自動化における遅延および努力ベース無料移動齧歯動物における意思決定を分析するための装置およびプロトコルのベース
2018年8月2日
我々 が発明した自動化における装置ご紹介します、この遅延に基づく意思決定と無料移動齧歯動物の努力に基づく意思決定を分析装置に基づくプロトコル。
従来のT迷路は、遅延と労力に基づく意思決定の両方をテストするために使用できます。現在の研究では、自動フードデリバリー、ドア管理、アーム選択録音を備えたT迷路装置を発明しました。ここでの私たちのプロトコルは、げっ歯類の意思決定能力を分析しながら、研究者の時間と労力を劇的に節約できます。
このプロトコルは、意思決定手順の根底にある主要な神経回路と分子は何か、精神疾患における意思決定の欠陥の根底にある神経病理学的原因は何かなど、意思決定分野における重要な質問に答えるのに役立ちますか?このプロトコルの意味は、多くの患者が意思決定の困難さや欠陥を示しているため、神経精神疾患の治療にまで及びます。マウスを迷路に慣れさせるのは、1日10分、合計5日間です。
慣れている間は、すべての迷路のドアを開けたままにしてください。初日は、餌のペレットを迷路全体に散らばらせます。次に、マウスを T 迷路のスタート ボックスに 4 人ずつのグループで配置し、マウスが迷路を 10 分間探索できるようにします。
2日目と3日目は、2つのゴールアームに沿ってペレットを散らします。マウスが迷路を10分間探索できるようにします。最後に、慣れの4日目と5日目に、ペレットを2つのゴールボックスのフードディスペンサーのすぐ近くとところに置きます。
マウスが迷路を10分間探索できるようにします。強制アームエントリーフェーズでは、制御ソフトウェアパラメータの設定から始めます。期間を 900 秒に設定します。
デフォルトの開始遅延時間を 3 秒に、ペレット番号を LRA の場合は 1 に、HRA には 4 に設定し、遅延時間を 0 秒に設定します。個々のマウスのIDをソフトウェアに登録し、個々のマウスのHRAの位置を左側または右側に登録します。次に、実験インターフェースウィンドウに入り、マウスをスタートボックスに入れ、リモコンのスタートボタンを押してトレーニングを開始します。
各試行中、片方のアームに通じるドアのみが開いており、反対側のアームのドアは開かず、ドアは動物の位置に応じて自動的に開閉することに注意してください。ここでは、マウスを1回目の試行で左側のHRAに入力して4個のペレットを食べさせ、2回目の試行で右側のアームに1個のペレットを食べさせることを強制しました。このフェーズにより、マウスはHRAとLRAの位置を学習できます。
フリーアームのエントリーフェーズでは、強制エントリーフェーズと同じ方法を使用してパラメーターを設定します。マウスをスタートボックスに置き、スタートボタンを押してから、マウスがHRAまたはLRAのいずれかの片方のアームを自由に選択できるようにします。まず、HRA の遅延時間を 1 日目、2 日目、3 日目にそれぞれ 5 秒、10 秒、15 秒に設定します。
フェーズ番号を設定します。他のすべてのパラメータは、強制アームエントリフェーズと同じ方法で設定します。マウスが HRA または LRA のいずれかの片方のアームを自由に選択できるようにします。
ここに示す2つの試験では、マウスは最初の試行でLRAを選択し、2番目の試行でHRAを選択しました。次に、努力ベースの意思決定テストでは、HRAの障壁を紹介します。マウスがHRAまたはLRAのいずれかのアームを自由に選択できるようにします。
ここでは、ネズミはより高い報酬を得るために障壁を登ることを選択しました。実験終了後、制御ソフトウェアからデータと結果を取得します。データフォルダですべての実験データを探します。
最後に、結果フォルダ内の項目、期間、試行回数、HRA選択番号、LRA選択番号、HRA選択率、LRA選択率、LRA選択率、総移動距離、および各動物IDの合計ジャンクション時間を確認します。ここに示す結果は、内側手綱アブレーションマウスとその同腹仔である野生型対照マウスとの間の遅延および努力に基づく意思決定能力の違いを示しています。遅延に基づく意思決定テストでは、遅延時間が5秒の場合、遺伝子型の主効果は有意ではありませんでした。しかし、遅延時間を10秒と15秒に延長すると、内側手綱アブレーションマウスはCTマウスと比較してHRA訪問の割合が有意に減少したことを示しました。
最後に、努力に基づく意思決定テストでは、HRAにバリアが配置された場合、HRAの左右の局在に関係なく、内側手綱切除マウスのHRA訪問の割合が有意に減少しました。この手順を試行する際は、げっ歯類がタスクを実行する動機を確保するために、すべてのトレーニング手順で食物制限を行う必要があることを覚えておくことが重要です。さらに、ペレットを乾燥させるために、小さなサイズの10ミリグラムのペレットを使用し、フードディスペンサーでシリカゲルを使用することを忘れないでください。
この手順に続いて、in vivo電極記録、光ファイバーイメージング、光遺伝学操作、マイクロダイアリシスなどの他の方法を実行して、追加の質問に答えることができます。たとえば、遅延や努力の割引による特定の細胞集団の興奮性の動的変化や、意思決定中の神経ペプチド、神経伝達物質、ホルモンの動的変化などです。一言で言えば、私たちが開発した現在のセットアップとプロトコルにより、研究者は完全な自動化、標準化、および高スループット能力で、げっ歯類の意思決定を効率的に分析することができます。本発明は、生理学的および病理学的疾患の意思決定の根底にあるメカニズムの解明に役立つと考えています。
概要
この記事では、自由に動くげっ歯類の遅延ベースおよび努力ベースの意思決定を分析するために設計された自動化されたT型迷路装置を紹介します。開発されたプロトコルは、意思決定プロセスを研究する研究者にとって必要な時間と労力を大幅に削減できます。
主要な研究要素
科学分野
- 神経科学
- 行動分析
- げっ歯類モデル
背景
- 従来のT型迷路セットアップは、げっ歯類の意思決定を評価するために使用されています。
- 新しい自動化装置には、食物の提供やドア管理などの機能が含まれています。
- このイノベーションは、研究プロセスを効率化することを目指しています。
- 意思決定の理解は、精神疾患に対処するために重要です。
研究目的
- 意思決定を研究するための新しいT型迷路装置を導入すること。
- 行動実験の効率性を高めるプロトコルを提供すること。
- 意思決定に関与する神経回路と分子を探索すること。
使用された方法
- 5日間にわたる迷路へのマウスの順応。
- 意思決定を評価するための強制および自由な腕進入フェーズ。
- 障壁を使用した努力ベースの意思決定テスト。
- 分析のための自動化ソフトウェアによるデータ収集。
主要な結果
- 内側ハベヌラ核を除去したマウスは、遅延条件下でHRAへの訪問が減少しました。
- 努力ベースのテストでは、障壁が存在する場合、HRAへの訪問が減少しました。
- タスク中にげっ歯類を動機づけるために、食事制限が必要でした。
- 結果は、意思決定を研究する上でのプロトコルの有効性を支持しています。
結論
- 自動化されたT型迷路により、げっ歯類の意思決定の効率的な分析が可能になります。
- このプロトコルは、健常状態と病理学的状態の両方での意思決定の理解に役立ちます。
- 将来の研究では、このセットアップを基に追加の神経生物学的問題を探索することができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
This automated T-maze platform addresses a critical bottleneck in behavioral neuroscience by standardizing delay- and effort-based decision-making assays, reducing variability from manual intervention and enabling high-throughput screening of genetically modified models. The system supports mechanistic de-risking of therapeutic targets involved in neuropsychiatric disorders by providing quantitative, reproducible readouts of reward valuation and cost-benefit integration. Its compatibility with chronic neural recording and modulation techniques positions it as a translational bridge from target validation to preclinical efficacy testing in discovery pipelines focused on cognitive symptom domains.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by measuring how genetic or pharmacological manipulations affect decision-making under defined cost conditions.
- Operational Value: Automates pellet delivery, door control, and choice tracking, minimizing experimenter bias and increasing assay reproducibility across laboratories.
- Predictive Value: Generates dose-response-like curves for delay or effort discounting, supporting target prioritization based on behavioral sensitivity.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized, quantifiable outputs including HRA choice percentage, latency, and path length, suitable for Z'-factor evaluation in screening campaigns.
- Scalability: Automation allows concurrent testing of multiple subjects, facilitating lead identification efforts in large-scale mutant or compound libraries.
- Reproducibility: Fixed parameters and software-driven execution reduce inter-day and inter-operator variability, enhancing cross-study comparability.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models core symptomatology of psychiatric disorders characterized by impaired decision-making, such as anhedonia or avolition.
- Translational Continuity: Outputs align with clinical decision-making tasks, enabling reverse translation of findings from rodent to human phenotypes.
- Mechanistic De-risking: Supports causal inference through integration with optogenetics, chemogenetics, or electrophysiology to link neural circuit activity to behavioral output.
Pipeline & Workflow Integration
The apparatus fits within the discovery continuum from early target hypothesis testing through lead optimization, particularly for programs targeting cognitive and motivational deficits in neuropsychiatric indications.
- Discovery Biology: Facilitates pathway clarification by isolating the contribution of specific neural populations (e.g., medial habenula) to cost-benefit computation.
- Screening: Delivers quantitative, binary choice data that enable ranking of compounds or genotypes by their effect on delay or effort tolerance.
- Analytics: Provides temporal and spatial metrics (junction time, moving distance) that enrich behavioral phenotyping beyond simple arm selection.
- Translational Research: Enables preclinical validation of target engagement via correlation of neural manipulation with shifts in decision thresholds.
- Enterprise Reuse: Standardized protocol and data structure allow deployment across multiple discovery sites as a shared behavioral core capability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing noise in decision-making phenotyping.
- Operational Value: Cuts labor-intensive tasks such as manual pellet delivery and door operation, improving throughput and consistency.
- Strategic Value: Supports earlier go/no-go decisions by identifying targets with strong behavioral efficacy signals in disease-relevant systems.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted advancement by quantifying target modulation effects on motivation and effort expenditure.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavioral neuroscience and familiarity with automated maze control software.
- Dependent on reliable food dispenser mechanics and sensor-based arm entry detection systems.
- Necessitates cross-team agreement on habituation, restriction, and testing protocols to ensure data comparability.
- Adaptation to different rodent strains or ages may require calibration of reward magnitude or effort parameters.
- Practical limitations include sensitivity to environmental stressors and the need for food restriction to maintain task engagement, as noted in the protocol.
