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Behavior

कृन्तकों में स्थानिक नेविगेशन परीक्षणों की प्रजनन क्षमता को बढ़ाने के लिए पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया प्रणाली का उपयोग करना

Published: December 2, 2022 doi: 10.3791/64754
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1
1Laboratory of Cognitive and Behavioral Neuroscience, Graduate School of Brain Science, Doshisha University

Summary

वर्तमान प्रोटोकॉल एक पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया का वर्णन करता है, जो कृन्तकों में स्थानिक नेविगेशन और व्यवहार फेनोटाइप के परीक्षण के लिए एक अनूठी प्रणाली है। इस भूलभुलैया प्रणाली की अनुकूलनशीलता एक भौतिक वातावरण में विभिन्न प्रयोगों के निष्पादन को सक्षम बनाती है। संरचनात्मक पुनर्व्यवस्था में आसानी विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रयोगात्मक परिणाम उत्पन्न करती है।

Abstract

स्थानिक नेविगेशन प्रदर्शन और व्यवहार फेनोटाइप का परीक्षण करने के लिए कई भूलभुलैया आकृतियों का उपयोग किया जाता है। परंपरागत रूप से, प्रत्येक प्रयोग के लिए एक अद्वितीय भूलभुलैया आकार की आवश्यकता होती है, इस प्रकार विभिन्न विन्यासों में कई अलग-अलग भूलभुलैया की आवश्यकता होती है। मापनीयता और प्रजनन क्षमता को समायोजित करने के लिए भूलभुलैया ज्यामिति को एक ही वातावरण में पुन: कॉन्फ़िगर नहीं किया जा सकता है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया सीमाओं को संबोधित करने के लिए एक अनूठा दृष्टिकोण है, जो दोहराने योग्य तरीके से भूलभुलैया मार्गों के त्वरित और लचीले विन्यास की अनुमति देता है। इसमें इंटरलॉकिंग मार्ग होते हैं और इसमें फीडर, ट्रेडमिल, मूवेबल दीवारें और शट-ऑफ सेंसर शामिल होते हैं। वर्तमान प्रोटोकॉल बताता है कि पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया मौजूदा भूलभुलैया को कैसे दोहरा सकता है, जिसमें टी-आकार, प्लस-आकार, डब्ल्यू-आकार और आकृति-आठ भूलभुलैया शामिल हैं। प्रारंभ में, टी-आकार के भूलभुलैया का निर्माण एक प्रयोगात्मक कमरे के अंदर किया गया था, इसके बाद संशोधन किए गए थे। यहां उल्लिखित तेजी से और स्केलेबल प्रोटोकॉल पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के लचीलेपन को प्रदर्शित करता है, जो चरणबद्ध तरीके से घटकों और व्यवहार प्रशिक्षण चरणों को जोड़ने के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया व्यवस्थित रूप से और सटीक रूप से स्थानिक नेविगेशन व्यवहार के कई पहलुओं के प्रदर्शन का आकलन करता है।

Introduction

स्थानिक नेविगेशन एक लक्षित लक्ष्य के लिए उपयुक्त मार्ग की पहचान करने के लिए एक जानवर की एक मौलिक क्षमता है। नेविगेशन के दौरान विभिन्न संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं, जैसे निर्णय लेने, सीखने और स्मृति की आवश्यकता होती है। इन प्रक्रियाओं का उपयोग करना किसी लक्ष्य के लिए सबसे छोटा मार्ग निर्धारित करते समय अनुभवात्मक सीखने की अनुमति देता है। भूलभुलैया परीक्षणों का उपयोग स्थानिक नेविगेशन 1 के व्यवहार और शारीरिक तंत्र की जांच के लिए किया जाताहै। उदाहरण के लिए, टी-आकार के भूलभुलैया 2,3, प्लस-आकार के भूलभुलैया4, रेडियल आर्म भूलभुलैया 5,6, और चित्रा-आठ भूलभुलैया7 स्थानिक नेविगेशन व्यवहार का आकलन करते हैं, जिसमें संज्ञानात्मक चर जैसे निर्णय लेनेवाले 8 और चिंता9 शामिल हैं।

प्रत्येक भूलभुलैया आकार के फायदे और नुकसान होते हैं, जिसमें विशिष्ट सीखने और स्मृति10,11 का आकलन करने के लिए कई भूलभुलैया कार्यों का उपयोग करके बहुमुखी प्रयोगों की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, सहज परिवर्तन कार्य, जिसमें एक जानवर सीखने की आवश्यकता के बिना बाएं और दाएं हाथ के बीच चयन करता है, एक विशिष्ट स्थानिक कार्यशील स्मृति कार्य है जिसका मूल्यांकन टी-आकार और वाई-आकार के भूलभुलैया12 के साथ किया जा सकता है। प्लस-आकार और रेडियल आर्म भूलभुलैया, जो सिर की दिशा और बाहरी संकेतों का उपयोग करते हैं, का उपयोग लक्ष्य-उन्मुख नेविगेशन क्षमता13 निर्धारित करने के लिए किया जाता है। चित्रा -आठ और संशोधित टी-आकार के भूलभुलैया, जो चयन और वापसी पर मार्गों को अलग करते हैं, का उपयोग प्रक्षेपवक्र14,15 द्वारा नेविगेशन फ़ंक्शन का विश्लेषण करके स्थानिक कार्यशील स्मृति कार्यों का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है।

एक प्रयोग में कई भूलभुलैया का उपयोग करते समय भूलभुलैया के बीच स्थिरता बनाए रखना चुनौतीपूर्ण हो सकता है। कृन्तकों को नेविगेशन16,17,18 के लिए दृश्य संकेतों का उपयोग करने के लिए माना जाता है; घ्राण19,20 और सोमाटोसेंसरी21 तौर-तरीकों का उपयोग स्थानिक अनुभूति के लिए भी किया जा सकता है और नेविगेशन क्षमता में योगदान दे सकता है। यदि विभिन्न रिक्त स्थान, लेआउट, आयाम और सामग्री का उपयोग करके भूलभुलैया प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की जाती है, तो ये चर कृन्तकों की नेविगेशन रणनीति को प्रभावित कर सकते हैं। स्थानिक नेविगेशन अध्ययन के लिए इन चर के सबसे सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है; हालांकि, विभिन्न आकृतियों के लिए एक मानकीकृत भूलभुलैया उपकरण बनाए रखना या प्रत्येक प्रयोग के लिए भूलभुलैया का पुनर्निर्माण महंगा हो सकता है। ये कठिनाइयाँ एक ही प्रयोगशाला के भीतर प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित करने के एक व्यवस्थित तरीके को रोकती हैं।

पहले से स्थापित भूलभुलैया संरचनाओं में कॉन्फ़िगर की गई सीमाओं का मुकाबला करने के लिए, एक भूलभुलैया प्रणाली जिसे एकल भौतिक वातावरण22 में विभिन्न आकृतियों में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, यहां वर्णित है। "पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया" मानकीकृत भागों को जोड़ती है, जो अत्यधिक दोहराने योग्य, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, लचीला और स्केलेबल परीक्षण वातावरण प्रदान करती है। यह लेख कृन्तकों में स्थानिक नेविगेशन का मूल्यांकन करने के लिए एक पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया की क्षमता का वर्णन करता है।

Protocol

सभी प्रक्रियाओं को दोशीशा विश्वविद्यालय संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समितियों द्वारा अनुमोदित किया गया था। वर्तमान अध्ययन के लिए 300-350 ग्राम के शरीर के वजन के साथ 24 से 28 सप्ताह (व्यवहार प्रशिक्षण की शुरुआत में) के बीच आयु वर्ग के तीन नर लॉन्ग-इवांस चूहों का उपयोग किया गया था। चूहों को व्यक्तिगत रूप से घर के पिंजरों (20 सेमी x 25 सेमी x 23 सेमी) में 12 घंटे प्रकाश / 12 घंटे अंधेरे कार्यक्रम पर रखा गया था, जिसमें प्रकाश अवधि सुबह 08:00 बजे शुरू हुई थी। जानवरों को एक वाणिज्यिक स्रोत से प्राप्त किया गया था ( सामग्री की तालिका देखें)।

1. भूलभुलैया सिस्टम घटक

नोट: इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल तंत्रिका गतिविधि रिकॉर्डिंग के एक साथ उपयोग के लिए भूलभुलैया प्रणाली (सभी घटकों सहित, चरण 1.1-1.5) ( सामग्री की तालिका देखें) को तांबे की जाली (चूहों के लिए 4 मीटर x 5 मीटर और चूहों के लिए 1.8 मीटर × 3.0 मीटर) से ढके एक परिरक्षित कमरे में लगाया जाना चाहिए। भूलभुलैया को फर्श से एक निश्चित ऊंचाई पर ऊंचा करने की आवश्यकता है (चूहों के लिए 55 सेमी और चूहों के लिए 34 सेमी)।

  1. पंचिंग बोर्ड
    1. ढाल कक्ष के फर्श पर एल्यूमीनियम पंचिंग बोर्ड रखें (पंचिंग बोर्ड के आयाम: चूहों के लिए 360 सेमी x 480 सेमी x 1.2 सेमी; चूहों के लिए 160 सेमी x 1.2 सेमी) (चित्रा 1 एफ, जी)।
      नोट: प्रयोगकर्ता बोर्ड पर खड़ा हो सकता है।
    2. पंचिंग बोर्ड को समान रूप से स्पेस्ड छेद (चूहों और चूहों दोनों के लिए, 25 मिमी छेद रिक्ति और 6 मिमी छेद व्यास) के ग्रिड से लैस करें (चित्रा 2 सी)।
      नोट: ये छेद अत्यधिक दोहराने योग्य भूलभुलैया (चित्रा 2 डी) के प्लेसमेंट को सक्षम करते हैं।
  2. बेसप्लेट के साथ टॉवर
    1. एक निश्चित ऊंचाई के मार्ग बनाने के लिए एल्यूमीनियम से बने बेसप्लेट के साथ एक टॉवर विकसित करें (टॉवर के तने के हिस्से के आयाम चूहों के लिए 55 सेमी × 6 सेमी × 2 सेमी और चूहों के लिए 1.3 सेमी × 1.3 सेमी के 34 सेमी × हैं) (चित्रा 1 ए)।
    2. भूलभुलैया भागों की स्थिति को ठीक करने के लिए बेसप्लेट का उपयोग करें (बेसप्लेट के आयाम चूहों के लिए 18 सेमी × 11 सेमी × 0.5 सेमी और चूहों के लिए 7 सेमी × 0.3 सेमी) × 12 सेमी हैं)।
    3. बेसप्लेट को पंचिंग बोर्ड में समान रूप से स्पेस किए गए छेदों के ग्रिड को जोड़ने के लिए प्रोट्रूशियंस से लैस करें (प्रोट्रूशियंस व्यास 6 मिमी है) (चित्रा 2 बी)।
    4. बेसप्लेट के साथ टावरों से लैस फीडर, जंगम दीवारों और ट्रेडमिल ( सामग्री की तालिका देखें) जैसे घटकों को जोड़ने के लिए छेद का उपयोग करें।
      नोट: चूहों के लिए, बेसप्लेट में पंचिंग बोर्ड में छेद में चार प्रोट्रूशियंस (8 मिमी की लंबाई) (चित्रा 1 एफ) डाले गए थे। चूहों के लिए, बेसप्लेट मार्ग का समर्थन करने के लिए बहुत हल्का था, इसलिए बोल्ट को छेद में डाला गया था (बोल्ट की लंबाई 14 मिमी थी) (चित्रा 1 जी)।
  3. भूलभुलैया मार्ग
    नोट: व्यावसायिक रूप से उपलब्ध मार्ग (चूहों के लिए 49 सेमी × 10 सेमी और चूहों के लिए 39 सेमी × 5 सेमी) पॉलीविनाइल क्लोराइड (चूहों के लिए 5 मिमी और चूहों के लिए 3 मिमी की मोटाई) से बना था ( सामग्री की तालिका देखें)।
    1. टॉवर के ऊपरी भाग में मार्ग रखकर भूलभुलैया के सबसे छोटे हिस्से का निर्माण करें (चित्रा 1 बी)।
    2. टॉवर के ऊपरी हिस्से को मार्ग के निचले हिस्से के आयामों के अनुरूप डिजाइन करें (टॉवर के ऊपरी हिस्से के आयाम चूहों के लिए 48 सेमी × 8 सेमी × 1 सेमी और चूहों के लिए 3.9 सेमी × 0.3 सेमी × 21.9 सेमी हैं)। टॉवर के मार्ग को ठीक करने के लिए, इसे शीर्ष पर रखें।
    3. जानवरों को गिरने से रोकने के लिए पॉलीविनाइल क्लोराइड से बने साइड बैरियर प्रदान करें (चूहों के लिए 45 मिमी और चूहों के लिए 30 मिमी)।
      नोट: विभिन्न तरीकों से मार्गों को जोड़ने के लिए कई पैटर्न उपलब्ध हैं, जैसे कि केवल एक तरफ बाधा वाले भागों को हटा दिया गया है। मार्ग भागों के 3 डी मॉडल उपलब्ध हैं (https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeParts) और 3 डी प्रिंटर का उपयोग करके मुद्रित किया जा सकता है (सामग्री की तालिका देखें)।
  4. साथ के भाग
    नोट: व्यवहार प्रयोगों के लिए आवश्यक भागों को मार्ग के साथ एक सामान्य बेसप्लेट संलग्न करके लागू किया जा सकता है।
    1. इनाम की साइट को बदलने के लिए किसी भी मार्ग के किनारे फीडर रखें (चित्रा 1 सी)।
      नोट: फीडरों को पोक करने वाले जानवरों को शट-ऑफ सेंसर द्वारा पता लगाया जाता है (सामग्री की तालिका देखें)।
    2. जानवरों को आंदोलन की दिशा का मार्गदर्शन करने के लिए मजबूर करने के लिए मार्गों के बीच अंतराल में चल दीवारें रखें (चित्रा 1 डी)।
      नोट: चूहों के लिए, जब जंगम दीवार उठाई जाती है, तो दीवार की ऊंचाई फर्श से 90 सेमी और मार्ग के साइड बैरियर से 29.5 सेमी होती है। जब जंगम दीवार को कम किया जाता है, तो दीवार की ऊंचाई फर्श से 54 सेमी और मार्ग के साइड बैरियर से -5.5 सेमी होती है। चूहों के लिए, जब जंगम दीवार उठाई जाती है, तो दीवार की ऊंचाई फर्श से 55 सेमी और मार्ग के साइड बैरियर से 17 सेमी होती है। जब जंगम दीवार को कम किया जाता है, तो दीवार की ऊंचाई फर्श से 35 सेमी और मार्ग के साइड बैरियर से -3 सेमी होती है।
    3. निश्चित स्थितियों पर चलने में देरी को मजबूर करने के लिए रास्तों के साथ ट्रेडमिल रखें (चित्रा 1 ई)।
  5. नियंत्रण बॉक्स
    नोट: नियंत्रण बॉक्स (चित्रा 1 एच) के माध्यम से प्रत्येक भाग को स्वचालित रूप से नियंत्रित करें (सामग्री की तालिका देखें)।
    1. नियंत्रण बॉक्स के माध्यम से ट्रेडमिल और फीडर से सिग्नल प्राप्त करने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करें।
      नोट: फीडर पर शट-ऑफ सेंसर और ट्रेडमिल रोटेशन की संख्या का पता लगाया जा सकता है।
    2. नियंत्रण बॉक्स के माध्यम से एक निर्धारित कार्य अनुसूची के अनुसार ट्रेडमिल, फीडर और मूवेबल वॉल एक्ट्यूएटर को सक्रियण संकेत भेजने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करें। व्यक्तिगत रूप से छर्रों के वितरण और त्याग को नियंत्रित करें, और जंगम दीवार को ऊपर और नीचे करें।

2. पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया में कृन्तकों के विशेष नेविगेशन का मूल्यांकन

नोट: पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया (चरण 1 में विकसित) का उपयोग करके एक पशु व्यवहार प्रयोग आयोजित किया गया था।

  1. एक भूलभुलैया का निर्माण उदाहरण
    नोट: विलंबित-परिवर्तन कार्य प्रयोग में उपयोग किए जाने वाले चूहों के लिए टी-आकार के भूलभुलैया को इकट्ठा करने का एक उदाहरण चित्रा 3 में प्रदान किया गया है।
    1. टी-आकार का ढांचा बनाने के लिए पंचिंग बोर्ड में बेसप्लेट के साथ टावर डालें (चित्रा 3 ए)।
    2. टावरों के ऊपरी भाग में मार्ग संलग्न करें (चित्रा 3 बी)।
    3. विलंबित क्षेत्र में मार्ग को ट्रेडमिल (चित्रा 3 सी) के साथ बदलें।
      नोट: ट्रेडमिल को समान ऊंचाई और लंबाई के मार्ग द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।
    4. भूलभुलैया के प्रत्येक किनारे पर फीडर संलग्न करें (चित्रा 3 डी)।
    5. बाईं और दाईं शाखाओं में जंगम दीवारें संलग्न करें (चित्रा 3 ई)।
      नोट: सुनिश्चित करें कि जानवर के पंजे और पूंछ वर्गों के बीच अंतराल में नहीं पकड़े जाते हैं।
       
  2. जीवधारी
    1. सुनिश्चित करें कि चूहों के शरीर का वजन 300 और 350 ग्राम के बीच रहता है, और दिन के दौरान सभी व्यवहार प्रयोगों का संचालन करें।
  3. कार्य निष्पादन
    1. स्टार्ट-अप करें और नियंत्रण बॉक्स, माइक्रोकंट्रोलर और पीसी कनेक्ट करें।
    2. कार्य अनुसूची सेट करने और प्रयोग के लिए आवश्यक पैरामीटर प्राप्त करने के लिए एक प्रोग्राम लिखें।
    3. माइक्रोकंट्रोलर को प्रोग्राम लिखें और एक कार्य निष्पादित करें।
      नोट: माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड का उपयोग करके सी में लिखे गए सेट कार्य अनुसूची का उदाहरण सार्वजनिक भंडार (https://github.com/TakahashiLab/ReconfigurableMazeExample) में उपलब्ध है।
  4. व्यवहार प्रयोग
    1. वांछित भूलभुलैया आकार का निर्माण करें (चरण 2.1)।
    2. चूहों को घर के पिंजरों से हटा दें और उन्हें भूलभुलैया की मनमानी स्थिति में रखें।
    3. चूहों को आदत डालने के लिए 10 मिनट के लिए निर्मित भूलभुलैया का स्वतंत्र रूप से पता लगाने की अनुमति दें।
    4. ट्रेडमिल23,24 के साथ विलंबित परिवर्तन कार्य करने के लिए एक प्रोग्राम सेट करें।
      नोट: प्रयोग के लिए आवश्यक पैरामीटर प्रोग्राम सेटिंग्स द्वारा स्वचालित रूप से प्राप्त किए जा सकते हैं (उदाहरण के लिए, पोकिंग समय की संख्या, प्रयोग की अवधि, ट्रेडमिल गति, आदि)।
    5. यदि आवश्यक हो तो भूलभुलैया का आकार बदलें।
    6. चूहों को भूलभुलैया में मनमानी स्थिति में रखें और विलंबित परिवर्तन कार्य के प्रशिक्षण या परीक्षण को निष्पादित करें।
      नोट: वर्तमान अध्ययन में, प्रशिक्षण सत्र धीरे-धीरे बढ़ते देरी समय और परीक्षण सत्र (5 सेकंड देरी समय के साथ) के साथ आयोजित किए गए थे।
    7. प्रत्येक कार्य के बाद चूहों को घर के पिंजरे में वापस करें।
    8. प्रत्येक चूहे के बाद 70% इथेनॉल के साथ भूलभुलैया को अच्छी तरह से पोंछें और भूलभुलैया का फिर से उपयोग करने से पहले कम से कम 5 मिनट प्रतीक्षा करें।
      नोट: मार्ग के कुछ हिस्सों को टॉवर से अलग किया जा सकता है ताकि उन्हें गंध और गंदगी से अच्छी तरह से मिटाया जा सके।

3. व्यवहार प्रदर्शन और डेटा विश्लेषण

  1. पशु प्रक्षेपवक्र
    1. छत-माउंटेड डिजिटल वीडियो कैमरा के साथ विलंबित परिवर्तन कार्य के दौरान पशु व्यवहार रिकॉर्ड करें ( सामग्री की तालिका देखें)।
      नोट: छत पर कैमरा रखकर, प्रयोगकर्ता लगातार जानवरों के आंदोलनों को रिकॉर्ड कर सकता है क्योंकि वे कार्य के दौरान भूलभुलैया के चारों ओर दौड़ते हैं।
    2. मार्करलेस पोज़ आकलन सॉफ्टवेयर 25 (सामग्री की तालिका देखें) का उपयोग करके चल रहे प्रक्षेपपथ को ट्रैक करें जो 50 फ्रेम / सेकंड पर कैप्चर की गई छवियों पर आधारित है।

Representative Results

पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के कुछ हिस्सों ने पिछले अध्ययनों 3,4,7,26,27 में वर्णित मानक भूलभुलैया निर्माण का उपयोग किया। यहां, रैखिक ट्रैक, टी-आकार, डब्ल्यू-आकार और आकृति-आठ भूलभुलैया को एक ही भौतिक वातावरण (चित्रा 4 ए-डी) में पुन: कॉन्फ़िगर किया गया था। यह प्रदर्शित करने के लिए कि पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया क्रमिक और तेजी से स्केलिंग द्वारा वांछित व्यवहार परीक्षण को आसानी से लागू कर सकता है, प्रतिनिधि परिणामों के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रोटोकॉल में चार प्रशिक्षण चरण (चित्रा 5 ए) शामिल थे।

चरण I और II में, फीडर A को पोक करने के बाद फीडर R को पोकिंग करके पुरस्कार प्राप्त किए गए थे। चरण III और IV में, फीडर A और B को उस क्रम में पोक करने के बाद फीडर R को पोकिंग करके इनाम प्राप्त किया गया था। चरण IV में, फीडर ए के पोकिंग ने ट्रेडमिल के रोटेशन को ट्रिगर किया, और फीडर बी को केवल 5 सेकंड के जबरन चलने के बाद एक्सेस किया जा सकता था। परीक्षण चरण (विलंबित परिवर्तन कार्य) में, प्रक्रिया चरण IV के समान थी, लेकिन फीडर आर टी-आकार के भूलभुलैया के दोनों किनारों पर बाहों में था, और चूहों को पिछले चरण से विपरीत फीडर को पोक करके पुरस्कृत किया गया था। चूहे विस्तारित मार्ग की लंबाई और आकार और फीडर साइटों को बदलने के जवाब में स्थानांतरित करने में सक्षम थे (चित्रा 5 बी)। सभी चरणों को 30 परीक्षणों में किया गया था, प्रत्येक परीक्षण को फीडर आर तक पहुंचने वाले चूहे के उदाहरण के रूप में परिभाषित किया गया था। प्रत्येक चरण में 30 परीक्षणों को पूरा करने वाले तीन चूहों द्वारा खर्च की गई कार्य अवधि चित्रा 6 ए में दिखाई गई है। बार-बार किए गए उपायों एनोवा ने पुष्टि की कि चूहों के कार्य पूरा होने का समय चरणों (एफ (4, 8) = 16.98, पी < 0.05, ग्रीनहाउस-गीज़र सही28) के बीच भिन्न था। चूहे मार्ग की लंबाई और इनाम की स्थिति में बदलाव के लिए लचीले ढंग से अनुकूलित करने में सक्षम थे। परीक्षण चरण में, जो अगले दिन आयोजित किया गया था, सभी चूहों ने 3 दिनों के भीतर सही विकल्प प्रतिक्रियाओं के उच्च प्रतिशत तक पहुंच गए (चित्रा 6 बी)।

कई प्रयोगकर्ताओं ने यह पुष्टि करने के लिए भूलभुलैया का निर्माण किया कि इस तरह के चरणबद्ध भूलभुलैया विस्तार तेजी से किया जा सकता है (चित्रा 6 सी)। इस लेख में, व्यावहारिक रूप से भूलभुलैया निर्माण समय को मापने के लिए पिछली रिपोर्ट22 में मार्ग के मॉर्फिंग समय में साथ के भागों (ट्रेडमिल, फीडर) के समय को जोड़ा गया था। विलंबित परिवर्तन कार्य (चित्रा 5 ए) के लिए प्रक्रिया का उपयोग करते हुए, पांच प्रयोगकर्ताओं ने भूलभुलैया को चरण द्वितीय आकार से परीक्षण चरण आकार में बदल दिया। तीसरे परीक्षण में समय 67.80 ± 3.03 एस (एसई ± औसत) तक पहुंच गया। परीक्षण में प्रयोगकर्ता शामिल थे जिन्होंने कई वर्षों तक इस भूलभुलैया प्रणाली का उपयोग किया था और जिन्होंने शायद ही कभी इसका उपयोग किया था।

Figure 1
चित्र 1: चूहों के लिए बेसप्लेट और संबंधित भागों के साथ पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के तत्व। (F, G) बेसप्लेट की फिक्सिंग विधि चूहों और चूहों के लिए अलग है। तीर प्रोट्रूशियंस (सफेद) और बोल्ट (नीले) का संकेत देते हैं। (एच) पूरी तरह से स्वचालित कार्यों के लिए नियंत्रक के माध्यम से सिग्नल इनपुट / आउटपुट। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 2
चित्र 2: बेसप्लेट के साथ पंचिंग बोर्ड को जोड़ना। (ए) बेसप्लेट का साइड व्यू, पंचिंग बोर्ड, और एक प्रोट्रूशियंस की क्लोज-अप फोटो। (बी) बेसप्लेट और पंचिंग बोर्ड का शीर्ष दृश्य, और छेद की एक क्लोज-अप फोटो। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 3
चित्र 3: विलंबित परिवर्तन कार्य के लिए टी-आकार के भूलभुलैया असेंबली की प्रक्रिया। (ए-ई) ऊपर से ली गई पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया की छवियां। असेंबली प्रक्रिया की छवियां बाएं से दाएं क्रम में हैं। लाल तीर नए इकट्ठे ट्रेडमिल (सी), फीडर (डी), और जंगम दीवारों (ई) की स्थिति को इंगित करते हैं। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 4
चित्र 4: एक ही वातावरण में कई भूलभुलैया आकार। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया की छवियां। (ए-डी) चूहों के लिए पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया परीक्षण। मार्ग भागों को एक ही वातावरण में कई आकृतियों में पुन: कॉन्फ़िगर किया गया था, लाल रंग में संलग्न मार्ग भागों के स्थान के संदर्भ में (ए)। (E-F) चूहों के लिए पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया परीक्षण। इन भूलभुलैया को किसी भी स्थान पर फीडर (लाल तीर) और जंगम दीवारों (हरे तीर) के साथ रखा गया था। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 5
चित्र 5: चूहे का भूलभुलैया विस्तार और प्रक्षेपपथ। (A) विलंबित परिवर्तन कार्य के ट्रेन और परीक्षण चरणों के दौरान भूलभुलैया का आकार धीरे-धीरे बदलता है। कार्य में उपयोग किए जाने वाले फीडर का प्रकार एक रंगीन बॉक्स द्वारा इंगित किया जाता है। (बी) एक प्रतिनिधि चूहे के चलने वाले प्रक्षेपपथ। प्रत्येक प्रक्षेपवक्र (ए) में चरण से मेल खाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Figure 6
चित्र 6: भूलभुलैया प्रयोगों का प्रदर्शन। (A-B) प्रशिक्षण की शुरुआत से परीक्षण के अंत तक 4 दिनों के लिए व्यवहार प्रदर्शन। (ए) प्रत्येक प्रशिक्षण चरण के लिए कार्य पूरा होने का समय और परीक्षण चरण का पहला दिन (एन = 3)। (बी) विलंबित परिवर्तन परीक्षण में सही विकल्प प्रतिक्रियाओं (औसत ± एसई) का प्रतिशत। डॉटेड लाइनें मौका स्तर को इंगित करती हैं। एसई: माध्य की मानक त्रुटि। (सी) पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया असेंबली समय। रैखिक ट्रैक को टी-आकार के भूलभुलैया (शीर्ष) में संशोधित किया गया था। संशोधन में मार्ग (सफेद वर्ग), फीडर (काला वर्ग), और एक ट्रेडमिल (हरा वर्ग) शामिल था। पांच प्रयोगकर्ताओं ने तीन परीक्षण किए (नीचे)। परीक्षण से पहले, विशेषज्ञ उपयोगकर्ता (प्रयोगकर्ता 1) ने एक उदाहरण के रूप में एक परीक्षण किया। सभी परीक्षण एक ही दिन किए गए थे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया ने हमें एक ही वातावरण में विभिन्न प्रकार के भूलभुलैया कार्यों का संचालन करने में सक्षम बनाया। फर्श पर समान रूप से स्पेस किए गए छेद और बेसप्लेट के साथ टावरों द्वारा समन्वित एक इंटरलॉकिंग सिस्टम ने उच्च स्तर की पुनरावृत्ति और प्रजनन क्षमता की गारंटी दी। इसके अलावा, संरचना को आसानी से संलग्न और अलग किया जा सकता है, और वांछित भूलभुलैया आकार को तुरंत कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जो एक कुशल, लचीला और स्केलेबल सिस्टम के रूप में कार्य करता है।

पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया ने जानवरों को तेजी से सीखने की अनुमति दी। पारंपरिक भूलभुलैया प्रयोगात्मक वातावरण में, मार्ग की लंबाई और आकार को पुन: कॉन्फ़िगर करना मुश्किल हो सकता है, और कई भूलभुलैया को संयोजित करने वाले परीक्षणों का संचालन करना समय लेने वाला है। जैसा कि इस अध्ययन में दिखाया गया है, पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया एक चरण-दर-चरण तरीके से भूलभुलैया विस्तार को सक्षम बनाता है, जहां जटिल व्यवहार परीक्षणों के संशोधन के बाद प्रशिक्षण एक ही दिन में कुशलता से आयोजित किया जाता है (चित्रा 6 ए, बी)। इसके अलावा, प्रयोगकर्ता के लिए संशोधन करना आसान है। इस अध्ययन में, भूलभुलैया असेंबली समय को कई परीक्षणों में मापा गया था, और प्रयोगकर्ताओं ने लगातार लगभग 1 से 2 मिनट (चित्रा 6 ए) में पुनर्निर्माण पूरा किया।

इस भूलभुलैया प्रणाली का एक बड़ा लाभ यह है कि यह भूलभुलैया के आकार को ठीक करने की अनुमति देता है। क्योंकि फर्श पंचिंग बोर्ड छेद से भरा हुआ है, इसलिए लचीले भूलभुलैया प्रयोगों का प्रदर्शन करना संभव है जो पारंपरिक भूलभुलैया प्रणालियों के साथ प्राप्त करना मुश्किल होगा। इस अध्ययन में किए गए विलंबित परिवर्तन कार्य में, चूहों ने देरी शुरू की और पोकिंग (चित्रा 5 ए) द्वारा देरी क्षेत्र से बाहर निकल गए। पास में दो फीडर रखना, जैसा कि हमने यहां किया है, एक निश्चित ज्यामिति के साथ एक पारंपरिक भूलभुलैया प्रणाली में मुश्किल है। इसके अतिरिक्त, यह भूलभुलैया प्रणाली संतुलित संशोधनों को सक्षम करती है; उदाहरण के लिए, फीडर बी की स्थिति को आसानी से विपरीत तरफ प्रतिस्थापित किया जा सकता है (चित्रा 5 ए)। यह लाभ प्रयोगशालाओं में भूलभुलैया विन्यास की प्रतिकृति के लिए भी अनुमति देता है। विलंबित परिवर्तन कार्य के लिए कई भूलभुलैया का उपयोग किया जाता है, जिसमें आकृति-आठ भूलभुलैया, वाई भूलभुलैया और डब्ल्यू भूलभुलैया 26,29,30 शामिल हैं। इनाम क्षेत्र, देरी क्षेत्र और देरी विधि भी अध्ययन से अध्ययन23,31 में भिन्न होती है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के साथ, इन सभी विभिन्न भूलभुलैया को एक ही भौतिक वातावरण में बनाया जा सकता है और विभिन्न प्रयोगशालाओं में पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है। यदि यह प्रणाली व्यापक हो जाती है, तो इससे प्रयोगशालाओं के बीच भूलभुलैया कार्यों का मानकीकरण हो सकता है।

पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल मल्टीयूनिट रिकॉर्डिंग का समर्थन करता है, जो स्थानिक नेविगेशन22 का समर्थन करने वाले तंत्रिका सहसंबंधों की जांच करता है। हिप्पोकैम्पल गठन में, जिसे स्थानिक नेविगेशन में एक आवश्यक भूमिका निभाने के लिए माना जाता है, स्थानिक जानकारी को एन्कोड करने के लिए कई प्रकार की कोशिकाओं की सूचना दी गई है, जैसे कि कोशिकाएं जो एक विशिष्ट स्थिति32 से गुजरते समय या बाहरी वातावरण की सीमा के करीब पहुंचने पर आग लगातीहैं। ये सेल प्रकार दूर के स्थलों16,17,18 में परिवर्तन के आधार पर अपनी फायरिंग गतिविधि को बदलते हैं। यह प्रणाली स्थानिक नेविगेशन प्रयोगों के दौरान तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए आदर्श है क्योंकि पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया एक ही वातावरण को बनाए रखते हुए केवल भूलभुलैया के आकार को बदल सकती है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया सख्त बाहरी पर्यावरण नियंत्रण बनाए रखता है, तंत्रिका गतिविधि प्रयोग के लिए प्रासंगिक एक विनिर्देश।

पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया कुछ चेतावनियों के साथ भूलभुलैया प्रयोगों के लिए एक इष्टतम वातावरण प्रदान करता है। सबसे पहले, भूलभुलैया का निर्माण पंचिंग बोर्ड में छिद्रों में भागों को फिट करके किया जाता है, इसलिए कोणों को लचीले ढंग से नहीं बदला जा सकता है। गोलाकार भूलभुलैया (चित्रा 4 ई) इस समस्या को कुछ हद तक दूर करता है, लेकिन भूलभुलैया की स्थिरता सुनिश्चित करते हुए मार्ग में वक्र और कोण जोड़ने की सीमाएं हैं। इसके अलावा, कुछ शास्त्रीय भूलभुलैया, जैसे मॉरिस वाटर भूलभुलैया34 और बार्न्स भूलभुलैया35, और हाल के वर्षों में विकसित भूलभुलैया जैसे कि हनीकॉम्ब भूलभुलैया36,37, पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के कुछ हिस्सों को जोड़कर निर्माण करना मुश्किल है। भविष्य के प्रयासों को अनुकूलनशीलता बढ़ाने और अधिक संज्ञानात्मक प्रयोग को कवर करने के लिए इन भूलभुलैया प्रकारों को पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के साथ विलय करने के तरीकों की खोज पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए।

Disclosures

एसटी पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया से संबंधित एक जांच किए गए जापानी पेटेंट आवेदन प्रकाशन (संख्या पी 7137179, आवेदक: दोशीशा विश्वविद्यालय) का आविष्कारक है। एफ.एस., के.आई., एच.ए., और वाई.टी. ने हितों के टकराव की घोषणा नहीं की।

Acknowledgments

इस काम को जापानी सोसाइटी फॉर द प्रमोशन ऑफ साइंस द्वारा समर्थित किया गया था, काकेन्ही एस.टी. को 16एच06543 और 21एच05296 अनुदान देता है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D printer Stratasys Ltd. uPrint
Arduino Mega 2560 R3 Elegoo JP-EL-CB-002
Camera Basler acA640-750uc
Control box O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-IF
DeepLabCut Mathis laboratory at Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne N/A
Feeder unit O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-PD
Free maze system for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-M1
Free maze system for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FM-R1
Long-Evans Rat Shimizu Laboratory Supplies, Co. LTD.  N/A
MATLAB MathWorks Matlab2020b
Movable wall for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-DM
Movable wall for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-DM
Pathway and tower for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-SS
Pathway and tower for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-SS
Pellet dispenser O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. PD-020D/PD-010D
Photo beam sensors unit for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-PS
Punching board for mice O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMM-ST
Punching board for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-ST
Treadmill for rats O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. FMR-TM

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References

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कृन्तकों में स्थानिक नेविगेशन परीक्षणों की प्रजनन क्षमता को बढ़ाने के लिए पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया प्रणाली का उपयोग करना
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Sawatani, F., Tamatsu, Y., Ide, K.,… More

Sawatani, F., Tamatsu, Y., Ide, K., Azechi, H., Takahashi, S. Utilizing a Reconfigurable Maze System to Enhance the Reproducibility of Spatial Navigation Tests in Rodents. J. Vis. Exp. (190), e64754, doi:10.3791/64754 (2022).

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