De dieren werden getraind en getest met vier vrouwelijke ratten in één koloniekooi en vier mannelijke ratten in een aparte koloniekooi. Alle ratten leerden in vier dagen of minder door de ORT's te gaan. De vier vrouwelijke ratten bereikten >85% succesvolle aanvallen bij de vereiste kracht van 120 g in ongeveer 6 weken training en de mannelijke ratten bereikten hetzelfde criterium in 10 weken (vergeleken met ongeveer 3 weken met standaardtraining met ratten met een handicap)7. Deze trainingsduur werd aanzienlijk verlengd vanwege verschillende hardware- en softwareproblemen die continue probleemoplossing vereisten, tussen week 2 en 6. Toen deze problemen eenmaal waren verholpen, verliep de training soepel en wordt verwacht dat de daaropvolgende trainingstijdlijnen vergelijkbaar zullen zijn met de huidige literatuur7. De mannelijke ratten werden ook langer getraind om meer mogelijkheden te bieden voor één mannelijke rat om te beginnen met trekken; Hij deed dit echter nooit en werd na week 7 uitgesloten van verdere analyse en operatie. Zodra de prestaties van de rat stabiel waren in de uitgangswaarde, werden voor elke kooi 5 dagen aan basislijngegevens van vóór de beroerte verkregen. De gegevens waren beperkt tot dagen waarop de ORT de hele dag verbonden bleef met de kooi (op sommige dagen moesten de veehouderijgerelateerde tijdelijke verbindingen worden afgesloten). Voor de vrouwelijke kooi waren de basisdagen 7, 8, 9, 10 en 12 dagen vóór de beroerte. Voor de mannen waren de basisdagen 8, 9, 10, 11 en 13 dagen vóór de beroerte.
Tijdens hun beroerte-inductieoperaties werden de dieren in deze validatie tegelijkertijd geïmplanteerd met elektroden die waren aangesloten op draadloze ontvangende chips in hun basale voorhersenen (coördinaten -5,8 mm anterieur/posterieur, 0,7 mm links mediaal/lateraal, 8,3 mm dorsaal/ventraal) of hun ventrale tegmentale gebied (coördinaten -2,3 mm anterieur/posterieur, 3,3 mm links mediaal/lateraal, 7,0 mm dorsaal/ventraal). Deze implantaten waren voor gebruik in een volgend herstelexperiment en zijn niet relevant voor de hier gerapporteerde validatie van de koloniekooi-ORT. De implantaten waren zo ontworpen dat de huid eroverheen kon worden gesloten, met de ontvangende chips onderhuids onder de linkerarm.
Eén vrouwelijk dier stierf tijdens de inductie van een beroerte. Een ander vrouwtje begon enkele dagen na herstel achteruit te gaan, omdat ze na een beroerte nooit aan de hendel had getrokken. Na haar euthanasie bleek dat ze waarschijnlijk ergens na haar beroerte een hersenbloeding had gehad. Deze twee dieren werden volledig geëlimineerd uit de dataset, inclusief de beoordeling vóór de beroerte.
Na de beroerte begonnen de dieren niet onmiddellijk opnieuw met het regelmatig trekken aan de hendel, hoewel ze de kamer bleven binnenkomen via de ORT en moesten worden aangemoedigd via korte sessies van handmatige vormgeving (d.w.z. verminderde hendelafstand en leverde beloningen op afhankelijk van het naderen of proberen om aan de hendel te trekken). Vrouwelijke ratten trokken niet gedurende dag 4-7 na de beroerte en kregen daarom extra hendelaas (d.w.z. een beetje pindakaas op de hendel) en handmatige vormgeving op dag 8-11. Ze begonnen op dag 11 autonoom te trekken. Mannetjes mochten herstellen tot dag 6 op basis van eerdere ervaringen met de vrouwtjes. Ze trokken niet tijdens dag 6 na de beroerte. Ze kregen op dag 7 extra aas. Ze begonnen autonoom te trekken op de8e dag na de beroerte. Zodra de dieren opnieuw in contact kwamen met wapening voor trekpogingen, werd het aanvullende aas of vormgeving gestaakt en werden gegevens na de slag verzameld. Mannetjes trokken niet genoeg op dag 8 voor een volledige analyse van de meer complexe afhankelijke variabelen (circadiane metingen en pauzeren na de wedstrijd), dus mochten ze blijven trekken op de 9e, 10e en 11edag onder hetzelfde criterium. De 8e, 10e en 11edag waren volledige dagen. De eerste dag van trekken na een beroerte werd gebruikt voor alle analyses, behalve de circadiane analyse en de analyse van pauzes tussen aanvallen; Voor deze analyse zijn de ene dag voor de vrouwen en de drie volledige dagen voor de mannen gebruikt. Voor analyse na een beroerte gaven de twee vrouwelijke ratten 55 en 844 trekken op één dag, en de drie mannelijke ratten 536, 153 en 190 trekken in drie dagen.
De gegevens werden geordend op basis van pulls en bouts. Om te voorkomen dat trillingen als gevolg van de apparatuur zelf worden geregistreerd, werden de trekkrachten gemeten met behulp van een drempel van 5 g met een hysterese van +/- 1 g. Een trekkracht werd geregistreerd wanneer het dier een druk van meer dan 6 g uitoefende en stopte wanneer het handvat een kracht van minder dan 4 g registreerde. Dieren hadden de neiging om te trekken in vlagen van verschillende snelle trekken. Zodra een enkele trekkracht 120 g bereikte, werd wapening geleverd. Een aanval werd beschouwd als een cluster van trekkrachten waarvan de pieken allemaal minder dan 1 s van elkaar gescheiden waren. Deze drempel werd geselecteerd op basis van eerdere gegevens, die aangaven dat er van nature een cluster tussen piekintervallen onder 1 s ontwikkelde en dat andere interpiekintervallen betrouwbaar veel langer waren. Ratten zouden over het algemeen vele malen achter elkaar trekken voordat ze de feeder bezoeken, zelfs wanneer eerdere trekbewegingen in de aanval de feeder hebben geactiveerd.
In totaal werden 7 afhankelijke variabelen geanalyseerd. Er werd een gepaarde t-toets uitgevoerd tussen basislijngemiddelden en metingen na een beroerte, die worden gerapporteerd in Figuur 1, Figuur 2 en Figuur 3. Deze cijfers geven ook gegevens van individuele dieren weer om een indruk te geven van de variatie tussen dagen en tussen individuen voor elke meting die te verwachten is.
Figuur 1 toont de prestaties voor en na een beroerte langs verschillende prestatiemaatstaven die typisch zijn voor beoordelingen van het bereik van vaardigheden 7,8,10. Alle gegevens na een beroerte werden samengevoegd tot één enkel datapunt, zelfs als het enkele dagen duurde om voldoende onderzoeken te verzamelen. Het protocol en het geautomatiseerde, zelfgeïnitieerde systeem beoordeelden met succes het slagingspercentage per aanval, de gemiddelde kracht per trek en het trekken per wedstrijd, die allemaal gevoeligheid voor de slag vertoonden met verschillende gradaties van statistische significantie.
Figuur 2 toont twee nieuwe variabelen die voortkomen uit de opstelling van de koloniekooi-ORT: sessie-initiaties en cumulatieve sessieduur. Verrassend genoeg had een beroerte geen invloed op het initiëren van sessies. Vrouwen begonnen op betrouwbare wijze meer sessies dan mannen, zowel voor als na een beroerte, maar geen van beide veranderde hun snelheid na een beroerte. Omgekeerd nam de duur die in de kamer werd doorgebracht voor de meeste ratten toe, misschien als gevolg van het verminderde slagingspercentage van aanvallen (met als resultaat een lager aantal beloningen)
Sessie-initiatie (die een keuze vertegenwoordigt tussen verrijking en sociale beloningen beschikbaar in de koloniekooi en voedselversterking) en de duur van de tijd in de kamer (in het geval van een geconditioneerde plaatsvoorkeur met de waarde van beloning) kunnen ook worden genomen als indices van motivatie 24,25,26,27. Aanvullende op motivatie gebaseerde metingen werden opgenomen, zoals "inspanning" zoals gekwantificeerd door pulls per sessie minuut28 en pauzes tussen periodes29, die te zien zijn in figuur 3. Deze variabelen werden beïnvloed door een beroerte. Zoals verwacht nam het aantal pulls per sessieminuut af en nam de duur van de pauzes tussen de periodes toe. De veranderingen in deze laatste maatregel waren echter complex. De verdeling van de pauzes leek chaotischer te worden, inclusief meer lange pauzes, een paar zeer lange pauzes en ook meer korte pauzes. Dit kan duiden op een storing in de oorspronkelijke geschoolde motoreenheid; Als dat zo is, kan het een gemakkelijk meetbare index van hetzelfde zijn.
Ondanks de kleine groepsgrootte werd een onderzoek uitgevoerd om te bepalen of een van de gemeten variabelen correlaties vertoonde met het slagingspercentage, wat mogelijk hun functionele betekenis impliceert. Shapiro Wilk-tests werden uitgevoerd om te beoordelen of de gegevens gelijk verdeeld waren over het slagingspercentage van de variabelen, de gemiddelde piektrekkracht, de aanval per minuut, de cumulatieve sessieduur, de pauzes tussen de aanvallen en de trekbewegingen per periode. De Shapiro Wilk-test gaf aan dat de verdeling van sommige variabelen significant afweek van de normaliteit. Daarom werden de rangordecorrelaties van Spearman uitgevoerd om de relatie te bepalen tussen het slagingspercentage voor of na een beroerte en de volgende variabelen: gemiddelde piek, trekaanval per minuut, cumulatieve sessieduur, pauzes tussen aanvallen en pulls per aanval. Er waren geen andere variabelen vóór de slag dan de gemiddelde trekkracht significant gecorreleerd met het slagingspercentage (zie tabel 1). Na een beroerte vertoonden de meeste variabelen ook geen betekenisvolle correlatie met het slagingspercentage, behalve de gemiddelde trekkracht (tabel 1).
Ten slotte maakt de ORT niet alleen een analyse mogelijk van bekwaam motorisch gedrag, maar ook van de circadiane patronen. Figuur 4 toont het aandeel van elk uur voor elke kooi waarin de ORT zich bevond, weergegeven als een gemiddelde over de basislijn- en post-beroertedagen. De blauwe lijn in de figuur geeft een gemiddelde telling aan van het aantal inzendingen per uur gedurende de dag. Vóór een beroerte zouden dieren zich 's ochtends op hoge niveaus bezighouden met de vaardige reikwijdtetaak, waardoor hun duur gedurende de dag werd verkort. Een paar uur voor het aangaan van de lichten piekte de betrokkenheid weer (vrouwtjes) of nam heel licht toe (mannetjes) voordat hij stopte kort nadat de lichten aangingen. Deze bimodale circadiane verdeling veranderde volledig na een beroerte. Dieren waren 's ochtends minder bezig en hun tijd in de kamer piekte later op de dag. Een dergelijk patroon kan een weerspiegeling zijn van de algemene slaap- en circadiane stoornissen die vaak worden waargenomen na een beroerte 30,31,32,33.

Figuur 1: Meten van de typische prestatieveranderingen in bekwaam bereik na een slag met behulp van de ORT-procedure. De prestaties van bekwaam bereik voor en na de slag werden gemeten. Dagelijkse gemiddelden per dier voor het slagingspercentage per aanval, de gemiddelde kracht per trek en het aantal trekken per aanval worden weergegeven gedurende 5 dagen vanaf de basislijn en één dag na de beroerte (links) en tussen een gemiddelde van de basislijn en één dag na de beroerte (na de beroerte) met gerapporteerde gepaarde t-tests. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Afbeelding 2: Verschillende zelf-geïnitieerde sessieparameters laten verschillende tendensen zien om te veranderen na een beroerte. De maatregelen van zelfinitiatie voor vaardige reikwijdtesessies voor en na een beroerte werden mogelijk gemaakt door de ORT-procedure. Dagelijkse gemiddelden per dier voor sessie-initiaties en cumulatieve dagelijkse sessieduur worden weergegeven gedurende 5 dagen vanaf de basislijn en één dag na de beroerte (links) en tussen een gemiddelde van de basislijn en één dag na de beroerte (na de beroerte) met gerapporteerde gepaarde t-tests. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Motivatie-gerelateerde variabelen veranderen na een beroerte. De prestatiemetingen van vaardigheidsgedragssessies voor en na een beroerte met betrekking tot motivatie werden bepaald. Dagelijkse gemiddelden per dier voor de pauzeduur tussen periodes en het dagelijkse aantal aanvallen per sessieminuut worden weergegeven gedurende 5 dagen vanaf de basislijn en één dag na de beroerte (links) en tussen een gemiddelde van de basislijn en één dag na de beroerte (na een beroerte) met gerapporteerde gepaarde t-tests. Pauzes tussen periodes veranderden in termen van deze dagelijkse gemiddelden, maar nog opvallender was dat de verdeling van individuele pauzelengtes na een slag ook aan beide kanten van het gemiddelde veranderde. Individuele pauzelengtes worden voor alle dieren gepoold en weergegeven als verdelingen op een log-as (uiterst rechts). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Circadiane patroonvorming van zelf geïnitieerde sessies verandert na een beroerte. De metingen van circadiane patroonvorming van zelf-geïnitieerde vaardigheidsvaardigheidsgedragssessies vóór (links) en na (rechts) beroerte voor alle dieren, vrouwtjes en mannetjes werden bepaald. Deze gegevens omvatten alle ingangen en alle tijden van kamerbezetting per kooi, gemiddeld over dagen vóór en na de beroerte. Het gemiddelde van de twee kooien wordt vervolgens opnieuw gemiddeld om de totale verdelingen weer te geven (bovenste rij). Patronen vóór de beroerte omvatten een hoge betrokkenheid in de ochtend, die gedurende de wakkere periode afnam met een nieuwe piek net voor de slaapfase. Patronen na een beroerte laten zien dat de sessieduur gedurende de dag toeneemt en piekt vóór de slaapfase. Ratten waren op omgekeerde lichtcycli in hun woonkamer. De periode waarin de lichten aan zijn, wordt grijs gearceerd weergegeven om de normale inactieve periode van de rat aan te geven. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Correlaties |
| Variabelen | Vergelijking variabele | Spearman |
| n | Voor Stroke rs | p | Na een beroerter s | p |
| Gemiddelde trekkracht | Slagingspercentage | 5 | 1 | <0,001 | -0.975 | 0.005 |
| Trekaanval per minuut | Slagingspercentage | 5 | 0.3 | 0.624 | -0.154 | 0.805 |
| Cumulatieve sessieduur | Slagingspercentage | 5 | -0.1 | 0.873 | 0.564 | 0.322 |
| Pauzes tussen periodes | Slagingspercentage | 5 | -0.6 | 0.285 | 0.205 | 0.741 |
| Trekt per Bout | Slagingspercentage | 5 | 0.1 | 0.873 | -0.821 | 0.089 |
Tabel 1: Spearman-correlatiecoëfficiënten tussen variabelen. Spearman's rangordecorrelaties werden uitgevoerd om de relatie tussen het slagingspercentage voor of na een beroerte te bepalen en de volgende variabelen werden bepaald: gemiddelde piek, pull-aanval per minuut, cumulatieve sessieduur, pauzes tussen aanvallen en pulls per bout. Voorafgaand aan de correlatie werden Shapiro Wilk-tests uitgevoerd om te beoordelen of het slagingspercentage van alle testvariabelen gelijk was, en gaven aan dat sommige variabelen aanzienlijk afweken van de normaliteit. Geen enkele andere variabelen vóór de slag dan de gemiddelde trekkracht waren significant gecorreleerd met het slagingspercentage. Deze tabel geeft de resultaten weer van de Spearman-correlatiecoëfficiënten (ρ) die zijn beoordeeld als er een verband was tussen het slagingspercentage en vijf testvariabelen.
Aanvullend bestand 1: Stappen voor het bouwen van de ORT. Instructies voor het printen en bouwen van een "One Rat Turnstile". Inbegrepen in de instructies zijn een lijst met alle benodigde materialen en stap-voor-stap instructies (met afbeeldingen). Het bestand bevat ook aanwijzingen voor het bevestigen van een microschakelaar om in- en uitgangen te registreren, evenals de bedrading en programmering voor het aansluiten van een RFID-lezer. Klik hier om dit bestand te downloaden.
Aanvullend coderingsbestand 1: Dit omvat alle componenten die nodig zijn voor het 3D-printen van de "One Rat Turnstile". Dit bestand kan rechtstreeks worden gebruikt of worden geraadpleegd met behulp van de instructies in aanvullend bestand 1. Alle componenten in dit bestand moeten worden geschaald met behulp van het "liniaal"-stuk dat is meegeleverd (zie aanvullend bestand 1 voor meer details). Klik hier om dit bestand te downloaden.