Aufnahme von Aktionspotentialen einzelner Neuronen "sich frei zu bewegen Tauben auf drei Stages of Learning
Summary
Das Erlernen neuer Stimulus-Antwort-Assoziationen greift in eine Vielzahl von neuronalen Prozesse, die letztlich in wechselnden Spitzenleistung von einzelnen Neuronen reflektiert werden. Hier beschreiben wir eine Verhaltensprotokoll, das für die kontinuierliche Registrierung von Single-Neuronen-Aktivität während Tiere zu erwerben, zu löschen und Wiedererlangung eine konditionierte Reaktion innerhalb eines einzigen experimentellen Sitzung.
Abstract
Während das Thema Lernen hat großes Interesse sowohl von Verhaltens-und neuronale Wissenschaftler angezogen, haben nur relativ wenige Ermittler Single-Neuronen-Aktivität beobachtet, während die Tiere den Erwerb eines operant konditionierte Reaktion, oder wenn die Antwort wird ausgelöscht. Aber auch in diesen Fällen Beobachtungsperioden umfassen in der Regel nur eine einzige Stufe des Lernens, dh Erwerb oder Aussterben, aber nicht beide (Ausnahmen sind Protokolle Einsatz Umkehrung Lernen, siehe Bingman et al 1 für ein Beispiel.). , Den Erwerb und das Aussterben sind jedoch mit verschiedenen Lernmechanismen und wird daher erwartet, die von verschiedenen Typen und / oder Orte der neuronalen Plastizität einhergehen.
Dementsprechend entwickelten wir ein Verhaltens Paradigma, das Institute drei Phasen des Lernens in einer einzigen Sitzung und Verhaltens was für die gleichzeitige Aufnahme von Aktionspotentialen einzelner Neuronen "gut geeignet. Tiere einSie sind auf einer Single-Intervall Wahl gezwungen Aufgabe, die Zuordnung jeder Wahl von zwei möglichen Antworten auf die Präsentation der verschiedenen neuartigen visuellen Reizen (Erwerb) erfordert geschult. Nachdem eine vordefinierte Leistungskriterium, einer der beiden Wahl-Antworten erreicht ist nicht mehr verstärkt (Extinktion). Nach einer gewissen Reduzierung der Leistungsebene werden wieder richtige Antworten (Rückkauf) verstärkt. Durch die Verwendung einer neuen Reihe von Stimuli in jeder Sitzung können Tiere die Übernahme-Aussterben-Rückkauf-Prozess immer wieder zu unterziehen. Da alle drei Phasen des Lernens in einer einzigen Sitzung Verhaltens auftreten, ist das Paradigma ideal für die gleichzeitige Beobachtung der Aufstock Ausgabe von mehreren einzelnen Neuronen. Wir verwenden Tauben als Modellsysteme, aber die Aufgabe kann leicht auf andere Spezies, die Diskriminierung Lernen Anlage angepasst werden.
Introduction
Das Erlernen neuer Reiz-Reaktions-Ergebnis Verbände greift in eine Vielzahl von Prozessen der neuronalen Plastizität. Diese Prozesse werden schließlich in der sich verändernden Spike Ausgabe einzelner Neuronen wider. Es dürfte wohl eines der am häufigsten eingesetzten Lernparadigmen Pawlowschen Angstkonditionierung mit Nagetieren durchgeführt. In dieser Einstellung wird der Erwerb und Erlöschen einer bedingten Reaktion erfolgt innerhalb ein paar Dutzend Studien 2. Die rasante Entwicklung von konditionierten Angst kann vorteilhaft sein, weil es läuft eine große Anzahl von Tieren in kurzer Zeit ermöglicht. Auch kann Akquisition und Extinktion innerhalb von ein paar Dutzend Versuche an einem einzigen Tag in naiven Tieren beobachtet 3,4 oder über 2 bis 3 Tage 2,5-8 verteilt werden. Doch über die Veränderungen der neuronalen Aktivität gewonnenen Erkenntnisse während des Lernens in diesen Experimenten nicht unbedingt außerhalb der Domäne der Angst Anlage gelten. Zum Beispiel, zielgerichtetes Verhalten von Position gefahrentive Verstärkung mehr ausreichend durch operante Konditionierung nach Pawlow, anstatt Verfahren modelliert und können zum Teil von verschiedenen neuronalen Substrate 9,10. Außerdem entwickelt Angstkonditionierung so schnell, dass neuronale Reaktionen auf die CS nur für ein paar Dutzend Studien beobachtet werden, indem strenge Grenzen auf der Analyse von Veränderungen der neuronalen Aktivität während des Lernens.
Leider ist die Akquisition und das Aussterben der operanten Regel reagiert dauert viele Tage. Dies ist nachteilig für die neurophysiologische Untersuchungen, da es bekanntermaßen schwierig ist, die Aktivität von einzelnen Zellen über mehr als ein paar Stunden aufzuzeichnen. Aufgrund der hohen Ähnlichkeit der Wellenformen des Aktionspotentiale extrazellulär erfasst, ist es problematisch, dadurch gekennzeichnet, daß Spitzen an einem Tag registriert werden aus der gleichen Zelle wie Spikes mit ähnlichen Wellenformen auf der nächsten aufgezeichneten 11,12 allem in Gebieten mit hoher erzeugt, Zelldichte wie dem Hippocampus.
<p class="Jove_content"> Um diese Probleme anzugehen, eine neue Verhaltens Paradigma Verwendung von 3 Lernbedingungen haben wir innerhalb einer experimentellen Sitzung an einem einzigen Tag. Dies erfordert, dass das Versuchstier ist bereit, Hunderte von Studien unter verschiedenen Bedingungen auf einer dünnen Verstärkungsplan durchzuführen. Brieftauben (Columbia livia forma domestica) sind klassische Modellorganismen in der experimentellen Psychologie 13-17. Diese Vögel sind in der Lage, komplexe visuelle Unterscheidungen 18 durchführen, können flexibel an sich ändernde Verhalten Verstärkung Eventualitäten 19,20 und sind eindeutig begeisterter Arbeiter, die Durchführung 1000 Versuche mit minimaler Verstärkung. Diese Eigenschaften machen sie besonders geeignet für die unten beschriebenen Experimente.Protocol
Representative Results
Discussion
Dieses Protokoll beschreibt eine komplexe Verhaltens Aufgabe geeignet für die gleichzeitige Single-Unit-Aufnahmen. Wir haben die Aufgabe, für Tauben SIFC beschrieben, aber es kann leicht zu Nagetieren durch die Forderung Nase Pokes oder Hebel drücken, anstatt Taste pickt, visuelle und Ersetzen von Geruchs-, Gehör-, oder taktile Reize angepasst werden.
Vielleicht sind die wichtigsten Schritte während der Trainingsverfahren sind 1) schrittweise Verringerung der Wahrscheinlichkeit und Belo…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde durch Fördermittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) an MCS (FOR 1581 STU 544/1-1) und OG (FOR 1581, SFB 874) unterstützt. Die Website der DFG ist http://www.dfg.de/en/index.jsp. Die Geldgeber hatten keine Rolle in Studiendesign, Datenerfassung und Analyse, Entscheidung zur Veröffentlichung oder Vorbereitung der manuscript.The Autoren danken Thomas Seidenbecher für uns mit dem Gold-Plating-Protokoll sowie Tobias Otto für die Hilfe bei der Einrichtung des elektrophysiologischen Aufnahmegeräte.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 | 0.4x20mm/ 27Gx3/4" | |
| 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
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