تقييم السبق الماهر في الفئران باستخدام مدرب تلقائي

ملخص

طريقة تقييم تأثير التدريب على المهارات الحركية هي أداة مفيدة. لسوء الحظ، يمكن أن تكون معظم التقييمات السلوكية كثيفة العمالة و/أو مكلفة. نحن نصف هنا طريقة الروبوتية لتقييم السبق (الوصول إلى فهم) مهارة في الفئران.

الملخص

نحن نصف طريقة لإدخال الفئران السذاجة إلى مهمة جديدة (الوصول إلى فهم). يتم إيواء الفئران بشكل رائع في أقفاص مع فتحة أمامية تسمح للفأر للوصول إلى خارج قفصه واسترداد الكريات الغذائية. يتم استخدام الحد الأدنى من القيود الغذائية لتشجيع الفئران على إجراء استرداد المواد الغذائية من الفتحة. كما تبدأ الفئران لربط القادمة إلى فتحة للغذاء، يتم سحب الكريات يدويا بعيدا لتحفيز التمديد وpronation من مخلب لفهم واسترداد بيليه من خلال فتحة أمامية. عندما تبدأ الفئران في الوصول إلى الكريات عند وصولها إلى الفتحة، يمكن إجراء الفحص السلوكي عن طريق قياس المعدل الذي يمكن أن نفهم بنجاح واسترداد بيليه المطلوب. ثم يتم تعريفهم على المدرب التلقائي الذي أتمتة كل من عملية توفير الكريات الغذائية للماوس لفهم، وتسجيل ناجحة وفشلت في الوصول واستيعاب المحاولات. وهذا يسمح بجمع البيانات التي تصل إلى فئران متعددة بأقل جهد ممكن، لاستخدامها في التحليل التجريبي حسب الاقتضاء.

المقدمة

طرق لاختبار المهارات الحركية قبل وبعد الإصابة العصبية، فضلا عن تعديل توقيت، والمبلغ، ونوع التدريب الحركي مهمة للبحوث الترجمة. على مدى العقد الماضي، أصبحت الفئران، بسبب سهولة ما يصاحب ذلك من التلاعب الوراثي، نظام نموذج شعبية التي لتوضيح آليات التعلم الحركي قبل وبعد الإصابة. ومع ذلك، لم يتم تحسين الاختبارات السلوكية في الفئران بنفس الطريقة التي كانت مثل هذه الاختبارات للثدييات الأخرى (وخاصة الفئران). وعلاوة على ذلك، هناك اختلافات هامة بين سلوك الماوس والفئران التي تشير بقوة تدريب النوعين في آداب مختلفة^1،2.

تستخدم الحركات الماهرة المناوئة لليد/الكفوف لوضع الطعام في الفم، أو للتلاعب بجسم ما، أو لاستخدام أداة. في الواقع، الوصول إلى فهم كائنات مختلفة في الحياة اليومية هو وظيفة أساسية من الأطراف العليا وقانون الوصول إلى تناول الطعام هو شكل من أشكال النفي التي تستخدم العديد من الثدييات. وقد تم تحديد العديد من التغيرات الوراثية والفسيولوجية والتشريحية التي تقوم عليها اكتساب المهارات المسبقة بشكل جيد في المجال³. في ترجمة النتائج ما قبل السريرية إلى النتائج السريرية، يحتاج المرء إلى اختبار ذي صلة يتسم بالكفاءة والقابلة للاستنساخ. دراسات القوارض والإنسان الوصول تثبت أن سلوك النفي مماثلة في البشر والحيوانات⁴. وبناء على ذلك، تشير أوجه التشابه هذه إلى أن اختبار السبق يمكن أن يكون بمثابة نموذج ترجمة للتحقيق في التعلم الحركي فضلا عن العاهات وعلاجات الأمراض البشرية. لذلك، تقييم النفي في الفئران يمكن أن تقدم أداة قوية في البحوث الترجمة دراسة كل من الصحة والمرض الدول⁴.

لسوء الحظ، يمكن أن تكون مهمة التبذير في الفئران، حتى بالنسبة لإعداد مختبر على نطاق صغير، شاقة وتستغرق وقتا طويلا. وللتخفيف من حدة هذه المشكلة، نصف هنا نسخة آلية من مهمة التبذير. تتطلب المهمة الموصوفة الفئران لتوسيع مخلب واحد من خلال فتحة أمامية قفص المنزل الماوس، pronate مخلب الموسعة، واستيعاب مكافأة بيليه الغذاء، وسحب بيليه مرة أخرى إلى القفص الداخلي للاستهلاك. يتم تقديم البيانات الناتجة إما كنجاح أو فشل. هذه الأتمتة بنجاح يسجل البيانات ويقلل من العبء والوقت الذي يجب على الباحثين إشراك المهمة.

البروتوكول

تمت الموافقة على جميع الطرق الموضحة هنا من قبل لجنة رعاية الحيوانات واستخدامها من جامعة جونز هوبكنز.

1. إعداد أقفاص الماوس للاستخدام

1. إنشاء فتحة مشقوقة مع أبعاد عرض 0.8 سم وارتفاع 7 سم من القاعدة في الطرف الأمامي من كل قفص، كما هو موضح في الشكل 1. هذه الفتحة بمثابة الافتتاح الذي سيصل من خلاله الحيوان.
   ملاحظة: تم تصميم المدرب التلقائي للاستخدام مع أبعاد قفص الماوس القياسية (كما هو موضح في الشكل 1)التي قدمها معظم بائعي إمدادات البحوث الحيوانية. وعلاوة على ذلك، فإن المدرب التلقائي دعم بسهولة أنواع قفص أخرى.
2. داخل كل قفص الفردية، إضافة منصة المتاخمة للفتحة للسماح للفئران للوقوف والوصول إلى الكريات المقدمة. تأكد من أن المنصة تقع فوق أرضية القمامة القفص، ما يقرب من 3 سم في الارتفاع. استخدام أطباق بيتري مثبتة مع superglue وتوج بورقة معدنية حوالي 10 سم × 15 سم، ومع ذلك، فإن أي سطح مستو كبير بما فيه الكفاية للماوس للوقوف على الوصول من يكفي.
3. إنشاء الشق الرأسي من خلال منتصف الجزء الأمامي من القفص قياس 0.8 سم عبر و 7 سم عالية من شأنها أن تسمح للماوس للوصول إلى مخلب له للخروج من القفص.
4. من ورقة رقيقة من المعدن، (حوالي 2 ملم سميكة) قطع بوابة قفص إلى مستطيلات قياس 5 سم × 10 سم لتكون بمثابة فتحة موحدة من خلالها الحيوان للوصول.
   ملاحظة: قد تمضغ الفئران على أقفاص بلاستيكية من شأنها أن تغير حجم الفتحة. سوف يصل الماوس من خلال هذه الفتحة 0.8 سم عندما يتم وضع بوابة القفص المعدني على فتحة القفص مشقوق أثناء الاختبار باستخدام الشريط، والحفاظ على العرض الفعال للفتحة بين الأقفاص.
5. تغطية فتحة كل قفص مع الشريط عندما لا يتم اختبار الماوس لمنع القمامة من طردمن القفص.

2. إدخال الفئران إلى الحركة الوصول

1. تسجيل الوزن البداية لكل ماوس وحساب 85٪ من تلك القيمة للعثور على وزن الهدف، والتقريب تصل إلى 20 غرام إذا كانت النتيجة أقل. منحهم نظام التغذية لجلبهم إلى ومن ثم الحفاظ على هذا الوزن الهدف.
   1. إعطاء كل ماوس 2.5 غرام من الكريات في اليوم الأول ولاحظ أي تغيير في وزنهم 24 ح في وقت لاحق.
      ملاحظة: وزن الفئران مرة واحدة في اليوم ونتوقع انخفاض الوزن من 0.25-1 غرام في اليوم الواحد.
   2. تغيير التغذية اليومية لكل فأر ة كما هو مطلوب، استناداً إلى هذا التغيير الأولي والتغيرات المستمرة في وزن كل فأر، من أجل الحث على فقدان الوزن التدريجي (أقل من 0.8 غرام المفقودة في اليوم الواحد) ومن ثم الحفاظ على وزن الهدف الناتج. تختلف بين ثلاثة إلى ستة 500 الكريات ملغ (1.5 إلى 3.0 غرام) يوميا لتكون فعالة.
      ملاحظة: الفئران تبقى على هذا النظام الغذائي للحفاظ على وزن هدفهم في جميع أنحاء البروتوكول.
2. عندما يصل الماوس إلى وزنه الهدف، أدخل كل فأر إلى مفهوم الخروج إلى فتحة مسورة لبيليه الغذاء التكميلية. بدء دورة تدريبية عن طريق وضع بيليه 45 ملغ على سطح بيليه، مباشرة أمام فتحة، والسماح لكل ماوس لاسترداده. معظم الفئران سوف تأخذ إلى هذا الترتيب التغذية في غضون 1-2 أيام.
3. مرة واحدة الماوس يربط فتحة مفتوحة مع يجري تغذية، وتشجيعهم على الوصول مع مخلب، بدلا من الفم.
   ملاحظة: هذه هي الخطوة الأكثر تعقيداً، أخذ 1-2 أيام، وغرس السلوك غير مثمرة في الفئران عن طريق الخطأ من السهل جداً; يرجى الرجوع إلى قسم المناقشة للحصول على مزيد من المعلومات والمشورة.
   1. باستخدام زوج من ملاقط، عقد بيليه في نفس الموقف الماوس قد استرد الكريات سابقا. كما يبدأ الماوس لدغة لبيليه، تسحبه بعيدا ما يقرب من نصف سنتيمتر بحيث بيليه هو بعيدا عن متناول فمه.
      ملاحظة: سيحاول الماوس في وزنه الهدف استرداد بيليه خارج الوصول. كلما الماوس يمتد مخلب من خلال فتحة، وتعزيز هذا السلوك من خلال السماح لها لتناول الطعام بيليه. قد تظهر بعض الفئران تفضيل مخلب واحد على الآخر عند تمديد للغذاء.
   2. في حين لا تكون مفيدة للتجريب، سجل ما إذا كان يفضل مخلب اليسار أو اليمين. وهذا قد يسمح بمعدلات نجاح إجمالية أعلى في التقييم السلوكي; بدلا من ذلك، القضاء على متغير عن طريق إجبار كل فأرللوصول مع مخلب نفسه.
      ملاحظة: يتم الحصول على نتائج أفضل إذا كانت الفئران تستخدم مخلب المفضل ة.
   3. كما كل شركاء الماوس تمديد مخلب مع تناول بيليه، وزيادة تعزيز هذا السلوك عن طريق حجب بيليه ردا على محاولات لاسترداد بيليه مع الفم واللسان. سوف تبدأ الفئران في الامتثال لهذا الترتيب على مدى 2 إلى 3 أيام.
   4. الانتهاء من إدخال مخلب المطلوب الوصول إلى السلوك عن طريق وضع 45 ملغ بيليه أقل بقليل من 1 سم من الحافة الخارجية لبوابة القفص، بحيث أقصى اليسار أو أقصى نقطة من بيليه (سواء كان ذلك إلى اليمين أو اليسار من فتحة القفص من المحقق المنظور، على التوالي) هو الظل إلى خط يمتد مباشرة من حافة فتحة بوابة القفص. السماح للماوس لمحاولة استرداد بيليه، وتوخي الحذر لإزالة بيليه ومنع استهلاكها إذا كان الماوس يجب أن تحاول بطريقة أخرى من تمديد مخلب.
      ملاحظة: عندما يقوم الماوس باستمرار بتوسيع مخلب للاستيلاء على وقادرة على لمس بيليه المقدمة، فإنه على استعداد للاختبار باستخدام المدرب التلقائي الموضح أدناه والفحص السلوكي المرتبطة بها. ويختلف الوقت من المقدمات السذاجة إلى الإعداد بين الفئران؛ إذا كان هناك stragglers التي تستغرق أكثر من أسبوعين لفهم، ينبغي استبعادهم من مجموعة البيانات.

3. استخدام المدرب التلقائي

ملاحظة: الرجاء مراجعة الشكل 1-3وقسم المناقشة للحصول على وصف كامل للأجهزة والبرامج والإجراءات المادية للمدرب التلقائي.

1. التحضير للدورة التدريبية.
   1. معايرة الطعم بيليه الاستشعار. انقر فوق السهم تشغيل في واجهة LabVIEW ولاحظ الطعم بيليه الاستشعار القراءة مع وبدون بيليه في المكان. انقر فوق الزر إيقاف لإيقاف تشغيل الاختبار هذا وتغيير هدف مستشعر بيليه الطعم إلى قيمة بين هاتين القراءتين(الشكل 3 والجدول 2). توفر معظم ظروف الإضاءة قراءة بين 1 و4.
   2. وضع قفص الماوس المعدلة على المدرب التلقائي(الشكل 2). تثبيت بوابة القفص ( الشكل 1) ومحاذاة بيليه إلى حافة الفتحة كما هو الحال في الإجراء اليدوي.
2. تشغيل جلسة تدريب الماوس باستخدام واجهة LabVIEW.
   1. معلومات الإدخال حسب الاقتضاء لتسجيل البيانات المتعلقة بالدورة التدريبية(الشكل 3 والجدول 2).
      1. انقر فوق الحقل "معرف الماوس" واكتب اسم ملف كل جلسة تدريب باستخدام لوحة مفاتيح الكمبيوتر.
      2. انقر فوق مجموع الكريات إلى الاستغناء خلال الحقل الروتيني للسيطرة على عدد الكريات التي يتم الاستغناء عنها لتجربة واحدة (عادة 20-30). للقيام بذلك، انقر فوق الأسهم لأعلى ولأسفل أو إدخال الرقم باستخدام لوحة مفاتيح الكمبيوتر.
      3. انقر فوق الحقل إيقاف مؤقت بعد بيليه تعيين إيقاف مؤقت 5 s بعد إزالة بيليه المشار إليه من لوحة الغوص. للقيام بذلك، انقر فوق الأسهم لأعلى ولأسفل أو إدخال الرقم باستخدام لوحة مفاتيح الكمبيوتر.
      4. انقر فوق الحقل إيقاف مؤقت لـ "طول الإيقاف المؤقت" لتعيين إيقاف مؤقت بين الوقت الذي تتم فيه إزالة بيليه من لوحة الغوص والوقت الذي يتم فيه الاستغناء عن بيليه جديد. للقيام بذلك، انقر فوق الأسهم لأعلى ولأسفل أو إدخال الرقم باستخدام لوحة مفاتيح الكمبيوتر
         ملاحظة: عادةً 1 s هو وقت إيقاف مؤقت مناسب. إذا كانت الفئران حريصة بعد الاستغناء عن كل بيليه، فمن المستحسن زيادة طول وقفة باستخدام الحقل "طول وقفة" إلى 5 s.
      5. تسجيل المسافة التي يتم وضع بيليه يدويا في حقل الوصول إلى المسافة. للقيام بذلك، انقر فوق الأسهم لأعلى ولأسفل أو إدخال الرقم باستخدام لوحة مفاتيح الكمبيوتر
         ملاحظة: يتم الكشف عن حجم تسريع والوقت صفائف لأغراض التصحيح ثم قد يتم تجاهل.
      6. انقر فوق الحقل مجلد يحتوي على سجلات لتحديد موقع الملف لحفظ البيانات التي تم تجميعها.
      7. بمجرد ملء حقول المعلومات، انقر فوق الزر تشغيل لبدء جلسة التدريب. سيقوم المدرب التلقائي بتوزيع الكريات الفردية وتتبع ما إذا كانت تقع من خلال قمع حتى يتم الاستغناء عن العدد الإجمالي من الكريات، وقد تم استرداد بيليه الماضي أو إسقاطها من قبل الماوس. سيتم إيقاف البرنامج تلقائيًا عند هذه النقطة. إذا لزم الأمر، فإنه يمكن أيضا أن تتوقف قبل الأوان عن طريق النقر على زر إيقاف.
   2. بمجرد إعداد البرنامج، ضع القفص المنزلي للماوس ليتم اختباره على قاعدة التمثال ومراقبة الماوس بحيث يمكنك قياس ما إذا كان الماوس قد تعلم بالفعل لمحاولة السلوك الوصول إلى الرواية المطلوبة. بعد النقر فوق الزر تشغيل، اسمح للماوس بالتحقيق في الفتحة ومحيطها الجديد غير المألوف.
      ملاحظة: على غرار عند إدخال الفئران إلى مفهوم الوصول، نتوقع بعض الفئران أن تكون أكثر توافقاً من غيرها. الفئران التي استوعبت المفهوم يجب أن تحاول الوصول في غضون 5-10 دقيقة، وسوف تربط حركة المدرب التلقائي مع بيليه المقدمة، كما هو الحال عندما ربط فتحة كشف مع الغذاء في المراحل الأولى من هذا البروتوكول.

النتائج

بشكل عام، من المستحسن أن تتكون كل دورة تدريبية من حوالي 20-30 التجارب، والتي قد يتم تعيينها من قبل المستخدم، وتشغيلها تلقائيا من قبل المدرب التلقائي وحفظها في ملف سجل واحد لكل دورة والماوس. يمكن تشغيل كل محاكمة على التوالي، مباشرة بعد الآخر، مع 2-5 s من وقفة. الفئران المدربة على المدرب التلقائي تظهر زيادة في المهارات على مدى 10 دورات تدريبية.

لمقارنة فائدة المدرب التلقائي للتدريب اليدوي (يعتبر المعيار الذهبي)، قمنا بتدريب الذكور...

المناقشة

لدينا المدرب التلقائي يقيم الصدارة الوصول إلى فهم (prehension) بطريقة آلية. ولتحقيق نقطة النهاية هذه، تم تكرار العديد من المعلمات المصممة لمهمة التبشّر للفأر، بما في ذلك وضع بيليه، وحجم بيليه، ومعايير التدريب، على مدى عدة سنوات ومقتبسة من البروتوكولات السابقة^{2و5 ،6}. التقدم هنا هو أتمتة المهمة باستخدام الروبوت الذي يسمح السكن في قفص المنزل. السكن في قفص المنزل يسمح للفئران أن تبقى هادئة وأداء هذه المهمة مع أقل القلق. ويرتبط التد...

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
ABS خيوط	مخصص 3D	مطبوعة N / A	المستخدمة لحامل الحبيبات والإطار والذراع والقمع
ABS ورقة	McMaster-Carr	8586K581	3/8 "سمك. تستخدم لمكونات النظام الأساسي ، وأدلة حامل تحديد المواقع وقاعدة
Adruino Mini	Adruino	A000087	إصدار نانو متوافق أيضا بالإضافة إلى المتحكمات الدقيقة الأخرى المماثلة
البدلاء الأعلى قابل للتعديل الارتفاع حامل تحديد المواقع	McMaster-Carr	9967T43	35 رطلا الحمولة
دائري أكريليك	شفاف McMaster-Carr	8532K14	ID 3/8 "
منخفض الكربون   أسلاك فولاذية	McMaster-Carr	8855K14	0.148 "  قطر
موزع بيليه	لافاييت الصكة: علم الأعصاب	80209-45	مع 45 مجم عجلة حجم الحبيبات القابلة للتبديل وحامل اختياري
Photointerrupter Breakout Board   ؛	SparkFun	BOB-09322 ROHS	مصمم لمستشعر
الأجسام العاكس	Sharp Fairchild أشباه الموصلات	QRD1113	إخراج الترانزستور
الضوئي محرك سيرفو	SparkFun	S8213	ترس معدني عام (حجم صغير)
ضوئي ناقل	فجوة	GP1A57HRJ00F	حادة: 10 مم ، شق: 1.8 مم