T-maze אוטומטית המבוסס על המנגנון ופרוטוקול לניתוח עיכוב מאמץ מבוססות החלטות בחולדות העברה חינם
2 באוגוסט 2018
מאמר זה מציג את מנגנון T-maze אוטומטיות שהמצאנו, פרוטוקול מבוסס על זה מכשירי ניתוח החלטות המבוססות על עיכוב מאמץ החלטות המבוססות בחולדות לנוע חופשי.
ניתן להשתמש במבוך ה-T המסורתי כדי לבחון קבלת החלטות מבוססת עיכוב ומאמץ. בעבודה הנוכחית, המצאנו מכשיר מבוך T עם משלוחי מזון אוטומטיים, ניהול דלתות והקלטות בחירת זרועות. הפרוטוקול שלנו כאן יכול לחסוך באופן דרמטי לחוקרים זמן ועבודה תוך ניתוח יכולת קבלת ההחלטות של מכרסמים.
פרוטוקול זה יכול לעזור לענות על שאלות מפתח בתחומי קבלת החלטות, כגון מהם המעגלים העצביים והמולקולות העיקריים העומדים בבסיס הליך קבלת ההחלטות, ומהם הגורמים הנוירופתולוגיים העומדים בבסיס ליקויים בקבלת החלטות במחלות פסיכיאטריות? ההשלכות של פרוטוקול זה משתרעות על טיפול במחלת נוירופסיכיאטריה מכיוון שחולים רבים מפגינים קשיים או ליקוי בקבלת החלטות. הרגילו עכברים למבוך למשך 10 דקות ביום ולגמרי במשך חמישה ימים.
השאירו את כל דלתות המבוך פתוחות במהלך ההתרגלות. ביום הראשון, פזרו את כדורי המזון ברחבי המבוך. לאחר מכן, הניחו את העכברים בתיבת ההתחלה של מבוך ה-T בקבוצות של ארבעה, ואפשרו לעכברים לחקור את המבוך במשך 10 דקות.
בימים השני והשלישי, פזרו את הכדורים לאורך שתי זרועות המטרה. אפשרו לעכברים לחקור את המבוך במשך 10 דקות. לבסוף, בימים הרביעי והחמישי של ההתרגלות, הניחו את הכדורים רק קרוב מאוד למתקני המזון בשתי קופסאות המטרה.
אפשרו לעכברים לחקור את המבוך במשך 10 דקות. לשלב כניסת הזרוע הכפויה, התחל בהגדרת פרמטרי תוכנת הבקרה. הגדר את משך הזמן ל-900 שניות.
הגדר את זמן השהיית ההתחלה המוגדר כברירת מחדל לשלוש שניות, את מספר הגלולה לאחד עבור LRA וארבע עבור HRA, והגדר את זמן ההשהיה לאפס שניות. רשום את המזהה של כל עכבר בודד לתוכנה ואת מיקום ה- HRA עבור כל עכבר בודד, בצד שמאל או בצד ימין. לאחר מכן, היכנס לחלון ממשק הניסוי, הנח את העכבר בתיבת ההתחלה והתחל את האימון על ידי לחיצה על כפתור ההתחלה בשלט הרחוק.
שימו לב במהלך כל ניסוי, רק הדלתות המובילות לזרוע אחת יהיו פתוחות, בעוד שהדלתות בזרוע הנגדית לא יהיו פתוחות, והדלתות נפתחות או נסגרות אוטומטית בהתאם למיקום החיה. כאן, העכבר נאלץ להיכנס ל-HRA בצד שמאל בניסוי הראשון ולאכול את ארבעת הכדורים ולהיכנס לזרוע הצד הימני בניסוי השני כדי לאכול את הכדור האחד. שלב זה מאפשר לעכבר ללמוד את המיקום של HRA ו-LRA.
עבור שלב כניסת הזרוע החופשית, הגדר את הפרמטרים באמצעות אותה שיטה המשמשת בשלב הכניסה הכפויה. הנח את העכבר בתיבת ההתחלה, לחץ על כפתור ההתחלה, ולאחר מכן אפשר לעכבר לבחור בחופשיות זרוע אחת, HRA או LRA. התחל בהגדרת זמן ההשהיה של ה-HRA לחמש שניות, 10 שניות ו-15 שניות ביום הראשון, ביום השני וביום השלישי, בהתאמה.
הגדר את מספר השלב. הגדר את כל שאר הפרמטרים באותו אופן כמו שלב כניסת הזרוע הכפויה. אפשר לעכבר לבחור בחופשיות זרוע אחת, HRA או LRA.
בשני הניסויים שמוצגים כאן, העכבר בחר ב-LRA בניסוי הראשון ובחר ב-HRA בניסוי השני. לאחר מכן, למבחן קבלת החלטות מבוסס מאמץ, הציגו את המחסום ל-HRA. אפשרו לעכברים לבחור בחופשיות זרוע אחת, HRA או LRA.
כאן, העכבר בחר לטפס על המחסום כדי לקבל פרס גבוה יותר. לאחר השלמת הניסוי, השג נתונים ותוצאות מתוכנת הבקרה. חפש את כל הנתונים הניסיוניים בתיקיית הנתונים.
לבסוף, בדוק פריטים בתיקיית התוצאות, משך הזמן, מספר הניסוי, מספר הבחירה של HRA, מספר הבחירה של LRA, אחוז הבחירה של HRA, אחוז הבחירה של LRA, מרחק התנועה הכולל וזמן הצומת הכולל תחת כל מזהה בעל חיים.התוצאות המוצגות כאן מציגות את ההבדלים בין יכולת קבלת החלטות מבוססת עיכוב ומאמץ בין עכברים שעברו הבלטה האמצעית לבין חבריהם לשגר, עכברי ביקורת מסוג בר. עבור מבחן קבלת החלטות מבוסס עיכוב, ההשפעה העיקרית של הגנוטיפ לא הייתה משמעותית כאשר זמן העיכוב היה חמש שניות. עם זאת, כאשר זמן העיכוב הוארך ל-10 שניות ו-15 שניות, העכברים שעברו הבלטה הבנולרית האמצעית הראו ירידה משמעותית באחוז ביקורי ה-HRA בהשוואה לעכברי CT.
לבסוף, במבחן קבלת החלטות מבוסס מאמץ, אחוז הביקורים ב-HRA ירד באופן משמעותי בעכברים שעברו אבלט הבנולרי מדיאלי כאשר הוצב מחסום ב-HRA, ללא קשר למיקום השמאלי/ימני של ה-HRA. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור שהגבלת מזון צריכה להיעשות לאורך כל הליכי האילוף כדי להבטיח את המוטיבציה של המכרסם לבצע את המשימה. בנוסף, זכרו להשתמש בכדורים הזעירים בגודל 10 מיליגרם ולהשתמש בסיליקה ג'ל במכשירי המזון כדי לשמור על הגלולה יבשה.
בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו הקלטת אלקטרודות in vivo, הדמיית סיבים אופטיים, מניפולציה אופטוגנטית ומיקרודיאליזה על מנת לענות על שאלות נוספות, למשל, השינויים הדינמיים של ריגוש של אוכלוסיות תאים ספציפיות במהלך הנחת עיכוב ומאמץ ושינויים דינמיים של נוירופפטידים, נוירוטרנסמיטורים והורמונים במהלך קבלת החלטות. במילה אחת, ההגדרה הנוכחית והפרוטוקול שפיתחנו מאפשרים לחוקרים לנתח ביעילות קבלת החלטות של מכרסמים, עם אוטומציה מלאה, סטנדרטיזציה ויכולת תפוקה גבוהה. אנו מאמינים שההמצאה שלנו יכולה לעזור להבהיר את המנגנון העומד בבסיס קבלת החלטות עבור מצבים פיזיולוגיים ופתולוגיים כאחד.
סקירה כללית
מאמר זה מציג מכשיר T-maze אוטומטי שנועד לניתוח קבלת החלטות המבוססת על השהיה ומאמץ במכרסמים הנעים בחופשיות. הפרוטוקול שפותח עשוי להפחית משמעותית את הזמן ואת העבודה הנדרשים עבור חוקרים הלומדים תהליכי קבלת החלטות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- ניתוח התנהגותי
- מודלים של מכרסמים
רקע
- מערכי T-maze מסורתיים משמשים להערכת קבלת החלטות במכרסמים.
- המכשיר האוטומטי החדש כולל תכונות כגון אספקת מזון וניהול דלתות.
- חדשנות זו נועדה לייעל את תהליך המחקר.
- הבנת תהליכי קבלת החלטות היא חיונית לטיפול בהפרעות פסיכיאטריות.
מטרת המחקר
- להציג מכשיר T-maze חדשני למחקר של קבלת החלטות.
- לספק פרוטוקול המשפר את היעילות בניסויים התנהגותיים.
- לחקור מעגלים עצביים ומולקולות המעורבות בקבלת החלטות.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- הרגלת עכברים למבוך לאורך חמישה ימים.
- שלבי כניסה למזלגות בשיטה כפויה ובשיטה חופשית להערכת קבלת החלטות.
- מבחני קבלת החלטות מבוססי מאמץ עם מחסומים.
- איסוף נתונים באמצעות תוכנה אוטומטית לצורך ניתוח.
תוצאות עיקריות
- עכברים עם כריתה של ה-habenula המדיאלית הראו ירידה במספר הביקורים ב-HRA בתנאי השהיה.
- בדיקות מבוססות-מאמץ הצביעו על ירידה בביקורים ב-HRA כאשר היו מחסומים.
- הגבלה תזונתית הייתה נחוצה כדי להניע את המכרסמים במהלך המשימות.
- התוצאות תומכות ביעילות הפרוטוקול בחקר תהליכי קבלת החלטות.
מסקנות
- מבוך ה-T האוטומטי מאפשר ניתוח יעיל של קבלת החלטות אצל מכרסמים.
- פרוטוקול זה יכול לסייע בהבנת תהליכי קבלת החלטות הן במצבים בריאים והן במצבים פתולוגיים.
- מחקרים עתידיים יוכלו להשתמש במערך זה כדי לבחון שאלות נוירוביולוגיות נוספות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למסמך סיכום
פלטפורמת T-maze אוטומטית זו פותרת צוואר בקבוק קריטי במדעי העצבים ההתנהגותיים על ידי סטנדרטיזציה של בדיקות לקבלת החלטות המבוססות על השהיה ומאמץ, הפחתת שונות הנובעת מהתערבות ידנית ואפשרות לסריקה בעלת תפוקה גבוהה של מודלים שעברו שינוי גנטי. המערכת תומכת בהסרת סיכונים מכניסטית של מטרות טיפוליות המעורבות בהפרעות נוירופסיכיאטריות, על ידי אספקת קריאות כמותיות וניתנות לשחזור של הערכת תגמול ושילוב עלות-תועלת. תאימותה לטכניקות של הקלטה ו modulate עצבית כרונית ממצבת אותה כגשר תרגומי מאישור המטרה לבדיקת יעילות פרה-קלינית בקווי גילוי המתמקדים בתחומי סימפטומים קוגניטיביים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביו-פרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: מאפשר בחינה של היפותזות טיפוליות על ידי מדידה של האופן שבו מניפולציות גנטיות או פרמקולוגיות משפיעות על קבלת החלטות תחת תנאי עלות מוגדרים.
- ערך תפעולי: אוטומציה של הגשת הכופתאות, בקרת הדלת ומעקב אחר הבחירות, דבר הממזער את הטיות החוקר ומגביר את השחזוריות של הבדיקה בין מעבדות שונות.
- ערך ניבוי: יוצר עקומות דומות לעקומות תגובה-מינון עבור הנחה (discounting) של עיכוב או מאמץ, ובכך תומך בתיעדוף מטרות על בסיס רגישות התנהגותית.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- מוכנות הבדיקה: מייצר פלטים סטנדרטיים וכמותיים, הכוללים את אחוז הבחירה ב-HRA, השהיה ואורך מסלול, המתאימים להערכת Z'-factor במסעות סריקה.
- סקילביליות: אוטומציה מאפשרת בדיקה בו-זמנית של מספר נבדקים, ובכך מסייעת למאמצי זיהוי מובילים (leads) בספריות גדולות של מוטנטים או תרכובות.
- שחזוריות: פרמטרים קבועים וביצוע מונחה תוכנה מפחיתים שונות בין ימים ובין מפעילים, ובכך משפרים את היכולת להשוות בין מחקרים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- רלוונטיות למחלה: מדמה סימפטומטולוגיה מרכזית של הפרעות פסיכיאטריות המאופיינות בקבלת החלטות לקויה, כגון אנהדוניה או אבוליציה.
- המשכיות תרגומית: התוצאים תואמים למטלות קבלת החלטות קליניות, מה שמאפשר תרגום הפוך של ממצאים מפנוטיפים של מכרסמים לפנוטיפים אנושיים.
- הפחתת סיכונים מכניסטיים: תומך בהסקה סיבתית באמצעות שילוב עם אופטוגנטיקה, כימוגנטיקה או אלקטרופיזיולוגיה כדי לקשר בין פעילות של מעגלים עצביים לבין התוצאה ההתנהגותית.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד
המכשיר משתלב ברצף הגילוי, החל מבדיקת השערות מוקדמות על מטרות טיפוליות ועד לאופטימיזציה של תרכובות מובילות, במיוחד עבור תוכניות המכוונות לליקויים קוגניטיביים ומוטיבציוניים באינדיקציות נוירופסיכיאטריות.
- ביולוגיית גילוי: מסייעת להבהרת מסלולים על ידי בידוד התרומה של אוכלוסיות עצביות ספציפיות (למשל, medial habenula) לחישוב עלות-תועלת.
- סריקה: מספקת נתונים כמותיים של בחירה בינארית, המאפשרים דירוג של תרכובות או גנוטיפים לפי השפעתם על סבילות לעיכוב או למאמץ.
- אנליטיקה: מספקת מדדים זמניים ומרחביים (זמן הגעה לצומת, מרחק תנועה) המעשירים את הפנוטיפיקה ההתנהגותית מעבר לבחירת זרוע פשוטה.
- מחקר תרגומי: מאפשרת תיקוף פרה-קליני של מעורבות המטרה (target engagement) באמצעות קורלציה בין מניפולציה עצבית לשינויים בספי סריקה של קבלת החלטות.
- שימוש חוזר ארגוני: פרוטוקול ומבנה נתונים סטנדרטיים מאפשרים פריסה באתרים מרובים של גילוי כבסיס יכולת התנהגותית משותף.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתיקוף יעדים על ידי הפחתת רעשים בתהליכי קבלת החלטות של פנוטיפיזציה.
- ערך תפעולי: מקטין משימות תובעניות מבחינת כוח אדם, כגון הגשה ידנית של כיתורי מזון ותפעול דלתות, ובכך משפר את התפוקה והעקביות.
- ערך אסטרטגי: תומך בקבלת החלטות מוקדמות יותר לגבי המשכה או הפסקה של מחקר (go/no-go) באמצעות זיהוי יעדים עם אותות חזקים של יעילות התנהגותית במערכות הרלוונטיות למחלה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר קידום מותאם סיכונים על ידי כימות השפעות המודולציה של יעדים על מוטיבציה והוצאה של מאמץ.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים של מכרסמים והיכרות עם תוכנה אוטומטית לבקרת מבוכים.
- תלוי במכניקה אמינה של מפזרי מזון ובמערכות זיהוי כניסה לזרוע המבוך מבוססות חיישנים.
- מחייב הסכמה בין הצוותים על פרוטוקולי ההרגלה, ההגבלה והבדיקה כדי להבטיח השוואת נתונים.
- התאמה לגזעים שונים של מכרסמים או לגילאים שונים עשויה לדרוש כיול של גודל התגמול או פרמטרי המאמץ.
- מגבלות מעשיות כוללות רגישות לגורמי לחץ סביבתיים והצורך בהגבלת מזון כדי לשמור על מעורבות במשימה, כפי שצוין בפרוטוקול.
