제브라피쉬를 모델 시스템으로 사용하는 3챔버 선택 행동 작업
April 14th, 2021
우리는 인지 성능을 평가하기 위해 설계된 행동 챔버를 제시한다. 우리는 일단 인수한 후, 제브라피쉬가 8주 후에 그 일을 기억한다는 것을 보여주는 데이터를 제공합니다. 우리는 또한 고혈당 얼룩말 물고기인지 성능을 변경 했다 보여줍니다., 이 패러다임 인식 및 메모리를 평가 하는 연구에 적용 할 수 있음을 나타내는.
설치류를 위해 개발된 3챔버 선택 과제를 제브라피시의 시각적 차별 학습의 획득 및 반전을 평가하기 위해 조정할 수 있음을 보여줍니다. 우리의 행동 챔버는 인지 성능을 평가하도록 설계되었습니다. 일단 취득되면, 제브라피쉬는 8주 후에 그 일을 기억하여 제브라피시 돌연변이체 및/또는 약물 노출 에 따른 연구에 적합합니다.
절차를 시연하는 것은 코노트턴 연구소의 정식 박사 과정 학생인 캐시 로우 박사가 될 것입니다. 3 챔버 선택 테스트 챔버를 준비하려면 알루미늄 U 자형 채널을 40 리터 50 x 30 x 30 입방 센티미터 수족관의 내부 유리 벽에 고정하여 수족관을 중앙 챔버가 10 x 30 x 30 입방 중앙 센티미터로 3 챔버로 분리합니다. 그런 다음 회색 PVC 시트로 구성된 10센티미터 높이의 불투명 칸막이에 맞게 알루미늄 채널의 양쪽에 맞춥니다.
각 차별 작업에 대해 후크 및 루프 테이프를 사용하여 개별 베이지색, 검은색 또는 흰색 펠트 조각을 선택 챔버의 바깥쪽 뒤쪽, 측면 및 하단에 배치합니다. 보상으로, 그렇지 않으면 동특화의 그룹을 만들기 위해 각 선택 챔버의 먼 뒤쪽 모서리에있는 작은 명확한 탱크에서 연구에 사용되지 않습니다 네 성인 제브라피쉬를 배치합니다. 3일마다 그룹 적응을 위해 베이지 색 배경을 선택된 구획 의 외부에 부착하고 각 구획에 라이브 숄 탱크를 잠근 다음, 슬라이딩 도어가 열린 중앙 시작 챔버에 5~6개의 얼룩말어를 추가하고 물고기가 30분 동안 자유롭게 돌아다닐 수 있도록 합니다.
실험적인 제브라피쉬는 비난 중에 선택 구획으로 건너간 후 보상으로 탱크를 통해 수로 물고기와 상호 작용하고 친목을 도포할 수 있어야 합니다. 물고기는 전신이 챔버에 들어갈 때 측면 챔버 중 하나에 들어간 것으로 간주됩니다. 개별 적응의 경우, 같은 방식으로 챔버를 설정 한 후, 슬라이딩 도어가 닫힌 중앙 시작 챔버에 개별 제브라피시를 배치합니다.
2분 후, 두 문을 동시에 열고 첫 번째 가 30 분 만에 총 10 번 의 문을 통해 중앙 챔버에서 수영있는지 확인합니다. 측면 챔버 중 하나에 들어갈 때마다 물고기를 보상합니다. 적응을 완료한 후, 한 가지 선택 구획 의 외부에 흰색 펠트 피스를 놓고 다른 선택 구획의 외부에 검은 펠트 조각을 놓고 선택 된 구획 중 하나에만 숄더 보상을 놓습니다.
이것은 보상측이 됩니다. 인수를 시작하려면 선택 구획이 닫히면서 시작 챔버에 하나의 실험어를 배치합니다. 2분 분량의 적응 후, 동시에 두 문을 열고 스톱워치를 시작하여 선택 대기 시간을 평가합니다.
선택 응답을 나타내려면 물고기가 측면 구획 중 하나를 입력하여 선택할 때 타이머를 중지합니다. 물고기가 선호하는 면을 올바르게 선택하면 즉시 그 쪽의 중앙 챔버 사이의 문을 닫아 1 분 동안 선호하는 쪽으로 물고기를 제한하여 첫 번째 가 초막 탱크와 상호 작용하여 보상을 받을 수 있습니다. 이 시험을 C로 점수로 매기면 정확합니다.
물고기가 잘못된 문을 통해 수영하는 경우, 부드럽게 중앙 챔버에 다시 물고기를 전송그물을 사용하여, 두 문을 닫고 내가 잘못으로 재판을 점수. 물고기가 문을 열고 2 분 이내에 결정을내리지 않으면 물고기를 올바른 쪽으로 1 분 동안 이동하고 표시에 대한 M로 재판을 점수. 물고기가 중앙 챔버로 반환되면, 다시 작업을 수행하기 전에 1 분을 기다립니다.
각 물고기가 8번의 획득 시험을 마친 후, 8배 중 최소 6배 이상 탱크의 올바른 면을 성공적으로 선택한 물고기를 분류하고, 성능이 낮은 것으로 이 기준을 충족시키지 못하는 물고기를 분류합니다. 일단 확인되면, 별도로 고성능및 저성능 물고기를 집에. 물고기가 간단한 차별 작업을 해결하는 능력을 입증했을 때, 인수 작업에 관해서는 선택 챔버의 동일한 측면에 펠트 흑백을 연결하고 이전에 보상 된 선택 챔버의 반대쪽 의 먼 뒷모서리에 숄 탱크를 침수.
설명한 대로 물고기를 개별적으로 테스트합니다. 보상측이 인수 작업에 비해 반전됨에 따라 반전 작업은 물고기가 배경의 색상에 관계없이 보상이 어디에 있는지 배울 수 있는지 여부를 평가합니다. 3회 연속 처리일 동안 총 8회 시험이 완료된 경우, 3일 연속 으로 각 2심블록에 대한 그룹 평균으로 실험 결과를 보고하고, 고성능어에 대한 데이터를 별도로 유지하여 두 그룹이 획득 시와 동일한 수준의 성능을 나타내는지 여부를 결정한다.
3일간의 훈련 끝에, 삽 기반 보상을 사용하여 조절된 실험동물은 평균 125초가 걸리며, 평균 725초가 소요되어 전체 개별 적응 작업을 완료합니다. 적응 하는 동안 중요 한 측면 선호 관찰 되지 않습니다 및 제외 된 물고기의 수는 이전에 테스트 된 다른 보상 유형에 비해 최소. 취득 단계에서는 1일째에 비해 3일째에 관찰되는 고성능 어류를 통해 매일 우수한 동물의 수가 증가합니다.
모든 물고기에 대한 초기 선택 대기 시간은 수집 일마다 향상된 성능을 나타내는 3 수집 일 동안 감소합니다. 고성능 어류 그룹만 고려할 때도 동일한 추세가 관찰됩니다. 이 차별 비율 분석에 나타난 바와 같이, 모든 물고기는 획득이 끝날 때까지 확률 이상으로 수행하며, 이는 물고기가 차별 과제를 배웠다는 것을 나타냅니다.
차별 학습을 인수한 후, 물고기는 3일간의 학습 기간 동안 강력한 반전 행동과 차별증가를 보여줍니다. 3 챔버 선택 패러다임은 또한 질병 합병증의 검사에 적용 될 수있다. 예를 들어, 이 분석에서 고혈당 제브라피시 적응 및 획득을 평가하였다.
이 작업은 당뇨병, 알츠하이머 병 및 치매의 고혈당 합병증과 같은 행동 과 연계 질병을 검사하는 다양한 연구에 적용 할 수있는 강력한 분석방법을 제공합니다.
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개요
이 연구는 제브라피시의 인지 능력을 평가하기 위해 설계된 행동 챔버를 소개합니다. 결과에 따르면 제브라피시는 최대 8주 동안 과제를 기억할 수 있으며, 고혈당증이 그들의 인지 능력에 영향을 미칩니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 행동 심리학
- 비교 인지
배경
- 시각 차별 학습은 인지 과정을 이해하는 데 중요합니다.
- 제브라피시는 인지 연구에서 모델 생물로 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
- 이전 연구에 따르면 제브라피시는 과제를 배우고 기억할 수 있습니다.
- 고혈당증은 다양한 종에서 인지 장애와 연관되어 있습니다.
연구 목적
- 제브라피시를 위한 3챔버 선택 과제를 적용합니다.
- 제브라피시의 장기 기억 유지를 평가합니다.
- 고혈당증이 인지 능력에 미치는 영향을 조사합니다.
사용된 방법
- 3챔버 선택 시험 챔버 개발.
- 시각 차별 학습 습득 및 반전 평가.
- 8주에 걸친 장기 기억 유지 시험.
- 정상 및 고혈당증 제브라피시의 인지 능력 비교.
주요 결과
- 제브라피시는 8주 동안 과제를 성공적으로 학습하고 기억했습니다.
- 고혈당증 제브라피시는 인지 능력의 변화를 보였습니다.
- 행동 챔버는 인지 능력을 효과적으로 측정합니다.
- 이 패러다임은 인지 및 기억에 대한 추가 연구에 적합합니다.
결론
- 3챔버 선택 과제는 제브라피시의 인지를 연구하는 데 실행 가능한 방법입니다.
- 제브라피시 모델에서 장기 기억 유지를 평가할 수 있습니다.
- 고혈당증은 인지 능력에 부정적인 영향을 미치므로 추가 연구가 필요합니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
This behavioral assay enables longitudinal assessment of cognitive function in zebrafish, supporting target validation for neurodegenerative and metabolic disease models. The eight-week memory retention capability allows for chronic dosing studies and genetic screening in discovery pipelines. Quantitative choice latency and discrimination ratio outputs provide translatable endpoints for preclinical de-risking of CNS-active compounds.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses linking hyperglycemia to cognitive decline through measurable behavioral endpoints.
- Operational Value: Enables functional target validation by quantifying reversal learning deficits in disease models.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying compounds that rescue discrimination ratio performance in hyperglycemic zebrafish.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for high-throughput screening of CNS-active compounds using shoal-based reward motivation.
- Quantitative Outputs: Generates choice latency and discrimination ratio measurements enabling dose-response analysis and hit confirmation.
- Scalability: Facilitates platform reuse across discovery stages due to standardized chamber design and consistent shoal reward parameters.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Models hyperglycemia-associated cognitive impairment, aligning with diabetic complication studies in drug discovery.
- Translational Continuity: Bridges discovery to preclinical validation by assessing cognitive flexibility across acquisition and reversal phases.
- Risk-Adjusted Decisions: Informs advancement criteria by measuring performance stability in high- vs low-performing fish groups during reversal learning.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into discovery biology workflows by enabling hypothesis testing of metabolic-CNS crosstalk, with direct applicability to lead identification campaigns targeting cognitive endpoints.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by linking glycemic state to visual discrimination learning through controlled reward-based assays.
- Screening: Delivers reproducible quantitative outputs (choice latency, correct/incorrect/marked trials) for compound library screening.
- Analytics: Provides discrimination ratio analysis and group averaging across two-trial blocks to enable statistical comparison of treatment effects.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity by modeling chronic hyperglycemia effects over eight-week retention windows.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for assessing cognitive flexibility across multiple disease models and compound classes.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity in metabolic-CNS pathway interrogation through quantifiable behavioral phenotyping.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility via fixed chamber geometry, shoal reward consistency, and blinded scoring criteria.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by detecting cognitive rescue effects that predict clinical translational potential.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of compounds demonstrating reversal learning improvement in hyperglycemic models.
Implementation Considerations
- Requires expertise in zebrafish behavioral phenotyping and video-based scoring of chamber entry events.
- Dependent on instrumentation for precise timing of door operations and stopwatch-based latency measurement.
- Necessitates cross-team standardization of shoal tank maintenance and conspecific reward protocols.
- Involves adaptation considerations when transferring protocols between different zebrafish strains or genetic backgrounds.
- Includes practical limitations such as individual acclimation variability and exclusion criteria based on decision thresholds.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:41
Three-Chamber Choice Testing Chamber Preparation and Discrimination Setup
1:39
Behavioral Tasks
2:49
Acquisition Task
3:25
Denoting the Choice Response
4:48
Experimental Treatment
5:47
Results: Representative Three-Chamber Choice Zebrafish Behavioral Task Analyses
7:21
Conclusion
