שימוש במערכת מבוך הניתנת להגדרה מחדש כדי לשפר את יכולת השחזור של בדיקות ניווט מרחביות במכרסמים
2 בדצמבר 2022
הפרוטוקול הנוכחי מתאר מבוך הניתן להגדרה מחדש, מערכת ייחודית לבדיקת ניווט מרחבי ופנוטיפים התנהגותיים במכרסמים. יכולת ההסתגלות של מערכת מבוך זו מאפשרת ביצוע ניסויים שונים בסביבה פיזיקלית אחת. הקלות של סידור מחדש של מבנים מייצרת תוצאות ניסוי אמינות וניתנות לשחזור.
פרוטוקול זה מספק סביבת ניסוי מבוך גמישה ומאפשר לנסיין לבצע משימות מבוך מרובות בחלל אחד. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן להגדיר באופן מיידי את צורת המבוך הרצויה על ידי שילוב חלקים סטנדרטיים. בנוסף, ניתן לפרק ולשכפל מערכת זו בקלות עבור ו שיטה זו תורמת לחקר מנגנונים התנהגותיים ופיזיולוגיים של ניווט.
זה גם שימושי בגוף הבדיקה כדי לסנן חריגות התנהגותיות אצל בעלי חיים טרנסגניים ונוקאאוט. כדי להתחיל, הכנס מגדלים עם לוחות בסיס לתוך לוח ניקוב כדי ליצור מסגרת בצורת T של המבוך. מחברים שבילים לחלק העליון של המגדלים, ומחליפים את השביל באזור המושהה בהליכון.
חבר מזינים לכל קצה של המבוך, ולאחר מכן חבר קירות ניידים לענפים השמאלי והימני. לביצוע המשימה, הפעל וחבר את תיבת הבקרה, המיקרו-בקר והמחשב. כתוב תוכנית כדי להגדיר את לוח הזמנים של המשימות ולקבל את הפרמטרים הדרושים לניסוי במיקרו-בקר, ולאחר מכן בצע משימה. בנו את צורת המבוך הרצויה, הזיזו את החולדות מהכלובים הביתיים והניחו אותן במצב שרירותי של המבוך.
אפשרו לחולדות לחקור בחופשיות את המבוך שנבנה במשך 10 דקות כדי להתרגל. הגדר תוכנית לביצוע משימת ההחלפה המושהית עם ההליכון ושנה את צורת המבוך במידת הצורך. הניחו את החולדות במיקום שרירותי במבוך ובצעו את האימון או הבדיקה של משימת ההחלפה המושהית.
החזירו את החולדות לכלוב הביתי לאחר כל משימה ונגבו היטב את המבוך עם 70% אתנול לאחר כל חולדה. המתן לפחות 5 דקות לפני שתשתמש שוב במבוך. עבור מסלול בעלי החיים, תעד את התנהגות בעלי החיים במהלך משימת ההחלפה המושהית באמצעות מצלמת וידאו דיגיטלית המותקנת על התקרה.
לבסוף, עקוב אחר מסלולי הריצה באמצעות תוכנת הערכת תנוחות ללא סמן המבוססת על תמונות שצולמו בקצב של 50 פריימים לשנייה. התמונות של מבחן המבוך הניתן להגדרה מחדש עבור חולדות מוצגות באיור זה. חלקי המסלול הוגדרו מחדש למספר צורות בסביבה אחת.
התמונות המוצגות כאן מייצגות את מבחן המבוך הניתן להגדרה מחדש עבור עכברים. מבוכים אלה הוצבו עם מזינים וקירות ניידים בכל מקום. צורת המבוך משתנה בהדרגה במהלך שלבי הרכבת והבדיקה של משימת ההחלפה המושהית.
סוג המזין המשמש במשימה מצוין על-ידי תיבה צבעונית. מסלולי הריצה של חולדה מייצגת מוצגים כאן. תמונות גרפיות אלה מייצגות את הביצועים ההתנהגותיים של החולדות במשך 4 ימים, מתחילת האימון ועד סוף המבחן.
זמן השלמת המשימה עבור כל שלב אימון והיום הראשון של שלב הבדיקה מוצגים כאן. אחוזי תשובות הבחירה הנכונה במבחן ההחלפה המושהה מוצגים באיור זה. הקווים המקווקווים מציינים את רמות הסיכוי.
זמן הרכבת המבוך הניתן להגדרה מחדש מוצג באיור זה. המסילה הליניארית שונתה למבוך בצורת T עם תוספת של שבילים, מזינים והליכון. חמישה נסיינים ביצעו שלושה ניסויים כל אחד, וכל הניסויים בוצעו באותו יום.
חשוב למקם את חלקי המבוך בצורה נכונה על הרצפה עם חורים. על ידי שימוש בלוח הבסיס כדי לקבוע את הפריסה, ניסוי מבוך יכול להתבצע עם יכולת שחזור גבוהה.
סקירה כללית
פרוטוקול זה מתאר מערכת מבוך הניתנת להגדרה מחדש, שנועדה לבדיקת ניווט מרחבי ופנוטיפים התנהגותיים במכרסמים. יכולת ההסתגלות שלה מאפשרת ביצוע ניסויים מגוונים בתוך סביבה אחת, ובכך מבטיחה תוצאות מהימנות וניתנות לשחזור.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- ניתוח התנהגותי
- מודלים של מכרסמים
רקע
- ניתן להגדיר מחדש את מערכת המבוך במהירות באמצעות חלקים סטנדרטיים.
- המערכת שימושית לחקר מנגנוני ניווט והפרעות התנהגותיות.
- הפרוטוקול מאפשר פירוק קל ושחזור של ניסויים.
- المעקב ההתנהגותי משופר באמצעות הקלטת וידאו דיגיטלית וניתוח תוכנתי.
מטרת המחקר
- לחקירת ניווט מרחבי במכרסמים.
- להערכת פנוטיפים התנהגותיים בבעלי חיים טרנסגניים ובבעלי חיים עם נוק-אאוט.
- לספק מערך ניסויי גמיש למשימות מבוך שונות.
שיטות נעשה בהן שימוש
- בנייה של מבוך בצורת T באמצעות מגדלים ומסלולים.
- הטמעת מסוע בתוך המבוך עבור משימות של חילופין מושהים (delayed alternation).
- הקלטה של התנהגות בעלי החיים באמצעות מצלמה המותקנת על התקרה.
- ניתוח של מסלולי ריצה באמצעות תוכנה להערכת תנוחה ללא סמנים (markerless pose estimation).
תוצאות עיקריות
- הגדרה מחדש מוצלחת של צורות המבוך במהלך שלבי האימון והבדיקה.
- מעקב אחר ביצועים התנהגותיים לאורך מספר ימים.
- נתונים כמותיים על זמני השלמת המשימה ותגובות בחירה נכונות.
- הדגמה של הדירות גבוהה בהרכבת המבוך ובביצוע הניסוי.
מסקנות
- המבוך בר-התצורה הוא כלי רב-גמיש למחקר התנהגותי.
- הוא מקל על חקר הניווט ופנוטיפים התנהגותיים במכרסמים.
- השיטה משפרת את המהימנות של תוצאות הניסוי.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למסגרת ניהולית
שחזוריות ויכולת הרחבה בפנוטיפ פונקציונלי התנהגותי הן קריטיות לתיקוף יעדים חזק ולמחקר תרגומי בנוירופרמקולוגיה. מערכת המבוך הניתנת להגדרה מחדש מאפשרת בדיקות ניווט מרחבי סטנדרטיות וחזרתיות במכרסמים, התומכות בביטחון חיזוי וב khả năng השוואה בין מחקרים. פלטפורמה זו נותנת מענה לנקודת מפנה מרכזית בשלב הגילוי המוקדם על ידי כך שהיא מאפשרת סריקת התנהגות יעילה בעלת תפוקה גבוהה בתוך סביבה ניסויית אחת.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בחינה שיטתית של ניווט מרחבי ותפקוד קוגניטיבי במודלים של מכרסמים הרלוונטיים למחלה.
- תומך בהפחתת סיכונים ביולוגיים על ידי מתן אפשרות לשחזור מהיר של מספר פאראדיגמות של מבוכים לצורך תיקוף של מטרות תפקודיות.
- מסייע במיון פורטפוליו באמצעות הפקת נתונים התנהגותיים הניתנים לשחזור על פני קווי תרנסגניים וקווי knockout.
סריקה ופיתוח בדיקה
- מכין מערכות התנהגותיות מתוקפות לסריקת תרכובות ומסכים פנוטיפיים בהמשך התהליך.
- מבצע סטנדרטיזציה של תנאי הבדיקה והתוצאות באמצעות גיאומטריית מבוך מודולרית וניתנת להגדרה מחדש.
- מאפשר קריאות התנהגותיות כמותיות, ניתנות לשחזור ובקנה מידה רחב להערכה מהימנה של תרכובות.
מחקר תרגומי ו-Preclinical
- מתאימה פלטי של התנהגות מכרסמים לנקודות קצה תרגומיות הרלוונטיות להפרעות קוגניטיביות ונוירופסיכיאטריות.
- מספקת רציפות משלב הגילוי המוקדם ועד לתיקוף פרה-קליני באמצעות תמיכה במדדים התנהגותיים עקביים.
- מפחיתה עמימות מכניסטית על ידי מתן אפשרות להערכה מדויקת וחזרתית של פנוטיפים של ניווט ולמידה.
שילוב תהליכי עבודה וצינור עיבוד
מערכת המבוך הניתנת להגדרה מחדש משתלבת ברצף מהגילוי ועד לשלב הפרה-קליני על ידי אפשור בדיקה מהירה של היפותזות, סטנדרטיזציה של בדיקות ויכולת שחזור בין מחקרים במדעי ההתנהגות העצביים.
- ביולוגיה של התגליות: תומך בבדיקה מונחית-היפותזה של מסלולי ניווט וזיכרון במכרסמים מהונדסים גנטית.
- סריקה: מספק תוצרי התנהגות כמותיים וניתנים לשחזור, המתאימים לסריקה בסביקת תפוקה גבוהה (high-throughput screening) ולמחקרים השוואתיים.
- אנליטיקה: מספק מעקב אחר מסלולים ומדדי ביצועים לצורך ניתוח סטטיסטי חסון של נקודות קצה התנהגותיות.
- מחקר תרגומי: מגשר בין שלב הגילוי המוקדם לאישור פרה-קליני על ידי התאמת נתונים התנהגותיים של מכרסמים לתוצאות רלוונטיות למחלה.
- שימוש חוזר ארגוני: מציע פלטפורמה מודולרית וניתנת לשימוש חוזר, הניתנת להתאמה לצרכי מחקר משתנים ולמגוון עיצובי ניסויים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית סיכון ביולוגי באמצעות בדיקות התנהגותיות סטנדרטיות וניתנות לשחזור.
- ערך תפעולי: מייעל את ההקמה הניסיונית, מפחית את הדרישות למשאבים ומגביר את התפוקה.
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת ההחלטות לגבי המשך התהליך (go/no-go) ואת הקצאת ההון על ידי אספקת נתונים מהימנים הניתנים להשוואה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף של מטרות ומודלים מותאם לסיכון, המבוסס על פנוטיפ התנהגותי חסון.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות במדעי המוח ההתנהגותיים של מכרסמים ובתכנון בדיקות (assays).
- נדרש מיכשור להקלטת וידאו דיגיטלית ואנליטיקה להערכת תנוחה (pose estimation).
- דורש סטנדרטיזציה בין-צוותית של הרכבת המבוך ושל פרוטוקולי איסוף הנתונים.
- ניתן להתאמה למספר מודלים של מכרסמים ולפראדיגמות התנהגותיות שונות באמצעות רכיבים מודולריים.
- תלוי במיקום ובהרכבה מדויקים להשגת רב-שחזוריות אופטימלית ושלמות הנתונים.
שאלות נפוצות בתחום הביופארמה
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
