Zadanie Dig: Prosta dyskryminacja zapachowa ujawnia deficyty po czołowym uszkodzeniu mózgu
4 stycznia 2013
W tym protokole opisano nowatorskie zastosowanie dyskryminacji zapachowej. Zadanie Dig jest dość niedrogim zadaniem, które można wykorzystać do oceny poznania za pośrednictwem frontu po uszkodzeniu mózgu.
Ogólnym celem tej procedury jest wykrycie deficytów w zadaniu dyskryminacji dwuwyboru, skierowanym u szczurów. Osiąga się to poprzez uprzednie przyzwyczajenie szczurów do materiałów treningowych i testowych. Drugim krokiem jest wyszkolenie szczurów w odkrywaniu i spożywaniu wzmacniaczy zakopanych w bezzapachowym piasku do zabawy.
Następnie szczury są szkolone w rozróżnianiu dwóch różnych zapachów, które zostały zmieszane z piaskiem. Ostatnim krokiem jest przetestowanie szczurów pod kątem serii dwóch wyborów dyskryminacji zapachowych. Ostatecznie, Dig Scent Discrimination Task może być wykorzystane do pokazania deficytów wydajności w każdej z par zapachowych u rannych szczurów.
Główną zaletą zadania kopania w porównaniu z innymi środkami oceny behawioralnej uszkodzenia mózgu jest to, że jest to proste, ekonomiczne zadanie, które można łatwo włączyć do dowolnej istniejącej baterii. Implikacje tego zadania rozciągają się w kierunku terapii urazowego uszkodzenia mózgu, ponieważ ocenia dysfunkcję poznawczą, która jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych deficytów po urazie mózgu. Zacznij od ustawienia aparatury testowej.
Komora powinna być wystarczająco duża, aby pomieścić jedno zwierzę i dwa kubki zapachowe, jak pokazano tutaj. Miseczki zapachowe powinny być wystarczająco szerokie i głębokie, aby umożliwić kopanie i mieć uchwyt do ich stabilizacji. Wybierz zapachy, które zostały wcześniej ustalone tak, aby nie wykazywały odchylenia odpowiedzi i wymieszaj je w proporcji jeden gram środka zapachowego na 110 gramów czystego, bezzapachowego piasku na placu zabaw. Tu.
Jako wzmacniacz stosuje się kawałki płatków zbożowych z pętelki owocowej. Zaleca się wystawienie zwierząt na działanie wzmacniacza w klatkach domowych na trzy do pięciu dni przed treningiem. Ograniczenie pokarmu jest potrzebne, aby zmotywować zwierzęta do wykonania zadania i powinno być rozpoczęte co najmniej trzy dni przed szkoleniem i testami.
A waga zwierząt powinna być sprawdzana co drugi dzień przed pierwszą sesją: całkowicie napełnij kubki zapachowe wzmacniaczem, umieść szczura w komorze i pozwól mu eksplorować i przyzwyczaić się do komory. Przez 30 minut zwierzę powinno mieć możliwość swobodnego spożywania wzmacniacza. Następnym krokiem jest całkowite napełnienie kubków zapachowych wzmacniaczem i wlanie niewielkiej ilości bezzapachowego piasku do każdej filiżanki, wypełniając nie więcej niż połowę kubka, tak aby wzmacniacz był tylko częściowo zakryty.
Umieść zwierzę w aparacie na kolejne 30 minut i pozwól mu przyzwyczaić się do piasku, aby ułatwić kopanie na powierzchni. Napełnij kubki zapachowe równomierną mieszanką wzmacniacza i bezzapachowego piasku, pozostawiając odsłoniętych wiele wzmacniaczy. Umieść zwierzę w aparacie na 30 minut.
W trakcie spożywania odsłoniętych wzmocnień zwierzęta powinny odkryć dodatkowe wzmocnienia pod powierzchnią piasku. Zachęcaj do dalszego kopania, wypełniając kubki zapachowe mieszanką jednej części wzmacniacza na trzy części bezzapachowego piasku, pozostawiając odsłoniętą jedną do dwóch wzmocnień. Umieść zwierzę w komorze na 30 minut.
Zwierzę powinno zacząć kopać czterema łapami, aby odsłonić dodatkowe wzmocnienia i usunąć je z piasku. Następnie promuj pełne kopanie, wypełniając kubki zapachowe mieszanką jednej części wzmacniacza na trzy części bezzapachowego piasku, nie pozostawiając żadnych wzmocnień. Umieść zwierzę w aparacie na 30 minut.
Jeśli zwierzę nie odkryje i nie spożyje wzmacniacza w ciągu pięciu do 10 minut, pomóż mu odkryć pojedynczy wzmacniacz i dać zwierzęciu czas na jego spożycie. Niektóre zwierzęta mogą potrzebować wielu instancji tej sesji, aby zademonstrować pełne zachowanie podczas kopania. Po ustaleniu zachowania podczas kopania umieść trzy wzmocnienia w głębokich, środkowych i płytkich pozycjach w piasku.
W każdym kubku zapachowym umieść zwierzę w komorze, aż wszystkie trzy zostaną wyjęte z każdego kubka, pomagając w razie potrzeby. Po wyjęciu wszystkich wzmocnień umieść zwierzę w aparacie do trzymania na 15 do 30 sekund i zresetuj kubki zapachowe. Następnie umieść zwierzę z powrotem w komorze i powtarzaj proces, aż zwierzę ukończy łącznie cztery próby.
Idealnie byłoby, gdyby zwierzę zaczęło kopać natychmiast po umieszczeniu w komorze. Zademonstruj pełne zachowanie podczas kopania i odzyskaj wzmacniacz umieszczony na dnie kubka zapachowego. Następnie umieść pojedynczy wzmacniacz na połowie głębokości piasku w każdej filiżance.
Umieść zwierzę w komorze i pozwól mu odzyskać oba wzmocnienia, a następnie umieść je w aparacie do trzymania Na 30 sekund zresetuj kubki zapachowe i powtórz ten proces. W sumie przez cztery próby zwierzę powinno zacząć kopać szybciej i wymagać minimalnej pomocy ze strony badacza. Kolejnym krokiem są próbne testy dyskryminacyjne.
Napełnij kubek zgodnie z opisem w ostatniej sesji i daj zwierzęciu 30 sekund na odzyskanie obu wzmocnień. Wyjmij zwierzę z komory, gdy oba zostaną wyjęte lub po 30 sekundach. Powtórz tę czynność dla liczby prób, które zostaną wykorzystane w fazie testowania.
Zwierzęta powinny nauczyć się szybko kopać po ponownym umieszczeniu w komorze. Zwierzę nie jest w stanie odzyskać obu wzmocnień w ciągu 30 sekund. Daj mu trochę więcej czasu lub prób.
W końcu zwierzę przyspieszy. Jeśli jednak zwierzę nadal działa bardzo wolno, umieść je w całym czystym aparacie na około pięć do 10 minut przerwy. Po przerwie umieść zwierzę z powrotem w pudełku i spróbuj ponownie.
Jeśli zwierzę nadal działa wolno lub w ogóle nie reaguje, może być nasycone lub pełne na cały dzień i może być konieczne kontynuowanie testów. Następny Aby rozpocząć testy dyskryminacji, wybierz wzniesienie, które ma być sparowane ze wzmocnieniem i inne, które nie będzie Przygotuj piasek, jak pokazano wcześniej. Następnie ustaw komorę, jak pokazano wcześniej, umieść wzmacniacz w jednym z kubków zawierających pachnący piasek.
Dane dla każdej próby mogą być rejestrowane ręcznie i powinny zawierać prawidłowe lub nieprawidłowe opóźnienie wyboru. Aby zainicjować kopanie i próby, w których szczur przerywa czas, aby rozpocząć próbę, umieść zwierzę w komorze skierowanej do tyłu w równej odległości od każdego kubka. Umieszczenie zwierzęcia bliżej jednego kubka może zwiększyć szansę na rozwinięcie się uprzedzeń.
Jeśli zwierzę prawidłowo rozróżnia, pozwól mu wyjąć i spożyć wzmocnienie, a następnie wyjmij je do aparatu trzymającego na 30 sekund. Jeśli upłynie limit czasu lub wybierze nieprawidłowo, wyjmij go natychmiast przed korektą i umieść w aparacie podtrzymującym. Powtórz ten proces dla wybranej liczby prób, resetując wzmacniacz i losowo ustalając jego pozycję między każdą próbą, aż zwierzę osiągnie z góry określone kryterium.
Przedstawiono tutaj typowe wyniki pozorowanej kontroli i szczurów z urazami czołowymi w kilku różnych fazach testów. W tym przykładzie dane są reprezentowane jako wykres słupkowy z białymi kropkami reprezentującymi punkty danych dla poszczególnych szczurów w każdej grupie. Linia przerywana reprezentuje wydajność na poziomie przypadku.
W tym przypadku te same dane są reprezentowane na wykresie liniowym. Nie stwierdzono różnicy w zakresie nabycia dyskryminacji przed szkodą. Jednak po zranieniu szczury pozorowane wykonują zadanie z większą dokładnością w porównaniu z rannymi szczurami.
Kiedy zastosowano odwrócenie dyskryminacji, kontuzjowane szczury spadły poniżej szansy. Podobnie, w przypadku nowatorskiej dyskryminacji zapachowej, szczury zranione czołowo miały trudności z nauczeniem się nowego parowania i pozostawały na poziomie poniżej szansy. Ten wykres przedstawia typowe wyniki pozorowanych i jednostronnie zranionych ciemieniowych szczurów w kilku różnych fazach.
Dane w tym miejscu są reprezentowane jako wykres słupkowy z białymi kropkami reprezentującymi punkty danych dla poszczególnych szczurów. W każdej grupie te same dane są reprezentowane na wykresie liniowym. Nie ma różnic między grupami w odniesieniu do żadnej z dyskryminacji jednostronnie okaleczonych szczurów, a w niektórych przypadkach nieco wyższych niż poziomy pozorowane po urazie.
Część szkoleniową tego zadania można wykonać w ciągu zaledwie czterech godzin. Chociaż testowanie może zająć tyle czasu, ile badacz uzna za stosowne, po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzić uproszczone zadanie dyskryminacji w celu oceny deficytów po urazie mózgu.
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje nowatorskie zastosowanie dyskryminacji zapachowej z wykorzystaniem zadania Dig, które służy do oceny funkcji poznawczych zależnych od kory czołowej po uszkodzeniu mózgu u szczurów. Zadanie to jest ekonomiczne i może być łatwo zintegrowane z istniejącymi ocenami behawioralnymi.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Ocena behawioralna
- Dysfunkcja poznawcza
Wstęp
- Zadanie dyskryminacji zapachowej metodą kopania ocenia deficyty poznawcze u szczurów.
- Jest ono szczególnie użyteczne przy ocenie wpływu urazów mózgu.
- Zadanie opiera się na paradygmacie dyskryminacji zapachowej z dwoma wyborami.
- Poprzednie metody mogły nie być tak proste w wykonaniu lub efektywne kosztowo.
Cel badania
- Wykrycie deficytów w rozróżnianiu zapachów po urazie mózgu.
- Zapewnienie prostej i ekonomicznej metody oceny behawioralnej.
- Ocena dysfunkcji poznawczych, które są częstym problemem po urazach mózgu.
Zastosowane metody
- Habituacja szczurów do materiałów treningowych i testowych.
- Trening szczurów w odkopywaniu wzmocnień zakopanych w bezzapachowym piasku.
- Trening dyskryminacyjny z wykorzystaniem dwóch różnych zapachów zmieszanych z piaskiem.
- Testowanie wyników w serii prób dyskryminacji zapachowej z wyboru spośród dwóch opcji.
Główne wyniki
- Zadanie kopania (Dig task) pozwala na skuteczne zidentyfikowanie deficytów wydajności u szczurów po urazach.
- Szczury wykazują różny poziom zachowań kopiących w zależności od treningu.
- Dane mogą być rejestrowane w celu oceny wyborów poprawnych i błędnych.
- Zwierzęta szybko uczą się kopać, wymagając minimalnej pomocy w kolejnych próbach.
Wnioski
- Zadanie rozróżniania zapachów podczas kopania (Dig Scent Discrimination Task) jest cennym narzędziem do oceny funkcji poznawczych po urazie.
- Oferuje ono prosty sposób przeprowadzania testów behawioralnych w badaniach nad neuronauką.
- Przyszłe zastosowania mogą obejmować oceny terapeutyczne w przypadku urazów mózgu.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Zadanie rozróżniania zapachów poprzez kopanie (Dig Scent Discrimination Task) zapewnia prostą i ekonomiczną metodę oceny deficytów poznawczych zależnych od kory czołowej w rodzeńców modelach urazów mózgu. Umożliwiając wiarygodne wykrywanie zaburzeń rozróżniania po uszkodzeniu kory czołowej, zadanie to wspiera wczesny etap walidacji celów oraz ograniczanie ryzyka mechanistycznego w procesie odkrywania leków w neuronauce. Łatwość włączenia go do istniejących zestawów testowych zwiększa ciągłość translacyjną i pewność prognostyczną programów przesiewania terapeutycznego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie hipotez terapeutycznych związanych z funkcjami płata czołowego i szlakami poznawczymi.
- Wartość operacyjna: Wspiera ograniczanie ryzyka biologicznego poprzez identyfikację deficytów funkcjonalnych w czołowych obszarach mózgu.
- Wartość prognostyczna: Pomaga w selekcji portfela związków poprzez odróżnienie substancji o potencjale do przywracania funkcji poznawczych zależnych od płata czołowego.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Gotowość testu: Pozwala na uzyskanie zwalidowanych wyników behawioralnych, odpowiednich do dalszych etapów procesów przesiewowych związków.
- Reprodukowalność: Zapewnia ustandaryzowane, mierzalne wskaźniki dokładności rozróżniania dla różnych par zapachowych.
- Skalowalność: Ułatwia adaptację do wysokoprzepustowych badań dzięki prostej aparaturze i minimalnym wymaganiom dotyczącym szkolenia.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Znaczenie dla choroby: Modeluje dysfunkcję poznawczą analogiczną do ludzkich urazów mózgu, wspierając dopasowanie translacyjnych biomarkerów.
- Ciągłość przedkliniczna: Umożliwia podejmowanie decyzji o dalszym rozwoju z uwzględnieniem ryzyka poprzez monitorowanie powrotu funkcji poznawczych w poszczególnych fazach leczenia.
- Minimalizacja ryzyka mechanistycznego: Pozwala ustalić, czy interwencje przywracają konkretne procesy poznawcze zależne od płatów czołowych.
Integracja potoku i przepływu pracy
Zadanie Dig wpisuje się w kontinuum odkryć, obejmujące walidację celu, identyfikację związku wiodącego oraz przedkliniczne testy skuteczności, w szczególności w ramach programów neuronaukowych skoncentrowanych na funkcjach poznawczych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez dotyczących udziału obwodów czołowych w zachowaniach poznawczych oraz wyjaśnianie szlaków po urazie.
- Przesiewanie: Dostarcza gotowych do analizy, ilościowych danych dotyczących wydajności rozróżniania zapachów w celu oceny wpływu związków.
- Analityka: Generuje wskaźniki skumulowanej proporcji poprawnych odpowiedzi dla każdej pary zapachów, umożliwiając statystyczne porównanie grup eksperymentalnych.
- Badania translacyjne: Łączy się z walidacją przedkliniczną poprzez modelowanie deficytów poznawczych istotnych w przypadku urazowych uszkodzeń mózgu u ludzi.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako wielokrotna platforma behawioralna w wielu badaniach dzięki niskim kosztom i prostej konfiguracji.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorstwowy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną w walidacji celu poprzez zmniejszenie niejednoznaczności mechanistycznej w odniesieniu do efektów działania leków w płacie czołowym.
- Wartość operacyjna: Zapewnia standaryzację i powtarzalność pomiędzy laboratoriami dzięki dobrze zdefiniowanym protokołom habituacji i treningu.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji go/no-go poprzez wczesne wykrywanie deficytów poznawczych, co redukuje ryzyko niepowodzenia na późnych etapach.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację związków z uwzględnieniem ryzyka na podstawie sygnałów dotyczących skuteczności poznawczej.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga wiedzy specjalistycznej z zakresu neuronauki behawioralnej gryzoni oraz projektowania zadań opartych na węchu.
- Zależy od zestandaryzowanej aparatury, w tym kubeczków z zapachami, komory oraz systemu podawania wzmocnień.
- Wymaga ścisłego przestrzegania przez cały zespół protokołów habituacji, ograniczenia pokarmowego oraz czasu trwania prób.
- Możliwa do adaptacji dla różnych modalności zapachowych, lecz wymaga walidacji w celu uniknięcia błędów odpowiedzi przy nowych parach zapachów.
- Ograniczona do dokładności dyskretnego wyboru; nie obejmuje złożonych funkcji wykonawczych wykraczających poza prostą dyskryminację.
