Сбор данных о поведении крыс по собственной инициативе для характеристики постинсультного дефицита
15 марта 2024 г.
Представлена система получения данных о самоинициируемых индивидуальных поведенческих сессиях в условиях социальной клетки. Эффективность этой системы демонстрируется с помощью автоматизированной квалифицированной оценки охвата, позволяющей охарактеризовать двигательные нарушения после инсульта, потенциальные поведенческие изменения, связанные с мотивацией, циркадные вариации и другие инновационные зависимые переменные.
Это исследование направлено на устранение типичных ограничений в экспериментах, основанных на поведении, позволяя животным жить в обогащенном жилье колонии. Цель состоит в том, чтобы облегчить самостоятельное поведенческое тестирование и обучение, а также продемонстрировать, как этот подход может генерировать достоверные индивидуализированные данные, включая постинсультные зависимые переменные, как типичные, так и новые. Существует несколько проблем для исследователей, проводящих поведенческие эксперименты, в том числе тратить время на поведенческую дрессировку и свести к минимуму любые потенциальные проблемы, связанные с обращением человека с грызунами и лишением пищи, физических упражнений и социального взаимодействия.
Будем надеяться, что результаты этого протокола показывают полезность автоматизированных, свободных от человека и/или экологически обогащенных подходов к сбору поведенческих данных. Мы надеемся, что это побудит других исследователей использовать такие высокопроизводительные методы для изучения новых переменных и множества экспериментальных парадигм. Для начала приобретите предварительно собранный турникет с одной крысой или ОРТ.
Прикрепите радиочастотный идентификатор или RFID-считыватель к ОРТ, затем прикрепите RFID-антенну к трубке ОРТ. Прикрепите ОРТ между поведенческим аппаратом и клеткой колонии. Установите систему RFID для считывания показаний животных, когда они проходят через ОРТ.
Ввести в клетку колонии когорту крыс одинакового размера. Обучите крысу регулярно входить в поведенческий аппарат через ОРТ. Затем введите маркер опроса в аппарат квалифицированного охвата.
В программе Arduino, чтобы установить ручку вытягивания на максимальную чувствительность, перейдите в RAT. H и определите пороговое усилие, необходимое для инициирования вытягивания. Ежедневно втягивайте рычаг на 0,25–0,5 миллиметра, пока не достигнете конечного положения от одного до 1,25 сантиметра за пределами патронника.
Инициируйте программу тренировки процентиля, чтобы постепенно увеличивать необходимое тяговое усилие для активации рукоятки. Как только крыса достоверно достигнет конечного критерия диапазона в 120 граммов, уберите программу тренировки процентиля и зафиксируйте критерий активации ручки на 120 граммах. Восстановите крыс, вызванных инсультом, в традиционной клетке в течение трех-семи дней.
После выздоровления верните крысу в клетку колонии с ОРТ, прикрепленным к аппарату квалифицированного досягаемости. Завершите поведенческое тестирование при требованиях к растяжению 120 граммов, пока не будет собрано достаточно данных для оценки постинсультного дефицита. При оценке квалифицированного охвата наблюдались значительные различия в частоте успеха, средней силе на тягу и тяге на пару крыс после индукции инсульта.
Инсульт не повлиял на начало сеанса. Женщины последовательно инициировали больше сеансов, чем мужчины, без изменений в частоте после инсульта. Напротив, у большинства крыс наблюдалась увеличенная продолжительность пребывания в камере, возможно, из-за снижения показателей успешности схватки.
Инсульт повлиял на циркадный паттерн распределения сеансов в течение дня как у мужчин, так и у женщин. До инсульта животные выполняли задачу в основном в начале светового цикла, а у самок непосредственно перед началом темнового цикла. После инсульта как мужчины, так и женщины перешли к постепенному увеличению вовлеченности на протяжении всего светового цикла.
В трансляционных исследованиях инсульта в настоящее время используются различные важные поведенческие анализы, но большинство из них требуют трудоемкого и индивидуального тестирования, а также периодической дрессировки с животными. Кроме того, переменные самоинициации редко регистрируются, поскольку анализы в основном включают эксперимент или инициированные сеансы и задачи. По сравнению с типичными подходами к поведенческому обучению и тестированию, этот протокол имеет несколько преимуществ.
Он устраняет путаницу, связанную с обращением с человеком, сокращает ежедневный труд исследователей, позволяет использовать несколько источников обогащения и даже предоставляет новые измерения циркадных переменных и переменных инициации.
Обзор
В данной работе представлена система сбора данных о сессиях самопроизвольного поведения в условиях содержания в социальной колониальной клетке. Она демонстрирует эффективность автоматизированной оценки навыков дотягивания для характеристики моторных нарушений после инсульта и других поведенческих изменений.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронаука
- Поведенческая наука
- Автоматизированный сбор данных
Обзор
- Традиционные эксперименты, основанные на анализе поведения, часто имеют определенные ограничения.
- Содержание в обогащенных колониях может способствовать проявлению более естественного поведения.
- Вмешательство человека может привносить побочные переменные в поведенческие исследования.
- Автоматизированные методы могут повысить достоверность данных и пропускную способность.
Цель исследования
- Обеспечение возможности проведения поведенческого тестирования грызунов по собственной инициативе животных.
- Получение достоверных индивидуализированных данных, касающихся переменных после инсульта.
- Стимулирование использования высокопроизводительных методов в поведенческих исследованиях.
Используемые методы
- Использование предварительно собранного турникета для крыс (One Rat Turnstile, ORT).
- Автоматизированная оценка навыка дотягивания для сбора данных.
- Поведенческое тестирование в экологически обогащенной среде.
- Минимизация контакта человека с животными в ходе экспериментов.
Основные результаты
- Продемонстрирована возможность проведения автоматизированного анализа поведения.
- Выявлены потенциальные изменения в поведении, связанные с мотивацией.
- Охарактеризованы циркадные вариации поведения.
- Показана эффективность методов сбора данных без участия человека.
Выводы
- Автоматизированные системы могут повысить достоверность поведенческих данных.
- Тестирование по инициативе самого животного может дать новые сведения о поведении.
- Призыв к исследователям внедрять высокопроизводительные методы.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Автоматизированное поведенческое тестирование по принципу самоинициации в условиях обогащенного колониального содержания позволяет проводить высокопроизводительный и непредвзятый количественный анализ дефицитов после инсульта на доклинических моделях крыс. Этот подход снижает влияние человеческого фактора и трудозатраты, обеспечивая получение более прогностических и трансляционно значимых данных для разработки препаратов, воздействующих на ЦНС. Данный метод улучшает процесс принятия решений по портфелю препаратов, предоставляя надежные индивидуализированные поведенческие конечные точки для валидации мишеней и снижения механистических рисков.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Обеспечивает объективную оценку двигательного и поведенческого дефицита после инсульта для функциональной валидации мишени.
- Помогает снизить механистические риски путем количественного определения как традиционных, так и новых поведенческих переменных.
- Повышает прогностическую уверенность в воздействии на мишени ЦНС благодаря индивидуальным данным высокого разрешения.
Скрининг и разработка анализа
- Позволяет подготавливать валидированные, воспроизводимые поведенческие системы для последующего скрининга соединений.
- Стандартизирует количественные показатели, такие как сила тяги, анализ серий действий и частота инициации.
- Обеспечивает масштабируемый автоматизированный сбор данных для достоверной оценки терапевтических кандидатов.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет поведенческие конечные точки с моделями, соответствующими патологии заболевания, для разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от раннего этапа поиска до доклинической валидации за счет минимизации влияния человеческого фактора.
- Поддерживает принятие решений о продвижении проекта с учетом рисков на основе надежных поведенческих наборов данных для различных условий.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Эта автоматизированная система поведенческого тестирования интегрируется на всех этапах исследований ЦНС: от раннего поиска соединений до идентификации лид-соединений и доклинической валидации.
- Поисковая биология: обеспечивает проверку гипотез относительно функционального дефицита и траекторий восстановления после инсульта.
- Скрининг: предоставляет воспроизводимые количественные показатели поведения для оценки соединений.
- Аналитика: позволяет проводить статистическое сравнение показателей успеха, метрик силы и циркадных ритмов в различных когортах.
- Трансляционные исследования: связывает доклинические результаты с клиническими конечными точками путем моделирования естественного поведения и восстановления.
- Корпоративное повторное использование: предлагает масштабируемую, повторно используемую платформу для различных поведенческих парадигм и неврологических показаний.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает точность прогнозирования и уменьшает неопределенность механизмов при валидации мишеней ЦНС.
- Операционная ценность: стандартизирует и автоматизирует сбор поведенческих данных, повышая воспроизводимость и пропускную способность.
- Стратегическая ценность: способствует принятию обоснованных решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет минимизации влияния человеческого фактора.
- Влияние на портфель: позволяет проводить приоритезацию активов по ЦНС с учетом рисков на основе надежных поведенческих конечных точек.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области поведенческой нейробиологии и систем автоматизированного сбора данных.
- Необходимы клетки для содержания колоний с поддержкой RFID, а также специализированная установка для изучения навыков дотягивания (reach apparatus) с возможностью измерения силы.
- Требуется межгрупповая стандартизация поведенческих протоколов и методов анализа данных.
- Метод может быть адаптирован для различных моделей грызунов и неврологических показаний путем корректировки протокола.
- Ограничен снижением экспериментального контроля над временем и условиями воздействия, что отмечено в валидационных исследованиях.
