Wykorzystanie rekonfigurowalnego systemu labiryntów w celu zwiększenia powtarzalności testów nawigacji przestrzennej u gryzoni
2 grudnia 2022
Obecny protokół opisuje rekonfigurowalny labirynt, unikalny system do testowania nawigacji przestrzennej i fenotypów behawioralnych u gryzoni. Zdolność adaptacji tego systemu labiryntów umożliwia wykonywanie różnych eksperymentów w jednym środowisku fizycznym. Łatwość przegrupowania strukturalnego pozwala uzyskać wiarygodne i powtarzalne wyniki eksperymentalne.
Protokół ten zapewnia elastyczne środowisko eksperymentowania z labiryntem i pozwala eksperymentatorowi na wykonywanie wielu zadań labiryntu w jednej przestrzeni. Główną zaletą tej techniki jest to, że pożądany kształt labiryntu można natychmiast skonfigurować, łącząc znormalizowane części. Ponadto system ten można łatwo rozebrać i odtworzyć w celu i Metoda ta przyczynia się do badania behawioralnych i fizjologicznych mechanizmów nawigacji.
Jest również przydatny w organizmie testowym do badań przesiewowych pod kątem nieprawidłowości behawioralnych u zwierząt transgenicznych i nokautujących. Na początek włóż wieże z płytami podstawy do deski do wykrawania, aby utworzyć ramę labiryntu w kształcie litery T. Przymocuj ścieżki do górnej części wież i zastąp ścieżkę w opóźnionym obszarze bieżnią.
Przymocuj karmniki do każdej krawędzi labiryntu, a następnie przymocuj ruchome ściany do lewej i prawej gałęzi. W celu wykonania zadania uruchom i podłącz skrzynkę sterowniczą, mikrokontroler i komputer. Napisz program, aby ustawić harmonogram zadań i otrzymać parametry potrzebne do eksperymentu na mikrokontrolerze, a następnie wykonaj zadanie. Skonstruuj pożądany kształt labiryntu, przenieś szczury z klatek domowych i umieść je w dowolnej pozycji labiryntu.
Pozwól szczurom swobodnie eksplorować zbudowany labirynt przez 10 minut, aby się przyzwyczaiły. Skonfiguruj program do wykonania zadania opóźnionej zmiany na bieżni i w razie potrzeby zmień kształt labiryntu. Umieść szczury w dowolnej pozycji w labiryncie i wykonaj trening lub test zadania opóźnionej przemiany.
Po każdym zadaniu zwróć szczury do klatki domowej i dokładnie przetrzyj labirynt 70% etanolem po każdym szczurze. Odczekaj co najmniej 5 minut przed ponownym użyciem labiryntu. Aby uzyskać trajektorię zwierzęcia, nagraj zachowanie zwierzęcia podczas zadania opóźnionej zmiany za pomocą cyfrowej kamery wideo zamontowanej na suficie.
Na koniec śledź trajektorie biegu za pomocą oprogramowania do szacowania pozycji bez znaczników na podstawie obrazów zarejestrowanych z prędkością 50 klatek na sekundę. Obrazy testu labiryntu rekonfigurowalnego dla szczurów pokazano na tym rysunku. Części ścieżki zostały ponownie skonfigurowane w kilka kształtów w jednym środowisku.
Pokazane tutaj obrazy reprezentują rekonfigurowalny test labiryntu dla myszy. Labirynty te były umieszczane z karmnikami i ruchomymi ścianami w dowolnym miejscu. Kształt labiryntu zmienia się stopniowo podczas faz pociągu i testów zadania opóźnionej zmiany.
Rodzaj podajnika użytego w zadaniu jest oznaczony kolorowym polem. Trajektorie biegowe reprezentatywnego szczura są pokazane tutaj. Te obrazy graficzne reprezentują wydajność behawioralną szczurów przez 4 dni, od początku treningu do końca testu.
W tym miejscu pokazany jest czas wykonania zadania dla każdej fazy treningowej oraz pierwszy dzień fazy testowej. Odsetek odpowiedzi poprawnego wyboru w teście opóźnionej zmiany przedstawiono na poniższym rysunku. Przerywane linie wskazują poziomy szansy.
Rekonfigurowalny czas montażu labiryntu jest przedstawiony na tym rysunku. Tor liniowy został zmodyfikowany w labirynt w kształcie litery T z dodatkiem ścieżek, karmników i bieżni. Pięciu eksperymentatorów przeprowadziło po trzy próby, a wszystkie próby przeprowadzono tego samego dnia.
Ważne jest, aby prawidłowo umieścić części labiryntu na podłodze z otworami. Używając płytki bazowej do określenia układu, eksperyment z labiryntem można przeprowadzić z wysoką powtarzalnością.
Przegląd
Niniejszy protokół opisuje rekonfigurowalny system labiryntów zaprojektowany do testowania nawigacji przestrzennej i fenotypów behawioralnych u gryzoni. Jego adaptacyjność pozwala na przeprowadzenie różnych eksperymentów w ramach jednego środowiska, co zapewnia wiarygodne i powtarzalne wyniki.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neurobiologia
- Analiza behawioralna
- Modele gryzoni
Wprowadzenie
- System labiryntów można szybko rekonfigurować, wykorzystując ustandaryzowane elementy.
- Jest on użyteczny do badania mechanizmów nawigacji oraz anomalii behawioralnych.
- Protokół umożliwia łatwy demontaż i powtarzalność eksperymentów.
- Śledzenie behawioralne jest usprawnione dzięki cyfrowemu nagrywaniu wideo i analizie programowej.
Cel badania
- Badanie nawigacji przestrzennej u gryzoni.
- Ocena fenotypów behawioralnych u zwierząt transgenicznych i z nokautem.
- Zapewnienie elastycznego układu eksperymentalnego dla różnych zadań w labiryntach.
Zastosowane metody
- Konstrukcja labiryntu w kształcie litery T przy użyciu wież i ścieżek.
- Implementacja bieżni w labiryncie do zadań z opóźnioną zmianą wyboru.
- Rejestracja zachowania zwierząt za pomocą kamery zamontowanej na suficie.
- Analiza trajektorii biegu przy użyciu oprogramowania do bezmarkerowej estymacji pozy.
Główne wyniki
- Pomyślna rekonfiguracja kształtów labiryntu podczas faz treningowej i testowej.
- Monitorowanie wyników behawioralnych w ciągu wielu dni.
- Ilościowe dane dotyczące czasu wykonania zadania oraz poprawnych odpowiedzi.
- Wykazanie wysokiej powtarzalności montażu labiryntu i realizacji eksperymentu.
Wnioski
- Konfigurowalny labirynt jest wszechstronnym narzędziem do badań behawioralnych.
- Ułatwia on badanie nawigacji i fenotypów behawioralnych u gryzoni.
- Metoda ta zwiększa wiarygodność wyników eksperymentalnych.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Powtarzalność i skalowalność w fenotypowaniu behawioralnym są kluczowe dla rzetelnej walidacji celów terapeutycznych oraz badań translacyjnych w neurofarmakologii. Rekonfigurowalny system labiryntów umożliwia standaryzowane i powtarzalne testy nawigacji przestrzennej u gryzoni, co zwiększa wiarygodność predykcyjną i porównywalność między badaniami. Platforma ta rozwiązuje kluczowy problem na wczesnym etapie odkrywania leków, umożliwiając efektywny, wysokoprzepustowy screening behawioralny w ramach jednego środowiska eksperymentalnego.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne etapy odkrywania i walidacja celu
- Umożliwia systematyczną analizę nawigacji przestrzennej i funkcji poznawczych w modelach gryzoni istotnych dla badanych schorzeń.
- Wspiera biologiczną redukcję ryzyka poprzez umożliwienie szybkiej replikacji wielu paradygmatów labiryntowych w celu walidacji funkcjonalnej celu terapeutycznego.
- Ułatwia selekcję projektów w portfelu badań dzięki generowaniu powtarzalnych danych behawioralnych w liniach transgenicznych i knockout.
Przesiewanie i opracowanie testów
- Przygotowuje zwalidowane systemy behawioralne do późniejszego przesiewania związków oraz testów fenotypowych.
- Standaryzuje warunki i wyniki testów dzięki modułowej, rekonfigurowalnej geometrii labiryntu.
- Umożliwia skalowalne, reprodukowalne i ilościowe odczyty behawioralne w celu rzetelnej oceny związków.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Umożliwia zestawienie wyników behawioralnych gryzoni z punktami końcowymi o znaczeniu translacyjnym w kontekście zaburzeń poznawczych i neuropsychiatrycznych.
- Zapewnia ciągłość procesu od wczesnego etapu odkryć po walidację przedkliniczną dzięki wspieraniu spójnych wskaźników behawioralnych.
- Ogranicza niejednoznaczność mechanistyczną, umożliwiając precyzyjną i powtarzalną ocenę fenotypów nawigacyjnych i uczenia się.
Integracja potoku i przepływu pracy
Konfigurowalny system labiryntu integruje się z continuum od etapu odkryć do badań przedklinicznych, umożliwiając szybką weryfikację hipotez, standaryzację testów oraz powtarzalność międzybadawczą w neuronauce behawioralnej.
- Biologia odkryć: Wspiera testowanie hipotez dotyczących szlaków nawigacyjnych i pamięciowych u genetycznie zmodyfikowanych gryzoni.
- Przesiewanie: Dostarcza powtarzalne, ilościowe wyniki behawioralne, odpowiednie do wysokoprzepustowego przesiewania oraz badań porównawczych.
- Analityka: Zapewnia śledzenie trajektorii i metryki wydajności niezbędne do rzetelnej analizy statystycznej punktów końcowych zachowania.
- Badania translacyjne: Łączy wczesną fazę odkryć z walidacją przedkliniczną poprzez zestawienie danych behawioralnych gryzoni z wynikami istotnymi dla przebiegu choroby.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Oferuje modułową, wielokrotnego użytku platformę, którą można dostosować do zmieniających się potrzeb badawczych i zróżnicowanych planów doświadczalnych.
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększenie pewności prognostycznej i redukcja ryzyka biologicznego dzięki zestandaryzowanym, reprodukowalnym testom behawioralnym.
- Wartość operacyjna: Optymalizacja przygotowania eksperymentalnego, zmniejszenie zapotrzebowania na zasoby oraz zwiększenie przepustowości.
- Wartość strategiczna: Usprawnienie podejmowania decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz alokacji kapitału dzięki dostarczeniu wiarygodnych, porównywalnych danych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwienie priorytetyzacji celów i modeli z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o solidne fenotypowanie behawioralne.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w dziedzinie neuronauki behawioralnej gryzoni oraz w projektowaniu testów.
- Wymaga aparatury do cyfrowego zapisu wideo i analityki szacowania pozy.
- Wymaga standaryzacji montażu labiryntu i protokołów gromadzenia danych pomiędzy zespołami.
- Możliwość adaptacji w wielu modelach gryzoni i paradygmatach behawioralnych dzięki modułowym komponentom.
- Zależne od precyzyjnego rozmieszczenia i montażu w celu zapewnienia optymalnej powtarzalności i integralności danych.
Najczęściej zadawane pytania dotyczące biofarmacji
Chapters in this video
0:04
Introduction
1:06
Evaluation of Spacial Navigation of Rodents in the Reconfigurable Maze
1:47
Behavioral Experiment, Performance, and Data Analysis
2:48
Results: Maze Shapes in a Single Environment, Maze Expansion and Trajectories of a Rat, and the Performance of Maze Experiments
4:08
Conclusion
