재구성 가능한 미로 시스템을 활용하여 설치류에서 공간 탐색 테스트의 재현성 향상
2022년 12월 2일
현재 프로토콜은 설치류의 공간 탐색 및 행동 표현형을 테스트하기 위한 고유한 시스템인 재구성 가능한 미로를 설명합니다. 이 미로 시스템의 적응성은 단일 물리적 환경에서 다양한 실험을 실행할 수 있습니다. 구조적 재배열의 용이성은 신뢰할 수 있고 재현 가능한 실험 결과를 생성합니다.
이 프로토콜은 유연한 미로 실험 환경을 제공하며 실험자가 단일 공간에서 여러 미로 작업을 수행할 수 있도록 합니다. 이 기술의 가장 큰 장점은 표준화된 부품을 결합하여 원하는 미로 모양을 즉시 구성할 수 있다는 것입니다. 또한, 그 시스템은 쉽게 분해 및 재현 될 수 있으며,이 방법은 항해의 행동 및 생리 학적 메커니즘 연구에 기여합니다.
또한 형질전환 및 녹아웃 동물의 행동 이상을 스크리닝하기 위해 시험 기관에서 유용합니다. 시작하려면 베이스 플레이트가 있는 타워를 펀칭 보드에 삽입하여 미로의 T자형 프레임워크를 형성합니다. 타워의 상부에 통로를 부착하고 지연된 지역의 통로를 러닝 머신으로 교체하십시오.
미로의 각 가장자리에 피더를 부착한 다음 움직일 수 있는 벽을 왼쪽과 오른쪽 가지에 부착합니다. 작업 실행을 위해 컨트롤 박스, 마이크로 컨트롤러 및 PC를 시작하고 연결합니다. 마이크로 컨트롤러에서 작업 일정을 설정하고 실험에 필요한 매개 변수를 수신하는 프로그램을 작성한 다음 작업을 실행합니다. 원하는 미로 모양을 만들고, 새장에서 쥐를 옮기고, 미로의 임의의 위치에 놓습니다.
쥐가 10분 동안 건설된 미로를 자유롭게 탐색하여 익숙해지도록 합니다. 트레드밀로 지연된 교대 작업을 수행하는 프로그램을 설정하고 필요한 경우 미로의 모양을 변경합니다. 쥐를 미로의 임의의 위치에 놓고 지연된 교대 작업의 훈련 또는 테스트를 실행합니다.
각 작업 후에 쥐를 홈 케이지로 돌려 보내고 각 쥐 후에 70 % 에탄올로 미로를 철저히 닦습니다. 미로를 다시 사용하기 전에 최소 5분 동안 기다리십시오. 동물 궤적의 경우 천장에 장착된 디지털 비디오 카메라로 지연된 교대 작업 중 동물의 행동을 기록합니다.
마지막으로, 초당 50프레임으로 캡처된 이미지를 기반으로 마커 없는 포즈 추정 소프트웨어를 사용하여 달리기 궤적을 추적합니다. 쥐에 대한 재구성 가능한 미로 테스트의 이미지가 이 그림에 나와 있습니다. 통로 부분은 단일 환경에서 여러 모양으로 재구성되었습니다.
여기에 표시된 이미지는 마우스에 대한 재구성 가능한 미로 테스트를 나타냅니다. 이 미로는 어느 위치에나 모이통과 움직일 수 있는 벽과 함께 배치되었습니다. 미로 모양은 지연된 교대 작업의 훈련 및 테스트 단계에서 점진적으로 변경됩니다.
작업에 사용되는 피더 유형은 색상 상자로 표시됩니다. 대표적인 쥐의 달리기 궤적이 여기에 나와 있습니다. 이 그래픽 이미지는 훈련 시작부터 테스트 종료까지 4일 동안 쥐의 행동 수행을 나타냅니다.
각 학습 단계의 작업 완료 시간과 테스트 단계의 첫날이 여기에 표시됩니다. 지연 교대 테스트에서 정답 응답의 백분율이 이 그림에 나와 있습니다. 점선은 확률 수준을 나타냅니다.
재구성 가능한 미로 조립 시간이 이 그림에 나와 있습니다. 선형 트랙은 통로, 피더 및 러닝 머신이 추가 된 T 자형 미로로 수정되었습니다. 5명의 실험자가 각각 3번의 실험을 수행했으며 모든 실험은 같은 날에 수행되었습니다.
구멍이 있는 바닥에 미로 부분을 올바르게 배치하는 것이 중요합니다. 베이스 플레이트를 사용하여 레이아웃을 결정함으로써 높은 재현성으로 미로 실험을 수행 할 수 있습니다.
개요
본 프로토콜은 설치류의 공간 탐색 및 행동 표현형 테스트를 위해 설계된 재구성 가능한 미로 시스템을 설명합니다. 이 시스템의 적응성을 통해 단일 환경 내에서 다양한 실험을 수행할 수 있으며, 이를 통해 신뢰할 수 있고 재현 가능한 결과를 보장합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 신경과학
- 행동 분석
- 설치류 모델
배경
- 표준화된 부품을 사용하여 미로 시스템을 빠르게 재구성할 수 있습니다.
- 항법 기전 및 행동 이상 연구에 유용합니다.
- 본 프로토콜을 통해 실험의 분해 및 재현이 용이합니다.
- 디지털 비디오 녹화와 소프트웨어 분석을 통해 행동 추적 기능이 강화되었습니다.
연구 목적
- 설치류의 공간 탐색 능력을 조사하기 위함입니다.
- 형질전환 및 유전자 결핍 동물의 행동 표현형을 평가하기 위함입니다.
- 다양한 미로 과제 수행을 위한 유연한 실험 환경을 제공하기 위함입니다.
사용된 방법
- 타워와 경로를 이용한 T-자형 미로 구축.
- 지연 교차 과제를 위해 미로 내에 트레드밀 설치.
- 천장 장착 카메라를 이용한 동물 행동 기록.
- 마커리스 포즈 추정 소프트웨어를 이용한 주행 궤적 분석.
주요 결과
- 훈련 및 테스트 단계 동안 미로 형태의 성공적인 재구성.
- 여러 날에 걸친 행동 성능 추적.
- 과제 완료 시간 및 정답 선택 반응에 대한 정량적 데이터.
- 미로 조립 및 실험 수행의 높은 재현성 입증.
결론
- 재구성 가능한 미로는 행동 연구를 위한 다용도 도구입니다.
- 이는 설치류의 탐색 및 행동 표현형 연구를 용이하게 합니다.
- 이 방법은 실험 결과의 신뢰도를 높여줍니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
행동 표현형 분석의 재현성과 확장성은 신경약리학의 견고한 타겟 검증 및 중개 연구에 있어 매우 중요합니다. 재구성 가능한 미로 시스템은 설치류에서 표준화되고 반복 가능한 공간 탐색 분석을 가능하게 하여, 예측 신뢰도와 연구 간 비교 가능성을 뒷받침합니다. 이 플랫폼은 단일 실험 환경 내에서 효율적인 고처리량 행동 스크리닝을 가능하게 함으로써 초기 발견 단계의 핵심적인 전환점을 제공합니다.
바이오 제약 R&D의 전략적 응용
초기 발견 및 표적 검증
- 질환 관련 설치류 모델에서 공간 탐색 및 인지 기능을 체계적으로 조사할 수 있습니다.
- 기능적 타겟 검증을 위해 여러 미로 패러다임을 빠르게 재현함으로써 생물학적 리스크 감소(de-risking)를 지원합니다.
- 형질전환 및 녹아웃 라인 전반에서 재현 가능한 행동 데이터를 생성하여 포트폴리오 우선순위 결정(triage)을 용이하게 합니다.
스크리닝 및 분석법 개발
- 후속 화합물 스크리닝 및 표현형 분석을 위해 검증된 행동 시스템을 준비합니다.
- 모듈식으로 재구성이 가능한 미로 기하학적 구조를 통해 분석 조건과 결과물을 표준화합니다.
- 신뢰할 수 있는 화합물 평가를 위해 확장 가능하고 재현 가능하며 정량적인 행동 판독 결과물을 제공합니다.
중개 및 전임상 연구
- 설치류의 행동 출력물을 인지 및 신경정신 질환과 관련된 중개적 엔드포인트와 일치시킵니다.
- 일관된 행동 지표를 지원함으로써 초기 발견부터 전임상 검증까지의 연속성을 제공합니다.
- 항해 및 학습 표현형에 대한 정밀하고 반복 가능한 평가를 가능하게 하여 기전적 모호성을 줄입니다.
파이프라인 및 워크플로 통합
재구성 가능한 미로 시스템은 행동 신경과학 분야에서 신속한 가설 검증, 분석 표준화 및 연구 간 재현성을 가능하게 함으로써 기초 발견부터 전임상 단계까지의 연속적 연구 과정에 통합됩니다.
- 발견 생물학: 유전자 변형 설치류의 탐색 및 기억 경로에 대한 가설 기반 검증을 지원합니다.
- 스크리닝: 고처리량 스크리닝 및 비교 연구에 적합한 재현 가능하고 정량적인 행동 출력값을 제공합니다.
- 분석: 행동 종말점의 강력한 통계 분석을 위한 궤적 추적 및 성능 지표를 제공합니다.
- 중개 연구: 설치류의 행동 데이터를 질병 관련 결과와 일치시켜 초기 발견과 전임상 검증 사이의 가교 역할을 합니다.
- 기업적 재사용: 진화하는 연구 요구 사항과 다양한 실험 설계에 적응 가능한 모듈식의 재사용 가능한 플랫폼을 제공합니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 표준화되고 재현 가능한 행동 분석법을 통해 예측 신뢰도를 높이고 생물학적 리스크를 줄입니다.
- 운영적 가치: 실험 설정을 효율화하고 리소스 요구 사항을 줄이며 처리량을 높입니다.
- 전략적 가치: 신뢰할 수 있고 상호 비교 가능한 데이터를 제공함으로써 go/no-go 의사결정 및 자본 배분을 개선합니다.
- 포트폴리오 영향: 견고한 행동 표현형 분석을 기반으로 표적 및 모델의 리스크 조정 우선순위 설정이 가능해집니다.
실행 시 고려 사항
- 설치류 행동 신경과학 및 분석 설계에 대한 전문 지식이 필요합니다.
- 디지털 비디오 캡처 및 포즈 추정 분석을 위한 장비가 필요합니다.
- 미로 조립 및 데이터 수집 프로토콜의 팀 간 표준화가 요구됩니다.
- 모듈형 구성 요소를 통해 다양한 설치류 모델 및 행동 패러다임에 적용 가능합니다.
- 최적의 재현성과 데이터 무결성을 위해 정밀한 배치와 조립이 중요합니다.
바이오 제약 FAQ
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
