Wykorzystanie treningu klikerowego i obserwacji społecznej do nauczenia szczurów dobrowolnej zmiany klatek
25 października 2018
Ten protokół wprowadza metodę zmiany klatki dla szczurów poprzez trening klikerowy. Szczury uczą się pożądanego zachowania nie tylko poprzez bezpośrednie szkolenie, ale także poprzez uczenie się przez obserwację. Wdrożenie tego szybkiego i łatwego protokołu może przyczynić się do poprawy samopoczucia i higieny w obiektach dla gryzoni.
Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania w rozwijającej się dziedzinie strategii środowiskowych dla gryzoni laboratoryjnych, takich jak redukcja stresu w rutynowych procedurach hodowlanych. Główną zaletą tej techniki jest to, że może ona pomóc w usprawnieniu rutynowego procesu zmiany klatek, a tym samym przyczynić się do poprawy samopoczucia szczurów laboratoryjnych. Ogólnie rzecz biorąc, osoby nowe w tej metodzie mogą mieć trudności, ponieważ czas nagradzania i ogólne obchodzenie się ze szczurami są niezwykle ważne.
Najpierw przynieś klatkę domową na obszar treningowy, który powinien być cichym miejscem z ograniczonymi rozpraszaczami. Upewnij się, że wszystkie wymagane materiały, takie jak nagroda, kliker, kij do tarczy, minutnik, metalowa rurka, czysta klatka i wszelkie inne materiały szkoleniowe są pod ręką. Krytycznie obserwuj szczury pod kątem jakichkolwiek oznak dyskomfortu podczas całej procedury.
Następnie usuń wszystkie przedmioty z klatki domowej. W klatce powinien pozostać tylko wyszkolony szczur i szczur obserwator oraz materiał ściółkowy. Umieść krótki tunel w klatce domowej, najlepiej wykonany z materiału, który szczur jest zaznajomiony.
Poczekaj, aż szczur usiądzie w tunelu, a następnie zaoferuj mu nagrodę. Gdy tylko szczur wykaże zainteresowanie i ma zamiar zacząć skubać nagrodę, kliknij, a następnie pozwól szczurowi pożywić się nagrodą. Aby upewnić się, że parowanie dwóch wzmacniaczy się powiedzie, powtórz kliknięcie, a następnie nagradzanie przez 15 sekund.
Jeśli szczur nie żeruje w okolicznościach sytuacji treningowej, faza przyzwyczajenia musi zostać przedłużona lub dostosowana. Jeśli szczur nie brał udziału, sprawdź, czy nie ma oznak związku między pierwotnym i wtórnym wzmacniaczem, podając kliknięcie bez nagrody. Oznaki związku obejmują węszenie nagrody przez szczura, rozglądanie się w poszukiwaniu nagrody lub podnoszenie się do przednich kończyn w poszukiwaniu nagrody.
Jeśli tak się stanie, przejdź do następnej części, w przeciwnym razie powtórz trening pierwszego dnia. W następnej fazie treningu umieść krótki tunel z tego samego materiału, co tunel, który ma być użyty do połączenia dwóch klatek. Uruchom stoper i od razu rozpocznij trening przez pierwsze 30 sekund.
Gdy szczur po raz pierwszy okaże zainteresowanie tunelem, przedstaw nagrodę na końcu tunelu. Gdy tylko szczur wejdzie do tunelu, kliknij, a następnie pozwól szczurowi zjeść nagrodę. Zabierz nagrodę w postaci jedzenia i poczekaj, aż szczur ponownie wykaże zainteresowanie tunelem.
Kliknij, gdy tylko szczur wejdzie do tunelu i przedstaw nagrodę na końcu tunelu. Po 30 sekundach treningu usuń tunel na 15-sekundową przerwę. Powtórz 30-sekundowy trening z następującą po nim 15-sekundową przerwą przez cztery minuty.
Jeśli szczur wykazuje pożądane zachowanie częściej niż cztery razy na minutę, przestań klikać i po prostu nagradzaj głównym wzmacniaczem. Uruchom stoper i natychmiast rozpocznij pierwsze 30 sekund treningu, umieszczając kulę tarczową drążka w pobliżu szczura. Gdy tylko szczur wykaże zainteresowanie kulą ziemską, kliknij i nagrodź szczura.
Powtórz to kilka razy. Dodaj przerwę co 15 sekund, a następnie kontynuuj trening. Jeśli szczur wykazuje zainteresowanie kulą ziemską więcej niż cztery razy na minutę, następnym zachowaniem, które należy wzmocnić, jest dotknięcie kuli ziemskiej nosem.
Jeśli szczur powtarza to zachowanie więcej niż cztery razy na minutę, przestań klikać i po prostu nagradzaj go głównym wzmacniaczem. Tutaj wzmocnione jest tylko przejście tunelu w kierunku czystej klatki. Zbuduj połączenie między klatką domową a nową czystą klatką za pomocą tunelu, wstawiając dłuższą wersję tunelu, która jest już znana szczurowi.
Pierwszego dnia nie wykonuj żadnego treningu i po prostu pozwól szczurom sprawdzić tunel. Jest duża szansa, że przejdą przez tunel o własnych siłach. Drugiego dnia daj szczurowi dwie minuty na samodzielne przejście przez tunel z brudnej na czystą stronę.
Jeśli szczur nie porusza się przez tunel, rozpocznij pierwszą 30-sekundową sesję treningową, klikając i nagradzając szczura, gdy tylko wykaże zainteresowanie tunelem. Następnie kliknij i nagrodź wejście szczura do tunelu, a następnie kliknij i nagrodź, jeśli szczur wejdzie głębiej w tunel. Kontynuuj w podobny sposób, aż szczur przebiegnie przez cały tunel.
Gdy tylko szczur zacznie zaglądać z końca tunelu do czystej klatki, pokaż kulę ziemską kija tarczowego, kliknij i nagrodę za dotknięcie kuli ziemskiej. Na koniec poprowadź szczura, aby opuścił tunel. Umieść kulę ziemską przed tunelem i kliknij i nagrodź szczura, gdy tylko wejdzie do nowej klatki i dotknie kuli ziemskiej.
Połóż jedną rękę pod brzuchem lub wokół klatki piersiowej i podeprzyj tylne nogi szczura, aby wyjąć go z czystej klatki i umieścić z powrotem w brudnej klatce. Następnie zaprezentuj kulę ziemską kija celowniczego na środku czystej klatki. Kliknij i nagrodź, gdy szczur przebiegnie przez tunel i dotknie drążka docelowego.
Jeśli szczur powtarza to zachowanie więcej niż cztery razy na minutę, przestań klikać i po prostu nagradzaj go głównym wzmacniaczem. 10 samic szczurów z kapturem Lister zostało przeszkolonych w zmienianiu klatki za pomocą metalowej rurki poprzez trening klikerowy. Szkolenie było oceniane w trzech kategoriach.
Brak partycypacji, zachowania eksploracyjne i zachowania ukierunkowane. Wszystkie szczury nauczyły się wytrenowanego zachowania po pięciu dniach treningu. Po czterech tygodniach obserwacji, koledzy z klatki wyszkolonych szczurów zostali ocenieni pod kątem dobrowolnego zachowania polegającego na zmianie klatki.
Ogólnie rzecz biorąc, 80% grupy uczącej się obserwacyjnie zmieniło klatki za pomocą metalowej rury. Po czterech tygodniach treningu wszystkie szczury zostały skrępowane, a wokalizacje, defekacja i oddawanie moczu zostały zarejestrowane i zsumowane w celu obliczenia wyniku zachowania związanego ze strachem dla każdego szczura. Grupa nieprzeszkolona wykazała wyższy wynik zachowania związanego ze strachem w porównaniu z grupami wyszkolonymi i obserwacyjnymi.
Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać, aby obserwować szczury pod kątem wszelkich oznak dyskomfortu i że wszystkie interakcje muszą odbywać się w sposób przyjazny dla zwierząt. Zgodnie z tą procedurą, eksperymenty w innych dziedzinach nauki, takich jak behawioryzm, neurobiologia lub immunologia, mogą być przeprowadzane z korzyścią dla szczęśliwych, niezestresowanych zwierząt.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejszy protokół przedstawia metodę zmiany klatki dla szczurów z wykorzystaniem treningu klikerowego, kładąc nacisk zarówno na bezpośrednie szkolenie, jak i uczenie się przez obserwację. Ten szybki i prosty protokół ma na celu poprawę dobrostanu oraz higieny gryzoni laboratoryjnych.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Zachowanie zwierząt
- Dobrostan zwierząt laboratoryjnych
Wstęp
- Rutynowe procedury hodowlane mogą wywoływać stres u gryzoni laboratoryjnych.
- Udoskonalenie procesów wymiany ściółki w klatkach może poprawić dobrostan zwierząt.
- Trening z klikerem jest metodą wykorzystującą pozytywne wzmocnienie.
- Uczenie się przez obserwację może ułatwić proces treningu.
Cel badania
- Opracowanie metody ograniczającej stres podczas wymiany klatek.
- Poprawa dobrostanu szczurów laboratoryjnych poprzez efektywny trening.
- Dostarczenie protokołu, który jest łatwy do wdrożenia w pomieszczeniach dla gryzoni.
Zastosowane metody
- Trening z użyciem klikera w celu modyfikacji zachowania.
- Wykorzystanie nagród do wzmacniania pożądanych zachowań.
- Obserwacja szczurów pod kątem oznak dyskomfortu podczas treningu.
- Przygotowanie cichego obszaru treningowego z niezbędnymi materiałami.
Główne wyniki
- Metoda ta zwiększa wydajność procedur wymiany klatek.
- Szczury wykazują zredukowany poziom stresu podczas manipulacji i zmian klatek.
- Szkolenie może być skutecznie prowadzone przy minimalnym dyskomforcie.
- Uczenie się przez obserwację odgrywa istotną rolę w procesie szkolenia.
Wnioski
- Niniejszy protokół może poprawić dobrostan szczurów laboratoryjnych.
- Trening z wykorzystaniem klikera jest skuteczną metodą usprawnienia rutynowej pielęgnacji.
- Wdrożenie tej metody może przyczynić się do poprawy higieny w pomieszczeniach dla gryzoni.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Niniejszy protokół odnosi się do krytycznego wyzwania w badaniach przedklinicznych: minimalizacji stresu wynikającego z rutynowych procedur pielęgnacyjnych, który może negatywnie wpływać na powtarzalność danych oraz dobrostan zwierząt. Poprzez umożliwienie dobrowolnej zmiany klatki dzięki treningowi z użyciem klikera i uczeniu się przez obserwację, metoda ta wspiera ograniczanie ryzyka mechanistycznego w badaniach behawioralnych i neuronaukowych poprzez redukcję zmiennych zakłócających związanych ze stresem wywołanym manipulacją zwierzętami. Podejście to zwiększa ciągłość translacyjną, promując udoskonalone, powtarzalne modele zwierzęce, które są zgodne z zasadami 3R i zwiększają wartość prognostyczną wyników przedklinicznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia weryfikację hipotez terapeutycznych w warunkach niskiego stresu, zwiększając pewność walidacji celu poprzez redukcję szumu behawioralnego wywołanego manipulacjami.
- Wartość operacyjna: Wspiera funkcjonalną walidację celu poprzez dobrowolną współpracę, redukując zmienność w testach fenotypowych.
Przesiew i opracowanie testu
- Wartość naukowa: Przygotowuje zwalidowane systemy biologiczne do dalszych etapów prac poprzez ustanowienie opartych na zaufaniu interakcji między zwierzęciem a szkoleniowcem, co poprawia spójność testów.
- Wartość operacyjna: Zwiększa standaryzację i powtarzalność testów poprzez minimalizację zmienności wyników behawioralnych związanej ze stresem.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera badania systemów istotnych dla chorób poprzez utrzymanie naturalnych zachowań i redukcję artefaktów wywołanych stresem w badaniach podłużnych.
- Wartość operacyjna: Zapewnia ciągłość od fazy odkrycia po walidację przedkliniczną, umożliwiając wielokrotne, niskostresowe obchodzenie się z obiektami w badaniach nad przewlekłym dawkowaniem lub obrazowaniem.
Integracja potoku i przepływu pracy
Metoda ta wpisuje się w proces odkrywania leków, od wczesnych testów hipotez po optymalizację wiodących związków, szczególnie w neurologii i immunologii, gdzie kluczowe są punkty końcowe wrażliwe na stres.
- Biologia odkrywcza: Wspiera testowanie hipotez i wyjaśnianie szlaków poprzez ograniczanie zakłóceń mechanicznych podczas testów behawioralnych.
- Screening: Umożliwia przygotowanie do testów dzięki powtarzalnym, dobrowolnym przejściom między klatkami, co standaryzuje warunki środowiskowe.
- Analityka: Ułatwia ilościowe pomiary zachowań związanych ze strachem, zapewniając bazę zredukowanego stresu w przeszkolonych kohortach.
- Badania translacyjne: Zapewnia ciągłość przedkliniczną, umożliwiając powtarzalne, nieinwazyjne obchodzenie się ze zwierzętami w ramach projektów badań chronicznych.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy możliwość wielokrotnego wykorzystania metody w celu udoskonalenia opieki nad wieloma szczepami gryzoni i różnymi typami badań.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększenie pewności prognostycznej poprzez redukcję niejednoznaczności mechanistycznej wynikającej ze zmian behawioralnych wywołanych stresem.
- Wartość operacyjna: Standaryzacja, powtarzalność i skalowalność procedur hodowlanych w różnych placówkach.
- Wartość strategiczna: Lepsze decyzje typu go/no-go dzięki ograniczeniu biologicznego ryzyka na późnych etapach, wynikającego ze zmienności związanej z dobrostanem.
- Wpływ na portfolio: Priorytetyzacja skorygowana o ryzyko dzięki poprawie jakości danych i zmniejszeniu liczby odrzuceń spowodowanych czynnikami zakłócającymi związanymi ze stresem.
Kwestie dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie behawiorystyki gryzoni i technik pozytywnego wzmocnienia.
- Wymaga podstawowego instrumentarium, w tym klikerów, tyczek celowniczych, stoperów i tuneli transportowych.
- Wymaga standaryzacji międzyzespołowej między personelem opieki nad zwierzętami a personelem badawczym w celu zapewnienia spójności stosowanych metod treningowych.
- Wiąże się z koniecznością uwzględnienia adaptacji w różnych systemach modelowych, szczególnie w przypadku szczepów o różnym stopniu neofobii lub różnym tempie uczenia się.
- Ograniczony nakładem czasu wymaganym w początkowych fazach treningu, choć uczenie się przez obserwację zmniejsza obciążenie przypadające na pojedyncze zwierzę.
Najczęściej zadawane pytania z zakresu biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Title
0:46
Training Day 1: Establishing a Connection Between the Primary and Secondary Reinforcer
2:37
Training days 2 to 5: Passing Through a Short Tunnel
3:45
Training Week 2: Touching a Target Stick
4:29
Training Week 3 (Four Days) and Training Week 4 (Three days): Changing the Cage Through a Tunnel
6:27
Results: Learning Latency in Clicker-Trained or Observationally-Trained Rats
7:28
Conclusion
