Trainingshunde für Wache, hemmungslose funktionelle Magnetresonanztomographie

Summary

Magnetresonanztomographie (MRT) bei hemmungslosen wachwachen Hunden ist eine neue Methode mit mehreren Vorteilen gegenüber der Bildgebung mit physikalischer oder chemischer Zurückhaltung. Dieses Protokoll führt eine kostengünstige Trainingsmethode ein, die die Schulung in der MRT-Umgebung minimiert, was teuer sein kann, und den für die funktionelle MRT von Rohren verfügbaren Themenpool maximiert.

Abstract

Wir präsentieren ein hundefunktionelles Magnetresonanztomographie (fMRI) Trainingsprotokoll, das kostengünstig mit hochenergetischen Hunden zur Erfassung von Funktions- und Strukturdaten durchgeführt werden kann. Diese Methode der Ausbildung von Hunden für wache, hemmungslose fMRI verwendet eine Verallgemeinerung Verfahren der Stationierung an mehreren unterschiedlichen Standorten, um die Übertragung des Stationsverhaltens auf die reale MRT-Scanumgebung zu erleichtern; Dies geschieht ohne umfangreiche Schulungszeit in der MRT-Scanumgebung, die teuer sein kann. Darüber hinaus teilt diese Methode das Training eines stationären (d. h. Kinnruhe)-Verhaltens von der Desensibilisierung auf die MRT-Umgebung (d. h. 100+ Dezibel-Scan-Audio), die während spezieller Auditory Exposure-Konditionierungssitzungen durchgeführt wird. Das komplette Trainings- und Testprotokoll benötigte 14 Stunden und führte zu einer sofortigen Verlagerung an neue Standorte. Wir präsentieren auch Beispiele für Canine fMRI-Daten, die aus visuellen Gesichtsverarbeitung und olfaktorischen Diskriminierungparadigmen gewonnen wurden.

Introduction

Magnetresonanztomographie (MRT) an hemmungslosen wachen Hunden durchgeführt ist eine neue Methode, die eine neue Möglichkeit, Funktion und Struktur im Hundehirn zu untersuchen. Die ersten veröffentlichten Berichte über MR-Bildaufnahme von hemmungslosen wachen Hunden wurden 2009 (strukturell) und 2012 (funktional)^1,2veröffentlicht. Es gibt mehrere Vorteile der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) für die Untersuchung der Gehirnfunktion bei hemmungslosen wachen Hunden. Erstens ähnelt die Datenerhebung der des Menschen und ist daher für alle Arten³leichter verallgemeinerbar. Zweitens besteht keine Notwendigkeit für eine Anästhesie, wodurch unerwünschte Nachwirkungen beseitigt werden. Drittens wird die Hirnaktivität durch Anästhesie verändert und daher kann die kognitive Funktion ohne Anästhesie besser beurteilt werden⁴. Viertens: Während Flüssigkeits-/Lebensmittelentzug und körperliche Zurückhaltung es den Forschern ermöglichen, nicht sedierte Tiere (z. B. Nagetier-, Vogel- und Primatenmodelle) zu untersuchen, können sich diese Tiere in sehr unterschiedlichen kognitiven Zuständen befinden als ihre nicht benachteiligten und hemmungslosen Gegenstücke. ³.

Im Moment gibt es fünf Laboratorien auf der ganzen Welt, die wache Hunde scannen (Atlanta, USA; Auburn, USA; Budapest, Ungarn; Querétaro, Mexiko; Wien, Österreich) und es gibt keine standardisierte Methode für die Ausbildung von Hunden, um sich vorsätzlich einer MRT-Untersuchung zu unterziehen^5,6,7. Alle Trainingsmethoden teilen das gemeinsame Ziel, Hunde zu trainieren, für längere Zeit still zu bleiben, was für hochwertige Gehirnscans notwendig ist. Während alle Methoden über die Prinzipien des Verstärkungslernens funktionieren, variiert die Art und Weise, wie genau es umgesetzt wird, und wir wissen noch nicht, welche Auswirkungen diese Varianz auf die Ergebnisse hat. Wenn also eine vorgeschlagene Ausbildungsmethode akzeptiert wird und weit verbreitet wird, kann sie eine gewisse unerwünschte Abweichung in den Daten verringern. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Trainingsmethode für die Stationierung im MRT-Scanner. MRT-Scanning ist teuer, und die vorgeschlagene Methode, die wir entwickelt haben, hat den Zweck, kostengünstig zu sein und somit für Trainer auf der ganzen Welt verallgemeinert zu werden, ohne regelmäßigen Zugang zu einem MRT-Scanner für Schulungen.

Die Methode besteht aus zwei Hauptkomponenten: Training und Testen. Die Ausbildung besteht aus zwei Phasen. Phase eins ist das Training des Hundes zum Kinnziel (d.h. Station) in einer offenen Umgebung und Phase zwei ist das Training des Hundes, um in einem Simulierten MRT zu stationieren. Die Desensibilisierung der MRT erfolgt während der gesamten Schulungsphasen, während separater, dedizierter Auditory Exposure Sessions. Die Prüfung besteht aus der Stationierung in einem tragbaren Mock-MRT an fünf verschiedenen Teststandorten. Der Nutzen dieser Testphase besteht darin, das Stationsverhalten zu verallgemeinern und die Übertragung in die reale MRT-Umgebung zu erleichtern. Das Gesamtprotokoll ist in Abbildung 1zusammengefasst.

Abbildung 1: Protokollzeitleiste. Die Protokollzeitachse ist in zwei Komponenten unterteilt, Training und Testing. Die Ausbildung gliedert sich in zwei Phasen, Open Environment und Mock MRT. Separate Auditory Exposure-Sitzungen finden auch während des Trainings statt. Die Prüfung besteht aus der Stationierung in einem tragbaren Schein-MRT an fünf verschiedenen Transferstandorten (T1-T5). Sobald der Hund das Stationsverhalten verallgemeinert hat, um an fünf verschiedenen Transferstellen zu kriteriumn, ist der Hund bereit für die Datenerfassung in der realen MRT-Umgebung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Je nach Phase dauert das Training und die Tests 25 bis 75 Minuten pro Woche, pro Hund: eine 10-minütige Auditory Exposure Session und zwei oder mehr 5 bis 30 Minuten Stationing-Sitzungen. Dieses Protokoll kann in 25 Wochen abgeschlossen werden. Während der Transfertests führen Hunde mehrere Kämpfe einer 5-minütigen regungslosen Daunen-/Aufenthalts- und Kinnstütze in einem tragbaren Mock-MRT (Bohrung, Hochfrequenzspule, 90+ dB-Audio, Ohrpolsterung) an fünf unterschiedlichen Orten durch. Transfersitzungen finden einmal pro Woche für 30-60 Minuten, über fünf aufeinanderfolgende Wochen. Während der MRT-Tests führen Hunde während einer 60-minütigen Sitzung der strukturellen und funktionalen Datenerfassung in einem echten MRT-Scanner mehrere Anfälle des Endstationierungsverhaltens durch.

Während des Trainings und Testens ist eine Kinnruhe das Verhalten des Fokus. Eine Kinnstütze ist der Hund, der sein Kinn an die Oberfläche eines Objekts berührt, nachdem er einen Hinweis darauf gesetzt hat, auf diese Oberfläche zu zielen (d. h. sein Kinn auszuruhen). Dieser Hinweis auf das Ziel kann physisch (z. B. Geste, Köder), verbal (z. B. gesprochenes Wort "Ruhe") oder ein Objekt (z. B. Zugang zur Kinnauflage selbst) sein. Die fließende Leistung des Kinn-Targeting-Verhaltens ist entscheidend für die Begrenzung der Kopfbewegung. In diesem Protokoll wird das Kinnruheverhalten konditioniert, gepflegt und verallgemeinert, um in mehreren Kontexten (verschiedene Ruhegeräte, an mehreren Orten) mit zunehmender Zieldauer (bis zu fünf Minuten) auftreten zu können. Darüber hinaus die Trainerbedingungen und hält eine starke Leistung der Verhaltensweisen nach unten und bleiben, sowie eine gute Stimulus-Kontrolle über die Release-Cue "Okay", die konditionierte Verstärkung und Verhaltensereignis-Marker "klicken", und die Keep Going Signal (KGS) "gut" ^8.Im Laufe des Protokolls werden mehrere Reize und Apparate in bestimmten Stadien und für bestimmte Intervalle eingeführt. Diese Materialien werden einfach und kostengünstig beschafft. Ausführliche Informationen finden Sie in der Tabelle der Materialien.

Protocol

Die ethische Genehmigung für diese Methoden wurde vom Auburn University Institutional Animal Care and Use Committee eingeholt und alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit ihren Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Bei der akustischen Exposition basiert die Progression durch die Sitzungen auf der Wochennummer. Bei Stationssitzungen muss ein spezifisches sitzungsspezifisches Leistungskriterium (z. B. mindestens elf Sekunden Dauer des Kinn-Targetings) erfüllt sein, bevor der Trainer den Hund in dieser Trainingsphase zur nächsten Sitzung vorrücken kann. Andernfalls wird dieser Schritt wiederholt.

1. Auditorische Expositionssitzungen

ANMERKUNG: Diese Sitzungen stellen eine passive Exposition und eine aktive klassische Gegenkonditionierung einer positiven bedingten emotionalen Reaktion (CER) auf MRT-Scannergeräusche dar; Das Scannergeräusch wird als Stimulus etabliert, der den Zugang zu Spielzeugspielen oder Lebensmittelbelohnungen vorhersagt. Belichtungssitzungen treten einmal pro Woche für ca. 10 min auf.

1. Passive Belichtungssitzungen (PE) sind Umgebungs-, 40-70 Dezibel (dB) Exposition gegenüber MRT-Scanner-Geräuschen. Transportieren Sie den Hund zu einem vertrauten Übungsbereich und lassen Sie den Hund herumlaufen, während die Audiowiedergabe bei der sitzungsbestimmten Lautstärke über einen tragbaren Bluetooth-Lautsprecher leise hörbar ist (siehe Tabelle der Materialien). Führen Sie drei PE-Sitzungen von 10 min Wiedergabe von Scanner-Rauschen, einmal pro Woche für drei Wochen (PE₁ 40-60 dB, PE₂ 65 dB, PE₃ 70 dB).
2. Active Exposure (AE)-Sitzungen verwenden ein klassisches Standard-Konditionierungsparadigma und werden nach den drei PE-Sitzungen durchgeführt. Transportieren Sie den Hund in einen vertrauten Schulungsraum im Innenbereich und durchlaufen Sie zehn Versuche des klassischen Konditionierungsverfahrens mit kurzer Verzögerung (siehe Abbildung 2).
   1. Wiedergeben von Scan-Audio auf der für die Sitzung angegebenen Lautstärke für 10 s.
   2. Nachdem 10 s verstrichen sind, engagieren Sie sich in 20 s Spielzeugspiel (oder kontinuierliche Futterbelohnung) mit dem Hund, während das Scannergeräusch noch hörbar ist.
   3. Nach 20 s Spiel, holen Sie das Spielzeug vom Hund und halten Sie den Lärm. Warten Sie mit dem Hund (in der Stille, Hund ohne Spielzeug / Futter) für 10 s.
   4. Beginnen Sie nach dieser Verzögerung mit dem nächsten Test. Führen Sie zehn Versuche pro Sitzung durch.
   5. Das Volumen wird über Sitzungen schrittweise erhöht. Durchführung einer AE-Sitzung einmal pro Woche für zwölf Wochen (AE₁ 45 dB, AE₂ 50 dB, AE₃ 55 dB, AE₄ 60 dB, AE₅ 65 dB, AE₆ 70 dB, AE₇ 75 dB, AE₈ 80 dB, AE₉ 85 dB , AE₁₀ 90 dB, AE₁₁ 100 dB, AE₁₂ > 100 dB).

Abbildung 2: Aktive Belichtung. Active Exposure (AE) ist ein klassisches Konditionierungsverfahren mit kurzer Verzögerung. 10 s CS (d.h. Scan-Audio von selbst dargestellt), 20 s CS + US (d.h. Ball- und Scan-Audio zusammen präsentiert), 10 s Verzögerung (kein Ball, kein Scan-Audio). Nach dieser Verzögerung beginnt der Prozess. Es gibt zehn Testversionen pro Sitzung, mit inkrementellen Volumensteigerungen gegenüber Sitzungen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

HINWEIS: Sammeln Sie folgendes Audio: MRT-Scanner-Baseline, Shim, Localizer (Scout), MPRAGE, GRE Field, EPI, Multiband EPI, DTI und RESOLVE DTI, indem Sie beispielsweise die Audioaufnahme-App eines Smartphones durch die offene Tür einer 3T-MRT-Suite während Phantomscans verwenden. Bestimmen Sie den Lautstärkepegel der Audiowiedergabe während der Trainingseinheiten über eine Dezibel-Meter-Telefon-App.

2. Stationierungssitzungen

HINWEIS: Diese Sitzungen sind in zwei Phasen unterteilt: Open Environment und Mock MRT. Nachdem das Kinn-zu-Objekt-Ziel erlernt wurde, werden die Dauern nach einem Perzentilzeitplan von 10 % erhöht. Da neue Elemente und Geräte in den Trainingskontext aufgenommen werden, werden bestimmte Verhaltenskriterien (z.B. Dauer) vorübergehend gelockert:
1) In den Stationen trainiert der Trainer ein Nasen-Touch-Verhalten auf ein gefaltetes Handtuch und dann ein Kinn auf einem gefalteten Handtuch. Dieses Kinnruheverhalten wird verallgemeinert, um in einer Schaumkinnstütze auftreten und nach und nach auf eine 5 min Kampfdauer aufgebaut.
2) Gleichzeitig werden robuste Down- und Stay-Verhalten aufgebaut und gepflegt.
3) Diese Verhaltensweisen werden dann konditioniert, um in einem geschlossenen Raum (d. h. Tunnel) und in einer Höhe von 3' auftreten.
4) Der Hund wird dann an das Kopfgehege (Mock human extremity RF Spule) akklimatisiert.
5) Die Ohrpolsterung wird eingeführt, und Scan-Audio wird im Kontext des Stationsverhaltens (wieder)eingeführt.
Der Hund wird schließlich in der Lage sein, eine robuste Kinnruhe mit Kopf und Körper in einer 3' Höhe, mit Ohrpolsterung und Scan-Audio-Wiedergabe bei 90 + Dezibel (dB), für mindestens 5 min Kämpfe durchzuführen. Auf Verstärkung - einige Hunde sind von Natur aus mehr durch Nahrung motiviert, während andere sind mehr durch Spiel oder Lob^{motiviert 9}. In "Click-then-treat" (C/T) bedeutet das T nicht unbedingt Lebensmittelbehandlungen, sondern bezieht sich auf das Belohnungsverfahren, was auch immer für diesen Hund in diesem speziellen Stadium seiner Ausbildung sein mag. Obwohl sich Lebensmittelbelohnungen für höhere Raten und noch wiederholte Verhaltenswiederholungen eignen, kann alles, was der Hund bevorzugt, zunächst verwendet werden, auch wenn es sich um ein Hochbewegungsspiel (z. B. Ball, Schlepper) handelt. Wenn das Kinnzielverhalten widerstandsfähiger gegen Ablenkung und Dauer wird, übergangen Sie zur Verwendung von Belohnungen für Lebensmittel. Schließlich kann Spielzeugspiel für lange Dauer oder angekettete Anfälle von Kinnruhe Leistung gespeichert werden.

1. Phase 1 - Offene Umgebung
   1. Laden Sie den Klicker auf. Erstellen Sie eine Assoziation zwischen dem "Tic-Toc" des Clickers und der primären Belohnung des Hundes (z. B. Essen), während Sie Aufmerksamkeit erregen. Führen Sie schnelle Wiederholungen von C/T-Ereignissen zur Aufmerksamkeit (Körperorientierung zu und/oder Augenkontakt); die Leckereien, um die Position des Hundes zurückzusetzen. Führen Sie diese Sitzung einmal durch.
      HINWEIS: Diese Sitzung dauert in der Regel nicht mehr als 3 min. Es kann länger oder wiederholt sein, wenn der Trainer keine Anzeichen dafür sieht, dass der Clicker als konditionierte Verstärkungsorientierung gegenüber dem Trainer etabliert wird und die Emission von belohnungssuchenden Verhaltensweisen beim Hören des Klicks gute Hinweise darauf sind, dass der Clicker ein sinnvolles Signal an den Hund zu werden.
   2. Erfassen Sie Kinnziel auf Handtuch. Mit dem Hund stehen, sitzen, oder in einem unten, C / T zum Anschauen, dann untersuchen (d.h. schnüffeln) das Handtuch. Sobald dies zuverlässig geschieht, C / T für jede Nase-zu-Handtuch, und dann Kinn-zu-Handtuch-Kontakt. Baue Handtuchkontaktdauer auf 2 s.
      1. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Chin Ziel für 2 s; jede Sitzung sollte ca. 5 min dauern.
         HINWEIS: Wenn ein Hund mit diesem Schritt zu kämpfen hat, kann der Trainer (a) einen Leckerbissen auf das Handtuch reiben, um das Verhalten über einen Futtergeruchsköder zu beginnen und/oder (b) dem Hund ein Nasenziel (Nase-zu-Palm) beibringen, dann ein Kinnziel (Kinn-zu-Palm), und dann einen Hinweis auf ein Kinnziel über dem Handtuch.
   3. Chin-to-Handtuch-Ziel mit kurzer Dauer und Zusatz von Cue. Mit dem Hund stehend, sitzend oder in einem Daunen, C/T für 1-2 s Kinnkontakt zum Handtuch. Sagen Sie "Ruhe", während der Hund berührt oder im Begriff ist, das Handtuch zu berühren. Nach vielen Wiederholungen von 1-2 s Kämpfen, C/T nach 3, dann 4, dann 5, dann 7 s.
      1. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für 7 s; jede Sitzung sollte ca. 5 min dauern.
         ANMERKUNG: Variieren Sie die Kampflängen jeder Kinnruhe so, dass die nächste Wiederholung nicht immer länger ist als die vorherige Wiederholung (d.h. 1", 1", 3", 1", 5", 6", 4", 1", 2", 7", statt, 1", 1", 1", 2", 2", 3", 4", 5", 6" , 7").
   4. Kinn ruhen auf Handtuch in einem Daunen und Zugabe von Ablenkung. Mit dem Hund in einem Down, Cue "Ruhe" und C / T für 1-5 s Kinn-zu-Handtuch-Kontakt. Nach und nach fügen Sie visuelle und akustische Ablenkungen in Form der Trainer bewegen ihre Hände und Füße (z.B. klopfen auf dem Boden, wackeln Finger, Shuffle Fuß, etc.). Baukinn-handtuch-Kontaktdauer auf 11 s. Inkremente können 1"-5", 6"-7", 8", 9-10", 11"+ sein.
      1. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für 11 s; jede Sitzung sollte ca. 5 min dauern.
   5. Kinn ruhen auf Handtuch mit Abstand. Mit dem Hund in einem Daunen neben einem gefalteten Handtuch oder Stapel von gefalteten Handtüchern, Cue "Ruhe" und C / T für 1-3 s Kinn-handtuch-Kontakt. Cue das Verhalten von zunehmend weiter weg (d.h., auf dem Boden sitzen, kniend, stehend). Baukinn-handtuch-Kontaktdauer auf 16 s. Inkremente können 1"-3", 4"-8", 9"-11", 12"-14" und dann 16"+ sein.
      1. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für mindestens 16 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 10 min dauern.
   6. Kinn ruhen auf Handtuch mit zunehmender Dauer und Entfernung. Mit dem Hund in einem Daunen neben einem gefalteten Handtuch oder Stapel von gefalteten Handtüchern, Cue "Ruhe" und C / T für 1-11 s Kinnkontakt. Kinn-handtuch-Kontaktdauer auf 26 s bauen. Inkrement kann 1"-11", 12"-16", 17"-19", 21"-23", 26"+ sein.
      1. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für mindestens 26 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 10 min dauern.
   7. Geben Sie Schaum kinnruhe. C/T für jede Untersuchung (d.h. Schnüffeln, Nähe, Ausrichtung zu) des Schaumkinnrestapparates. Nach mehreren verstärkten Untersuchungen des Geräts, Cue "Ruhe" und C/T für 1-10 s Kinnkontakt. Baudauer bis 40 s. Inkremente können Kinnruhe für 1"-10", 11"-21", 23"-31", 40"+ sein.
      1. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für mindestens 40 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
         HINWEIS: Konstruieren Sie die gerollte Schaumstoff Kinn Rest Apparat, um jeden einzelnen Hund Schnauze passen; für einen Labrador-großen Hund, machen Sie eine Schaumkinnauflage von 6" breit mit einer 4" breiten und 2,5" tiefen Kerbe aus der Mitte geschnitten. Dieses Material ist sicher in die MRT-Umgebung zu nehmen.
   8. Kinnruhe in Schaumkinnruhe mit zunehmender Ablenkung und Dauer. Mit dem Hund in einem Daunen neben dem Schaum Kinn Rest, Cue "Ruhe" und C / T für 1"-23" Kinnkontakt. Nach und nach visuelle und akustische Ablenkungen hinzufügen. Baudauer auf 73 s, mit und ohne Ablenkung. Inkremente können 1"-23", 26"-31", 34"-45", 50"-60" und 73"+ sein.
      1. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für mindestens 73 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
2. Phase 2 - Mock MRT.
   ANMERKUNG: Um das stationäre Mock MRT zu montieren, einen Tunnel (Proxy-MRT-Bohrung, 70 cm Durchmesser Karton Beton Form rohr geschnitten auf eine Länge von sechs Fuß und erhöht auf einem drei Fuß hohen Klapptisch), eine Sperrholzplattform, eine Acryl-Mock-Hochfrequenz (RF) Empfängerspule , das Schaumkinn-Ruhegerät und ein Lautsprechersystem (sieheMaterialtabelle). Stabilisieren Sie die Mockbohrung auf dem Tisch mit zwei Sperrholzklammern. Befestigen Sie Pufferpads, die im Inneren der simulierten HF-Spule angebracht sind, um Polsterung gegen die Ohren der Hunde und zusätzliche Stellplatz-Stabilisierung/Platzierungsrückmeldung zu bieten.
   1. Einführung von Bohrung und Höhe mit reduzierter Dauer. Führen Sie die gesamte erste Sitzung mit der Mockbohrung auf dem Boden. Cue den Hund, um den Tunnel zu betreten und legen Sie sich auf der Plattform, C / T. Cue den Hund zu "ruhen" und C / T für jede Dauer der Kinn Targeting auf die Schaum Kinn Ruhe in der Bohrung auf dem Boden.
      1. Führen Sie nachfolgende Sitzungen mit der Mockbohrung erhöht 3'. Bitten Sie den Hund, den Hund in die erhöhte Bohrung C/T zu springen oder zu heben.
      2. Cue den Hund zu legen, C / T.
      3. Cue den Hund zu "Ruhe" und C / T für 1-12 s Kinnkontakt auf die Schaum Kinn ruhe in der erhöhten Bohrung.
      4. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für mindestens 16 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 dauern.
   2. Erhöhte Kinnruhe mit zunehmender Dauer. Bitten Sie den Hund, den Hund in die Scheinbohrung zu springen oder zu heben. Cue den Hund zu legen, C / T.
      1. Cue den Hund zu "Ruhe" und C / T für 1-12 s Kinn Targeting auf den Schaum Kinn Ruhe in der erhöhten Bohrung.
      2. Baudauer bis 60 ss. Inkremente können 1"-12", 16"-23", 26"-45", 60"+ sein.
      3. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für mindestens 60 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
   3. Einführen Sie Mock-Hochfrequenz(RF) Spule ohne Höhe und reduzierte Dauer. Während sie auf dem Boden neben der spöttischen HF-Spule und der Schaumkinnauflage sitzen, c/T der Hund für jede Untersuchung (d.h. Schnüffeln, Nähe, Ausrichtung zu) des Geräts.
      1. Cue den Hund zu "ruhen" und verwenden Sie eine Nase Berühren oder Futter Köder, um den Kopf des Hundes in und durch die Mock RF Spule auf den Schaum Kinn Rest und C / T für 1-5 s Kinnkontakt führen.
      2. Baudauer bis 30 s. Inkremente können Kinnruhe für 1"-5", 6"-12", 16"-26", 30"+ sein.
      3. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel durch die Mock RF Spule für 30 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
   4. Erhöhte Kinnruhe in spöttischer HF-Spule. Mit der spöttischen RF-Spule und Schaumkinnstütze in der Mockbohrung, laden Sie den Hund ein, zu springen oder den Hund in die Bohrung zu heben.
      1. Cue den Hund zu legen und "Ruhe", und C / T für 1-5 s Kinnkontakt.
      2. Baudauer bis 50 s. Inkremente können 1"-5", 6"-12", 16"-26", 28"-37", 50"+ sein.
      3. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel auf den Schaum Kinn Ruhen durch die Mock RF Spule in der erhöhten Bohrung für 50 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
   5. Erhöhte Kinnruhe in spöttischer HF-Spule mit zunehmender Ablenkung und Dauer. Mit der spöttischen RF-Spule und Schaumkinnstütze in der Mockbohrung, laden Sie den Hund ein, zu springen oder den Hund in die Bohrung zu heben.
      1. Cue den Hund zu legen und "Ruhe", und C / T für 1-12 s Kinnkontakt.
      2. Nach und nach visuelle und akustische Ablenkungen hinzufügen. Baudauer auf 100 s (1'40") mit und ohne Ablenkung.
      3. Inkremente können 1"-12", 16"-37", 41"-60", 66"-88" (1'6"-1'28"), 100"+ (1'40"+) sein.
      4. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel für 100 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
   6. Einführung Ohrpolsterung, Dauer zunächst reduziert. Heben oder laden Sie den Hund in die Bohrung zu springen, Cue "down", Outfit ihn mit Ohrpolsterung, und C / T für jede Dauer der Tolierung der Ohrpolsterung ohne übermäßige Bewegung.
      1. Cue "Ruhe", und C / T für 1-5 s Kinnkontakt. Baudauer bis 60 s. Inkremente können 1"-5", 6"-26", 28" 45", 60"+ sein.
      2. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel in der Mock-Bohrung mit Ohrpolsterung für 60 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
   7. Erhöhte Kinnruhe in Spötter-HF-Spule mit Ohrpolsterung und zunehmender Dauer und Ablenkung. Heben oder laden Sie den Hund in die Bohrung zu springen, Cue "down" und "Rest", Outfit ihn mit Ohrpolsterung, und C / T für 1-12 s Kinnkontakt.
      1. Nach und nach visuelle und akustische Ablenkungen hinzufügen. Baudauer bis 107 s. Inkremente können 1"-12", 16"-37", 41"-60", 66"-88", 107"+ sein.
      2. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel in der Mock-Bohrung mit Ohrpolsterung für 107 s; jede Sitzung sollte zwischen 5 und 15 min dauern.
   8. Führen Sie Scannergeräusche ein. Heben oder laden Sie den Hund ein, in die Bohrung zu springen, Cue "down" und "rest", und outfit es mit Ohrpolsterung.
      1. Spielen Sie Scan-Audio mit einer kaum hörbaren Lautstärke zwischen 0-40 dB und C/T für 1-12 s Kinnkontakt ab.
      2. Baudauer bis 107 s. Inkremente können 1"-12", 16"-37", 41"-60", 66"-88", 107"+ sein.
      3. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel in der Mock-Bohrung mit Ohrpolsterung und bis zu 40 dB Scan-Audio für 107 s; jede Sitzung sollte zwischen 15 und 30 min dauern.
   9. Baudauer auf 2 min 30 s mit zunehmender Entfernung. Heben oder laden Sie den Hund ein, in die Bohrung zu springen, "unten" und "ruhe" zu geben und ihn mit Ohrpolstern auszustatten.
      1. Wiedergabe von Scan-Audio zwischen 41 und 70 dB und C/T für 1-37 s Kinnkontakt. Nach und nach Abstand hinzufügen, sich um die Mock-Bohrung bewegen, aus den Augen und dann wieder in Sichtweite des Hundes.
      2. Baudauer bis 142 s. Inkremente können 1"-37", 41"-88", 97"-107", 117"-129", 142"+ sein.
      3. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel in der Mock-Bohrung mit Ohrpolsterung und 41-70 dB Scan-Audio für 142 s, mit und ohne Ablenkung und Entfernung; jede Sitzung sollte zwischen 15 und 30 min dauern.
   10. Baudauer bis 4 min. Heben oder laden Sie den Hund ein, in die Bohrung zu springen, "unten" und "ruhe" zu geben und ihn mit Ohrpolstern auszustatten.
       1. Wiedergabe von Scan-Audio zwischen 60 und 90 dB und C/T für 1-107 s Kinnkontakt.
       2. Baudauer bis 240 s. Inkremente können 1"-107", 117"-142", 156"-189", 208"-229", 240"+ sein.
       3. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel in der Mock-Bohrung mit Ohrpolsterung und 60-90 dB Scan-Audio für 240 s, mit und ohne Ablenkung und Entfernung; jede Sitzung sollte zwischen 15 und 30 min dauern.
   11. Baudauer bis 5 min. Heben oder laden Sie den Hund ein, in die Bohrung zu springen, Cue "down" und "rest", und outfit es mit Ohrpolsterung.
       1. Wiedergabe von Scan-Audio zwischen 80 und 110 dB und C/T für 1-120 s Kinnkontakt.
       2. Baudauer bis 300 s. Inkremente können 1"-120", 129"-189", 208"-229", 252"-277", 300"+ sein.
       3. Wiederholen Sie diese Sitzung, bis der Hund Kinn Ziel in der Mock-Bohrung mit Ohrpolsterung und 80-110 dB Scan Audio für 300 s, mit und ohne Ablenkung und Entfernung; jede Sitzung sollte zwischen 15 und 30 min dauern.

3. Transfer

ANMERKUNG: 1) Nach Erreichen des endgültigen Kriteriums des Stationsverhaltens im simulierten MRT-Trainingsort (5 min Down-Stay und Kinnruhe in Mockbohrung und Mock RF-Spule beim Tragen von Ohrpolstern, wobei Scannergeräusche bei 80-110 dB spielen), durchläuft der Hund fünf verschiedene Transfersitzungen (Verallgemeinerung). Während dieser Transfersitzungen werden die Hundestationen an den oben genannten Kriterien an mehreren Sog- und Außenstandorten, die so einzigartig wie möglich sind, mit unterschiedlichen Sehenswürdigkeiten, Klängen und Graden sozialer Ablenkung über Die Kulissen (z.B. abgeschiedenes Grasfeld, akademische Gebäude Flur, belebte akademische Gebäude Lobby, überfüllte Bushaltestelle, laute Wasseraufbereitungsanlage)⁸.

1. Um die tragbare Mock MRI für Transfer zu montieren, erstellen Sie einen Tunnel (Regelung Agilitätstunnel, stabilisiert mit Sandsäcken), eine Sperrholzplattform, eine Acryl-Mock-HF-Empfängerspule, das Schaumkinn-Ruhegerät und ein tragbares Lautsprechersystem (siehe Tabelle Materialien). Befestigen Sie Pufferpads, die im Inneren der simulierten HF-Spule angebracht sind, um Polsterung gegen die Ohren der Hunde und zusätzliche Stellplatz-Stabilisierung/Platzierungsrückmeldung zu bieten.
2. Stehen oder sitzen Sie neben der (tragbaren) Mockbohrung mit der spöttischen RF-Spule und kinnruhe im Inneren. Geste den Hund, um die Bohrung zu betreten, Cue "down" und "Rest", und Outfit es mit Ohrpolster.
3. Spielen Sie Scan-Audio bei 80-110 dB und C/T für 1-30 s stationieren am neuen Ort.
4. Als nächstes Sonde für Kriterium Dauer (verstärken bei 5 min oder wenn der Hund bricht).
5. Führen Sie wiederholte Anfälle von 1-5 min Kinnruhe Wiederholungen für 30-60 min.
6. Führen Sie eine 30-60 min Sitzung an jedem Ort durch. Sobald der Hund das Stationsverhalten verallgemeinert hat, um an fünf verschiedenen Transferstellen zu kriteriumn, ist der Hund bereit für die Datenerfassung in der realen MRT-Umgebung.

4. MRT

1. Eine MRT-Datenerfassungdauert zwischen 30 und 60 Min. Beginnen Sie die Datenerfassungmitnahme mit einem Localizer, gefolgt von der Erfassung von hochauflösenden anatomischen Bildern, die als Rezeptreferenz mit dem von 3D-Magnetisierung vorbereiteten schnellgradienten echo (MPRAGE) Sequenz. Führen Sie nach dem anatomischen Scan die funktionellen Magnetresonanztomographie-Scans (z.B. Stimulus-Präsentation und Ruhezustand) durch. Dieses MRT-Protokoll stellt Beispiele aus früheren Arbeiten dar und ist nur suggestiv (siehe Jia et al.⁴ und Thompkins et al.¹⁰ für die Durchführung des Protokolls).
   1. Geben Sie den Hunden ca. 1 min Pausen mit ihrer Belohnung außerhalb des Scanners zwischen den Scans.

Representative Results

Die durchschnittliche Anzahl der Wiederholungen jeder Sitzungsebene ist in Tabelle 1aufgeführt. Das komplette Trainings- und Testprotokoll benötigte 14 h (M = 13,55 h, Bereich 12-16 h) und bestand aus 90 Sitzungen (Bereich 87-93 Sitzungen). Das offene Umgebungstraining dauerte 4,38 h (Bereich 3-5 h), das MRT-Training dauerte 5,4 h (Bereich 4,2-6,5 h), und der Transfer betrug 2,5 h, aufgeteilt in fünf 30-minütige Sitzungen. Wartungsarbeiten auf Stufe 19 wurden während des Transfers durchgeführt und spiegeln sich in der gesamten oben genannten Trainingszeit wider.

	Sitzungsebene	Kriterien	dauer	Sitzungswiederholungen (M, SE)
Offene Umgebung	1. Laden Sie den Clicker	Erstellen Sie eine Assoziation zwischen dem "Tic-Toc" des Clickers und der primären Belohnung des Hundes (z. B. Essen) und erfassen Sie Aufmerksamkeit.	3 Min.	1, 0
	2. Erfassen Kinn Ziel Handtuch	Kinn-zu-Handtuch-Kontakt auf 2+ Sekunden bauen. *	5 Min.	3.75, .75
	3. Chin-to-Handtuch-Ziel mit kurzer Dauer und Zugabe und einem Cue	Chin-Kontakt für 7+ Sekunden. *	5 Min.	8.25, 2.8
	4. Kinn ruhe auf Handtuch in einem Daunen und Zugabe von Ablenkung	Chin-Kontakt für 11+ Sekunden, mit und ohne Ablenkung.	5-10 min	2.75, .25
	5. Kinn ruhe auf Handtuch mit Abstand	Kinnkontakt für 16+ Sekunden, von immer weiter weg cued (d.h. auf dem Boden sitzend, kniend, stehend).	5-10 min	3.5, .87
	6. Kinn ruhe auf Handtuch mit zunehmender Dauer und Entfernung	Chin-Kontakt für 26+ Sekunden.	5-10 min	5.5, 1.5
	7. Schaumkinnauflage einführen, Dauer zunächst reduziert	Kinnkontakt zum Schäumen Kinn rest für 40+ Sekunden.	5-15 min	4.75, .75
	8. Kinnruhe in Schaumkinnruhe mit zunehmender Dauer und Ablenkung	Chin-Kontakt für 73+ Sekunden.	5-15 min	6, 1.2
Mock MRT	9. Bohrung und Höhe mit reduzierter Dauer einführen	Kinnkontakt in Bohrung auf dem Tisch für 16+ Sekunden. **	5-15 min	2.5, .5
	10. Erhöhte Kinnruhe mit zunehmender Dauer	Kinnkontakt in Bohrung auf dem Tisch für 60+ Sekunden.	5-15 min	3, 0
	11. Einführen Sie Mock-Hochfrequenz(RF) Spule ohne Höhe und reduzierte Dauer	Kinnkontakt in HF-Spule auf dem Boden für 30+ Sekunden.	5-15 min	2.75, .25
	12. Erhöhte Kinnauflage in spöttischer HF-Spule	Kinnkontakt zum Schaumkinn rest durch die simulierte HF-Spule in der erhöhten Bohrung für 50+ Sekunden.	5-15 min	2, 0
	13. Erhöhte Kinnruhe in spöttischer HF-Spule mit zunehmender Ablenkung und Dauer	Chin-Kontakt für 100+ Sekunden, mit und ohne Ablenkung.	5-15 min	2.5, .29
	14. Einführung von Ohrpolsterung, Dauer zunächst verkürzt	Kinnkontakt in Mockbohrung und HF-Spule (Mock MRT) mit Ohrpolsterung für 60+ Sekunden.	5-15 min	3, .41
	15. Erhöhte Kinnruhe in Mock RF Spule mit Ohrpolsterung und erhöhung der Dauer und Ablenkung	Chin-Kontakt für 107 Sekunden, mit und ohne Ablenkungen.	5-15 min	2.5, .29
	16. Scannergeräusche einführen	Chin-Kontakt in Mock-MRT mit Ohrpolsterung und bis zu 40 dB Scan-Audio für 107+ Sekunden.	10-30 min	2.5, .5
	17. Baudauer auf 2 Minuten 30 Sekunden mit zunehmender Entfernung	Chin-Kontakt in Mock-MRT mit Ohrpolsterung und 41-70 dB-Scan-Audio für 142+ Sekunden, mit und ohne Ablenkung und Distanz.	10-30 min	2.5, .5
	18. Baudauer bis 4 Minuten	Chin-Kontakt in Mock-MRT mit Ohrpolsterung und 60-90 dB-Scan-Audio für 240+ Sekunden, mit und ohne Ablenkung und Distanz.	10-30 min	2.75, .75
	19. Baudauer bis 5 Minuten	Chin-Kontakt in Mock-MRT mit Ohrpolsterung und 80-110 dB-Scan-Audio für 300+ Sekunden, mit und ohne Ablenkung und Distanz.	10-30 min	10, 1.8
verlegen	20. Fünf unterschiedliche Ortübertragungssitzungen (Verallgemeinerung)	Während dieser Transfersitzungen werden die Hundestationen an den oben genannten Kriterien an mehreren Sog- und Außenstandorten, die so einzigartig wie möglich sind, mit unterschiedlichen Sehenswürdigkeiten, Klängen und Graden sozialer Ablenkung über Die Kulissen hinweg.	30 Min.	5, 0
ganz	Endgültiges Verhalten(n)	Der Hund führt eine Kinnruhe mit Kopf und Körper in einer 3' Höhe, mit Ohrpolsterung und Scan-Audio-Wiedergabe bei 90 + dB, für mindestens fünf Minuten.	12-16 h (M=13.55, SE=0.94)	87-93 Sitzungen (M=90, SE=1.5)

Tabelle 1: Sitzungsebenen. *Siehe Hinweis im Manuskript. **Führen Sie die erste Sitzung mit Mock-Bohrung auf dem Boden.

Stationieren von Schulungen und Tests
Abbildung 3 zeigt die maximale Dauer von vier im Protokoll ausgebildeten Hunden für die letzten drei Sitzungen am Ende des Trainings und die verschiedenen Trainingsorte. Die Leistung war am Ende des Stationstrainings stabil, F(2, 6) < 1 und über 5 min (M = 311 Sekunden, SEM = 1,9). Alle Hunde werden an die Scheinausbildungsorte mit einer maximalen Trainingsdauer, F(1,3) < 1, gebracht. Drei der Hunde wurden auf den MRT-Scanner übertragen und zeigten wiederholte Anfälle von maximal möglicher Dauer (206 s). Der eine Hund, der nicht auf den MRT-Scanner übertragen wurde, hatte einen größeren Kopf als die anderen Hunde und konnte nicht bequem in die Spule passen. Dieses Unbehagen führte wahrscheinlich dazu, dass der Hund nicht bereitwillig an den Scans teilnahm.

Abbildung 3: Maximale Dauer von vier Im Protokoll ausgebildeten Hunden für die letzten drei Sitzungen am Ende des Trainings und die verschiedenen Trainingsorte. Alle Hunde, die an die Scheinübungsplätze gebracht wurden, und drei der Hunde, die auf den MRT-Scanner überführt werden, zeigen die maximal mögliche Dauer (206 s). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Repräsentative fMRI-Stimulus-gesteuerte Scans
In diesen Scans wurden dem Hund Visuelle oder Geruchsreize präsentiert, während der Hund still bleibt. Visuelle Reize wurden auf eine Leinwand projiziert, die sich in der Bohrung des Scanners befindet. Jeder Scan dauerte 140 s und enthielt 12 verschiedene Bilder (z.B. Menschen- und Hundegesichter). Für 5 s wurde ein Stimulus dargestellt, gefolgt von einem variablen 3-11 s Interstimulus-Intervall (siehe Abbildung 4 für visuelle Darstellung und Thompkins et al. 2018 für weitere Details)¹⁰.

Abbildung 4: Visuelle Reize. Das obere Panel zeigt eine Beispielfolge von Hundegesichtern. Das untere Panel zeigt eine Beispielfolge menschlicher Gesichter. Gesichtsreize wurden für 5 s angezeigt, mit 3-11 s Interstimulus Intervallen. Pro Lauf wurden zwölf Gesichtsreize gezeigt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Aufmerksamkeitsprüfung
Um festzustellen, ob Hunde sich um die visuellen Reize kümmerten, betrachteten unabhängige Rater Videos der Hundeaugen in der Bohrung des MRT-Scanners, die mit der Stimulus-Präsentation synchronisiert wurden. Je nach, ob die Augen der Hunde offen und ihre Pupillen sichtbar waren, gaben die Rater für jeden Stimulus eine entsprechende Punktzahl zu(Abbildung 5). fMRI-Daten wurden nur verwendet, wenn es eine perfekte Inter-Rater-Vereinbarung gab.

Abbildung 5: Aufmerksamkeitsprüfung. Um sicherzustellen, dass jeder Hund jeden Stimulus betrachtete, der während des Scannens präsentiert wurde, wurde ein stimulussynchronisiertes Video des Hundeauges im Scanner von zwei Ratern post hoc analysiert; Für jede Studie, wenn das Auge des Hundes sichtbar offen war, ordnete der Rater eine Punktzahl von "Ja" zu, und wenn das Auge des Hundes geschlossen war, ordnete der Rater eine Punktzahl von "Nein" an. fMRI-Daten wurden nur verwendet, wenn es eine perfekte Inter-Rater-Vereinbarung gab. Diese Abbildung wurde von Thompkins et al.¹⁰geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Verarbeitung von Hund und menschlichem Gesicht
Abbildung 6 zeigt benachbarte, aber unterschiedliche Hirnbereiche des zeitlichen Kortex im Hundehirn sind für die Verarbeitung von Hund und menschlichen Gesichtern aktiv. Grüne Regionen stellen Bereiche des Gehirns dar, die aktiver für menschliche Gesichter sind, die mit Hundegesichtern kontrastiert sind(p < 0.05, FDR (falsche Entdeckungsrate korrigiert)). Rote Regionen stellen Bereiche des Gehirns dar, die aktiver für Hundegesichter sind, die mit menschlichen Gesichtern kontrastiert sind(p < 0.05, FDR).

Abbildung 6: Ergebnisse von Menschen- und Hundeflächenkontrasten. Regionen in grün stellen Bereiche dar, die bei der Verarbeitung menschlicher Gesichter deutlich aktiver sind als Hundegesichter (d. h. menschliche Stellfläche, HFA). Regionen in Rot stellen Bereiche dar, die bei der Verarbeitung von Hundegesichtern deutlich aktiver sind als menschliche Gesichter (d. h. Hundegesichtsbereich, DFA). Diese Abbildung wurde von Thompkins et al.¹⁰geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Geruchsreize
Geruchsreize wurden über ein Olfactometer geliefert (Abbildung 7); hohe (0,16 mM) und niedrige (0,016 mM) Konzentrationen von Geruchsethylbutyrat wurden verwendet, um die parametrische Modulation von Geruchsflächen durch Geruchskonzentration zu untersuchen. Jeder Scan dauerte 200 s und enthielt 5 Blöcke mit 10 s Geruchsstimulation, gefolgt von einem 30 s Interstimulus-Intervall (siehe Abbildung 8 für visuelle Darstellung und Jia et al. 2014 für weitere Details)⁴.

Abbildung 7: Olfaktorisches Bildgebungssystem. Komponenten des geruchsbildenden Bildsystems des Hundes außerhalb des MRT-Raums mit Geruchsapplikation, Lufttank, Bewegungsparameteraufnahme Palmtop, Videomonitor, Laptop mit VT-8-Software und dem Eingangsanschluss zum MRT-Raum. Diese Abbildung wurde von Jia et al.⁴geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 8: Odorant-Lieferung. Die Odorant-Lieferung wurde von der VT-8 Warner Timer Software in einem fMRI-Blockdesign gesteuert. Die erste Zeile zeigt die Geruchsabgabesequenz mit grünen Pfeilen, die den Stimulusbeginn anzeigen, und roten Pfeilen, die den Stimulusversatz anzeigen. Die zweite Reihe zeigt die Geruchsfreiheit, wobei grüne Pfeile auf den Beginn der Geruchsfreiung und rote Pfeile hinweisen, die den Ausgleich der Geruchsräumung anzeigen. Die dritte Zeile zeigt das fMRI-Blockdesign, das der ersten Zeile entspricht, wobei "0" und "1" die Geruchsbedingungen "off" bzw. "on" bezeichnen. Diese Abbildung wurde von Jia et al.⁴geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Die Forscher lieferten hohe (0,16 mM) und niedrige (0,016 mM) Konzentrationen einer Ethylbutyrat-Lösung an sechs trainierte Nachweishunde (Labradoren) während wach und anästhesiert. Die parametrischen Erhöhungen der Aktivierung stagnierten in olfaktorischen Regionen (Olfaktorinde, bilaterale Piriforme, Kleinhirn) in Übereinstimmung mit Dem Webers Gesetz (dreifacher wahrgenommener Anstieg für ein Zehnfaches Konzentrationssteigerung). Darüber hinaus waren die Olfaktorinde, Periamygdala, anteriorer olfaktorischer Kortex, entorhinaler Kortex und piriforme Lappen sowohl bei wachen als auch bei anästhesierten Hunden aktiv, während Regionen, die eine höhere kognitive Verarbeitung (überlegene, mediale und orbitale Teile des frontalen Kortex) wurden hauptsächlich bei wachen Hunden aktiviert (Abbildung 9).

Abbildung 9: Gruppenaktivierungskarten für anästhesierte Hunde. In jeder Unterfigur werden drei orthogonale Ansichten dargestellt. Colormap wird für die Aktivierungsintensität verwendet und wichtige Bereiche werden durch Pfeile mit Beschriftungen angezeigt (Gesamt FDR = 0,05, Clusterschwelle = 15 Voxel mit AlphaSim, t-Kontrast). A: Vorder, P: nachaußen, S: überlegen, I: inferior, L: links, R: rechts. Unterfigur (A) entspricht niedrigkonzentriertem Geruchsmittel (0,016 mM), Unterfigur (B) entspricht hochkonzentriertem Geruchsmittel (0,16 mM), Unterfigur (C) entspricht der anästhesierten Hunde-Olfaktor-Verarbeitung und Unterfigur (D ) entspricht der geruchsbehunten Verarbeitung des wachten Hundes. Diese Abbildung wurde von Jia et al.⁴geändert. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Discussion

Das oben beschriebene Protokoll trennt das Training des stations-(Kinnruhe-)Verhaltens von der Desensibilisierung zur MRT-Umgebung. Darüber hinaus nutzt es ein Verallgemeinerungsverfahren der Stationierung an mehreren unterschiedlichen Orten, um bei der Übertragung des Stationsverhaltens auf die reale MRT-Scanumgebung zu helfen; Dies geschieht ohne umfangreiche Schulungszeit in der MRT-Scanumgebung, die teuer sein kann. Insgesamt wurden die Schulungen und Tests in 14 Stunden abgeschlossen und führten zu einer sofortigen Verlagerung an neue Standorte. Obwohl es derzeit schwierig ist, Methoden in Laboratorien sinnvoll zu vergleichen, präsentieren wir ein Hunde-fMRI-Trainingsprotokoll, das kostengünstig mit hochenergetischen Hunden abgeschlossen werden kann.

In Bezug auf die Verallgemeinerung dieses Trainingsprotokolls auf andere Trainer, während wir zwinger zweckgezüchtete Detektionshunde verwendet haben, sollte dieses Protokoll gut für andere Hundepopulationen verheißen. Detektionshunde sind in der Regel umfunktioniert American Field Trial, Hunt Test, und Upland Game Hunde mit intrinsisch hohe Energie und "High Drive"¹¹. Der Begriff "Antrieb", der sich auf die intrinsische Motivation des Hundes zur Arbeit bezieht, ist sowohl schwer zu operationalisieren als auch zu messen, und weit verbreitet in seiner Verwendung, um Hunde zu charakterisieren, die am besten für die Erkennungsarbeit geeignet sind; die Industrie bevorzugt und wählt für kühne, erregbare, hochenergetische Hunde, mit höheren Ausgangsniveaus der Erregung (d.h. Aufregung, Angst) als andere Arten von Arbeitshunden und Haustieren¹². Wenn solche Hunde zur Stationieren ausgebildet werden können, sollten auch andere Populationen erfolgreich sein. Darüber hinaus konnten Hunde an verschiedenen Orten stationierbar sein, einschließlich des echten MRT-Scanners. Was Die Heimtiere betrifft, ist es eine empirische Frage, ob das Trainingsprotokoll erfolgreich sein kann oder nicht. Insbesondere mit der richtigen Anleitung können alle Trainingsschritte in der häuslichen Umgebung mit der tragbaren Mockbohrung implementiert werden.

Clicker-Training, sukzessive Annäherung und klassische Gegenkonditionierung sind Methoden, die verwendet werden, um das Verhalten in einer Vielzahl von Arten zu konditionieren, von Labormäusen bis zu Wildtieren in Gefangenschaft⁸. Die Methoden verzeihen in Bezug auf kleine Fehler, die während des gesamten Trainingsprozesses gemacht wurden (z.B. Kennzeichnung und Verstärkung des falschen Verhaltens, mangelndes Interesse an der Belohnung)¹³. Die gleichen Dimensionen, die die Methoden für unerfahrene Lehrer verzeihen, machen sie auch für die Tierlernenden universeller; Durch die Erhöhung der Erfolgsquote von mehr Hunden im Themenpool und mehr Hundetypen (z. B. spezielle Populationserkennungshunde) kann man beginnen, eine inhärente Selektionsverzerrung aufgrund von Subjekten zu bekämpfen und möglicherweise die Datenzerminierung zu reduzieren. Diese Voreingenommenheit betrifft experimentelle Proben und resultiert aus der Unfähigkeit der Methode, sich an die individuelle Variabilität in Temperament und Traktionsfähigkeit für eine apparativorientierte Aufgabe anzupassen, die ein hohes Maß an Geduld und Impulskontrolle erfordert, wie es für Stationierung für MRT. Bei der Verringerung der Zermürbung bietet diese Methode Unterstützung für zwei der drei R (Ersatz, Reduktion und Verfeinerung) für die besten Verfahren des experimentellen Designs mit tierischen Probanden¹⁴. Weniger Probanden werden benötigt, wenn weniger des beschafften Themenpools aus dem Training herausragen sollen und weniger Scansitzungen erforderlich sind, wobei weniger Daten aufgrund hoher Amplitude oder häufiger Bewegungsartefakte zensiert werden müssen, was möglicherweise bemerkenswert ist. Reduktion. Das Training minimiert Schmerzen und Bedrängnis des Tierlernenden bei der Übernahme dieser Aufgabe, eine potenziell bemerkenswerte Verfeinerung.

Die Trainingsmaterialien werden einfach und kostengünstig beschafft. Die klassischen Gegenkonditionierungs- und Verallgemeinerungselemente dieser Methode reduzieren Stress und Neuheit der Scannerumgebung, ohne dass mehrere teure Trainingsstunden in einer gemieteten Scannerumgebung erforderlich sind. Ohne Schulung in der MRT-Umgebung ist der Trainer nicht in der Lage, das statische Magnetfeld innerhalb der Scannerbohrung oder die ungewöhnlich hohen/niedrigen Audioemissionen der Scansequenzen zu replizieren; Diese Einschränkung wird möglicherweise dadurch behoben, dass diese Dimensionen theoretisch in eine "Variabilität"-Komponente zusammengefasst werden, da sie das Verhalten während des Trainings in verschiedenen Einstellungen ausführen.

Eine weitere Einschränkung ist, dass dieses Protokoll nicht für Geschwindigkeit optimiert ist. Das Stationsverhalten kann in dreizehn Stunden Training konditioniert werden, was über sechs Monate etwa 80 fünf- bis fünfzehnminütigen Trainingseinheiten entspricht. Der methodische Ansatz ist "langsam und korrekt" statt "schnell und später beheben". Eine Mentalität der "schnell und später beheben" führt zu einer möglichen Sensibilisierung der Scanumgebung und anschließender Zermürbung von Daten oder ganzen Probanden. In einer Studie über die lexikalische Verarbeitung bei Hunden, Forscher waren in der Lage, Daten mit einer Erfolgsrate von 80% auf einen bestimmten Hund ersten Versuch zu sammeln. Wenn ein Hund einen zweiten Versuch benötigte, sank der Erfolg auf 16%, und nur 4%, wenn der Hund einen dritten Versuch benötigte, was darauf hindeutet, dass diese Hunde schädlich für die Scanumgebung mit wiederholter Exposition¹⁵sensibilisiert wurden. Das oben beschriebene Protokoll wird wahrscheinlich nicht bei allen Hunden funktionieren, und methodische Alternativen umfassen die Verwendung eines Nasen-Ziel-Stick-Verhaltens anstelle eines Kinnruheverhaltens, die Implementierung längerer Trainingseinheiten und die Erhöhung der Häufigkeit des Trainings. Sitzungen. Man könnte vor dem Bildschirm für geeignetere Probanden (z.B. Traktionsfähigkeit, Temperament, Kopfgröße), obwohl der Kompromiss mit Selektion Selektion Sebias fortbesteht, und weiter, die schwieriger zu trainieren Hunde könnten Modell pathologien von Interesse sein: ungeordnete Angst, Aggression, spezielle Population Arbeitshunde (z.B. diejenigen, die für High-Drive / Energie ausgewählt). Um die Methoden der Ankleben und Schulung für die Stationierung im MRT besser vergleichen zu können, bräuchten wir mehr Hunde und mehr Ausbilder. Ein Fester Teil der Arbeit an der Auburn University ist der Zugang des Forschers zur "Auburn Dog"-Population durch Canine Performance Sciences (CPS). Die in diesen Studien verwendeten Nachweishunde haben eine ähnliche Genetik und nahezu identische Aufzucht- und Trainingsgeschichten.

Unabhängig von der Trainingsmethode könnten bestimmte technologische Verbesserungen die Genauigkeit der MRT-Daten von Rohren verbessern, einschließlich eines verbesserten Hochfrequenzspulendesigns, um die Bildgebung der Kranatomie zu erleichtern, sowie verbesserte Hardware und Sequenzen zu leisen den Scanner während der Datenerfassung⁷. Awake, hemmungslose fMRI hat kognitive Einblicke in die Canine Psyche in Bezug auf multimodales Lernen, Exekutivfunktion, Stimulus-Verarbeitung und Belohnungsverarbeitung^{6,16,17,18 ,19,20,21,22,23,24,25,26,27 ,30,31}. Vergleichende und translationale Forscher können mit dieser Bildgebungstechnik mehrere sensorische Modalitäten untersuchen. Die Technik kann verwendet werden, um die Informationsverarbeitung in speziellen Arbeitspopulationen (z.B. Signalverarbeitung bei Diensthunden und parametrische Geruchsverarbeitung bei Spürhunden)^4,28zu untersuchen. Diese Techniken haben einen translationalen Nutzen, wenn es darum geht, das betriebsfähige Potenzial und die Eignung für eine Arbeitsrolle zu bestimmen; Als konvergente Technik neben genetischen und Verhaltensanalysen können Informationen aus MR-Stimulus-Präsentationsparadigmen die Auswahl geeigneter Arbeitshund-Phänotypen für Zuchtzwecke informieren.

Viele Trainingsstrategien stammen von Meeressäuger- und Zootiertrainingspraktiken, die von Skinner angepasst wurden, um die Haltungsverfahren durch Verstärkungs-basierte Anreicherung und Ausbildung anzugleichen⁸. Routinemäßige tierärztliche Verfahren (Gewichtsabnahme, Nagelschnitt, Blutentnahme) oder irgendetwas Unbequemes oder Angstprovozierendes, können durch aufeinanderfolgende Annäherung nach einem speziellen Trainingsplan, der dem einen nachempfunden ist, durch Verstärkung erleichtert werden. hier für Canine fMRI vorgeschlagen. Awake, hemmungslose MRT wurde sogar als klinische Nützlichkeit in seinem eigenen Recht für epileptische Hunde^{diskutiert 29}.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich canine fMRI in seinen Entstehungsstadien befindet. Wir haben ein humanes Trainingsprogramm vorgestellt, das kostengünstig umgesetzt werden kann. Die Zukunft ist vielversprechend für den fortgesetzten Einsatz von "dem besten Freund des Menschen" beim Verständnis von Beziehungen zwischen Gehirn und Gehirnverhalten, während sich das Feld der kognitiven Neurowissenschaften weiter entwickelt.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acrylic Mock Radiofrequency Coil	Menards	TU59018594	Mock Radiofrequency (RF) Coil: 8" diameter x 4' Concrete Form Tube. Makes four mock RF coils; cut form tube in four even lengths for four 8" diameter x 1' mock RF coils.
Agility Tunnel	J&J Dog Supplies	TT053	Open Agility Training Tunnel
Bluetooth Speaker	Sharkk	SP-SK896WTR-GRY	Portable Scan Audio Playback: Waterproof Bluetooth Speaker Sharkk 2O IP67 Bluetooth Speaker Outdoor Pool Beach and Shower Portable Wireless Speaker
Cardboard Concrete Form Tube	Menards	TU10120014	Stationary Mock MRI Bore: Sonotube 24" diameter x 12' Standard Wall Water-Resistant Concrete Form. Makes two mock bores; cut form tube in half for two 24" diameter x 6' bores.
Chuckit Ball	Chuckit!	17030	Toy Reward: Chuckit! Ultra Ball
Decibel X	Skypaw		Decibel meter phone app
Exercise Mat			Foam chin rest: cut mat in half lengthwise. Roll up, and secure roll with hot glue. Cut chin-size notch in center with X-ACTO knife. Hot-glue velcro to bottom surface.
Folding Table			3' x 6' folding table
Microfiber Car Wax Applicator Pad	Viking Car Care	862400	Viking Car Care Microfiber Applicator Pads
Natural Balance Treat Log	Natual Balance	236020	Food Reward: E.g., Chicken Formula Dog Food Roll, 3.5-lb roll
Plywood			Platform: 2"x4"x6' length of wood affixed to 3'x6' plywood board. Hot glue exercise mat on plywood board for traction. Braces: 3 4x4x4" cubes cut at 45-degree angle affixed to ends of 1"x4"x3' lengths of wood. Makes 3 braces.
Sand Bags	J&J Dog Supplies	AG155	J&J Professional Quality Sandbags x 2
Speaker System	Pioneer Electrics	HTD645DV	Stationary Scan Audio Playback: Pioneer HTD645DV 5 Disk DVD Home Theater System with Wireless Surround Speakers. Operating Instructions.
Towel			standard towel