פרוטוקולים operant להערכת ניתוח עלות-תועלת במהלך קבלת החלטות מחוזק על ידי מכרסמים
10 בספטמבר 2018
ניתוח עלות-תועלת היא גישה שקילה-קנה-מידה שמבצע המוח במהלך הקורס של קבלת החלטות. כאן, אנו מציעים פרוטוקול לאמן חולדות על operant קבלת ההחלטות שצורת בו חולדות לבחור תגמולים גבוהים יותר על חשבון מחכה 15 s כדי לקבל אותם.
טכניקה זו יכולה לענות על שאלות מפתח במדעי המוח הקוגניטיביים, כגון כיצד השוואת השלכות וסיבות יכולה להשפיע על קבלת החלטה. היתרון העיקרי בטכניקה זו הוא שהאלמנטים המיוחדים כמו מיקום הלוח אינם משפיעים על החלטת החיה. התחילו בהגבלת הגישה למזון לחולדות זכרים בוגרים בחדר עם מחזור אור/חושך של 12 שעות.
בימים הראשון עד השלישי, טפלו בבעלי החיים במשך חמש דקות פעמיים ביום. לאחר מכן, שקלו את בעלי החיים לאחר כל טיפול כדי לקבוע את כמות ההאכלה החופשית. לאחר מכן, השג מבוך T המצויד בשלוש מחיצות או זרועות, שני רמקולי גירוי, חמש דלתות נשלפות וחמישה חיישני תנועה אינפרא אדום או חיישני קרן אינפרא אדום או IRB.
העתק את קוד התוכנה הניסיוני למחשב. לאחר מכן, הורד את התוכנה הניסיונית והתקן אותה במחשב. חבר את המיקרו-בקר למחשב באמצעות יציאת USB.
לאחר מכן, במחשב, לחץ על סמל התוכנה, עבור אל כלים ולאחר מכן בחר יציאה. מהתפריט הנפתח, בחר את יציאת ה-COM המחברת את התוכנה למחשב. עבור אל כלים ובחר לוחות.
מהתפריט הנפתח, בחר את סוג התוכנה השולטת במבוך T. לאחר מכן, לחץ על העלה בפינה השמאלית העליונה של חלון הממשק. בחר את קוד התוכנה הניסיוני, המתן עד לסיום התהליך.
לאחר סיום התהליך, לחץ על צג טורי בפינה השמאלית העליונה של חלון הממשק. לאחר מכן, בחלון מוקפץ חדש, שנה את קצב השידור ל-115, 200. במשך חמישה ימים לפני יום הניסוי, הביאו את החיות לחדר הניסוי למשך שעה לפחות.
השאירו 10 כדורי סוכר בכל זרוע מטרה והשאירו את כל הדלתות פתוחות. במהלך הימים הראשון עד השלישי, מקמו את בעלי החיים בנפרד במבוך לפרקי זמן של 10 דקות פעם ביום כדי לחקור את המבוך ללא הגבלות. במהלך הימים הרביעי עד החמישי, הניחו את החיות בנפרד במבוך.
השאירו שני כדורים בכל זרוע ואפשרו להם לטעום את האוכל משני הצדדים. הוציאו את החיה מהמבוך מיד לאחר אכילת הכדורים משני הצדדים או לאחר חמש דקות של שהייה במבוך. לבסוף, לאחר כל מפגש התרגלות, נקו את רצפות המבוך עם אתנול 70% וודאו שהאתנול התאדה לפני הכנסת החיה הבאה למבוך.
ביום השישי, הביאו את החיות לחדר הניסויים לפחות שעה לפני הניסוי. הפעל את התוכנה והגדר את מספר הניסיון ל-14, מתוכם ארבעת הניסיונות הראשונים יהיו בחירה כפויה והשאר יהיו ניסויי בחירה. לפני תחילת כל ניסוי, הנח ארבעה כדורים בזרוע המטרה שאמורה להיות מסומנת כזרוע התגמול הגבוה, HRA, ושני כדורים בזרוע השנייה שהיא זרוע התגמול הנמוך, LRA.
עבור אימון ניסוי הבחירה הכפויה, פסאודו חוסמים באופן אקראי זרוע אחת לפני כל ניסוי כך שהחיה נאלצת לבחור את הזרוע השנייה. הניחו חיה בתיבת ההתחלה. לאחר חמש עד שבע שניות, פתח בו-זמנית את שער ההתחלה ולחץ על התחל בחלון הממשק של התוכנה.
אספו את החיה מיד לאחר אכילת כדורים או לאחר חמש דקות של שהייה במבוך והשאירו את החיה בכלוב הביתי למשך שתי דקות. לפני כל ניסוי, סגור את דלת B בזרוע שנבחרה על ידי התוכנה להיות HRA. השאר את דלת A פתוחה בזרוע הנגדית, ה-LRA.
לאחר מכן, הניחו חיה בתיבת ההתחלה. לאחר חמש עד שבע שניות, פתח בו זמנית את שער ההתחלה ולחץ על התחל. תנו לבעל החיים לבחור בחופשיות אחת מהזרועות.
אם החיה בוחרת ב-HRA, פתחו את דלת A, תנו לבעל החיים להיכנס לחדר, סגרו את דלת A ופתחו מיד את דלת B כדי לתת לבעל החיים גישה למזון שנבחר. אם החיה בוחרת ב-LRA, פתחו את דלת B כדי לתת לחיה גישה למזון היטב. לאחר מכן, הוציאו את החיה לאחר שאכלה היטב את כל המזון במזון הנבחר והשאירו אותה בכלוב הביתי למשך שתי דקות.
השלימו את 10 ניסויי הבחירה עבור כל בעל חיים ורשמו את בחירת החיה, HRA או LRA בכל ניסוי. חשב את אחוז בחירת התגמול הגבוה, HRC, עבור כל ניסויי הבחירה לאחר כל אימון. לבסוף, לאחר שכל בעל חיים הגיע ל-80% מ-HRC באימון האפליה, השלימו את אימון ההשהיה על ידי פתיחת דלת B לאחר עיכוב של חמש שניות ברגע שהחיה בוחרת ב-HRA.
הפעל 10 ניסויים ביום לכל בעל חיים. התוצאות הצביעו על ירידה הן בעוצמות התדר הנמוך והן בתדר הגבוה ב-ACC מתחילת הגירוי ועד סופו. בהשוואת הזמן ששהה מחוץ לחדר עם הזמן בתא, הניתוח הספקטרלי לא הראה שינויים בפעילויות התנודה ב-ACC.
יתר על כן, פעילויות פס התדרים הבינוני עד הגבוה ב-OFC גדלו לאחר תחילת הגירוי. לא נצפו שינויים משמעותיים בחלונות הזמן הקדם-תאיים והקאמריים כאשר הם הושוו יחד. בעת ניסיון הליך זה, חשוב להסיר כל מקור לחרדה מכיוון שהוא יכול להשפיע על החלטת החיה ולפגוע באמינות התוצאה.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה
מחקר זה מציע פרוטוקול להכשרת חולדות זכרים בוגרות בפרדיגמה של קבלת החלטות מבוססת אופרנטית כדי לחקור ניתוחי עלות-תועלת במהלך קבלת החלטות. ההתמקדות היא כיצד המוח שוקל בין תגמול לבין זמני המתנה, ומדגיש תובנות נוירו-מדעיות התנהגותיות וקוגניטיביות.
מרכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- נוירו-מדע קוגניטיבי
- פסיכולוגיה התנהגותית
רקע
- הערכת תהליכי קבלת ההחלטות אצל חולדות.
- עדיפות של תגמולים גבוהים לעומת זמן המתנה.
- השפעת הסביבה על קבלת ההחלטות.
מטרת המחקר
- להבין את התהליכים הקוגניטיביים העומדים בבסיס קבלת ההחלטות.
- להעריך כיצד מבני תגמול שונים משפיעים על הבחירות.
- לפתח פרוטוקול אמין לניתוח התנהגותי במכרסמים.
שיטות ששימשו
- משימות קבלת החלטות מבוססות אופרנטיות בוצעו באמצעות מבוך T.
- חולדות זכרים בוגרות הוכשרו לאחר הגבלת הגישה למזון.
- בעלי החיים עברו שלב התרגלות לפני שהחלו הניסויים הרשמיים.
- צעדים מרכזיים כללו טיפול, חקר המבוך וסדרת ניסויי בחירה.
תוצאות עיקריות
- הנהלים הצביעו על שינויים בכוחות התדר בקליפת המוח הקדמית (ACC).
- לא נצפו שינויים משמעותיים בפעילויות מתנדנדות במהלך חלונות זמן שונים.
- תוצאות התנהגותיות הדגישו את העדפת בעלי החיים לתגמולים גבוהים יותר עם דפוסי בחירה מתועדים.
מסקנות
- הפרוטוקול מאפשר חקירה שיטתית של תהליכי קבלת ההחלטות במכרסמים.
- התוצאות מספקות תובנות לגבי המתאמים העצביים של קבלת ההחלטות.
- מחקר זה מסייע להבנת המנגנונים העצביים הכרוכים בהערכות קוגניטיביות.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
This protocol enables automated assessment of cost-benefit decision-making in rodents, providing a standardized platform for evaluating neural mechanisms underlying reward valuation and impulse control. By quantifying behavioral choices and correlating them with electrophysiological readouts, it supports target validation in neuropsychiatric drug discovery, particularly for disorders involving impaired decision-making such as addiction and depression. The automation and reproducibility enhance translational confidence in early-stage mechanistic de-risking.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of neural circuits involved in reward-cost tradeoffs, supporting target hypothesis testing in prefrontal cortical regions.
- Operational Value: Automated T-maze system reduces variability and labor, improving throughput for pharmacological screening.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates quantitative choice preference data (High Reward Choice percentage) as a translatable readout for compound effects on decision-making.
- Operational Value: Standardized stimulus delivery and automated data collection improve assay reliability and cross-lab comparability.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Links behavior to neural activity (ACC and OFC LFP changes), enabling biomarker-aligned target engagement assessment.
- Operational Value: Supports dose-response and time-course studies to de-risk CNS targets before advanced preclinical investment.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery biology phase, where it informs target selection by modeling cognitive endophenotypes relevant to psychiatric indications.
- Discovery Biology: Facilitates mechanistic probing of cortical-striatal circuits involved in valuation and impulse control.
- Screening: Enables automated, repeatable measurement of decision biases under varying reward delays or magnitudes.
- Analytics: Provides electrophysiological (LFP power shifts) and behavioral outputs for multimodal target validation.
- Translational Research: Aligns with clinical endpoints in cognitive flexibility and reward processing, supporting go/no-go decisions.
- Enterprise Reuse: Protocol standardization allows reuse across multiple target classes and therapeutic areas in neuropsychiatry.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence in target modulation effects on complex cognitive processes.
- Operational Value: Automation via microcontroller reduces operator dependency and increases experimental consistency.
- Strategic Value: Enables early detection of cognitive side effects, reducing late-stage attrition in CNS drug development.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of targets based on functional impact on decision-making networks.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavior, electrophysiology, and microcontroller-based automation.
- Dependent on stable hardware setup including IR sensors, retractable doors, and synchronized software.
- Needs cross-team alignment between behavioral, electrophysiology, and data analysis teams for standardized protocols.
- Adaptation to other models (e.g., mice) may require maze resizing and sensitivity adjustments.
- Environmental controls (e.g., anxiety reduction) are critical to maintain data validity, as noted in source material.
