Methodenartikel
Volledig geautomatiseerd systeem voor het meten fysiologisch zinvolle eigenschappen van de mechanismen bemiddelende ruimtelijk lokaliseren, temporele lokalisatie, duur, snelheid en waarschijnlijkheid schatting risicobeoordeling, impulsiviteit, en de nauwkeurigheid en precisie van het geheugen, om de effecten van genetische en farmacologische manipulaties op beoordelen fundamentele mechanismen van cognitie bij muizen.
We beschrijven een high-throughput, high-volume, volledig geautomatiseerde, inwonende 24/7 gedrags testen systeem voor de beoordeling van de effecten van genetische en farmacologische manipulaties op fundamentele mechanismen van cognitie en leren in muizen. Een standaard polypropyleen muis behuizing bad is aangesloten via een acrylbuis een standaard commerciële muis test box. De test doos heeft 3 hoppers, waarvan er 2 zijn aangesloten op feeders pellet. Allen zijn intern verlichtbaar met een LED en gecontroleerd op hoofd inzendingen via infrarood (IR) stralen. Muizen wonen in de omgeving, die behandeling elimineert tijdens de screening. Zij krijgen hun voedsel tijdens twee of meer dagdelen voeding door het uitvoeren van in operant (instrumental) en Pavlov (klassieke) protocollen, waarvoor wij hebben geschreven protocol-besturingssoftware en quasi-real-time data-analyse en grafische software. De data-analyse en grafische routines zijn geschreven in een MATLAB-gebaseerde taal gecreëerd aanzienlijk te vereenvoudigen de analyse van grote tijd-saangestampt gedrags-en fysiologische event verslagen en een volledige gegevens spoor te bewaren van ruwe data door alle tussenliggende analyses aan de gepubliceerde grafieken en statistieken binnen een datastructuur. De data-analyse code oogst meerdere malen per dag en onderwerpen aan statistische en grafische analyses, die automatisch worden opgeslagen in de "cloud" en de in-laboratoriumcomputers gegevens. Aldus wordt de voortgang van de afzonderlijke muizen gevisualiseerd en dagelijks gekwantificeerd. De data-analyse code praat met de protocol-controle code, waardoor het automatische voorschot van protocol tot protocol van afzonderlijke onderwerpen. De gedragsprotocollen geïmplementeerd zijn bijpassende, autoshaping, getimede hopper-switching, risicobeoordeling in getimede hopper-switching, impulsiviteit meet, en de circadiane afwachting van de beschikbaarheid van voedsel. Open-source-protocol-controle en data-analyse code maakt de toevoeging van nieuwe protocollen simpel. Acht testomgevingen passen in een 48 cm x 24 cm x 78 in de kast; twee van dergelijke cabineinets (16 omgevingen) kunnen worden bestuurd door een computer.
Om de krachtige technieken van de genetica, moleculaire genetica, moleculaire biologie, en neurofarmacologie uit te oefenen op het ophelderen van de cellulaire en moleculaire mechanismen die fundamentele mechanismen van cognitie bemiddelen, high-volume, high-through zetten psychofysische screeningsmethoden die fysiologisch zinvol te kwantificeren moeten we eigenschappen van cognitieve mechanismen. Een psychofysisch meetbare, fysiologische zinvolle kwantitatieve eigenschap van een mechanisme is een eigenschap die kan worden gemeten door gedrags-middelen en ook door elektrofysiologische of biochemische middelen. Voorbeelden zijn het absorptiespectrum van rhodopsin, vrijlopende periode van de circadiane klok, en de refractaire periode van beloning axonen in de mediale voorhersenen bundel 1,2. Psychofysische metingen die kunnen worden vergeleken met de cellulaire en moleculaire metingen leggen een basis voor het koppelen van cellulaire en moleculaire mechanismen aan psychologische mechanismen via kwantitatief correspondentie. Voor example, dat de in situ absorptiespectrum van de rhodopsine in de buitenste segmenten staven superponeert op de menselijke scotopic spectrale gevoeligheid functie is sterk bewijs dat de foton geactiveerd isomerisatie van rhodopsine is de eerste stap in Scotopic. De kwantitatieve aspecten van complexe gedragspatronen ook centraal in het gebruik van QTL methoden gedragsgenetica 3,4.
De prestaties van muizen (en ratten) op gevestigde instrumentale en Pavlov leren protocollen is afhankelijk van de hersenen mechanismen die abstracte grootheden, zoals het meten van tijd, aantal, duur, snelheid, waarschijnlijkheid, risico-, en ruimtelijke locatie. Bijvoorbeeld, de snelheid van de verwerving van Pavlov geconditioneerde responsen afhankelijk van de verhouding tussen de gemiddelde interval tussen de versterkende gebeurtenissen (typisch voedsel leveringen) en de gemiddelde latentie wapening na het begin van het signaal voor naderende versterking 5-7. Voor een tweede voorble, de verhouding van de gemiddelde duur van de bezoeken twee vultrechters in bijpassende protocol ongeveer gelijk aan de verhouding van de tarieven van wapening die twee hoppers 8-10.
De gedrags-testmethoden momenteel veel gebruikt door neurologen geïnteresseerd in de onderliggende mechanismen zijn, voor het grootste deel, een laag volume, lage doorzet, en arbeidsintensief 26. Bovendien zijn ze niet grootheden worden vergeleken met de hoeveelheden berekend door elektrofysiologische en biochemische assays meten, zoals bijvoorbeeld de gedragsmatig gemeten perioden en fasen van circadiane oscillatoren kan worden vergeleken met elektrofysiologische en biochemische maatregelen van circadiane periode en fase. Huidige gedrags testmethoden richten op categorieën van leren, zoals ruimtelijke leren, tijdelijke leren, of angst leren, in plaats van op de onderliggende mechanismen. De veel gebruikte water maze test van de ruimtelijke leren 11-15 is een voorbeeld van deze shortcomings. Ruimtelijke leren is een categorie. Leren in die categorie afhankelijk van veel mechanismen, waarvan het mechanisme van gegist bestek 16,17. Gegist bestek hangt weer op de teller, het mechanisme dat de afgelegde afstand 18 meet. Evenzo, temporele leren is een categorie. Een circadiane klok is een van de mechanismen waarop leren in die categorie afhangt, omdat een oscillator met een ongeveer 24 uur wordt verlangd dat dieren het tijdstip waarop gebeurtenissen 17,19 leren. De klok die eten kunnen anticiperen moet nog worden ontdekt 19.
Een klok is een tijdmeting mechanisme. Endogene oscillatoren met een breed scala aan periodes kan de hersenen om gebeurtenissen in de tijd te lokaliseren door het opnemen van de fasen van die klokken 16,17. De mogelijkheid om locaties te nemen in de tijd maakt het meten van lengtes, dat wil zeggen de afstanden tussen locaties in de tijd. Associatief leren hangt af van thij metingen van duur 5,6,20,21 hersenen. Tellers zijn nummer meten mechanismen. Aantal metingen maakt waarschijnlijkheid schatten, omdat een kans is de verhouding tussen de numerosity van een deelverzameling en numerosity van de superset. Aantal meet-en duur meten stellen tarief schatting, omdat een percentage is het aantal gebeurtenissen gedeeld door de duur van het interval waarover dat aantal werd gemeten. Metingen van duur, aantal, percentage, en de waarschijnlijkheid staat gedragsmatige aanpassingen aan veranderende risico's. 22,23 Onze methode richt zich op het meten van de nauwkeurigheid en precisie van deze fundamentele mechanismen. Nauwkeurigheid is de mate waarin het meten van de hersenen overeen met een objectieve maat. Precisie is de variatie of onzekerheid mate van vaste objectieve waarde van de hersenen, bijvoorbeeld, een vaste duur. Weber's Law is de oudste en meest veilig gevestigde resultaat in psychofysica. Zij stelt dat de precisie van demaatregel van een hoeveelheid hersenen is een vaste fractie van die hoeveelheid. De Weber Fraction, dat is variatiecoëfficiënt de statisticus in een distributiecentrum (σ / μ), meet precisie. De verhouding van de psychofysische gemiddelde (bijv. gemiddelde duur geacht) de doelstelling gemiddelde (gemiddelde doelstelling duur) is de mate van nauwkeurigheid.
De hier gepresenteerde methode maximaliseert volume (aantal dieren worden gescreend op een bepaald moment in een bepaalde hoeveelheid laboratoriumruimte) en debiet (hoeveelheid informatie die gedeeld door de gemiddelde duur van de screening van een dier) met een minimale hoeveelheid menselijke arbeid nodig is om de metingen en het maximaliseren van de directheid waarmee de resultaten van het onderzoek bekend worden.
De data-analyse software architectuur hier gepresenteerde zet automatisch de ruwe data en alle beknopte resultaten en statistieken afgeleid uit de gegevens samen in een enkele data structuur, met veldkoppen dat begrijpelijk de grote zeeën van getallen maken daarin. De analytische software werkt alleen op gegevens in die structuur, en slaat altijd de resultaten van haar verrichtingen op gebieden binnen die dezelfde structuur. Dit verzekert een intacte parcours van ruwe gegevens tot gepubliceerde overzichten en grafieken.
Schrijft de software automatisch in de structuur van de experiment-controleprogramma's die het volledig geautomatiseerd testen beheerst, en het automatisch aangegeven welke ruwe gegevens afkomstig van welk programma. Zo, het bewaart een onberispelijke data parcours, zonder twijfel bestaat welke experimentele omstandigheden van kracht waren voor elk dier op elk punt in het testen en geen twijfel over hoe de samenvattende statistieken zijn afgeleid van de ruwe data. Deze methode gegevensbevriezing vergemakkelijkt aanzienlijk de ontwikkeling van gestandaardiseerde gedrags screening gegevensbanken, waardoor het voor andere laboratoria om deze rijke datasets verder te analyseren.
Deze methode minimaliseert het risico van verlies van de steun voor de firmware en software waarvan het afhankelijk is. De testapparatuur wordt triviaal gewijzigd van een reeds lang gevestigde commerciële bron. De programmeertalen zijn de aangepaste taal die door de hardwarefabrikant, voor protocol controle, en voor data-analyse en grafieken, een speciaal gebouwde, niet-commercieel, open-source toolbox (TSsystem) geschreven in een zeer breed gedragen commerciële wetenschappelijke programmering, data analyses en grafieken taal. De toolbox bevat high-level commando's voor het extraheren van structurele informatie en samenvattende statistieken van lange-tijdstempel gebeurtenisrecords. De-protocol uitvoeren van programma's en de data-analyse programma's zijn open source en grondig gedocumenteerd.
Het bewakingssysteem is schematisch in figuur 1. Tien kasten, kan elk met 8 testomgevingen worden opgezet in een 10 ft x 15 ft laboratoriumruimte, waardoor 80 t muizeno worden uitgevoerd in een keer. Kabels die door een poort in een partij muur moet de omgevingen aan te sluiten op de elektronische / elektrische interface-kaarten en pc in een andere kamer. De PC's draaien de protocol-controleprogramma's. Een computer is vereist voor elke 2 kasten (16 testomgevingen). De PC's worden verbonden via een Local Area Network met een server waarop de data-analyse en grafische software.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De drie volledig geautomatiseerde protocollen in de TSsystem (matching, appetitieve instrumentaal en klassieke conditionering) en de schakelaar protocol werden door het Comite Animal Care en de faciliteiten van Rutgers New Brunswick goedgekeurd.
1. Het opzetten van het fysieke systeem
2. Opstellen van de Software System
3. Het starten van een experiment
4. Data Analysis
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het systeem kan en moet worden gebruikt om protocollen afgestemd op de doelstellingen van de individuele onderzoeker of docent draaien. De bijbehorende protocol, de 2-hopper autoshaping protocol, en de schakelaar protocol: Maar we hebben een suite van 3 protocols die nuttig zijn bij grootschalige screening van genetisch gemanipuleerde muizen en grootschalige farmacologische testen moeten bewijzen uitgewerkt. De bijpassende protocol meet de capaciteit van de muis om de inkomens (voedsel pellets per tijdseenheid) schatten...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Onze methode levert een groot aantal fysiologische betekenis, kwantitatieve resultaten van de werking van verscheidene verschillende mechanismen van cognitie, leren en geheugen, vele muizen tegelijkertijd in een minimum van tijd, met een minimum aan menselijke arbeid en zonder behandeling van de proefpersonen gedurende dagen, weken of maanden testen. Deze kenmerken passen het voor genetische en farmacologische screeningprogramma's. Het maakt gebruik van minimaal gewijzigd off-the-shelf hardware (test dozen en nest t...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets te onthullen.
De oprichting van dit systeem werd ondersteund door 5RO1MH77027.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
```html
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| SmartCtrl Connection Panel | Med Associates | SG-716B (115) | besturingspaneel voor ingangen/uitgangen |
| SmartCtrl Interface Module | Med Associates | DIG-716B (114) | smartcard voor elke kamer |
| Universal Cable | Med Associates | SG-210CB (115) | kabel van smartcard naar besturingspaneel |
| Tabletop Interface Cabinet | Med Associates | SG-6080C (109) | kast voor het plaatsen van smartcards |
| Rack Mount Power Supply | Med Associates | SG-500 (112) | 28 volt voeding |
| Wide Mouse Test Chamber | Med Associates | ENV-307W (31) | testkamer |
| Filler Panel Package | Med Associates | ENV-307W-FP (32) | panelen van verschillende maten voor testkamer |
| Wide Mouse Modular Grid Floor | Med Associates | ENV-307W-GF (31) | testkamer vloer raster |
| Head Entry Detector | Med Associates | ENV-303HDW (62) | hoofd ingang/pellet ingang in de trechter |
| Pellet Dispenser | Med Associates | ENV-203-20 (73) | voeder |
| Pellet Receptacle | Med Associates | ENV-303W (61) | trechter |
| Pellet Receptacle Light | Med Associates | ENV-303RL (62) | trechterlicht |
| House Light | Med Associates | ENV-315W (43) | huislicht |
| IR Controller | Med Associates | ENV-253B (77) | ingangsdetector voor de buis tussen nest en test |
| Fan | Med Associates | ENV-025F28 (42) | afzuigventilator voor elke kamer |
| Polypropylene Nest Tub | nestbox | ||
| Acrylic Connection Tube | verbinding tussen nest en testgebieden | ||
| Steel Cabinet | kast voor het plaatsen van testkamers (78"H, 48"B, 24"D) | ||
| Windows computer | draait MedPC experiment-besturingssoftware | ||
| Server | draait Matlab, verbonden met exper-besturingscomputer via LAN | ||
| Software | |||
| MedPC software | Med Associates | eigen procesbesturingsprogrammeertaal | |
| Matlab w Statistics Toolbox | Matlab | eigen data-analyse en grafische programmeringsysteem | |
| TSsystem | in Supplementary Material w updates van senior auteur | Open-source Matlab Toolbox | |
| Opmerking: Dit is de apparatuur die nodig is voor één kast, met 8 testomgevingen. Hardware moet worden gerepliceerd voor elke dergelijke kast. Echter, één computer kan 2 kasten (16 testomgevingen) besturen |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken
Toestemming aanvragen