Combinado de traslado-Box Entrenamiento con electrofisiológico corteza Grabación y estimulación como una herramienta para estudiar la percepción y aprendizaje
Summary
Shuttle-cuadro aprendizaje de evitación está bien establecido en la neurociencia conductual. Este protocolo se describe cómo el aprendizaje en los roedores lanzadera cuadro se puede combinar con microestimulación sitio específico eléctrica cortical (ICMS) y crónica simultánea en grabaciones in vivo como una herramienta para estudiar varios aspectos del aprendizaje y la percepción.
Abstract
El aprendizaje de evitación de traslado de la caja es un método bien establecido en la neurociencia y experimentales configuraciones de comportamiento eran tradicionalmente hechos a medida; el equipo necesario está disponible por varias empresas comerciales. Este protocolo proporciona una descripción detallada de una evitación de lanzadera cuadro paradigma de aprendizaje de dos vías en roedores (jerbos mongoles aquí; Meriones unguiculatus) en combinación con microestimulación sitio específico eléctrica cortical (ICMS) y crónicas electrofisiológicos in vivo grabaciones simultáneas. El protocolo detallado es aplicable a estudiar varios aspectos de comportamiento de aprendizaje y la percepción en diferentes especies de roedores.
ICMS en sitios específicos de los circuitos corticales auditivas como estímulos condicionados aquí se utiliza como una herramienta para probar la relevancia perceptiva de aferentes específica, eferentes y las conexiones intracorticales. Los patrones de activación distintas pueden ser evocados mediante el uso de diferentes arr electrodo de estimulaciónays para, ICMS capa dependiente locales o sitios ICMS distantes. Utilizando el análisis del comportamiento de detección de señales se puede determinar qué estrategia de estimulación es más eficaz para la obtención de una señal detectable y comportamiento sobresaliente. Además, multicanal-grabaciones paralelas utilizando diferentes diseños de electrodos (electrodos de superficie, electrodos de profundidad, etc.) permiten investigar observables neuronales en el transcurso de tiempo de tales procesos de aprendizaje. Se discute cómo los cambios del diseño de comportamiento pueden aumentar la complejidad cognitiva (por ejemplo, la detección, la discriminación, el aprendizaje de inversión).
Introduction
Un objetivo fundamental de la neurociencia conductual es establecer vínculos específicos entre las propiedades neuronales estructurales y funcionales, el aprendizaje y la percepción. La actividad neuronal asociada con la percepción y el aprendizaje puede ser estudiado por registro electrofisiológico de potenciales de acción y potenciales de campo locales en varias estructuras cerebrales en múltiples sitios. Mientras que los registros electrofisiológicos proporcionan asociaciones correlativos entre la actividad neuronal y el comportamiento, microestimulación directa eléctrica cortical (ICMS) durante más de un siglo ha sido el método más directo para las relaciones causales de pruebas de las poblaciones excitados de las neuronas y sus efectos en el comportamiento y la percepción 1 – 3. Muchos estudios han demostrado que los animales son capaces de hacer uso de diversas propiedades espaciales y temporales de los estímulos eléctricos en tareas de percepción en función de la zona de estimulación dentro de, por ejemplo, retinotopic 4, tonotopic 5, o somatotópica 6 regiones de la corteza. Propagación de la actividad evocada eléctricamente en la corteza está determinada principalmente por la disposición de las fibras axonales y su conectividad sináptica distribuido 2 que, en la corteza, es claramente dependiente de la capa 7. La activación polisináptica resultante evocada por ICMS es a partir de ahora mucho más extendida que los efectos directos de la 2,8,9 campo eléctrico. Esto explica por qué los umbrales de efectos perceptivos provocados por microestimulación intracortical pueden ser fuertemente capa dependiente de 8,10,11 y el sitio dependiente 9. Un estudio reciente demostró en detalle que la estimulación de capas superiores rindió más la activación de amplia propagación de circuitos corticocortical en capas principalmente supragranular, mientras que la estimulación de las capas más profundas de la corteza en un resultado, corticoefferent recurrente focal intracolumnar activación. Experimentos de comportamiento paralelo revelado que este último tiene mucho menor thr detección perceptualesholds 8. Por lo tanto, la ventaja de ICMS estímulos específica de sitio como condicionado fue explotada en combinación con registros electrofisiológicos para relacionar causalmente activaciones específicas de circuitos corticales 8 a medidas de comportamiento de aprendizaje y la percepción en la caja de lanzadera.
El transbordador caja paradigma de dos vías es un aparato de laboratorio bien establecido para estudiar el aprendizaje de evitación 12. Una caja de transporte consta de 2 compartimentos separados por una barrera o puerta. Un estímulo condicionado (CS) que está representado por una señal adecuada como una luz o sonido, se forma contingente seguido por un estímulo no condicionado aversivo (US), como por ejemplo un choque pie sobre un suelo de rejilla metálica. Los sujetos pueden aprender a evitar los EE.UU. por yendo y viniendo de un compartimento de transporte de la caja a la otra en respuesta a la CS. Aprendizaje de traslado-box implica una secuencia de fases de aprendizaje distinguibles 13,14: En primer lugar,los sujetos aprenden a predecir los EE.UU. de la CS por el condicionamiento clásico y escapar de los EE.UU. por el condicionamiento instrumental, como se termina los EE.UU. sobre yendo y viniendo. En una siguiente fase, los sujetos aprenden a evitar los EE.UU. conjunto por yendo y viniendo en respuesta al CS ante nosotros aparición (reacción de evitación). En general, el aprendizaje de traslado caja implica condicionamiento clásico, condicionamiento instrumental, así como el comportamiento dirigido a un objetivo en función de fase de aprendizaje 14.
El procedimiento de traslado de la caja se puede configurar fácilmente y generalmente produce un comportamiento robusto después de algunas sesiones de entrenamiento al día 15 – 17. Además de sencilla condicionamiento de evitación (detección), la caja de transporte se puede utilizar más para estudiar la discriminación de estímulos mediante el empleo de paradigmas Pasa / No Pasa. Aquí, los animales están entrenados para evitar los EE.UU. por una respuesta condicionada (RC) (vaya comportamiento; servicio de transporte en el compartimiento opuesto) en respuesta a una <strong> go-estímulo (CS +) y por el comportamiento de Nogo (alojarse en el compartimiento de corriente; no CR) en respuesta a una Nogo-estímulo (CS-) microstimulation paralelo y registro de la actividad neural con matrices multielectrodo de alta densidad permitir a estudiar. los mecanismos fisiológicos subyacentes aprendizaje exitoso. Varios detalles técnicos que son fundamentales para las combinaciones exitosas de capacitación de transporte-caja, ICMS y electrofisiología en paralelo, se discutirán.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo describe un método de ICMS específicos del sitio simultáneas y registros electrofisiológicos multi-canal en un animal de aprendizaje mediante el uso de un sistema de lanzadera-box controlado aversivo pie-choque de dos vías. El protocolo hace hincapié en conceptos claves técnicas para dicha combinación, y señala la importancia de la conexión a tierra el animal sólo a través de su electrodo de un terreno común, dejando el gridfloor a un voltaje flotante. Aquí, el aprendizaje auditivo lanzadera…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El trabajo fue apoyado por becas de la Deustche Forschungsgemeinschaft DFG y Leibniz-Instituto de Neurobiología. Damos las gracias a Maria-Marina Zempeltzi y Kathrin Ohl para la asistencia 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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