تسجيل إمكانات العمل احدة الخلايا العصبية 'من التنقل بحرية في جميع أنحاء الحمام ثلاث مراحل التعلم

تعلم الجمعيات تحفيز استجابة جديدة تشارك مجموعة واسعة من العمليات العصبية التي تنعكس في نهاية المطاف في تغيير إخراج مسمار من الخلايا العصبية الفردية. نحن هنا وصف بروتوكول السلوكية السماح لتسجيل المستمر من نشاط واحد، في حين أن الخلايا العصبية الحيوانات اكتساب، اطفاء، وإعادة الاستحواذ على استجابة مكيفة ضمن جلسة تجريبية واحدة.

في حين أن موضوع التعلم اجتذبت اهتماما واسع النطاق من العلماء على حد سواء السلوكية والعصبية، وقد لاحظ فقط عدد قليل نسبيا من المحققين نشاط واحد الخلايا العصبية في حين أن الحيوانات تكتسب استجابة مكيفة operantly، أو عندما يتم اطفاء هذا الرد. ولكن حتى في هذه الحالات، تشمل فترات الملاحظة عادة سوى مرحلة واحدة من التعلم، أي اكتساب أو الانقراض، ولكن (وتشمل الاستثناءات بروتوكولات توظيف التعلم الانعكاس، وانظر Bingman آخرون ¹ على سبيل المثال.) وليس كلاهما. ومع ذلك، واقتناء والانقراض يستلزم آليات التعلم المختلفة، وبالتالي من المتوقع أن يكون مصحوبا أنواع و / أو مواضع من اللدونة العصبية المختلفة.

وفقا لذلك، قمنا بتطوير نموذج السلوكية التي معاهد ثلاث مراحل للتعلم في جلسة واحدة والسلوكية التي هي مناسبة تماما للتسجيل في وقت واحد من إمكانات العمل الخلايا العصبية واحد '. الحيوانات وإعادة تدريبهم على الفاصل الزمني واحد اضطر مهمة الاختيار الذي يتطلب تعيين كل من ردين خيار ممكن لتقديم مختلف المحفزات البصرية رواية (اكتساب). بعد أن وصلت إلى معيار أداء محددة مسبقا، واحد من اثنين ردود خيار لم يعد المسلحة (الانقراض). بعد إنقاص معينة في مستوى الأداء، ويتم تعزيز الاستجابات الصحيحة مرة أخرى (إعادة اكتسابها). باستخدام مجموعة جديدة من المحفزات في كل دورة، يمكن للحيوانات الخضوع لعملية الحيازة الانقراض-إعادة اكتسابها مرارا وتكرارا. لأن جميع المراحل الثلاث للتعليم تحدث في جلسة السلوكية واحد، نموذج مثالي لمراقبة متزامنة من الناتج ارتفاعه من الخلايا العصبية واحدة متعددة. نستخدم الحمام كما نظم نموذج، ولكن يمكن بسهولة المهمة أن تتكيف مع أي الأنواع الأخرى قادرة على التعلم التمييز مكيفة.

تعلم جمعيات جديدة تحفيز استجابة نتائج يشرك مجموعة واسعة من العمليات اللدونة العصبية. وتنعكس هذه العمليات في نهاية المطاف في تغيير إخراج مسمار من الخلايا العصبية الفردية. يمكن القول، واحدة من أكثر كثيرا ما يستخدم نماذج التعلم هو بافلوف تكييف الخوف التي أجريت مع القوارض. في هذا الإعداد، واقتناء وانقراض استجابة مشروطة تجرى في غضون بضع عشرات من التجارب ^2. التطور السريع للخوف مكيفة يمكن أن يكون مفيدا لأنه يسمح بتشغيل عدد كبير من الحيوانات في غضون فترة زمنية قصيرة. أيضا، واقتناء والانقراض يمكن ملاحظتها في غضون بضع عشرات المحاكمات في يوم واحد في الحيوانات السذاجة ^3،4 أو تنتشر عبر 2-3 أيام ^2،5-8. ومع ذلك، اكتسبت رؤى حول التغييرات من النشاط العصبي أثناء التعلم في هذه التجارب لا تنطبق بالضرورة خارج نطاق تكييف الخوف. على سبيل المثال، مدفوعا السلوك الموجه المرمى POSI وعلى غرار تعزيز TIVE أكثر بشكل كاف فعال بدلا من إجراءات تكييف بافلوف، وربما في جزء منه يعتمد على ركائز مختلفة العصبية ^9،10. أيضا، تكييف الخوف يتطور بسرعة كبيرة بحيث الاستجابات العصبية للCS لا يمكن إلا أن يلاحظ لبضع عشرات من التجارب، ووضع حدود صارمة على تحليل التغيرات في النشاط العصبي أثناء التعلم.

للأسف، واقتناء وانقراض فعال الاستجابة عادة ما يستغرق عدة أيام. هذا هو ضار للتحقيقات العصبية، لأنه أمر بالغ الصعوبة لتسجيل نشاط الخلايا واحد على مدى أكثر من بضع ساعات. نظرا لتشابه عالية من الطول الموجي من إمكانات العمل المسجلة خارج الخلية، فمن إشكالية الادعاء بأن ارتفاع سجلت في يوم واحد يتم إنشاؤها من نفس الخلية كما المسامير مع الطول الموجي مماثلة سجلت على ^11،12 المقبلة، لا سيما في المناطق مع ارتفاع كثافة الخلية مثل الحصين.

"jove_content"> لمعالجة هذه القضايا، وضعنا نموذجا السلوكية رواية استخدام 3 ظروف التعلم داخل دورة تجريبية واحدة في يوم واحد. هذا يتطلب أن حيوانات التجارب هو على استعداد لأداء مئات من التجارب تحت ظروف مختلفة على جدول زمني رقيقة من التعزيز. الحمام الزاجل (كولومبيا ليفيا شكلية DOMESTICA) هي كائنات النموذج التقليدي في علم النفس التجريبي ^13-17. هذه الطيور هي قادرة على أداء التمييز المرئية المعقدة ^18، يمكن أن تتكيف بمرونة السلوك لتغيير الطارئة التعزيز ^19،20، وعمال متعطشا فريد، وأداء 1،000 المحاكمات مع الحد الأدنى من التعزيز. هذه الخصائص تجعلها مناسبة خاصة بالنسبة للتجارب هو موضح أدناه.

بيان الأخلاق

أجريت جميع التجارب وفقا للمبادئ التوجيهية الألمانية لرعاية واستخدام الحيوانات في العلم. تمت الموافقة على إجراءات من قبل لجنة وطنية للأخلاقيات من ولاية شمال الراين وستفاليا، ألمانيا.

نظرة عامة على النظام

فعال غرفة الاختبار

غرفة فعال (الشكل 1) يقيس 34 سم × 34 سم × 50 سم. وتوقفت ثلاثة مفاتيح شفافة استجابة (4 سم × 4 سم، وتقع حوالي 20 سم فوق مستوى سطح الأرض) إلى الجدار الخلفي للغرفة. وتظهر المنبهات من خلال شاشة LCD مسطحة شنت وراء مفاتيح الاستجابة. اثنين من المصابيح الكهربائية 2 وات تقع في الجدران الجانبية توفير الإضاءة الخافتة. يقع الغرفة في حجرة-تخفيف الصوت لإخفاء أصوات غريبة. تقدم مكبرات الصوت الضوضاء البيضاء في جميع الأوقات. يتم توفير المواد الغذائية (الحبوب) من قبل النطاط الغذائية الموجودة أسفل المائةمفتاح إيه. يتم التحكم الأجهزة التجريبية حسب العرف مكتوب كود MATLAB ^21. تتم مراقبة الحيوانات باستمرار من خلال الكاميرا الرقمية التي تعلق على الجدار الأمامي من الحجرة.

ميكرودريفيس مبنية خصيصا

ميكرودريفيس تأوي 16 الأسلاك الكهربائي هي مدمجة مخصصة في المختبر لدينا؛ ويستند التصميم على العمل من قبل بيلكي وزملاؤه ^22،23، ويشار للقارئ أن هذه المواد للحصول على وصف مفصل. نحن تعديل تصميمها للسماح لعدد أكبر من الأقطاب الكهربائية (16 بدلا من 8، و 25 ميكرومتر الأسلاك نيتشروم)، ونحن ربط الأسلاك الكهربائي عبر الفضة الغراء موصل إلى المقبس headstage. بالإضافة إلى ذلك، ونحن نستخدم الذهب والبلاتين من النصائح الكهربائي للحد من مقاومة وتحقيق نسب أفضل إشارة إلى الضوضاء (تطبيق -3 V ل~ 3 ثانية؛ يجب إسقاط ممانعات إلى <100 أوم).

مرة واحدة يتم تجميعها في ميكرودريفي، يتم قطع الأقطاب إلى الطول المطلوب، النصائح هي cleaneد في حمام بالموجات فوق الصوتية (Tergazyme في الماء المقطر) لمدة 20 دقيقة وتشطف 20 دقيقة أخرى في الماء المقطر. الذهب الطلاء الكهربائي من النصائح يجب أن تتم فورا قبل الزرع. لأسس، ونحن نستخدم قطب الفضة الكرة توضع فوق المخيخ الجانبي. يتم توفير مواصفات المواد في الجدول المواد التي ترافق هذه المادة.

قضية هامة عند العمل مع الحيوانات تتحرك بحرية الحركة هو القطع الأثرية. وجدنا أن القطع الأثرية الحركة في الاجهزة لدينا هي إلى حد كبير نتيجة ل) ممانعات الكهربائي عالية (> 500 أوم) وب) مرفق الكمال من الاتصالات بين المكونات (زرع) والمقبس (headstage) في حين أن الحيوان يتحرك. لا يتم تنفيذ مجموعة متنوعة من microconnectors المتاحة تجاريا مرضية لتسجيل من التحرك بحرية الطيور، وذلك لأن الاتصال بين المكونات الميكانيكية ومأخذ تتدهور بسرعة من خلال حركات قوية من الحمام (الرأس التمايل، مفتاح مهاجمي). وقد تحقق أفضل اتصال الميكانيكية بين الزرع وheadstage مع الجمعيات headplug من Ginder العلمي. هذه التجميعات المكونات مأخذ ميزة الاتصالات 18 وتلصق بحزم مع بعضها البعض بواسطة الجوز الحلبة.

إعداد تسجيل الكهربية

تضم الإعداد الكهربية المكونات التالية: 1) headstage مبنية خصيصا مع زيادة حدة (مكبر للصوت التشغيلية) 2) وحدات مكبر للصوت 15 الفرق الموجودة في اثنين من وحدات الرف جبل (DPA-2FS وEPMS-07، على التوالي؛ NPI GmbH المزيد الإلكترونية، ألمانيا )، 3) 16 قناة التناظرية إلى الرقمية تحويل (الطاقة 1401 علامة I). وتتضخم إشارات الخام 1،000 x و الفرقة تمرير تصفيتها (500-5،000 هرتز، 1 ^شارع أجل تصفية)، رقمية مع معدل أخذ العينات من 16-20 كيلو هرتز وتخزينها مع Spike2 النسخة 7.06a لمعالجة حاليا. يتم التقاط مرات الحدث (مثل بداية التحفيز أو المكاييل مفتاح الفردية الحيوان) عن طريق مواز المربع منفذ IO المدمج المختبر (انظر روز؛ وآخرون ²¹⁾ وإرسالها إلى تحويل م لتخزين جنبا إلى جنب مع البيانات العصبية (انظر الشكل 1). يوصف حاليا تجهيز مزيد من أدناه.

الشكل 1. نظرة النظام. تدفق المعلومات يرمز اليه السهام الملونة. 1 الكمبيوتر الضوابط المتعلقة الأجهزة لإخراج السلوكية (عرض الحوافز عبر الشاشة بشاشة مسطحة، وعلى ضوء المنزل، واثب الغذائية، وعلى ضوء التغذية، ومفاتيح الاستجابة) ويرسل الطوابع الزمنية الحدث إلى تحويل م. الكمبيوتر 2 مخازن الإشارات العصبية التي تم الحصول عليها من A / D وتحويل الطوابع الزمنية الحدث وردت من الكمبيوتر 1. والصورة على اليسار يظهر غرفة تكييف داخل حجرة-تخفيف الصوت. عناصرها هي: 1) تخفيف الصوت قذيفة، 2-4) مفتاح استجابةق، 5) قادوس الغذاء، 6) ضوء تغذية 7) ضوء المنزل، 8) كاميرا المراقبة.

واحد الفاصل القسري بين الخيارات (SIFC) التمييز المهام

من أجل الوضوح، فإننا سوف تصف مهمة SIFC النهائي هنا ثم شرح الخطوات اللازمة لتدريب الحيوانات على هذه المهمة أدناه.

ويرد المهمة SIFC في الشكل 2. بعد انقضاء الفاصل الزمني intertrial (ITI)، وtransilluminated مفتاح مركز الخضراء لمدة تصل إلى 5 ثانية ('مرحلة التهيئة'). مباشرة بعد استجابة الثالث من الحيوان خلال 5 ثانية، ويرد واحد من بين العديد من المحفزات عينة على المفتاح في الوسط لمدة 2 ثانية ("المرحلة العينة، وتظهر سبيل المثال المحفزات في أقحم إلى الشكل 2). بعد 2 ثانية، وtransilluminated المفتاح في الوسط مرة أخرى خضراء، والحيوان لديه للرد مرة أخرى قبل أن يتم transilluminated المفاتيح الجانبية اثنين ('مرحلة تأكيد'). اعتمادا على هوية التحفيز هو مبينفي المرحلة العينة، مطلوب الحيوان لتوجيه رد واحد إما إلى اليسار أو اليمين مفتاح ('مرحلة اختيار'). إذا اختارت الوجهة الصحيحة، والوصول إلى مكافأة (الحبوب) وتمنح لمدة 2 ثانية. وبالتالي، جوهر المهمة يتكون من الاستجابة إلى مفتاح الاختيار غادر بعد تقديم الحوافز واحد معين على المفتاح في الوسط، والاستجابة إلى مفتاح الاختيار الصحيح بعد تقديم تحفيز أخرى. السبب الذي بين قوسين المرحلة عينة من قبل التهيئة ومرحلة تأكيد هو الحفاظ على رأس الحيوانات أمام المفتاح في الوسط بينما قدم عينة التحفيز.

مرة واحدة سادة الحيوان هذه المهمة لزوج واحد من المنبهات (من الآن فصاعدا، المحفزات "مألوفة"، FS)، ويرد ذلك مع التحفيز رواية (NS) الزوج في كل دورة جديدة، والتي يجب أن يتعلم من اثنين من المحفزات الرواية ليعقبه استجابة إلى اليسار أو مفتاح الخيار الصحيح. يستمر هذا الزوج FS التي ستقدم خلال البيئة نظام التشغيل التجارب لخدمة حالة سيطرة مناسبة و. أداء كافية على المهمة النهائية يتوقف بشكل حاسم على استعداد الحيوانات لأداء> 1،000 المحاكمات في الاحتمالات الشاملة التعزيز <0.5. الفقرات التالية تصف إجراء التدريب الذي يتم زيادة تعقيد المهمة تدريجيا حتى يصل الحيوان على مستوى SIFC؛ في نفس الوقت، واحتمال تعزيز وعدد من التجارب في كل دورة هناك حاجة إلى زيادة لضمان أداء عال باستمرار على المهمة النهائية.

1. تدريب الحيوان

1. تقييد الغذاء
   1. وزن الحيوانات بعد أسبوعين على الأقل من حرية الوصول إلى الغذاء. أغتنم هذه الوزن مثل والوزن التغذية الحرة. تقييد فرص الحصول على الغذاء خلال الأسابيع القادمة 1-2 حتى الحيوانات تصل إلى 85٪ من وزنه التغذية المجانية الخاصة بهم.
   2. فمن الأهمية بمكان أن الحمام الحفاظ على المظهر الجسدي الصحي والنشاط العادي طوال مدة التجربة بأكملها. إلىهذه الغاية، ترصد بدقة مظهر الحيوانات والوزن عبر كامل مدة التدريب والاختبار السلوكية. وزن الحيوانات قبل وبعد كل جلسة تجريبية لتقييم الاستهلاك الغذائي اليومي. توريد أغذية إضافية إذا لزم الأمر لمنع المزيد من فقدان الوزن. توفير وصول غير مقيد إلى الطعام خلال عطلة نهاية الأسبوع.
2. Autoshaping
   يخدم Autoshaping لروض الحيوان إلى الغرفة التجريبية وإقامة مكيفة الاستجابة.
   1. تقديم التحفيز البصري 5 ثانية (من الآن فصاعدا، التحفيز التهيئة، IS) على المفتاح في الوسط. فور انتهاء IS أو بيك واحد إلى مفتاح استجابة (أيا كان يأتي أولا)، وإيقاف الإضاءة الرئيسية والحاضر مكافأة الغذائية (2 تفعيل ثانية من النطاط الغذائية).
   2. الحفاظ على ITI وقتا أطول بكثير من الوقت عرض عينة لتسهيل التعلم ^24. استخدام القيم من 120 ثانية لمعهد تكنولوجيا المعلومات وتشغيل 40 محاكمات يوميا. في وقت لاحق إعادة استخدام ISكما التحفيز مفتاح التهيئة، تأكيد، والاختيار في المهمة النهائية (انظر الشكل 2). وهذه المرحلة من التدريب تأخذ الحيوانات ما يقرب من أسبوع واحد.
   3. مرة واحدة يستجيب الحيوان موثوق (في> 85٪ من المحاكمات)، وانخفاض تدريجي ITI وصولا الى 10 ثانية ووقت العرض عينة وصولا الى 2 ثانية. في نفس الوقت، وزيادة عدد الاستجابات المطلوبة للتعزيزات إلى 3 (نسبة ثابتة من 3، FR 3). بالإضافة إلى ذلك، زيادة العدد الإجمالي للمحاكمات في اليوم الواحد. اختيار المعلمات بحيث الحيوان يتم تدريب كل يوم لمدة حوالي 1 ساعة. وهذه المرحلة من التدريب ما يقرب من 2 أسابيع آخر.
   4. كرر الخطوات 1.2.1 - 1.2.3 للاستجابة مفاتيح اليسار واليمين حتى المواضيع الاستجابة بشكل موثوق إلى IS على جميع مفاتيح 3. المحاكمات تتناوب مع تفعيل اليسار واليمين، ومفتاح مركز عشوائيا.
   5. الآن عرض أول في مركز وبعد ذلك، مشروطا استجابة، إما في مفتاح جانبي (حذفت التعزيز لمركز الاستجابة مفتاح). البديل مفاتيح تنشيط الجانب عشوائيا من المحاكمة إلى المحاكمة. إنهاء المحاكمات التي لا يستجيب هذا الموضوع إلى مفتاح المركز بعد 5 ثانية. كرر حتى ينفذ الحيوان موثوق (~ 3 أيام).
   6. 2 تقديم المحفزات الجديدة التي ستخدم في وقت لاحق كما FS في المهمة النهائية (انظر الشكل 2، أقحم، للحصول على أمثلة). كرر الخطوات من 1.2.1 - 1.2.3 مع هذه المحفزات. الاستجابة ستنشأ بسرعة أكبر مع التحفيز الأولى، وعادة في غضون 4 أيام.

الشكل 2. توضيحات من النموذج السلوكي. بعد ITI من 5 ثانية، وtransilluminated مفتاح مركز الخضراء لمدة تصل إلى 5 ثانية (التهيئة). إذا يستجيب الحيوان 3X ضمن هذه 5 ثانية، 1 من 4؛ يتم تقديم المحفزات عينة في نفس الموقف. بعد وقت العرض عينة ثابتة من 2 ثانية خلالها الحيوان لديه للرد مرة واحدة على الأقل، وtransilluminated المفتاح المركزي مهاجمي الأخضر مرة أخرى (تأكيد). بعد بيك أخرى، وtransilluminated مفاتيح جانبية 2 الأخضر. موضوع يدل على خيارها من خلال الاستجابة لمرة واحدة واحدة من المفاتيح الجانبية. خلال الاستحواذ وإعادة اكتسابها، ويلي الإجابات الصحيحة بنسبة 2 ثانية الحصول على الغذاء يرافقه تفعيل ضوء التغذية، أو تفعيل ضوء التغذية وحدها. إذا غير صحيحة، يتم تشغيل أضواء المنزل قبالة لمدة 3 ثوانى. خلال الانقراض، سواء الاستجابات الصحيحة والخاطئة لحافز الانقراض تبقى غير منطقي. أقحم يبين المثال رواية ودراية التحفيز أزواج.

3. تدريب على واحدة الفاصل القسري للاختيار (SIFC) المهمة للمألوفة المحفزات
   1. إنشاء التسلسل الكامل للتهيئة، عينة، تأكيد، والاختيار: على كل محاكمة، فاي الحاضرRST وIS (FR 3)، ثم إما من FS اثنين (2 ثانية مدة محددة)، ثم مرة أخرى هي (FR 1). استخدام تصميم دفعت للخيار: في كل محاكمة، transilluminate فقط مفتاح الاختيار وهو الصحيح لFS معين. هذه المرحلة من التدريب ينبغي أن تأخذ ما يقرب من 1 في الاسبوع.
   2. مرة واحدة يؤدي هذا الموضوع موثوق (> 85٪ الردود على مفتاح جانبي منهما)، وإدخال التجارب الحرة للخيار (سواء المفاتيح الجانبية transilluminated خلال مرحلة الاختيار). إذا يستجيب الحيوان إلى الجانب الصحيح، وتوفير فرص الحصول على الغذاء لمدة 2 ثانية. وتتبع الاستجابات غير صحيحة من قبل العقاب المهلة (houselights قبالة لمدة 2 ثانية). في حال عدم إعطاء أي رد بعد 3 ثانية، وإنهاء المحاكمة وإعادة بدء ITI. الحيوانات عادة تعلم هذه المكونات الفرعية للمهمة غضون اسابيع 2.
   3. زيادة تدريجية في جزء من تجارب الاختيار الحر خلال الدورات اللاحقة من 20٪ إلى 100٪.
   4. إذا ينفذ الموضوع> 90٪ الصحيح في التجارب الحرة للخيار، وانخفاض احتمال مكافأة للاستجابات الصحيحة ل0.5في حين بالتوازي زيادة عدد محاكمات في كل دورة إلى 1،000. لا تغيير معالم كل يوم / الدورة ولكن تختار لهم بمرونة تبعا لمستوى الأداء للموضوع المتعلق السهو التهيئة ونسبة الإجابات الصحيحة. وهذه المرحلة من التدريب تستمر حوالي 4 أسابيع.
   5. الحمام تميل إلى رفض الاستجابة للمؤثرات غير مألوفة. لذلك، مرة واحدة الحيوان ينفذ موثوق> 1،000 المحاكمات، والردود تلقائي لمجموعة كبيرة من المحفزات البصرية (انظر القسم 1.2). ومع ذلك، لا preexpose المحفزات البصرية كانت معدة للاستخدام في وقت لاحق كما المحفزات الرواية في النموذج النهائي ولكن يعرض لون موحد.
4. النهائية واحدة الفاصل القسري للاختيار العمل مع رواية المحفزات تحت ظروف مختلفة التسليح
   1. الاحماء
      دعونا موضوع تنفيذ 50 محاكمات مع FS فقط. تعيين مكافأة احتمال لهذه المحفزات ل<1 (ويقول، 0،5-0،8) خلال جميع مراحل المبكرة لمنع شبع و،وبالتالي، عدم وجود الحافز للرد.
   2. اقتناء المرحلة
      تجارب بديلة بشكل عشوائي مع عرض FS وNS. تعيين مفاتيح استجابة مختلفة كما الصحيحة لNS اثنين وتعزيز كل استجابة صحيحة. حساب النسبة المئوية للاستجابات الصحيحة كمتوسط ​​تشغيل أكثر من 120 محاكمات الماضي. يعتبر اقتناء كاملة مرة واحدة الأداء لكل من NS يتجاوز 85٪، ولكن ليس قبل ما لا يقل عن 150 المحاكمات قد أعدموا.
   3. المرحلة الانقراض
      وقف تعزيز الاستجابات غير صحيحة الصحيح ومعاقبة إلى NS العشوائي (الانقراض التحفيز). تبدأ مرحلة إعادة اكتسابها عند الاستجابة الصحيحة لحافز الانقراض قطرات أقل من 60٪ وشهدت الحيوان لا يقل عن 150 المحاكمات في هذه المرحلة في المجموع.
   4. مرحلة إعادة اكتسابها
      مرة أخرى تعزيز الصحيح ومعاقبة الاستجابات غير صحيحة إلى التحفيز الانقراض، وخلال مرحلة الاستحواذ. إنهاء جلسة العمل عندما يتجاوز الأداء لهذا الحافز 85٪ وأنيماليرة سورية إجراء محاكمات لا يقل عن 150 في هذه المرحلة في المجموع.

2. الكهربية

1. القطب زرع
   يأخذ جراحة زرع المكان بعد الحيوانات مرارا وتكرارا (3-4X) الانتهاء من كامل تسلسل الحيازة الانقراض، وإعادة اكتسابها الموضح في مزيد من التفاصيل في مكان آخر ^25.
   1. وضع 5-6 microsrews الفولاذ المقاوم للصدأ على الجمجمة لترسيخ رأس جبل الاسمنت الأسنان بما في ذلك ميكرودريفي.
   2. إجراء حج القحف فقط فوق منطقة الدماغ المصالح؛ ثم تشريح بعناية الجافية وخفض الأقطاب إلى الموضع المطلوب.
   3. قبل ترسيخ ميكرودريفي في الرأس جبل، وتطبيق الفازلين حول قنية دليل؛ هذا سيمنع الاسمنت الأسنان من الأنبوب التغليف دليل.
   4. استخدام معزول القطب الفضة الكرة وضعت تحت الجمجمة التي تغمر المخيخ كما الأرض.
   5. توفير الحيوانات مع المسكنات (كاربروفين، 10 ملغ / كز، حقن مرتين يوميا) لمدة ثلاثة أيام بعد الجراحة. سماح للحيوانات لاسترداد لمدة 2 أسابيع على الأقل.
2. تسجيلات بينما الحيوانات نفذ المهام
   1. استخدام زوج جديد من المحفزات رواية للجلسة وتقدم كل الأقطاب لا يقل عن 125 ميكرون (نصف ثورة المسمار محرك الأقراص) قبل البدء. إذا لم يلاحظ أي إمكانات العمل من نسبة كافية إشارة إلى الضوضاء، إحباط الدورة، وضع الحيوان في قفص المنزل وحاول مرة أخرى في اليوم التالي.
   2. ترتيب كابل headstage أن مثل ذلك لا يتعارض مع مهاجمي العادي الحيوان وسلوك التغذية. ويمكن تحقيق هذا عن طريق ربط الكابل مع العديد من الأشرطة المرنة إلى الأعلى من الغرفة تكييف وتعود الطيور إلى كابل تعلق لعدة ساعات.
   3. إذا كانت متوفرة، والاستفادة من العاكس لتوفير حرية الحركة للخارج الطيور.
3. التحليلات إشارة متواجد حاليا
   1. الفرقة عالحمار تصفية جميع القنوات من 500 إلى 5،000 هرتز مع حاد لفة العرضية حاليا باستخدام Spike2. استخراج المسامير مع عتبات السعة وفرزها توظيف تحليل المكون الرئيسي يدويا.
   2. دراسة فرز النتائج مع كتابة كود مخصص MATLAB (متوفرة في ملف MATLAB الوسطى للصرافة، رقم الملف 37339 #). وينبغي أن يكون وحدة واحدة معزولة جيدا (الشكل 3) تلبية جميع المعايير التالية: أ) كتلة فصل بشكل واضح في الفضاء المكون الرئيسي، ب) أي علامة على وحدات متعددة عندما يتم مضافين كل الطول الموجي سجلت وتآمر بوصفها خريطة الحرارة (الشكل 3A )، ج) موزعة بشكل متناظر سعة ذروة الموجي (الشكل 3B)، د) تسجيل مستقرة طوال الدورة كما يتضح من ارتفاع تتغير السعة (الشكل 3C)، ه) أي أو عدد قليل جدا من الأحداث التي تحدث طفرة خلال الفترة الحرارية من ارتفاع السابقة (الشكل 3D)، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء (SNR) لا يقل عن 2 (SNR هنا دefined بالفرق بين الحد الأدنى والحد الأقصى للارتفاع الموجي المتوسط، مقسوما على عرض قلص من الفرقة الضوضاء (2.5 ^عشر و97.5 المئوية ^عشر للتوزيع القيم من بن أولا وقبل كل الطول الموجي)). SNR للوحدة هو مبين في الشكل (3) هو 3.9.
   3. تفقد قنوات الخام حاليا للالتحف المتصلة الحركة. تجاهل القنوات عند اللزوم.
   4. التحف الكهربائية التي تحدث أثناء مهاجمي مفتاح يمكن في حالات نادرة أن الخلط بينه وبين الطول الموجي ارتفاع السليم. اختبار لتلوث التسجيلات من خلال دراسة الرسم البياني وقت ارتفاع بحساب نسبة إلى كل مفتاح بيك (شبه بيك الوقت الرسم البياني، PPTH، الشكل 3E) المسجلة. عرض التحف التي يسببها مهاجمي على النحو الذروة في ختام بياني (± 50 مللي ثانية) إلى الوقت 0. باعتبارها الاختيار اضافية، رسم الطول الموجي لجميع الأحداث المفترضة ارتفاع المسجل في غضون ± 20 مللي ثانية لبيك مفتاح على حدة وذلك لمقارنة ارتفاع الكشف عن الطول الموجي خارج منه هذه النافذة (الشكل 3F).

مقاييس الشكل 3. الجودة لوحدة العزلة. A) خريطة الحرارية للقيم الوقت الجهد كل الطول الموجي. B) التوزيعات القصوى (الحمراء)، والحد الأدنى (الأخضر)، والضوضاء (الأزرق) القيم الجهد من كل الطول الموجي. يتم فصل جيدا التوزيعات، مشيرا ممتازة حدة العزلة. C) معدل اطلاق النار العفوي (أحمر، وتحسب من شرائح 2 ثانية في جميع فترات intertrial) وسعة ارتفاع (الذروة إلى الذروة) بوصفها وظيفة من الوقت في الدورة. تم ممهدة كلا منحنيات مع وظيفة عربة النقل (العرض: 50 نقاط البيانات) D) توزيع Interspike الفاصل الزمني لهذه الوحدة. عرض بن، 10 ميللي ثانية (الشكل: 1 ميللي ثانية). فترات قصيرة جدا غائبة تقريبا (<0.1٪ من فترات أقل من 4 ميللي ثانية). <أثار قوية> E) PSTH لالمكاييل الرئيسية. ويسلط الضوء على التهم الحدث على مقربة من بيك المفتاح (± 20 مللي ثانية) الحمراء. F) جميع الطول الموجي 157 سجلت في حدود ± 20 مللي ثانية من الأحداث بيك الرئيسية. الطول الموجي مقارنة إيجابيا على الشكل الموجي الشامل هو مبين في لوحة A.

سلوك

ويبين الشكل 4A الأداء السلوكي للحيوان في جلسة مثال واحد. مستوى أداء الحيوان تصل معيار NS 2 في غضون 180 المحاكمات (45 عروض التحفيز) ويقع بالقرب من 100٪ لNS 1 من البداية. هذه الاستراتيجية - الاستجابة الأولى لنفس المفتاح لكلا المحفزات الجديدة، ومن ثم تعديل الاستجابات لأحد المحفزات - وحول وحظ في كثير من الأحيان كما عشوائي الأولي الاستجابة لكلا NS. في هذه الدورة، وNS 2 تم اختياره عشوائيا للخضوع لخطر الانقراض، وهذا يعني أن كل الخيارات تبقى بعد هذا التحفيز غير منطقي (يشار إلى الانتقال بين مراحل التعلم عن طريق الخطوط المنقطة أسود عمودي). خلال الانقراض، ويقلل الأداء للانقراض ولكن يبقى التحفيز عالية لNS الأخرى. يتم التوصل إلى المعيار في محاكمة 370. تتعزز الآن استجابات صحيحة وغير صحيحة ويعاقب مرة أخرى (إعادة اكتسابها) ومستوى الأداء تصل إلى المعيار في. محاكمة 402 مستوى الأداء لFS مرتفع باستمرار (> 95٪؛ لا تظهر البيانات). ب) متوسط ​​عدد التجارب اللازمة لاستكمال كل مرحلة من مراحل التعلم (المتوسط ​​خلال 5 جلسات الحيوانات و44 في المجموع). في المتوسط، والحيوانات اللازمة ~ 700 محاكمات للرد على الدوام تستجيب بشكل صحيح. استغرق الانقراض ~ 900 المحاكمات، وإعادة اكتسابها فقط حوالي 60 المحاكمات، وأقل بكثير من اقتناء الأصلي (الشكل 4B).

الشكل 4. النتائج السلوكية مثال. أ) الأداء الطيور المرء لرواية المحفزات 2 في جميع المراحل الثلاث للتعلم. منحنيات تصور الخيارات الصحيحة في المئة (يعني أكثر من 120 محاكمات الماضي، الموافق 30 عروض من الحوافز منها) بوصفها وظيفة من مجموع عدد المحاكمات، بشكل منفصل عن الامفيتامين رواية؟ 1، ورواية التحفيز 2، وبلغ متوسط ​​عبر كل المحفزات. وكان أداء لمحفزات مألوفة باستمرار فوق 95٪ الصحيح (لا تظهر البيانات) B) متوسط ​​عدد التجارب اللازمة لتحقيق الأداء المعيار في كل مرحلة من المراحل الثلاث للتعليم؛ أشرطة الخطأ، ووزارة شؤون المرأة.

العصبية البيانات

ويبين الشكل (5) ونمط استجابة من وحدتين في caudolaterale nidopallium (NCL) سجلت في حين حيوان تم تنفيذ المهمة SIFC. يظهر التشكيل استجابة أثناء عرض NS في الشكل 5A. في مرحلة الاستحواذ، وحدات يستجيب بقوة لNS 2 (المخصصة للانقراض)، مع انخفاض الاستجابات نحو نهاية مرحلة اكتساب وتغيير طفيف في اطلاق النار خلال المرحلتين الاخريين التعلم. هناك القليل الاستجابة لNS 1 عبر الدورة بأكملها. ويرجع ذلك إلى زيادة مكافأة تسليم استجابة حوالي 3-4 ثانية بعد ظهور عينة التحفيز. مستويات النشاطلم التضمين بشأن المحفزات مألوفة (لا تظهر البيانات).

الشكل 5B يعرض نمط استجابة وحدة NCL أخرى سجلت خلال SIFC. يستجيب هذا الحق خلال الخلايا العصبية، ولكن لا يسرة الحركات (أعلى اليسار)، توحي الحسية الترميز. ومع ذلك، تغيرت قوة الاستجابة خلال مراحل التعلم: وتظهر الأدنى فريقين أثار ارتفاع الكثافة وظائف (SDFs) إلى اليمين لأحد الخيارات مألوفة (يسار) ورواية واحدة التحفيز (يمين)، تنقسم إلى الربعية المتعاقبة لتوضيح التنمية عبر الدورة التجريبية. كانت الاستجابات أقل لتحفيز مألوفة طوال الدورة بأكملها، على الرغم من متوسط ​​مرات الحركة للشروط التحفيز اثنين كانت مشابهة للغاية (العلوية اليمنى). علاوة على ذلك، انخفضت خلال ردود الخيارات اليمين بعد عرض الرواية ولكن ليس على دراية التحفيز على مدار الدورة التجريبية (لا توازيها انخفاض في التنوب خط الأساسمعدل جي). وبالتالي، انخفض كل من الخلايا العصبية اطلاق النار كما أصبح حافزا رواية معينة مألوفة على نحو متزايد، مع الخلايا العصبية في الشكل 5B الترميز لحركة محددة بالإضافة إلى الجدة من الحوافز السابقة تلك الحركة.

الرقم 5. أنماط الاستجابة من وحدتين سبيل المثال سجلت خلال المهمة SFIC. A) سبايك كثافة أثار وظائف لبداية الرواية 2 محفزات NS 1 و 2 NS (الصف العلوي والسفلي، على التوالي)، وتقسيم لمدة 3 مراحل التعلم (الأعمدة )، مع الردود في كل مرحلة التعلم تقسيم مرة أخرى حتى في 3 أجزاء متساوية (في وقت مبكر، والمتوسطة، في وقت متأخر). عين NS 2 للانقراض. تم ممهدة PSTHs (1 مللي بن العرض) مع نواة جاوس تعديل أضعافا مضاعفة (σ = 100 مللي ثانية وτ = 100 مللي ثانية). B) SDFs من الخلايا العصبية الحركية المفترضة. يظهر اللوحة اليسرى العليا SDFs (كما في A، ولكن σ وτ يعادل 150 ميللي ثانية) تسبب نسبة إلى اليسار والخيارات الصحيحة. الخطوط المنقطة العمودي الملونة تصور متوسط ​​ترك مرات لكل خيار. تظهر لوحات الأدنى اثنين SDFs لاختيارات اليمين التالية عرض مألوفة (يسار) أو التحفيز رواية (يمين). هي التي شيدت SDFs بشكل منفصل لمدة 4 مجموعات فرعية متساوية الحجم من البيانات، وفقا لتقسيم الوقت في الدورة. لوحة في الجزء العلوي الأيمن يبين توزيع مرات الحركة (اليمين فقط)، بشكل منفصل لكل الربع الدورة السابقة والتحفيز (مألوفة، F، رواية، N).

يصف هذا البروتوكول مهمة السلوكية المعقدة المتزامنة مناسبة للتسجيلات وحدة واحدة. وصفناها المهمة SIFC عن الحمام، ولكن يمكن أن تتكيف بسهولة مع القوارض عن طريق اشتراط الوخزات الأنف أو ذراع الضغط بدلا من المكاييل الرئيسية، والاستعاضة عن طريق حاسة الشم البصرية والسمعية، أو المنبهات اللمسية.

ربما الخطوات الأكثر أهمية أثناء إجراء التدريب هي 1) التخفيض التدريجي للمكافأة احتمال و2) زيادة في عدد المحاكمة. بشأن تعزيز المتقطع للمحفزات مألوفة، قررنا على الاحتمالات مكافأة تتراوح 0،5-0،8؛ هذه هي عالية بما فيه الكفاية لإنتاج أداء مستقر ولكن منخفضة بما فيه الكفاية لمنع شبع سابق لأوانه. أن قال، العديد من الطيور على استعداد لأداء جيد لمكافأة الاحتمالات وصولا الى 0.2.

عدد كبير من التجارب في كل دورة (500-1،500) ضروري لأن عملية الاستحواذ، الانقراض، وإعادة اكتسابها من مشروط الاشتراكية الاستجابةيتطلب هذا mply العديد من التجارب، ولأن التقدير الدقيق لمعدلات إطلاق النار من الصعب مع أقل من، مثلا، 25 المحاكمات، وخاصة عند التسجيل من الخلايا العصبية مع معدلات منخفضة اطلاق النار (في NCL، ومعدلات إطلاق خط الأساس هي <1 هرتز). وفقا لذلك، وضعنا الحد الأدنى لعدد التجارب اللازمة لاستكمال مرحلة تعلم ان كل هذه الحوافز ويرد 35 مرات على الأقل.

لحيوان السذاجة، والتدريب على المهمة SIFC يأخذ ما يقرب من 4 أشهر، ولكن المدة المحدد يعتمد بشكل كبير على الفرد. ويرجع ذلك إلى ارتفاع المطالب المهمة، فمن المحتمل جدا أن ليس كل الحيوانات في نهاية المطاف أداء جيدا على النموذج النهائي. إذا الطيور الفردية يتخطى الكثير من المحاكمات أو تنتج معدلات عالية الخطأ أثناء التدريب، لا تتردد في استبدال هذا الموضوع. في تجربتنا، فمن المحتمل جدا أن هذا الحيوان سوف تؤدي أبدا بشكل صحيح على المهمة النهائية.

معظم الدراسات السابقة إجراء تسجيلات وحدة واحدة فيفشلت الحمام التحرك بحرية لتسجيل الناتج المحرك بشكل صحيح أثناء التسجيل. هذا يعقد تفسير الاستجابات العصبية خلال الفترات الحرجة من التجارب، مثل عرض عينة أو تأخير مراحل ^25. هذه المشكلة الكامنة في الذهاب / لا تذهب المهام التي المجرب عادة لا يعرف ما يقوم به هذا الموضوع على محظورة المحاكمات؛ وينطبق نفس التحذير إلى العمل مهام الذاكرة تتضمن فترة تأخير طويلة. لتحقيق السيطرة على حركة الحيوانات دون توظيف الرأس التثبيت، قمنا بتصميم مهمة في الحيوانات التي لديها لأداء نفس العمل (مهاجمي مفتاح) على الرغم من الظروف (المحفزات عينة) التغيير. لدينا نموذج في SIFC، كل من المدخلات البصرية وكذلك الإخراج هو المحرك تسيطر عليها بشكل جيد ومراقبتها باستمرار. منذ مطلوبة الحيوانات لبيك في كل عينة التحفيز طوال عرضه، ونحافظ على انتاج المحركات ثابتة بينما الحيوانات يشاهدون المحفزات مع تاريخها التعلم المختلفة. ونحن حاليا بصدد استكشاف methoس لتحقيق السيطرة حتى أفضل من الناتج الحركية، مثل ربط التسارع إلى headstage للتسجيل المستمر لحركات الرأس. أيضا، نحن نعمل على تطوير أساليب لقياس قوة كل بيك الرئيسية عن طريق محول mechanoelectric.

لدينا نموذج يسمح الفصل بين المساهمات من الحسية والحركية، والمتغيرات المعرفية لمعدلات اطلاق العصبية عن طريق تحديد أنماط الاستجابة العصبية نموذجية. على سبيل المثال، من المتوقع أن تزيد اطلاق النار خلال المرحلة عينة كلما الحيوان هو الذهاب الى جعل استجابة اليسار، بغض النظر عن هوية التحفيز الخلايا العصبية أمام الحركية للاستجابات اليسار. وبالمثل، فإن من المتوقع لاطلاق النار خلال مهاجمي الرئيسية، أو حركة اليسار أو اليمين الخلايا العصبية الحركية البسيطة. والخلايا العصبية التي تمثل مكافأة التوقع، من ناحية أخرى، فإن إطلاق النار خلال المرحلة العينة، وأكثر من ذلك لFS من خلال اقتناء NS المبكر (بسبب مكافأة ذاتية الاحتمال هو أعلى على FS من NS آرأمية قبل أن يتم تعلمها NS)، ولكن هذا يجب أن عكس في وقت لاحق عندما يتم تصنيف NS باستمرار بشكل صحيح (لأن المكافأة الهدف الاحتمال هو أعلى على NS المحاكمات الصحيح). أخيرا، من المتوقع أن تطلق باستمرار عن واحدة من عينة المحفزات دون أي تغيير عبر مراحل التعلم الخلايا العصبية تستجيب لخصائص محددة التحفيز.

لأن وحدة تسجيل خارج الخلية هو عرضة للطفرات قياسية من وحدات متعددة في وقت ^و11،26، يتفقد مجموعة من المقاييس والجودة هي مهمة لتصنيف المسامير على أنها ناشئة بشكل صحيح من واحد أو من الخلايا العصبية متعددة ^27. باستخدام tetrodes بدلا من أقطاب واحد بالتأكيد سيحقق زيادة إضافية في فرز جودة ^11. وينبغي النظر في هذا عندما يقصد التسجيلات في مناطق الدماغ ذات كثافة عالية الخلية (على سبيل المثال الحصين) أو النشاط العفوي عالية جدا (مثل entopallium). ومع ذلك، هي microplugs نستخدم متوفرة فقط لمدة تصل إلى 18 الاتصالات التي تشكل في الوقت الراهن الحد الأعلى على العدد الإجمالي للقنوات التسجيل.

باختصار، وضعنا مهمة عالية التعقيد للحيوانات التجارب غير الرئيسيات. هذه المهمة كانت مصممة لتمكين التحقيق في الظواهر التعلم مع التسجيلات واحد الخلايا العصبية، ولكن في نفس الوقت هو مناسب لمعالجة مواضيع مثل تصنيف، وصنع القرار، ومكافأة الترميز.

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

وأيد هذا البحث من المنح المقدمة من مؤسسة البحوث الألمانية (DFG) لMCS (FOR 1581، STU 544/1-1) وOG (FOR 1581، SFB 874). الموقع الإلكتروني للDFG هو http://www.dfg.de/en/index.jsp. كان الممولين أي دور في تصميم الدراسة وجمع البيانات وتحليلها، قرار نشر أو إعداد الكتاب manuscript.The أشكر توماس Seidenbecher لتزويدنا بروتوكول الذهب تصفيح وكذلك توبياس أوتو للمساعدة في إعداد الكهربية تسجيل المعدات.