Combinado Shuttle-Box Formação com eletrofisiológica Cortex Gravação e Estimulação como Ferramenta para o Estudo de Percepção e Aprendizagem
Summary
Shuttle-box aprendizagem evasão está bem estabelecida em neurociência comportamental. Este protocolo descreve como shuttle-box aprendizagem em roedores pode ser combinado com microstimulation site-specific elétrica intracortical (ICMS) e crônica simultânea em gravações vivo como uma ferramenta para estudar vários aspectos da aprendizagem e percepção.
Abstract
Aprendizagem evasão Shuttle-box é um método bem estabelecido na neurociência e experimentais setups comportamentais foram tradicionalmente feitos sob medida; o equipamento necessário está disponível agora por várias empresas comerciais. Este protocolo fornece uma descrição detalhada de uma de duas vias evitar shuttle-box paradigma de aprendizagem em roedores (gerbilos da Mongólia aqui; Meriones unguiculatus) em combinação com microstimulation site-specific elétrica intracortical (ICMS) e simultâneos crônicas eletrofisiológicos in vivo gravações. O protocolo detalhado é aplicável a estudar vários aspectos do comportamento de aprendizagem ea percepção em diferentes espécies de roedores.
ICMS específicas do local de circuitos corticais auditivas como estímulos condicionados aqui é usado como uma ferramenta para testar a relevância perceptual de aferentes específico, eferentes e conexões intracorticais. Padrões de ativação distintas pode ser evocado, utilizando diferentes arr eletrodo de estimulaçãoays para ICMS, dependente da camada locais ou sites de ICMS distantes. Utilizando análise comportamental detecção do sinal pode ser determinada qual a estratégia de estimulação é mais eficaz para provocar um sinal detectável comportamentalmente e saliente. Além disso, multicanal-gravações paralelas utilizando diversos modelos de eletrodos (eletrodos de superfície, eletrodos de profundidade, etc.) permitem investigar observáveis neuronais ao longo do tempo, destes processos de aprendizagem. Será discutido como as mudanças do projeto comportamental pode aumentar a complexidade cognitiva (por exemplo, detecção, discriminação, aprendizagem reversa).
Introduction
Um objectivo fundamental da neurociência comportamental é estabelecer ligações específicas entre as propriedades estruturais e funcionais neuronais, aprendizagem e percepção. Atividade neural associada com a percepção e aprendizagem pode ser estudada pela gravação eletrofisiológico dos potenciais de ação e potenciais de campo locais em várias estruturas cerebrais em vários locais. Considerando registros eletrofisiológicos fornecer associações correlativas entre a atividade eo comportamento neural, microstimulation elétrica direta intracortical (ICMS) por mais de um século tem sido o método mais direto para as relações causais testes de populações de neurônios excitados e seus efeitos comportamentais e perceptivas 1 – 3. Muitos estudos têm demonstrado que os animais são capazes de fazer uso de várias propriedades espaciais e temporais de estímulos eléctricos em tarefas perceptivas, dependendo do local dentro de estimulação por exemplo retinotópica 4, tonotopic 5, 6 ou somatotópica regiões no córtex. Propagação da actividade eléctrica evocada no córtex é determinada principalmente pela disposição das fibras axonais e a sua conectividade synaptic distribuído 2 que, no córtex, é claramente dependente da camada 7. A ativação resultante polysynaptic evocada pelo ICMS é doravante muito mais difundida do que efeitos diretos do 2,8,9 campo elétrico. Isso explica por que os limiares de efeitos perceptivos induzidos pelo microstimulation intracortical pode ser fortemente camadas dependente 8,10,11 e 9-dependente site. Um estudo recente demonstrou em detalhes que a estimulação de camadas superiores rendeu mais ativação generalizada de circuitos corticocortical em camadas principalmente supragranular, enquanto a estimulação de camadas mais profundas do córtex resultado em um corticoefferent recorrente focal intracolumnar ativação. Experimentos comportamentais paralelas revelou que este último tem muito mais baixo thr detecção perceptualesholds 8. Portanto, a vantagem de site-specific ICMS como estímulos condicionados foi explorada em associação com registros eletrofisiológicos para relacionar causalmente ativações de circuitos corticais específicas 8 a medidas comportamentais de aprendizagem e percepção em shuttle-box.
O bidirecional shuttle-box paradigma é um aparelho de laboratório bem estabelecido para estudar aprendizagem evasão 12. Um shuttle-box é composto por 2 compartimentos separados por um obstáculo ou um pórtico. Um estímulo condicionado (CS) que está representada por um sinal adequado, como uma luz ou de som, é contingente, seguido por um estímulo não condicionado aversivo (EUA), como por exemplo, um choque no pé ao longo de um chão de grade de metal. Os indivíduos podem aprender a evitar os EUA por vaivém de um compartimento shuttle-box para o outro em resposta ao CS. Aprendizagem Shuttle-box envolve uma seqüência de fases de aprendizagem distintas 13,14: Em primeiro lugar,assuntos aprender a prever os EUA a partir do CS por condicionamento clássico e para escapar de os EUA por condicionamento instrumental, como os EUA é encerrado mediante vaivém. Numa fase seguinte, o indivíduo aprende a evitar completamente os EUA por vaivém, em resposta ao CS antes do início dos EUA (reacção de evasão). Geralmente, a aprendizagem shuttle-box envolve o condicionamento clássico, condicionamento instrumental, bem como o comportamento goal-directed dependendo aprendizagem fase 14.
O procedimento shuttle-box pode ser configurado facilmente e geralmente produz um comportamento robusto após algumas sessões diárias de treinamento 15 – 17. Além de simples evasão condicionado (detecção), shuttle-box pode ser ainda utilizado para estudar a discriminação estímulo empregando paradigmas go / Nogo. Aqui, os animais são treinados para evitar os EUA por uma resposta condicionada (CR) (ir comportamento; shuttle para o compartimento oposto), em resposta a um <forte> ir-estímulo (CS +) e pelo comportamento Nogo (permanecer no compartimento de corrente, sem CR), em resposta a um Nogo-estímulo (CS-) microestimulação paralela e gravação de actividade neural com matrizes multieletrodo de alta densidade permitem estudar. os mecanismos fisiológicos subjacentes aprendizagem bem sucedida. Vários detalhes técnicos que são fundamentais para as combinações bem sucedidas de formação shuttle-box, ICMS e eletrofisiologia Paralelamente, serão discutidos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve um método de ICMS simultâneas site-specific e registros eletrofisiológicos multi-canal em um animal aprender usando um aversivo pé-choque sistema shuttle-box controlado em dois sentidos. O protocolo enfatiza os principais conceitos técnicos para tal combinação e salienta a importância de fundamentar o animal apenas via sua eletrodo terra comum, deixando o gridfloor a uma tensão flutuante. Aqui, auditiva aprendizagem shuttle-box foi aplicada a gerbilos da Mongólia como reorganizações p…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O trabalho foi financiado por doações do Deustche Forschungsgemeinschaft DFG eo Instituto Leibniz de Neurobiologia. Agradecemos a Maria-Marina Zempeltzi e Kathrin Ohl para assistência técnica.
Materials
| 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 |
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