Grabación Potenciales de Acción Individual Neuronas "de que se mueven libremente Palomas en sus Tres Etapas del Aprendizaje
Summary
El aprendizaje de nuevas asociaciones de estímulo-respuesta se acopla a una amplia gama de procesos neuronales que se reflejan en última instancia en el cambio de pico de salida de las neuronas individuales. Aquí se describe un protocolo de comportamiento que permite el registro continuo de la actividad de una sola neurona mientras que los animales adquieren, extinguen y readquirir una respuesta condicionada en una sola sesión experimental.
Abstract
Mientras que el tema de la educación ha atraído un enorme interés de los científicos, tanto de comportamiento y neuronales, relativamente pocos investigadores han observado la actividad de una sola neurona mientras que los animales están adquiriendo una respuesta operantemente acondicionado, o cuando se extingue esa respuesta. Pero incluso en estos casos, los períodos de observación por lo general abarcan sólo una única etapa de aprendizaje, es decir, la adquisición o la extinción, pero no ambos (las excepciones incluyen los protocolos que emplean el aprendizaje reversión; ver Bingman et al 1 para un ejemplo.). Sin embargo, la adquisición y la extinción implican diferentes mecanismos de aprendizaje y por lo tanto se espera que estén acompañados de diferentes tipos y / o loci de la plasticidad neuronal.
En consecuencia, hemos desarrollado un paradigma de comportamiento que instituye tres etapas de aprendizaje en una sola sesión de comportamiento y que es muy adecuado para el registro simultáneo de los potenciales de acción de las neuronas individuales. Animales de unre entrenados en una tarea de elección forzada intervalo único que requiere el mapeo de cada uno de dos posibles respuestas de opción a la presentación de diferentes estímulos visuales nuevos (adquisición). Después de haber alcanzado un criterio de rendimiento predefinido, una de las dos respuestas de opción ya no está reforzada (extinción). Después de una cierta disminución en el nivel de rendimiento, las respuestas correctas se refuerzan de nuevo (readquisición). Mediante el uso de un nuevo conjunto de estímulos en cada sesión, los animales pueden experimentar el proceso de adquisición-extinción-readquisición repetidamente. Debido a las tres etapas de aprendizaje ocurren en una sola sesión de comportamiento, el paradigma es ideal para la observación simultánea de la salida de clavar de múltiples neuronas individuales. Utilizamos las palomas como sistemas modelo, pero la tarea se puede adaptar fácilmente a cualquier otra especie capaz de aprendizaje discriminativo acondicionado.
Introduction
El aprendizaje de nuevas asociaciones de estímulo-respuesta en los resultados se acopla a una amplia gama de procesos de plasticidad neural. Estos procesos se reflejan en última instancia, en la salida de pico cambiante de las neuronas individuales. Podría decirse que uno de los paradigmas de aprendizaje más frecuentemente empleado es el condicionamiento del miedo pavloviano realizado con roedores. En este contexto, la adquisición y la extinción de una respuesta condicionada se llevan a cabo dentro de unas pocas docenas de ensayos 2. El rápido desarrollo de miedo condicionado puede ser ventajosa debido a que permite la ejecución de un gran número de animales dentro de un corto período de tiempo. Asimismo, la adquisición y la extinción se pueden observar dentro de unas pocas decenas de ensayos en un solo día en los animales ingenuos 3,4 o repartidos en 2 a 3 días 2,5-8. Sin embargo, los conocimientos adquiridos acerca de los cambios de la actividad neuronal durante el aprendizaje en estos experimentos no se aplican necesariamente fuera del dominio de condicionamiento del miedo. Por ejemplo, el comportamiento dirigido a un objetivo impulsado por la posiciónrefuerzo tiva se modela de forma más adecuada por operante en lugar de procedimientos de condicionamiento pavloviano, y puede, en parte, dependerá de diferentes sustratos neurales 9,10. Además, el condicionamiento del miedo se desarrolla tan rápidamente que las respuestas neuronales a la CS sólo pueden ser observados por unas pocas docenas de ensayos, poner límites severos sobre el análisis de los cambios de la actividad neuronal durante el aprendizaje.
Por desgracia, la adquisición y la extinción de la respuesta operante suele tardar varios días. Esto es perjudicial para las investigaciones neurofisiológicas, porque es muy difícil de registrar la actividad de las células individuales durante más de unas pocas horas. Debido a la gran similitud de las formas de onda de los potenciales de acción registrados extracelularmente, es problemático afirmar que los picos registrados en un solo día se generan a partir de la misma célula que los picos con formas de onda similares registrados en la siguiente 11,12, especialmente en áreas con un alto densidad celular tales como el hipocampo.
<p class="Jove_content"> Para abordar estas cuestiones, hemos desarrollado un nuevo paradigma de comportamiento utilizando 3 las condiciones de aprendizaje dentro de una sesión experimental en un solo día. Esto requiere que el animal experimental está dispuesto a realizar cientos de ensayos bajo condiciones variables en un horario delgada de refuerzo. Las palomas mensajeras (Columbia livia forma domestica) son organismos modelo clásico en la psicología experimental 13-17. Estas aves son capaces de realizar discriminaciones visuales complejas 18, puede adaptarse de forma flexible a los cambios de comportamiento de las contingencias de refuerzo 19,20, y son los trabajadores de forma única ávidos, la realización de ensayos de 1000 con una cantidad mínima de refuerzo. Estas características los hacen especialmente adecuado para los experimentos descritos a continuación.Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo describe una tarea conductual complejo adecuado para las grabaciones de una sola unidad concurrentes. Hemos descrito la tarea CFSE para las palomas, pero se puede adaptar fácilmente a los roedores al exigir asoma la nariz o de la palanca de pulsar en lugar de picotazos clave, y sustituyendo visual por olfativo, auditivo, o estímulos táctiles.
Tal vez los pasos más críticos durante el procedimiento de formación son: 1) la reducción gradual de la recompensa probabilidad y…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Esta investigación fue apoyada por subvenciones de la Fundación Alemana de Investigación (DFG) a MCS (PARA 1581, el STU 544/1-1) y OG (PARA 1581, SFB 874). La página web de la DFG es http://www.dfg.de/en/index.jsp. Los financiadores no tenía papel en el diseño del estudio, recogida y análisis de datos, decisión a publicar, o la preparación de los autores manuscript.The agradecer a Thomas Seidenbecher para que nos proporciona el protocolo de sobrerregulación, así como Tobias Otto para obtener ayuda con la configuración del electrofisiológico equipo de grabación.
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).
