Введение в Clicker подготовки в качестве когнитивного обогащения для лабораторных мышей
6 марта 2017 г.
Разработка новых стратегий совершенствования для лабораторных мышей — сложная задача, которая способствует реализации принципа 3R. Этот протокол представляет обучение с помощью кликера в качестве программы когнитивного обогащения для лабораторных мышей.
Общая цель данного исследования заключается в разработке программы обучения мышей с положительным подкреплением в качестве специфического метода обращения с животными. Этот метод позволяет ответить на ключевые вопросы в развивающейся области стратегий совершенствования (refinement) содержания лабораторных мышей, например, о том, как снизить уровень стресса при содержании и проведении экспериментов. Основным преимуществом данной методики является возможность её модификации для различных целей, а также способность улучшить благополучие лабораторных мышей.
Идея этого метода возникла у нас при поиске эргономичных способов пересадки мышей из одной клетки в другую без непосредственного контакта с ними. Визуальная демонстрация данного метода имеет решающее значение, так как освоить технику сложно, поскольку критически важны время выполнения действий и общее обращение с животными. Перед началом эксперимента перенесите домашнюю клетку в тихое помещение.
Затем удалите все предметы из домашней клетки, чтобы использовать ее в качестве зоны обучения. После этого перенесите остальных сожителей из домашней клетки, оставив только одну подопытную мышь. Чтобы начать обучение, установите таймер на пять минут и нажмите кнопку старта.
Поместите тоннель для мыши в домашнюю клетку рядом со стенкой. Затем подождите, пока мышь осмотрит тоннель. Как только мышь войдет в тоннель, нажмите кнопку и предоставьте награду в конце тоннеля.
Пока мышь сидит и ест вознаграждение в тоннеле, осторожно кликайте в течение 15 секунд. Как только мышь покинет тоннель, повторите сессию снова. Со второго по пятый день установите таймер на пять минут.
Нажмите кнопку «Пуск» и поместите туннель для мышей в домашнюю клетку. Как только мышь войдет в туннель, нажмите кнопку и предъявите награду в конце туннеля. Повторяйте эти действия в течение следующих 30 секунд, затем сделайте паузу на 15 секунд, чтобы вынуть туннель из клетки.
Затем снова установите туннель и нажмите кнопку сразу после того, как мышь снова войдет в него. Предоставьте награду в конце туннеля и позвольте мыши грызть ее в течение не более одной секунды. Затем заберите награду.
Наконец, как только мышь начнет самостоятельно возвращаться в тоннель, предъявите награду перед его выходом. На второй неделе начните с установки таймера на пять минут. Нажмите кнопку пуска и поместите шар на конец целевой палочки в клетке.
Как только мышь коснется носом сферы, нажмите кнопку и предложите вознаграждение рядом со сферой. После того как мышь установит связь между выполненным действием и вознаграждением, измените положение сферы в ходе тренировочной сессии. Вознаграждайте мышь после того, как она коснется носом сферы в новом положении.
Затем поместите сферу в клетку и незадолго до того, как мышь коснется сферы, медленно и осторожно сместите ее на один сантиметр. Нажмите кнопку и выдайте поощрение, если мышь преодолела это расстояние и коснулась сферы. Постепенно увеличивайте расстояние, которое должна преодолеть мышь, и повторяйте эту процедуру до тех пор, пока животное не начнет выполнять действие стабильно.
На третьей неделе начните с того, что поместите одну руку в тренировочную клетку, удерживая в другой руке кликер вместе с целевой палочкой и награду. Установите таймер на пять минут. Нажмите кнопку «старт» и поместите сферу на конец целевой палочки рядом с рукой.
Как только мышь проявит интерес к глобусу, нажмите кнопку и предложите вознаграждение рядом с ним. Затем поместите глобус на ладонь. После этого нажмите кнопку и дайте вознаграждение, пока мышь сидит на ладони.
После кликер-тренинга подавляющее большинство обученных мышей — все самки и 83% самцов — следовали за целевой палочкой. Самки в целом демонстрировали более высокую мотивацию к обучению, проявляя соответствующее поведение с большей частотой на протяжении всех тренировочных сессий. У обученных мышей наблюдалась значительно более низкая частота проявлений тревожного поведения по сравнению с необученными мышами.
Кроме того, связанное с депрессией поведение в виде замирания (плавания на месте) в водном лабиринте Морриса было значительно снижено в тренированной группе. После освоения эта методика может выполняться за три-пять минут на одну мышь в день при условии правильного выполнения. При проведении этой процедуры важно помнить о необходимости обращаться с мышами осторожно, спокойно и уверенно.
После выполнения данной процедуры для улучшения условий здоровья и гигиены в вивариях можно применять другие методы, например, обучение мышей самостоятельному переходу в другую клетку по мостику. После освоения кликер-тренинг способствует совершенствованию условий содержания, так как может рассматриваться как форма когнитивного обогащения. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как внедрить систему обучения с положительным подкреплением для мышей в условиях лабораторных вивариев.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании представлена тренировка с использованием кликера в качестве программы когнитивного обогащения для лабораторных мышей, направленная на улучшение их благополучия и снижение уровня стресса при обращении с животными и проведении экспериментов.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Поведение животных
- Благополучие лабораторных животных
Теоретические основы
- Стратегии гуманизации условий содержания лабораторных мышей необходимы для соблюдения этических норм проведения исследований.
- Методы обучения с положительным подкреплением позволяют улучшить технику обращения с животными.
- Снижение уровня стресса в лабораторных условиях имеет решающее значение для получения достоверных результатов экспериментов.
- Наглядные демонстрации важны для обучения эффективным методам обращения с животными.
Цель исследования
- Разработка программы обучения мышей с помощью положительного подкрепления.
- Изучение методов снижения стресса при манипуляциях с животными.
- Повышение общего благополучия лабораторных мышей.
Используемые методы
- Внедрение кликер-тренинга в качестве инструмента когнитивного обогащения среды.
- Перенос мышей в тихое помещение перед началом обучения.
- Визуальные демонстрации для облегчения освоения методики.
- Модификация метода обучения для различных целей.
Основные результаты
- Кликер-тренинг позволяет эффективно снизить уровень стресса у лабораторных мышей.
- Данный метод может быть адаптирован для различных сценариев обращения с животными.
- Улучшение техники обращения с животными способствует получению более достоверных результатов экспериментов.
- Использование визуальных пособий облегчает процесс обучения исследователей.
Выводы
- Обучение с положительным подкреплением является эффективной стратегией гуманизации условий содержания животных.
- Повышение благополучия животных достижимо с помощью структурированных программ обучения.
- Для оптимизации методов обучения необходимы дальнейшие исследования.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Стратегии рафинирования, такие как кликер-тренинг, отвечают критической потребности в снижении уровня стресса и улучшении благополучия лабораторных мышей, что напрямую влияет на достоверность поведенческих и физиологических данных в доклинических исследованиях. Интегрируя протоколы когнитивного обогащения, группы биофармацевтических исследований и разработок могут повысить благополучие животных, минимизировать влияние смешивающих переменных и обеспечить более воспроизводимые результаты в рамках поисковых и трансляционных исследований. Данный подход соответствует развивающимся регуляторным и этическим стандартам, укрепляя основу для надежной валидации мишеней и механистических исследований.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Обеспечивает более точное поведенческое фенотипирование за счет снижения вариабельности, вызванной стрессом.
- Способствует функциональной валидации мишеней благодаря улучшению взаимодействия с животными и уменьшению артефактов, связанных с тревогой.
- Облегчает механистическое снижение рисков путем минимизации влияния факторов, связанных с поведенческими реакциями на стресс.
Скрининг и разработка анализа
- Подготовка мышей к стандартизированному обращению для обеспечения воспроизводимости поведенческих и физиологических тестов.
- Повышение надежности анализа за счет снижения тревожности и депрессивноподобного поведения, которые могут исказить результаты.
- Обеспечение стабильности реакций животных, что увеличивает пропускную способность скрининга и сопоставимость данных.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет благополучие животных с разработкой трансляционных биомаркеров за счет сокращения конечных точек, связанных со стрессом.
- Обеспечивает преемственность от этапа раннего поиска до доклинической валидации путем стандартизации условий содержания животных.
- Снижает риск ложноположительных или ложноотрицательных результатов в поведенческих моделях, поддерживая продвижение исследований с учетом рисков.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Кликер-тренинг может быть интегрирован на всех этапах — от первичного поиска до доклинических исследований, обеспечивая поддержку при проверке гипотез, разработке методов анализа и проведении трансляционных исследований.
- Биологические исследования: снижает влияние стресса как вмешивающейся переменной, что улучшает проверку гипотез и анализ сигнальных путей.
- Скрининг: стандартизирует правила обращения с животными, обеспечивая воспроизводимые и количественные показатели поведенческих реакций.
- Аналитика: обеспечивает измеримое снижение тревожного и депрессивноподобного поведения для проведения надежного статистического сравнения.
- Трансляционные исследования: улучшает соответствие конечным точкам, релевантным для человека, за счет минимизации артефактов, вызванных стрессом.
- Корпоративное использование: предлагает масштабируемый и легко внедряемый протокол, который можно адаптировать для различных лабораторий и исследований.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неопределенность в поведенческих исследованиях.
- Операционная ценность: стандартизирует методы обращения с животными, что повышает воспроизводимость и масштабируемость исследований между различными группами.
- Стратегическая ценность: позволяет принимать более обоснованные решения о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет минимизации биологического шума и повышения качества данных.
- Влияние на портфель: способствует приоритизации с учетом рисков за счет снижения биологических рисков на поздних этапах и повышения надежности моделей.
Особенности реализации
- Требуется обучение методам положительного подкрепления и технике бережного обращения с животными.
- Помимо стандартного оборудования вивария и кликеров, дополнительное оснащение практически не требуется.
- Для обеспечения воспроизводимости результатов в различных исследованиях и центрах необходима стандартизация методов между исследовательскими группами.
- Протокол может быть адаптирован для различных линий мышей и поведенческих моделей.
- Затраты времени на одно животное невелики, однако для достижения максимального эффекта необходимо последовательное применение метода.
