2025년 5월 16일
여기에서는 마우스 모델에서 포식적 추격 행동을 감지하고 정량화하는 프로토콜을 제시합니다. 이 플랫폼은 생쥐의 포식적 추격 행동의 역학 및 신경 메커니즘을 연구하기 위한 새로운 연구 패러다임을 제공하고 추격 행동을 연구하기 위한 표준화된 플랫폼을 제공할 것입니다.
약탈적 추격 행동은 다양한 생리적 과정을 수반하지만 적절한 연구 방법이 부족합니다. 본 연구는 특히 포식자-먹이 추격에서 감각 자극에 의해 유발되는 동물 행동의 신경 메커니즘을 탐구하기 위한 표준화된 방법을 제안하는 것을 목표로 합니다. 광유전학, 전기생리학, 뇌 영상과 같은 기술은 일반적으로 이 분야의 과학을 발전시키는 데 사용됩니다. 광유전학은 신경 활동을 정밀하게 제어할 수 있게 하며 전기생리학은 신경 신호를 기록합니다. 주요 과제는 귀뚜라미와 같은 살아있는 먹이를 통제할 수 없기 때문에 표준화된 실험에 대한 추격을 관찰하고 정의하기가 어렵습니다. 약탈적 행동은 검색, 추적, 공격, 소비의 네 단계로 나눌 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 후자의 두 단계는 널리 연구된 반면 검색 및 추격 행동은 거의 관여하지 않았습니다. 이 프로토콜은 반복적인 실험과 모델링을 위한 유연하고 제어 가능한 인공 먹이를 제공하고, 실시간 상호 작용과 짧은 대기 시간으로 자연 사냥 시뮬레이션을 극대화하며, 비용 효율적이고 사용하기 쉬운 확장 가능한 하드웨어 및 소프트웨어를 제공합니다.
[해설자] 시작하려면 전체 플랫폼 위의 크로스바에 웹캠을 장착하여 아래 경기장에서 마우스와 로봇 미끼의 위치를 실시간으로 모니터링하고 이미지를 컴퓨터로 전송합니다. 직경 800mm, 높이 300mm의 대형 원형 경기장을 디자인하고 바닥의 정사각형 아크릴 패널과 테두리의 아크릴 튜브로 구성됩니다. 정사각형, 삼각형, 원형, 십자가의 4개의 아이콘(정사각형, 삼각형, 원형, 십자가)을 경기장 내부 벽에 배치하여 시각적 신호 역할을 합니다. 쉽게 식별하고 위치를 찾을 수 있도록 자석 표면에 파란색 스티커를 부착하세요. 식품 알갱이가 있는 둥근 네오디뮴 자석을 로봇 미끼로 사용하십시오. 그런 다음 경기장 아래에 유효 이동 거리가 1,000mm인 2차원 슬라이더를 장착합니다. 슬라이더의 캐리어에 또 다른 네오디뮴 자석을 설치하여 자력을 사용하여 로봇 미끼를 원격으로 이동하기 위한 당기는 자석 역할을 합니다. STM32 보드와 스위칭 회로에 의해 제어되는 서보 모터를 사용하여 극성 자석을 구동합니다. 속도 제어 모드에 대한 다이어그램을 작성합니다. 서보모터를 높거나 낮은 신호 레벨이 정방향 또는 역방향으로 인코딩하고 PWM 파동 출력의 주파수가 속도를 인코딩하는 속도 방향 모드로 설정합니다. 로봇 미끼를 경기장 중앙으로 이동하려면 재설정 프로그램을 실행하세요. 배플을 사용하여 경기장 가장자리에 있는 마우스를 분리합니다. 그런 다음 실험 이름과 파일 경로를 설정합니다. 그런 다음 메인 프로그램에서 로봇 미끼의 이동 속도를 초당 5센티미터로 설정합니다. 실행을 클릭하고 팝업 비디오 창에서 마우스와 로봇 미끼가 안정적으로 인식되는지 확인합니다. 배플을 제거하고 타이머를 시작하여 20분 동안 마우스의 포식적 행동을 관찰합니다. 쥐를 케이지로 되돌리고 음식과 물을 무료로 이용할 수 있는 24시간 회복 기간을 허용하십시오. 각 습관화 시도 후에는 75% 알코올과 물을 사용하여 경기장을 철저히 청소하십시오. 앞서 보여준 대로 리셋 프로그램을 실행하여 로봇 미끼를 경기장 중앙으로 이동하고, 경기장 가장자리에 배플로 마우스를 격리합니다. 실험 이름, 파일 경로, 로봇 미끼의 이동 속도를 설정한 후 소프트웨어에서 실행을 클릭하고 비디오 창을 관찰하여 마우스와 로봇 미끼 모두를 안정적으로 감지할 수 있습니다. 배플을 제거하고 타이머를 시작합니다. 쥐가 60초 이내에 로봇 미끼를 잡으면 메인 프로그램을 닫고 쥐가 케이지로 되돌리기 전에 모든 먹이 알갱이를 섭취하도록 하십시오. 쥐가 60초 이내에 로봇 미끼를 잡지 못하면 보상이나 처벌 없이 쥐를 케이지로 되돌립니다. 포식 작업은 서로 다른 속도 난이도에서 수행되었으며, 그 결과 서식에 걸쳐 첫 번째 로봇 미끼 포획까지의 시간이 거주 시험에 걸쳐 크게 감소하여 생쥐의 빠른 학습을 나타냅니다. 생쥐는 초당 30센티미터보다 초당 15센티미터에서 포획 성공률이 더 높았으며 속도에 따른 난이도를 보였습니다. 그러나 미끼 속도에 관계없이 반복적인 시도 끝에 포식 시간은 15초 미만으로 안정화되었습니다. 생쥐의 움직임 패턴에서도 뚜렷한 탐색 및 추적 단계가 관찰되었습니다. 추격 행동은 미끼 속도에 걸쳐 안정적으로 유도되었으며, 추격 중 거리 감소 및 속도 증가로 나타났습니다. 포식 임무도 다양한 탈출 전략으로 수행되었습니다. 그러나 베타 탈출 전략은 포식 성공률에 영향을 미치지 않았습니다. 포식 시간은 두 탈출 전략 모두 15초 미만으로 감소하고 안정화되었습니다. 생쥐는 두 가지 탈출 전략 모두에서 일관된 추격 행동을 보였습니다.
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이 연구는 쥐의 포식 추적 행동을 감지하고 정량화하기 위한 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 이 행동의 기저에 있는 신경 메커니즘에 대한 연구를 표준화하는 것을 목표로 하며, 포식자-먹이 동역학에 대한 추가 탐구를 촉진합니다.
Standardizing the quantification of confrontational pursuit behavior in rodents addresses a critical gap in behavioral neuroscience and early discovery biology. This real-time interactive system enables reproducible, high-throughput investigation of neural mechanisms underlying complex behaviors, supporting predictive confidence in target validation and mechanistic de-risking. The platform's controllability and scalability position it as a reusable asset for cross-functional R&D teams focused on neurobehavioral phenotyping and translational model development.
This interactive system integrates into the discovery continuum from early mechanistic studies to preclinical model validation, enabling hypothesis-driven research and robust behavioral phenotyping.