הערכת שליטה מיומנת בעכברים באמצעות מאמן אוטומטי
12 בספטמבר 2019
השיטה כדי להעריך את ההשפעה של אימון על מיומנויות מוטוריות הוא כלי שימושי. למרבה הצער, רוב הערכות התנהגותיות יכול להיות אינטנסיבית ו/או יקר. אנו מתארים כאן שיטה רובוטית של הערכת התפיסה (הגעה לתפוס) מיומנות בעכברים.
הטכנולוגיה שלנו הופכת ניתוח התנהגותי מורכב שיכול לחסוך זמן ולשמש קרש קפיצה לסוגים רבים ושונים של מחקרים. עם הטכניקה שלנו, המשימה והפרס הם אותו הדבר. אין נתק בין ביצוע משימה מעורפלת, אולי באופן שגוי, לבין קבלת פרס.
מודלים של בעלי חיים מספקים הזדמנות לבדיקות גישות לשיקום מוגבר לאחר פגיעה נוירולוגית. לדוגמה, במעבדה שלי אנו בודקים גישות לשיקום מוגבר לאחר שבץ מוחי, שכן יש צורך דחוף לפתח גישות חדשות וחדשניות לשיקום לאחר שבץ. בנוסף לשבץ, המאמן האוטומטי שלנו יכול להיות שימושי ללימוד למידה מוטורית לפני פציעה, כמו גם במודלים של פרקינסון, אלצהיימר או פגיעה מוחית טראומטית.
כאשר עכבר מגיע למשקל המטרה שלו, התחל אימון על ידי הנחת גלולה 45 מיליגרם על משטח גלולה ישירות מול החריץ, ולאפשר לעכבר לאחזר את גלולה. כאשר העכבר משייך חריץ פתוח עם להיות מוזן, להשתמש בזוג פינצטה להחזיק גלולה באותה תנוחה כי העכבר אחזר את כדורי בעבר. כמו העכבר מתחיל לנשוך את גלולה, למשוך את גלולה משם כחצי סנטימטר, כך גלולה הוא מחוץ להישג ידם של הפה.
כאשר העכבר מרחיב כפה דרך החריץ, לחזק את ההתנהגות על ידי מתן העכבר לאכול את גלולה. אמנם לא אינסטרומנטלי לניסויים, להקליט אם הכף השמאלית או הימנית עדיפה. כמו העכבר מקורבים הארכת כפה עם אכילת גלולה, עוד יותר לחזק את ההתנהגות על ידי מניעת גלולה בתגובה לניסיונות לאחזר את גלולה עם הפה והלשון.
יש לדאוג לעצור את העכברים שלך בהצלחה מקבל גלולה מבלי להשתמש כפה, או שהם ילמדו הרגלים רעים שקשה ללמוד. לסיים את המבוא של ההתנהגות הרצויה כפות רגליים על ידי הצבת גלולה 45 מיליגרם רק מתחת לסנטימטר אחד מהקצה החיצוני של שער הכלוב, כך השמאלי או הימני ביותר נקודה של גלולה משיק לקו המשתרע ישר מקצה חריץ שער הכלוב. לאחר מכן לאפשר לעכבר לנסות לאחזר את גלולה, להיות ערני כדי להסיר את גלולה ולמנוע את צריכתו אם העכבר צריך לנסות אחזור על ידי שיטה אחרת מאשר הארכת כף הרגל.
לפני תחילת האימון, לחץ על חץ הריצה בממשק LabVIEW של המאמן האוטומטי ושים לב לקריאת חיישן גלולת הפיתיון, הן עם גלולה והן בלעדיה במקום. לחץ על עצור כדי לעצור את נסיעת הבדיקה ולשנות את יעד חיישן גלולת הפיתיון לערך בין שתי קריאות אלה. מניחים את כלוב העכבר שונה על מאמן אוטומטי ולהדביק את שער הכלוב.
לאחר מכן ליישר את גלולה לקצה החריץ כמו בהליך הידני, ולפתוח אימון חדש בממשק LabVIEW. הזן את המידע כנדרש כדי לתעד נתונים אודות האימון ולחץ על השדה מזהה עכבר כדי להזין את שם הקובץ של כל אימון. לחץ על כדורי סה"כ כדי לוותר במהלך השדה השגרתי כדי לשלוט כמה כדורי מחלקים לניסוי אחד.
לחץ על השדה השהה לאחר מספר גלולה כדי להגדיר הפסקה של חמש שניות לאחר גלולה המצוין מוסר מן לוח הצלילה, ולחץ על השדה אורך השהיה כדי להגדיר הפסקה בין הזמן גלולה מוסרת מן לוח הצלילה ואת הזמן גלולה חדשה מחלק. הגדר את המאמן האוטומטי כך שיקליט באופן ידני את המרחק שבו ממוקמת גלולת הכדור בשדה מרחק הגעה ולחץ על השדה תיקיה כדי להכיל יומני רישום כדי לבחור את מיקום הקובץ כדי לשמור את הנתונים שנאספו. לאחר מילוי שדות המידע, לחץ על הפעל כדי להתחיל את האימון.
המאמן האוטומטי יחלק כדורי בודדים ולעקוב אם הם נופלים דרך המשפך, עד המספר הכולל של כדורי חולקו ואת גלולה האחרונה אוחזר או ירד על ידי העכבר. התוכנית תעצור באופן אוטומטי בשלב זה. במידת הצורך, זה יכול גם להיעצר בטרם עת על ידי לחיצה על כפתור עצור.
לאחר הגדרת התוכנה, מקם את כלוב הבית של העכבר כדי להיבדק על היצב ולחץ על הפעל כדי לאפשר לעכבר לחקור את החריץ וזה סביבה לא מוכרת חדשה. עכברים שהתאמנו עם המאמן האוטומטי למדו את משימת ההקדמה והפגינו עלייה ברורה במיומנות המוטורית. עלייה זו במיומנות דומה לזו שנצפתה כאשר החיה מאומנת באופן ידני ללא שימוש במאמן האוטומטי.
הקפד להפוך את העכברים להשתמש בכפותיהם. אם תיתן להם לחשוב שאתה רק נותן להם לאכול, הם לא יגיעו אליך. פציעה יכולה להיות המושרה לכל חלק של המסלול המוטורי כדי לקבוע אילו השפעות יש הנגע על הביצועים המוטוריים, וכיצד לעודד התאוששות מהפגיעה אמר.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מאמר זה מציג שיטה רובוטית להערכת מיומנויות אחיזה בעכברים, שמטרתה לפשט הערכות התנהגותיות. הגישה האוטומטית לא רק חוסכת זמן אלא גם משפרת את הדיוק של הערכות כישורים מוטוריים.
מרכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- נוירולוגיה
- ניתוח התנהגותי
- רובוטיקה במחקר
רקע
- הערכות התנהגותיות יכולות להיות עמוסות עבודה ומחירים גבוהים.
- מודלים מן החי חיוניים לחקר ההתאוששות לאחר פגיעות נוירולוגיות.
- יש צורך בגישות שיקום חדשניות, במיוחד לאחר שבץ.
- שיטות רובוטיות יכולות לייעל את הערכת הכישורים המוטוריים.
מטרת המחקר
- לפתח שיטה להערכת כישורים מוטוריים בעכברים.
- להפוך את הניתוח ההתנהגותי לאוטומטי כדי לחסוך זמן ומשאבים.
- לספק פלטפורמה לחקר תנאים נוירולוגיים שונים.
שיטות ששימשו
- אוטומציה רובוטית להערכת כישורי הגעה לאחיזה.
- שילוב משימה ותגמול כדי לשפר את הלמידה.
- יישום במודלים של שבץ, פרקינסון ואלצהימר.
- הערכת למידה מוטורית לפני ואחרי הפציעה.
תוצאות עיקריות
- השיטה הרובוטית מפשטת את תהליך ההערכה.
- היא מספקת נתונים עקביים ואמינים על כישורים מוטוריים.
- מאפשרת מחקר באסטרטגיות התאוששות לפגיעות נוירולוגיות.
- ניתן להתאים אותה למחקרים שונים הכוללים למידה מוטורית.
מסקנות
- השיטה האוטומטית היא התקדמות משמעותית בניתוח התנהגותי.
- יש לה פוטנציאל לשפר את המחקר בתחום ההתאוששות הנוירולוגית.
- מחקרים עתידיים יכולים לנצל את הטכנולוגיה הזו ליישומים רחבים יותר.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
This automated prehension assay enables high-throughput evaluation of motor function in rodent models, supporting target validation in neurological disease programs. By integrating task and reward, it enhances learning consistency and reduces variability in reach-to-grasp performance metrics. The system provides quantitative, reproducible data suitable for de-risking therapeutic hypotheses in motor recovery research.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses related to motor pathway function and recovery mechanisms.
- Operational Value: Supports functional target validation through objective measurement of skilled prehension behavior.
- Predictive Value: Generates reliable motor skill readouts that aid in portfolio triage for neurorehabilitation candidates.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized, quantifiable reaching and grasping success rates for compound or intervention screening.
- Reproducibility: Automates pellet delivery and attempt recording, minimizing operator bias and increasing throughput.
- Scalability: Allows concurrent training and data collection across multiple mice with minimal manual intervention.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models skilled motor deficits applicable to stroke, Parkinson's, Alzheimer's, and traumatic brain injury.
- Translational Continuity: Bridges discovery motor assessments with preclinical efficacy testing in neurological injury models.
- Risk-Adjusted Decisions: Supports go/no-go evaluations based on motor skill recovery trajectories pre- and post-lesion.
Pipeline & Workflow Integration
The auto-trainer fits within the discovery-to-preclinical continuum, enabling motor skill assessment from early target validation through lead optimization stages.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing of motor circuit engagement and pathway-specific contributions to skilled behavior.
- Screening: Delivers quantitative success/failure outcomes per pellet attempt, supporting dose-response and compound effect analysis.
- Analytics: Tracks reach distance, paw preference, and success rate over time, enabling longitudinal motor skill profiling.
- Translational Research: Aligns with preclinical validation by measuring functional recovery in injury models.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable behavioral platform adaptable across multiple neurological disease programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target engagement by reducing noise in motor behavior readouts.
- Operational Value: Enhances reproducibility and scalability of skilled motor assessments through automation.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by reducing manual labor and accelerating data generation in motor function studies.
- Portfolio Impact: Enables risk-based prioritization of neurorehabilitation candidates using objective motor skill endpoints.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling, behavioral training, and LabVIEW-based data acquisition systems.
- Dependent on instrumentation including auto-trainer hardware, pellet dispenser, funnel sensor, and food restriction protocols.
- Necessitates standardization across sites for pellet size, slot alignment, and training session parameters.
- Adaptation considerations include varying mouse strains, injury models, and pellet types while maintaining paw-reach specificity.
- Practical limitations include the need to prevent mouth-based retrieval strategies to ensure assay validity.
