Name: Procedury treningu behawioralnego dla wirtualnej rzeczywistości z głową u myszy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 27 s
Description: Poznaj protokoły treningu behawioralnego myszy w wirtualnej rzeczywistości z głową ustaloną. Metoda obejmuje nawigację po torze liniowym i zadania w labiryncie Y, umożliwiając precyzyjną analizę procesów poznawczych.

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

To badanie zostało sfinansowane przez National Institutes of Environmental Health Sciences (ZIC-ES103330). Specjalne podziękowania dla K. Krepinksy'ego z Phenosys za jego pomoc w zakresie właściwości sprzętowych i programowych systemu, dla T. Vineya z Uniwersytetu Oksfordzkiego za pomoc w zakresie paradygmatów behawioralnych i wreszcie dla G. Vargisha z NIH za wskazówki dotyczące procedur pilotażowych i metod chirurgicznych.

<ol><li>Guo, Z. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Procedures+for+behavioral+experiments+in+head-fixed+mice%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Procedures for behavioral experiments in head-fixed mice.</a> PLoS One. 9 (2), e88678(2014).</li>
<li>Yang, Y., Kim, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Headpost+surgery+for+in+vivo+electrophysiological+recording+in+the+mouse+inferior+colliculus+during+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22Bio+Protoc%22%5BJournal%5D)">Headpost surgery for in vivo electrophysiological recording in the mouse inferior colliculus during locomotion.</a> Bio Protoc. 10 (23), e3840(2020).</li>
<li>Fuhrmann, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotion%2C+Theta+oscillations%2C+and+the+speed-correlated+firing+of+hippocampal+neurons+are+controlled+by+a+medial+septal+glutamatergic+circuit%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Locomotion, Theta oscillations, and the speed-correlated firing of hippocampal neurons are controlled by a medial septal glutamatergic circuit.</a> Neuron. 86 (5), 1253-1264 (2015).</li>
<li>Dombeck, D. A., Harvey, C. D., Tian, L., Looger, L. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+imaging+of+hippocampal+place+cells+at+cellular+resolution+during+virtual+navigation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Functional imaging of hippocampal place cells at cellular resolution during virtual navigation.</a> Nat Neurosci. 13 (11), 1433-1440 (2010).</li>
<li>Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+large-scale+neural+activity+with+cellular+resolution+in+awake%2C+mobile+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Imaging large-scale neural activity with cellular resolution in awake, mobile mice.</a> Neuron. 56 (1), 43-57 (2007).</li>
<li>Leinweber, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-photon+calcium+imaging+in+mice+navigating+a+virtual+reality+environment%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">Two-photon calcium imaging in mice navigating a virtual reality environment.</a> J Vis Exp. (84), e50885(2014).</li>
<li>Chen, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sensory+evoked+fMRI+paradigms+in+awake+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Sensory evoked fMRI paradigms in awake mice.</a> Neuroimage. 204, 116242(2020).</li>
<li>Burgess, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-yield+methods+for+accurate+two-alternative+visual+psychophysics+in+head-fixed+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">High-yield methods for accurate two-alternative visual psychophysics in head-fixed mice.</a> Cell Rep. 20 (10), 2513-2524 (2017).</li>
<li>Giovannucci, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+gesture+tracking+in+head-fixed+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Automated gesture tracking in head-fixed mice.</a> J Neurosci Methods. 300, 184-195 (2018).</li>
<li>Aghajan, Z. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Impaired+spatial+selectivity+and+intact+phase+precession+in+two-dimensional+virtual+reality%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Impaired spatial selectivity and intact phase precession in two-dimensional virtual reality.</a> Nat Neurosci. 18 (1), 121-128 (2015).</li>
<li>Cushman, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multisensory+control+of+multimodal+behavior%3A+do+the+legs+know+what+the+tongue+is+doing%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Multisensory control of multimodal behavior: do the legs know what the tongue is doing.</a> PLoS One. 8 (11), e80465(2013).</li>
<li>Thurley, K., Ayaz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Virtual+reality+systems+for+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Zool%22%5BJournal%5D)">Virtual reality systems for rodents.</a> Curr Zool. 63 (1), 109-119 (2017).</li>
<li>Forro, T., Klausberger, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Differential+behavior-related+activity+of+distinct+hippocampal+interneuron+types+during+odor-associated+spatial+navigation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Differential behavior-related activity of distinct hippocampal interneuron types during odor-associated spatial navigation.</a> Neuron. 111 (15), 2399-2413.e5 (2023).</li>
<li>Cho, W. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hippocampal+astrocytes+modulate+anxiety-like+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Hippocampal astrocytes modulate anxiety-like behavior.</a> Nat Commun. 13 (1), 6536(2022).</li>
<li>Lee, B. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Real-time+visualization+of+mRNA+synthesis+during+memory+formation+in+live+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+U+S+A%22%5BJournal%5D)">Real-time visualization of mRNA synthesis during memory formation in live mice.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 119 (27), e2117076119(2022).</li>
<li>Leinonen, H., Tanila, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vision+in+laboratory+rodents-Tools+to+measure+it+and+implications+for+behavioral+research%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Vision in laboratory rodents-Tools to measure it and implications for behavioral research.</a> Behav Brain Res. 352, 172-182 (2018).</li>
<li>Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+of+rats+and+mice+in+a+swimming+pool+place+task+and+matching+to+place+task%3A+some+surprising+differences%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Behav%22%5BJournal%5D)">A comparison of rats and mice in a swimming pool place task and matching to place task: some surprising differences.</a> Physiol Behav. 58 (4), 687-693 (1995).</li>
<li>Pinto, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+accumulation-of-evidence+task+using+visual+pulses+for+mice+navigating+in+virtual+reality%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Behav+Neurosci%22%5BJournal%5D)">An accumulation-of-evidence task using visual pulses for mice navigating in virtual reality.</a> Front Behav Neurosci. 12, 36(2018).</li>
<li>Tirado-Muniz, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evaluation+of+cage+mate-induced+postsurgical+trauma+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Assoc+Lab+Anim+Sci%22%5BJournal%5D)">Evaluation of cage mate-induced postsurgical trauma in mice.</a> J Am Assoc Lab Anim Sci. 62 (2), 170-178 (2023).</li>
<li>Barkus, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refinements+to+rodent+head+fixation+and+fluid%2Ffood+control+for+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Refinements to rodent head fixation and fluid/food control for neuroscience.</a> J Neurosci Methods. 381, 109705(2022).</li>
<li>Harvey, C. D., Collman, F., Dombeck, D. A., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracellular+dynamics+of+hippocampal+place+cells+during+virtual+navigation%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Intracellular dynamics of hippocampal place cells during virtual navigation.</a> Nature. 461 (7266), 941-946 (2009).</li>
<li>Peirson, S. N., Brown, L. A., Pothecary, C. A., Benson, L. A., Fisk, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+and+the+laboratory+mouse%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">Light and the laboratory mouse.</a> J Neurosci Methods. 300, 26-36 (2018).</li>
<li>Wenk, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+spatial+memory+using+the+T+maze%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Protoc+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Assessment of spatial memory using the T maze.</a> Curr Protoc Neurosci. Chapter 8, Unit 8 5B(2001).</li>
<li>d'Isa, R., Comi, G., Leocani, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Apparatus+design+and+behavioural+testing+protocol+for+the+evaluation+of+spatial+working+memory+in+mice+through+the+spontaneous+alternation+T-maze%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Apparatus design and behavioural testing protocol for the evaluation of spatial working memory in mice through the spontaneous alternation T-maze.</a> Sci Rep. 11 (1), 21177(2021).</li>
<li>Viney, T. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spread+of+pathological+human+Tau+from+neurons+to+oligodendrocytes+and+loss+of+high-firing+pyramidal+neurons+in+aging+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">Spread of pathological human Tau from neurons to oligodendrocytes and loss of high-firing pyramidal neurons in aging mice.</a> Cell Rep. 41 (7), 111646(2022).</li>
<li>Krumin, M., Lee, J. J., Harris, K. D., Carandini, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Decision+and+navigation+in+mouse+parietal+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Decision and navigation in mouse parietal cortex.</a> Elife. 7, e42583(2018).</li>
<li>Zhao, X., Hsu, C. L., Spruston, N. Rapid synaptic plasticity contributes to a learned conjunctive code of position and choice-related information in the hippocampus. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZhao%2C+X+%22Neuron%22">Neuron</a>. 110 (1), 96-108.e4 (2022).</li>
<li>Harvey, C. D., Coen, P., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Choice-specific+sequences+in+parietal+cortex+during+a+virtual-navigation+decision+task%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Choice-specific sequences in parietal cortex during a virtual-navigation decision task.</a> Nature. 484 (7392), 62-68 (2012).</li>
<li>Pettit, N. L., Yap, E. L., Greenberg, M. E., Harvey, C. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fos+ensembles+encode+and+shape+stable+spatial+maps+in+the+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Fos ensembles encode and shape stable spatial maps in the hippocampus.</a> Nature. 609 (7926), 327-334 (2022).</li>
<li>Pinke, D., Issa, J. B., Dara, G. A., Dobos, G., Dombeck, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Full+field-of-view+virtual+reality+goggles+for+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Full field-of-view virtual reality goggles for mice.</a> Neuron. 111 (24), 3941-3952.e6 (2023).</li>
</ol>

Autorzy nie pozostają w konflikcie interesów ani nie mają konkurencyjnych interesów finansowych.

W badaniu tym zastosowano kompleksowe podejście do zbadania reakcji behawioralnych myszy w środowiskach VR, koncentrując się na realizacji procedur chirurgicznych, protokołach ograniczenia płynów, konfiguracji systemu i zadaniach behawioralnych. Odkrycia te przyczyniają się do rozwoju tej dziedziny, dostarczając szczegółów proceduralnych, ram czasowych szkoleń i wskaźników sukcesu. Umożliwi to skuteczniejsze przyjęcie procedur VR u myszy oraz ułatwi planowanie i realizację laboratoriom zainteresowanym wykorzystaniem tej procedury w swoich badaniach. 
Chirurgiczne wszczepienie prętów na głowę było niezbędne do ułatwienia eksperymentów behawioralnych z głową w środowiskach VR. Dzięki starannemu przestrzeganiu ustalonych protokołów i zapewnieniu odpowiedniej opieki pooperacyjnej, zapewniono udaną integrację prętów na głowę przy jednoczesnym zminimalizowaniu niekorzystnego wpływu na zdrowie i zachowanie zwierząt. Ponadto wdrożono protokoły ograniczania płynów, aby regulować spożycie wody i utrzymywać poziom nawodnienia i pragnienia wśród myszy. Stopniowy proces aklimatyzacji i okresowy dostęp do wody były kluczowe dla zapewnienia dobrostanu zwierząt, a jednocześnie ułatwiały realizację zadań behawioralnych.
Konfiguracja systemu behawioralnego VR obejmowała integrację komponentów sprzętowych i programowych w celu stworzenia wciągających środowisk wirtualnych dla myszy. Wykorzystanie w pełni immersyjnych wirtualnych wyświetlaczy, płynnych systemów nagród, styropianowych kulek jako sferycznych bieżni i uchwytów na głowy umożliwiło precyzyjną kontrolę warunków eksperymentalnych i pozyskiwanie danych. Zadania behawioralne, w tym paradygmaty toru liniowego i labiryntu Y, zostały starannie zaprojektowane, aby zbadać kluczowe aspekty zachowania myszy, takie jak lokomocja, podejmowanie decyzji i przetwarzanie nagrody.
Pomimo dołożenia wszelkich starań w celu optymalizacji procedur eksperymentalnych, w trakcie badania napotkano kilka wyzwań. Zmienność reakcji poszczególnych myszy oraz problemy techniczne związane z integracją sprzętu i oprogramowania stanowiły wyzwanie dla gromadzenia i analizy danych. Ponadto poleganie na protokołach ograniczenia płynów wymagało starannego monitorowania stanu nawodnienia zwierzęcia i odpowiedniego dostosowania procedur eksperymentalnych. Czasami myszy miały problemy po umieszczeniu na piłce, nie piły z dziobka nagrody lub zamarzały i nie biegały po piłce. Chociaż niektóre z tych wyzwań mogą być tymczasowe, ważne jest, aby monitorować myszy, aby upewnić się, że nie doświadczają przeszkód w swoim postępie. Myszy, które nie wykazują postępu w porównaniu z rówieśnikami, powinny zostać wycofane z badania. W jednym z podobnych eksperymentów usunięto 4 z 55 myszy z powodu ich niezdolności do nauczenia się paradygmatu25. Myszy wykazujące stały bezruch na piłce przez 5 kolejnych dni zostały wykluczone z badania po dokładnej ocenie ich wagi, zdolności dostępu do dziobka nagrody w celu picia i ułożenia na piłce, aby upewnić się, że nie występują żadne podstawowe problemy. W takich przypadkach to od badacza zależy, jaką strategię przyjąć, aby skutecznie wznowić badanie.
Te protokoły treningowe zostały zaprojektowane tak, aby stopniowo rzucać wyzwanie myszom, zapewniając jednocześnie ich biegłość w wykonywaniu zadań behawioralnych. Kryteria progresji od toru liniowego do paradygmatu labiryntu Y opierały się na zdolności myszy do spełnienia wcześniej określonych progów wydajności, takich jak osiągnięcie kolejnych dni udanych prób i zdobycie nagrody. Wdrożenie rygorystycznych protokołów treningowych pozwoliło nam ocenić zdolności behawioralne myszy i zdolności adaptacyjne do coraz bardziej złożonych zadań. Te starannie skonstruowane protokoły zapewniają solidne ramy dla badaczy w dziedzinie neuronauki behawioralnej, oferując systematyczne podejście do oceny i szkolenia zwierząt pod kątem różnych paradygmatów eksperymentalnych. Określając jasne kryteria postępu, naukowcy mogą skutecznie ocenić krzywą uczenia się osób eksperymentalnych i odpowiednio dobrać paradygmaty treningowe. Co więcej, to podejście metodologiczne sprzyja odtwarzalności i standaryzacji eksperymentów, ułatwiając analizy porównawcze i pogłębiając zrozumienie procesów poznawczych i mechanizmów uczenia się w modelach zwierzęcych.
Projektując paradygmat VR dla myszy, kluczowe jest rozpoznanie zakresu dostępnych podejść dotyczących złożoności zadań i postępów w szkoleniu. Protokół ten oferuje szerokie ramy do konstruowania projektu eksperymentalnego, ale to od badacza pozostaje dostosowanie określonych aspektów, takich jak dostarczanie nagrody, kontrola uprzedzeń, rodzaj bodźca, postęp zadania i parametry systemu zgodnie z potrzebami badania. Na przykład niektóre badania optują za bardziej uproszczonym podejściem, koncentrując się na natychmiastowym zaangażowaniu w zadania. Przykładem są Krumin i in., którzy zaimplementowali pojedyncze, spójne zadanie T-labirynt, zamiast stosować progresywny reżim uczenia się między różnymi zadaniami. W przeciwieństwie do tego, inne badania oferują różne elementy projektu próby, takie jak strategie wzmacniania bodźców i sygnały słuchowe. W badaniu wykorzystano słuchowe sprzężenie zwrotne jako karę za nieprawidłowe próby i zapewniono tylko wodę jako nagrodę za prawidłowe próby26. I odwrotnie, Zhao i in. zastosowali 10% roztwór sacharozy jako nagrodę za poprawne próby i nie włączyli żadnej formy kary za nieprawidłowe próby27. Zamiast tego skupili się na łagodzeniu nieprawidłowych reakcji za pomocą metod takich jak trening zapobiegający uprzedzeniom, który polegał na zwiększeniu prawdopodobieństwa zmiany kierunku sygnału z poprzedniego wyboru zwierzęcia i dostosowaniu dziennego spożycia wody w celu zwiększenia motywacji. Różnice w projekcie eksperymentalnym, takie jak obecność wskazówek przestrzennych w całym zadaniu, mogą prowadzić do różnych interpretacji kodowania neuronalnego, o czym świadczą Zhao i wsp., którzy odkryli selektywność komórek tylnej kory ciemieniowej wyjaśnioną trajektoriami i preferencjami przestrzennymi, w przeciwieństwie do obserwowanych przez Harveya i in. sekwencji aktywacji zależnych od wyboru27,28. Należy zauważyć, że zastosowany sprzęt obejmował sześć monitorów LCD, wysuwaną wylewkę do lizania i bieżnię z kulkami styropianowymi z poduszką powietrzną. Istnieje wiele różnic między systemami rzeczywistości wirtualnej w różnych laboratoriach, w tym użycie projektorów29 w porównaniu z monitorami komputerowymi, bieżni niesferycznych30 oraz stałych10 w porównaniu z wysuwanymi wylewkami do lizania.
Podsumowując, badanie to dostarcza cennych informacji na temat reakcji behawioralnych myszy w środowiskach VR i pokazuje możliwość zastosowania technologii immersyjnej do badania złożonych zachowań. Przyszłe przedsięwzięcia badawcze mogą koncentrować się na udoskonalaniu protokołów eksperymentalnych, badaniu mechanizmów neuronowych leżących u podstaw procesów decyzyjnych i przekładaniu wyników na zastosowania kliniczne. Kontynuując pogłębianie wiedzy na temat zachowania myszy, naukowcy mogą dokładniej wyjaśnić obwody neuronalne i procesy poznawcze leżące u podstaw złożonych zachowań zarówno w zdrowiu, jak i chorobie.

Zadania wirtualnej rzeczywistości stały się potężną metodą oceny zachowania myszy ze względu na fiksację głowy, która pozwala na mechaniczną stabilność, która byłaby zagrożona u swobodnie zachowujących się myszy1. Ta metoda umożliwia zredukowanie artefaktów ruchu w zapisach elektrofizjologicznych2,3 i obrazowanie optyczne4,5,6,7. Ułatwia również powtarzalne zachowania8 i precyzyjne śledzenie oczu9. W konfiguracji eksperymentalnej mysz jest zamocowana w miejscu i umieszczona na szczycie sferycznej bieżni podpartej powietrzem. Aparatura ta pozwala na skomplikowaną eksplorację wizualnie sterowanych zachowań w środowisku VR. Gdy mysz porusza się po bieżni, jej lokomocja płynnie synchronizuje się z nawigacją w wirtualnym krajobrazie, który jest wizualnie przedstawiony na ekranie otaczającym mysz.
Cel tego badania jest dwojaki: rozwiązanie kluczowych wyzwań w eksperymentalnej neuronauce behawioralnej i przyczynienie się do rozwoju metodologii w tej dziedzinie. Po pierwsze, pomimo zwiększonego wykorzystania VR w badaniach akademickich10,11,12, nadal zauważalny jest brak kompleksowych metodologii i protokołów szkoleniowych, co utrudnia przyjęcie tej technologii przez nowych badaczy. Głównym celem było wypełnienie tej luki poprzez nakreślenie szczegółowego schematu treningowego dla paradygmatu toru liniowego, jak przedstawiono w poprzednich badaniach13,14,15. Do opisania tych procedur operacyjnych wykorzystuje się dostępny na rynku system. Jako zastrzeżenie, niniejsze wytyczne proceduralne zawierają elementy charakterystyczne dla tego systemu; Jednak w celu omówienia możliwości uogólnienia tego protokołu można zapoznać się z dyskusją. Celem było nakreślenie procedur behawioralnych, typowego harmonogramu wykonywania tych procedur oraz wskaźnika sukcesu w szkoleniu myszy do biegania po prostym torze liniowym.
Po drugie, nadal brakuje dokumentacji na temat realizacji złożonych zadań labiryntowych w ramach tego paradygmatu u myszy. Złożone testy wirtualne zostały opracowane w szczurach11. Jednak myszy mają obniżoną ostrość wzroku w porównaniu16 i często radzą sobie gorzej w złożonych zadaniach17. Podczas gdy niektóre badania koncentrowały się na konkretnych zadaniach, takich jak gromadzenie dowodów lub nowość przestrzenna18, tutaj skupiono się na wyjaśnieniu metodologii szkolenia wymaganych od myszy do angażowania się w paradygmaty podejmowania decyzji w środowiskach VR. Aby sprostać temu wyzwaniu, opracowano zadanie dyskryminacji sygnału, w którym myszy miały za zadanie nauczyć się kojarzyć kolor/luminancję (kontra biały) nagrodzonego ramienia z nagrodą, osiągniętą poprzez wybór czarnego ramienia w punkcie wyboru labiryntu Y, z właściwym ramieniem losowo przydzielonym w każdej próbie. Zadanie to zostało zaprojektowane tak, aby wymagało interakcji z wirtualnymi wskazówkami i zapewniało wgląd w zdolności percepcyjne myszy do rozróżniania.
Podsumowując, to badanie wypełnia krytyczne luki w dziedzinie eksperymentalnej neuronauki behawioralnej, dostarczając kompleksowe protokoły szkoleniowe dotyczące korzystania z paradygmatów VR u myszy i wyjaśniając metodologie dla złożonych zadań decyzyjnych w ramach tego systemu. Wykorzystując spostrzeżenia z poprzednich badań i innowacyjnych projektów eksperymentalnych, badanie to ma na celu usprawnienie praktyk badawczych i pogłębienie zrozumienia mechanizmów neuronalnych leżących u podstaw zachowania. W kolejnych sekcjach zagłębimy się w procedury i wyniki eksperymentalne oraz omówimy wyniki.

<table><tbody><tr><td>2,4 mm (00-96 X 3/32)</td><td>Protech International</td><td>8L0X3905202F</td><td>dla zwiększenia stabilności headbara</td></tr><tr><td>Bupivocaine</td><td>Hospira</td><td>NDC:0409-1162-19</td><td>Znieczulenie miejscowe</td></tr><tr><td>Buprenorfina</td><td>Wedgewood Pharmaceuticals</td><td>SKU: BUPREN-INJ010VC</td> Brzęczyki <td>analgezji</td></tr><tr><td></td><td>Wahl&nbsp;</td><td>1565q</td><td>do golenia obszaru chirurgicznego</td></tr><tr><td>Wiertarka i robot do mikroiniekcji</td><td>Neurostar</td><td>17129-IDA</td><td>Stereotaxis&nbsp;</td></tr><tr><td>GLUture</td><td>Zoetis</td><td>32046</td><td>Chirurgiczny adhezyjny</td></tr><tr><td>implant głowy</td><td>Luigs-Neumann</td><td>130060</td> Podkładka grzewcza <td>do implantu głowy myszy</td></tr><tr><td>(Lectro-Kennel)</td><td>K& H Produkcja</td><td>100212933</td><td></td></tr><tr><td>Hemostatyki</td> pooperacyjne <td>Światowe instrumenty precyzyjne</td><td>501291</td><td>narzędzie chirurgiczne</td></tr><tr><td>Nadtlenek wodoru</td><td>pływał</td><td>L0003648FB</td><td>środek czyszczący</td></tr><tr><td>Isoflurane</td><td>Dechra</td><td>B230008</td><td>Chirurgiczny inhalacyjny środek znieczulający</td></tr><tr><td>Isoflurane / O2 Urządzenie dostarczające z nasadkami do nosecomba</td><td>Eagle Eye Anesthesia Inc.</td><td>Model 50 Anestezjologiczne</td><td>urządzenie chirurgiczne</td></tr><tr><td>Metabond</td><td>Parkell</td><td>CB-S380</td><td>Samoprzylepne</td></tr><tr><td>mikronożyczki</td> cementowe <td>Narzędzia do nauki</td> o nauce <td>15000-08</td><td>Narzędzie chirurgiczne</td></tr><tr><td>Tlen</td><td>Praxair</td><td>UN1072</td><td>Chirurgiczny</td></tr><tr><td>wacik tlenowy powidonowo-jodowy</td><td>Dynarex</td><td>g172095-05</td><td>Narzędzie chirurgiczne</td></tr><tr><td>Saline</td><td>Hospira</td><td>NDC:0409-1966-02</td><td>Środek nawilżający</td></tr><tr><td>Sterylny aplikator z bawełnianą końcówką (końcówki Q)</td> <td>Puritan</td><td>25-806 Narzędzie</td><td>chirurgiczne</td>2WC</tr><tr><td>Sacharoza</td><td>Fisher Chemical</td><td>CAS 57-50-1</td><td>Główny wzmacniacz / motywator / pęseta z</td></tr><tr><td>nagrodami</td><td>Świat Instrumenty precyzyjne</td><td>504505</td><td>Narzędzie chirurgiczne</td></tr><tr><td>System wirtualnej rzeczywistości</td><td>PhenoSys</td><td>JetBall-TFT</td><td>JetBall, sferyczna bieżnia z poduszką powietrzną, pozwala zwierzęciu bez wysiłku poruszać się w wirtualnym świecie wyświetlanym na 6 otaczających monitorach.</td></tr><tr><td>Biała maść do oczu z lubrykantem wazelinowym &nbsp;</td><td>AACE Pharmaceuticals</td><td>NDC: 71406-124-35</td><td>Smar do oczu</td></tr></tbody></table>

procedury treningu behawioralnego dla wirtualnej rzeczywistości z głową u myszy

Behavioral Training Procedures for Head-fixed Virtual Reality in Mice

Wirtualna rzeczywistość (VR) w połączeniu z fiksacją głowy jest coraz częściej wykorzystywana w badaniach neuronauki behawioralnej, ponieważ pozwala na przeprowadzanie złożonych testów behawioralnych u myszy z głową. Umożliwia to precyzyjne zapisy behawioralne przy jednoczesnym zastosowaniu różnych technik neurofizjologicznych, które wymagają fiksacji głowy w celu zminimalizowania szumu sygnału związanego z ruchem podczas nagrań neuronowych. Jednak pomimo rosnącego wykorzystania VR, dostępnych jest niewiele opublikowanych danych na temat szczegółowej metodyki jej wdrażania. W tym badaniu opracowano protokół treningowy, w którym samce i samice myszy C57B16 / J są szkolone do biegania po wirtualnym korytarzu liniowym, którego długość zwiększa się z 1-3 m podczas wielu sesji treningowych. Opierając się na tych podstawach, w badaniu zbadano wykonalność myszy wykonujących złożone zachowania w VR przy użyciu paradygmatu labiryntu Y. Zadanie wymagało nawigacji do ramienia z czarnymi ścianami z wybranego punktu w labiryncie Y. Po osiągnięciu kryterium dwóch kolejnych dni równego lub większego niż 70% poprawności, myszy przeszły do coraz trudniejszej dyskryminacji sensorycznej. Odkrycia dostarczają ważnych szczegółów na temat metodologii przydatnych do skutecznego szkolenia myszy w VR i pokazują, że myszy wykazują zdolności uczenia się w poruszaniu się po labiryncie Y. Przedstawiona metodologia nie tylko oferuje wgląd w czas trwania szkolenia w testach opartych na VR, ale także podkreśla potencjał badania skomplikowanych zachowań u myszy, otwierając drogę do bardziej kompleksowych badań neurobiologicznych.

Niniejsze badanie pilotażowe miało na celu opracowanie metodologii efektywnego szkolenia myszy w dwóch różnych zadaniach: prostym korytarzu oraz złożonym zadaniu decyzyjnym (zadanie dyskryminacji wizualnej w labiryncie w kształcie litery Y). Uzyskane dane posłużyły jako podstawa do ustalenia ram czasowych dla treningu behawioralnego w VR.
Kroki proceduralne rozpoczynają się od przedstawienia chirurgicznej implantacji paska głowowego na Rysunku 1. Implant ten służy do stabilizacji czaszki myszy podczas ocen behawioralnych, co zwiększa precyzję rejestracji neuronalnych, szczególnie w połączeniu z technikami elektrofizjologicznymi lub obrazowaniem.
Rysunek 2 oraz Rysunek 3 przedstawiają komponenty sprzętowe i konfigurację układu eksperymentalnego. Na Rysunku 2 szczegółowo opisano system dostarczania wody, w którym zastosowano metodę fontanny z naczyń Petri. Polegało to na przymocowaniu naczynia Petri o wymiarach 60 mm x 15 mm stroną wklęsłą do dołu do dna klatki, zamocowaniu mniejszego naczynia Petri o wymiarach 35 mm x 10 mm stroną wklęsłą do dołu w centrum większego naczynia oraz umieszczeniu kolejnego naczynia Petri o wymiarach 60 mm x 15 mm stroną wklęsłą do góry na mniejszym naczyniu, aby służyło ono jako zbiornik z wodą. Wysokość górnego naczynia została starannie dostosowana, aby zapobiec zanieczyszczeniu ściółką, zapewniając jednocześnie myszom łatwy dostęp do wody.
Rysunek 3 prezentuje sprzęt systemowy oraz wytyczne dotyczące pozycjonowania myszy. Rycina 3A przedstawia konfigurację VR, składającą się z sześciu ekranów z centralnie umieszczoną sferyczną bieżnią. Rycina 3B przedstawia optymalne ułożenie myszy na bieżni, z głową w naturalnej pozycji i wszystkimi czterema łapami w kontakcie z powierzchnią. Rycina 3C porównuje prawidłowe i nieprawidłowe rozmieszczenie myszy względem drążka głownego, podkreślając, że płaszczyzna pośrodkowa myszy powinna być wyśrodkowana, a nie wyrównana do samego drążka głównego.
Rysunek 4 przedstawia krzywe nabywania nagrody na wykresie liniowym, ilustrując przewidywane okresy uczenia się dla wąskich korytarzy o długości 1 m, 2 m i 3 m w VR na podstawie zdefiniowanych parametrów progresji. Przedstawiono na nim średnie prędkości myszy dla poszczególnych długości torów, co wykazuje stopniowy wzrost prędkości jako dowód nauki zadania i poprawy wyników proporcjonalnie do wzrostu trudności. Przedstawiono również wykres słupkowy obrazujący średnią liczbę dni potrzebnych myszom na osiągnięcie kryterium dla torów liniowych, a także wykres słupkowy wyświetlający średnie prędkości dla każdej długości toru. Następnie zilustrowano kolejne etapy zadania na torze liniowym opanowane przez myszy. Zadania te zostały zaprojektowane tak, aby replikować metodologie opisane w literaturze akademickiej, zapewniając jednocześnie krzywą uczenia się możliwą do osiągnięcia dla myszy, co ułatwia im przechodzenie na kolejne poziomy.
Na koniec Rysunek 5 przedstawia dane dotyczące zadania w labiryncie Y (Y-Maze). Rysunek ilustruje progresywny charakter zadania, które rozpoczyna się od prostego rozróżniania ramion całkowicie czarnych i białych. Ten początkowy etap służy jako krok podstawowy, potwierdzający zdolność myszy do rozróżniania kontrastujących wskazówek wizualnych. Kolejne poziomy zadania wprowadzają coraz większą złożoność poprzez włączanie dodatkowych procentowych udziałów kontrastującego koloru w każdym ramieniu, co w dalszym stopniu rzuca wyzwanie zdolnościom dyskryminacyjnym myszy. Stopniowy wzrost trudności zadania jest egzemplifikowany przez przejście od ramion jednolicie czarnych i białych do ramion składających się w 90% z jednego koloru i w 10% z drugiego. Warto zauważyć, że dane przedstawione na Rysunku 5 wskazują, iż choć dokładność rozróżniania poprawia się na każdym poziomie progresji, niektóre myszy konsekwentnie wykazują próg zdolności dyskryminacji wizualnej, osiągając maksimum przy rozróżnianiu białego i czarnego w stosunku 80%/20%. Obserwacja ta podkreśla ograniczenia wpisane w zdolności dyskryminacji wizualnej myszy w kontekście zadania w labiryncie Y, dostarczając cennych informacji na temat wykonalności zadania oraz możliwości poznawczych badanych osobników. Następnie szczegółowo opisano progresywne etapy zadania w labiryncie Y, które zostały zaprojektowane zgodnie z uznanymi metodologiami opisanymi w literaturze. Etapy te zapewniły myszom osiągalną krzywą uczenia się, wspierając ich stopniowe przechodzenie przez kolejne poziomy.
<img alt="Schemat zabiegu chirurgicznego jamy nosowej z rozmieszczeniem aparatury i metodą fiksacji za pomocą cementu dentystycznego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Instrukcje chirurgiczne dotyczące implantacji holderów głowowych. (A) Miejsce nacięcia zaznaczone na czaszce myszy. (B) Śruby należy zaimplantować 1 mm na lewo od szwu międzyczołowego nieco poniżej bregma oraz 3 mm na prawo od szwu międzyczołowego nieco powyżej lambda. (C) Holder głowowy powinien zostać umieszczony wzdłuż szwu międzyczołowego. (D) Nałożenie cementu dentystycznego na implant holdera głowowego. (E) Rzeczywista wizualizacja holdera głowowego po zastosowaniu cementu dentystycznego. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig01large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Układ szalki Petri do demonstracji równowagi statycznej z wykorzystaniem ułożonych jeden na drugim pojemników i taśmy." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: System dostarczania wody z wykorzystaniem metody fontanny w szalce Petri. Szalce Petri o wymiarach 60 mm x 15 mm przymocowano wypukłą stroną do dołu do podłoża klatki. Mniejszą szalkę Petri o wymiarach 35 mm x 10 mm wycentrowano na większej szalce, a na wierzchu umieszczono kolejną szalkę Petri 60 mm x 15 mm wklęsłą stroną do góry, aby służyła jako zbiornik. Taki układ zapewnił, że woda pozostała wolna od zanieczyszczeń z ściółki i była dostępna dla myszy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Układ badania zachowania myszy; sferyczna bieżnia, rurka z nagrodą; schemat doświadczenia." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Sprzęt systemowy i wytyczne dotyczące pozycjonowania myszy. (A) Przedstawienie wykorzystanego zestawu VR. Zastosowano konfigurację sześciu ekranów z sferyczną bieżnią umieszczoną w centrum. (B) Widok boczny optymalnego ustawienia myszy na sferycznej bieżni. Głowa myszy znajduje się w naturalnej pozycji, a wszystkie cztery łapy spoczywają na sferycznej bieżni. (C) Widok z góry prawidłowego i nieprawidłowego ustawienia myszy względem poprzeczki stabilizującej głowę. W przypadku prawidłowego ustawienia, płaszczyzna pośrodkowa myszy powinna być wycentrowana, a nie sama poprzeczka. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wyniki eksperymentu behawioralnego; progi nagród, analiza prędkości w dniach prób, porównania wykresów." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Dane z toru liniowego. (A) Przedstawione dane obrazują liczbę nagród zebranych każdego dnia w ramach 30-minutowego okresu próbnego. Myszy przechodziły na dłuższe odcinki toru po osiągnięciu średniej 2 nagród na min przez 2 kolejne dni, co łącznie dawało 60 nagród (próg). (B) W miarę nabywania biegłości w zadaniu, prędkości myszy wykazywały stopniowy wzrost, co wskazuje na skuteczność wzmocnienia nagrodą. Wykres przedstawia średnią dzienną prędkość każdej myszy na torze w cm/s, obrazując liniowy postęp w wyuczonym zachowaniu. (C) Ten wykres słupkowy ilustruje czas potrzebny każdej myszy na nabycie biegłości na poszczególnych odcinkach toru, wraz z odpowiednimi średnimi i błędem standardowym dla każdego odcinka. (D) Ten wykres słupkowy pokazuje średnią i błąd standardowy średnich prędkości dziennych osiągniętych przez każdą mysz na różnych odcinkach toru. Niemal liniowy postęp sugeruje wyuczoną poprawę prędkości biegu. (E) Schemat ilustruje przebieg zadania na torze liniowym, które wymaga 2 kolejnych dni prób z wynikiem 60 nagród przed przejściem do dłuższej wersji labiryntu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Schemat eksperymentu w labiryncie Y z wykresami procentowych nagród dla różnych dni prób i typów labiryntu." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67312/67312fig05v2.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Dane z labiryntu Y. (A) Przedstawiono rozkład nagród uzyskanych na różnych etapach progresji w labiryncie Y. Analiza ta koncentrowała się wyłącznie na podgrupie czterech myszy, które ukończyły wszystkie fazy ścieżki liniowej, co zapewniło równą reprezentację osobników płci męskiej i żeńskiej. (B) Ta reprezentacja wizualna ilustruje etapy zadania w labiryncie Y, w którym myszy przechodzą do kolejnego etapu po osiągnięciu 70% poprawnych wyborów przez dwa kolejne dni. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67312/67312fig05largev2.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

Artykuł opisuje procedury eksperymentalne dla powszechnie używanego paradygmatu wirtualnej rzeczywistości (VR) na myszach, a także określa wykonalność wykonywania złożonych zadań VR poprzez testowanie zadania dyskryminacji sygnału w kształcie litery Y.

Procedury treningu behawioralnego dla wirtualnej rzeczywistości z głową u myszy

Virtual reality (VR) combined with head-fixation is increasingly being utilized in behavioral neuroscience studies as it allows complex behavioral assays ...

W ramach tego badania omówiono szczegółowe metodologie szkolenia myszy w środowiskach rzeczywistości wirtualnej, koncentrując się w szczególności na liniowej nawigacji po torach i złożonych zadaniach labiryntu Y. Jego celem jest wypełnienie luk w protokołach treningowych rzeczywistości wirtualnej i ocena zdolności myszy do wykonywania złożonych zachowań decyzyjnych w rzeczywistości wirtualnej. Protokół usuwa luki w szczegółowych metodologiach szkolenia myszy w rzeczywistości wirtualnej, w tym w integracji procedur chirurgicznych, ograniczaniu płynów i konfiguracji systemu. Zapewnia również ramy do realizacji złożonych zadań behawioralnych, poprawiając spójność eksperymentalną i ułatwiając przyjęcie rzeczywistości wirtualnej do zniuansowanych badań behawioralnych i poznawczych na myszach.Ten protokół VR pozwala na precyzyjną kontrolę warunków eksperymentalnych i minimalizuje hałas związany z ruchem, umożliwiając szczegółową analizę behawioralną i zapisy neurofizjologiczne u myszy z unieruchomioną głową. Wspiera również postępującą złożoność zadań, usprawniając badanie skomplikowanych zachowań i procesów poznawczych, których inne metody mogą nie być skutecznie uchwycone.[Narrator] Na początek ustal masę wyjściową dla myszy tydzień od dnia operacji wszczepienia pręta na głowę. W pierwszym, drugim i trzecim dniu podaj myszom odpowiednio 15, 10 i pięć mililitrów wody na 100 gramów masy ciała. Zacznij przyzwyczajać myszy do kulistej bieżni, jednocześnie wprowadzając je do regulacji płynów, aby skojarzyć rurkę do lizania z nagrodą poprzez odpowiednio dobraną motywację fizjologiczną. Pierwszego dnia zajmij się myszami przez pięć minut po ich zważeniu. Delikatnie chwyć implant pręta na głowę, gdy są w klatce, aby zapoznać je z tą manipulacją. Wprowadź myszy do obszaru, w którym znajduje się system rzeczywistości wirtualnej, aby umożliwić im przewidzenie środowiska przestrzennego, w którym będą miały miejsce próby eksperymentalne. Drugiego dnia ponownie zajmij się myszami przez pięć minut. Przymocuj pałąk do uchwytu i pozwól myszom zapoznać się z bieżnią sferyczną przez 5 do 20 minut, na nieskończenie powtarzającym się torze lub bez aktywowanego oprogramowania. Trzeciego dnia, po pięciu minutach kontaktu z myszami, bezpiecznie przymocuj je do sferycznej bieżni z poduszką powietrzną i wprowadź im płynne nagrody przez rurkę z nagrodą. Przed ustawieniem myszy przedłuż wyśrodkowaną rurkę nagrody z małą kroplą nagrody na końcówce. Podnieś rurkę nagrody od 5 do 15 milimetrów nad sferyczną bieżnią, aby lizanie dziobka wymagało naturalnej pozycji głowy skierowanej do przodu. Aby ustawić mysz głową, umieść ją po dominującej stronie bieżni sferycznej obsługi. Używając dominującej ręki przewodnika, pociągnij mysz za pałąk pod głowę w kierunku platformy mocującej głowę. Następnie umieść pałąk pod głowicą w szczelinie przeznaczonej do mocowania i używając niedominującej ręki prowadzącej, zatrzaśnij drążek głowicy na swoim miejscu. Teraz wyrównaj płaszczyznę środkową myszy ze środkiem kulistej bieżni. Upewnij się, że tylne łapy myszy znajdują się nie dalej niż 11 centymetrów od wierzchołka kulistej bieżni, a głowa znajduje się za wierzchołkiem. Upewnij się, że wszystkie cztery łapy dotykają bieżni i że brzuch może dotykać bieżni, gdy mysz jest w spoczynku. Upewnij się również, że wszelkie preferencje boczne zaobserwowane u myszy nie wynikają z asymetrii w sposobie, w jaki zwierzę jest zamontowane na piłce. Aby skierować mysz w kierunku przedłużonej rurki do lizania, użyj metody kiss-it, w której mysz jest delikatnie manewrowana, aż jej usta prawie dotkną końcówki dziobka. Kiedy myszy otrzymają nagrody, ustaw czas trwania przedłużonej rurki z nagrodami na jedną sekundę. Gdy myszy zaaklimatyzują się do paradygmatu eksperymentalnego, wykonuj codzienną 30-minutową sesję, podczas której myszy poruszają się wzdłuż liniowego wirtualnego korytarza, zaczynając od jednego metra długości. Po dotarciu do końca korytarza i otrzymaniu nagrody w postaci kropli cukru teleportuj myszy z powrotem do punktu początkowego. Dokumentuj codzienne zapisy danych ze znacznikiem czasu dotyczących pobierania nagrody i odległości pokonanej przez myszy na bieżni sferycznej w celu dalszej analizy. W paradygmacie labiryntu Y upewnij się, że myszy poruszają się w kierunku punktu wyboru, w którym dwa ramiona rozciągają się pod kątem 45 stopni w dowolnym kierunku, tworząc kształt litery Y. Wyłącz obracanie od punktu początkowego labiryntu aż do osiągnięcia punktu wyboru, posiadającego dwa ramiona o różnych cechach wizualnych. Następnie aktywuj obrót w strefie decyzyjnej, aby umożliwić obrócenie myszy w żądanym kierunku. Po wejściu do ramienia prowadzącego do strefy nagród, ponownie dezaktywuj rotację. Trenuj myszy, aby poruszały się w kierunku czarnego ramienia, aby uzyskać nagrodę w postaci cukru, a każda próba kończy się teleportacją myszy z powrotem do miejsca startu. Losowo tasuj lokalizację nagrody między lewą i prawą stroną, aby upewnić się, że myszy kojarzą nagrodę ze wskazówkami wizualnymi, a nie z konkretną stroną. Liczba nagród zdobytych przez myszy rosła stopniowo wraz z uczeniem się na różnych długościach ścieżek w zadaniu VR, przy czym większe prędkości obserwowano wraz ze wzrostem długości ścieżki. Zauważalny wzrost średniej prędkości zaobserwowano wraz ze wzrostem długości toru. Labirynt Y wykazał się ponadprzeciętną wydajnością w ciągu kilku dni. Jednak tylko część z nich pomyślnie przeszła do trudniejszych etapów dyskryminacji.

behavioral-training-procedures-for-head-fixed-virtual-reality-in-mice

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Ten film pokazuje operację wszczepienia sztyftu głowy na modelu mysim. Słupek główny służy nie tylko do mocowania głowy, a tym samym przytrzymywania myszy podczas eksperymentów, ale także do bezpiecznego mocowania urządzenia na głowę u swobodnie poruszających się zwierząt.

Implantacja sztyfty myszy: metoda mocowania głowy u gryzoni

Tutaj opisujemy procedury eksperymentalne związane z dwufotonowym obrazowaniem kory myszy podczas zachowania w środowisku wirtualnej rzeczywistości.

Dwufotonowe obrazowanie wapnia u myszy poruszających się w środowisku rzeczywistości wirtualnej

Ta metoda tworzy namacalne, znajome środowisko dla myszy do nawigacji i eksploracji podczas obrazowania mikroskopowego lub jednokomórkowych zapisów elektrofizjologicznych, które wymagają mocnego unieruchomienia głowy zwierzęcia.

Płaska podłoga podniesiona powietrznie: nowa metoda łączenia zachowania z mikroskopią lub elektrofizjologią na obudzonych, swobodnie poruszających się gryzoniach

Tradycyjne techniki mocowania głowy wykorzystywały metalowe ramki przymocowane do czaszki jako interfejs dla aparatu do mocowania głowy. Protokół ten demonstruje bezramkową, opartą na żywicy akrylowej technikę mocowania głowy do zadań behawioralnych u gryzoni.

Technika mocowania głowy oparta na żywicy akrylowej u gryzoni

Prezentowany tutaj preparat do kondycjonowania mrugania oczami sygnalizowanego przez wąsy u myszy z głową precyzyjnie stymuluje określone wąsy, jednocześnie pozwalając myszom poruszać się na cylindrycznym bieżni. Bodziec warunkowy stymulacją wąsów (CS) w połączeniu z bodźcem bezwarunkowym wstrząsu okołooczodołowego (US) skutkuje niezawodnym uczeniem się asocjacyjnym na tym aparacie.

Klasyczne kondycjonowanie mrugnięcia oczami sygnalizowane wąsem u myszy z głową

Prezentowany protokół powoduje uporczywy konflikt sensoryczny w eksperymentach mających na celu badanie długoterminowej nauki. Nosząc na stałe urządzenie na głowie, myszy są stale narażone na niedopasowanie sensoryczne między bodźcami wzrokowymi i przedsionkowymi podczas swobodnego poruszania się w klatkach domowych.

Długotrwały konflikt sensoryczny u swobodnie zachowujących się myszy

Ten protokół opisuje kwantyfikację wolumetrycznych zmian hemodynamicznych mózgu w mózgu myszy za pomocą funkcjonalnych ultradźwięków (fUS). Procedury dla mapy aktywacji funkcjonalnej 3D po stymulacji sensorycznej, a także łączności funkcjonalnej w stanie spoczynku są przedstawione jako przykłady ilustracyjne u myszy znieczulonych i obudzonych.

Aktywacja 3D całego mózgu i mapowanie łączności funkcjonalnej u myszy przy użyciu przezczaszkowego funkcjonalnego obrazowania ultrasonograficznego

Opracowaliśmy pojedynczą platformę do śledzenia zachowań zwierząt podczas dwóch zadań związanych z nauką asocjacyjną zależnych od włókien wspinaczkowych. Niedroga konstrukcja umożliwia integrację z eksperymentami optogenetycznymi lub obrazowymi ukierunkowanymi na aktywność móżdżku związaną ze wspinaniem się włókien.

Elastyczna platforma do monitorowania sensorycznego uczenia się asocjacyjnego zależnego od móżdżku

Tutaj prezentujemy uproszczoną konfigurację sprzętu i oprogramowania open-source do badania uczenia przestrzennego myszy za pomocą wirtualnej rzeczywistości (VR). System ten wyświetla wirtualną ścieżkę liniową do myszy z ograniczeniem głowy działającej na kole, wykorzystując sieć mikrokontrolerów i komputer jednopłytkowy z łatwym w użyciu pakietem oprogramowania graficznego Python.

System rzeczywistości wirtualnej typu open source do pomiaru uczenia się przestrzennego u myszy z unieruchomioną głową

Protokół opisuje, jak zmierzyć odpowiedź optomotoryczną u wiewiórek ziemnych z 13 rzędami, gatunkiem z dominacją stożków z cechami siatkówki przypominającymi ludzką plamkę żółtą. Konstrukcja platformy usprawnia obsługę i zmniejsza niepokój, poprawiając zdolność zwierzęcia do pozostawania na podniesionej platformie, umożliwiając nieinwazyjną ocenę zmian w funkcjach wzrokowych.

Nieawersyjne unieruchomienie zwierząt umożliwiające rejestrację odruchu optomotorycznego u wiewiórek ziemnych

Poznaj protokoły treningu behawioralnego myszy w wirtualnej rzeczywistości z głową ustaloną. Metoda obejmuje nawigację po torze liniowym i zadania w labiryncie Y, umożliwiając precyzyjną analizę procesów poznawczych.

Procedury treningu behawioralnego dla wirtualnej rzeczywistości z głową u myszy

Przeglądaj więcej filmów