Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Szkolenie psów do przytomnego, nieskrępowanego funkcjonalnego rezonansu magnetycznego

7.4K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60192

⸱

13 października 2019

 ,  ,  , 
1Department of Psychology, Auburn University, 2Canine Performance Sciences Program, College of Veterinary Medicine, Auburn University, 3AU MRI Research Center, Department of Electrical & Computer Engineering, Auburn University, 4Alabama Advanced Imaging Consortium, 5Center for Neuroscience, Auburn University

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Rezonans magnetyczny (MRI) na nieskrępowanych obudzonych psach to nowa metoda z kilkoma zaletami w porównaniu z obrazowaniem z fizycznymi lub chemicznymi ograniczeniami. Protokół ten wprowadza opłacalną metodę treningu, która minimalizuje szkolenie w środowisku MRI, które może być kosztowne, i maksymalizuje pulę pacjentów dostępnych dla funkcjonalnego rezonansu magnetycznego psów.

Streszczenie

Prezentujemy protokół treningowy funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) dla psów, który można przeprowadzić w opłacalny sposób, z psami o wysokiej energii, w celu pozyskiwania danych funkcjonalnych i strukturalnych. Ta metoda szkolenia psów do przytomnego, nieskrępowanego fMRI wykorzystuje uogólniającą procedurę stacjonowania w kilku różnych miejscach, aby ułatwić przeniesienie zachowania podczas stacjonowania do rzeczywistego środowiska skanowania MRI; odbywa się to bez konieczności intensywnego szkolenia w środowisku rezonansu magnetycznego, co może być kosztowne. Co więcej, metoda ta oddziela trening zachowania podczas stacji (tj. odpoczynku podbródka) od odczulania na środowisko MRI (tj. 100+ decybeli skanowania dźwięku), co odbywa się podczas dedykowanych sesji kondycjonowania ekspozycji słuchowej. Kompletny protokół szkolenia i testów trwał 14 godzin i zaowocował natychmiastowym przeniesieniem do nowych lokalizacji. Przedstawiamy również przykłady danych fMRI u psów, które zostały pozyskane z paradygmatów wizualnego przetwarzania twarzy i dyskryminacji węchowej.

Wprowadzenie

Obrazowanie rezonansem magnetycznym (MRI) przeprowadzane u nieunieruchomionych, czuwających psów jest nową metodą, która stwarza nową możliwość badania funkcji i struktury mózgu psa. Pierwsze opublikowane relacje z pozyskiwania obrazów MR u nieunieruchomionych, czuwających psów pojawiły się w 2009 roku (strukturalne) i 2012 roku (funkcjonalne)1,2. Funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) oferuje kilka zalet w badaniu funkcji mózgu u nieunieruchomionych, czuwających psów. Po pierwsze, gromadzenie danych jest podobne do tego u ludzi, a zatem łatwiej je generalizować między gatunkami3. Po drugie, nie ma potrzeby stosowania znieczulenia, co eliminuje wszelkie niepożądane skutki uboczne. Po trzecie, znieczulenie zmienia aktywność mózgu, zatem funkcje poznawcze można lepiej ocenić bez jego stosowania4. Po czwarte, choć deprywacja płynów/pokarmu i fizyczne unieruchomienie pozwalają badaczom na analizę zwierząt nieuspokojonych (np. modeli gryzoni, ptaków i naczelnych), zwierzęta te mogą znajdować się w zupełnie innych stanach poznawczych niż ich odpowiedniki niedepriwowany i nieunieruchomione3.

Obecnie na świecie istnieje pięć laboratoriów skanujących budzące się psy (Atlanta, USA; Auburn, USA; Budapeszt, Węgry; Querétaro, Meksyk; Wiedeń, Austria), a nie istnieje ustandaryzowana metoda szkolenia psów do dobrowolnego poddawania się badaniu MRI5,6,7. Wszystkie metody szkoleniowe mają wspólny cel, jakim jest nauczenie psów pozostawania w bezruchu przez dłuższy czas, co jest niezbędne do uzyskania wysokiej jakości skanów mózgu. Choć wszystkie metody opierają się na zasadach uczenia przez wzmacnianie, sposób ich wdrażania różni się od siebie, a wpływ tych różnic na wyniki nie jest jeszcze znany. W związku z tym, jeśli proponowana metoda szkolenia zostanie zaakceptowana i zyska szerokie zastosowanie, może to ograniczyć niepożądane wariacje w danych. W niniejszym artykule skupiamy się na metodzie szkolenia w zakresie pozostawania w wyznaczonej pozycji w skanerze MRI. Skanowanie MRI jest kosztowne, a opracowana przez nas proponowana metoda ma na celu bycie efektywną kosztowo i tym samym możliwą do zastosowania przez trenerów na całym świecie, którzy nie mają regularnego dostępu do skanera MRI w celach szkoleniowych.

Metoda składa się z dwóch głównych komponentów: treningu i testowania. Trening obejmuje dwie fazy. Faza pierwsza polega na nauczeniu psa dotykania brodą celu (tj. zajmowania wyznaczonego miejsca) w otwartym środowisku, a faza druga polega na nauce zajmowania miejsca w symulatorze MRI. Odczulanie na MRI odbywa się w trakcie faz treningowych, podczas oddzielnych, dedykowanych sesji ekspozycji słuchowej. Testowanie polega na zajmowaniu miejsca w przenośnym symulatorze MRI w pięciu różnych lokalizacjach testowych. Celem tej fazy testowania jest generalizacja zachowania zajmowania miejsca, co ułatwia transfer do rzeczywistego środowiska MRI. Cały protokół został podsumowany na Rysunku 1.

Schemat osi czasu treningu i testów; fazy MRI dla ekspozycji słuchowej, transfer w ciągu tygodni.
Rysunek 1: Oś czasu protokołu. Oś czasu protokołu jest podzielona na dwa etapy: Trening oraz Testy. Trening jest dalej podzielony na dwie fazy: Środowisko Otwarte oraz Symulację MRI. W trakcie treningu odbywają się również oddzielne sesje Ekspozycji Słuchowej. Testy polegają na nauce pozostawania w miejscu w przenośnym symulatorze MRI w pięciu różnych lokalizacjach transferowych (T1-T5). Gdy pies uogólni zachowanie pozostawania w miejscu do poziomu kryterium w pięciu różnych lokalizacjach transferowych, jest gotowy do zbierania danych w rzeczywistym środowisku MRI. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

W zależności od fazy, trening i testowanie trwają od 25 do 75 minut tygodniowo na jednego psa: jedna 10-minutowa sesja ekspozycji słuchowej (Auditory Exposure) oraz dwie lub więcej 5- do 30-minutowych sesji stacjonowania (Stationing). Protokół ten można zrealizować w ciągu 25 tygodni. Podczas testów transferowych psy wykonują kilka serii 5-minutowego nieruchomego leżenia/pozostania (down/stay) oraz opierania brody w przenośnym symulatorze MRI (tunel, cewka wysokoczęstotliwościowa, dźwięk 90+ dB, podkładki na uszy) w pięciu różnych lokalizacjach. Sesje transferowe odbywają się raz w tygodniu przez 30-60 minut przez pięć kolejnych tygodni. Podczas testów MRI psy wykonują kilka serii końcowego zachowania stacjonowania podczas 60-minutowej sesji pozyskiwania danych strukturalnych i funkcjonalnych w rzeczywistym skanerze MRI.

W trakcie treningu i testów zachowaniem podlegającym koncentracji jest opieranie brody. Opieranie brody polega na tym, że pies dotyka brodą powierzchni obiektu w odpowiedzi na sygnał celowania (tj. opiera brodę) na tej powierzchni. Sygnał celowania może być fizyczny (np. gest, prowadzenie), werbalny (np. wypowiedziane słowo „oprzyj”) lub przedmiotowy (np. dostęp do samego podpórki pod brodę). Płynne wykonywanie zachowania celowania brodą jest kluczowe dla ograniczenia ruchów głowy. W niniejszym protokole zachowanie opierania brody jest warunkowane, utrzymywane i generalizowane tak, aby występowało w wielu kontekstach (różne urządzenia do opierania, w wielu lokalizacjach) przy zwiększającym się czasie trwania celu (do pięciu minut). Dodatkowo trener warunkuje i utrzymuje wysoką sprawność wykonywania komend „siad” i „zostań”, a także dobrą kontrolę bodźca nad sygnałem zwolnienia „Okay”, warunkowym wzmocnieniem i markerem zdarzenia behawioralnego „click” oraz sygnałem kontynuacji (KGS) „good”8. W trakcie trwania protokołu, na określonych etapach i w określonych odstępach czasu, wprowadza się wiele bodźców i urządzeń. Materiały te można pozyskać w łatwy i niedrogi sposób. Pełne szczegóły znajdują się w Tabeli Materiałów.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Zgoda etyczna na zastosowanie tych metod została uzyskana od Auburn University Institutional Animal Care and Use Committee, a wszystkie procedury zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi i regulacjami tego organu. W przypadku ekspozycji słuchowej postęp w sesjach opiera się na numerze tygodnia. W sesjach stacjonowania pies musi spełnić określone dla danej sesji kryterium wydajności (np. utrzymanie targetowania podbródkiem przez co najmniej jedenaście sekund), zanim trener będzie mógł przejść z psem do następnej sesji w tej fazie treningu. W przeciwnym razie dany krok jest powtarzany.

1. Sesje ekspozycji słuchowej

UWAGA: Sesje te stanowią pasywną ekspozycję oraz aktywną klasyczną przeciwwarunkowanie pozytywnej warunkowej reakcji emocjonalnej (CER) na hałas skanera MRI; hałas skanera zostaje ustanowiony jako bodziec zapowiadający dostęp do zabawy zabawkami lub nagród pokarmowych. Sesje ekspozycyjne odbywają się raz w tygodniu przez około 10 min.

  1. Sesje pasywnej ekspozycji (PE) polegają na ekspozycji na hałasy skanera MRI o natężeniu od 40 do 70 decybeli (dB) w otoczeniu. Przenieś psa do znanego mu obszaru ćwiczeń i pozwól mu chodzić, podczas gdy odtwarzany dźwięk jest cicho słyszalny z głośnikiem Bluetooth (patrz Tabela materiałów) przy głośności określonej dla danej sesji. Przeprowadź trzy sesje PE polegające na 10 min odtwarzania hałasu skanera, raz w tygodniu przez trzy tygodnie (PE1 40-60 dB, PE2 65 dB, PE3 70 dB).
  2. Sesje aktywnej ekspozycji (AE) wykorzystują standardowy paradygmat warunkowania klasycznego i są przeprowadzane po trzech sesjach PE. Przenieś psa do znanego mu pomieszczenia treningowego i przeprowadź dziesięć prób procedury warunkowania klasycznego z krótkim opóźnieniem (patrz Rysunek 2).
    1. Odtwarzaj dźwięk skanowania z głośnością określoną dla danej sesji przez 10 s.
    2. Po upływie 10 s baw się z psem zabawką (lub stosuj ciągłe nagradzanie pokarmem) przez 20 s, podczas gdy hałas skanera jest nadal słyszalny.
    3. Po 20 s zabawy zabierz psu zabawkę i wstrzymaj odtwarzanie hałasu. Odczekaj z psem (w ciszy, pies bez zabawki/pokarmu) przez 10 s.
    4. Po tym opóźnieniu rozpocznij kolejną próbę. Przeprowadź dziesięć prób w ramach jednej sesji.
    5. Głośność jest stopniowo zwiększana w kolejnych sesjach. Przeprowadź sesję AE raz w tygodniu przez dwanaście tygodni (AE1 45 dB, AE2 50 dB, AE3 55 dB, AE4 60 dB, AE5 65 dB, AE6 70 dB, AE7 75 dB, AE8 80 dB, AE9 85 dB, AE10 90 dB, AE11 100 dB, AE12 > 100 dB).

Schemat procesu warunkowania, sekwencja czasowa CS i US, bodźce dźwiękowe i kulka.
Rysunek 2: Aktywna Ekspozycja. Aktywna Ekspozycja (AE) to procedura warunkowania klasycznego z krótkim opóźnieniem. 10 s CS (tj. dźwięk skanowania prezentowany samodzielnie), 20 s CS + US (tj. kulka i dźwięk skanowania prezentowane razem), 10 s opóźnienia (brak kulki, brak dźwięku skanowania). Po tym opóźnieniu próba rozpoczyna się od nowa. W jednej sesji odbywa się dziesięć prób, z sukcesywnym zwiększaniem głośności w kolejnych sesjach. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

UWAGA: Należy zarejestrować następujące ścieżki dźwiękowe: poziom bazowy skanera MRI, shim, localizer (scout), MPRAGE, GRE Field, EPI, Multiband EPI, DTI oraz RESOLVE DTI, używając na przykład aplikacji do nagrywania dźwięku w smartfonie przez otwarte drzwi pomieszczenia z MRI 3T podczas skanowania fantoma. Poziom głośności odtwarzanego dźwięku podczas sesji treningowych należy określić za pomocą aplikacji do pomiaru decybeli w telefonie.

2. Sesje stacjonarne

UWAGA: Sesje te są podzielone na dwie fazy: środowisko otwarte oraz symulację MRI. Po wyuczeniu kontaktu brodą z obiektem docelowym, czas trwania jest zwiększany zgodnie z harmonogramem procentowym o 10%. Wraz z wprowadzaniem nowych elementów i sprzętu do kontekstu treningowego, niektóre kryteria zachowania (np. czas trwania) są tymczasowo rozluźniane:
1) Podczas sesji pozycjonowania trener wyucza zachowanie dotykania nosem złożonego ręcznika, a następnie opierania brody na złożonym ręczniku. Zachowanie opierania brody jest uogólniane na piankową podpórkę pod brodę i stopniowo wydłużane do serii trwających 5 min.
2) Jednocześnie wypracowywane i utrzymywane są trwałe zachowania „leż” i „zostań”.
3) Następnie zachowania te są warunkowane tak, aby występowały w zamkniętej przestrzeni (tj. tunelu) oraz na wysokości 3'.
4) Pies jest następnie aklimatyzowany do obudowy głowy (symulowanej cewki RF kończyny ludzkiej).
5) Wprowadzane są osłony na uszy oraz (ponownie) wprowadzany jest dźwięk skanowania w kontekście zachowania pozycjonowania.
Ostatecznie pies będzie w stanie utrzymać stabilne oparcie brody z głową i ciałem w obudowie na wysokości 3', z osłonami na uszy i odtwarzanym dźwiękiem skanowania o natężeniu 90 + decybeli (dB), w seriach trwających co najmniej 5 min. W kwestii wzmocnienia – niektóre psy są z natury bardziej zmotywowane jedzeniem, podczas gdy inne bardziej zabawą lub pochwałą9. W metodzie „kliknięcie-potem-nagroda” (C/T), „nagroda” (T) nie musi oznaczać smakołyków, lecz odnosi się do procedury nagradzania, niezależnie od tego, co jest najskuteczniejsze dla konkretnego psa na danym etapie szkolenia. Chociaż nagrody żywnościowe sprzyjają większej częstotliwości i spokojniejszym powtórzeniom zachowań, na początku można stosować to, co pies preferuje, nawet jeśli jest to dynamiczna zabawa (np. piłka, przeciąganie). Gdy zachowanie celowania brodą stanie się bardziej odporne na rozproszenia i dłuższe w czasie, należy przejść na nagrody żywnościowe. Ostatecznie zabawa zabawką może być zarezerwowana dla serii o długim czasie trwania lub łańcuchowych sekwencji opierania brody.

  1. Faza 1 - Otwarte środowisko
    1. Ładowanie klikera. Budowanie skojarzenia między dźwiękiem klikera („tic-toc”) a główną nagrodą dla psa (np. jedzeniem) przy jednoczesnym przyciąganiu uwagi. Wykonywanie szybkich powtórzeń zdarzeń C/T (kliknięcie/nagroda) za uwagę (orientacja ciała w stronę prowadzącego i/lub kontakt wzrokowy); rzucanie smakołyków, aby zresetować pozycję psa. Przeprowadzić taką sesję raz.
      UWAGA: Sesja ta trwa zazwyczaj nie więcej niż 3 min. Może być dłuższa lub powtórzona, jeśli prowadzący nie zauważa oznak, że kliker staje się warunkowym wzmocnieniem – orientacja w stronę prowadzącego i przejawianie zachowań poszukiwania nagrody po usłyszeniu kliknięcia są dobrymi wskaźnikami tego, że kliker staje się dla psa znaczącym sygnałem.
    2. Wychwytywanie targetowania brodą do ręcznika. Gdy pies stoi, siedzi lub leży, stosować C/T za patrzenie na ręcznik, a następnie jego badanie (tj. węszenie). Gdy dzieje się to niezawodnie, stosować C/T za każdy kontakt nosa z ręcznikiem, a następnie brody z ręcznikiem. Wydłużać czas trwania kontaktu z ręcznikiem do 2 s.
      1. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez 2 s; każda sesja powinna trwać około 5 min.
        UWAGA: Jeśli pies ma trudności z tym krokiem, prowadzący może (a) potrzeć ręcznik smakołykiem, aby zapoczątkować zachowanie za pomocą przynęty zapachowej i/lub (b) nauczyć psa targetowania nosem (nos do dłoni), następnie targetowania brodą (broda do dłoni), a potem wprowadzić sygnał do targetowania brodą na ręczniku.
    3. Targetowanie brodą do ręcznika z krótkim czasem trwania i wprowadzeniem sygnału. Gdy pies stoi, siedzi lub leży, stosować C/T za 1-2 s kontaktu brody z ręcznikiem. Wypowiadać komendę „leż” (rest), gdy pies dotyka lub zamierza dotknąć ręcznika. Po wielu powtórzeniach serii 1-2 s, stosować C/T po 3, następnie 4, potem 5, a następnie 7 s.
      1. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez 7 s; każda sesja powinna trwać około 5 min.
        UWAGA: Zmieniać długość poszczególnych serii odpoczywania brodą, aby kolejna powtórka nie była zawsze dłuższa od poprzedniej (np. 1", 1", 3", 1", 5", 2", 6", 4", 1", 2", 7", zamiast 1", 1", 1", 1", 2", 2", 3", 4", 5", 6", 7").
    4. Odpoczynek brodą na ręczniku w pozycji leżącej i wprowadzenie rozpraszaczy. Gdy pies leży, podać komendę „leż” (rest) i stosować C/T za 1-5 s kontaktu brody z ręcznikiem. Stopniowo dodawać rozpraszacze wizualne i akustyczne w formie ruchów rąk i nóg prowadzącego (np. pukanie w ziemię, poruszanie palcami, szuranie stopą itp.). Wydłużać czas kontaktu brody z ręcznikiem do 11 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-5", 6"-7", 8", 9-10", 11"+.
      1. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez 11 s; każda sesja powinna trwać około 5 min.
    5. Odpoczynek brodą na ręczniku z dystansem. Gdy pies leży obok złożonego ręcznika lub stosu złożonych ręczników, podać komendę „leż” (rest) i stosować C/T za 1-3 s kontaktu brody z ręcznikiem. Podawać komendę z coraz większej odległości (np. siedząc na ziemi, klęcząc, stojąc). Wydłużać czas kontaktu brody z ręcznikiem do 16 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-3", 4"-8", 9"-11", 12"-14", a następnie 16"+.
      1. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez co najmniej 16 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 10 min.
    6. Odpoczynek brodą na ręczniku ze zwiększaniem czasu trwania i dystansu. Gdy pies leży obok złożonego ręcznika lub stosu złożonych ręczników, podać komendę „leż” (rest) i stosować C/T za 1-11 s kontaktu brodą. Wydłużać czas kontaktu brody z ręcznikiem do 26 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-11", 12"-16", 17"-19", 21"-23", 26"+.
      1. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez co najmniej 26 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 10 min.
    7. Wprowadzenie piankowego wspornika dla brody. Stosować C/T za każde badanie (tj. węszenie, bliska odległość, orientacja w stronę) urządzenia w postaci piankowego wspornika dla brody. Po kilku wzmocnionych badaniach urządzenia, podać komendę „leż” (rest) i stosować C/T za 1-10 s kontaktu brodą. Wydłużać czas do 40 s. Przyrosty mogą wynosić: odpoczynek brodą przez 1"-10", 11"-21", 23"-31", 40"+.
      1. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez co najmniej 40 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
        UWAGA: Skonstruować wspornik z zwiniętej pianki tak, aby pasował do pyska konkretnego psa; dla psa wielkości labradora wykonać wspornik o szerokości 6" z wyciętym w środku wcięciem o szerokości 4" i głębokości 2,5". Materiał ten jest bezpieczny do wprowadzenia do środowiska MRI.
    8. Odpoczynek brodą w piankowym wsporniku ze zwiększaniem poziomu rozproszenia i czasu trwania. Gdy pies leży obok piankowego wspornika, podać komendę „leż” (rest) i stosować C/T za 1"-23" kontaktu brodą. Stopniowo dodawać rozpraszacze wizualne i akustyczne. Wydłużać czas do 73 s, z rozpraszaczami i bez nich. Przyrosty mogą wynosić 1"-23", 26"-31", 34"-45", 50"-60" i 73"+.
      1. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez co najmniej 73 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
  2. Faza 2 - Symulowane MRI.
    UWAGA: Aby złożyć stacjonarny zestaw do symulacji MRI, należy przygotować tunel (zamiennik otworu MRI, betonowa rura z tektury o średnicy 70 cm, docięta do długości sześciu stóp i podniesiona na składanym stole o wysokości trzech stóp), platformę ze sklejki, akrylową makietę cewki odbiorczej częstotliwości radiowej (RF), piankowy wspornik dla brody oraz system głośników (patrz Tabela materiałów). Stabilizować makietę otworu na stole za pomocą dwóch sklejkowych wsporników. Do wnętrza makiety cewki RF przymocować podkładki buforowe, aby zapewnić amortyzację uszu psów oraz dodatkową stabilizację czaszki/informację zwrotną o ułożeniu.
    1. Wprowadzenie otworu i uniesienia ze zredukowanym czasem trwania. Przeprowadzić całą pierwszą sesję z makietą otworu leżącą na ziemi. Nakazać psu wejście do tunelu i położenie się na platformie, zastosować C/T. Podać psu komendę „leż” (rest) i zastosować C/T za dowolny czas targetowania brodą do piankowego wspornika wewnątrz otworu na ziemi.
      1. Kolejne sesje przeprowadzać z makietą otworu uniesioną na wysokość 3'. Zaprosić psa do wskoczenia lub podnieść go do uniesionego otworu, zastosować C/T.
      2. Nakazać psu położenie się, zastosować C/T.
      3. Podać psu komendę „leż” (rest) i zastosować C/T za 1-12 s kontaktu brody z piankowym wspornikiem w uniesionym otworze.
      4. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez co najmniej 16 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
    2. Uniesiony wspornik dla brody ze zwiększaniem czasu trwania. Zaprosić psa do wskoczenia lub podnieść go do makiety otworu. Nakazać psu położenie się, zastosować C/T.
      1. Podać psu komendę „leż” (rest) i zastosować C/T za 1-12 s targetowania brodą do piankowego wspornika w uniesionym otworze.
      2. Wydłużać czas do 60 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-12", 16"-23", 26"-45", 60"+.
      3. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez co najmniej 60 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
    3. Wprowadzenie makiety cewki częstotliwości radiowej (RF) bez uniesienia i ze zredukowanym czasem trwania. Siedząc na ziemi obok makiety cewki RF i piankowego wspornika, stosować C/T za każde badanie (tj. węszenie, bliska odległość, orientacja w stronę) urządzenia.
      1. Podać psu komendę „leż” (rest) i użyć dotyku nosa lub przynęty jedzeniowej, aby poprowadzić głowę psa do wnętrza i przez makietę cewki RF na piankowy wspornik, a następnie zastosować C/T za 1-5 s kontaktu brodą.
      2. Wydłużać czas do 30 s. Przyrosty mogą wynosić: odpoczynek brodą przez 1"-5", 6"-12", 16"-26", 30"+.
      3. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez makietę cewki RF przez 30 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
    4. Uniesiony wspornik dla brody w makiecie cewki RF. Z makietą cewki RF i piankowym wspornikiem wewnątrz makiety otworu, zaprosić psa do wskoczenia lub podnieść go do otworu.
      1. Nakazać psu położenie się i „odpoczynek” (rest), a następnie zastosować C/T za 1-5 s kontaktu brodą.
      2. Wydłużać czas do 50 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-5", 6"-12", 16"-26", 28"-37", 50"+.
      3. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą do piankowego wspornika przez makietę cewki RF w uniesionym otworze przez 50 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
    5. Uniesiony wspornik dla brody w makiecie cewki RF ze zwiększaniem poziomu rozproszenia i czasu trwania. Z makietą cewki RF i piankowym wspornikiem wewnątrz makiety otworu, zaprosić psa do wskoczenia lub podnieść go do otworu.
      1. Nakazać psu położenie się i „odpoczynek” (rest), a następnie zastosować C/T za 1-12 s kontaktu brodą.
      2. Stopniowo dodawać rozpraszacze wizualne i akustyczne. Wydłużać czas do 100 s (1'40") z rozpraszaczami i bez nich.
      3. Przyrosty mogą wynosić 1"-12", 16"-37", 41"-60", 66"-88" (1'6"-1'28"), 100"+ (1'40"+).
      4. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą przez 100 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
    6. Wprowadzenie podkładek na uszy, początkowo ze zredukowanym czasem trwania. Podnieść psa lub zaprosić go do wskoczenia do otworu, podać komendę „leż” (down), założyć podkładki na uszy i zastosować C/T za dowolny czas tolerowania podkładek bez nadmiernych ruchów.
      1. Podać komendę „odpoczynek” (rest) i zastosować C/T za 1-5 s kontaktu brodą. Wydłużać czas do 60 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-5", 6"-26", 28"-45", 60"+.
      2. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą w makiecie otworu z podkładkami na uszach przez 60 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
    7. Uniesiony wspornik dla brody w makiecie cewki RF z podkładkami na uszach i zwiększaniem czasu trwania oraz poziomu rozproszenia. Podnieść psa lub zaprosić go do wskoczenia do otworu, podać komendy „leż” (down) oraz „odpoczynek” (rest), założyć podkładki na uszy i zastosować C/T za 1-12 s kontaktu brodą.
      1. Stopniowo dodawać rozpraszacze wizualne i akustyczne. Wydłużać czas do 107 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-12", 16"-37", 41"-60", 66"-88", 107"+.
      2. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą w makiecie otworu z podkładkami na uszach przez 107 s; każda sesja powinna trwać od 5 do 15 min.
    8. Wprowadzenie hałasu skanera. Podnieść psa lub zaprosić go do wskoczenia do otworu, podać komendy „leż” (down) i „odpoczynek” (rest) oraz założyć podkładki na uszy.
      1. Odtwarzać dźwięk skanowania z głośnością ledwie słyszalną, między 0-40 dB, i stosować C/T za 1-12 s kontaktu brodą.
      2. Wydłużać czas do 107 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-12", 16"-37", 41"-60", 66"-88", 107"+.
      3. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą w makiecie otworu z podkładkami na uszach i dźwiękiem skanowania do 40 dB przez 107 s; każda sesja powinna trwać od 15 do 30 min.
    9. Wydłużanie czasu do 2 min 30 s ze zwiększaniem dystansu. Podnieść psa lub zaprosić go do wskoczenia do otworu, podać komendy „leż” (down) i „odpoczynek” (rest) oraz założyć podkładki na uszy.
      1. Odtwarzać dźwięk skanowania między 41 a 70 dB i stosować C/T za 1-37 s kontaktu brodą. Stopniowo zwiększać dystans, poruszając się wokół makiety otworu, znikając z pola widzenia psa, a następnie powracając.
      2. Wydłużać czas do 142 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-37", 41"-88", 97"-107", 117"-129", 142"+.
      3. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą w makiecie otworu z podkładkami na uszach i dźwiękiem skanowania 41-70 dB przez 142 s, z rozpraszaczami i dystansem oraz bez nich; każda sesja powinna trwać od 15 do 30 min.
    10. Wydłużanie czasu do 4 min. Podnieść psa lub zaprosić go do wskoczenia do otworu, podać komendy „leż” (down) i „odpoczynek” (rest) oraz założyć podkładki na uszy.
      1. Odtwarzać dźwięk skanowania między 60 a 90 dB i stosować C/T za 1-107 s kontaktu brodą.
      2. Wydłużać czas do 240 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-107", 117"-142", 156"-189", 208"-229", 240"+.
      3. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą w makiecie otworu z podkładkami na uszach i dźwiękiem skanowania 60-90 dB przez 240 s, z rozpraszaczami i dystansem oraz bez nich; każda sesja powinna trwać od 15 do 30 min.
    11. Wydłużanie czasu do 5 min. Podnieść psa lub zaprosić go do wskoczenia do otworu, podać komendy „leż” (down) i „odpoczynek” (rest) oraz założyć podkładki na uszy.
      1. Odtwarzać dźwięk skanowania między 80 a 110 dB i stosować C/T za 1-120 s kontaktu brodą.
      2. Wydłużać czas do 300 s. Przyrosty mogą wynosić 1"-120", 129"-189", 208"-229", 252"-277", 300"+.
      3. Powtarzać tę sesję, aż pies będzie targetował brodą w makiecie otworu z podkładkami na uszach i dźwiękiem skanowania 80-110 dB przez 300 s, z rozpraszaczami i dystansem oraz bez nich; każda sesja powinna trwać od 15 do 30 min.

3. Transfer

UWAGA: 1) Po osiągnięciu ostatecznego kryterium zachowania stacjonarnego w miejscu treningowym do pozorowanego MRI (5 min pozostania w pozycji i oparcia brody w pozorowanym gantry oraz pozorowanej cewce RF przy założonych nausznikach, przy odtwarzaniu hałasu skanera o natężeniu 80-110 dB), pies przechodzi pięć odrębnych sesji przeniesienia lokalizacji (generalizacji). Podczas tych sesji przeniesienia pies stacjonuje zgodnie z powyższymi kryteriami w kilku lokalizacjach wewnętrznych i zewnętrznych, które są jak najbardziej zróżnicowane, z różnymi widokami, dźwiękami i stopniem rozproszenia społecznego w zależności od otoczenia (np. ustronne pole trawiaste, cichy korytarz w budynku akademickim, zatłoczone lobby w budynku akademickim, zatłoczony przystanek autobusowy, głośna oczyszczalnia ścieków)8.

  1. Aby złożyć przenośny model MRI wykorzystywany do Transferu, należy przygotować tunel (regulowany tunel zwinnościowy, ustabilizowany workami z piaskiem), platformę ze sklejki, akrylową atrapę cewki odbiorczej RF, aparat z piankowym wspornikiem podbródkowym oraz przenośny system głośników (patrz Tabela materiałów). Do wnętrza atrapy cewki RF przymocuj podkładki buforowe, aby zapewnić amortyzację w miejscu styku z uszami psów oraz dodatkową stabilizację czaszki i informację zwrotną dotyczącą jej rozmieszczenia.
  2. Stań lub usiądź obok (przenośnego) modelu otworu gantry z zamontowaną modelową cewką RF i podstawką pod brodę. Zachęć psa gestem do wejścia do otworu, wydaj komendy „leż” i „spokój”, a następnie załóż zwierzęciu ochronniki na uszy.
  3. Odtwórz dźwięk skanujący z natężeniem 80–110 dB i czasem C/T wynoszącym 1–30 s stacjonowania w nowej lokalizacji.
  4. Następnie należy sprawdzić czas trwania kryterium (wzmocnić po 5 minutach lub w momencie, gdy pies przerwie wykonywanie zadania).
  5. Przeprowadzać powtórne serie 1–5 minutowych odpoczynków z podparciem brody przez 30–60 min.
  6. Przeprowadź jedną sesję trwającą od 30 do 60 minut w każdej lokalizacji. Gdy pies uogólni zachowanie polegające na pozostawaniu w wyznaczonym miejscu do określonego kryterium w pięciu różnych lokalizacjach transferowych, będzie gotowy do gromadzenia danych w rzeczywistym środowisku MRI.

4. MRI

  1. Sesja gromadzenia danych MRI trwa od 30 do 60 min. Sesję należy rozpocząć od obrazu lokalizacyjnego, a następnie przeprowadzić akwizycję wysokorozdzielczych obrazów anatomicznych w celu uzyskania referencji do planowania badań, wykorzystując sekwencję 3D magnetization-prepared rapid gradient echo (MPRAGE). Po skanowaniu anatomicznym należy wykonać funkcjonalne skanowanie rezonansem magnetycznym (np. prezentację bodźca i stan spoczynkowy). Niniejszy protokół MRI przedstawia przykłady z poprzednich prac i ma charakter sugestywny (sposób wykonania protokołu opisano w pracach Jia et al.4 oraz Thompkins et al.10).
    1. Pomiędzy skanowaniami należy zapewnić psom około 1 min przerwy z nagrodą poza skanerem.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Średnia liczba powtórzeń dla każdego poziomu sesji jest przedstawiona w Tabeli 1. Pełny protokół treningowy i testowy trwał 14 h (M = 13,55 h, zakres 12-16 h) i składał się z 90 sesji (zakres 87-93 sesji). Trening w otwartym środowisku trwał 4,38 h (zakres 3-5 h), trening w symulowanym MRI trwał 5,4 h (zakres 4,2-6,5 h), a faza transferu trwała 2,5 h i została podzielona na pięć 30 min sesji. Sesje podtrzymujące na poziomie 19 przeprowadzano podczas transferu i są one uwz...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Opisany powyżej protokół oddziela trening zachowania podczas stacjonowania (odpoczynku podbródka) od odczulania na środowisko MRI. Co więcej, wykorzystuje procedurę uogólniania stacjonowania w kilku różnych lokalizacjach, aby pomóc w przeniesieniu zachowania stacji, do rzeczywistego środowiska skanowania MRI; odbywa się to bez konieczności intensywnego szkolenia w środowisku rezonansu magnetycznego, co może być kosztowne. Ogólnie rzecz biorąc, szkolenie i testy zostały zakończone w ciągu 14 godzin i zaowocowały natychmia...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Jesteśmy wdzięczni Wydziałom Psychologii oraz Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Uniwersytetu Auburn. Prace te były wspierane przez Stowarzyszenie Profesjonalnych Trenerów Psów.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Akrylowa cewka o częstotliwości radiowejMenardsTU59018594Mock Radiofrekwencja (RF): rura o średnicy 8 cali x 4 '. Tworzy cztery atrapy cewek RF; Wytnij rurkę w czterech równych długościach dla czterech atrap cewek RF o średnicy 8 "x 1".
Tunel AgilityJ& J Dog SuppliesTT053Otwarty tunel treningowy Agility
Głośnik BluetoothSharkkSP-SK896WTR-GRYPrzenośne skanowanie Odtwarzanie dźwięku: Wodoodporny głośnik Bluetooth Sharkk 2O IP67 Głośnik Bluetooth Odkryty basen Plaża i prysznic Przenośny głośnik bezprzewodowy
Kartonowa rura do formowania betonuMenardsTU10120014Stacjonarny imitowany otwór MRI: Sonotube o średnicy 24 "x 12' Standardowa wodoodporna forma ścienna. Tworzy dwie udawane nudy; Przetnij rurkę formową na pół dla dwóch otworów o średnicy 24 "x 6".
Chuckit BallChuckit!17030Nagroda w postaci zabawki: Chuckit! Aplikacja
Decibel XSkypawDecybel miernika Decybeli
MataPiankowa podpórka pod podbródek: przeciąć matę na pół wzdłuż. Zwiń i zabezpiecz rolkę gorącym klejem. Wytnij nacięcie wielkości podbródka pośrodku nożem X-ACTO. Klej na gorąco na rzep do dolnej powierzchni.
Stółskładany Stół składany 3 'x 6'
Nakładka na aplikator wosku samochodowego z mikrofibryViking Car Care862400Viking Car Care Nakładki z mikrofibry
Natural Balance Treat LogNatual Balance236020Nagroda żywieniowa: np. Bułka z karmą dla psów Chicken Formula, rolka ze
sklejki3,5 funtaPlatforma: długość drewna 2 "x4" x6 'przymocowana do płyty ze sklejki 3'x6'. Mata do ćwiczeń z gorącym klejem na płycie ze sklejki zapewniająca przyczepność. Szelki: 3 kostki 4x4x4" przycięte pod kątem 45 stopni przymocowane do końców drewna o długości 1"x4"x3'. Tworzy 3 nawiasy klamrowe.
Worki z piaskiemJ& J Artykuły dla psówAG155J& J Profesjonalna jakość Worki z piaskiem x 2
System głośnikówPioneer ElectricsHTD645DVStacjonarne skanowanie Odtwarzanie dźwięku: Pioneer HTD645DV 5-płytowy system kina domowego DVD z bezprzewodowymi głośnikami dźwięku przestrzennego. Instrukcja obsługi.
Ręcznikstandardowy ręcznik
telefoniczna Ultra Ball do ćwiczeń

Bibliografia

  1. Tóth, L., Gácsi, M., Miklósi, Á, Bogner, P., Repa, I. Awake dog brain magnetic resonance imaging. Journal of Veterinary Behavior. 4 (2), (2009).
  2. Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M. Functional MRI in awake unrestrained dogs. PLoS One. 7 (5), e38027(2012).
  3. Bunford, N., Andics, A., Kis, A., Miklosi, A., Gacsi, M. Canis familiaris As a Model for Non-Invasive Comparative Neuroscience. Trends in Neurosciences. 40 (7), 438-452 (2017).
  4. Jia, H., et al. Functional MRI of the Olfactory System in Conscious Dogs. Plos One. 9 (1), e86362(2014).
  5. Thompkins, A. M., Deshpande, G., Waggoner, P., Katz, J. S. Functional Magnetic Resonance Imaging of the Domestic Dog: Research, Methodology, and Conceptual Issues. Comparative Cognition & Behavior Reviews. 11, 63-82 (2016).
  6. Berns, G. S., Cook, P. F. Why Did the Dog Walk Into the MRI? Current Directions in Psychological Science. 25 (5), 363-369 (2016).
  7. Huber, L., Lamm, C. Understanding dog cognition by functional magnetic resonance imaging. Learning & Behavior. 45 (2), 101-102 (2017).
  8. Ramirez, K. Animal training: successful animal management through positive reinforcement. , Shedd Aquarium Chicago. (1999).
  9. Gerencser, L., Bunford, N., Moesta, A., Miklosi, A. Development and validation of the Canine Reward Responsiveness Scale -Examining individual differences in reward responsiveness of the domestic dog. Scientific Reports. 8 (1), 4421(2018).
  10. Thompkins, A. M., et al. Separate brain areas for processing human and dog faces as revealed by awake fMRI in dogs (Canis familiaris). Learning & Behavior. 46 (4), 561-573 (2018).
  11. Lazarowski, L., et al. Investigation of the Behavioral Characteristics of Dogs Purpose-Bred and Prepared to Perform Vapor Wake® Detection of Person-Borne Explosives. Frontiers in Veterinary Science. 5 (50), (2018).
  12. Lazarowski, L., Waggoner, P., Katz, J. S. The future of detector dog research. Comparative Cognition & Behavior Reviews. 14, 77-80 (2019).
  13. Leidinger, C., Herrmann, F., Thone-Reineke, C., Baumgart, N., Baumgart, J. Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice. Journal of Visualized Experiments. (121), e55415(2017).
  14. Council, N. R. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , 8th ed, The National Academies Press. (2011).
  15. Andics, A., Gábor, A., Faragó, T., Szabó, D., Miklósi, Á Neural mechanisms for lexical processing in dogs. Science. 353 (6303), 1030-1032 (2016).
  16. Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M. Scent of the familiar: An fMRI study of canine brain responses to familiar and unfamiliar human and dog odors. Behavioural Processes. 110, 37-46 (2015).
  17. Berns, G. S., Brooks, A., Spivak, M. Replicability and Heterogeneity of Awake Unrestrained Canine fMRI Responses. PLoS One. 8 (12), e81698(2013).
  18. Cook, P., Prichard, A., Spivak, M., Berns, G. Jealousy in dogs? Evidence from brain imaging. Animal Sentience. 117, 1-15 (2018).
  19. Cook, P. F., Brooks, A., Spivak, M., Berns, G. S. Regional brain activations in awake unrestrained dogs. Journal of Veterinary Behavior-Clinical Applications and Research. 16, 104-112 (2016).
  20. Cook, P. F., Prichard, A., Spivak, M., Berns, G. S. Awake canine fMRI predicts dogs' preference for praise vs food. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 11 (12), 1853-1862 (2016).
  21. Cook, P. F., Spivak, M., Berns, G. Neurobehavioral evidence for individual differences in canine cognitive control: an awake fMRI study. Animal Cognition. 19 (5), 867-878 (2016).
  22. Cook, P. F., Spivak, M., Berns, G. S. One pair of hands is not like another: caudate BOLD response in dogs depends on signal source and canine temperament. PeerJ. 2, e596(2014).
  23. Dilks, D. D., et al. Awake fMRI reveals a specialized region in dog temporal cortex for face processing. PeerJ. 3, e1115(2015).
  24. Prichard, A., Chhibber, R., Athanassiades, K., Spivak, M., Berns, G. S. Fast neural learning in dogs: A multimodal sensory fMRI study. Scientific Reports. 8 (1), 14614(2018).
  25. Prichard, A., Cook, P. F., Spivak, M., Chhibber, R., Berns, G. S. Awake fMRI Reveals Brain Regions for Novel Word Detection in Dogs. Frontiers in Neuroscience. 12, 737(2018).
  26. Ramaihgari, B., et al. Zinc Nanoparticles Enhance Brain Connectivity in the Canine Olfactory Network: Evidence From an fMRI Study in Unrestrained Awake Dogs. Frontiers in Veterinary Science. 5, 127(2018).
  27. Robinson, J. L., et al. Characterization of Structural Connectivity of the Default Mode Network in Dogs using Diffusion Tensor Imaging. Scientific Reports. 6, 36851(2016).
  28. Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M., Levy, K. Functional MRI in Awake Dogs Predicts Suitability for Assistance Work. Scientific Reports. 7, 43704(2017).
  29. Berns, G. S., Spivak, M., Nemanic, S., Northrup, N. Clinical Findings in Dogs Trained for Awake-MRI. Frontiers in Veterinary Science. 5, 209(2018).
  30. Jia, H., et al. Enhancement of odor-induced activity in the canine brain using zinc nanoparticles: A functional MRI study in fully unrestrained conscious dogs. Chemical Senses. 41 (1), 53-67 (2016).
  31. Kyathanahally, S. P., et al. Anterior-posterior dissociation of the default mode network in dogs. Brain Structure and Function. 220 (2), 1063-1076 (2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

fMRI u ps wMRI zwierz t przebudzonych i nieskr powanychobrazowanie m zgu psatrening zachowania stacjonarnegowarunkowanie ekspozycji s uchowejzachowanie z podparciem brodytrening w symulatorze MRIdane fMRIprzetwarzanie wizualne twarzyparadygmaty dyskryminacji w chowej
Szkolenie psów do przytomnego, nieskrępowanego funkcjonalnego rezonansu magnetycznego
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.