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머리가 구속된 마우스의 공간 학습 측정을 위한 오픈 소스 가상 현실 시스템An open-source virtual rea...
머리가 구속된 마우스의 공간 학습 측정을 위한 오픈 소스 가상 현실 시스템An open-source virtual rea...
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JoVE Journal Neuroscience
An Open-Source Virtual Reality System for the Measurement of Spatial Learning in Head-Restrained Mice

머리가 구속된 마우스의 공간 학습 측정을 위한 오픈 소스 가상 현실 시스템An open-source virtual reality system for the measurement of spatial learning in head-trained mice

Full Text
2,935 Views
08:59 min
March 3, 2023

DOI: 10.3791/64863-v

Clay Lacefield1,2, Hongtao Cai1, Huong Ho1, Carla Dias1, Hannah Chung1, René Hen1,2, Gergely F. Turi1,2

1Division of Systems Neuroscience,New York State Psychiatric Institute, 2Department of Psychiatry,Columbia University

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study presents a simplified open-source hardware and software setup for investigating mouse spatial learning using virtual reality (VR). The system enables head-restrained mice to navigate a virtual linear track, facilitated by microcontrollers and a single-board computer running a Python graphical software package.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Behavioral studies
  • Virtual Reality applications in research

Background

  • This open-source VR system delivers a consistent set of spatial stimuli.
  • The setup is cost-effective, compact, and modular.
  • It allows integration with existing head-restrained behavioral setups.
  • The system is applicable for various species and studies beyond mice.

Purpose of Study

  • To present an easy-to-use system for measuring spatial learning in head-restrained mice.
  • To demonstrate and describe the setup and operational protocols.
  • To analyze behavioral data during spatial learning tasks.

Methods Used

  • The platform consists of an open-source hardware system using microcontrollers and a single-board computer.
  • The biological model involves head-restrained mice exploring virtual environments.
  • No multiomics workflows were used in this study.
  • Steps include wiring connections between components, uploading software, and interacting with the graphical user interface.
  • Behavioral data is collected, allowing for analysis of spatial learning through various experimental paradigms.

Main Results

  • The system enables the tracking of mouse behavior on a virtual track, showcasing spatial learning capabilities.
  • Significant behavioral data is captured, revealing the potential for conditional responses in spatial tasks.
  • Findings suggest that mice can be trained to associate specific locations with rewards.
  • Four out of seven mice successfully learned hidden reward tasks under specific conditions.

Conclusions

  • The study validates the ability of the VR system to facilitate research on spatial learning in rodents.
  • It provides a model for future studies involving behavioral experiments across different species.
  • Insights gained can contribute to understanding broader mechanisms of spatial learning and memory.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of this VR platform?
The platform is inexpensive, easy to set up, and compact, allowing for versatile behavioral experiments.
How is the head-restrained mouse model implemented?
Mice are fixed in place while they interact with the virtual track, allowing controlled observation of spatial learning behaviors.
What types of data can be obtained?
Researchers can capture behavioral data on running patterns, reward responses, and spatial learning indicators.
How can this method be adapted for other species?
The system can project virtual environments and reward mechanisms suitable for various animals or even human psychophysics.
What are key considerations for using this system?
Proper setup and calibration of the equipment are crucial for accurate behavioral data collection and interpretation.

여기에서는 가상 현실(VR)을 사용하여 마우스 공간 학습을 조사하기 위한 간소화된 오픈 소스 하드웨어 및 소프트웨어 설정을 제시합니다. 이 시스템은 마이크로 컨트롤러 네트워크와 사용하기 쉬운 Python 그래픽 소프트웨어 패키지를 실행하는 단일 기판 컴퓨터를 활용하여 휠에서 실행되는 머리 구속 마우스에 대한 가상 선형 트랙을 표시합니다.

이 오픈 소스 가상 현실 시스템은 연구자들이 간단한 모듈식 전자 설정을 사용하여 머리가 구속된 마우스에 일관된 공간 자극 세트를 제시할 수 있게 해주기 때문에 뇌의 공간 학습 연구에 중요한 도구입니다. 이 시스템의 장점은 저렴하고 설정하기 쉬우며 컴팩트하고 모듈식이어서 기존의 머리 제한 행동 설정과의 교육 및 통합을 위한 여러 행동 설정을 구축할 수 있다는 것입니다. 이 시스템은 공간 학습 및 머리 구속 마우스를 측정하는 데 이상적이지만 인간 정신 물리학 및 신경 영상을 포함한 다른 종 및 준비의 실험을 위한 시각적 가상 현실 환경을 동등하게 제공할 수 있습니다.

이 절차를 시연하는 것은 우리 실험실의 연구 조교 인 Carla Diaz와 Hannah Chung이 될 것입니다. 시작하려면 로터리 엔코더 구성 요소와 로터리 ESP32 사이에 와이어를 연결합니다. 로터리 엔코더에는 일반적으로 양극, GND, A 및 B의 4 개의 와이어가 있으며 점퍼 와이어를 통해 ESP32, 3 0.3 볼트, GND 25 및 26 핀에 연결합니다.

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