हमने दो चढ़ाई फाइबर-निर्भर साहचर्य सीखने के कार्यों के दौरान जानवरों के व्यवहार को ट्रैक करने के लिए एक एकल मंच विकसित किया है। कम लागत वाला डिजाइन फाइबर से जुड़े अनुमस्तिष्क गतिविधि पर चढ़ने की दिशा में निर्देशित ऑप्टोजेनेटिक या इमेजिंग प्रयोगों के साथ एकीकरण की अनुमति देता है।
पुरकिंजे कोशिकाओं के लिए फाइबर इनपुट पर चढ़ने सेरिबैलम-निर्भर साहचर्य सीखने के लिए महत्वपूर्ण शिक्षाप्रद संकेत प्रदान करते हैं। सिर-निश्चित चूहों में इन संकेतों का अध्ययन इमेजिंग, इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल और ऑप्टोजेनेटिक तरीकों के उपयोग की सुविधा प्रदान करता है। यहां, एक कम लागत वाला व्यवहार मंच (~ $ 1000) विकसित किया गया था जो सिर-निश्चित चूहों में साहचर्य सीखने की ट्रैकिंग की अनुमति देता है जो एक चल रहे पहिये पर स्वतंत्र रूप से लोकोमोट करते हैं। प्लेटफ़ॉर्म में दो सामान्य साहचर्य सीखने के प्रतिमान शामिल हैं: आईब्लिंक कंडीशनिंग और विलंबित स्पर्श चौंका देने वाली कंडीशनिंग। व्यवहार एक डिटेक्टर द्वारा एक कैमरा और पहिया आंदोलन का उपयोग करके ट्रैक किया जाता है। हम घटकों और सेटअप का वर्णन करते हैं और प्रशिक्षण और डेटा विश्लेषण के लिए एक विस्तृत प्रोटोकॉल प्रदान करते हैं। यह प्लेटफ़ॉर्म ऑप्टोजेनेटिक उत्तेजना और प्रतिदीप्ति इमेजिंग को शामिल करने की अनुमति देता है। डिजाइन एक एकल मेजबान कंप्यूटर को एक साथ कई जानवरों को प्रशिक्षित करने के लिए कई प्लेटफार्मों को नियंत्रित करने की अनुमति देता है।
एक वातानुकूलित प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए उत्तेजनाओं के बीच उप-दूसरे संबंध की पावलोवियन कंडीशनिंग का उपयोग लंबे समय से अनुमस्तिष्क-निर्भर सीखने की जांच के लिए किया गया है। उदाहरण के लिए, शास्त्रीय देरी आईब्लिंक कंडीशनिंग (डीईसी) में, जानवर एक तटस्थ सशर्त उत्तेजना (सीएस; उदाहरण के लिए, प्रकाश या श्रवण टोन का एक फ्लैश) के जवाब में एक अच्छी तरह से सुरक्षात्मक पलक बनाना सीखते हैं, जब इसे बिना शर्त उत्तेजना (यूएस; उदाहरण के लिए, कॉर्निया पर लागू हवा का एक कश) के साथ बार-बार जोड़ा जाता है, जो हमेशा एक पलटा पलक निकालता है, और जो सीएस के अंत में या उसके पास आता है। सीखी गई प्रतिक्रिया को वातानुकूलित प्रतिक्रिया (सीआर) के रूप में संदर्भित किया जाता है, जबकि रिफ्लेक्स प्रतिक्रिया को अनकंडिशन्ड प्रतिक्रिया (यूआर) के रूप में संदर्भित किया जाता है। खरगोशों में, सेरिबैलम-विशिष्ट घाव 1,2,3,4 सीखने के इस रूप को बाधित करते हैं। इसके अलावा, पुरकिंजे सेल कॉम्प्लेक्स स्पाइक्स, उनके चढ़ाई फाइबर इनपुट5 द्वारा संचालित, ठीक से समय पर सीआर के अधिग्रहण के लिए एक आवश्यक6,7 और पर्याप्त 8,9 सिग्नल प्रदान करते हैं।
हाल ही में, सिर-निश्चित चूहों के लिए फाइबर-निर्भर साहचर्य सीखने के प्रतिमानों पर चढ़ाई विकसित की गई है। डीईसी इस कॉन्फ़िगरेशन10,11 के लिए अनुकूलित होने वाला पहला साहचर्य सीखने का प्रतिमान था। सिर-तय चूहों में डीईसी का उपयोग अनुमस्तिष्क क्षेत्रों की पहचान करने के लिए किया गया है 11,12,13,14,15,16,17 और सर्किटतत्व11,1 2,13,14,15,18,19 जो कार्य अधिग्रहण और विलुप्त होने के लिए आवश्यक हैं। इस दृष्टिकोण का उपयोग यह प्रदर्शित करने के लिए भी किया गया है कि कार्य मापदंडों का सेलुलर-स्तरीय शारीरिक प्रतिनिधित्व13,15,16 सीखने के साथ कैसे विकसित होता है।
आईब्लिंक के अलावा, विलंबित चौंका देने वाला स्पर्श कंडीशनिंग (डीटीएससी) प्रतिमान हाल ही में सिर-निश्चित चूहों20 के लिए एक उपन्यास साहचर्य सीखने के कार्य के रूप में विकसित किया गया था। अवधारणात्मक रूप से डीईसी के समान, डीटीएससी में अमेरिका के साथ एक तटस्थ सीएस की प्रस्तुति शामिल है, यूआर के रूप में एक चौंका देने वाले पलटा21,22 को संलग्न करने के लिए तीव्रता में पर्याप्त चेहरे पर एक टैप। DTSC प्रतिमान में, UR और CR दोनों को एक पहिया पर पिछड़े लोकोमोशन के रूप में पढ़ा जाता है। डीटीएससी का उपयोग अब यह उजागर करने के लिए किया गया है कि साहचर्य सीखने सेरेबेलर गतिविधि और जीन अभिव्यक्ति20 के पैटर्न को कैसे बदल देता है।
इस काम में, एक ही मंच में डीईसी या डीटीएससी को लचीले ढंग से लागू करने के लिए एक विधि विकसित की गई थी। उत्तेजना और प्लेटफ़ॉर्म विशेषताओं को चित्र 1 में स्कीमाटाइज़ किया गया है। डिजाइन में एक कैमरे के साथ-साथ एक रोटरी एन्कोडर के साथ जानवरों के व्यवहार को ट्रैक करने की क्षमता शामिल है ताकि एक पहिया पर माउस लोकोमोशन को ट्रैक किया जा सके। डेटा लॉगिंग और परीक्षण संरचना के सभी पहलुओं को युग्मित माइक्रोकंट्रोलर (Arduino) और एक एकल-बोर्ड कंप्यूटर (SBC) द्वारा नियंत्रित किया जाता है; रास्पबेरी पाई)। इन उपकरणों को प्रदान किए गए ग्राफिकल यूजर इंटरफेस के माध्यम से एक्सेस किया जा सकता है। यहां, हम सेटअप, प्रयोग की तैयारी और निष्पादन के लिए एक वर्कफ़्लो और डेटा विज़ुअलाइज़ेशन के लिए एक अनुकूलित विश्लेषण पाइपलाइन प्रस्तुत करते हैं।
यहां उल्लिखित संबद्ध प्रोटोकॉल के साथ मंच का उपयोग दो संवेदी साहचर्य सीखने के कार्यों में पशु व्यवहार को मज़बूती से ट्रैक करने के लिए किया जा सकता है। प्रत्येक कार्य चढ़ाई फाइबर मार्ग के माध्यम से बरक…
The authors have nothing to disclose.
यह काम मानसिक स्वास्थ्य NRSA F32 MH120887-03 (G.J.B.) और R01 NS045193 और R01 MH115750 (S.S.-H.W. के लिए) के राष्ट्रीय संस्थानों से अनुदान द्वारा समर्थित है। हम डीईसी सेटअप को अनुकूलित करने के लिए उपयोगी चर्चा के लिए सहायक चर्चा के लिए डॉ बास कोएक्कोक और हेंक-जान बोएले और डीटीएससी सेटअप को अनुकूलित करने के लिए सहायक चर्चाओं के लिए डॉस यू वांग और शियाओयिंग चेन को धन्यवाद देते हैं।
"B" Quick Base For C&B METABOND – 10 mL bottle | Parkell | S398 | Dental cement solvent |
"C" Universal TBB Catalyst – 0.7 mL | Parkell | S371 | Catalyst |
#8 Washers | Thorlabs | W8S038 | Washers |
0.250" (1/4") x 8.00" Stainless Steel Precision Shafting | Servocity | 634172 | 1/4" shaft |
0.250” (0.770") Clamping Hub | Servocity | 545588 | Clamping hub |
1/4" to 6 mm Set Screw Shaft Coupler- 5 pack | Actobotics | 625106 | Shaft-coupling sleeve |
1/4"-20 Cap Screws, 3/4" Long | Thorlabs | SH25S075 | 1/4" bolt |
100 pcs 5 mm 395–400 nm UV Ultraviolet LED Light Emitting Diode Clear Round Lens 29 mm Long Lead (DC 3V) LEDs Lights +100 pcs Resistors | EDGELEC | ED_YT05_U_100Pcs | CS LEDs |
2 m Micro HDMI to DVI-D Cable – M/M – 2 m Micro HDMI to DVI Cable – 19 pin HDMI (D) Male to DVI-D Male – 1920 x 1200 Video | Star-tech | HDDDVIMM2M | Raspberry Pi4B to monitor cable |
256 GB Ultra Fit USB 3.1 Flash Drive | SanDisk | SDCZ430-256G-G46 | USB thumb drive |
3.3 V–5 V 4 Channels Logic Level Converter Bi-Directional Shifter Module | Amazon | B00ZC6B8VM | Logic level shifter |
32 GB 95 MB/s (U1) microSDHC EVO Select Memory Card | Samsung | MB-ME32GA/AM | microSD card |
4.50" Aluminum Channel | Servocity | 585444 | 4.5" aluminum channel |
48-LED CCTV Ir Infrared Night Vision Illuminator | Towallmark | SODIAL | Infrared light array |
4PCS Breadboards Kit Include 2PCS 830 Point 2PCS 400 Point Solderless Breadboards for Proto Shield Distribution Connecting Blocks | REXQualis | B07DL13RZH | Breadboard |
5 Port Gigabit Unmanaged Ethernet Network Switch | TP-Link | TL-SG105 | Ethernet switch |
5 V 2.5 A Raspberry Pi 3 B+ Power Supply/Adapter | Canakit | DCAR-RSP-2A5 | Power supply for Raspberry Pi 3B+ |
5-0 ETHILON BLACK 1 x 18" C-3 | Ethicon | 668G | Sutures |
6 mm Shaft Encoder 2000 PPR Pushpull Line Driver Universal Output Line Driver Output 5-26 V dc Supply | Calt | B01EWER68I | Rotary encoder |
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 1", 5 Pack | Thorlabs | TR1-P5 | Optical posts |
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 2", 5 Pack | Thorlabs | TR2-P5 | Optical posts |
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 4", 5 Pack | Thorlabs | TR4-P5 | Optical posts |
Ø1/2" Optical Post, SS, 8-32 Setscrew, 1/4"-20 Tap, L = 6", 5 Pack | Thorlabs | TR6-P5 | Optical posts |
Ø1/2" Post Holder, Spring-Loaded Hex-Locking Thumbscrew, L = 2" | Thorlabs | PH2 | Optical post holder |
Adapter-062-M X LUER LOCK-F | The Lee Co. | TMRA3201950Z | Solenoid valve luer adapter |
Aeromat Foam Roller Size: 36" Length | Aeromat | B002H3CMUE | Foam roller |
Aluminum Breadboard 10" x 12" x 1/2", 1/4"-20 Taps | Thorlabs | MB1012 | Aluminum breadboard |
Amazon Basics HDMI to DVI Adapter Cable, Black, 6 Feet, 1-Pack | Amazon | HL-007347 | Raspberry Pi3B+ to monitor cable |
Arduino Uno R3 | Arduino | A000066 | Arduino Uno (microcontroller board) |
Arduino Due | Arduino | A000062 | Arduino Due (microcontroller board) |
Bench Power Supply, Single, Adjustable, 3 Output, 0 V, 24 V, 0 A, 2 A | Tenma | 72-8335A | Power supply |
Clear Scratch- and UV-Resistant Cast Acrylic Sheet, 12" x 24" x 1/8" | McMaster Carr | 8560K257 | Acrylic sheet |
CNC Stepper Motor Driver 1.0–4.2 A 20–50 V DC 1/128 Micro-Step Resolutions for Nema 17 and 23 Stepper Motor | Stepper Online | B06Y5VPSFN | Stepper motor driver |
Compact Compressed Air Regulator, Inline Relieving, Brass Housing, 1/4 NPT | McMaster Carr | 6763K13 | Air source regulator |
Cotton Swab | Puritan | 806-WC | Cotton swab |
Dell 1908FP 19" Flat Panel Monitor – 1908FPC | Dell | 1908FPC | Computer monitor |
Flex Cable for Raspberry Pi Camera | Adafruit | 2144 | camera serial interface cable |
High Torque Nema 17 Bipolar Stepper Motor 92 oz·in/65 N·cm 2.1 A Extruder Motor | Stepper Online | 17HS24-2104S | Stepper motor |
Isoflurane | Henry Schein | 66794001725 | Isoflurane |
Krazy Maximum Bond Permanent Glue, 0.18 oz. | Krazy Glue | KG483 | Cyanoacrylate glue |
Lidocaine HCl | VetOne | 510212 | Lidocaine |
Low-Strength Steel Hex Nut, Grade 2, Zinc-Plated, 1/4"-20 Thread Size | McMaster Carr | 90473A029 | Nuts |
M3 x 50 mm Partially Threaded Hex Key Socket Cap Head Screws 10 pcs | Uxcell | A16040100ux1380 | M3 bolt |
NEMA 17 Stepper Motor Mount | ACTOBOTICS | 555152 | Stepper motor mount |
Official Raspberry Pi Power Supply 5.1 V 3 A with USB C – 1.5 m long | Adafruit | 4298 | Power supply for Raspberry Pi 4B |
Optixcare Dog & Cat Eye Lube Lubricating Gel, 0.70-oz tube | Optixcare | 142422 | Opthalimic ointment |
Precision Stainless Steel Ball Bearing, Shielded, Trade No. R188-2Z, 13000 rpm Maximum Speed | McMaster-Carr | 3759T57 | Bearing |
Premium Female/Female Jumper Wires – 40 x 6" | Adafruit | 266 | Wires |
Premium Female/Male 'Extension' Jumper Wires – 40 x 6" (150 mm) | Adafruit | 826 | Wires |
Premium Male/Male Jumper Wires – 40 x 6" | Adafruit | 758 | Wires |
Radiopaque L-Powder for C&B METABOND – 5 g | Parkell | S396 | Dental cement powder |
Raspberry Pi (3B+ or 4B) | Adafruit | 3775 or 4295 | Raspberry Pi |
Raspberry Pi NoIR Camera Module V2 – 8MP 1080P30 | Raspberry Pi Foundation | RPI3-NOIR-V2 | Raspberry NoIR V2 camera |
Right-Angle Bracket, 1/4" (M6) Counterbored Slot, 8-32 Taps | Thorlabs | AB90E | Right-angle bracket |
Right-Angle Clamp for Ø1/2" Posts, 3/16" Hex | Thorlabs | RA90 | Right-angle optical post clamp |
Right-Angle End Clamp for Ø1/2" Posts, 1/4"-20 Stud and 3/16" Hex | Thorlabs | RA180 | Right-angle end clamp |
RJ45 Cat-6 Ethernet Patch Internet Cable | Amazon | CAT6-7FT-5P-BLUE | Ethernet cable |
Rotating Clamp for Ø1/2" Posts, 360° Continuously Adjustable, 3/16" Hex | Thorlabs | SWC | Rotating optical post clamps |
Spike & Hold Driver-0.1 TO 5 MS | The Lee Co. | IECX0501350A | Solenoid valve driver |
Swivel Base Adapter | Thorlabs | UPHA | Post holder adapter |
USB 2.0 A-Male to Micro B Cable, 6 feet | Amazon | 7T9MV4 | USB2 type A to USB2 micro cable |
USB 2.0 Printer Cable – A-Male to B-Male, 6 Feet (1.8 m) | Amazon | B072L34SZS | USB2 type B to USB2 type A cable |
VHS-M/SP-12 V | The Lee Co. | INKX0514900A | Solenoid valve |
Zinc-Plated Steel 1/4" washer, OD 1.000" | McMaster Carr | 91090A108 | Washers |