Name: マウスにおける頭部固定型バーチャルリアリティの行動訓練法 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: 学ぶマウスの頭部固定型VR行動訓練法。線形トラック走行とY迷路課題を用いて、複雑な意思決定行動を評価する神経科学的手法を解説。実験の再現性向上と認知研究への応用を支援する。

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<ol><li>Guo, Z. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Procedures+for+behavioral+experiments+in+head-fixed+mice%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Procedures for behavioral experiments in head-fixed mice.</a> PLoS One. 9 (2), e88678(2014).</li>
<li>Yang, Y., Kim, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Headpost+surgery+for+in+vivo+electrophysiological+recording+in+the+mouse+inferior+colliculus+during+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Bio+Protoc%22%5BJournal%5D)">Headpost surgery for in vivo electrophysiological recording in the mouse inferior colliculus during locomotion.</a> Bio Protoc. 10 (23), e3840(2020).</li>
<li>Fuhrmann, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotion%2C+Theta+oscillations%2C+and+the+speed-correlated+firing+of+hippocampal+neurons+are+controlled+by+a+medial+septal+glutamatergic+circuit%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Locomotion, Theta oscillations, and the speed-correlated firing of hippocampal neurons are controlled by a medial septal glutamatergic circuit.</a> Neuron. 86 (5), 1253-1264 (2015).</li>
<li>Dombeck, D. A., Harvey, C. D., Tian, L., Looger, L. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+imaging+of+hippocampal+place+cells+at+cellular+resolution+during+virtual+navigation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Functional imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation.</a> Nat Neurosci. 13 (11), 1433-1440 (2010).</li>
<li>Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+large-scale+neural+activity+with+cellular+resolution+in+awake%2C+mobile+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice.</a> Neuron. 56 (1), 43-57 (2007).</li>
<li>Leinweber, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-photon+calcium+imaging+in+mice+navigating+a+virtual+reality+environment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Two-photon calcium imaging in mice navigating a virtual reality environment.</a> J Vis Exp. (84), e50885(2014).</li>
<li>Chen, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensory+evoked+fMRI+paradigms+in+awake+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Sensory evoked fMRI paradigms in awake mice.</a> Neuroimage. 204, 116242(2020).</li>
<li>Burgess, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+methods+for+accurate+two-alternative+visual+psychophysics+in+head-fixed+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">High-yield methods for accurate two-alternative visual psychophysics in head-fixed mice.</a> Cell Rep. 20 (10), 2513-2524 (2017).</li>
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<li>Aghajan, Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+spatial+selectivity+and+intact+phase+precession+in+two-dimensional+virtual+reality%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Impaired spatial selectivity and intact phase precession in two-dimensional virtual reality.</a> Nat Neurosci. 18 (1), 121-128 (2015).</li>
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<li>Forro, T., Klausberger, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+behavior-related+activity+of+distinct+hippocampal+interneuron+types+during+odor-associated+spatial+navigation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Differential behavior-related activity of distinct hippocampal interneuron types during odor-associated spatial navigation.</a> Neuron. 111 (15), 2399-2413.e5 (2023).</li>
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<li>Pinto, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+accumulation-of-evidence+task+using+visual+pulses+for+mice+navigating+in+virtual+reality%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Behav+Neurosci%22%5BJournal%5D)">An accumulation-of-evidence task using visual pulses for mice navigating in virtual reality.</a> Front Behav Neurosci. 12, 36(2018).</li>
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<li>Peirson, S. N., Brown, L. A., Pothecary, C. A., Benson, L. A., Fisk, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+and+the+laboratory+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Light and the laboratory mouse.</a> J Neurosci Methods. 300, 26-36 (2018).</li>
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<li>d'Isa, R., Comi, G., Leocani, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Apparatus+design+and+behavioural+testing+protocol+for+the+evaluation+of+spatial+working+memory+in+mice+through+the+spontaneous+alternation+T-maze%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Apparatus design and behavioural testing protocol for the evaluation of spatial working memory in mice through the spontaneous alternation T-maze.</a> Sci Rep. 11 (1), 21177(2021).</li>
<li>Viney, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spread+of+pathological+human+Tau+from+neurons+to+oligodendrocytes+and+loss+of+high-firing+pyramidal+neurons+in+aging+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">Spread of pathological human Tau from neurons to oligodendrocytes and loss of high-firing pyramidal neurons in aging mice.</a> Cell Rep. 41 (7), 111646(2022).</li>
<li>Krumin, M., Lee, J. J., Harris, K. D., Carandini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decision+and+navigation+in+mouse+parietal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Decision and navigation in mouse parietal cortex.</a> Elife. 7, e42583(2018).</li>
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<li>Harvey, C. D., Coen, P., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Choice-specific+sequences+in+parietal+cortex+during+a+virtual-navigation+decision+task%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Choice-specific sequences in parietal cortex during a virtual-navigation decision task.</a> Nature. 484 (7392), 62-68 (2012).</li>
<li>Pettit, N. L., Yap, E. L., Greenberg, M. E., Harvey, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fos+ensembles+encode+and+shape+stable+spatial+maps+in+the+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Fos ensembles encode and shape stable spatial maps in the hippocampus.</a> Nature. 609 (7926), 327-334 (2022).</li>
<li>Pinke, D., Issa, J. B., Dara, G. A., Dobos, G., Dombeck, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full+field-of-view+virtual+reality+goggles+for+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Full field-of-view virtual reality goggles for mice.</a> Neuron. 111 (24), 3941-3952.e6 (2023).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>2.4 mm ネジ (00-96 x 3/32)</td><td>Protech International</td><td>8L0X3905202F</td><td>ヘッドバー安定性追加用</td></tr><tr><td>ブピボカイン</td><td>ホスピラ</td><td>NDC:0409-1162-19</td><td>局所麻酔薬ブ</td></tr><tr><td>プレノルフィン</td><td>ウェッジウッド ファーマシューティカルズ</td><td>SKU: BUPREN-INJ010VC</td><td>鎮痛</td></tr><tr><td>ブザー</td><td>Wahl&nbsp;</td><td>1565q</td><td>シェービング手術領域</td></tr><tr><td>ドリルおよびマイクロインジェクションロボット</td>用 <td>Neurostar</td><td>17129-IDA</td><td>Stereotaxis&nbsp;</td></tr><tr><td>GLUture</td><td>Zoetis</td><td>32046</td><td>外科用接着剤</td></tr><tr><td>ヘッドバーインプラント</td><td>Luigs-Neumann</td><td>130060</td><td>マウスヘッドインプラント</td></tr><tr><td>加熱パッド (Lectro-Kennel)</td><td>K&H 製造100212933</td><td></td><td>術後</td></tr><tr><td>止血剤</td><td>World Precision Instruments</td><td>501291</td><td>手術器具</td></tr><tr><td>過酸化水素</td><td>スワム</td><td>L0003648FB</td><td>洗浄剤</td></tr><tr><td>イソフルラン</td><td>デクラ</td><td>B230008</td><td>外科用吸入麻酔薬</td></tr><tr><td>イソフルラン/O2 デリバリーデバイス 鼻コームアタッチメント付き</td><td>Eagle Eye Anesthesia Inc.</td><td>モデル 50 麻酔</td><td>手術器具</td></tr><tr><td>Metabond</td><td>Parkell</td><td>CB-S380</td><td>接着剤セメント</td></tr><tr><td>マイクロハサミ</td> ファ<td>インサイエンスツール</td><td>15000-08</td><td>手術器具</td></tr><tr><td>酸素</td><td>Praxair</td><td>UN1072</td><td>外科用酸素</td></tr>ポ<tr><td>ビドンヨウ素綿棒</td><td>Dynarex</td><td>g172095-05</td><td>手術器具生理</td></tr><tr><td>食塩水</td><td>ホスピラ</td><td>NDC:0409-1966-02</td><td>水分補給剤</td></tr>滅<tr><td>菌コットンチップアプリケーター(綿棒)</td><td>ピューリタン</td><td>25-806 2WC</td><td>手術器具</td></tr><tr><td>スクロース</td>フィ<td>ッシャーケミカル</td><td>CAS 57-50-1</td><td>一次強化剤/動機付け剤/報酬</td></tr>ピン<tr><td>セット</td><td>World Precision Instruments</td><td></td><td>504505 手術器具</td></tr><tr><td>バーチャルリアリティシステム</td><td>PhenoSys</td><td>JetBall-TFT</td><td>エアクッション付きの球形トレッドミルであるJetBallは、周囲の6台のモニターに映し出された仮想世界を</td></tr>動物が楽に移動できるようにします。<tr><td>白ワセリン潤滑剤眼軟膏軟膏&nbsp;</td><td>AACE Pharmaceuticals</td><td>NDC:71406-124-35</td><td>アイルーブ</td></tr></tbody></table>

マウスにおける頭部固定型バーチャルリアリティの行動訓練法

Behavioral Training Procedures for Head-fixed Virtual Reality in Mice

このパイロット研究は、単純な廊下と複雑な意思決定タスク(Y迷路視覚識別タスク)という2つの異なるタスクでマウスを効率的に訓練するための方法論を概説することを目的としています。これらのデータは、VRでの行動訓練の時間的ガイドラインを確立するための基礎となりました。
手続きのステップは、 図1のヘッドバーの外科的埋め込みを概説することから始まります。このインプラントは、行動評価中にマウスの頭蓋骨を安定させるのに役立ち、それによって、特に電気生理学またはイメージング技術と組み合わせて使用される場合に、神経記録の精度を向上させます。
図2と図3は、実験システムのハードウェアコンポーネントとセットアップを示しています。図2は、ペトリ皿噴水方式を利用した送水システムの詳細です。これには、60 mm x 15 mmのペトリ皿を凹面を下にしてケージの床に貼り付け、小さい方の35 mm x 10 mmのペトリ皿を凹面を下にして大きい方の皿の中央に固定し、別の60 mm x 15 mmのペトリ皿を凹面を上にして小さい方の皿の上に置き、貯水池として機能するというものでした。上皿の高さは、マウスが水にアクセスしやすいように、寝具材料による汚染を防ぐために慎重に調整されました。
図 3 は、システム・ハードウェアとマウスの位置のガイドラインを示しています。 図 3A は VR のセットアップを示しており、6 つのスクリーン アレイと中央に球形のトレッドミルが配置されています。 図3B は、トレッドミル上でのマウスの最適な配置を示しており、頭が自然な位置に揃い、4つの足すべてが表面に接触しています。 図3C は、ヘッドバーに対するマウスの正しい配置と正しくないマウスの配置を比較し、マウスの中央面をヘッドバー自体と整列させるのではなく、中央に配置する必要があることを強調しています。
図4 は、報酬獲得曲線を折れ線グラフで示し、VRの1m、2m、3mの狭い通路の予想学習期間を、事前に定義された進行パラメータに基づいて示しています。これは、それぞれのトラック長にわたるマウスの平均速度を示しており、難易度の増加に見合ったタスク学習と改善の証拠として、速度が徐々に増加していることを示しています。また、マウスが線形トラックの基準に到達するのに必要な平均日数を示す棒グラフと、各トラック長の平均速度を示す棒グラフも表示されます。これに続いて、マウスが学習した線形追跡タスクの進行段階も示されています。これらの課題は、学術文献で確立された方法論を再現すると同時に、マウスが達成可能な学習曲線を確保し、レベルを通じてのマウスの進歩を促進するように設計されています。
最後に、 図 5 は Y-Maze タスクに関連するデータを示しています。この図は、黒一本の腕と白一本の腕の単純な区別から始まる、タスクの進歩的な性質を示しています。この初期段階は、マウスが対照的な視覚的手がかりを区別する能力を確立するための基本的なステップとして機能します。タスクの後続のレベルでは、各アームに対照的な色の割合を追加で組み込むことにより、複雑さが増し、マウスの識別能力がさらに困難になります。タスクの難易度が徐々に向上していることは、黒と白の単色の腕から、一方の色が90%、もう一方の色が10%で構成される腕への移行によって例証されています。特に、 図5 に示すデータは、識別精度が進行するたびに向上する一方で、一部のマウスは一貫して視覚識別能力の閾値を示し、最大80%/20%の白人/黒人識別に達することを示しています。この観察結果は、Y-Maze課題の文脈におけるマウスの視覚識別能力に内在する限界を強調しており、課題の実現可能性と被験者の認知能力に関する貴重な洞察を提供している。その後、Y迷路トラックタスクの進行段階は、文献で確立された方法論と一致するように設計されており、詳細に説明されています。これらの段階により、マウスの実行可能な学習曲線が確保され、レベルが徐々に進むのをサポートしました。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig01.jpg"> 
図1:ヘッドバー埋め込み術の外科的指示書(A)切開部位はマウスの頭蓋骨に印が付けられています。(B)ネジは、前頭間縫合糸の左1 mm、ブレグマの少し下、前頭間縫合糸の右側3 mm、ラムダの少し上に埋め込む必要があります。(C)ヘッドバーは、前頭間縫合糸に沿って配置する必要があります。(D)ヘッドバーインプラントの上に歯科用セメントを塗布します。(E)歯科用セメントを塗布した後のヘッドバーの実際の視覚化。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig02.jpg"> 
図2:ペトリ皿噴水方式による給水システム。 60 mm x 15 mmのペトリ皿をケージの床に凹面を下にして固定しました。小さい35 mm x 10 mmのシャーレを大きいディッシュの中央に配置し、別の60 mm x 15 mmのシャーレを上にして凹面を上にして置き、貯水池として機能しました。この設定により、水が寝床によって汚染されず、マウスがアクセス可能になりました。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig03.jpg"> 
図3:システムハードウェアとマウスの位置のガイドライン (A)使用したVRセットアップが表示されます。6画面のセットアップが使用され、球形のトレッドミルが中央に配置されました。(B)球形トレッドミル上の最適なマウス配置の側面図。マウスの頭は自然な位置にあり、4本の足はすべて球形のトレッドミル上にあります。(C)上面図:ヘッドバーに対するマウスの正しい配置と正しくない配置。正しい配置のためには、マウスの中央矢状面をヘッドバー自体ではなく中央に配置する必要があります。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig04.jpg"> 
図4:線形トラックデータ(A)提示されたデータは、各30分間の試用期間中に収集された毎日の報酬を示しています。マウスは、2日間連続で1分あたり平均2つの報酬を達成すると、より長いトラック長に進み、合計60の報酬(しきい値)を達成しました。(B)マウスが課題に習熟するにつれて、その速度は徐々に増加し、報酬強化の有効性を示している。このグラフは、トラック上の各マウスの1日の平均速度をcm/sで示し、学習した行動の直線的な進行を示しています。(C)この棒グラフは、各マウスが個々のトラックの長さで習熟度を獲得するのにかかった時間を示しており、各トラックの長さについてそれぞれの平均と標準誤差が示されています。(D)この棒グラフは、さまざまなトラック長にわたって各マウスによって達成された平均日速の平均誤差と標準誤差を示しています。ほぼ直線的な進行は、学習された走行速度の向上を示唆しています。(E) これは、より長いバージョンの迷路に進む前に、2日間連続して60報酬の試用期間を必要とする線形追跡タスクの進行を示しています。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig05v2.jpg"> 
図5:Y-Mazeのデータ。 (A) Y迷路の進行の各ステージで獲得した報酬の分布を示しています。この解析は、線形トラックのすべてのフェーズを完了した4匹のマウスのサブセットにのみ焦点を当て、それによって男性と女性の両方の参加者の公平な表現を確保しました。(B)この視覚的表現は、Y-Maze課題の段階を示しており、マウスは2日間連続で70%の正解を達成すると前進します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig05largev2.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

Virtual reality (VR) combined with head-fixation is increasingly being utilized in behavioral neuroscience studies as it allows complex behavioral assays ...

behavioral-training-procedures-for-head-fixed-virtual-reality-in-mice

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JoVE Journal

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頭部拘束マウスの空間学習計測のためのオープンソースバーチャルリアリティシステム

このプロトコルは、人間の黄斑に似た網膜の特徴を持つ錐体優性種である13ラインのジリスの光運動反応を測定する方法を説明しています。プラットフォームの設計により、ハンドリングが向上し、不安が軽減され、動物が高くなったプラットフォームにとどまる能力が向上し、視覚機能の変化を非侵襲的に評価できるようになります。...

ジリスの光運動反射の記録を可能にする非嫌悪動物拘束

学ぶマウスの頭部固定型VR行動訓練法。線形トラック走行とY迷路課題を用いて、複雑な意思決定行動を評価する神経科学的手法を解説。実験の再現性向上と認知研究への応用を支援する。

マウスにおける頭部固定型バーチャルリアリティの行動訓練法

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