사회적 식민지 케이지 환경 내에서 스스로 시작한 개별 행동 세션에서 데이터를 획득하는 시스템이 제시됩니다. 이 시스템의 효율성은 자동화된 숙련 도달 범위 평가를 사용하여 입증되었으며, 이를 통해 뇌졸중 후 운동 장애, 동기 부여와 관련된 잠재적 행동 변화, 일주기 변동 및 기타 혁신적인 종속 변수의 특성을 파악할 수 있습니다.
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방법 논문
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사회적 식민지 케이지 환경 내에서 스스로 시작한 개별 행동 세션에서 데이터를 획득하는 시스템이 제시됩니다. 이 시스템의 효율성은 자동화된 숙련 도달 범위 평가를 사용하여 입증되었으며, 이를 통해 뇌졸중 후 운동 장애, 동기 부여와 관련된 잠재적 행동 변화, 일주기 변동 및 기타 혁신적인 종속 변수의 특성을 파악할 수 있습니다.
쥐 모델의 행동 테스트는 심리학, 생물 의학 및 행동 연구를 포함한 다양한 목적으로 자주 활용됩니다. 많은 전통적인 접근 방식에는 단일 연구자와 실험에 참여한 각 동물 간의 개별 일대일 테스트 세션이 포함됩니다. 이 설정은 연구자에게 매우 시간이 많이 소요될 수 있으며, 이의 존재는 원치 않는 방식으로 행동 데이터에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한, 쥐 연구를 위한 전통적인 케이지는 일반적으로 쥐 종에게 전형적일 수 있는 풍부화, 운동 및 사회화의 부족을 부과하며, 이러한 맥락은 행동 데이터의 결과를 왜곡할 수도 있습니다. 이러한 한계를 극복하는 것은 후천성 뇌 손상 연구를 포함한 여러 연구 응용 분야에서 가치가 있을 수 있습니다. 여기에서는 인간이 없는 군집 케이지에서 개별 쥐의 행동을 자동으로 훈련하고 테스트하기 위한 예제 방법을 제시합니다. 무선 주파수 식별은 개별 쥐에 대한 세션을 조정하는 데 사용될 수 있습니다. 이 시스템의 검증은 뇌졸중 전후에 숙련된 앞다리 운동 성능을 측정하는 예제 컨텍스트에서 이루어졌습니다. 뇌졸중 후 행동 장애의 전통적인 특성과 시스템에 의해 가능해진 새로운 측정이 측정되며, 여기에는 성공률, 당기는 힘의 다양한 측면, 시합 분석, 시작 속도 및 패턴, 세션 지속 시간, 일주기 패턴이 포함됩니다. 이러한 변수는 몇 가지 제한 사항 없이 자동으로 수집할 수 있습니다. 이 장치는 노출, 타이밍 및 실습에 대한 실험적 통제를 제거하지만, 검증은 동물에서 동물로 이러한 변수에서 합리적인 일관성을 생성했습니다.
쥐 모델을 사용한 행동 훈련 및 테스트는 인지 과정 탐색에서 질병 상태 등에 이르기까지 수많은 연구 분야에서 중요합니다1. 일반적으로 이 교육 및 테스트는 단일 동물을 대상으로 일대일 세션으로 수행되며, 연구원은 동물을 집 우리에서 수동으로 제거하고 임시로 일종의 장치에 넣습니다. 불행히도 이 접근 방식에는 몇 가지 어려움과 제한 사항이 있습니다. 첫째, 행동 테스트는 연구자에게 많은 시간이 소요될 수 있으며, 교육이 필요한 경우 그 시간 요구량은 훨씬 더 커집니다. 둘째, 이 접근법은 다른 곳에서 확립된 바와 같이 수집된 데이터에 자동으로 영향을 미치거나 잠재적으로 혼동을 일으킬 수 있습니다2. 이러한 혼란은 농축 관련 변수를 고려할 때 특히 두드러집니다. 구체적으로 말하자면, 실험용 쥐는 전통적으로한두 마리의 쥐가 겨우 들어갈 수 있는 작은 우리에 갇혀 지내는데3, 바퀴가 제공되지 않으면 평생 동안 운동할 기회를 갖지 못할 수 있다. 또한, 고립된 주거는 쥐4와 같은 사회적 종에게 스트레스의 주요 원인이 될 수있다. 이러한 복지 관련 결점 중 일부는 랫트 생리학5,6에 영향을 미칠 수 있으며, 이는 종의 전형적인행동 표현4의 발달을 선점할 수 있으며, 인간 상황에 적용되는 설치류 모델의 품질에 영향을 미칠 수 있다.
연구자들은 최근 몇 년 동안 이러한 문제에 대한 여러 유형의 해결책을 추구해 왔습니다. 가장 간단한 해결책은 행동 테스트 및 훈련을 자동화하는 것입니다7,8,9,10 따라서 한 명의 연구원이 단일 동물을 돌볼 필요가 없습니다. 추가적인 해결책은 동물을 실험실(11,12)로 자동 이송하는 것이었으며, 이는 인간의 개입의 필요성을 더욱 제거하였다. 마지막으로, 동물들이 다른 동물들과 함께 우리에 갇혀 식민지에 수용될 수 있도록 하고 탐험과 풍부화를 위한 더 많은 공간을 가질 수 있도록 하는 몇 가지 설정이 탐색되었다13. 이러한 장점에도 불구하고, 이러한 콜로니 설정은 개별적으로 차별화된 행동 데이터를 수집하려는 노력을 제한하거나 복잡하게 만들 수 있습니다(컴퓨터 비전을 사용하려는 노력이 참조됨)14,15. 개별 행동 데이터가 필요한 경우, 행동 세션을 위해 콜로니 케이지에서 동물을 식별하고 회수하는 것이 더 어렵거나 복잡할 수 있습니다. 현재, (풍부한) 콜로니 하우징 16,17,18에서 개별 행동 데이터를 수집하기 위한 시스템은 거의 존재하지 않는다.
이러한 단점은 후천성 뇌 손상의 행동 영향에 대한 연구에 특히 영향을 미칠 수 있습니다. 첫째, 인간의 존재 및/또는 성별, 그리고 취급 관행이 설치류의 행동에 영향을 미친다는 것이 분명하다 2,19, 그리고 이러한 변수들은 이전과 비교하여 쥐의 행동에 차별적으로 영향을 미칠 수 있다. 뇌졸중 후. 둘째, 뇌졸중 후 인간의 행동 결과는 재활 운동의 권장 복용량에 대한 참여를 자발적으로 줄임으로써 악화될 수 있다20. 현재 설치류 실험은 이러한 종류의 맥락을 모델링하지 않는 경향이 있는데, 이는 쥐가 행동 세션에 참여하거나 기권할 자유가 없기 때문입니다.
이 기사에서는 enriched colony caging의 틀 내에서 개별 행동 테스트를 용이하게 하도록 설계된 프로토콜을 소개합니다. 이 접근 방식은 현재 관행의 제약을 해결할 뿐만 아니라 혁신적인 조치를 탐색할 수 있는 길을 열어줍니다. ORT(One-Rat Turnstile)가 개발되어 군집 케이지에 부착할 수 있어 동물이 독립적으로 행동 챔버에 들어가 자체 훈련 및 테스트 세션을 시작할 수 있습니다. 이 시스템은 저렴합니다. 각 ORT는 저렴한 비용으로 조립할 수 있습니다(3D 프린터에 대한 액세스 권한 부여). 과거에는 이 시스템의 검증이 기본 조작 챔버를 사용하여 수행되었으며, 이는 동물이 실험자(16)의 존재 없이 간단한 조작 레버 프레스를 수행하도록 일관되게 훈련될 수 있음을 보여주었다. 그럼에도 불구하고 이 구성이 다른 시나리오에 적용되는지 여부에 대한 질문은 해결되지 않은 상태로 남아 있습니다. 목표는 뇌졸중 후 운동 장애와 관련된 숙련된 도달 행동을 교육하고 정량화하기 위해 이전에 확립된 ORT-colony 케이지 설정의 효과를 검증하는 것입니다. 이 구성은 뇌졸중 연구에서 일반적으로 탐구되지 않는 새로운 변수를 생성하는 데 활용되었습니다. 이러한 변수에는 숙련된 도달 과제에 대한 성과 지표와 동기 부여 및 의사 결정과 관련될 수 있는 자기 시작 측정이 포함됩니다. 또한, 전체 24시간 동안 매일 자가 시작의 일주기 패턴에서 뇌졸중으로 인한 변화가 효과적으로 감지되었습니다.
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모든 절차와 동물 관리는 University of North Texas 기관 동물 관리 및 사용 위원회(IACUC)의 승인을 받았으며 실험실 동물의 관리 및 사용에 대한 National Institutes of Health 가이드를 준수했습니다. 본 연구에서 사용된 성체 수컷 및 암컷 Long-Evans 쥐(400-800g, 1.5세)는 콜로니 케이지에 수용되었습니다.
1. 장비 준비
2. 수술 전 행동 훈련
3. 뇌졸중 유발
4. 수술 후 행동 검사
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동물들은 한 군집 케이지에서 4 마리의 암컷 쥐와 별도의 식민지 케이지에서 4 마리의 수컷 쥐로 훈련되고 테스트되었습니다. 모든 쥐는 4일 이내에 ORT를 통과하는 법을 배웠다. 4마리의 암컷 쥐는 약 6주간의 훈련 만에 120g의 힘 요구량에서 >85%의 성공적인 시합에 도달했고, 수컷 쥐는 10주 만에 동일한 기준에 도달했습니다(박탈된 쥐를 대상으로 한 표준 훈련의 경우 약 3주)7. 이 교육 기간은 2주에서 6주 사이에 지속적인 문제 해결이 필요한 여러 하드웨어 및 소프트웨어 결함으로 인해 크게 길어졌습니다. 이러한 결함이 해결되자 교육이 원활하게 진행되었으며, 후속 교육 일정은 현재 문헌7과 비슷할 것으로 예상된다. 수컷 쥐는 또한 한 마리의 수컷 쥐가 당기기 시작할 수 있는 더 많은 기회를 제공하기 위해 더 오래 훈련되었습니다. 그러나 그는 끝내 수술을 받지 않았고 7주차 이후 추가 분석 및 수술에서 제외되었습니다. 랫트 성능이 ...
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이 프로토콜은 여러 용도로 사용됩니다. 첫째, 그리고 가장 광범위하게, ORT는 사회적이고 풍요로운 주거의 맥락에서 자동화된 단일 피험자 행동 훈련 및 데이터 수집을 가능하게 하기 위해 개발되었습니다. 이 연구는 일반적인 행동 척도를 수집하고 뇌졸중의 맥락에서 자세히 설명하는 아이디어를 테스트했지만 다른 응용 프로그램 및 행동 작업에 대해서도 동일한 작업을 수행할 수 있습니다. 이 검증에서 수집된 조치조차도 대체 강화 일정, 대체 행동 등을 포함하도록 필요에 따라 조정할 수도 있습니다. 둘째, 본 연구는 뇌졸중 후 숙련된 도달 능력의 손상과 관련된 데이터를 수집하는 시스템의 능력을 평가했다. 현재 프로토콜은 기본 레버 누름16을 가르치고 측정하기 위해 이전에 검증되었습니다. 현재 데이터는 이것이 뇌졸중 관련 운동 결손에 대한 데이터를 수집하는 데 유효한 접근 방식이며, 기존의 숙련된 도달 범위 평가의 전형적인 측정과 새로운 측정이 가능하다는 것을 보여줍니다. 콜로니 케이지 ORT 시스...
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저자는 공개할 충돌이 없습니다.
이 연구는 노스 텍사스 대학교 (UNT)의 신경 조작 관계에 관한 연구를 위해 Beatrice H. Barrett 기부금에서 부분적으로 자금을 지원했습니다. Neuroplasticity and Repair Laboratory의 모든 구성원, 특히 Valerie Rojas, Mary Kate Moore, Cameron Scallon 및 Hannah McGee의 의견과 도움에 감사드립니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 3D 프린터 | 현지 메이커스페이스 | ||
| 볼트 | Boltdepot | 1346 | 6-32 또는 8-32에 의해 0.5" |
| 볼트 | Boltdepot | 1348 | 6-32 또는 8-32에 의해 0.75" |
| 도어 힌지 | XJS (Amazon) | 43398-16234 | 1" 캐비닛 스테인레스 스틸 도어 힌지 세트에 문의하십시오; 선택 사항("완벽한 경첩"이 인쇄되지 않은 경우) |
| 드릴 | 모든 전기 드릴 작업 | ||
| 확장 스프링 | Nieko (Amazon) | 50456A | ORT 크기 및 원하는 장력 |
| 과립 설탕 | |||
| Boltdepot | 2551 | 6-32 또는 8-32 | |
| 측정 테이프 | |||
| 마이크로컨트롤러 | Arduino | A000066 | Arduino Uno |
| 마이크로스위치 | Sparkfun | KW4-Z5F | 미니 마이크로스위치 (SPDT-롤러 레버) |
| One Rat Turnstile (ORT) | Vulintus | 자체 조립하지 않는 경우 회사에 견적을 요청하십시오 | |
| : 이 실험을 위해 우리는 Vulintus의 자동화된 isometric pull chambers를 사용했습니다. | Vulintus | 고양이 없음 #: Vulintus에 연락하기 | PLA 필라멘트에 대한 견적을 위해 Vulintus에 연락하세요 |
| OVERTURE (아마존) | 영국 MATTEPLA17511 | ||
| 플렉시 글라스 | Lesnlok (아마존) | B09P74K7BR | 투명, 1/8 "두께, |
| 플렉시 글라스 커터 | |||
| 파이썬 프로그램 | Python Software Foundation | 요청 시 사용 가능한 | |
| 소프트웨어 RFID 리더 | 우선 순위 1 디자인 | RFIDRW-E-USB | 안테나 포함 |
| RFID 태그 | 통합 정보 장치 | UC-1485-10 | |
| 막대 | Boltdepot | 23632 | > 3.5"로 절단 |
| 회전 도구 | ORT를 위한 장치 및 식민지 케이지에 구멍을 뚫는 데 사용; 모든 하드웨어 사용 가능한 | ||
| 모래 종이 | HSYMQ (Amazon) | TOMPOL-1118-1915-11 | |
| 소켓 렌치 세트 | 모든 소켓 렌치 세트 작동 | ||
| 납땜 인두 | |||
| 슈퍼 접착제 | 234790 | ||
| 와이어 | Plusivo (아마존) | EAN0721248989789 |
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