知覚と学習を研究するためのツールとしての電気生理学的皮質の記録と刺激と組み合わせたシャトル・ボックストレーニング
Summary
シャトルボックス回避学習、行動神経科学においてよく確立されています。このプロトコルは、げっ歯類での学習シャトルボックスは、サイト固有の電気皮質内微小刺激（ICMS）と学習と知覚の複数の側面を研究するためのツールとして、in vivoでの録音での同時慢性と組み合わせることができる方法について説明します。
Abstract
シャトルボックス回避学習は、行動神経科学ではよく確立された方法であると実験のセットアップは、伝統的にカスタムメイドしました。必要な機器は、いくつかの商業企業が利用できるようになりました。サイト固有の電気皮質内微小刺激（ICMS）と同時慢性電気生理学的in vivoでの録音と組み合わせて、（Meriones unguiculatusここスナネズミ）このプロトコルは、げっ歯類でパラダイムを学ぶ双方向シャトルボックス回避の詳細な説明を提供します。詳細なプロトコルが異なる齧歯類における学習行動と知覚の複数の側面を研究するために適用可能です。
ここで条件刺激として聴覚皮質回路の部位特異的ICMSは、特定の求心性、遠心性および皮質内の接続の知覚的関連性をテストするためのツールとして使用されます。別個の活性化パターンは、異なる刺激電極のARRを使用することによって誘発することができローカル、層依存ICMSまたは遠隔ICMSサイトのays。刺激戦略は行動的に検出し、顕著なシグナルを誘発するための最も効果的であると判断することができる行動の信号検出分析を利用します。さらに、異なる電極設計を用いた並列マルチチャンネル・レコーディング（など表面電極、深さ電極は、）は、学習過程の時間経過にわたって神経観測を調査することを可能にします。それは行動の設計の変更が認知複雑（例えば検出、差別、逆転学習）を増加させることができる方法を説明します。
Introduction
行動神経科学の基本的な目的は、神経細胞の構造的および機能的特性、学習、知覚との間の特定のリンクを確立することです。認知と学習に関連する神経活動は、活動電位と、複数のサイトでの様々な脳構造における局所電場電位の電気生理学的記録によって研究することができます。 3 –電気生理学的記録は、一世紀以上のための神経活動と行動との相関関連、直接的な電気皮質内微小刺激（ICMS）を提供するのに対し、ニューロンとその行動と知覚的効果1の励起された集団の因果関係をテストするための最も直接的な方法でした。多くの研究は、動物は、インスタンスの網膜4、tに対して内刺激部位に応じて知覚タスクにおける電気刺激の様々な空間的および時間的特性を利用することができることを実証しています皮質のonotopic 5、または体部位6地域。皮質の電気的誘発活動の伝播は主に軸索繊維と皮質で、明らかに層に依存し7である、彼らの分散型シナプス接続2のレイアウトによって決定されます。 ICMSによって誘発される結果多シナプス活性化は、今後電界2,8,9の直接的影響よりもはるかに広く普及しています。皮質内微小刺激によって誘発される知覚的効果のしきい値が強く層依存8,10,11およびサイトに依存9することができます理由を説明。最近の研究では、皮質の結果のより深い層の刺激活性化intracolumnar焦点、再発corticoefferentにいる間、上位層の刺激は、主にsupragranular層におけるcorticocortical回路のより広範囲の活性化をもたらしたことを詳細に明らかにしました。並列行動実験は、後者がはるかに低い知覚検出THRを有していることが明らかになりましたesholds 8。因果8シャトル・ボックス内の学習と知覚の行動測定に固有の皮質回路の活性化に関連するので、サイト固有のICMSのような条件刺激の利点は、電気生理学的記録との組み合わせで利用されました。
双方向シャトルボックスパラダイムは回避学習12を研究するために十分に確立された実験装置です。シャトルボックスはハードルや戸口で区切られた2区画で構成されています。光や音などの適切な信号によって表される条件刺激（CS）は 、偶発的、嫌悪無条件刺激（米国）が続いているインスタンスのような金属格子床の上に足ショック。被験者は、CSに応じて、他の1つのシャトルボックス区画から往復することにより、米国を回避するために学ぶことができます。シャトルボックス学習は識別可能な学習段階13,14のシーケンス含む：まず、被験者は、古典的条件によって、CSから米国を予測し、米国は往復時に終了されると、インストゥルメンタルコンディショニングによって米国から脱出することを学びます。次の段階では、被験者は米国の発症前のCS（ 回避反応）に応答して往復することによって完全に米国を回避することを学びます。一般的に、シャトルボックス学習は古典的条件、楽器コンディショニング、ならびに相 14 の学習に応じて目標指向行動を伴います。
シャトルボックスプロシージャを簡単にセットアップし、一般的にいくつかの毎日のトレーニングセッション15の後に強固な行動を生成することができます- 17。単純な回避コンディショニング（検出）に加えて、シャトルボックスは、さらに移動/ NOGOパラダイムを使用することによって刺激識別を研究するために使用することができます。ここでは、動物は（動作を行って、反対側のコンパートメントにシャトル） 条件反応（CR）によって米国を回避するために訓練されているに応じて<強い>（現在のコンパートメントに滞在しない;ないCR）（CS +）刺激を行くとNOGO行動によってNOGO-刺激（CS-）に応答して神経活動の並列微小刺激と記録を高密度多電極アレイを勉強することを可能にして。成功した学習の基礎となる生理学的メカニズム。シャトルボックス研修、ICMSと並列電気の成功の組み合わせのための基本的なされているいくつかの技術的な詳細は、説明されます。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルは、双方向嫌悪フットショック制御シャトルボックスシステムを使用して学習動物における同時部位特異ICMSマルチチャンネル電気生理学的記録の方法を記載します。プロトコルは、このような組み合わせのための技術的な重要な概念を強調し、フローティング電圧でgridfloorを残し、唯一の共通接地電極を介して動物を接地することの重要性を指摘しています。これら…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
仕事はDeustche Forschungsgemeinschaft DFGと神経生物学のためのライプニッツ研究所からの助成金によってサポートされていました。我々は、技術支援のためのマリア・マリーナZempeltziとキャサリンOHLに感謝します。
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 |
Referências
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