Gebruik van een herconfigureerbaar doolhofsysteem om de reproduceerbaarheid van ruimtelijke navigatietests bij knaagdieren te verbeteren
2 december 2022
Het huidige protocol beschrijft een herconfigureerbaar doolhof, een uniek systeem voor het testen van ruimtelijke navigatie en gedragsfenotypen bij knaagdieren. Het aanpassingsvermogen van dit doolhofsysteem maakt het mogelijk om verschillende experimenten in één fysieke omgeving uit te voeren. Het gemak van structurele herschikking genereert betrouwbare en reproduceerbare experimentele resultaten.
Dit protocol biedt een flexibele doolhofexperimentomgeving en stelt de experimentator in staat om meerdere doolhoftaken in één ruimte uit te voeren. Het grote voordeel van deze techniek is dat de gewenste doolhofvorm direct kan worden geconfigureerd door gestandaardiseerde onderdelen te combineren. Bovendien kan dat systeem gemakkelijk worden gedemonteerd en gereproduceerd voor en Deze methode draagt bij aan de studie van gedrags- en fysiologische mechanismen van navigatie.
Het is ook nuttig in een testlichaam om te screenen op gedragsafwijkingen bij transgene en knock-out dieren. Om te beginnen plaatst u torens met grondplaten in de ponsplank om een T-vormig raamwerk van het doolhof te vormen. Bevestig paden aan het bovenste deel van de torens en vervang het pad in het vertraagde gebied door een loopband.
Bevestig feeders aan elke rand van het doolhof en bevestig vervolgens beweegbare wanden aan de linker- en rechtertakken. Start voor de uitvoering van de taak de besturingskast, de microcontroller en de pc op en sluit deze aan. Schrijf een programma om het taakschema in te stellen en ontvang de parameters die nodig zijn voor het experiment op de microcontroller en voer vervolgens een taak uit. Bouw de gewenste doolhofvorm, verplaats de ratten uit de huiskooien en plaats ze in de willekeurige positie van het doolhof.
Laat de ratten het aangelegde doolhof gedurende 10 minuten vrij verkennen om eraan gewend te raken. Stel een programma in om de vertraagde afwisselingstaak met de loopband uit te voeren en verander indien nodig de vorm van het doolhof. Plaats de ratten op een willekeurige positie in het doolhof en voer de training of test van de vertraagde afwisselingstaak uit.
Breng de ratten na elke taak terug naar de thuiskooi en veeg het doolhof grondig af met 70% ethanol na elke rat. Wacht minstens 5 minuten voordat u het doolhof opnieuw gebruikt. Voor het traject van het dier registreert u het gedrag van het dier tijdens de vertraagde afwisselingstaak met een aan het plafond gemonteerde digitale videocamera.
Volg ten slotte de lopende trajecten met behulp van markerless pose-schattingssoftware op basis van beelden die zijn vastgelegd met 50 frames per seconde. De beelden van de herconfigureerbare doolhoftest voor ratten zijn in deze figuur te zien. De paddelen werden opnieuw geconfigureerd in verschillende vormen in één omgeving.
De hier getoonde afbeeldingen vertegenwoordigen de herconfigureerbare doolhoftest voor muizen. Deze doolhoven werden geplaatst met feeders en verplaatsbare wanden op elke locatie. De vorm van het doolhof verandert geleidelijk tijdens de trein- en testfasen van de vertraagde afwisselingstaak.
Het type feeder dat in de taak wordt gebruikt, wordt aangegeven door een gekleurd vak. De looptrajecten van een representatieve rat worden hier getoond. Deze grafische beelden geven de gedragsprestaties van de ratten weer gedurende 4 dagen, vanaf het begin van de training tot het einde van de test.
De voltooiingstijd van de taak voor elke trainingsfase en de eerste dag van de testfase worden hier weergegeven. De percentages van de juiste keuzeresponsen in de vertraagde afwisselingstest zijn in deze figuur weergegeven. De stippellijnen geven de kansniveaus aan.
De herconfigureerbare doolhofassemblagetijd wordt in deze figuur weergegeven. De lineaire baan werd aangepast tot een T-vormig doolhof met de toevoeging van paden, feeders en een loopband. Vijf experimentatoren voerden elk drie proeven uit en alle proeven werden op dezelfde dag uitgevoerd.
Het is belangrijk om de doolhofdelen correct op de vloer met gaten te plaatsen. Door de bodemplaat te gebruiken om de lay-out te bepalen, kan het doolhofexperiment worden uitgevoerd met een hoge reproduceerbaarheid.
Overzicht
Dit protocol beschrijft een reconfigureerbaar doolhofsysteem dat is ontworpen voor het testen van ruimtelijke navigatie en gedragstypen bij knaagdieren. De aanpasbaarheid ervan maakt het mogelijk om diverse experimenten binnen een enkele omgeving uit te voeren, wat betrouwbare en reproduceerbare resultaten garandeert.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Gedragsanalyse
- Knaagdiermodellen
Achtergrond
- Het doolhofsysteem kan snel worden geherconfigureerd met behulp van gestandaardiseerde onderdelen.
- Het is nuttig voor het bestuderen van navigatiemechanismen en gedragsafwijkingen.
- Het protocol maakt een eenvoudige demontage en reproductie van experimenten mogelijk.
- Gedragsregistratie wordt verbeterd door digitale videopopname en softwareanalyse.
Doel van de studie
- Om ruimtelijke navigatie bij knaagdieren te onderzoeken.
- Om gedragstypen te beoordelen bij transgene en knockout-dieren.
- Om een flexibele experimentele opstelling te bieden voor diverse doolhofstaken.
Gebruikte methoden
- Constructie van een T-doolhof met behulp van torens en looppaden.
- Implementatie van een loopband in het doolhof voor taken met uitgestelde alternatie.
- Registratie van het diergedrag met een aan het plafond gemonteerde camera.
- Analyse van de looptrajecten met behulp van software voor markerloze pose-estimatie.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle herconfiguratie van doolhofvormen tijdens de trainings- en testfasen.
- Monitoring van de gedragsprestaties over meerdere dagen.
- Kwantitatieve gegevens over de tijd tot taakvoltooiing en correcte keuzeresponsen.
- Aantoonbare hoge reproduceerbaarheid bij de assemblage van het doolhof en de uitvoering van het experiment.
Conclusies
- Het reconfigureerbare doolhof is een veelzijdig instrument voor gedragsonderzoek.
- Het faciliteert de studie naar navigatie en gedragstypen bij knaagdieren.
- De methode verhoogt de betrouwbaarheid van de experimentele resultaten.
Veelgestelde Vragen
Industriële Relevantie
Reproduceerbaarheid en schaalbaarheid bij gedragsfenotypering zijn van essentieel belang voor robuuste targetvalidatie en translationeel onderzoek in de neurofarmacologie. Het reconfigureerbare doolofsyteem maakt gestandaardiseerde, reproduceerbare assays voor ruimtelijke navigatie bij knaagdieren mogelijk, wat bijdraagt aan de voorspellende betrouwbaarheid en de vergelijkbaarheid tussen studies. Dit platform pakt een cruciaal kantelpunt in de vroege ontdekkingsfase aan door efficiënte, high-throughput gedragsscreening binnen één enkele experimentele omgeving mogelijk te maken.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt systematisch onderzoek naar ruimtelijke navigatie en cognitieve functie in ziekterelevante knaagdiermodellen mogelijk.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door snelle replicatie van meerdere doolhofparadigma's voor functionele targetvalidatie mogelijk te maken.
- Faciliteert portfolio-triage door reproduceerbare gedragsgegevens te genereren over transgene en knockout-lijnen heen.
Screening & assayontwikkeling
- Bereidt gevalideerde gedragssystemen voor op daaropvolgende screenings van verbindingen en fenotypische assays.
- Standardiseert assaycondities en resultaten via een modulaire, reconfigureerbare doolhofgeometrie.
- Maakt schaalbare, reproduceerbare en kwantitatieve gedragsmetingen mogelijk voor een betrouwbare evaluatie van verbindingen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt de gedragsmatige output van knaagdieren uit met translationele eindpunten die relevant zijn voor cognitieve en neuropsychiatrische stoornissen.
- Zorgt voor continuïteit van vroege ontdekking tot preklinische validatie door consistente gedragsmatige metrieken te ondersteunen.
- Vermindert mechanistische ambiguïteit door een precieze, reproduceerbare beoordeling van navigatie- en leerfenotypes mogelijk te maken.
Pipeline- & Workflowintegratie
Het reconfigureerbare doolhofsysteem integreert in het continuüm van ontdekking naar prekliniek door snelle hypothesetoetsing, standaardisatie van assays en reproduceerbaarheid tussen studies in de gedragsneurowetenschappen mogelijk te maken.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesegestuurd testen van navigatie- en geheugenpaden in genetisch gemodificeerde knaagdieren.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve gedragsresultaten die geschikt zijn voor high-throughput screening en comparatieve studies.
- Analytics: Biedt trajecttracking en prestatiegegevens voor een robuuste statistische analyse van gedragseindpunten.
- Translationeel onderzoek: Slaat een brug tussen vroege ontdekking en preklinische validatie door gedragsgegevens van knaagdieren af te stemmen op ziekterelateerde uitkomsten.
- Enterprise-hergebruik: Biedt een modulair, herbruikbaar platform dat aanpasbaar is aan evoluerende onderzoeksbehoeften en diverse experimentele ontwerpen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert het biologische risico door gestandaardiseerde, reproduceerbare gedragsassays.
- Operationele waarde: Stroomlijnt de experimentele opzet, vermindert de benodigde middelen en verhoogt de doorvoer.
- Strategische waarde: Verbetert de go/no-go-besluitvorming en de kapitaalallocatie door het leveren van betrouwbare, onderling vergelijkbare gegevens.
- Impact op de portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van targets en modellen mogelijk op basis van robuuste gedragstyping.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in de gedragsneurowetenschappen bij knaagdieren en het ontwerp van assays.
- Vereist instrumentatie voor digitale videocaptuur en pose-estimatie-analyse.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de montage van het doolhof en de protocollen voor gegevensverzameling.
- Aanpasbaar aan meerdere knaagdiermodellen en gedragsparadigma's met modulaire componenten.
- Afhankelijk van nauwkeurige plaatsing en montage voor optimale reproduceerbaarheid en gegevensintegriteit.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Evaluation of Spacial Navigation of Rodents in the Reconfigurable Maze
1:47
Behavioral Experiment, Performance, and Data Analysis
2:48
Results: Maze Shapes in a Single Environment, Maze Expansion and Trajectories of a Rat, and the Performance of Maze Experiments
4:08
Conclusion
