Gecombineerd Shuttle-Box Training met Elektrofysiologische Cortex opnemen en stimulatie als een instrument om Perception en learning studie

Een fundamentele doelstelling van behavioral neurowetenschappen is om specifieke verbindingen tussen neuronale structurele en functionele eigenschappen, leren en waarneming vast te stellen. Neurale activiteit in verband met de perceptie en leren kan worden bestudeerd door elektrofysiologische opname van actiepotentialen en lokale veld potentieel in verschillende hersenstructuren op meerdere plaatsen. ^{3 –} terwijl elektrofysiologische opnames bieden correlatieve associaties tussen neurale activiteit en gedrag, heeft directe elektrische intracorticale microstimulatie (ICMS) voor meer dan een eeuw de meest directe methode voor het testen van causale relaties van opgewonden populaties van neuronen en hun gedrag en perceptuele effecten ¹ geweest. Vele studies hebben aangetoond dat dieren kunnen maken van verschillende ruimtelijke en temporele eigenschappen van elektrische stimuli perceptuele taken naargelang de stimulatie plaats binnen bijvoorbeeld retinotopische ^4, vooreerstonotopic ⁵ of somatotopic ⁶ regio's in de cortex. Voortplanting van elektrisch opgewekte activiteit in de cortex wordt voornamelijk bepaald door de indeling van axonale vezels en hun gedistribueerd synaptische connectiviteit ² dat in cortex, duidelijk layer-afhankelijke ^7. De resulterende polysynaptic activering opgeroepen door ICMS is voortaan veel meer wijdverspreid dan de directe effecten van het elektrisch veld ^2,8,9. Dit verklaart waarom de drempels van perceptuele effecten opgewekt door intracorticale microstimulatie sterk layer-afhankelijke ^8,10,11 en locatie-afhankelijke ⁹ kan zijn. Een recente studie toonde in detail dat de stimulatie van de bovenste lagen leverde meer wijdverbreide activering van corticocortical circuits in voornamelijk supragranular lagen, terwijl het stimuleren van de diepere lagen van de cortex resulteren in een brandpunt, terugkerende corticoefferent intracolumnar activering. Parallelle gedragsexperimenten bleek dat de laatste heeft veel lagere perceptuele detectie THResholds ^8. Daarom is het gebruik van plaatsspecifieke ICMS als geconditioneerde stimuli werd in combinatie met elektrofysiologische opnames benut causaal verband specifieke corticale circuit activeringen ⁸ tot gedragsmaten leren en waarneming in de shuttle-box.

De twee-weg shuttle-box paradigma is een gevestigde laboratoriumapparatuur te vermijden leren ¹² te bestuderen. Een shuttle-box bestaat uit 2 compartimenten gescheiden door een hindernis of deuropening. Een geconditioneerde stimulus (CS), die wordt vertegenwoordigd door een geschikte signaal als een licht of geluid, is voorwaardelijk gevolgd door een aversieve ongeconditioneerde stimulus (US), zoals bijvoorbeeld een voet schok over een metalen roostervloer. Onderwerpen kunnen leren de Amerikaanse vermijden door shuttling van een shuttle-box compartiment naar het andere in reactie op het CS. Shuttle-box learning omvat een reeks van onderscheiden leerfasen ^13,14: Ten eerste,onderwerpen leren om de VS uit het CS te voorspellen door klassieke conditionering en om te ontsnappen aan de VS door instrumentale conditionering, de VS wordt beëindigd op pendelen. In een volgende fase, onderwerpen leren de Amerikaanse helemaal te vermijden door shuttling reactie op de CS bij Amerikaanse aanzet (vermijding reactie). In het algemeen, shuttle-box leren impliceert klassieke conditionering, instrumentale conditionering, evenals doelgericht gedrag afhankelijk leerfase ^14.

De shuttle-box procedure kan worden ingesteld eenvoudig en over het algemeen produceert robuust gedrag na een paar dagelijkse trainingen ^15-17. Naast eenvoudige vermijding conditionering (detectie), kan de shuttle-box verder worden gebruikt voor discriminatie stimulus bestuderen door gebruik go / nogo paradigma. Hier worden dieren getraind om de VS door een geconditioneerde respons (CR) (ga gedrag; shuttle in tegenovergestelde compartiment) voorkomen in reactie op een <strong> go-stimulus (CS +) en Nogo gedrag (verblijf in de huidige compartiment, geen CR) in reactie op een Nogo-stimulus (CS) Parallelle microstimulatie en registratie van neurale activiteit high-density Multielectrode laten bestuderen. de fysiologische mechanismen die ten grondslag liggen succesvol leren. Diverse technische details die van fundamenteel belang voor de succesvolle combinaties van shuttle-box training ICMS en parallelle elektrofysiologie zijn, zullen worden besproken.