Name: Zautomatyzowane, ilościowe badania poznawczo-behawioralne myszy: do genetyki, farmakologii, poznania zwierząt i nauczania na studiach licencjackich (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-26T22:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 23 s
Description: Poznaj zautomatyzowaną metodę badania poznania u myszy w systemie 24/7, która mierzy lokalizację przestrzenną, pamięć i impulsywność. System umożliwia analizę danych w czasie rzeczywistym.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Stworzenie tego systemu było wspierane przez 5RO1MH77027.

Trzy w pełni zautomatyzowane protokoły w systemie TSsystem (dopasowanie, warunkowanie instrumentalne i klasyczne) oraz protokół przełączania zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki nad Zwierzętami i Obiektów w Rutgers New Brunswick.
1. Konfiguracja systemu fizycznego
<ol>
	<li>Skonfiguruj środowiska testowe w szafach (patrz rysunek 1).</li>
	<li>Zainstaluj oprogramowanie do kontroli eksperymentów dostarczone ze środowiskami testowymi na komputerach kontrolujących protokół. 
	nuta: Nie używaj tych komputerów do żadnych innych celów!</li>
</ol>
2. Konfiguracja systemu oprogramowania
<ol>
	<li>Skonfiguruj sieć LAN (sieć lokalną) w taki sposób, aby serwer, na którym zainstalowane jest oprogramowanie do analizy danych, mógł uzyskać dostęp do dysków twardych komputera (komputerów) kontrolującego środowiska testowe (patrz Rysunek 1).</li>
	<li>Ustanów konto synchronizacji plików do przechowywania danych w "chmurze".</li>
	<li>Umieść folder TSsystem i jego podfoldery na ścieżce wyszukiwania komercyjnego języka programowania w folderze zsynchronizowanym z chmurą. 
	nuta: TSsystem to zestaw narzędzi programowych, czyli biblioteka ponad 30 funkcji wysokiego poziomu, które ułatwiają tworzenie złożonego kodu do analizy danych i wykresów danych, który automatycznie przetwarza dane za każdym razem, gdy są one zbierane z plików wyjściowych generowanych przez program kontrolny eksperymentu. Wszystkie polecenia operują na danych w polach struktury Experiment i umieszczają wyniki w innych polach w tej samej strukturze (patrz Rysunek 2). Te polecenia typu open source są napisane w jednym z najczęściej używanych komercyjnych języków programowania naukowego i tworzenia wykresów. Ma wiele innych "zestawów narzędzi", w tym najbardziej użyteczny zestaw narzędzi statystycznych.</li>
</ol>
3. Rozpoczęcie eksperymentu
<ol>
	<li>Wywołaj TSbegin (patrz Rysunek 3). 
	nuta: TSbegin to interaktywny graficzny interfejs użytkownika (Graphic User Interface) w przyborniku TSsystem. Prowadzi użytkownika przez proces tworzenia hierarchicznej struktury danych, w której surowe dane i wszystkie wyniki z nich pochodzące zostaną umieszczone przez inne funkcje w przyborniku TSsystem.</li>
	<li>Wywołaj TSaddprotocol (patrz Rysunek 4). 
	nuta: TSaddprotocol to graficzny interfejs użytkownika w przyborniku TSsystem. Prowadzi użytkownika przez proces określania parametrów kontrolnych dla protokołu eksperymentalnego, określania kodu decyzyjnego, który zautomatyzuje decyzję o zakończeniu protokołu i przejściu do następnego, oraz określania kryteriów decyzyjnych, które mają być stosowane.</li>
	<li>Umieść myszy w środowiskach testowych dostępnych 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu, po jednej myszy na środowisko. 
	Notatki: Zwróć uwagę, aby zanotować numer identyfikacyjny myszy, która trafia do każdego z ponumerowanych środowisk eksperymentalnych (Pole 1, Ramka 2 itd.). Zwróć również uwagę na literę identyfikującą komputer kontrolny eksperymentu w sieci lokalnej (LAN) i jego adres IP.</li>
	<li>Wywołaj metodę TSstartsession (Rysunek 5). 
	nuta: TSstartsession to graficzny interfejs użytkownika w przyborniku TSsystem. Prowadzi użytkownika przez proces rozpoczynania sesji eksperymentalnej. Sesje eksperymentalne trwają jeden lub dwa tygodnie, podczas których przeprowadzanych jest kilka różnych protokołów testów behawioralnych. TSstartsession przechowuje informacje wchodzące do makra, które są odczytywane przez oprogramowanie sterujące protokołem podczas uruchamiania sesji. Dołączona jest ścieżka i nazwa pliku kodu, który jest odczytywany przez oprogramowanie sterujące protokołem. Oprogramowanie analityczne TSsystem wczytuje ten kod do hierarchicznej struktury danych, dzięki czemu nigdy nie ma wątpliwości co do dokładnego obowiązującego protokołu w danym momencie.</li>
	<li>Przejdź do komputerów sterujących i wywołaj makra zapisane w folderze MedPC, aby rozpocząć sesję dla komputerów sterowanych przez ten komputer.</li>
</ol>
4. Analiza danych
<ol>
	<li>Jeśli utworzyłeś nowy protokół, napisz odpowiedni kod do analizy danych i wykresów za pomocą poleceń w przyborniku TSsystem, co znacznie upraszcza tworzenie złożonych analiz danych. 
	nuta: Analiza danych i kod graficzny dla trzech protokołów, których wyniki opisano poniżej, są zawarte w zestawie narzędzi TSsystem. Ponieważ są one open source, można je dowolnie modyfikować. Kod tych analiz jest obszernie komentowany, co ułatwia tworzenie kodu do analizowania wyników z protokołów określonych przez użytkownika.</li>
	<li>Przez cały czas trwania eksperymentu (od 24 godzin do wielu tygodni) monitoruj pocztę e-mail pod kątem alertów z serwera wskazujących na możliwe awarie sprzętu (awarie zasilania, spontaniczne ponowne uruchomienie komputera sterującego, awarie podajnika granulek itp.), które wykrywa program analizujący dane TSsystem.</li>
	<li>Zapoznaj się z wykresami wydajności, które kod analizujący dane napisany w TSsystem generuje za każdym razem, gdy jest wywoływany przez czasomierz analizy (zwykle 2-4 razy dziennie). 
	nuta: Czasomierz analizy wywołuje program do analizy danych i tworzenia wykresów w określonych przez użytkownika odstępach czasu. Wywoływany program jest napisany z funkcjami w TSsystem. Wczytuje do hierarchicznej struktury danych surowe dane zebrane z pliku, do którego zapisuje oprogramowanie sterujące protokołem. Następnie analizuje dane i przedstawia wyniki analiz na wykresach. Plik zawierający hierarchiczną strukturę danych jest przechowywany w folderze synchronizacji plików w chmurze. Zapewnia to automatyczne tworzenie kopii zapasowych poza siedzibą firmy. Automatyczna synchronizacja plików przechowuje kopie pliku struktury na komputerach wszystkich pracowników i współpracowników, którym udzielono dostępu. Określone wykresy są automatycznie wysyłane pocztą e-mail do określonych pracowników i współpracowników. Główny badacz może monitorować postęp testów z dowolnego miejsca na świecie w dowolnym czasie i, jeśli to konieczne, zmienić protokół eksperymentalny, on-line, zdalnie od miejsca, w którym testowane są myszy.</li>
	<li>Użyj TSbrowser, aby przeanalizować dane i statystyki podsumowujące w hierarchicznej strukturze danych, gdy stają się dostępne, w czasie quasi rzeczywistym (patrz rysunek 2).</li>
</ol>

<ol><li>Gallistel, C. R., Shizgal, P., Yeomans, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+portrait+of+the+substrate+for+self-stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol.+Rev%22%5BJournal%5D)">A portrait of the substrate for self-stimulation.</a> Psychol. Rev. 88, 228-273 (1981).</li>
<li>Takahashi, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+neurobiology+and+genetics+of+circadian+rhythms+in+mammals%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Molecular neurobiology and genetics of circadian rhythms in mammals.</a> Ann. Rev. Neurosci. 18, 531-553 (1995).</li>
<li>Mackay, T. F. C., Stone, E. A., Ayroles, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+genetics+of+quantitative+traits%3A+challenges+and+prospects%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">The genetics of quantitative traits: challenges and prospects.</a> 10, 565-577 (2009).</li>
<li>Weber, J. N., Peterson, B. K., Hoekstra, H. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discrete+genetic+modules+are+responsible+for+complex+burrow+evolution+in+Peromyscus+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Discrete genetic modules are responsible for complex burrow evolution in Peromyscus mice.</a> Nature. 493, 402-405 (2013).</li>
<li>Balsam, P. D., Drew, M. R., Gallistel, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time+and+Associative+Learning%5BTitle%5D)+AND+%22Compar.+Cogn.+Behav.+Rev%22%5BJournal%5D)">Time and Associative Learning.</a> Compar. Cogn. Behav. Rev. 5, 1-22 (2010).</li>
<li>Gallistel, C. R., Gibbon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Psychol+Rev%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol+Rev%22%5BJournal%5D)">Psychol Rev.</a> Psychol Rev. 107, 289-344 (2000).</li>
<li>Ward, R. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Conditional+Stimulus+Informativeness+Governs+Conditioned+Stimulus%E2%80%94Unconditioned+Stimulus+Associability%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Psychol.+Animal+Behav.+Process%22%5BJournal%5D)">Conditional Stimulus Informativeness Governs Conditioned Stimulus—Unconditioned Stimulus Associability.</a> J. Exp. Psychol. Animal Behav. Process. 38, 217-232 (2012).</li>
<li>Gallistel, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Is+matching+innate%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Anal.+Behav%22%5BJournal%5D)">Is matching innate.</a> J. Exp. Anal. Behav. 87, 161-199 (2007).</li>
<li>Herrnstein, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Derivatives+of+matching%5BTitle%5D)+AND+%22Psychol.+Rev%22%5BJournal%5D)">Derivatives of matching.</a> Psychol. Rev. 86, 486-495 (1979).</li>
<li>Mark, T. A., Gallistel, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinetics+of+matching%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Psychol.+Animal+Behav.+Process%22%5BJournal%5D)">Kinetics of matching.</a> J. Exp. Psychol. Animal Behav. Process. 20, 79-95 (1994).</li>
<li>Brandeis, R., Brandys, Y., Yehuda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+the+Morris+water+maze+in+the+study+of+memory+and+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The use of the Morris water maze in the study of memory and learning.</a> Int. J. Neurosci. 48, 29-69 (1989).</li>
<li>Foucaud, J., Burns, J. G., Mery, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Use+of+spatial+information+and+search+strategies+in+a+water+maze+analog+in+Drosophila+melanogaster%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Use of spatial information and search strategies in a water maze analog in Drosophila melanogaster.</a> PLoS ONE. 5, (2010).</li>
<li>Logue, S. F., Paylor, R., Wehner, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+lesions+cause+learning+deficits+in+inbred+mice+in+the+Morris+water+maze+and+conditioned-fear+task%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Hippocampal lesions cause learning deficits in inbred mice in the Morris water maze and conditioned-fear task.</a> Behav. Neurosci. 111, 104-113 (1997).</li>
<li>Upchurch, M., Wehner, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differences+between+inbred+strains+of+mice+in+Morris+water+maze+performance%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Genet%22%5BJournal%5D)">Differences between inbred strains of mice in Morris water maze performance.</a> Behav. Genet. 18, 55-68 (1988).</li>
<li>Zilles, K., Wu, J., Crusio, W. E., Schwegler, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Water+maze+and+radial+maze+learning+and+the+density+of+binding+sites+of+glutamate%2C+GABA%2C+and+serotonin+receptors+in+the+hippocampus+of+inbred+mouse+strains%5BTitle%5D)+AND+%22Hippocampus%22%5BJournal%5D)">Water maze and radial maze learning and the density of binding sites of glutamate, GABA, and serotonin receptors in the hippocampus of inbred mouse strains.</a> Hippocampus. 10, 213-225 (2000).</li>
<li>Chen, G., King, J. A., Burgess, N., O'Keefe, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+vision+and+movement+combine+in+the+hippocampal+place+code%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">How vision and movement combine in the hippocampal place code.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 110, 378-383 (2013).</li>
<li>Gallistel, C. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGallistel%2C+CR+%22The+organization+of+learning%22">The organization of learning</a>. , Bradford Books/MIT Press. (1990).</li>
<li>Wittlinger, M., Wehner, R., Wolf, H. The desert ant odometer: a stride integrator that accounts for stride length and walking speed. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWittlinger%2C+M+%22J.+Exp.+Biol%22">J. Exp. Biol</a>. 210, (2007).</li>
<li>Challet, E., Mendoza, J., Dardente, H., Pevet, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurogenetics+of+food+anticipation%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Neurogenetics of food anticipation.</a> Eur. J. Neurosci. 30, 1676-1687 (2009).</li>
<li>Arcediano, F., Miller, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Some+constraints+for+models+of+timing%3A+A+temporal+coding+hypothesis+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Learn.+Mot%22%5BJournal%5D)">Some constraints for models of timing: A temporal coding hypothesis perspective.</a> Learn. Mot. 33, 105-123 (2002).</li>
<li>Denniston, J. C., Blaisdell, A. P., Miller, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+Coding+in+Conditioned+Inhibition%3A+Analysis+of+Associative+Structure+of+Inhibition%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Psychol.+Animal+Behav.+Process%22%5BJournal%5D)">Temporal Coding in Conditioned Inhibition: Analysis of Associative Structure of Inhibition.</a> J. Exp. Psychol. Animal Behav. Process. 30, 190-202 (2004).</li>
<li>Balci, F., Freestone, D., Gallistel, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Risk+assessment+in+man+and+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Risk assessment in man and mouse.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 106, 2459-2463 (2009).</li>
<li>Kheifets, A., Gallistel, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mice+take+calculated+risks%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Mice take calculated risks.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 109, 8776-8779 (2012).</li>
<li>Fetterman, J. G., Killeen, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Categorical+scaling+of+time%3A+Implications+for+clock-counter+models%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Exp.+Psychol.+Animal+Behav.+Process%22%5BJournal%5D)">Categorical scaling of time: Implications for clock-counter models.</a> J. Exp. Psychol. Animal Behav. Process. 21, 43-63 (1995).</li>
<li>Luby, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Food+anticipatory+activity+behavior+of+mice+across+a+wide+range+of+circadian+and+non-circadian+intervals%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Food anticipatory activity behavior of mice across a wide range of circadian and non-circadian intervals.</a> PLoS One. 7, (2012).</li>
<li>Lee, S. A., Vallortigara, G., Ruga, V., Sovrano, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Independent+effects+of+geometry+and+landmark+in+a+spontaneous+reorientation+task%3A+a+study+of+two+species+of+fish%5BTitle%5D)+AND+%22Animal+Cogn%22%5BJournal%5D)">Independent effects of geometry and landmark in a spontaneous reorientation task: a study of two species of fish.</a> Animal Cogn. 15, 861-870 (2012).</li>
<li>Rodriguiz, R., Wetsel, W. C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRodriguiz%2C+R+%22Animal+Models+of+Cognitive+Impairment+Ch.+12%22">Animal Models of Cognitive Impairment Ch. 12</a>. Levin, E. D., Buccafusco, J. J. , CRC Press. (2006).</li>
<li>Gallistel, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fully+Automated+Cognitive+Assessment+of+Mice+Strains+Heterozygous+for+Cell--Adhesion+Genes+Reveals+Strain--Specific+Alterations+in+Timing+Precision%5BTitle%5D)+AND+%22Philosoph.+Trans.+Royal+Soc.+B%22%5BJournal%5D)">Fully Automated Cognitive Assessment of Mice Strains Heterozygous for Cell--Adhesion Genes Reveals Strain--Specific Alterations in Timing Precision.</a> Philosoph. Trans. Royal Soc. B. , (2013).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Nasza metoda daje szeroki zakres fizjologicznych, znaczących, ilościowych wyników dotyczących funkcjonowania kilku różnych mechanizmów poznawczych, uczenia się i pamięci, dla wielu myszy jednocześnie, w minimalnym czasie, przy minimalnym nakładzie pracy człowieka i bez zajmowania się obiektami eksperymentalnymi przez dni, tygodnie lub miesiące testów. Te atrybuty pasują do programów badań genetycznych i farmakologicznych. Wykorzystuje minimalnie zmodyfikowany, gotowy sprzęt (pudełka testowe i wanny lęgowe). Dostarcza wię...

Aby wykorzystać potężne techniki genetyki, genetyki molekularnej, biologii molekularnej i neurofarmakologii do wyjaśnienia mechanizmów komórkowych i molekularnych, które pośredniczą w podstawowych mechanizmach poznawczych, potrzebujemy wysokonakładowych, wysokonakładowych metod badań psychofizycznych, które określają ilościowo fizjologicznie znaczące właściwości mechanizmów poznawczych. Psychofizycznie mierzalna, fizjologicznie znacząca właściwość ilościowa mechanizmu to właściwość, którą można zmierzyć za pomocą środków behawioralnych, a także za pomocą środków elektrofizjologicznych lub biochemicznych. Przykładami są widmo absorpcji rodopsyny, okres swobodnego biegu zegara okołodobowego oraz okres refrakcji aksonów nagrody w pęczku przyśrodkowym przodomózgowia1,2. Pomiary psychofizyczne, które można porównać do pomiarów komórkowych i molekularnych, stanowią podstawę do powiązania mechanizmów komórkowych i molekularnych z mechanizmami psychologicznymi poprzez korespondencję ilościową. Na przykład fakt, że widmo absorpcyjne rodopsyny in situ w zewnętrznych segmentach pręcików nakłada się na ludzką funkcję czułości spektralnej skotopowej, jest mocnym dowodem na to, że izomeryzacja rodopsyny wywołana przez fotony jest pierwszym krokiem w widzeniu skotopowym. Ilościowe aspekty złożonych wzorców zachowań mają również kluczowe znaczenie dla stosowania metod QTL w genetyce behawioralnej3,4.
Wydajność myszy (i szczurów) w dobrze znanych instrumentalnych i Pawłowskich protokołach uczenia się zależy od mechanizmów mózgowych, które mierzą abstrakcyjne wielkości, takie jak czas, liczba, czas trwania, tempo, prawdopodobieństwo, ryzyko i lokalizacja przestrzenna. Na przykład, szybkość nabywania reakcji warunkowych Pawłowa zależy od stosunku między średnim odstępem między zdarzeniami wzmacniającymi (zazwyczaj dostawami pokarmu) a średnim opóźnieniem do wzmocnienia po nadejściu sygnału dla zbliżającego się wzmocnienia5-7. Dla drugiego przykładu, stosunek średniego czasu trwania wizyt do dwóch lejów zasypowych w protokole dopasowania jest w przybliżeniu równy stosunkowi współczynników wzmocnienia w tych dwóch lejach8-10.
Metody testowania behawioralnego, obecnie szeroko stosowane przez neurobiologów zainteresowanych mechanizmami leżącymi u podstaw leżących u podstaw, to w większości metody o niskiej objętości, niskiej przepustowości i pracochłonności26. Co więcej, nie mierzą wielkości, które można porównać z wielkościami mierzonymi metodami elektrofizjologicznymi i biochemicznymi, jak na przykład behawioralnie mierzone okresy i fazy oscylatorów okołodobowych można porównać z elektrofizjologicznymi i biochemicznymi pomiarami okresu i fazy okołodobowej. Obecne metody testowania behawioralnego koncentrują się na kategoriach uczenia się, takich jak uczenie się przestrzenne, uczenie się temporalne lub uczenie się strachu, a nie na mechanizmach leżących u ich podstaw. Przykładem tych niedociągnięć jest szeroko stosowany test labiryntu wodnego w uczeniu przestrzennym11-15. Uczenie przestrzenne to kategoria. Uczenie się w tej kategorii zależy od wielu mechanizmów, a jednym z nich jest mechanizm martwej rachuby,16,17. Dead reckoning zależy z kolei od licznika kilometrów, mechanizmu, który mierzy przebiegdystansu 18. Podobnie, uczenie się temporalne jest kategorią. Zegar okołodobowy jest jednym z mechanizmów, od których zależy uczenie się w tej kategorii, ponieważ oscylator z około 24-godzinnym okresem jest potrzebny, aby zwierzęta nauczyły się pory dnia, o której zachodzą zdarzenia17,19. Zegar, który umożliwia przewidywanie jedzenia, nie został jeszcze odkryty19.
Zegar jest mechanizmem mierzącym czas. Oscylatory endogenne z szerokim zakresem okresów pozwalają mózgowi lokalizować zdarzenia w czasie poprzez rejestrowanie faz tych zegarów16,17. Możliwość rejestrowania lokalizacji w czasie umożliwia pomiar czasów trwania, czyli odległości między lokalizacjami w czasie. Uczenie się asocjacyjne zależy od pomiarów czasu trwania przez mózg5,6,20,21. Liczniki to mechanizmy mierzące liczby. Pomiar liczb umożliwia oszacowanie prawdopodobieństwa, ponieważ prawdopodobieństwo jest proporcją między liczebnością podzbioru a liczebnością nadzbioru. Pomiar liczby i pomiar czasu trwania umożliwiają oszacowanie szybkości, ponieważ wskaźnik to liczba zdarzeń podzielona przez czas trwania interwału, w którym ta liczba została zmierzona. Pomiary czasu trwania, liczby, współczynnika i prawdopodobieństwa umożliwiają dostosowanie zachowania do zmieniającego się ryzyka. 22,23 Nasza metoda skupia się na pomiarze dokładności i precyzji tych podstawowych mechanizmów. Dokładność to stopień, w jakim miara mózgu odpowiada obiektywnej mierze. Precyzja to zmienność lub niepewność w pomiarze mózgu ustalonej wartości obiektywnej, na przykład ustalonego czasu trwania. Prawo Webera jest najstarszym i najpewniej ustalonym wynikiem w psychofizyce. Twierdzi ona, że precyzja pomiaru wielkości przez mózg jest ustalonym ułamkiem tej wielkości. Frakcja Webera, która jest współczynnikiem zmienności rozkładu statystyka (σ/μ), mierzy precyzję. Stosunek średniej psychofizycznej (np. średniego ocenianego czasu trwania) do obiektywnej średniej (średniego obiektywnego czasu trwania) jest miarą dokładności.
Przedstawiona tutaj metoda maksymalizuje objętość (liczbę zwierząt poddawanych badaniu w danym momencie na danej powierzchni laboratorium) i przepustowość (ilość uzyskanych informacji podzielona przez średni czas trwania badania przesiewowego pojedynczego zwierzęcia), jednocześnie minimalizując ilość ludzkiej pracy wymaganej do wykonania pomiarów i maksymalizując natychmiastowość, z jaką wyniki badań przesiewowych stają się znane.
Architektura oprogramowania do analizy danych przedstawiona tutaj automatycznie umieszcza surowe dane oraz wszystkie wyniki podsumowujące i statystyki pochodzące z danych w jednej strukturze danych, z nagłówkami pól, które czynią zrozumiałym ogromne morze liczb w nich zawartych. Oprogramowanie analityczne operuje tylko na danych w tej strukturze i zawsze przechowuje wyniki swoich operacji w polach w tej samej strukturze. Zapewnia to nienaruszoną ścieżkę od surowych danych do opublikowanych podsumowań i wykresów.
Oprogramowanie automatycznie zapisuje w strukturze programy kontrolno-eksperymentalne, które zarządzały w pełni zautomatyzowanymi testami, i automatycznie wskazuje, które surowe dane pochodzą z którego programu. W ten sposób zachowuje nieskazitelny ślad danych, bez wątpliwości co do tego, jakie warunki doświadczalne obowiązywały dla każdego zwierzęcia w każdym momencie badania i bez wątpliwości co do tego, w jaki sposób statystyki podsumowujące zostały uzyskane na podstawie surowych danych. Ta metoda przechowywania danych znacznie ułatwia opracowywanie ustandaryzowanych baz danych badań przesiewowych zachowań, umożliwiając innym laboratoriom dalszą analizę tych bogatych zestawów danych.
Ta metoda minimalizuje ryzyko utraty wsparcia dla firmware'u i oprogramowania, od którego zależy. Aparatura badawcza jest banalnie zmodyfikowana z dawno uznanego źródła komercyjnego. Języki programowania to niestandardowy język dostarczony przez producenta sprzętu, służący do kontroli protokołów, a do analizy danych i tworzenia wykresów jest specjalnie zaprojektowanym, niekomercyjnym zestawem narzędzi typu open source (TSsystem) napisanym w bardzo szeroko obsługiwanym komercyjnym języku programowania naukowego, analizy danych i tworzenia wykresów. Przybornik zawiera polecenia wysokiego poziomu służące do wyodrębniania informacji strukturalnych i statystyk podsumowujących z długimi rekordami zdarzeń ze znacznikiem czasu. Programy implementujące protokoły i programy do analizy danych są open source i dokładnie udokumentowane.
System przesiewowy jest schematycznie przedstawiony na rysunku 1. Dziesięć szaf, z których każda zawiera 8 środowisk testowych, można ustawić w pomieszczeniu laboratoryjnym o wymiarach 10 stóp x 15 stóp, umożliwiając jednoczesne uruchamianie 80 myszy. przechodzące przez port w ścianie imprezowej powinny łączyć otoczenie z elektronicznymi/elektrycznymi kartami interfejsu i komputerami w innym pomieszczeniu. Komputery uruchamiają programy kontrolujące protokoły. Na każde 2 szafy (16 środowisk testowych) wymagany jest jeden komputer. Komputery muszą być połączone za pośrednictwem sieci lokalnej z serwerem, na którym działa oprogramowanie do analizy danych i tworzenia wykresów.

<table><tbody><tr><td>Panel połączeń SmartCtrl</td><td>Med Associates</td><td>SG-716B (115)panel</td> <td>sterowania dla wejść/wyjść</td></tr><tr><td>Moduł interfejsu SmartCtrl</td><td>Med Associates</td><td>DIG-716B (114)karta</td> <td>inteligentna dla każdej komory</td></tr><tr><td>uniwersalny Med</td><td>Associates</td><td>SG-210CB (115)</td><td>od karty inteligentnej do panelu sterowania</td></tr><tr><td>Szafka Med</td><td>Associates</td><td>SG-6080C (109)</td><td>szafka do przechowywania kart inteligentnych</td></tr><tr><td>Zasilacz do montażu w szafie</td><td>Med Associates</td><td>SG-500 (112)</td><td>Zasilanie 28 V</td></tr><tr><td>Szeroka komora testowa myszy</td><td>Med Associates</td><td>ENV-307W (31)</td><td>komora testowa</td></tr><tr><td>Pakiet panelu wypełniającego</td><td>Med Associates</td><td>ENV-307W-FP (32)</td><td>panele o różnych rozmiarach do komory testowej</td></tr><tr><td>Szeroka mysz Modułowa siatka</td><td>podłogowa Med Associates</td><td>ENV-307W-GF (31)</td><td>Siatka podłogowa komory testowej</td></tr><tr><td>Detektor wejścia głowicy</td><td>Med Associates</td><td>ENV-303HDW (62)</td><td>wejście głowicy/wejście pelletu do zasobnika</td></tr><tr><td>Dozownik pelletu</td><td>Med Associates</td><td>ENV-203-20 (73)</td><td>podajnik</td></tr><tr><td>Pojemnik na pelety</td><td>Med Associates</td><td>ENV-303W (61)</td><td>zbiornik</td></tr><tr><td>Pojemnik na pellet Light</td><td>Med Associates</td><td>ENV-303RL (62)</td><td>światło</td></tr> <tr><td>zbiornikaHouse Light</td><td>Med Associates</td><td>ENV-315W (43)</td><td>kontroler oświetlenia domowego</td></tr><tr><td>IR</td><td>Med Associates</td><td>ENV-253B (77)</td><td>czujnik wejścia do rury między gniazdem a testem</td></tr><tr><td>Wentylator</td><td>Med Associates</td><td>ENV-025F28 (42)</td><td>wentylator wyciągowy do każdej komory</td></tr><tr><td>Polipropylenowa wanna</td><td></td><td></td><td>gniazdowa</td></tr><tr><td>Akrylowe połączenie rurowe</td><td></td><td></td><td>między gniazdem i obszary testowe</td></tr><tr><td>Szafa stalowa</td><td></td><td></td><td>do przechowywania komór testowych (78 "wys., 48 "szer., 24 "gł.)</td></tr><tr><td>Komputer</td><td></td><td></td> z <td>systemem Windows z oprogramowaniem do kontroli eksperymentów MedPC</td></tr><tr><td>Serwer</td><td></td><td></td><td>z systemem Matlab, połączony z komputerem sterującym za pomocą oprogramowania LAN</td></tr><tr><td></td> Oprogramowanie <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>MedPC Med</td><td>Associates</td><td></td><td>zastrzeżony język programowania sterowania procesami</td></tr><tr><td>Matlab w Statistics Toolbox</td><td>Autorski system programowania do analizy danych i wykresów</td><td>Matlab</td><td></td></tr><tr><td>TSsystem</td><td></td><td>w materiałach uzupełniających w aktualizacjach od starszego autora</td><td>Zestaw narzędzi Matlab o otwartym kodzie źródłowym</td></tr><tr><td>Uwaga: Jest to sprzęt potrzebny dla jednej szafy, zawierającej 8 środowisk testowych. Sprzęt musi być zreplikowany dla każdej takiej szafy. Jednak jeden komputer może sterować 2 szafami (16 środowisk testowych)</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

zautomatyzowane, ilościowe badania poznawczo-behawioralne myszy: do genetyki, farmakologii, poznania zwierząt i nauczania na studiach licencjackich

Automated, Quantitative Cognitive/Behavioral Screening of Mice: For Genetics, Pharmacology, Animal Cognition and Undergraduate Instruction

Opisujemy wysokoprzepustowy, w pełni zautomatyzowany, działający na stałe system testów behawioralnych 24/7 do oceny wpływu manipulacji genetycznych i farmakologicznych na podstawowe mechanizmy poznania i uczenia się u myszy. Standardowa polipropylenowa obudowa myszy jest połączona za pomocą akrylowej rurki ze standardową komercyjną skrzynką testową myszy. Skrzynka testowa posiada 3 zbiorniki, z których 2 są podłączone do podajników pelletu. Wszystkie są wewnętrznie oświetlone diodą LED i monitorowane pod kątem wejścia głowicy za pomocą wiązek podczerwieni (IR). Myszy żyją w środowisku, co eliminuje obchodzenie się z nimi podczas badań przesiewowych. Uzyskują pożywienie podczas dwóch lub więcej dziennych okresów karmienia, wykonując protokoły instrumentalne (instrumentalne) i Pawłowa (klasyczne), dla których napisaliśmy oprogramowanie do kontroli protokołów oraz oprogramowanie do analizy danych i wykresów w czasie quasi-rzeczywistym. Procedury analizy danych i tworzenia wykresów są napisane w języku opartym na MATLAB, stworzonym w celu znacznego uproszczenia analizy dużych, oznaczonych znacznikiem czasu rekordów zdarzeń behawioralnych i fizjologicznych oraz zachowania pełnego śladu danych od surowych danych przez wszystkie analizy pośrednie do opublikowanych wykresów i statystyk w ramach jednej struktury danych. Kod analizy danych zbiera dane kilka razy dziennie i poddaje je analizom statystycznym i graficznym, które są automatycznie przechowywane w "chmurze" i na komputerach w laboratorium. W ten sposób postęp poszczególnych myszy jest codziennie wizualizowany i określany ilościowo. Kod analizy danych komunikuje się z kodem kontrolnym protokołu, umożliwiając automatyczne przechodzenie od protokołu do protokołu poszczególnych podmiotów. Wdrożone protokoły behawioralne obejmują dopasowywanie, automatyczne kształtowanie, czasowe przełączanie zbiorników, ocenę ryzyka w czasowym przełączaniu zbiorników, pomiar impulsywności oraz okołodobowe przewidywanie dostępności żywności. Kod open source do kontroli protokołów i analizy danych sprawia, że dodawanie nowych protokołów jest proste. Osiem środowisk testowych mieści się w szafie o wymiarach 48 cali x 24 cale x 78 cali; Dwie takie szafy (16 środowisk) mogą być sterowane przez jeden komputer.

System można i należy wykorzystywać do przeprowadzania protokołów dostosowanych do celów indywidualnego badacza lub nauczyciela. Opracowaliśmy jednak zestaw 3 protokołów, które powinny okazać się przydatne w szerokozakresowym przesiewie myszy modyfikowanych genetycznie oraz w szerokozakresowych badaniach farmakologicznych: protokół dopasowania (matching protocol), protokół autokształtowania dla 2 podajników (2-hopper autoshaping protocol) oraz protokół przełączania (switch protocol). Protokół dopasowania mierzy zdolność ...

W pełni zautomatyzowany system do pomiaru fizjologicznie istotnych właściwości mechanizmów pośredniczących w lokalizacji przestrzennej, lokalizacji czasowej, czasie trwania, szacowaniu szybkości i prawdopodobieństwa, ocenie ryzyka, impulsywności oraz dokładności i precyzji pamięci, w celu oceny wpływu manipulacji genetycznych i farmakologicznych na podstawowe mechanizmy poznawcze u myszy.

Zautomatyzowane, ilościowe badania poznawczo-behawioralne myszy: do genetyki, farmakologii, poznania zwierząt i nauczania na studiach licencjackich

We describe a high-throughput, high-volume, fully automated, live-in 24/7 behavioral testing system for assessing the effects of genetic and ...

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest przesiewowe badanie myszy poddanych manipulacjom genetycznym i farmakologicznym w celu wykrycia zaburzeń oraz podstawowych mechanizmów poznawczych. Jest to realizowane poprzez psychofizyczne pomiary istotnych fizjologicznie właściwości ilościowych w pełni zautomatyzowanym, wysokoprzepustowym systemie fenotypowania behawioralnego działającym w trybie 24/7. Kolejnym krokiem jest analiza i graficzne przedstawienie napływających danych w czasie quasi rzeczywistym, co umożliwia zautomatyzowaną kontrolę przebiegu testów w czasie rzeczywistym dla każdej myszy z osobna.Następnie surowe dane, kod protokołu testowego oraz wszystkie statystyki pośrednie są archiwizowane w jednej strukturze danych. Aby udostępnić dane publicznie i zachęcić do dalszych analiz, wyniki wskazują na specyficzne dla szczepu zmiany w czasowej frakcji par w oparciu o zadanie przełączania. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z innymi metodami, takimi jak labirynt wodny, jest to, że dostarcza ona fizjologicznie istotnych wyników, charakteryzuje się bardzo wysoką przepustowością i nie wymaga manipulowania myszami.Zastosowanie tej metody może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu neurogenetyki poznawczej, takie jak: czy istnieją szczepy mutanty, które wykazują ilościowe zmiany w mechanizmach pomiaru przedziałów czasowych? Implikacje tej techniki rozciągają się na terapię lub diagnostykę genetycznych deficytów poznawczych, ponieważ może ona doprowadzić do odkrycia genów określających krytyczne komponenty tych mechanizmów. Osoby rozpoczynające pracę z tą metodą powinny znać podstawy programowania w MATLAB oraz rozumieć możliwości ilościowego, zautomatyzowanego testowania psychofizycznego.Pomysł stworzenia tego systemu pojawił się u mnie i Adama, gdy zauważyliśmy, że testy przeprowadzane na myszach modyfikowanych genetycznie są czasochłonne i nieilościowe. System testów behawioralnych należy ustawić w standardowym pomieszczeniu laboratoryjnym, rozmieszczając 10 szafek na pokój i osiem środowisk testowych w każdej szafce. Pozwala to na jednoczesne badanie 80 myszy. Każde środowisko testowe składa się z polipropylenowego pojemnika dla myszy połączonego za pomocą akrylowej rurki z pudełkiem testowym dla myszy.Klatka testowa posiada trzy zasypy, które są monitorowane przez wiązki podczerwieni. Dwa zewnętrzne zasypy są wyposażone w podajniki granulek i mogą dostarczać pokarm w formie granulek, podczas gdy zasyp środkowy nie dostarcza pokarmu. Przewody przechodzące przez otwór w ścianie działowej łączą środowiska testowe z kartami interfejsu elektrycznego i dedykowanymi komputerami w innym pomieszczeniu, na których uruchomione są programy sterujące protokołem.Jeden komputer jest wymagany na każde dwie szafy. Komputery te są połączone za pomocą lokalnej sieci komputerowej z serwerem, na którym zainstalowane jest oprogramowanie do analizy danych i tworzenia wykresów. Skonfiguruj lokalną sieć komputerową w taki sposób, aby serwer z zainstalowanym oprogramowaniem do analizy danych miał dostęp do dysków twardych komputerów sterujących środowiskami testowymi.Następnie należy utworzyć konto do synchronizacji plików w celu przechowywania danych w chmurze. Dodaj folder systemowy TS oraz jego podfoldery do ścieżki wyszukiwania programu MATLAB i upewnij się, że folder systemowy TS jest folderem synchronizowanym z chmurą. System TS to biblioteka oprogramowania open source zawierająca ponad 30 funkcji wysokiego poziomu napisanych w MATLAB, które ułatwiają tworzenie złożonego kodu do analizy danych i generowania wykresów.W bibliotece narzędzi systemu TS wywołaj funkcję Ts, aby utworzyć hierarchiczną strukturę danych, w której surowe dane oraz wszystkie pochodne z nich wyniki będą umieszczane przez pozostałe funkcje biblioteki narzędzi systemu TS. Następnie wywołaj funkcję ts add protocol, aby określić parametry kontrolne protokołu eksperymentalnego, zdefiniować kod decyzyjny, który zautomatyzuje decyzję o zakończeniu protokołu i przejściu do kolejnego, oraz określić kryteria decyzyjne, które zostaną zastosowane. Teraz umieść myszy w środowiskach testowych 24 7 live-in, jedną mysz na każde środowisko.Zanotuj numery identyfikacyjne myszy, numer klatki oraz literę identyfikującą komputer sterujący eksperymentem w sieci lokalnej wraz z jego adresem IP. Następnie wywołaj polecenie ts start session, aby rozpocząć sesję eksperymentalną. Sesje eksperymentalne trwają od jednego do dwóch tygodni, podczas których przeprowadzanych jest kilka różnych protokołów testów behawioralnych.Następnie na jednym komputerze sterującym wywołaj makro, które uruchomi wszystkie moduły sterowane przez ten komputer. Makro to zostało utworzone przez TS start session. Powtórz tę czynność na pozostałych komputerach sterujących.Analizę danych można przeprowadzić poprzez napisanie nowego kodu do analizy danych i generowania wykresów z wykorzystaniem poleceń z zestawu narzędzi systemu TS lub poprzez użycie bądź modyfikację istniejącego kodu do analizy danych i generowania wykresów dostarczonego w bibliotece Ts. Po rozpoczęciu eksperyment przebiega w większości automatycznie, choć przez cały czas trwania badania wymagany jest pewien nadzór. Należy monitorować pocztę elektroniczną pod kątem powiadomień z programu analizującego dane systemu TIA, wskazujących na możliwe awarie sprzętu, takie jak przerwy w dostawie prądu, spontaniczna kontrola, ponowne uruchomienia komputera oraz awarie podajnika pelletu.Powiadomienia e-mail te umożliwiają terminową naprawę usterki dwa do czterech razy na dobę podczas badania. Wykresy wydajności są generowane przez kod analizujący dane systemu TS za każdym razem, gdy jest on wywoływany przez timer analizy. Wykresy te można monitorować z dowolnego miejsca na świecie o każdej porze, a w razie potrzeby protokół eksperymentalny można zrewidować zdalnie online, poza miejscem, w którym testowane są myszy.Należy również skorzystać z przeglądarki TS do analizy danych i statystyk podsumowujących w hierarchicznej strukturze danych, które stają się dostępne w czasie quasi rzeczywistym; skumulowane wykresy niezrównoważenia dla pelletów, określanych jako dochód (income), przedstawiono kolorem czerwonym, a czas trwania wizyty kolorem czarnym dla trzech myszy typu dzikiego oraz trzech heterozygot L1. Odwrócenie harmonogramu wystąpiło w punkcie, w którym nachylenia linii skierowały się w dół, co dla trzech myszy zaznaczono pionowymi czerwonymi liniami przerywanymi. Nachylenie skumulowanego wykresu niezrównoważenia wizyt (linia czarna) ściśle odpowiada nachyleniu skumulowanego niezrównoważenia dochodu.Czerwona linia wskazuje na niemal idealne dopasowanie stosunku średniego czasu trwania wizyt do stosunku dochodów. Należy zwrócić uwagę, jak szybko stosunek czasu trwania wizyt dostosowuje się do zmiany stosunku dochodów w punktach punktów przegięcia w dół. Z drugiej strony, inna mysz nie zdołała dopasować się podczas drugiej sesji karmienia, co obrazuje zerowe nachylenie skumulowanych wizyt.Wykres niezrównoważenia czasu trwania zaznaczono kolorem czarnym, natomiast nachylenie niezrównoważenia dochodu zaznaczono kolorem czerwonym i jest ono znacząco dodatnie. Jednakże podczas trzeciej fazy karmienia nachylenia są równoległe, co oznacza, że mysz ta zaczęła nagle na początku tej fazy dostosowywać stosunek wizyt do stosunku dochodu. Wyraźnie zatem wynika z tego, że była ona zdolna do takiego działania, ale z jakiegoś powodu nie robiła tego przez część testów.Ilustruje to znaczenie wizualizacji całego przebiegu wyników, zamiast polegania wyłącznie na kilku statystykach podsumowujących. Ta mysz dopasowała się precyzyjnie podczas pierwszego stosunku zysków, lecz po jego odwróceniu nie dokonała pełnej zmiany preferencji; inna mysz wykazała nadmierne dopasowanie podczas trzeciej fazy karmienia. Oznacza to, że jej średnia nierównowaga wizyt była większa niż średnia nierównowaga zysków i nie dostosowała się ona w pełni do odwrócenia nierównowagi zysków.Należy jednak zauważyć, że wszystkie sześć myszy, zarówno trzy osobniki typu dzikiego, jak i trzy heterozygoty, dopasowały się z precyzją już podczas pierwszej czterogodzinnej fazy karmienia i wykazały gwałtowną reakcję na odwrócenie stosunku zysków. Świadczy to o prawidłowym funkcjonowaniu u heterozygot wielu podstawowych mechanizmów poznawczych, takich jak szacowanie czasu trwania, szacowanie liczby, szacowanie tempa, lokalizacja przestrzenna oraz zdolność zapamiętywania prostych ilości abstrakcyjnych. W neurogenetyce poznawczej określenie tego, co nadal funkcjonuje prawidłowo, jest równie ważne, co znalezienie elementów, które nie działają lub wykazują interesujące zmiany ilościowe w swoim funkcjonowaniu.Skumulowane cykle lub wizyta w zasobniku pierwszym, a następnie wizyta w zasobniku drugim, po której następuje powrót do zasobnika pierwszego, są przedstawione jako funkcja czasu trwania sesji. Przerywane zielone linie pionowe oznaczają początek faz karmienia. Ciągłe czerwone linie pionowe oznaczają.Przesunięcie karmienia, czyli szybkość z jaką mysz zaczyna cyklicznie przemieszczać się między zasobnikami, jest miarą tego, co można określić jako jej śmiałość lub tendencję do eksploracji. Pięć z sześciu osobników wykazało pewną eksplorację przed rozpoczęciem pierwszej fazy karmienia i gwałtownie zaczęło cyklicznie przemieszczać się między zasobnikami natychmiast po jej rozpoczęciu. Jedna mysz nie wykazała jednak żadnych zachowań eksploracyjnych, nie wykonała ani jednego cyklu aż do połowy drugiej fazy karmienia, w którym momencie gwałtownie zaczęła cyklicznie przemieszczać się między zasobnikami.Analiza eksperymentów dotyczących warunkowania instrumentalnego i klasycznego dostarcza kumulatywnych zapisów szybkości rozpoczynania prób. Eksperymenty te służyły do pomiaru tempa uczenia się, rozumianego jako liczba parowań poprzedzających wystąpienie zachowania warunkowego. Pionowe linie przerywane zaznaczają próbę nabycia w każdym zapisie.Próba nabycia to pierwsza próba, w której następuje istotny wzrost prędkości inicjacji próby, pod warunkiem że nowa wyższa prędkość jest większa niż prędkość w pierwszym segmencie. Ten warunek drabinowy jest wymagany, ponieważ czasami przed pierwszym istotnym wzrostem występuje istotny spadek. Przedstawiono tutaj dystrybucje skumulowane latencji inicjacji prób.Punkt nad osią X, w którym pozioma linia na poziomie 0,5 przecina rozkład skumulowany, stanowi medianę latencji rozpoczęcia próby. Przedstawiono tutaj zapisy skumulowane różnic między częstotliwością uderzeń podczas iluminacji zasobnika z pokarmem a częstotliwością uderzeń podczas poprzedzającego go odstępu między próbami. Początkowo nachylenie tego zapisu wynosi zero lub jest ujemne, ponieważ mysz uderza rzadziej podczas iluminacji zasobnika niż podczas odstępu między próbami.Nachylenie staje się dodatnie w momencie, gdy mysz zaczyna wciskać nos do oświetlonego zasobnika w oczekiwaniu na nadchodzącą dostawę pelletu. Pełne kropki zaznaczają punkt, w którym nachylenie staje się dodatnie, co na tych wykresach odpowiada próbie, w której po raz pierwszy niezawodnie pojawia się reakcja uwarunkowana. Niebieskie linie to empiryczne funkcje rozkładu skumulowanego, przedstawiające skumulowany rozkład opóźnień przełączenia dla jednej myszy przy trzech różnych ustawieniach opóźnienia podawania pokarmu w odległym zasobniku.Cienkie czerwone krzywe, które niemal idealnie pokrywają się z funkcjami empirycznymi, to funkcje belga sześcioparametrowe dopasowane do tych danych. Grube czerwone linie to odpowiadające im funkcje gęstości prawdopodobieństwa dla rozkładów mieszanych belga. Skrócenie długiego opóźnienia w podawaniu pokarmu spowodowało, że mysz skróciła średni czas opóźnienia przełączeń i zwiększyła ich precyzję.Spowodowało to również pojawienie się niektórych przełączeń impulsowych, co obrazuje wybrzuszenie w lewym ogonie funkcji gęstości prawdopodobieństwa na dolnym wykresie. Miarą tej impulsywności jest ułamek mieszaniny przypisany do komponentu Weibulla przez najlepiej dopasowaną wersję rozkładu mieszanego Weibulla i Gaussa. W tej analizie krótkie próby są oznaczone małymi czerwonymi plusami na dole wykresu, natomiast długie próby są oznaczone małymi czerwonymi plusami na górze wykresu.Zmiana gęstości powstałych czerwonych smug na dole i na górze wskazuje na zmianę względnej częstotliwości prób krótkich i długich. Latencje przełączeń są zaznaczone małymi pustymi kółkami. Należy zauważyć, że gdy kolor czerwony na dole staje się gęstszy, co oznacza większe prawdopodobieństwo prób krótkich, małe kółka przesuwają się w górę, a gdy kolor czerwony na górze staje się gęstszy, co oznacza wzrost prawdopodobieństwa prób długich, kółka przesuwają się w dół.Niebieskie linie reprezentują mediany rozkładów. Przedstawiono tutaj 24-godzinny wykres rastrowy zdarzeń behawioralnych i środowiskowych w ciągu 90-dniowego okresu testowego. Czarne kropki rejestrują pchnięcia (pokes), a czerwone i zielone kropki rejestrują dostarczenie peletu do dwóch podajników z paszą.Pierwsze czarne trójkąty oznaczają wyłączenie świateł, natomiast drugie czarne trójkąty oznaczają włączenie świateł; pierwsza kolumna cyjanowych trójkątów rejestruje początek wieczornego przedziału żerowania, który przypada na godzinę przed samym zmierzchem, a druga kolumna cyjanowych trójkątów rejestruje koniec wieczornego przedziału żerowania, który następuje trzy godziny po wyłączeniu świateł. Te purpurowe trójkąty rejestrują niepodpisany początek porannych przedziałów żerowania, który przypada na dwie godziny przed włączeniem świateł, a ostatnia kolumna purpurowych trójkątów rejestruje końce porannego żerowania. Początki aktywności antycypacyjnej przed wieczornym żerowaniem są oznaczone niebieskimi gwiazdkami między szóstym a 15 dniem.Po rozpoczęciu testów myszy zaczynają wykazywać aktywność uderzania w otwór w oczekiwaniu na pokarm na około godzinę przed zmierzchowym przedziałem karmienia, co wskazuje na uformowanie się pamięci okołodobowej. Heterozygoty z mutacją w genie L one wykazują większą precyzję pomiaru odstępów czasowych niż ich kontrolne rodzeństwo typu dzikiego. Rysunek ten przedstawia skumulowane rozkłady szacunków precyzji dla kontroli typu dzikiego jako linie ciągłe oraz dla ich zygotycznego rodzeństwa jako linie przerywane, podczas gdy próby przeprowadzano w blokach z coraz węższymi odstępami między punktami orientacyjnymi w czasie, co zaznaczono różnicami w kolorach.Z kolei heterozygoty z mutacją bat faced lub BFC wykazują niższą precyzję pomiaru odstępów czasowych niż kontrole typu dzikiego. Po opanowaniu tej techniki testowanie może trwać od jednego dnia do kilku tygodni. Dopasowanie zajmuje tylko jeden dzień.Uczenie antycypacyjne trwa od dwóch do trzech tygodni.

automated-quantitative-cognitivebehavioral-screening-mice-for

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Automatyczne, ilościowe przesiewowe badania poznawcze/behawioralne myszy: dla genetyki, farmakologii, poznawczego funkcjonowania zwierząt i nauki dla studentów pierwszego roku

Ten artykuł przedstawia protokół dla kontekstowego i podpowiedzianego testu warunkowania strachu przy użyciu systemu analizy wideo do oceny uczenia się strachu i pamięci u myszy.

Kontekstowy i sygnalizowany test warunkowania strachu przy użyciu systemu analizy wideo u myszy

Długotrwałe i kompleksowe monitorowanie myszy w środowisku domowym pozwala na głębsze zrozumienie nieprawidłowych zachowań w mysich modelach chorób mózgu. W artykule opisano Zintegrowaną Stację Behawioralną (INBEST) jako kluczowy komponent współczesnej analizy behawioralnej.

Fenotypowanie behawioralne modeli chorób myszy za pomocą Zintegrowanej Stacji Behawioralnej (INBEST)

Zdolność do oceny funkcji wykonawczych, takich jak elastyczność behawioralna u szczurów, jest przydatna do badania neurobiologii funkcji poznawczych zarówno u nienaruszonych zwierząt, jak i w modelach chorób. W tym miejscu opisujemy zautomatyzowane zadania do oceny zmiany strategii i odwróconego uczenia się, które są szczególnie wrażliwe na zakłócenia w sieciach kory przedczołowej.

Procedury instrumentalne do oceny elastyczności behawioralnej u szczurów

Ten protokół opisuje metodę ilościowego określania towarzyskości myszy. Myszy są filmowane, gdy poruszają się i wchodzą w interakcje w specjalnej klatce. Przetwarzanie filmów pozwala na zautomatyzowaną kwantyfikację towarzyskości z doskonałą dokładnością i niezawodnością.

Eksperymentalna ocena towarzyskości myszy przy użyciu podejścia do zautomatyzowanego przetwarzania obrazu

Stereotaktyczne wstrzykiwanie lentiwirusów wyrażających cDNA lub shRNA może modulować ekspresję genów w określonych obszarach mózgu myszy. W tym miejscu przedstawiamy protokół łączący zastrzyki stereotaktyczne z zadaniami behawioralnymi, takimi jak Test Otwartego Pola (OFT) i Test Wymuszonego Pływania (FST).

Zastosowanie techniki iniekcji stereotaktycznej do badania wpływu genetycznego na zachowania zwierząt

Bardziej ograniczone, powtarzające się zachowania (RRB) zakłócają życie osób dotkniętych tym problemem.  Zachowania te są trudne do modelowania u gryzoni, co utrudnia podstawowe badania biomedyczne nad potencjalnymi terapiami lub interwencjami w przypadku RRB.  W tym miejscu opisujemy eksplorację nowych obiektów jako potencjalny test dla RRB wyższego rzędu u myszy.

Eksploracja nowych obiektów jako potencjalny test dla powtarzających się zachowań wyższego rzędu u myszy

Testy behawioralne są używane w badaniach przedklinicznych do oceny fenotypowych skutków choroby lub leczenia na samopoczucie zwierzęcia. Aby globalnie ocenić funkcjonowanie motoryczne, wybraliśmy testy ogólnej lokomocji, siły mięśniowej i koordynacji: odpowiednio test otwartego pola, test siatki i test rotarod.

Bateria testów behawioralnych oceniających ogólną lokomocję, siłę mięśni i koordynację u myszy

Opisane tutaj jest etapowe, behawioralne podejście przesiewowe, które może być użyte do badania przesiewowego pod kątem związków wykazujących skuteczność in vivo na poznawcze i funkcjonalne zachowania motoryczne w transgenicznych mysich modelach β-amyloidozy i tauopatii. Metody te są zoptymalizowane pod kątem badań przesiewowych związków pod kątem aktywności w zadaniach pamięci krótkotrwałej i roboczej.

Ocena spontanicznej przemiany, rozpoznawania nowych obiektów i zaciskania kończyn w transgenicznych mysich modelach β amyloidu i neuropatologii tau

Ten artykuł opisuje protokół oceny funkcji poznawczych dla modeli genetycznych choroby Alzheimera przy użyciu systemu IntelliCage, który jest wysokowydajnym zautomatyzowanym systemem monitorowania zachowań z warunkowaniem instrumentalnym.

Zautomatyzowany, długoterminowy test behawioralny funkcji poznawczych w wielu modelach genetycznych choroby Alzheimera z wykorzystaniem IntelliCage

Kompleksowy test behawioralny obejmujący umiejętności motoryczne, nastrój - w tym interakcje społeczne, depresję i lęk - oraz funkcje poznawcze jest przeznaczony do wielokrotnej oceny zmian behawioralnych związanych z neurodegeneracją u myszy.

Bateria testów behawioralnych do wielokrotnej oceny zdolności motorycznych, nastroju i funkcji poznawczych u myszy

Modele gryzoni są cennymi narzędziami do badania podstawowych zachowań związanych z zaburzeniami ze spektrum autyzmu (ASD). W tym artykule wyjaśniamy dwa testy behawioralne do modelowania podstawowych cech ASD u myszy: samopielęgnację, który ocenia powtarzające się zachowanie, oraz trzykomorowy test interakcji społecznych, który dokumentuje upośledzenia społeczne.

Strategie oceny zachowań podobnych do autystycznych u myszy

Poznaj zautomatyzowaną metodę badania poznania u myszy w systemie 24/7, która mierzy lokalizację przestrzenną, pamięć i impulsywność. System umożliwia analizę danych w czasie rzeczywistym.

Zautomatyzowane, ilościowe badania poznawczo-behawioralne myszy: do genetyki, farmakologii, poznania zwierząt i nauczania na studiach licencjackich (Wideo) | JoVE Journal

Zautomatyzowane, ilościowe badania poznawczo-behawioralne myszy: do genetyki, farmakologii, poznania zwierząt i nauczania na studiach licencjackich

Przeglądaj więcej filmów