自由移动鸽子穿越三个阶段学习记录单个神经元'动作电位
Summary
学习新的刺激 – 反应协会从事范围广泛的神经工序，而最终体现在改变单个神经元的秒杀输出。在这里，我们描述一个行为协议，允许单神经元活动的连续记录，而动物收购，熄灭，和一个实验性会话中重新获取一个条件反应。
Abstract
而学习的主题，吸引了极大的兴趣来自行为和神经科学家，只有相对少数的研究者观察到单个神经元的活动，而动物被收购的operantly条件反应，或当该响应熄灭。但即使在这种情况下，观察期通常包括学习的只有一个阶段， 即收购或灭绝，但不能同时使用（例外情况包括用人逆转的学习方案;见宾曼等 1中的示例）。然而，收购和灭绝涉及不同的学习机制，因此预期将伴随着不同类型和/或神经可塑性的基因位点。
因此，我们开发了一种行为范式的机构学在一个单一的行为会话和其中三个阶段是非常适合用于同时记录的单个神经元的动作电位。动物重新训练上的单间隔强迫选择的任务，需要各两个可能的选择反应，不同的新颖的视觉刺激（购入）的呈现映射。已达到预定的性能指标，这两个选择反应之一后不再增强（消光）。按照一定的递减在性能水平，正确的反应是再次强化（重捕）。通过使用一套新的在每一个会话的刺激，动物可以反复进行收购灭绝 – 再获取过程。因为学习的三个阶段发生在一个单一的行为会议上，范式是理想的同时观测多个单个神经元的扣球输出。我们用鸽子作为模型系统，但是该任务可以很容易地适应空调能力辨别学习的任何其它物种。
Introduction
学习新的刺激 – 反应 – 结果组织从事广泛的神经可塑性过程。这些过程最终体现在单个神经元的变化尖峰输出。可以说，最经常使用的学习范式之一是与啮齿类动物进行巴甫洛夫恐惧制约。在这种背景下，一个条件反应的采集和灭绝采取了几十个试验2内进行。条件性恐惧的快速发展是有利的，因为它允许在短时间内运行大量的动物。此外，收购和消光可以在几十试验在一天中天真的动物观察到3,4或分布在2〜3天2,5-8。然而，见解学习期间在这些实验中并不一定适用恐惧条件外域上涨约神经活动的变化。例如，目标导向的行为由驱动位置略去钢筋更充分地通过操作性，而不是巴甫洛夫条件反射过程建模，并可能部分依赖于不同的神经基础9,10。此外，恐惧制约发展如此迅速，在CS的神经反应只能为几十个试验中观察到，将神经活动的变化分析严重限制在学习。
不幸的是，操作性通常响应的收购和消灭需要很多天。这是有害的神经生理学研究，因为它是非常困难的在超过几小时来记录单细胞的活性。由于细胞外记录的动作电位波形的高相似性，它要求该记录在一天尖峰是从同一小区产生的尖峰与记录在下一11,12相似的波形，特别是在具有高的区域是有问题细胞密度如海马。
<p class=“jove_content”>为了解决这些问题，我们开发了利用3学习条件了一种新的行为模式中的一个实验性会议上一天。这就要求实验动物愿意在不同条件下对薄加固的时间表来执行上百个试验。信鸽（ 哥伦比亚利维亚经家蝇 ）是经典模式生物在实验心理学13-17。这些鸟能够执行复杂的视觉歧视18，可以灵活适应行为来改变筋突发事件19,20，并且是唯一热衷的工人，进行1,000试验的构件最小配筋量。这些特性使它们特别适用于下述实验。Protocol
操守准则所有实验均按照动物在科学的保养和使用了德国的指引进行。程序批准了北莱茵 – 威斯特法伦州，德国的状态的国家伦理委员会。 系统概述 操作性试验箱操作性室（ 图1）测量34厘米X 34厘米×50厘米。三个半透明的响应键（4厘米×4厘米位于大约20厘米以上的地面水平）的凹入腔室?…
Representative Results
行为 图4A显示了一个动物在一个实例中会话的行为表现。动物的表现水平达到标准的NS 2在180个试验（45刺激演示），并接近100％的NS从1开始。这一策略 – 首先响应相同的密钥进行新的刺激，然后调整反应的刺激之一 – 大约是经常观察到的初始随机响应两个NS。在这个会议上，南北2是随机选择接受灭绝，这意味着下面的这种刺激所有的选择保持无关紧要的（学习阶段?…
Discussion
本协议描述适用于并发单机录制一个复杂的行为的任务。我们所描述的SIFC任务的鸽子，但它可以通过要求的鼻子戳或杆按下，而不是关键啄，而代以通过视觉嗅觉，听觉或触觉的刺激很容易地适应啮齿类动物。
也许是训练过程中最关键的步骤是：1）逐渐减少奖励概率和2）在试验的数目增加。对于间歇性强化的熟悉的刺激，我们决定奖励的概率从0.5到0.8;这些都足以产生稳定?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究是由赠款从德国研究基金会（DFG），以MCS（FOR 1581，STU 544/1-1）和OG（FOR 1581，SFB 874）的支持。东风集团的网站是http://www.dfg.de/en/index.jsp。资助者在研究设计，数据收集和分析，发布的决定，或准备manuscript.The作者没有作用感谢托马斯Seidenbecher为我们提供了镀金的协议以及托比亚斯奥托的帮助，建立了电录音设备。
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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Cite This Article
Starosta, S., Stüttgen, M. C., Güntürkün, O. Recording Single Neurons’ Action Potentials from Freely Moving Pigeons Across Three Stages of Learning. J. Vis. Exp. (88), e51283, doi:10.3791/51283 (2014).