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 заключается в изучении мотивированного поведения мышей путем их обучения выполнять оперантный ответ для получения сенсорного подкрепления. Это достигается путем написания программы для подачи переменных сенсорных стимулов. При выполнении животным оперантной задачи крайне важно поддерживать спокойное состояние животных во время обращения с ними, поэтому перед началом тестирования экспериментатор должен провести привыкание мышей.
После привыкания мышей следующим этапом является проведение ежедневных сеансов оперантного тестирования по графику с фиксированным соотношением 1:1. В конечном итоге график подкрепления может быть изменен на другой, например, на тестирование с прогрессивным соотношением, случайным соотношением или вариабельным интервалом. Схема оперантного поиска стимулов может быть использована для демонстрации изменений в оперантных реакциях в результате генетического или фармакологического воздействия.
Основным преимуществом данного метода по сравнению с существующими подходами, такими как внутривенное самовведение препаратов у мышей, является отсутствие необходимости в обучении хирургическим навыкам или ограничении в питании. Помимо возможности изучения мотивированного поведения, оперантный поиск ощущений может быть применен и к таким системам, как лекарственная зависимость.
Перед началом эксперимента животные должны пройти привыкание к манипуляциям и транспортировке. Процесс привыкания занимает три дня. После того как мыши адаптируются к условиям вивария в первый день привыкания, поместите руки в перчатках в клетку и оставьте их там на 90 секунд.
Если за это время не все мыши обследовали ваши руки, осторожно поднесите 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 пяти 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 в течение всего времени, чтобы соответствовать критериям данного дня. Повторяйте эту процедуру для каждой клетки, меняя перчатки между клетками в первый день привыкания. Вернитесь в помещение на следующий день, чтобы завершить второй этап привыкания.
Обращайтесь с каждой мышью так же, как в предыдущий день: поместите её на ладонь и позвольте ей самостоятельно вернуться в клетку. Последний подъем следует удерживать в течение 10 секунд. Затем поместите животное на ладонь и погладьте его.
Повторите процедуру. Также, начиная со второго дня, взвешивайте каждое животное и маркируйте хвост 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 соответствуют критериям на текущий день, они проходят привыкание и становятся готовы к тестированию. Сначала вам потребуется написать программу, которая будет использоваться для поиска ощущений в системе Opera (OSS program). Сессии с фиксированным коэффициентом подкрепления (FR) длятся один час.
Сеансы с прогрессивным коэффициентом (PR-сеансы) 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.
Напишите программу таким образом, чтобы слуховые и зрительные подкрепления 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 может составлять 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 действия подкрепления. В данном случае инфузионный насос подает звуковой сигнал, уровень которого примерно на три децибела превышает фоновый шум в камере.
Перед началом эксперимента убедитесь, что камера чистая и исправно работает. Сначала промойте нижний поддон горячей водой. Затем очистите оперантную камеру, стены и пол 30% раствором этанола.
Запустите тестовую программу, которая включает вентилятор, освещение в камере и стимульные лампы, а также активирует выдвижение рычагов и запись нажатий на них. После подтверждения корректной работы всех ламп и вентиляторов протестируйте программу, чтобы убедиться в регистрации всех нажатий на рычаги. В завершение очистите рычаги 30% ethanol. Операционные сессии следует проводить пять или шесть дней в неделю в одно и то же время каждый день.
В данном примере эксперименты обычно проводятся в период с 800 по 1400 часов. В темную фазу светового цикла животного взвешивают каждую мышь. Перед началом тестирования загрузите программу для каждой камеры и соответствующим образом аннотируйте эксперимент.
Поместите каждую мышь в назначенную камеру, закройте дверь и запустите сессию. После завершения сессии незамедлительно извлеките мышь и обновите маркировку на хвосте. Очистите камеры, как показано ранее, и проанализируйте данные по количеству нажатий на активный и неактивный рычаги.
Также могут быть указаны количество подкреплений и/или точность нажатий на рычаг. Все мыши должны соответствовать критериям освоения навыка, если планируется тестирование 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 соотношением. После освоения ответов при FR 1 график подкрепления может быть изменен.
Например, более высокий фиксированный коэффициент, прогрессивный коэффициент или случайный коэффициент. Здесь представлен пример формирования оперантного поведения по поиску ощущений. Самцам мышей линии C 57BL/6J, демонстрирующим поиск операнных ощущений (OSS), после каждого нажатия активного рычага предъявлялись разнообразные визуальные и слуховые стимулы.
В то время как нажатия на неактивный рычаг не имели последствий, мыши в группе контроля находились в идентичных условиях, за исключением того, что нажатие любого из рычагов не приводило к какому-либо последствию. С каждой последующей сессией частота нажатий на активный рычаг у мышей OSS увеличивалась по сравнению с нажатиями на неактивный рычаг в группе контроля.
У мышей, отмеченных серыми линиями, данный рост не наблюдался. В этом примере одна группа мышей получала подкрепление в виде OSS. В то время как другая группа получала 10% ensure в качестве пищевого подкрепления при свободном доступе к пище; при этом частота ответов для OSS и пищевого подкрепления увеличивалась со временем аналогично.
В следующем примере мыши в течение пяти дней находились на режиме подкрепления с прогрессивным коэффициентом. Представленные здесь данные являются средними значениями за четвертый и пятый дни для каждого животного. Конечный завершенный коэффициент указан на оси Y справа и означает количество реакций, необходимых для получения соответствующего подкрепления, как это было продемонстрировано для реакций с фиксированным коэффициентом.
Прогрессивное соотношение. Скорость реагирования была схожей при использовании OSS и пищевого подкрепления. Данный метод позволяет сравнить влияние манипуляции на два различных типа подкрепления — сенсорное и пищевое — без возможных искажающих факторов, вызванных состоянием голода или различиями в скорости реагирования.
В заключение следует отметить, что оперантное поведение, направленное на поиск ощущений, представляет собой уникальный инструмент для изучения молекулярных механизмов, лежащих в основе сенсорного подкрепления, а также может служить средством исследования лекарственной 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.
