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

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