Een Operante intra- / extra-dimensionale Set-shift Taak voor Muizen
22 januari 2016
Cognitieve afwijkingen in aandachtsverlegging zijn een kernkenmerk van veel psychiatrische ziekten. Hier presenteren we de ontwikkeling van een nieuw automatisch systeem voor het effectieve onderzoek naar aandachtsverleggingsvermogens, executieve functies en andere cognitieve vermogens bij muizen met een hoge translationele validiteit voor menselijke studies.
Het algemene doel van dit experiment is om een geautomatiseerde taak te creëren die wordt gebruikt om de executieve functies bij muizen te beoordelen en ook de oorspronkelijke neuropsychologische tests bij mensen nabootst. Deze methode kan helpen om belangrijke vragen in het gebied van de cognitieve neurowetenschappen te beantwoorden. Bijvoorbeeld, hoe selectief, cognitief of farmacologisch behandeling hogere cognitieve functies die relevant zijn voor psychiatrische stoornissen kunnen beïnvloeden.
De belangrijkste voordelen van deze techniek zijn dat het volledig geautomatiseerd is. Het vermijdt elke bron van subjectiviteit. Het is zeer flexibel en we verkrijgen een aantal resultaten die zeer selectief zijn.
De implicatie van deze techniek strekt zich uit naar de diagnose en de behandeling van executieve dysfunctions bij psychiatrische stoornissen omdat het grote geneesmiddel en genetische screenings mogelijk maakt die relevant zijn voor cognitieve symptomen bij psychiatrische stoornissen. Visuele demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de juiste opstelling van deze taak cruciaal is voor een succesvol resultaat van het experiment. Bereid de muizen voor op het experiment door ze aan te passen aan individueel huisvesten en ze licht te voeden voorafgaand aan het testen zoals beschreven in het begeleidende tekstprotocol.
Ook voorafgaand aan het testen, zorg ervoor dat elke kamer van het apparaat twee neussteekgaten heeft die zijn uitgerust met infrarood fotostralen en tussen hen, een voedselmagazine met fotostralen waar een pelletdispenser de voedselbekrachtiging levert. Bereid vervolgens verwisselbare stimuli voor die variëren in drie verschillende perceptuele dimensies. Een lijst van voorgestelde stimuli kan worden gevonden in Tabel Een van het begeleidende tekstprotocol.
Kies vijf paren exemplaren voor elke dimensie. Om reukstimuli in de neussteekgaten te brengen, gebruik een verdunningsolfaktometra. Stel één olfakctometrum in om twee neussteekgaten te besturen, laad het dan door de geurflessen te vullen met geurgeuren verdund één op twintig in minerale olie.
Verbind de luchtpomp met de inlaat van de olfakctometrum en de vacuüm met de uitlaten gemonteerd op het neussteekapparaat. Verbind vervolgens de uitlaat voor geurbezorging aan elke neussteek inlaat en pas de stroomsnelheid aan op 1,5 liter per minuut. Voor visuele stimuli, plaats lichtemitterende dioden bovenop elk neussteekgat en bevestig ze in het metalen paneel van de kamer.
Verbind elke diode met de uitgangsinterface. Voor tactiele stimuli, plaats verwisselbare vloertexturen op een glijdende ondersteuning onder een drie bij drie centimeter opening voor elk neussteekgat. Monteer de verschillende texturen zodat ze kunnen worden verplaatst met behulp van frames onder de vloer.
Voorafgaand aan het testen, zorg ervoor dat u de trainingssessies volgt zoals beschreven in de begeleidende tekstprotocollen om de muizen aan te passen aan de testkamer en procedure. In elk stadium tijdens de daadwerkelijke test, meet u de tijd die de muis nodig heeft om een keuze te maken in elke presentatie, evenals hoe lang het duurt om acht correcte keuzes uit tien opeenvolgende proeven te maken om elke fase te voltooien. Stop de dagelijkse sessie na 40 minuten, of als een muis gedurende vijf opeenvolgende minuten geen reactie geeft.
Beëindig de sessie en ga de volgende dag verder, met de muis op hetzelfde stadium waar het was gebleven. Voor de eenvoudige discriminatietest, introduceer de muizen in een geur, licht of textuur die relevant is in alle taken tot de extradimensionale verschuiving. In dit voorbeeld worden twee geuren, vanille en lavendel, gepresenteerd en vanille wordt geselecteerd als de juiste reactie.
Voor de samengestelde discriminatie, introduceer een tweede dimensie, zoals licht, die niet aangeeft waar de juiste reactie zich bevindt. Maak de lichtstatus irrelevant voor het resultaat en houd vanille als de juiste reactie. Test deze discriminatie zodat vanille wordt gepaard met zowel het blauwe licht als het gele licht in volgende tests.
Voor de omkering van de samengestelde discriminatie, laat de dieren leren dat de eerder correcte stimulus nu onjuist is. Voor dit voorbeeld, selecteer lavendel als de juiste reactie, met vanille nu de onjuiste keuze. Koppel opnieuw de juiste geur met zowel het blauwe licht als het gele licht in volgende tests.
Selecteer daarna een intradimensionale verschuiving, waarin een totale verandering in ontwerp plaatsvindt. Gebruik aardbei en kaneel als de geuren, en verander naar oranje en witte lichten. Zorg ervoor dat de geteste onderwerpen dezelfde relevante dimensie volgen om de juiste reactie te vinden, die aardbei is.
Koppel de geur met zowel de oranje als de witte lichten in volgende tests. Laat vervolgens de muizen de omkering van de intradimensionale verschuiving uitvoeren en schakel de juiste geur naar kaneel. Koppel opnieuw de geur met zowel de oranje als de witte lichten.
Voor een intradimensionale verschuiving, gebruik dezelfde voorwaarden als voorheen, maar verander de voorbeeldparen met de nieuwe geuren en lichten. Voer nu de extradimensionale verschuiving uit door texturen als een nieuwe relevante dimensie te introduceren. Voeg grove zandpapier toe aan de opening onder een van de neussteekgaten en fijn zandpapier onder de tweede opening.
Presenteer ze tegelijkertijd met twee nieuwe geuren, zoals citroen en abrikoos. Stel het gat met de overeenkomstige grove zandpapier in als de juiste reactie. Koppel het grove zandpapier met zowel de citroen- als abrikoosgeur in volgende tests.
Keer ten slotte de juiste reactie om zodat het fijne zandpapier de positie van het gat met de juiste reactie aangeeft. Koppel het fijne zandpapier met zowel de citroen- als abrikoosgeur in volgende tests. Voor het tweedimensionale protocol, herhaal de stuck-in-set-procedure tot de extradimensionale verschuiving.
In plaats van op dit punt over te schakelen naar textuur en geur, schakel de relevante dimensie om zodat licht relevant is en geur irrelevant is. Stel de nieuwe extradimensionale verschuiving in zodat de lichten nu rood en groen zijn, waarbij het groene licht nu als de juiste reactie fungeert. De geur is nu de irrelevante dimensie.
Test het groene licht gepaard met beide geuren in volgende fasen. Voor de omkering
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuw geautomatiseerd systeem dat is ontworpen om attentionele set-shifting en executieve functies bij muizen te beoordelen, wat een hoge translationele validiteit biedt voor menselijke cognitieve studies. De methode is erop gericht het begrip van cognitieve dysfuncties bij psychiatrische stoornissen te verbeteren.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Cognitieve Neurowetenschappen
- Psychiatrische Stoornissen
- Gedragsbeoordeling
Achtergrond
- Aandachtelijke set-shifting is essentieel voor het begrijpen van cognitieve flexibiliteit.
- Cognitieve abnormaliteiten komen veel voor bij diverse psychiatrische aandoeningen.
- Bestaande methoden missen vaak automatisering en objectiviteit.
- Deze studie beoogt dit gat te vullen met een nieuwe geautomatiseerde benadering.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een geautomatiseerde taak voor het beoordelen van executieve functies bij muizen.
- Het nabootsen van menselijke neuropsychologische tests voor beter translationeel onderzoek.
- Het faciliteren van grootschalige screening van geneesmiddelen en genetica die relevant zijn voor cognitieve symptomen.
Gebruikte methoden
- Geautomatiseerd testapparaat met neusprikgaten en voedselbeloning.
- Gebruik van olfactorische, visuele en tactiele stimuli voor diverse beoordelingen.
- Trainingssessies om muizen te laten wennen aan de testomgeving.
- Meting van responstijden en nauwkeurigheid tijdens de proeven.
Belangrijkste resultaten
- Het geautomatiseerde systeem heeft de attentionele set-shifting succesvol beoordeeld.
- De resultaten wezen op een significante cognitieve flexibiliteit bij muizen.
- De methode vertoonde een hoge betrouwbaarheid en objectiviteit.
- Potentiële implicaties voor het diagnosticeren en behandelen van executieve dysfuncties.
Conclusies
- Deze geautomatiseerde aanpak verbetert de studie van cognitieve functies bij muizen.
- Het biedt een waardevolle tool voor onderzoek naar psychiatrische stoornissen.
- De bevindingen ondersteunen verdere exploratie van cognitieve behandelingen.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie voor Leidinggevenden
Deze geautomatiseerde operante set-shift-taak vult een kritisch gat in het preklinisch neuropsychiatrisch onderzoek door een objectief platform met een hoge doorvoer te bieden voor het beoordelen van de cognitieve flexibiliteit bij muizen. Door het menselijke ID/ED-paradigma nauwkeurig na te bootsen, maakt het translationele screening mogelijk van verbindingen en genetische modellen die relevant zijn voor executieve dysfunctie bij stoornissen zoals schizofrenie en ADHD. Het systeem ondersteunt mechanische risicoreductie en voorspellende betrouwbaarheid in vroege ontdekkingsfasen door de vorming van attentionele sets, shifting en reversal learning te kwantificeren met een hoge stimulusflexibiliteit over verschillende perceptuele dimensies.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroegtijdige Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het mogelijk om therapeutische hypothesen te onderzoeken die betrekking hebben op prefrontale corticale circuits en dopaminergische modulatie van cognitieve flexibiliteit.
- Operationele waarde: Biedt geautomatiseerde, kwantitatieve read-outs van attentionele set-shifting, waardoor variabiliteit wordt verminderd en reproduceerbaarheid tussen laboratoria wordt verhoogd.
- Voorspellende waarde: Ondersteunt targetvalidatie door medicijn-geïnduceerde veranderingen in de set-shifting-prestaties te meten, wat helpt bij go/no-go-beslissingen voor CNS-actieve verbindingen.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarheid voor assay: Het driedimensionale stimulusraamwerk (olfactorisch, visueel, tactiel) maakt een flexibel assay-ontwerp mogelijk voor diverse screeningscampagnes.
- Schaalbaarheid: Volledig geautomatiseerde bediening maakt integratie in gedragskundige kernfaciliteiten mogelijk voor grootschalige genetische en farmacologische screenings.
- Stimulusflexibiliteit: Een hoog aantal signalen per dimensie ondersteunt complexe discriminaties en vermindert leerbiases, wat de robuustheid van de assay verhoogt.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Ziekterelevantie: Modelleert direct de tekorten in attentionele set-shifting die worden waargenomen bij psychiatrische stoornissen, wat de translationele validiteit ondersteunt.
- Preklinische continuïteit: Maakt longitudinale beoordeling mogelijk, van vroege ontdekking tot preklinische validatie, met behulp van consistente gedragsmatige eindpunten.
- Risico-gecorrigeerde voortgang: De prestaties in de fasen van extra-dimensionele shift bieden een biomarker-achtig eindpunt voor het voorspellen van de cognitieve effectiviteit van experimentele therapieën.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze taak past binnen het ontdekkingscontinuüm van targetvalidatie tot leadidentificatie en biedt een gestandaardiseerde gedragstest die de brug slaat tussen basaal mechanisme en fenotypische screening. De automatisering en kwantificeerbare resultaten ondersteunen de integratie in multi-modale beoordelingspipelines voor de ontdekking van neuropsychiatrische geneesmiddelen.
- Discovery Biology: Faciliteert hypothesetesten van neurale circuits die ten grondslag liggen aan cognitieve flexibiliteit, waardoor pathway-verduidelijking en target de-risking mogelijk worden.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve prestatie-metrieken (bijv. trials tot criterium, responslatentie) die geschikt zijn voor high-content screening-formaten.
- Analytics: Genereert stadiumspecifieke prestatiegegevens die vergelijking tussen genotypen, behandelingen en experimentele condities mogelijk maken met behulp van gevestigde leercurven.
- Translationeel Onderzoek: Sluit aan bij klinische ID/ED-uitkomsten, wat biomarker-afstemming en cross-species validatie van cognitieve eindpunten ondersteunt.
- Enterprise Hergebruik: Ontworpen als een herbruikbaar platform voor herhaald testen over verschillende studies heen, waardoor de hervalidatielast wordt verminderd en longitudinale cohorttracking mogelijk wordt.
Operationele en Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt de voorspellende betrouwbaarheid bij targetvalidatie door mechanische ambiguïteit in cognitieve fenotypes te verminderen.
- Operationele waarde: Standaardisatie door automatisering minimaliseert operatorbias en verhoogt de interlaboratorium-reproduceerbaarheid.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door vroege detectie van cognitieve tekortkomingen mogelijk te maken, waardoor uitval in een laat stadium bij de ontwikkeling van psychiatrische geneesmiddelen wordt verminderd.
- Impact op portfolio: Ondersteunt de risicogecorrigeerde prioritering van verbindingen op basis van profielen van cognitieve flexibiliteit, wat beslissingen over verdere ontwikkeling in CNS-portfolio's informeert.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in gedragsneurowetenschappen en operante conditioneringsprotocollen voor een correcte training en uitvoering.
- Afhankelijkheid van gespecialiseerde apparatuur, waaronder neusprik-systemen, stimulusaanvoer (olfactometer, LED-arrays, textuurplaatjes) en voedselversterkingsmodules.
- Vereist standaardisatie tussen teams van trainingsschema's, stimulus-tegenwicht en prestatiecriteria om de vergelijkbaarheid van gegevens te waarborgen.
- Aanpassing aan verschillende muisstammen of genetische achtergronden kan aanpassingen vereisen in de motivatie (bijv. niveaus van voedseldeprivatie) en sensorische gevoeligheid.
- Praktische beperkingen omvatten de complexiteit van de initiële opstelling en de noodzaak van rigoureus tegenwicht om stimulusbias te voorkomen, zoals vermeld in het protocol.
