिष्टता वृद्धि करने की अनुमति होगी ICMS 3 का उपयोग सुलभ नहीं है जो निषेध,।

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Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Acknowledgments

काम Deustche Forschungsgemeinschaft डीएफजी और तंत्रिका जीव विज्ञान के लिए लाइबनिट्स-संस्थान से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया। हम तकनीकी सहायता के लिए मारिया-मरीना Zempeltzi और कैथरीन Ohl धन्यवाद।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Teflon-insulated stainless steel wire California Fine Wire diam. 50µm w/ isolation
Pin connector system  Molex Holding GmbH 510470200 1.25 mm pitch PicoBlade
TEM grid Quantifoil Science Services EQ225-N27
Dental acrylic Paladur Heraeus Kulzer 64707938
Hand-held drill OmniDrill35 WPI  503599
Ketamine 500mg/10ml Ratiopharm GmbH 7538837
Rompun 2%, 25ml Bayer Vital GmbH 5066.0
Sodium-Chloride 0.9%, 10ml B.Braun AG  PRID00000772
Lubricant KY-Jelly Johnson & Johnson
Shuttle-box E10-E15 Coulbourn Instruments H10-11M-SC
Stimulus generator MCS STG 2000 Multichannel Systems
Plexon Headstage cable 32V-G20 Plexon Inc. HSC/32v-G20
Plexon Headstage  32V-G20 Plexon Inc. HST/32v-G20
PBX preamplifier 32 channels Plexon Inc. 32PBX box
Multichannel Acquisition System Plexon Inc. MAP 32/HLK2
Cryostate CM3050 S Leica Microsystems GmbH
Signal processing Card Ni-Daq National Instruments
Lab StandardTM Stereotaxic Instruments Stoelting Co. 
Audio attenator g.pah g.pah Guger technologies
Cresyl violet acetate Roth GmbH 7651.2
Roticlear  Roth GmbH A538.1
Sodium acetate trihydrate Roth GmbH 6779.1
Potassium hexacyanoferrat(II) trihydrate Roth GmbH 7974.2
Di-sodium hydrogen phospahte dihydrate Merck 1,065,801,000
ICM Impedance Conditioning Module FHC 55-70-0
Animal Temperarture Controler World Precision Instruments ATC2000

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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व्यवहार अंक 104 तंत्रिका विज्ञान व्यवहार तंत्रिका विज्ञान धारणा सीखने दो पूरक शटल-बॉक्स intracortical microstimulation (ICMS) chronical कृंतक श्रवण प्रांतस्था कस्टम इलेक्ट्रोड डिजाइन
धारणा और सीखने का अध्ययन करने के लिए एक उपकरण के रूप में Electrophysiological कॉर्टेक्स रिकॉर्डिंग और उत्तेजना के साथ शटल-बॉक्स प्रशिक्षण संयुक्त
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Happel, M. F. K., Deliano, M., Ohl,… More

Happel, M. F. K., Deliano, M., Ohl, F. W. Combined Shuttle-Box Training with Electrophysiological Cortex Recording and Stimulation as a Tool to Study Perception and Learning. J. Vis. Exp. (104), e53002, doi:10.3791/53002 (2015).

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