Запись потенциалов действия отдельных нейронов 'свободно перемещаться Голуби на трех этапах обучения
Summary
Изучение новых ассоциаций стимула-отклика в зацепление широкий спектр нервных процессов, которые в конечном счете отражены в изменении шип выход отдельных нейронов. Здесь мы опишем поведенческий протокол, разрешающий непрерывной регистрации одного активности нейронов в то время как животные приобретают, потушить и повторно приобрести условный рефлекс в пределах одного экспериментального сеанса.
Abstract
В то время как предметом обучения привлек огромный интерес как из поведенческих и нервных ученых, только относительно небольшое исследователи наблюдали одного активность нейрона в то время как животные приобретения operantly условный рефлекс, или когда этот ответ гаснет. Но даже в этих случаях, периодов наблюдения, как правило, охватывают только один этап обучения, то есть приобретение или вымирание, но не оба (исключение составляют протоколы, использующие разворота обучения; см. Bingman др. 1 для примера.). Тем не менее, приобретение и вымирание повлечет за собой различные механизмы обучения и, следовательно, как ожидается, будет сопровождаться различными типами и / или локусов пластичности нейронов.
Соответственно, мы разработали поведенческую парадигму, которая институты три стадии обучения в одном поведенческой сессии и который хорошо подходит для одновременной записи потенциалов действия отдельных нейронов. Животныеповторно обучение на одного интервала принудительного выбора задачи, которая требует отображение каждого из двух возможных выбора ответов на презентации различных новых зрительных стимулов (приобретение). После не достигнув предопределенный критерий эффективности, один из двух реакций выбора больше не усиливается (исчезновение). После определенного декремента в уровне производительности, правильные ответы усилены снова (повторный захват). Используя новый набор стимулов в каждой сессии, животные могут пройти процесс приобретения-вымирание-повторного приобретения неоднократно. Потому что все три стадии обучения в течение одного и поведенческой сессии, парадигма идеально подходит для одновременного наблюдения за пики выходе нескольких отдельных нейронов. Мы используем голубей в качестве модельных систем, но задача может быть легко адаптирована к любым другим видов, способных условного обучения дискриминации.
Introduction
Изучение новых стимул-реакция-итоговые ассоциации участвует широкий спектр нервных процессов пластичности. Эти процессы в конечном итоге отражаются в изменении шип выходе отдельных нейронов. Можно утверждать, что одним из наиболее часто применяемых в обучении парадигм Павловская кондиционирования страх проводится с грызунами. В этих условиях, приобретение и вымирание условной реакции происходят в несколько десятков испытаний 2. Быстрое развитие условного страха может быть выгодным, поскольку он позволяет запускать большое количество животных в течение короткого времени. Кроме того, приобретение и вымирание может наблюдаться в течение нескольких десятков испытаний на один день в наивных животных 3,4 или распределены по 2 до 3 дней 2,5-8. Тем не менее, полученные результаты в об изменениях нервной деятельности при обучении в этих экспериментах не обязательно применимы вне области страха кондиционирования. Например, целенаправленная поведение обусловлено положеTIVE арматура более адекватно моделируется оперантного вместо Павлова процедур кондиционирования, и может частично зависеть от различных нервных субстратов 9,10. Кроме того, страх кондиционирования развивается так быстро, что нейронные ответы на CS можно наблюдать только для нескольких десятков испытаний, размещение серьезные ограничения на анализе изменений нервной деятельности при обучении.
К сожалению, приобретение и вымирание оперантного отвечая обычно занимает много дней. Это вредно для нейрофизиологических исследований, потому что это, как известно, трудно записать активность отдельных клеток более чем на несколько часов. В связи с высоким сходством формы сигналов внеклеточно записанных потенциалов действия, это проблематично утверждать, что шипы, записанные в один день, сгенерированы исходя из одной камере с шипами с аналогичными сигналов, записанных на следующей 11,12, особенно в районах с высокой Плотность клеток, таких как гиппокамп.
<p class="Jove_content"> Для решения этих проблем, мы разработали новый поведенческий парадигму использованием 3 условий обучения в течение одного экспериментального сеанса на один день. Это требует, чтобы экспериментальное животное намерен выполнить сотни испытаний при различных условиях на тонкой график армирования. Почтовых голубей (Колумбия Ливия Forma DOMESTICA) являются классическими модельные организмы в экспериментальной психологии 13-17. Эти птицы способны выполнять сложные визуальные дискриминацию 18, может гибко адаптироваться поведение к изменяющимся арматурных непредвиденных 19,20, и однозначно заядлые работники, выполняя 1000 испытания с минимальным количеством арматуры. Эти характеристики делают их особенно подходящими для экспериментов, описанных ниже.Protocol
Representative Results
Discussion
Этот протокол описывает сложную поведенческую задачу подходящий для одновременных одного блока записей. Мы описали задачу SIFC для голубей, но она может быть легко адаптирована к грызунам, требуя нос тычет или рычаг нажатия клавиш, а не клюет, и заменяя на визуальный обонятельной, слухов…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было поддержано грантами от Немецкого исследовательского фонда (DFG) в MCS (для 1581, ГТУ 544/1-1) и О.Г. (для 1581, SFB 874). На веб-сайте DFG является http://www.dfg.de/en/index.jsp. Доноры не участвовал в разработке дизайна исследования, сбора и анализа данных, решение о публикации или подготовки авторов manuscript.The поблагодарить Томаса Seidenbecher за предоставление нам с протоколом золочение, а также Тобиас Отто за помощь в настройке электрофизиологических записывающее оборудование.
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 |
Referências
- Bingman, V. P., Gasser, B. A., Colombo, M. Responses of pigeon (Columba livia) wulst neurons during acquisition and reversal of a visual discrimination task. Behav Neurosci. 122, 1139-1147 (2008).
- Herry, C., Ciocchi, S., Senn, V., Demmou, L., Müller, C., Lüthi, A. Switching on and off fear by distinct neuronal circuits. Nature. 454, 600-606 (2008).
- Quirk, G. J., Repa, C., LeDoux, J. E. Fear conditioning enhances short-latency auditory responses of lateral amygdala neurons: parallel recordings in the freely behaving rat. Neuron. 15, 1029-1039 (1995).
- Quirk, G. J., Armony, J. L., Ledoux, J. E. Components of Tone-Evoked Spike Trains in Auditory Cortex and Lateral Amygdala. Neuron. 19, 613-624 (1997).
- Maren, S. Auditory fear conditioning increases CS-elicited spike firing in lateral amygdala neurons even after extensive overtraining. Eur J Neurosci. 12, 4047-4054 (2000).
- Milad, M. R., Quirk, G. J. Neurons in medial prefrontal cortex signal memory for fear extinction. Nature. 420, 713-717 (2002).
- Hobin, J. A., Goosens, K. A., Maren, S. Context-dependent neuronal activity in the lateral amygdala represents fear memories after extinction. J Neurosci. 23, 8410-8416 (2003).
- Maren, S., Hobin, J. A. Hippocampal regulation of context-dependent neuronal activity in the lateral amygdala. Learn Mem. 14, 318-324 (2007).
- Knapska, E., et al. Differential involvement of the central amygdala in appetitive versus aversive learning. Learn Mem. 13, 192-200 (2006).
- Harloe, J. P., Thorpe, A. J., Lichtman, A. H. Differential endocannabinoid regulation of extinction in appetitive and aversive Barnes maze tasks. Learn Mem. 15, 806-809 (2008).
- Gray, C. M., Maldonado, P. E., Wilson, M., McNaughton, B. Tetrodes markedly improve the reliability and yield of multiple single-unit isolation from multi-unit recordings in cat striate cortex. J Neurosci Methods. 63, 43-54 (1995).
- Lewicki, M. S. A review of methods for spike sorting: the detection and classification of neural action potentials. Network. 9, (1998).
- Skinner, B. F. 34;Superstition" in the pigeon. J Exp Psychol. 121, 273-274 (1948).
- Herrnstein, R. J. Relative and absolute strength of response as a function of frequency of reinforcement. J Exp Anal Behav. 4, 267-272 (1961).
- Brown, P. L., Jenkins, H. M. Auto-shaping of the pigeon’s key-peck. J Exp Anal Behav. 11, 1-8 (1968).
- Epstein, R., Kirshnit, C. E., Lanza, R. P., Rubin, L. C. 34;Insight" in the pigeon: antecedents and determinants of an intelligent performance. Nature. 308, 61-62 (1984).
- Mazur, J. E. Varying initial-link and terminal-link durations in concurrent-chains schedules: a comparison of three models. Behav Processes. 66, 189-200 (2004).
- Herrnstein, R. J., Loveland, D. H. Complex visual concept in the pigeon. Science. 146, 549-551 (1964).
- Stüttgen, M. C., Yildiz, A., Güntürkün, O. Adaptive criterion setting in perceptual decision making. J Exp Anal Behav. 96, 155-176 (2011).
- Stüttgen, M. C., Kasties, N., Lengersdorf, D., Starosta, S., Güntürkün, O., Jäkel, F. Suboptimal criterion setting in a perceptual choice task with asymmetric reinforcement. Behav Processes. 96, 59-70 (2013).
- Rose, J., Otto, T., Dittrich, L. The Biopsychology-Toolbox: a free, open-source Matlab-toolbox for the control of behavioral experiments. J Neurosci Methods. 175, (2008).
- Bilkey, D. K., Muir, G. M. A low cost, high precision subminiature microdrive for extracellular unit recording in behaving animals. J Neurosci Methods. 92, 87-90 (1999).
- Bilkey, D. K., Russell, N., Colombo, M. A lightweight microdrive for single-unit recording in freely moving rats and pigeons. Methods. 30, 152-158 (2003).
- Gallistel, C. R., Gibbon, J. Time, rate, and conditioning. Psychol Rev. 107, 289-344 (1993).
- Starosta, S., Güntürkün, O., Stüttgen, M. C. Stimulus-response-outcome coding in the pigeon nidopallium caudolaterale. PLoS One. 8, (2013).
- McNaughton, B. L., O’Keefe, J., Barnes, C. A. The stereotrode: a new technique for simultaneous isolation of several single units in the central nervous system from multiple unit records. J Neurosci Methods. 8, 391-397 (1983).
- Hill, D. N., Mehta, S. B., Kleinfeld, D. Quality metrics to accompany spike sorting of extracellular signals. J Neurosci. 31, 8699-8705 (2011).
