Оперантное Sensation ищу в мышь
10 ноября 2010 г.
В этом протоколе описывается метод оперантного обучения с использованием сенсорных стимулов в качестве подкрепления в мышь. Она не требует предварительного обучения или пищевых ограничений, и это позволяет изучению мотивированного поведения без использования фармакологических или физическое подкрепление таких как продукты питания.
Общая цель данной процедуры — изучение мотивированного поведения мышей путем их обучения выполнению оперантного отклика для получения сенсорного подкрепления. Это достигается путем написания программы для подачи переменных сенсорных стимулов. При выполнении животным операнной задачи крайне важно сохранять спокойствие животных во время манипуляций, поэтому перед началом тестирования экспериментатор должен провести габитуацию мышей.
После привыкания мышей следующим этапом является проведение ежедневных сеансов оперантного тестирования по режиму с фиксированным соотношением 1:1. В конечном итоге режим подкрепления может быть изменен на другой, например, на тестирование с прогрессивным соотношением, случайным соотношением или вариабельным интервалом. Схема оперантного поиска новых ощущений может быть использована для демонстрации изменений в оперантном ответе в результате генетических или фармакологических манипуляций.
Основное преимущество данной методики по сравнению с существующими методами, такими как внутривенное самовведение препаратов мышами, заключается в том, что она не требует обучения хирургическим навыкам или ограничения в питании. Помимо получения данных о мотивированном поведении, оперантный поиск ощущений может быть применен и к таким системам, как лекарственная зависимость.
Перед началом эксперимента животных необходимо приучить к манипуляциям и транспортировке. Процесс привыкания занимает три дня. После того как мыши адаптируются к условиям вивария в первый день привыкания, поместите в клетку руки в перчатках и оставьте их там на 90 секунд.
Если за это время не все мыши обследовали ваши руки, осторожно переместите руки к каждой мыши и подождите, пока они не обнюхают их или не коснутся их, прежде чем продолжить. Затем аккуратно возьмите каждую мышь за основание хвоста и поместите её на ладонь. Быстро поднимите руку и опустите её, чтобы мышь могла сойти с неё и вернуться в клетку.
Повторите эту манипуляцию для каждой мыши. В зависимости от поведения животного может потребоваться от 5 до 10 повторений, пока мышь не успокоится. В последний раз поднимите руку выше и удерживайте мышь в течение пяти секунд.
Мышь должна оставаться на руке на протяжении всего времени, чтобы соответствовать критериям данного дня. Повторите эту процедуру для каждой клетки, меняя перчатки между клетками в первый день привыкания. Вернитесь в помещение на следующий день для проведения второго раунда привыкания.
Обращайтесь с каждой мышью так же, как в предыдущий день: поместите их на ладонь и позвольте им самостоятельно вернуться в клетку. Последний подъем должен длиться 10 секунд. Затем поместите животное на ладонь и погладьте его.
Затем верните животных в клетки. Кроме того, начиная со второго дня, взвешивайте каждое животное и маркируйте хвост перманентным маркером, чтобы указать номер субъекта. На третий день привыкания повторите действия, продемонстрированные в первый и второй дни, удерживая животное высоко в руке в течение 15 секунд. При последнем подъеме взвесьте каждую мышь и повторно промаркируйте их хвосты.
После того как все мыши будут соответствовать критериям на текущий день, они считаются адаптированными и готовыми к тестированию. Сначала вам потребуется написать программу, которая будет использоваться для поиска ощущений в системе Opera (OSS-программа). Сессии с фиксированным коэффициентом подкрепления (FR) должны длиться один час.
Сессии с прогрессивным соотношением (PR) должны быть запрограммированы на два повторения. Выдвиньте оба рычага и сбалансируйте их, определив для каждого животного, какой рычаг будет активным, а какой — неактивным. Назначение рычагов для каждого животного остается неизменным.
Спрограммируйте программу таким образом, чтобы слуховые и зрительные подкрепляющие стимулы были вариативными. Продолжительность каждого из них выбирается случайным образом и составляет 2, 4, 6 или восемь секунд. Частота вспышек лампы также выбирается случайным образом и варьируется между 0.6 2 5, 1 0.25, 2.5 или пять hertz, при этом рабочий цикл для каждой составляет 50%.
Вспышки стимулирующей лампы различаются для левой и правой сторон камеры. Далее запрограммируйте слуховой стимул на время подачи подкрепления. В данном случае инфузионный насос воспроизводит звук, который примерно на три децибела превышает уровень фонового шума в камере.
Перед началом эксперимента убедитесь, что камера чистая и исправно работает. Сначала промойте нижний поддон горячей водой. Затем очистите оперантную камеру, ее стенки и пол 30% ethanol.
Запустите тестовую программу, которая включает вентилятор, освещение камеры и стимульные лампы, а также активирует выдвижение рычагов и запись нажатий на них. Убедившись в правильной работе всех ламп и вентиляторов, протестируйте программу, чтобы подтвердить фиксацию всех нажатий на рычагах. В завершение очистите рычаги 30% ethanol. Операционные сессии следует проводить пять-шесть дней в неделю в одно и то же время каждого дня.
В данном примере эксперименты обычно проводятся в период с 800 по 1400 часов. В темную фазу светового цикла животного взвесьте каждую мышь. Перед началом тестирования загрузите программу для каждой камеры и соответствующим образом аннотируйте эксперимент.
Поместите каждую мышь в соответствующую камеру, закройте дверь и начните сеанс. По окончании сеанса незамедлительно извлеките мышь и обновите маркировку на хвосте. Очистите камеры, как было показано ранее, и проанализируйте данные по количеству нажатий на активный и неактивный рычаги.
Также могут быть указаны количество подкреплений и/или точность нажатия на рычаг. Все мыши должны соответствовать критериям освоения навыка, если планируется проверка влияния терапии на OSS: до начала лечения должно быть достигнуто более 20 нажатий на активный рычаг и более 65% нажатий на активный рычаг за последние три сессии с фиксированным коэффициентом. После освоения режима FR 1 график подкрепления может быть изменен.
Например, более высокий фиксированный коэффициент, прогрессирующий коэффициент или случайный коэффициент. Здесь представлен пример формирования оперантного поведения по поиску ощущений. Самцам мышей линии C 57, black six J в группе OSS после каждого нажатия на активный рычаг предъявлялись разнообразные визуальные и слуховые стимулы.
В то время как нажатия на неактивный рычаг служили контролем отсутствия последствий, мыши в группе контроля находились в идентичных условиях, за исключением того, что нажатие любого из рычагов не приводило к последствиям. С каждой последующей сессией частота нажатий на активный рычаг у мышей группы OSS увеличивалась по сравнению с нажатиями на неактивный рычаг (контроль).
У мышей, обозначенных серыми линиями, этот рост не наблюдался. В данном примере одна группа мышей получала подкрепление в виде OSS. Другая группа получала 10% раствор Ensure в качестве пищевого подкрепления при неограниченном доступе к пище; частота ответов на OSS и пищевое подкрепление увеличивалась со временем аналогично.
В следующем примере мыши в течение пяти дней находились на режиме прогрессирующего соотношения подкрепления. Представленные здесь данные являются средними значениями за четвертый и пятый дни для каждого животного. Окончательное выполненное соотношение указано на оси Y справа; оно означает количество ответов, необходимых для получения соответствующего подкрепления, как это было продемонстрировано для ответов при фиксированном соотношении.
Прогрессивное соотношение. Частота ответов была схожей для сенсорного (OSS) и пищевого подкрепления. С помощью этого метода можно сравнить влияние манипуляции на два различных типа подкрепления — сенсорное и пищевое — без потенциальных смешивающих факторов, связанных с состоянием голода или различиями в частоте ответов.
В заключение следует отметить, что оперантное поведение по поиску ощущений представляет собой уникальный инструмент для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе сенсорного подкрепления, а также может служить инструментом для изучения наркотической зависимости.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном протоколе описан метод изучения мотивированного поведения мышей с использованием сенсорных стимулов в качестве подкрепления. Этот метод позволяет исследователям изучать оперантное обучение без предварительного тренинга или пищевого ограничения.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Поведенческая психология
- Оперантное обусловливание
Теоретические основы
- Оперантное обучение можно изучать с помощью сенсорных стимулов.
- Этот метод не требует использования пищи в качестве подкрепления.
- Он облегчает изучение мотивированного поведения.
- Для успешного проведения тестирования необходима предварительная габитуация мышей.
Цель исследования
- Обучение мышей выполнению оперантных реакций для получения сенсорного подкрепления.
- Изучение изменений в оперантном поведении, вызванных генетическими или фармакологическими манипуляциями.
- Создание основы для изучения мотивированного поведения без использования традиционных подкреплений.
Используемые методы
- Разработка программы для подачи переменных сенсорных стимулов.
- Ежедневные сеансы оперантного тестирования по режиму с фиксированным соотношением.
- Габитуация мышей для обеспечения их спокойствия при манипуляциях.
- Переход к различным режимам подкрепления (например, прогрессивному соотношению).
Основные результаты
- Успешное обучение мышей реагировать на сенсорные стимулы.
- Продемонстрированные изменения оперантного поведения в зависимости от графиков подкрепления.
- Потенциальное генетическое или фармакологическое влияние на поведение.
- Разработка нового метода изучения мотивированного поведения.
Выводы
- Данный метод представляет собой уникальный подход к изучению оперантного обучения.
- Он исключает необходимость ограничения в пище, что упрощает процесс.
- В будущих исследованиях эту схему можно использовать для различных поведенческих изысканий.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Оперантный поиск новых ощущений (OSS) у мышей представляет собой высокопроизводительную неинвазивную поведенческую модель для изучения нейронных механизмов, лежащих в основе мотивированного поведения и подкрепления. Данный подход позволяет доклиническим группам оценивать влияние генетических или фармакологических манипуляций на процессы подкрепления, имеющие значение для зависимостей и поиска новизны, без побочных эффектов, связанных с хирургическим вмешательством или ограничением в питании. OSS способствует валидации мишеней на ранних этапах и снижению механистических рисков для портфелей разработок в области нейропсихиатрических заболеваний и зависимостей.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Позволяет проводить функциональную оценку молекулярных мишеней, влияющих на подкрепление и мотивацию.
- Обеспечивает механистическое снижение рисков за счет разграничения путей сенсорного, лекарственного и пищевого подкрепления.
- Способствует генетическому и фармакологическому скринингу для валидации мишеней в моделях аддикции.
- Обеспечивает прогностическую уверенность при приоритизации нейронных мишеней в поведенческом фенотипировании.
Скрининг и разработка анализа
- Обеспечивает стандартизированный, воспроизводимый поведенческий анализ для количественной оценки оперантных ответов на сенсорные стимулы.
- Позволяет проводить прямое сравнение типов подкрепления (сенсорного и пищевого) в контролируемых условиях.
- Обеспечивает возможность масштабируемого высокопроизводительного скрининга мышей с мутациями или подвергшихся воздействию соединений.
- Формирует количественные показатели (количество нажатий на рычаг, количество подкреплений), пригодные для последующего анализа.
Трансляционные и доклинические исследования
- Соответствует доклиническим моделям зависимости и поиска новизны для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от раннего поиска до доклинической валидации нейрональных мишеней.
- Предоставляет платформу для оценки устойчивости к угасанию и поведения по типу эскалации, имеющих значение при зависимости.
- Способствует принятию обоснованных с учетом рисков решений о продвижении программ разработки нейропсихиатрических терапевтических средств.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
OSS интегрируется в континуум от открытия до доклинических исследований, обеспечивая возможность проверки гипотез о нейронных механизмах, валидацию мишеней и поведенческое фенотипирование у мышей с генетическими или фармакологическими модификациями.
- Биологические исследования: Обеспечивает проверку гипотез о нейронных субстратах подкрепления и мотивации.
- Скрининг: Обеспечивает готовность и воспроизводимость анализа для оценки влияния соединений или генетических факторов на оперантное поведение.
- Аналитика: Предоставляет количественные поведенческие показатели для статистического сравнения экспериментальных групп.
- Трансляционные исследования: Позволяет перенести результаты фундаментальных исследований на доклинические модели аддикции и стремления к новизне.
- Корпоративное повторное использование: Создает универсальную поведенческую платформу для различных направлений исследований в области нейропсихиатрии и аддикций.
Операционное и организационное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую уверенность при валидации мишеней и снижает механистическую неопределенность в исследованиях подкрепления.
- Операционная ценность: повышает стандартизацию, воспроизводимость и пропускную способность за счет устранения хирургических и диетических побочных факторов.
- Стратегическая ценность: улучшает процесс принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и эффективность использования капитала за счет обеспечения надежного поведенческого скрининга.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритезацию с учетом рисков и продвижение активов, связанных с нейропсихиатрическими заболеваниями и зависимостями.
Особенности реализации
- Требуется опыт в области поведенческой нейробиологии и протоколов оперантного обусловливания.
- Необходимы программируемые оперантные камеры с системами подачи сенсорных стимулов и сбора данных.
- Требуется стандартизация критериев приобретения навыка и параметров сессий между исследовательскими группами.
- Метод применим для различных генетических линий мышей и при различных фармакологических вмешательствах.
- Возможности моделирования поведения по типу эскалации ограничены по сравнению с некоторыми парадигмами самовведения пищи или лекарственных препаратов.
