Utilisation d’un système de labyrinthe reconfigurable pour améliorer la reproductibilité des tests de navigation spatiale chez les rongeurs
2 décembre 2022
Le présent protocole décrit un labyrinthe reconfigurable, un système unique pour tester la navigation spatiale et les phénotypes comportementaux chez les rongeurs. L’adaptabilité de ce système de labyrinthe permet l’exécution de diverses expériences dans un seul environnement physique. La facilité du réarrangement structurel génère des résultats expérimentaux fiables et reproductibles.
Ce protocole fournit un environnement d’expérience de labyrinthe flexible et permet à l’expérimentateur d’effectuer plusieurs tâches de labyrinthe dans un seul espace. Le principal avantage de cette technique est que la forme de labyrinthe souhaitée peut être instantanément configurée en combinant des pièces standardisées. En outre, ce système peut être facilement démonté et reproduit pour et Cette méthode contribue à l’étude des mécanismes comportementaux et physiologiques de la navigation.
Il est également utile dans un corps de test de dépister les anomalies comportementales chez les animaux transgéniques et knockout. Pour commencer, insérez des tours avec des plaques de base dans la planche de poinçonnage pour former un cadre en forme de T du labyrinthe. Fixez des chemins à la partie supérieure des tours et remplacez le chemin dans la zone retardée par un tapis roulant.
Fixez des mangeoires à chaque bord du labyrinthe, puis fixez des murs mobiles aux branches gauche et droite. Pour l’exécution de la tâche, démarrez et connectez le boîtier de commande, le microcontrôleur et le PC. Écrivez un programme pour configurer la planification des tâches et recevoir les paramètres nécessaires à l’expérience sur le microcontrôleur, puis exécutez une tâche. Construisez la forme de labyrinthe souhaitée, déplacez les rats des cages domestiques et placez-les dans la position arbitraire du labyrinthe.
Laissez les rats explorer librement le labyrinthe construit pendant 10 minutes pour s’habituer. Configurez un programme pour effectuer la tâche d’alternance différée avec le tapis roulant et modifiez la forme du labyrinthe si nécessaire. Placez les rats à une position arbitraire dans le labyrinthe et exécutez l’entraînement ou le test de la tâche d’alternance retardée.
Remettez les rats dans la cage familiale après chaque tâche et essuyez soigneusement le labyrinthe avec de l’éthanol à 70% après chaque rat. Attendez au moins 5 minutes avant d’utiliser à nouveau le labyrinthe. Pour la trajectoire de l’animal, enregistrez le comportement de l’animal pendant la tâche d’alternance retardée avec une caméra vidéo numérique montée au plafond.
Enfin, suivez les trajectoires de course à l’aide d’un logiciel d’estimation de pose sans marqueur basé sur des images capturées à 50 images par seconde. Les images du test de labyrinthe reconfigurable pour les rats sont montrées dans cette figure. Les parties du chemin ont été reconfigurées en plusieurs formes dans un seul environnement.
Les images présentées ici représentent le test de labyrinthe reconfigurable pour les souris. Ces labyrinthes ont été placés avec des mangeoires et des murs mobiles à n’importe quel endroit. La forme du labyrinthe change progressivement pendant les phases de train et de test de la tâche d’alternance retardée.
Le type de chargeur utilisé dans la tâche est indiqué par une case de couleur. Les trajectoires de course d’un rat représentatif sont montrées ici. Ces images graphiques représentent les performances comportementales des rats pendant 4 jours, du début de l’entraînement à la fin du test.
Le temps d’exécution des tâches pour chaque phase de formation et le premier jour de la phase de test sont indiqués ici. Les pourcentages de réponses correctes au choix dans le test d’alternance différée sont présentés dans cette figure. Les lignes pointillées indiquent les niveaux de chance.
Le temps d’assemblage du labyrinthe reconfigurable est présenté dans cette figure. La piste linéaire a été modifiée en un labyrinthe en forme de T avec l’ajout de sentiers, de mangeoires et d’un tapis roulant. Cinq expérimentateurs ont effectué trois essais chacun, et tous les essais ont été réalisés le même jour.
Il est important de placer correctement les parties du labyrinthe sur le sol avec des trous. En utilisant la plaque de base pour déterminer la disposition, l’expérience de labyrinthe peut être réalisée avec une reproductibilité élevée.
Aperçu
Ce protocole décrit un système de labyrinthe reconfigurable conçu pour tester la navigation spatiale et les phénotypes comportementaux chez les rongeurs. Son adaptabilité permet de réaliser diverses expériences dans un même environnement, garantissant des résultats fiables et reproductibles.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Analyse comportementale
- Modèles rongeurs
Contexte
- Le système de labyrinthe peut être rapidement reconfiguré à l’aide de pièces normalisées.
- Il est utile pour l’étude des mécanismes de navigation et des anomalies comportementales.
- Le protocole permet un démontage facile et la reproduction des expériences.
- Le suivi comportemental est amélioré grâce à l’enregistrement vidéo numérique et à l’analyse par logiciel.
Objectif de l'étude
- Étudier la navigation spatiale chez les rongeurs.
- Évaluer les phénotypes comportementaux chez les animaux transgéniques et les animaux knock-out.
- Proposer un dispositif expérimental souple pour diverses tâches de labyrinthe.
Méthodes utilisées
- Construction d'un labyrinthe en forme de T à l'aide de tours et de passages.
- Mise en place d'un tapis roulant dans le labyrinthe pour des tâches de changement différé.
- Enregistrement du comportement animal à l'aide d'une caméra fixée au plafond.
- Analyse des trajectoires de course à l'aide d'un logiciel d'estimation sans marqueurs de la posture.
Résultats principaux
- Réussite de la reconfiguration des formes du labyrinthe pendant les phases d'entraînement et de test.
- Suivi des performances comportementales sur plusieurs jours.
- Données quantitatives sur les temps d'achèvement des tâches et les réponses correctes.
- Démonstration d'une forte reproductibilité dans le montage du labyrinthe et l'exécution expérimentale.
Conclusions
- Le labyrinthe reconfigurable est un outil polyvalent pour la recherche comportementale.
- Il facilite l'étude de la navigation et des phénotypes comportementaux chez les rongeurs.
- La méthode améliore la fiabilité des résultats expérimentaux.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
La reproductibilité et la reproductibilité à grande échelle dans le phénotypage comportemental sont essentielles pour une validation robuste des cibles et pour la recherche translationnelle en neuropharmacologie. Le système de labyrinthe reconfigurable permet des tests standardisés et reproductibles d'exploration spatiale chez les rongeurs, favorisant une confiance prédictive et une comparabilité entre études. Cette plateforme répond à un point critique dans la phase précoce de découverte en permettant un criblage comportemental efficace et à haut débit au sein d'un même environnement expérimental.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Permet une interrogation systématique de la navigation spatiale et des fonctions cognitives chez des modèles rongeurs pertinents pour la maladie.
- Contribue à l'atténuation des risques biologiques en permettant la réplication rapide de plusieurs paradigmes de labyrinthe pour la validation fonctionnelle de cibles.
- Facilite le tri du portefeuille en générant des données comportementales reproductibles chez des lignées transgéniques et des lignées knock-out.
Développement de tests et de criblages
- Prépare des systèmes comportementaux validés pour le criblage de composés et les tests phénotypiques en aval.
- Normalise les conditions et les résultats des tests grâce à une géométrie de labyrinthe modulaire et reconfigurable.
- Permet des relevés comportementaux quantitatifs, reproductibles et évolutifs pour une évaluation fiable des composés.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les comportements observés chez les rongeurs avec des critères traductibles pertinents pour les troubles cognitifs et neuropsychiatriques.
- Assure une continuité allant de la phase de découverte initiale à la validation préclinique en soutenant l'utilisation de mesures comportementales cohérentes.
- Réduit l'ambiguïté mécanistique en permettant une évaluation précise et reproductible des phénotypes de navigation et d'apprentissage.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Le système de labyrinthe reconfigurable s'intègre à la continuité découverte-préclinique en permettant un test rapide des hypothèses, une standardisation des dosages et une reproductibilité inter-études en neurosciences comportementales.
- Découverte en biologie : Soutient les tests fondés sur des hypothèses concernant les voies de navigation et de mémoire chez des rongeurs génétiquement modifiés.
- Écrantage : Fournit des données comportementales quantitatives et reproductibles, adaptées à l'écrantage à haut débit et aux études comparatives.
- Analytique : Offre un suivi des trajectoires et des indicateurs de performance permettant une analyse statistique rigoureuse des critères comportementaux.
- Recherche translationnelle : Établit un lien entre la découverte précoce et la validation préclinique en rapprochant les données comportementales chez le rongeur et les résultats pertinents pour la maladie.
- Réutilisation institutionnelle : Propose une plateforme modulaire et réutilisable, adaptable aux besoins de recherche évolutifs et aux diverses conceptions expérimentales.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit les risques biologiques grâce à des tests comportementaux standardisés et reproductibles.
- Valeur opérationnelle : Simplifie la mise en place expérimentale, réduit les besoins en ressources et améliore le débit expérimental.
- Valeur stratégique : Améliore la prise de décision « aller/ne pas aller » et l’allocation du capital en fournissant des données fiables et comparables entre elles.
- Impact sur le portefeuille : Permet une priorisation ajustée au risque des cibles et des modèles fondée sur un phénotypage comportemental robuste.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en neurosciences comportementales chez les rongeurs et en conception de tests.
- Requiert un équipement pour l'acquisition vidéo numérique et l'analyse d'estimation des postures.
- Exige une standardisation interéquipes du montage des labyrinthes et des protocoles de collecte de données.
- Adaptable à plusieurs modèles de rongeurs et paradigmes comportementaux grâce à des composants modulaires.
- Dépend d'un positionnement et d'un assemblage précis pour une reproductibilité optimale et l'intégrité des données.
F.A.Q. sur la bio-industrie pharmaceutique
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Evaluation of Spacial Navigation of Rodents in the Reconfigurable Maze
1:47
Behavioral Experiment, Performance, and Data Analysis
2:48
Results: Maze Shapes in a Single Environment, Maze Expansion and Trajectories of a Rat, and the Performance of Maze Experiments
4:08
Conclusion
