Kombinerad Shuttle-Box Träning med Elektro Cortex inspelning och stimulering som ett verktyg för att studera Perception och lärande

En grundläggande syftet med beteende neurovetenskap är att fastställa särskilda förbindelser mellan neuronala strukturella och funktionella egenskaper, lärande och perception. Neural aktivitet i samband med perception och lärande kan studeras genom elektrofysiologiska inspelning av aktionspotentialer och lokala fältet potential i olika hjärnstrukturer på flera webbplatser. Medan elektrofysiologiska inspelningar ger korrelativa samband mellan neural aktivitet och beteende, har direkt elektrisk intrakortikal microstimulation (ICMS) i över ett sekel varit den mest direkta metoden för att testa orsakssamband av glada populationer av nervceller och deras beteendemässiga och perceptuella effekter ^{1 – 3.} Många studier har visat att djur kan utnyttja olika rumsliga och tidsmässiga egenskaper av elektriska stimuli i perceptuella uppgifter beroende på stimulans plats inom exempelvis retinotopic ^4, tonotopic ⁵ eller somatotopic ⁶ regioner i hjärnbarken. Förökning av elektriskt framkallad aktivitet i cortex bestäms huvudsakligen av utformningen av axonal fibrer och deras distribuerade synaptiska anslutningsmöjligheter ² som i cortex är klart skikt beroende ^7. Den resulterande polysynaptisk aktivering framkallad av ICMS är hädanefter mycket mer utbredd än direkta effekter av det elektriska fältet ^2,8,9. Detta förklarar varför trösklar för perceptuella effekter som framkallas av intrakortikal microstimulation kan vara starkt skikt beroende ^8,10,11 och platsberoende ^9. En nyligen genomförd studie visade i detalj att stimulering av övre skikten gav mer utbredda aktivering av corticocortical kretsar i huvudsak supragranular skikt, medan stimulering av djupare skikt av cortex resulterar i en central, återkommande corticoefferent intracolumnar aktivering. Parallella beteende experiment visade att den senare har mycket lägre perceptuell upptäckt thresholds ^8. Därför var fördelen med platsspecifika ICMS som konditionerat stimuli utnyttjas i kombination med elektrofysiologiska inspelningar kausalt relatera specifika kortikala kretsaktive ^{8 till} beteende åtgärder för inlärning och uppfattning i skytteln-box.

De två transfer-box paradigm är en väletablerad laboratorieutrustning för att studera undvikande lärande ^12. En shuttle-box består av 2 fack åtskilda av ett hinder eller en port. En betingad stimulus (CS) som representeras av en lämplig signal som en ljus eller ljud, är contingently följt av en aversiv obetingat stimulus (US), exempelvis en fotchock över ett metallgallergolv. Ämnen kan lära sig att undvika USA genom shuttling från en buss till-box avdelningen till den andra såsom gensvar på CS. Shuttle-box lärande innebär en sekvens av urskiljbara inlärningsfaser ^13,14: För det första,ämnen lära sig att förutsäga USA från CS genom klassisk betingning och att fly från USA av instrumentbräda, som USA avslutas på skytteltrafik. I nästa fas, ämnen lära sig att undvika USA helt och hållet genom shuttling som svar på CS innan amerikanska debut (undvikande reaktion). Generellt innebär shuttle-box lärande klassisk betingning, instrumental conditioning, samt målinriktat beteende beroende på inlärningsfas ^14.

Buss-box förfarande kan sättas upp enkelt och generellt ger robust beteende efter några dagliga träningspass ^{15 – 17.} Förutom enkel undvikande konditione (detektion), kan skytteln-box användas vidare för att studera stimulans diskriminering genom att använda go / Nogo paradigm. Här djuren utbildas för att undvika USA med en betingad respons (CR) (gå beteende, shuttle till motsatt fack) som svar på en <strong> go-stimulus (CS +) och Nogo beteende (stanna i nuvarande facket, ingen CR) som svar på en Nogo-stimulus (CS) Parallell microstimulation och registrering av nervcellsaktivitet med hög densitet multielektrodtyp arrayer möjligt att studera. de fysiologiska mekanismer som ligger bakom framgångsrik inlärning. Flera tekniska detaljer som är grundläggande för lyckade kombinationer av shuttle-box utbildning, ICMS och parallellt elektrofysiologi, kommer att diskuteras.