Исследование двигательных навыков процессов обучения с роботизированной Manipulandum

Общая цель обучения крыс этой задаче с использованием роботизированного манипулятора состоит в том, чтобы исследовать процессы, лежащие в основе обучения двигательным навыкам и восстановления двигательных функций. Этот метод может помочь ответить на ключевые вопросы в области поведенческой нейробиологии, в частности, связанные с механизмами, лежащими в основе моторного обучения и формирования памяти, а также потери и восстановления функций после повреждения мозга или инсульта. Основное преимущество этой методики заключается в том, что обучение крыс и анализ просты в выполнении и что он более объективен, чем другие обычные задачи по доставке одной гранулы.

Кроме того, роботизированный манипуландум позволяет лучше анализировать кинематику. При подготовке всегда позволяйте вновь приобретенным крысам привыкнуть к новым клеткам в течение как минимум недели перед их дрессировкой. В течение этого времени регулярно обрабатывайте крыс и кормите их гранулами вознаграждения, используемыми для протокола дрессировки.

Чтобы начать процесс дрессировки, сначала потратьте два-три дня на приучение крыс к тестовой клетке. Первая задача состоит в том, чтобы научить крыс просто прикасаться к сферической ручке через окно клетки, а затем переходить на противоположную сторону клетки и приносить пищу. Во-первых, отрегулируйте настройки программного обеспечения таким образом, чтобы ручка располагалась сразу за окном испытательной клетки.

Теперь посадите крысу в тренировочную клетку и держите дробинку возле рукоятки. Направьте внимание крысы, постукивая по клетке по мере необходимости. Продолжайте подталкивать крысу к ручке таким образом, пока она самостоятельно не протянется через окно клетки и не коснется ручки или пищевой гранулы.

Затем выполняйте сеанс до тех пор, пока не будет выполнено 100 касаний или пока не пройдет 60 минут, в зависимости от того, что наступит раньше. Продолжайте тренировать крысу ежедневно, пока она не выполнит 100 касаний в течение 30 минут в течение двух дней подряд. Обычно это происходит на первых двух сеансах.

Как только вы овладеете этим навыком, приступайте непосредственно к следующей парадигме обучения. Крысы могут выполнять эту задачу гораздо быстрее, чем определенные критерии, но важно не перетренировать их, так как это может привести к чрезмерной консолидации поведения и подавлению формирования поведения к конечной цели. Следующая задача состоит в том, чтобы крысы научились промежуточному этапу тянуться и тянуть за ручку.

Как и в случае с тренировкой с вознаграждением, важно не перетренироваться, так как конечная цель — перейти к следующему этапу обучения. Во-первых, отрегулируйте настройки программного обеспечения таким образом, чтобы робот располагал ручку на расстоянии 18 миллиметров от окна в начале каждого испытания. Для успешного испытания рукоятка должна быть оттянута без перерыва не менее чем на 10 миллиметров.

Боковых ограничений на тяговое движение нет. Затем проведите сеансы, как и раньше, со 100 попытками или 60 минутами, обозначающими их окончание. Если крыса не тянется достаточно далеко, чтобы выполнить задачу, то сформируйте правильное поведение, держа дробинку с щипцами возле ручки.

Если кажется, что крыса теряет интерес к тому, чтобы тянуть за ручку, то постучите по клетке или выдайте гранулу. Определите предпочтения лапы крысы по ее первым 20 попыткам потянуть за ручку. Просто выберите ту лапу, которая чаще используется в качестве доминирующей лапы.

Большинство крыс проявляют сильное предпочтение и использовали одну лапу по крайней мере в 80% испытаний. Как только вы заметите доминирующую лапу, отрегулируйте положение ручки в сторону, чтобы она была в пользу этой лапы. Выровняйте ручку по краю окна и удерживайте ее в этом положении для всех будущих сеансов с этой крысой.

Продолжайте тренировать задачу до тех пор, пока крыса не достигнет плато производительности или не выполнит задачу 100 раз в течение 30 минут в течение двух дней подряд. Обычно требуется всего два сеанса, прежде чем приступить к прямому вытягиванию. Заключительный этап дрессировки заключается в том, чтобы научить крыс тянуть ручку прямо за вознаграждение.

Измените параметры в программном обеспечении так, чтобы тянущее движение, отклоняющееся более чем на два миллиметра от средней линии, считалось неудачным. Как обычно, каждый сеанс следует проводить до тех пор, пока не будет завершено 100 попыток или не пройдет 60 минут. Продолжайте обучать крыс этой задаче до тех пор, пока уровень их мастерства не достигнет плато или пока крысы не превысят определенные критерии.

С использованием 10-12-недельных самцов крыс породы Лонг-Эванс в течение 22 дней обучения сравнивались три различные техники обучения. Каждой группе была проведена тренировка по прикосновениям с вознаграждением. Затем параметры изменились.

В одной группе, FP, крысы были обучены тянуть ручку робота без каких-либо боковых ограничений. В следующей группе, SP1, крыс обучали тянуть ручку, не отклоняясь более чем на два миллиметра от средней линии, но им не давали никаких бесплатных тренировок по вытягиванию. В последней группе, SP2, крысы получили ровно две бесплатные тренировки по вытягиванию, а затем перешли к тренировке по прямому тяге.

Важно отметить, что для SP2 ручка была выровнена у одного края окна, что усложнило задачу. Это состояние может возникнуть случайно, если оператор не выровняет робота по клетке. Возможно, из-за этой дополнительной сложности процент успешных задач у крыс SP1 стабилизировался раньше, чем у крыс SP2.

Во время сеансов движение рукоятки улучшалось от первого сеанса к последнему. Показанные данные относятся к одной репрезентативной крысе из группы SP2. Точно так же скорость тяги стала более регулярной от первого до последнего сеанса, что указывает на более стабильное движение.

Эти данные также получены от репрезентативной крысы SP2. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как выполнять автоматизированную задачу квалифицированного достижения и какие факторы могут повлиять на ваши результаты. Как мы показали, незначительные изменения в схеме дрессировки повлияют на производительность животных.

Поэтому, пытаясь выполнить эту процедуру, важно сохранить все условия, одинаковые для каждого животного, такие как расположение ручки.