الآلي، الكمي المعرفي / الفحص السلوكية من الفئران: للحصول على الوراثة، الصيدلة، الإدراك الحيوانية والتعليمات الجامعية

الهدف العام من التجربة التالية هو فحص الفئران التي تم التلاعب بها وراثيا ودوائيا بحثا عن الأعطال والآليات الأساسية للإدراك. يتم تحقيق ذلك من خلال إجراء قياسات نفسية فيزيائية للخصائص الكمية الفسيولوجية ذات المغزى في نظام تنميط ظاهري سلوكي عالي الإنتاجية مؤتمت بالكامل 24 7. تتمثل الخطوة التالية في تحليل البيانات الواردة ورسمها بيانيا في شبه الوقت الفعلي ، مما يتيح التحكم الآلي في الوقت الفعلي للاختبار على أساس الماوس بالماوس.

بعد ذلك ، يتم أرشفة البيانات الأولية ورمز بروتوكول الاختبار وجميع الإحصائيات الوسيطة في بنية بيانات واحدة. من أجل إتاحة البيانات للجمهور وتشجيع المزيد من التحليل ، تظهر النتائج تغييرات خاصة بالسلالة في جزء البخار الزمني بناء على مهمة التبديل. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الأخرى ، مثل متاهة الماء ، هي أنها تمنحك نتائج ذات مغزى من الناحية الفسيولوجية ، وإنتاجية عالية جدا وعدم التعامل مع الفئران.

لذلك يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في مجال علم الوراثة العصبية المعرفي ، مثل هل هناك سلالات متحولة لها آليات توقيت فاصل متغيرة كميا؟ تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو علاج أو تشخيص العجز المعرفي الجيني لأنها قد تؤدي إلى اكتشاف الجينات التي تحدد المكونات الحاسمة لهذه الآليات. يحتاج الأفراد الجدد في هذه الطريقة إلى فهم أساسيات برمجة MATLAB وفهم قوة الاختبار النفسي الفيزيائي الآلي الكمي.

أنا وآدم لأول مرة فكرة إنشاء هذا النظام عندما رأينا الطبيعة كثيفة العمالة وغير الكمية للاختبار الذي تم إجراؤه على الفئران التي تم التلاعب بها وراثيا قم بإعداد نظام الاختبار السلوكي في غرفة مختبر قياسية مع 10 خزانات لكل غرفة وثماني بيئات اختبار لكل خزانة. يتيح ذلك تشغيل 80 فأرا في وقت واحد. تتكون كل بيئة اختبار من حوض ماوس من مادة البولي بروبلين متصل بأنبوب أكريليك بصندوق اختبار الماوس.

صندوق الاختبار على ثلاثة قواديس ، والتي يتم مراقبتها بواسطة أشعة الأشعة تحت الحمراء. يحتوي القادوس الخارجية على مغذيات حبيبات متصلة ويمكنهما توصيل كريات الطعام بينما لا يقوم القادوس الأوسط بتوصيل كريات الطعام. الكابلات التي تمر عبر منفذ في جدار الحفلة, توصيل بيئات الاختبار ببطاقات الواجهة الكهربائية وأجهزة الكمبيوتر المخصصة في غرفة أخرى, التي تقوم بتشغيل برامج التحكم في البروتوكول.

مطلوب جهاز كمبيوتر واحد لكل خزانتين. يتم توصيل أجهزة الكمبيوتر هذه عبر شبكة محلية بخادم يقوم بتشغيل برنامج تحليل البيانات والرسوم البيانية. قم بإعداد شبكة المنطقة المحلية بحيث يمكن للخادم الذي تم تثبيت برنامج تحليل البيانات عليه الوصول إلى الأقراص الثابتة لأجهزة الكمبيوتر التي تتحكم في بيئات الاختبار.

بعد ذلك ، قم بإنشاء حساب مزامنة الملفات لتخزين البيانات في السحابة. أضف مجلد نظام TS ومجلداته الفرعية إلى مسار بحث MATLAB وتأكد من أن مجلد نظام TS هو مجلد متزامن سحابي. نظام TS عبارة عن مكتبة برمجيات مفتوحة المصدر تضم أكثر من 30 وظيفة عالية المستوى مكتوبة في MATLAB والتي تسهل إنشاء تحليل البيانات المعقدة ورمز الرسوم البيانية للبيانات.

في مربع أدوات نظام TS ، تبدأ الدالة Ts في إنشاء بنية البيانات الهرمية التي سيتم فيها وضع البيانات الأولية وجميع النتائج المستمدة منها بواسطة الوظائف الأخرى في صندوق أدوات نظام TS. بعد ذلك ، تضيف الاستدعاء ts بروتوكولا لتحديد معلمات التحكم لبروتوكول تجريبي لتحديد رمز القرار الذي سيؤدي إلى أتمتة قرار إنهاء البروتوكول والانتقال إلى البروتوكول التالي وتحديد معايير القرار التي سيتم استخدامها. الآن ، ضع الفئران في 24 7 بيئات اختبار حية ، فأرة واحدة لكل بيئة.

لاحظ رقم معرف الفئران ورقم الصندوق والحرف الذي يحدد كمبيوتر التحكم في التجربة على شبكة المنطقة المحلية وعنوان IP الخاص به. المكالمة التالية ، تبدأ الجلسة لبدء الجلسة التجريبية. تستمر الجلسات التجريبية من أسبوع إلى أسبوعين يتم خلالها تشغيل العديد من بروتوكولات الاختبار السلوكي المختلفة.

ثم في جهاز كمبيوتر تحكم واحد ، اتصل بالماكرو الذي سيبدأ تشغيل جميع المربعات التي يتحكم فيها هذا الكمبيوتر. تم إنشاء هذا الماكرو بواسطة جلسة بدء TS. كرر هذا في أجهزة الكمبيوتر الأخرى التي تعمل بالتحكم فيها.

يمكن إجراء تحليل البيانات عن طريق كتابة تحليل بيانات جديد ورمز رسم بياني باستخدام الأوامر الموجودة في صندوق أدوات نظام TS أو باستخدام أو تعديل تحليل البيانات الحالية ورمز الرسوم البيانية المتوفرة في مكتبة Ts. بمجرد البدء ، تعمل التجربة في الغالب من تلقاء نفسها ، على الرغم من أن بعض المراقبة مطلوبة طوال مدة التجربة. راقب البريد الإلكتروني للحصول على تنبيهات من برنامج تحليل بيانات نظام TIA الذي يشير إلى أعطال المعدات المحتملة مثل انقطاع التيار الكهربائي والتحكم التلقائي وإعادة تشغيل الكمبيوتر وأعطال وحدة تغذية الحبيبات.

تسمح تنبيهات البريد الإلكتروني هذه بإصلاح العطل في الوقت المناسب مرتين إلى أربع مرات في اليوم في اليوم. مخططات الأداء التي ينتجها كود تحليل بيانات نظام TS في كل مرة يتم استدعاؤها بواسطة مؤقت التحليل. يمكن مراقبة هذه المخططات من أي مكان في العالم وفي أي وقت ، وإذا لزم الأمر ، يمكن مراجعة البروتوكول التجريبي عبر الإنترنت عن بعد من الموقع الذي يتم فيه اختبار الفئران.

استخدم أيضا متصفح TS لدراسة البيانات والإحصائيات الموجزة في هيكل البيانات الهرمي حيث تصبح متاحة في مخططات عدم التوازن التراكمي في الوقت الفعلي للكريات التي تم الحصول عليها والتي يشار إليها باسم الدخل يتم رسمها باللون الأحمر ويتم رسم مدة الزيارة باللون الأسود لثلاثة فئران من النوع البري وثلاثة من الزيجوت المتغايرة L. حدث انعكاس في الجدول الزمني عند النقطة التي تحولت فيها المنحدرات إلى أسفل ، وتتميز بخطوط حمراء عمودية لثلاثة من الفئران. يتتبع منحدر اختلال التوازن التراكمي للزيارة الخط الأسود عن كثب منحدر اختلال التوازن في الدخل التراكمي.

الأحمر ، يشير هذا إلى المطابقة شبه المثالية لنسبة متوسط مدد الزيارة إلى نسبة الدخل. لاحظ مدى سرعة تكيف نسبة فترات الزيارة مع التغير في نسبة الدخل عند نقاط الانعطاف الهبوطي. من ناحية أخرى ، فشل فأر آخر في المطابقة خلال جلسات التغذية الثانية كما هو موضح في المنحدر الصفري للزيارة التراكمية.

مخطط عدم التوازن لمدة باللون الأسود ، في حين أن ميل اختلال الدخل باللون الأحمر إيجابي إلى حد كبير. ومع ذلك ، خلال مرحلة التغذية الثالثة ، تكون المنحدرات متوازية ، مما يعني أن هذا الفأر بدأ فجأة في بداية هذه المرحلة لمطابقة نسبة زيارته إلى نسبة الدخل. لذلك من الواضح أنه كان قادرا على القيام بذلك ولكنه لم يفعل ذلك لسبب ما خلال جزء من الاختبار.

يوضح هذا أهمية تصور مسار الأداء بأكمله بدلا من الاعتماد كليا على بعض الإحصائيات الموجزة. تطابق هذا الفأر بدقة خلال نسبة الدخل الأولى ، ولكن عندما تم عكسها ، لم يعكس الفأر فأرا آخر تماما خلال مرحلة التغذية الثالثة. أي أن متوسط اختلال التوازن في الزيارات كان أكبر من متوسط اختلال التوازن في الدخل ولم يتكيف تماما مع انعكاس اختلال الدخل.

لاحظ مع ذلك أن جميع الفئران الستة ، كل من الأنواع البرية الثلاثة والأنواع المتغايرة الزيجوت الثلاثة ، تطابقت بدقة خلال مرحلة التغذية الأولى التي استمرت أربع ساعات وأظهرت استجابة مفاجئة لانعكاس نسبة الدخل. يوضح هذا الأداء السليم في الزيجوت المتغايرة للعديد من الآليات الأساسية للإدراك ، مثل المدة والتقدير والعدد وتقدير معدل التقدير والتوطين المكاني والقدرة على تذكر الكميات المجردة البسيطة. في علم الوراثة العصبية المعرفي ، من المهم تحديد ما لا يزال يعمل بشكل طبيعي كما هو الحال في العثور على ما لا يعمل أو لديه بعض التغيير الكمي المثير للاهتمام في تشغيله.

رسم الدورات التراكمية أو زيارة القادوس الأول متبوعة بزيارة القادوس الثاني ، تليها العودة إلى القادوس الأول كدالة لوقت الجلسة. هنا تشير القطاعات الخضراء المتقطعة إلى بداية مراحل التغذية. علامة العمودي الأحمر الصلب.

إن تعويض التغذية بالسرعة التي يبدأ بها الفأر في الدوران بين القواديس هو مقياس لما يمكن تسميته جرأته أو ميله إلى الاستكشاف. أظهر خمسة من الستة بعض الاستكشاف قبل بداية مرحلة التغذية الأولى وبدأوا فجأة في الدوران بين القواديس بمجرد أن بدأت. ومع ذلك ، لم يظهر أحد الماوس أي سلوك استكشافي على الإطلاق ، ولم تظهر دورة واحدة حتى منتصف مرحلة التغذية الثانية ، وعند هذه النقطة بدأ فجأة في الدوران بين القواديس.

ينتج عن تحليل تجارب التكييف الآلية والكلاسيكية سجلات تراكمية لسرعات بدء التجربة. قامت هذه التجارب بقياس معدل التعلم وهو عدد الأزواج قبل ظهور السلوك المشروط. تشير خطوط الشرطة العمودية إلى تجربة الاستحواذ في كل سجل.

تجربة الاستحواذ هي التجربة الأولى التي توجد فيها زيادة كبيرة في سرعة بدء التجربة بشرط أن تكون السرعة الأعلى الجديدة أكبر من السرعة في الجزء الأول. هذا الحكم المطلوب لأنه في بعض الأحيان يكون هناك انخفاض كبير قبل الزيادة الجوهرية الأولى. يتم عرض التوزيعات التراكمية لزمن انتقال بدء التجربة هنا.

النقطة فوق المحور X التي يتقاطع عندها الخط الأفقي عند 0.5 مع التوزيع التراكمي هي متوسط زمن الوصول لبدء التجربة. تظهر هنا السجلات التراكمية للاختلافات بين معدل الوخز أثناء قادوس التغذية ومعدل الوخز خلال الفترة السابقة بين المحاكمات. في البداية ، يكون ميل هذا السجل صفرا أو سالبا لأن الماوس أقل أثناء إضاءة القادوس مقارنة بالفترة الفاصلة بين المحاكمة.

يتحول المنحدر إلى إيجابي عندما يبدأ الماوس في الدخول في القادوس المضيء تحسبا للتسليم الوشيك للاستئناف. تشير النقاط الصلبة إلى النقطة التي يصبح عندها المنحدر موجبا ، وهي التجربة التي تظهر فيها الاستجابة المشروطة لأول مرة بشكل موثوق في هذه المخططات. الخطوط الزرقاء هي وظائف توزيع تراكمية تجريبية توضح التوزيع التراكمي لزمن انتقال التبديل لماوس واحد في ثلاثة إعدادات مختلفة لزمن انتقال التغذية عند القادوس الطويل.

المنحنيات الحمراء الرفيعة التي تم تراكبها تماما تقريبا على الوظائف التجريبية هي وظائف بيلغا المعلمة الست المناسبة لهذه البيانات. الخطوط الحمراء الثقيلة هي وظائف كثافة الاحتمال المقابلة لتوزيعات خليط بيلغا. تسبب تقصير زمن انتقال التغذية الطويل في قيام الماوس بتقصير متوسط زمن انتقال التبديل وزيادة دقتها.

كما تسبب في ظهور بعض المفاتيح الاندفاعية كما هو موضح في النتوء في الذيل الأيسر لوظيفة كثافة الاحتمال في المخطط السفلي. مقياس هذا الاندفاع هو جزء الخليط المنسوب إلى مكون ويبل من خلال أفضل نسخة مناسبة من توزيع خليط Weibel Gauss. في هذا التحليل ، يتم تمييز التجارب القصيرة بإيجابيات حمراء صغيرة في الجزء السفلي من المؤامرة بينما يتم تمييز التجارب الطويلة بإيجابيات حمراء صغيرة في الجزء العلوي من المؤامرة.

التغيير في كثافة الخطوط الحمراء الناتجة في الأسفل والأعلى إلى التغيير في التكرار النسبي للتجارب القصيرة والطويلة. يتم تمييز زمن انتقال التبديل بدوائر صغيرة مفتوحة. لاحظ أنه عندما يصبح اللون الأحمر في الأسفل أكثر كثافة ، مما يعني أن التجارب القصيرة تكون أكثر احتمالا ، تتحول الدوائر الصغيرة لأعلى وعندما يصبح اللون الأحمر في الأعلى أكثر كثافة ، مما يعني زيادة في احتمالية التجربة الطويلة ، تتحول الدوائر إلى أسفل.

الخطوط الزرقاء هي متوسطات التوزيعات. يتم عرض مخطط نقطي مدته 24 ساعة للأحداث السلوكية والبيئية على مدار 90 يوما هنا. تسجل النقاط السوداء الوخزات وتسجل النقاط الحمراء والخضراء عمليات تسليم الحبيبات في قواديس التغذية.

تسجل المثلثات السوداء الأولى إطفاء الأضواء بينما تسجل المثلثات السوداء الثانية الأضواء على العمود الأول من المثلثات السماوية بداية فترة تغذية الغسق ، والتي تحدث قبل ساعة واحدة من الغسق نفسه ، ويسجل العمود الثاني من المثلثات السماوية إزاحة فترة تغذية الغسق ، والتي تحدث بعد ثلاث ساعات من إطفاء الأنوار. تسجل هذه المثلثات الأرجوانية البداية غير الموقعة لفترات تغذية الفجر ، والتي تحدث قبل ساعتين من إضاءة الأضواء ، ويسجل العمود الأخير من المثلثات الأرجوانية تعويضات الرضاعة عند الفجر. يتم تمييز بداية النشاط الاستباقي للتغذية قبل التغذية عند الغسق بعلامات نجمية زرقاء بين ستة و 15 يوما.

بعد بداية الاختبار ، تبدأ الفئران في إظهار نشاط الوخز الاستباقي للطعام في الساعة أو نحو ذلك قبل فترة تغذية الغسق مما يشير إلى إنشاء ذاكرة يومية. تظهر الزيجوت المتغايرة التي تحتوي على طفرة في الجين L واحد دقة توقيت فاصل أكبر من عناصر التحكم في زملاء القمامة من النوع البري. يرسم هذا الشكل التوزيعات التراكمية لتقديرات الدقة لعناصر التحكم في النوع البري كخطوط صلبة وزملائها في القمامة البيقحة كخطوط متقطعة عند تشغيلها في كتل من التجارب مع فترات ضيقة بشكل متزايد بين المرمى الزمني ، وهو ما يتضح من اختلافات اللون.

في المقابل ، تظهر الزيجوت المتغايرة التي تحمل الخفافيش أو طفرة BFC دقة توقيت فاصل زمني أقل من عناصر التحكم في النوع البري. بمجرد إتقان هذه التقنية ، يمكن إجراء الاختبار في أقل من يوم واحد أو بضعة أسابيع. تستغرق المطابقة طعاما ليوم واحد فقط.

يستغرق التعلم الاستباقي أسبوعين أو ثلاثة أسابيع.