Kombinierte Shuttle-Box-Training mit Elektrophysiologische Cortex Ableitung und Stimulation als ein Instrument zur Wahrnehmung und Lernen Studie

Ein grundlegendes Ziel der Behavioral Neuroscience ist es, spezifische Verbindungen zwischen neuronalen strukturellen und funktionellen Eigenschaften, Lernen und Wahrnehmung zu etablieren. Neuronale Aktivität mit der Wahrnehmung und Lernen verbunden sind, können durch elektrophysiologische Ableitung von Aktionspotentialen und lokaler Feldpotentiale in verschiedenen Hirnstrukturen an mehreren Stellen untersucht werden. In der Erwägung, elektrophysiologischen Ableitungen bieten korrelative Zusammenhänge zwischen neuronaler Aktivität und Verhalten, hat direkte elektrische Mikrostimulation intrakortikale (ICMS) seit über einem Jahrhundert war die direkteste Methode zum Testen von kausalen Zusammenhänge von angeregten Populationen von Neuronen und deren Verhaltens- und Wahrnehmungseffekte ^1-3. Viele Studien haben gezeigt, dass die Tiere in der Lage, Verwendung von verschiedenen räumlichen und zeitlichen Eigenschaften der elektrischen Impulse in Wahrnehmungsaufgaben in Abhängigkeit von der Stimulationsstelle innerhalb etwa retinotopic ^4, t machenonotopic ^{5 oder} somatotopen ⁶ Regionen in der Hirnrinde. Vermehrung von elektrisch evozierten Aktivität im Cortex wird hauptsächlich durch die Anordnung der axonalen Fasern und deren Verteilung synaptischer Verbindungen ^2, die in Kortex ist klar Schicht abhängige ⁷ bestimmt. Die sich ergebende polysynaptischen Aktivierung durch ICMS evozierte ist von nun an viel weiter verbreitet als die direkten Auswirkungen des elektrischen Feldes ^2,8,9. Dies erklärt, warum Schwellen von Wahrnehmungseffekte intrakortikale Mikrostimulation ausgelöst kann stark Schicht abhängige ^8,10,11 und ortsabhängige ⁹ sein. Eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte, im Detail, dass die Stimulation der oberen Schichten ergab weiter verbreitet Aktivierung corticocortical Kreisen in erster Linie supragranular Schichten, während die Stimulation der tieferen Schichten der Hirnrinde führen zu einer Brenn, wiederkehrende corticoefferent innerhalb der Säulen-Aktivierung. Parallel Verhaltensexperimente zeigten, dass die letztere viel niedriger Wahrnehmungsdetektions thresholds ^8. Daher wurde der Vorteil der ortsspezifischen ICMS so konditionierten Stimuli in Kombination mit elektrophysiologischen Ableitungen genutzt kausal beziehen spezifischen kortikalen Schaltung Aktivierungen ⁸ zu Verhaltensmaßnahmen von Lern- und Wahrnehmungs im Shuttle-Box.

Das Zwei-Wege-Shuttle-Box-Paradigma ist eine gut etablierte Laborgerät zur Vermeidung Lernen ¹² zu studieren. Ein Shuttle-Box besteht aus 2 Kammern, die durch eine Hürde oder Tür getrennt. Ein bedingten Reiz (CS), die durch ein geeignetes Signal wie ein Licht oder Ton dargestellt wird, ist um einen aversiven unbedingten Reiz (US) gefolgt, wie beispielsweise ein Fuß-Schock über einem Metallgitterboden. Themen können lernen, die US vermeiden, indem Shuttling von einer Shuttle-Box-Abteil zum anderen in Antwort auf das CS. Shuttle-Box-Lernen beinhaltet eine Folge von unterscheidbaren Lernphasen ^13,14: Erstens,Themen lernen, den US vom CS durch klassische Konditionierung vorherzusagen und aus den USA durch instrumentelle Konditionierung zu entkommen, wie die USA auf pendelt beendet. In einer nächsten Phase, Themen zu lernen, um die US-ganz zu vermeiden durch pendelt in Reaktion auf die CS vor dem US-Angriff (Vermeidung Reaktion). Allgemein beinhaltet Shuttle-box Lern klassische Konditionierung, instrumentelle Konditionierung sowie zielgerichtetes Verhalten, je nach Lernphase ^14.

Der Shuttle-Box-Verfahren lässt sich leicht und eingestellt werden, in der Regel führt zu robusten Verhalten nach einigen täglichen Trainingseinheiten ^15-17. Neben einfachen Vermeidungsanlage (Detektion) kann der Shuttle-Box weiter verwendet werden, um Impulse Diskriminierung durch den Einsatz von Go / NoGo Paradigmen zu untersuchen. Hier werden die Tiere darauf trainiert, den US durch eine konditionierte Reaktion (CR) (go Verhalten; Shuttle in die entgegengesetzte Raum) zu vermeiden, als Reaktion auf ein <strong> go-Stimulus (CS +) und von Nogo-Verhalten (Aufenthalt in der Kammer; keine CR) in Reaktion auf ein Nogo-Stimulus (CS) Parallel Mikrostimulation und Erfassung der neuronalen Aktivität mit hoher Dichte Multielektroden-Arrays ermöglichen, um zu studieren. die physiologischen Mechanismen erfolgreiches Lernen zugrunde. Einige technische Details, die grundlegend für die erfolgreiche Kombinationen von Shuttle-Box-Training, ICMS und parallel Elektrophysiologie sind, werden diskutiert.