Автоматизированная, Количественный Когнитивная / Поведенческие Скрининг мышей: Для генетики, фармакологии, животных познания и Бакалавриат Инструкции

Summary

Полностью автоматизированная система для измерения физиологически значимые свойства механизмов, опосредующих пространственную локализацию, временная локализация, продолжительность, скорость и оценка вероятности, оценки риска, импульсивность, и точность и точность памяти, для того, чтобы оценить воздействие генетических и фармакологических манипуляций на основополагающие механизмы познания у мышей.

Abstract

Мы описываем высокой пропускной, большого объема, полностью автоматизированный, живая-в 24/7 поведенческой системы тестирования для оценки последствий генетических и фармакологических манипуляций на основных механизмов познания и обучения у мышей. Стандартный полипропилен мышь корпус ванна соединена через акриловой трубки к стандартной испытательной коробке коммерческой мыши. Тест коробка имеет 3 бункера, 2 из которых соединены для осаждения кормушки. Все внутренне с подсветкой со светодиодом и мониторинг для записей головы с помощью инфракрасной (ИК) лучей. Мыши живут в окружающей среде, что исключает обращения во время скрининга. Они получают свою пищу в течение двух или более ежедневных периодов кормления, выполняя в оперантного (инструментального) и павловской (классика) протоколы, для которых мы написали протокол-программное управление и анализ данных и графическое программное обеспечение квази-реальном времени. Данные анализа и графические процедуры написаны на языке в MATLAB на основе созданной существенно упростить анализ большое время-сутрамбовывают поведенческие и физиологические записи о событиях и сохранить полный след данных из исходных данных через все промежуточные анализы на опубликованные графиков и статистических данных в рамках единой структуры данных. Код анализа данных собирает свои данные несколько раз в день и подчиняет его статистических и графических анализов, которые автоматически сохраняются в «облаке» и на в-лаборатории компьютеров. Таким образом, прогресс отдельных мышей визуализируется и количественно ежедневно. Код анализа данных разговаривает с протоколом контроля кода, что позволяет автоматизированное продвижение от протокола к протоколу отдельных предметов. Поведенческие протоколы реализованы не уступают, autoshaping, приуроченная хоппер-коммутации, оценка риска во временном бункера-коммутации, измерения импульсивность и циркадных ожидании доступности пищи. С открытым исходным кодом протокола управления и код анализа данных делает добавление новых протоколов просто. Восемь тестовых сред поместиться в 48 в х 24 в х 78 в шкафу; два таких такси(16 inets среды) может управляться одним компьютером.

Introduction

Для приведения мощные методы генетики, молекулярной генетики, молекулярной биологии, и нейрофармакологии нести на выяснении клеточные и молекулярные механизмы, которые опосредуют основные механизмы познания, мы должны в больших объемах, высокого пропускную психофизические методы скрининга, которые количественно физиологически значимым свойства когнитивных механизмов. Психофизически измеримыми, физиологический смысл количественное свойство механизма является свойством, которое может быть измерено поведенческих средств, а также по электрофизиологических или биохимических средств. Примерами могут служить спектр поглощения родопсина, обгонной период циркадных часов, и огнеупорная период вознаграждения аксонов в медиальной переднего мозга расслоения ^1,2. Психофизические измерения, которые можно сравнить с клеточных и молекулярных измерений заложить основу для увязки клеточные и молекулярные механизмы психологических механизмов, посредством количественного соответствия. Для examplе, тот факт, что в поглощения Ситу спектра родопсина во внешних сегментов палочек накладывает на скотопического спектральной функции чувствительности человеческого убедительные доказательства того, что фотон-срабатывает изомеризации родопсина является первым шагом в ночное зрение. Количественные аспекты сложных моделей поведения также центральное место в использовании методов QTL в генетике поведения ^3,4.

Производительность мышей (и крыс) на устоявшихся инструментальных и павловских протоколов обучения зависит от мозговых механизмов, которые измеряют абстрактные величины, как время, номер, срок действия, скорость, вероятность, риск, и пространственное расположение. Например, скорость приобретения павловских условных рефлексов зависит от соотношения между средним интервалом между армирующих событий (обычно, поставок продовольствия) и среднее время ожидания для армирования после начала сигнала для грядущей армирования ^5-7. Для второго exampле, отношение средней продолжительности визитов в двух загрузочных бункеров в протоколе согласования приблизительно равен отношению скоростей арматуры на этих двух бункеров ^8-10.

Поведенческие методы тестирования в настоящее время широко используется по неврологов, заинтересованных в основных механизмов являются, по большей части, низкий объем, низкий пропускную способность, и трудоемкими ^26. Кроме того, они не измеряют объемы, которые можно сравнить с величинами, измеренными электрофизиологических и биохимических методов, как, например, поведенчески измеренные периоды и фазы циркадных генераторов можно сравнить с электрофизиологических и биохимических показателей циркадного периода и фазы. Современные методы тестирования поведения сосредоточиться на категорий обучения, например, пространственного обучения, временного обучения, или страха обучения, а не на основных механизмов. Широко используемый Водный лабиринт тест пространственного обучения ^11-15 является примером этих шortcomings. Пространственное обучение является категория. Обучение в этой категории зависит от многих механизмов, одним из которых является механизм точного расчета ^16,17. Навигационное счисление зависит в свою очередь на одометре, механизма, который измеряет расстояние пробег ^18. Точно так же, временная обучение является категория. Циркадные часы является одним из механизмов, по которым обучение в этой категории зависит, потому что осциллятор с примерно 24 ч период требуется для животных, чтобы узнать время суток, при котором события происходят ^17,19. Часы, что позволяет пищи ожидание до сих пор не обнаружены ^19.

Часы для измерения времени механизм. Эндогенные генераторы с широким диапазоном периодов позволяют мозгу, чтобы найти событий во времени путем записи фаз этих часов ^16,17. Возможность записи местоположения во времени позволяет измерять длительности, то есть расстояния между точками во времени. Ассоциативного обучения зависит от тон измерения мозга из продолжительности ^5,6,20,21. Счетчики-числовые измерения механизмы. Количество измерения позволяет оценка вероятности, потому что вероятность того, соотношение между многочисленности подмножества и многочисленности от надмножество. Измерения Количество и продолжительность измерения позволяют оценку скорости, потому что представляет собой число событий, деленное на продолжительность интервала, по которому это число измеряли. Измерения продолжительности, номер, скорость, и вероятность включения поведенческих коррективы в изменяющихся рисков. ^22,23 Наш метод фокусируется на измерении точность и воспроизводимость этих основополагающих механизмов. Точность является степень, в которой мера мозга соответствует объективной мерой. Точность является изменение или неопределенность в меру мозга фиксированной объективной ценности, например, с фиксированной длительностью. Закон Вебера является старейшим и наиболее надежно установлены результат в психофизики. Она утверждает, что точностьмера мозгом количестве является фиксированная доля этого количества. Вебер Фракция, которая является коэффициент статистик в вариации в распределении (σ / μ), измеряет точность. Отношение психофизического среднего (например, имею в виду судить продолжительность) к объективному среднего (среднее объективную длительность) является мерой точности.

Метод, представленный здесь максимизирует объем (количество животных проходит проверку в любой момент времени в данном количестве лаборатории пространства) и пропускную способность (количество информации, полученной на средний срок скрининга одного животного), минимизируя количество человека труда требуется сделать измерения и максимизации непосредственность, с которой результаты скрининга стало известно.

Анализа данных программная архитектура, представленная здесь автоматически переводит исходные данные и все сводные результаты и статистику, полученные из данных вместе в одном гСтруктура ата, с полевыми рубрик, которые делают понятными обширные моря чисел, содержащиеся в ней. Аналитическое программное обеспечение работает только на данных в этой структуре, и всегда сохраняет результаты своей деятельности в областях в рамках этой же структуры. Это гарантирует, неповрежденный след от исходных данных к опубликованным резюме и графиков.

Программа автоматически записывает в структуру эксперимента-управляющих программ, которые управляли полностью автоматизированное тестирование, и он автоматически указывает, какие исходные данные из какой программы. Таким образом, он сохраняет безупречную след данных, без сомнения, какой экспериментальные условия были в силе для каждого животного в каждой точке испытания и нет никаких сомнений, как сводные статистические данные были получены из исходных данных. Этот метод сохранения данных значительно облегчает разработку стандартизованных поведенческих баз данных скрининга, что делает возможным для других лабораторий для проведения дальнейшего анализа эти богатые наборы данных.

Система скрининга схематизирован на рисунке 1. Десять шкафы, каждая из которых содержит 8 тестовых сред может быть создана в 10 футов х 15 футов лабораторном помещении на, что позволяет 80 мышей то запускаться в одно время. Кабели, проходящие через порт в партийной стены должны соединить среды для электронных / электрических карт интерфейса и ПК в другой комнате. Персонажи запускать программы протокола управления. Один компьютер требуется на каждые 2 шкафов (16 тестовых средах). Персонажи должны быть подключены через локальной вычислительной сети к серверу под управлением данных анализа и графическое программное обеспечение.

Protocol

Три полностью автоматизированные протоколы в TSsystem (соответствующий, аппетитивной инструментальную и классическую кондиционирование) и протокол переключатель были одобрены Комитетом по уходу за животными и сооружений на Rutgers Нью-Брансуик на.

1. Настройка физической системы

1. Настройка тестовые среды в кабинетах (см. рисунок 1).
2. Установка программного обеспечения эксперимент-управления, снабженный тестовых сред на протокол контроля компьютеров.
   Примечание: Не используйте эти компьютеры для любых других целей!

2. Настройка системы Software

1. Настройте LAN (локальная сеть), так что сервер, на котором установлено программное обеспечение анализа данных можно получить доступ к жесткие диски компьютера (ов), контролирующих тестовых сред (см. рисунок 1).
2. Создание учетной записи файла-синхронизации для хранения данных в «облаке».
3. Пут папку TSsystem и ее подпапки на пути поиска коммерческой языка программирования в папке облачной синхронизации.
   Примечание: TSsystem представляет собой программный инструментарий, то есть библиотека из более чем 30 функций высокого уровня, которые облегчают создание комплексной данных анализа и данных графиков кода, который автоматически обрабатывает данные, когда он собирается с выходных файлов, генерируемых программа эксперимент-контроль. Все команды работают с данными в полях структуры эксперимента и поместить результаты в других областях в той же структуры (см. рисунок 2). Эти команды с открытым исходным кодом написаны в одном из наиболее широко используемых коммерческих научно программирования и графическими языках. Она имеет много других "инструментарии", в том числе с наибольшей пользой в Statistics Toolbox.

3. Запуск эксперимента

1. Позвоните TSbegin (см. Рисунок 3).
   Примечание: TSbegin является инractive GUI (G raphic U сер я nterface) в панели инструментов TSsystem. Это приводит пользователя через процесс создания иерархической структуры данных, в которую исходные данные и все результаты, полученные из него будут помещены на других функций в панели инструментов TSsystem.
2. Позвоните TSaddprotocol (см. рисунок 4).
   Примечание: TSaddprotocol представляет собой графический интерфейс в панели инструментов TSsystem. Это ведет пользователя через процесс уточнения параметров управления для экспериментального протокола, указав принятия код, который позволит автоматизировать решение о прекращении протокол и перейти к следующему, и указав критерии принятия решений, которые будут использоваться.
3. Наведите мышей в 24/7-в тестовой среде, одной мыши на окружающую среду.
   Примечания: Позаботьтесь отметить идентификационный номер мыши, которая входит в каждый из пронумерованных экспериментальных условиях (вставка 1, Box 2, и т.д.). Также обратите внимание на письмо, которое идентифицирует эксперимент-контролькомпьютер в локальной вычислительной сети (LAN) и его IP-адресу.
4. Позвоните TSstartsession (рис. 5).
   Примечание: TSstartsession представляет собой графический интерфейс в панели инструментов TSsystem. Это ведет пользователя через процесс запуска экспериментальный сеанс. Экспериментальные занятия длятся одну или две недели, в течение которых несколько различных протоколов тестирования поведения запускаемых. TSstartsession хранит информацию, которая идет в макрос, что программное обеспечение протокола управления считывает при запуске сеанса. В комплекте есть путь и имя файла с кодом, что программное обеспечение протокола управления считывает. Аналитическая программа TSsystem гласит этот код в иерархической структуре данных, поэтому нет сомневаться относительно точного протокола в силу в любое время.
5. К контрольных компьютеров и вызывать макросы, написанные в папку MedPC, чтобы начать работу сессии на ящиках, контролируемых этом компьютере.

4. Анализ данных

1. Если вы создали новый протокол, написать соответствующее анализом данных и графиков код с помощью команд на панели инструментов TSsystem, которые значительно упрощают создание сложных данных анализов.
   Примечание: Data-анализ и графический код для трех протоколов, результаты которых описаны ниже, включены в панели инструментов TSsystem. Потому что, они имеют открытый исходный код, они могут быть изменены по желанию. Код для этих анализов широко прокомментировал, что делает его легче создавать код для анализа результатов от заданных пользователем протоколов.
2. За время эксперимента (24 ч до многих недель), контролировать электронную почту для рассылки уведомлений от сервера с указанием можно неисправности оборудования (сбои питания, спонтанные, контрольно-компьютер перезагружается, пытателя неисправности и т.д.), которые TSsystem данных анализирующие Программа обнаруживает.
3. Исследование сюжеты производительности, что данные-анализа кода, написанного в TSsystem производит каждый раз при вызове по гоэ анализ таймер (обычно 2-4 раза / сут).
   Примечание: Таймер анализ называет данных анализа и построения графиков программу в указанные пользователем интервалы. Называется программа написана с функциями в TSsystem. Она читает в иерархической структуре данных исходные данные собранные из файла в который записывает программное обеспечение протокола управления. Затем он анализирует данные и графики результатов анализов. Файл, содержащий иерархическую структуру данных хранится в папке файл-синхронизации в облаке. Это обеспечивает автоматическое резервное копирование пределы участка. Автоматические файл-синхронизации хранит копии файла структуры на компьютерах всех сотрудников и сотрудников, которым было предоставлено доступа. Указанные графики автоматически по электронной почте, указанных персонала и сотрудников. Главный исследователь может контролировать ход тестирования из любой точки мира в любое время, и, при необходимости, пересмотреть экспериментальный протокол, на линии, удаленной от сидячейе, где проходят испытания мышей.
4. Используйте TSbrowser изучать данные и сводные статистические данные в иерархической структуре данных по мере их появления, в квази реального времени (см. рисунок 2).

Representative Results

Система может и должна быть использована для запуска протоколов приспособленные к целям индивидуальной следователя или классного руководителя. Тем не менее, мы разработали набор 3 протоколов, которые должны оказаться полезными в крупномасштабной скрининга генетической манипуляции мышей и крупного фармакологического тестирования: соответствие протокола, протокол autoshaping 2-бункер, и протокола переключатель. Протокол согласования мер по созданию мышки оценить доходы (пищевые гранулы в единицу времени) в двух разных местах, чтобы помнить, какие расположение дает которых доход, чтобы соответствовать соотношение количества своих средних визита длительностью до соотношения доходов и быстрота, с которые он обнаруживает и настраивает на изменения соотношения доходов. Протоколом мер autoshaping 2-хопперы темпы инструментальной и классической воздуха (ассоциативные ставки обучения). Меры протокола переключатель интервал точность времени и точность, умение оценить вероятности (относительные частоты)и приспособиться к изменениям в вероятностями (оценка риска). Он также дает меру импульсивность.

Соответствие. Питатели в каждой из двух боковых бункеров (питающие бункеры-дозаторы) независимо вооружен на экспоненциально различной задержкой после каждого доставки гранул. Осадок доставлен всякий раз, когда устройство подачи вооружен и мышь вызывает гранул релиз, тыкая в бункер, тем самым прерывая инфракрасный луч (ИК). Интервалы, по истечении следующего вооружения взяты из показательных распределений, чьи ожидания указаны в файле параметров (табл. 1). В этом протоколе, мыши быстро начинают цикл между двумя загрузочных бункеров, тыкая на некоторое время в одну, то переезд в другой, а затем обратно к первой. Отношение средних длительностей их пребывания в этих двух бункеров приблизительно соответствует соотношение количества гранул в минуту, что они получение из двух бункеров (NB гранул в мин вокружающая среда, то есть "доходы" от бункеров, а не гранулы за мин тыкать в бункер, то есть "возвращается" из своих инвестиций в двух бункеров). Таким образом, если они получают в среднем 3 раза больше гранулы из бункера 1, как из бункера 2, то средняя продолжительность визита в бункер 1 примерно в 3 раза, пока средняя продолжительность визита в бункер 2. Мы проводим этот протокол сначала из-за скорости, с которой появляется ⁸ соответствующее поведение. Это, как правило измеримы в первые 24 часа тестирования, за исключением, конечно, в эпизодической мыши, которая слишком застенчив, чтобы посетить бункеров в течение первых 24 часов.

Соответствующие поведение предполагает, что механизмы для измерения продолжительности и количества вычислительных и относительные скорости целы, как пространственные механизмы, которые позволяют Локализация мышь, чтобы связать соответственно две различные скорости с двух разных местах бункера. Таким образом, это отличный быстроиспытание основной когнитивной функции. Точность, с которой мышь соответствует соотношение количества его ожидаемого визита длительности отношению опытных доходов является показателем точности, с которой мышь может представлять количествах.

Точность, с которой мышь соответствует графически визуализируется, в какой степени два одновременно отображаемых кумулятивные записи имеют одинаковый наклон (рис. 6). Накапливающаяся запись является кумуляции сумма последовательности измерений. В этом случае один участок (красные на рисунке 6) является совокупным отчет о гранул по-гранулы доход дисбаланса меры, другой (черных на рисунке 6) является совокупным запись осадок-на- Осадок визит-дисбаланс мера. Для одного интервала между кормления, дисбаланс доходов либо -1 или +1 в зависимости от того пришел Осадок, полученный при заключении интервале от бункера 1 (дисбаланс = -1) или 2 (дисбаланс =+1). Наклон накапливающейся записи этих дисбалансов средняя дисбаланс доходов (дисбаланс в питании). Если в 10 интервалов, мышь получает 5 гранул из бункера 1 и 5 из Хоппер 2, то средняя дисбаланс доходов над, что эти 10 интервалы между кормовые является А если все 10 гранул пришел из бункера 2, то это И если все 10 пришел из бункера 1, то это . Таким образом, средний доход дисбаланс может быть в диапазоне от -1 до 1, и оно равно 0, когда нет в среднем не дисбаланс. Визит дисбаланс во время между кормления интервала является время, проведенное в бункер 2 (T 2) минус время, проведенное в бункер 1 (Т 1), гivided по общему количеству в два раза. Для одного интервала между кормления, эта мера может принимать любое значение от -1 до 1, в отличие от дисбаланса доходов, которые должны быть либо -1 или 1. Однако наклон накапливающейся записи этой меры отражает его среднее значение, так же, как это имеет место для меры доходов. Когда два наклоны двух сводным данным (красные и черные записей на рисунке 6) равны, средняя визит дисбаланс равна средней дисбаланс доходов, а это значит, что мышь соответствие соотношение количества своих средних посещения длительностью отношению ее доходов от двух бункеров.

Для трех из мышей в рисунке 6 (5027, 5015, и 5024), наклон кумулятивного визит дисбаланса участке (черный) тесно отслеживает наклон кумулятивного дисбаланс доходов (красный), с указанием почти идеальной совместимости с отношением средние визит продолжительность в соотношении доходов. Обратите внимание, как быстро отношениеВизит продолжительность приспосабливается к изменению соотношения доходов, в точках вниз перегиба. С другой стороны, мышь 5034 (нижний левый участок) не совпадают в ходе второй сессии подачи; наклон совокупного визит-импульсной дисбаланса участка (черный) равно 0, тогда как наклон дисбаланса доходов (красный) существенно положительным. Тем не менее, во время третьего этапа подачи (после черная вертикальная), склоны параллельны, что означает, что эта мышь начал резко в начале этого этапа, чтобы соответствовать его соотношение визит к доходам. Поэтому очевидно, что это не было в состоянии сделать это, но не сделал этого по какой-то причине в течение одной части тестирования. Это иллюстрирует важность себе весь ход выполнения, а не полагаться исключительно на нескольких сводных статистических данных. Мышь 5028 соответствует именно в течение первого доходам, но когда это было отменено, это не в полной мере обратного. Мышь 5025 "overmatched" во время ^3-го Feedinг фаза (после вертикальная зеленая), то есть, его средняя визит дисбаланс был больше, чем его средняя дисбаланс доходов и не в полной мере приспособиться к отмене дисбаланса доходов. Заметим, однако, что все шесть мышей, оба 3 диких типов и 3 гетерозиготы совпадающая с точностью в течение самого первого этапа подачи 4-час. Заметьте также, что эти записи покрывают лишь 36-48 ч (1,5-2 день / ночь циклов с 2 подачи фаз / цикл), в течение которого наблюдается не только начальное согласование, но резкий ответ на сторнирования доходам. Как объяснялось ранее, это свидетельствует о нетронутыми функционирование в гетерозигот многих основных механизмов познания, а именно, оценки продолжительности, числа оценки, оценки скорости, пространственной локализации (ставок дохода до бункеров), и способность запоминать простые абстрактные величины. Количественные результаты, характерные, получаются из автоматизированного тестирования в живом-в среде, без обработки мышей за их начальная размещение в окружающей среде.

Как видно на рисунке 6, мыши соответствовать соотношению их посещения длительностью отношению доходов, как только они начинают цикла между бункерами. Быстрота, с которой мышь начинает цикл между бункеров является мерой того, что можно было бы назвать его смелость или тенденция, чтобы исследовать. Это визуализируется путем построения накапливающаяся запись циклов, то есть число циклов выполненных в виде функции времени сеанса. Фиг.7 показан эти участки по той же мышей, как на рисунке 6. Пять из шести показал некоторые исследования до начала первого этапа подачи и начал резко для переключения между бункеров, как только он начал. Одна мышь, однако (внизу слева), не показал никаких исследовательское поведение на всех (не за один цикл), пока в середине ^2-й фазы загрузки, и в этот момент, он начал резко для переключения между бункеров.

. т "> инструментальных и Классическая кондиционирования Традиционная теория обучения различает два вида ассоциативного обучения:.. Классическая кондиционирования (также называемый Павловская кондиционирование) и инструментальной кондиционирования (также называемый оперантного кондиционирования) физиологически значимым параметром в обоих случаях скорость Узнав об этом Считается, что для измерения внезапность что синаптические сильные регулируются в ответ спаривания двух сенсорных событий в классической воздуха (например, бункер освещение и питание поставки) или в ответ на спаривания события SR и армирующего события в инструментальной кондиционирования. обучения ставок определяется обратной испытания к приобретению, то есть, количество спариваний до появления условного поведения. Наш второй протокол измеряет эти ставки. Он также учит субъектов подающие задержки следует ожидать в два топливных гранулах доставки бункеры, которые знания испытанные в третьем протоколе.

Досудебное в этом протоколе начинается с освещения среднего бункера, тот, где гранулы никогда не доставлен, так как нет пытатель для него (см. диаграмму Test Box, вверху справа на рисунке 1). Когда мышь тычет в освещенной среднего бункера, свет есть выходит, и случайным образом выбрал один из двух фланговых бункеров загорается. Если это левая бункер, который загорается, то осадок доставлены туда 4 сек после освещения, независимо от того, мышь делает. Если это правильный бункер, который загорается, то осадок доставлены туда 12 сек после освещения, независимо от того, что снова мышь делает. Таким образом, засовывать в освещенной среднего бункера играет важную роль в инициировании суда; при освещении этот бункер, далее ничего не происходит, пока мышь не просовывает в нее, мышь должна совать в эту воронку, чтобы получить гранулы. Как только мышь сделал этот инструментального ответа, осадок будет поставлятьред в зависимости от того, бункер то загорается, при доставке задержкой свойственно этой воронки, независимо от идет ли мышь в бункер или нет в течение интервала, которое проходит перед поставкой пеллет.

Программное обеспечение автоматически делает три земельных функций в этой задаче: 1) совокупный рекорд скорости инициирования судебного разбирательства (рис. 8), кумулятивное распределение задержек проб инициации (рис. 9) и кумулятивные отчеты CS-ITI тыкать-ставки различия (рис. 10). И, это происходит от этих записей три набора сводных статистических данных: 1) испытания на приобретение инструментального ответа (инструментальная коэффициента обучения); 2) средний задержки проб инициирование и 3) испытания на приобретение опережающего тыкать в как в краткосрочной, латентностью и длинные задержкой бункеры кормления (autoshaped, то есть классические ставки обучения).

Временный решения. Третий протокол является"Переключатель" протокол впервые использован с голубями на Fetterman и Киллин ²⁴ и адаптированы для мыши по Balci др. ^22. Как и в предыдущем протоколе, испытания инициируются, когда мышь тычет в освещенной среднего бункера. Тем не менее, в этом протоколе, это испытание-начала тыкать освещает обе фланговые бункеров, один из которых молча и случайно выбранных компьютером как "горячей" бункер для этого судебного разбирательства. Подающие задержки, связанные с двумя бункерами такие же, как и в предыдущем протокола (4 сек и 12 сек). Тем не менее, только горячая бункер обеспечивает, и это доставляет только в ответ на мешке сделал там или после "своего" задержки подачи. Если короткое время ожидания бункер горячая, то если мышь в этот бункер в конце короткой задержки, первый мешке сделано там во время или после задержки, что обеспечивает гранулу в этом бункере. Если долго задержки бункер горячей бункер, то первый мешке сделал там в или после длительного лatency обеспечивает осадок в этот бункер. Мыши быстро научиться идти сначала в краткосрочной задержки бункера на большинстве исследований, а затем, на «длинных» испытаний, переключитесь на длиннолатентных бункера, когда тыкать в краткосрочной задержки бункера не поставит гранул при заключении кратко латентность 4 сек. Мышь получает свои пеллеты на большинстве испытаний. Однако, если он остается слишком долго в краткосрочной задержки бункера на длинной судебного разбирательства, в результате чего первый тыкают в или после длительного латентного находится в неправильном бункера, суд заканчивается без доставки пеллет. Аналогичным образом, если он переключается преждевременно на короткой задержкой судебного разбирательства, так что первый тыкают в момент или после короткой задержки находится в неправильном (длиннолатентных) бункера, суд заканчивается без доставки пеллет. Данные интерес представляют задержки переключателей на долгих разбирательств, определяемый как прекращение задержкой прошлого мешке в краткосрочной бункера до первой мешке в долгосрочной бункера.

В этом годовыхradigm, мы изменяем длиннолатентных. Начнем с длительным латентным периодом 12 сек, что в 3 раза 4 сек короткое время ожидания, потому что мыши научиться переключаться месиво быстрее, когда задача выполнена так просто. Мы тогда сократить долгий латентный до 8 сек или даже до 7 сек или 6 сек, чтобы проверить, насколько сильно мышей можете время их переключения (см. рисунок 11). Мера точности синхронизации является коэффициент вариации в гауссовой компоненты распределения переключателя задержки. Гаусса коэффициент вариации представляет собой отношение между стандартным отклонением и среднего (σ / μ на рисунке 11).

Мы также различаются вероятность длительного судебного разбирательства, тем самым изменяя относительный риск переключения преждевременно против включения слишком поздно. Когда вероятность длительного судебного разбирательства является высоким, риск понесенные преждевременного отъезда из краткосрочной бункера уменьшается, потому что на долгое судебное разбирательство, это не имеет значения, как скоро переключатели мыши. Кроме того, риск incurrред слишком полного конце отправления соответственно повышен. С другой стороны, когда вероятность длительного судебного процесса низка, относительный риск преждевременного ухода сравнении с слишком позднего выезда смещается в противоположном направлении. Рациональный, принимающее решение, следует перенести распределение его переключателей так, чтобы примерно приравнять риски, что и мышей в том, делать ^22,23 (рис. 12). Измерение сдвиги, вызванные изменением вероятность длительного судебного разбирательства оценивает способность мыши оценить вероятность (из длинный по сравнению с короткого суда), чтобы оценить изменчивость в распределении их переключателей, и для вычисления относительных рисков вытекающие из этих двух источники неопределенности.

Импульсивность. Распределение переключателя задержки является распределение смеси. В подавляющем большинстве мышей в большинстве условий, распределение преобладают переключателя задержки с распределением Гаусса, как показано на рисунке 11. КакОднако, часто имеется небольшой компонент "импульсивных переключателей", которые происходят много и слишком быстро, как представляется, не быть тщательно просчитано, и явно не является оптимальным (в отличие от гауссовой компоненты, что примерно оптимально расположен между временными стойками ворот, а можно увидеть на рисунке 11). Частота этих импульсивных переключателей изменяется поразительно между мышами и с условиями. Создание долго испытание весьма вероятно, увеличивает их частоту в большинстве мышей, как и что делает задачу более трудной, перемещая долгий латентный ближе к коротким латентным (см. рисунок 11). Распределение переключателя задержки почти всегда можно вяжется с впечатляющей точностью с помощью функции "weibgauss", который является смесью распределения Вейбулла и распределение Гаусса. Мера импульсивность является доля переключателей вменяемых распределения Вейбулла.

Суточный памяти. Животные записывать в память временисуток (фаза их циркадных часов), при котором мотивационно важные события происходят ^17. Когда же событие регулярно повторяется примерно в то же циркадный фазу, их поведение начинает ожидать его повторения. Обычно изучал признаком этого способность запоминать и тем самым предвидеть ежедневный повторения кормит-опережающее поведение ^25. Мы измеряем этот время работы описанного выше (или любой другой) протоколы, просто ограничивая интервалы, в течение которого мыши могут получить гранулы с двумя интервалами 4 час окружающих сумерки (дом света из) и рассвет (дом света на). Во время других интервалов, мыши все еще находятся в тестовой среде, но протокол не действует. Таким образом, они получают гранулы только в заданные промежутки времени кормления. В где-то между 6-15 дней после начала тестирования, упреждающий засовывать деятельность появляется в час или около того до перерыва сумерки подачи (рис. 13). Кормление около-сумерки винтервала начинается без сигнала одного часа до тушения дома света (сумерках).

В те дни, когда 3/4 из поведенческих событий происходящих во время финального 1/3 фазы 9-часовой доступности не-пищевой предыдущего наступления фазы сумерки кормления, мы рассчитываем, что в качестве экземпляра пищевого упреждающий деятельности. Таким образом Досрочное деятельность забил (голубые звездочки на рис 13) не происходит в течение первых нескольких дней тестирования. Наша мера "испытаний" (дней)-к-приобретение циркадного пищевого упреждающий деятельности является день, после которого частота досрочного деятельности показывает первый статистически значимое увеличение.

Рисунок 1. Схема системы скрининга. Каждый шкаф содержит8 тестовых сред, состоящих из полипропилена мыши ванной соединенных акриловой трубки к Test окне Mouse с 3 бункеров (H), контролируемых ИК лучей, два из которых бункеры приложил гранул кормушки (P). Один ПК (В-лаборатории компьютеры) запуск программы протокола управления, который управляет среды в двух таких шкафов (16 зон) и регистрирует временными метками записи стимула и отклика событий. Одна программа протокола управления реализует все различные протоколы. Какой протокол является оперативное и с какие параметры определяется содержимым текстового файла (Парам File), который регулярно читается программой протокола управления. Изменение содержимого этого текстового файла изменяет протокол оперативное. Программа протокола управления записывает записи события каждые 10 мин в другой текстовый файл. Программное обеспечение TSsystem анализа данных, работает на удаленном сервере, похищает данные каждые 15 мин. Через равные промежутки времени (обычно через каждые 8 ​​или 12 ч), он выполняет обширный статистическийи графический анализ полученных до сих пор и помещает результаты в файлы на сайте для хранения облако синхронизации, где они могут быть доступны любому в лаборатории в любое время из любой точки мира данных. Программное обеспечение для анализа автоматически перемещает отдельные мышей к следующему протоколу в указанном ряду протоколов, написав новые параметры в файле параметров (Парам File) читается программой протокола управления. Он делает это, когда данные из этого мыши встречают заданных пользователем критериев принятия решений. LAN = локальная сеть. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

2А. Снимок экрана TSbroswer GUI. Браузер позволяет просмотр через сложной иерархической данных фИль, который содержит исходные данные и все результаты, полученные от него. Функции в TSsystem работают с данными в полях этой структуры и сохранить результаты в других областях в том же дереве. Подчиненные поля на всех уровнях, но самый низкий являются поля терминал данных, содержащих сводные статистические данные, заметки и численно индексированные более низкие уровни: Основной численно индексированный низкие уровни: Уровень Тема, Уровень сессия, и Судебная Уровень (см. последующие панели в этот показатель). Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 2B. Снимок экрана браузера после выбора предмета. В левом нижнем окне являются данные еields в непосредственном подчинении этому вопросу. Они содержат сводную статистику по этому вопросу. В окне Sessions являются численно индексированные сессии для этой теме и в других областях, что, как и поле Session, имеющих подчиненных поля самостоятельно. Поле MacroInfo имеет подполя, дающие информацию о протокола управления макроса, включая путь к и имя файла файла кода читать с помощью программного обеспечения управления процессами в начале сессии. Поле Протоколы уже подполя дающие параметры различных протоколов работу в выбранном сессии, решение поля, содержащие данные, на которых основывается решение о прекращении протокол, код, который делает это решение, и критерии принятия решений. Выбор поля данных в нижнем левом окне отображает данные в этой области в правом нижнем окне. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 2C. Снимок экрана после выбора сеанса. Поля, непосредственно подчиненном выбранной сессии отображаются в левом нижнем окне. Среди этих областях являются те, которые содержат исходные данные и их территориальные подразделения, а те, которые содержат сводную статистику, извлеченные из этих исходных данных. Когда поле данных в этом окне выбран, его содержимое отображается в окне в правом нижнем углу. На этом рисунке, поле, содержащий необработанные данные из протокола согласования был выбран. В окне Судебная типа в правой части окна сеанса отображаются типы пробного пуска в течение выбранного сессии. «Пробный» представляет собой любое указанное пользователем последовательность не-обязательно смежных событий, которые определяют несколько участки данных, которые должны быть проанализированы на Thei г контент. Пользователь может определить сколь угодно много различных типов испытаний. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 2D. Снимок экрана браузера после выбора пробной типа. Численно индексированные испытания этого типа отображаются в окне Испытаний. Как всегда, поля данных непосредственно подчиненными выбранного поля отображаются в левом нижнем окне, и, если выбран один из тех полей, его содержимое отображается в правом нижнем окне. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

способы ">
Рисунок 2E. Снимок экрана браузера после выбора отдельного судебного разбирательства. Поля данных подчиненные ему отображаются в левом нижнем окне и, если выбран один из тех полей, его содержимое отображается в правом нижнем окне. Среди полей автоматически включены в каждом испытании находятся поля, задающие время сессии, на которой начался суд, время сессии, на которой она закончилась, его продолжительность и номера строк в файле сырых данных, компас суд. Остальные поля (здесь 'Pokes,' 'NumPks', и 'AutoLngPkRate' являются определенные пользователем. Содержимое всех полей вычисляются из исходных данных, хранящихся в поле на уровне сеанса. Нажмите здесь, чтобы увеличитьизображения.

Рисунок 3. Снимок экрана начальной строке от TSbegin. TSbegin использует инструкциям, чтобы привести пользователя через процесс создания иерархической структуры данных, в которую исходные данные и все сводные статистические данные и другие результаты, полученные из этих данных будет идти. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 4. Снимок экрана помощи для TSaddprotocol. Эта интерактивная GUI ведет пользователя через процесс создания новой версии одного экспериментального протокола. Чтобы сделать это, пользователь должен указать новые значения для параметров этого протокола (например, новые значения для параллельных переменных графиков интервальных в протоколе согласования). Пользователь должен также указать (или выберите ранее указано) код для принятия решения о прекращении протокол и идти дальше к следующему протоколу. Пользователь должен также указать (или выбрать ранее определенные) решения поля и критерии принятия решения. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 5. Первоначальный запрос от TSstartsession. TSstartsession это интерактивный графический интерфейс, который ведет пользователя через процесс, начиная ехрerimental сессия. Одна сессия обычно длится с день или два до нескольких недель, с несколькими различными протоколами (задач), выполняемых в ходе этого один сеанс. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 6. Полезных дисбаланс участки для доходов (гранул, полученных, в красном) и посетить продолжительность (в черном) в течение 3 мышей дикого типа и 3 L1 гетерозигот. Относительное насыщенность из двух параллельных графиков VI было отменено в точке, где наклоны превратить вниз (отмечен красным вертикальной пунктирной линией). Идентификационные номера для мыши находятся на каждом участке. Зеленые вертикали отметить наступление фазы подачи сумерках; черные вертикали отметить наступление питающих PHAs рассветаэ. ЭР (при ошибке) значения различия в склоне между сюжета доходов и визит-импульсной участка. Эти ошибки дисбаланс в два раза ошибка во фракции Herrnstein. Фракция доход Herrnstein является доля доходов, полученных из бункера; визит-продолжительность фракция доля времени, проведенного в бункер (по отношению к объединенной времени, потраченного на обоих бункеров). Положительный знак означает "overmatching", то есть, время фракция более экстремальные, чем доля доходов; отрицательный знак указывает "Нелегированные", то есть, время фракция менее экстремальный, чем доля доходов. Более подробно об этих экспериментах см. Gallistel и др. ^28. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 7. Полезных циклов (Хоппер 1 визит, после чего Хоппер 2 посещения, а затем возвращение к Хоппер 1) в зависимости от времени тестирования для тех же 6 мышей, как на рисунке 6. Пунктирные зеленые вертикали отметить натисков фаз питания;. Твердые красные вертикали, смещения Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 8. Полезных записи скоростях проб инициирования при инструментальной / классического протокола кондиционирования, же 6 мышей, как на рисунках 6 и 7. Короткие тяжелые вертикальные пунктирные линии отмечают суда приобретения в каждой записи, определенный в качестве первого судебного разбирательства, при котором была significa нт прирост средней скорости до величины большей, чем средняя скорость в первом сегменте записи. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 9. Полезных распределения судебных задержек инициации, же мышей, как и в предыдущих фигур. Распределения были усечены в 0,7, потому что есть очень длинные инициации задержки от испытаний, когда мышь не присутствовала в тестовом окне когда бункер проб инициация горит, или мышь пресытился. Дело выше оси х, при котором горизонтальная линия на 0,5 пересекает кумулятивное распределение является средний задержки инициировать судебное разбирательство.51047/51047fig9highres.jpg "целевых =" _blank "> Нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Рисунок 10. Полезных отчетов о различиях между скоростью тыкать во время освещения загрузочный бункер и скорости тыкать в течение предыдущего Интервал между. Те же мыши, как и в предыдущие цифры. Вначале наклон этой записи равен 0 или отрицательный, так как мышь просовывает менее в течение бункера освещения, чем при Интервал между. Наклон становится положительной, когда мышь начинает тыкать в освещенную бункера в преддверии надвигающейся поставку гранулы. Это упреждающий засовывать в классическом кондиционером, потому что осадок поставляется в конце бункера конкретных задержки доставки тычет ли мышь в хопаза или нет. Твердые точками отмечены точки, в которой наклон становится положительным, что судебный процесс, на котором условная реакция сначала надежно появляется (пробная к приобретению). Это чрезвычайно шумно (переменная) мера, как это видно в этом примере. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 11. Слегка неровные тяжелые синие линии эмпирические кумулятивные функции распределения, показывая кумулятивное распределение переключателя задержки для мышь # 5024 на трех различных настроек задержки подачи в долгосрочной бункера (тяжелые черные вертикали на 12, 8 и 7 сек от верхнего участка в нижнем графике, соответственно). Латентный короткая корма всегда 4 сек (Тяжелый пунктирная вертикальная). Тонкие красные кривые, что накладывают почти точно на эмпирических функций являются 6-параметров Вейбулла-Гаусса функции подходят к этим данным. Тяжелые красные дистрибутивы соответствующие функции плотности вероятности для Вейбулла-гауссовских распределений смеси. (Они являются производные функций распределения.) Параметры гауссовой компоненты этих распределений смеси приведены на графиках. Сокращение времени ожидания долгий подачи вызвало мышь, чтобы сократить среднее ее переключатель задержки (μ) и повысить их точность (σ / μ). Это также вызвало появление некоторых импульсивных переключателей (удар в левом хвосте функции плотности вероятности в нижнем участке). Мера этого импульсивность является доля смеси отнести к компоненту Вейбулла по лучших облегающие версии Вейбулла-распределения Гаусса смеси.целевых = "_blank"> Нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенное изображение.

Рисунок 12. Переключатель задержки (небольшие открытые кружки) переложить резко вскоре после изменений в относительной частоте коротких и длинных испытаний. Короткие испытания отмечены мелкие красные плюсов в нижней части участка, в то время как длинные испытания отмечены мелкие красные плюсов в верхней части участка. Изменение плотности полученных красные полосы на нижней и верхней указывают изменение относительной частоты (вероятности) из коротких и длинных испытаний. Обратите внимание, что, когда красный внизу становится более плотной (когда короткие испытания становятся более вероятно), маленькие круги (переключатель задержки) переложить вверх и когда красный вверху становится плотнее (увеличение долгосрочной суда вероятности), кругисмещаются вниз. Синие линии медианы распределений. Выдержки из рисунка 2 в Хейфец и Gallistel ^23. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Рисунок 13. 24 часа в сутки растр участок поведенческие и экологические мероприятия за период 90-дневного испытательного черные точки записи тычет;. Красные и зеленые точки рекордные поставки пеллет на двух загрузочных бункеров. Черные правый-указывая треугольники Доме звукозаписи света офф; черные оставили указывая треугольники Доме звукозаписи света дополнений; голубой левой указывая треугольники записывать (несигнальном) натисков интервала подачи сумерках, которые происходят 1 час до заката сам; голубой правой кнопкой указывающие треугольники записьсмещения интервала сумерки кормления (3 ч после дом-индикатор не светится); левой указывая пурпурный треугольники записывать (несигнальном) натисков из интервалов рассвет кормления (2 час до дома-света на); правой кнопкой указывающие пурпурный треугольники запись смещения Рассвета кормлений. Ось времени 24 часа в сутки является обычным полночь в наш полуночи, не время обратного цикла тестовой среде, в которой жил мышь. Натисков кормления-упреждающий деятельности до проведения кормления сумерках обозначены синими звездочками. Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение .

Discussion

Наш метод дает широкий спектр физиологических значимых, количественные результаты о функционировании различных механизмов познания, обучения и памяти, для многих мышей сразу, в минимальное количество времени, с минимумом человеческого труда, и без обращения экспериментальных предметам в течение дней, недель или месяцев тестирования. Эти атрибуты удовлетворить его для генетических и фармакологических программ скрининга. Он использует минимально измененную вне готовых аппаратные средства (тестовые коробки и вкладывать ванны). Она производит больше данных из более мышей на нескольких аспектах основной познания в более короткие сроки, чем другие используемые в настоящее время методы тестирования когнитивных способностей генетически и / или фармакологически манипулировать мышей.

Это зависит от двух видов программного обеспечения с открытым исходным кодом, написанная в коммерчески доступных, хорошо поддерживаемых языков: 1) язык поставляется производителем испытательного оборудования (см. материалы) для реализации экспериментальных протоколов изапись данных; 2) с открытым исходным кодом инструментов, TSsystem, для онлайн, анализ данных в близком к реальному масштабе времени, графиков, и принятия решений. Набор инструментов будет написано в одном из наиболее широко используемых и тщательно поддерживается собственности научный анализ данных и графический языки (см. материалы).

TSsystem инструментов обеспечивает четкую и надежную след данных, так как эксперимент-контрольный код, что регулируется экспериментальные протоколы, вместе с необработанными данными, и все результаты, полученные из исходных данных, хранятся в единой структуре данных. Эта иерархическая структура данных имеет имена полей, которые функционируют как заголовки в электронную таблицу в том, что они указывают на содержание поля. В отличие от заголовков в электронную таблицу имена полей в этой структуре данных являются индексируемые. Обобщения данных и графические команды могут получить доступ к данным в любом месте в структуре, указав путь через рубрикам, например:

"Experiment.Subject (3).Сессия (2). TrialTypeCS.Trial (5). NumPokes ".
Команды в пользовательской панели инструментов, TSsystem, работают с данными в этих областях и сохранить результаты в другом поле или поля в том же дереве. Обычно поле или поля, в которых результаты операции сохраняются создаются командой TSsystem. Код анализа данных может себя быть сохранены в этой же структуре. Различные уровни структуры содержат отмечены поля, где объяснительные записки произвольной длины могут быть поставлены. Пользователь может делать дополнительные заметки поля, объясняя и интерпретации содержимое полей данных. Таким образом, архивирования структуру или положить его в Интернете в течение публично доступных хранилищ баз данных все релевантные аспекты эксперимента и анализа данных в одном файле. В то время как эксперимент работает, файл, содержащий структуру данных находится в папке, которая синхронизируется в "облаке". Такое расположение гарантирует, пределы участка хранения и состоянии резервного копирования искусства. Он дает доступ кпоследняя версия анализа данных и графики, когда и где следователь имеет доступ к Интернету.

Критические шаги. Критические шаги в строительстве протокола испытаний являются:

1. Сочинение и отладка процесса контроля кода на языке, предоставленной коммерческого поставщика мыши-тестирования аппарата с компьютерным управлением (см. Оборудование и продовольствие). Пользователь, который придерживается протоколов, результаты представитель были рассмотрены выше, может использовать код, предоставленный в дополнительном материала. Этот единственный файл кода реализует некоторые или все из вышеописанных протоколов испытаний. Протокол в силу для данного субъекта в данной точке в тестировании зависит от какой столбец значений параметров протокола в силу в то время. Пользователь определяет, какие из этих протоколов запускаются в каком последовательности с помощью TSaddprotocol до начала тестирования. В дополнительных материалов являются протокол конкретной декабря-концепции коды и решения полей. Пользователю нужно только указать критерии принятия решений. Эти критерии принятия решения определяют, сколько данные собираются из данного протокола для данного субъекта. Поскольку результаты от каждого субъекта графически изображается несколько раз в каждом периоде 24 ч, пользователь может настроить критерии вверх или вниз на основе мыши по-мыши в свете результатов до сих пор полученных от каждой мыши.
2. Разработка и отладка квази-реальном времени анализа и графический данные кода на с использованием библиотеки команд в панели инструментов TSsystem. Пользователь, который придерживается протоколов, результаты представитель были рассмотрены выше, может использовать код, предоставленный в разделе дополнительных материалов. Существует одна функция мастер анализ для каждого тестового протокола (соответствующий, инструментального и классического обусловливания, и приурочен переключения бункера). Другой мастер функция (DailyAnalysis.m), который делает не зависящие от протокола анализов по устранению неисправностей и вызывает ана специфичные для протоколафункции SIS, когда он завершил свою устранения неисправностей.
3. Ежедневный мониторинг графиков производимых кода анализа данных, чтобы убедиться, что протокол правильно и что все мыши получения достаточно гранулы, чтобы держать их в хорошем здоровье работающих.

Поиск и устранение неисправностей. Функция DailyAnalysis.m называется 2 или более раз в каждые 24 ч функцией таймера, когда один или несколько эксперименты работаете. Всякий раз, когда его еще называют, он загружает файл, содержащий иерархическую структуру данных, и читает в эту структуру исходных файлов данных для всех активных субъектов. Эти исходные файлы данных записываются в каждые 10 мин с помощью программного обеспечения управления процессами. Функция DailyAnalysis работает ряд основных проверок. Она производит графики, которые позволяют пользователю проверить, что дозаторы гранул работает правильно, то, что каждая мышь активна, и что каждая мышь получила достаточное количество гранул в течение последних 24 часов. Отсутствие гата от мыши в течение некоторого заданного пользователем количества часов, количество гранул получается, что падает ниже критического значения, указанного пользователем, или численных результатов, предполагающих, что гранулы дозатор не работает должным образом, триггер оповещения по электронной почте.

Изменения. Поскольку процесс-контрольный код и код TSsystem с открытым исходным кодом и подробно прокомментировали, пользователи могут разработать свои собственные протоколы. Протоколы, для которых код, предусмотренные в разделе дополнительных материалов только аппетитивной протоколы. Они используют пищевого вознаграждения, чтобы вызвать поведение Количественные аспекты, которые зависят от функционирования целевых когнитивных механизмов. Тем не менее, коммерческие испытательные камеры мыши можно заказать в конфигурации, которая позволяет страх кондиционирования с помощью ног шока. Таким образом, система может реализовать как контекстуальный, подают реплики, и время-день страх кондиционирования для пользователей, способных написать необходимый компьютерный код и для управления технологическими процессами и квази анального данных в реальном временилиз. Сильно прокомментировал файлы кода, приведенные в дополнительном Материал должен способствовать созданию необходимой нового кода.

Ограничения. Основные механизмы познания являются те, которые позволяют животных, чтобы найти себя в пространстве и времени и оценить вероятности событий и сопутствующие риски. Полностью автоматизированная система тестирования здесь описано предоставляет обширное тестирование механизмов, которые позволяют мышей, чтобы найти себя во времени, и оценить вероятности и сопутствующие риски. Тем не менее, она обеспечивает очень ограниченную информацию о механизмах, которые позволяют им найти себя в пространстве. И протокол согласования и своевременной тест протокол переключения может ли мышь различать в противном случае идентичных бункеров на основе их расположения в пределах испытательной коробке. Тем не менее, ни один из этих протоколов испытаний, например, механизм, позволяющий животным ориентироваться с помощью геометрии знакомой пространства ^26, ни гоэ одометр, который измеряет, насколько далеко мышь работать и что играет центральную роль в счислению ^18.

. Значение техники Поведенческая методика испытаний здесь описано отличается от большинства других методов в общем пользовании в поведенческой фармакологии и генетики поведения в пяти важных способов:

Во-первых, это делает физиологически значимые измерения. Это измерения, такие как точность и точность представления интервальной продолжительности, которые могут быть повторные на электрофизиологических и биохимических уровнях анализа с сопоставимыми результатами. Физиологически значимые поведенческие измерения играют решающую роль в создании безопасных гипотезы связывания виде этот молекулярный или сотовый или уровень замыкания механизм является нейробиологическое реализация этой поведенчески манифеста механизма. Примерами являются поведенческие измерения спектральных функций чувствительности и периодов и PHAsэс осцилляторов, такие как циркадных часов. Разнообразные примеры поведенческих измерений, которые не физиологически значимым являются количество времени мышь может висеть на rotarod, среднее время ожидания, чтобы найти подводную платформу в водном лабиринте, процент траектории плавать в квадранте, когда платформа была ранее найдено, и доля времени, что мышь зависает в испытательной камере, где он ранее был в шоке.

Во-вторых, это автоматизированная, большой объем, высокая процедура пропускную способность. Мышей не обрабатываются в ходе испытаний. Многие мыши могут быть проверены одновременно в ограниченном количестве лабораторных помещений, с минимальным временем инвестиции, во время выполнения нескольких различных протоколов, дающих количественную информацию об основных когнитивных механизмов. Большинство поведенческих тестирование требует ежедневного обращения с мышами, чтобы разместить их в и удалить их из испытательной аппаратуры. Некоторые из самых популярных процедур (лабиринт воды и Конте xtual страх кондиционирования, например) требуют обработки мыши непосредственно до и сразу после каждого мера принимается и трудоемким забил видеозаписей.

В-третьих, результаты анализируют и графически в квази реального времени, и прогресс от теста к тесту происходит автоматически для каждой мыши по отдельности. Это позволяет настраивать процедуру (с помощью, например, изменение критериев принятия) мышь с помощью мыши в свете до-до-о-час данным каждой мыши. Данные часто используемые тесты часто анализируются долго после испытания была запущена. Это требует работы мышей в совокупности для того же самого количества времени в каждой процедуры. Это расточительно, потому что разные мыши освоить различные процедуры после весьма различных количество времени. Если коллективное время испытание проводят слишком короткий, несколько мышей не освоить задачу, если она сделана достаточно долго, так что почти все мыши освоить задачу, некоторые мыши работать намного дольше, чем необходимо.

ЛОР "> В-четвертых, конструкция панели инструментов TSsystem обеспечивает нетронутыми, легко прослеживается след из опубликованных сводных статистических данных и графиков обратно в исходных данных, без неуверенности определенному протоколу и какие параметры были оперативно в любой момент тестирования любого мышь. Многие современные тесты получить очень мало данных для каждой мыши, и в этом случае, тропа данных короткий и легко следовать. Когда тесты получения большого объема данных (тысячи временными метками событий) от каждой мыши, то трасса данных может стать долго, плохо фрагментарный характер и трудно следовать Со временем, немного разные кодовые файлы управления процессами генерируются;. множество различных файлов анализа данных код написаны; различные файлы кода производят много различных файлы результатов от операционной на разных ранее файлов результатов. Она становится трудно отслеживать сложных взаимоотношений между многими различными электронных файлов и трудно убедиться, что они все спасены вместе. В TSsystem, исходных данных ивсе, что вытекает из их хранятся в той же иерархической структуры данных. Таким образом, опубликованные результаты не могут стать отделены от основных исходных данных. Процесс-контрольный код для каждой сессии автоматически считывается с помощью программного обеспечения TSsystem и по сравнению символ за символом для всех предыдущем коде процесс контроля в том же эксперименте. Если есть разница, код для новой сессии хранится в структуре наряду с данными и номер, идентифицирующий что процесс-контроль версию автоматически вводится в поле для этой сессии в этом мыши. Таким образом, каждый версия процесс контроля кода автоматически сохраняется в той же структуре, как полученных от выполнения этого кода данных. С помощью этой системы, каждый никогда не уверены в том, какие данные из какой версии протоколом передачи на нескольких версий. Файлы код анализа данных, которые обычно мало, также могут быть сохранены в этой структуре после завершения анализа. Это ставит все в одном гСтруктура ата, который указывает, как по своей разветвления структуры (что находится в подчинении что) и его имена полей отношения между многими различными видами информации.

В-пятых, иерархическая структура данных в ядре TSsystem, в котором вся необходимая информация хранится вместе с командами анализа данных очень высокого уровня, используемых для извлечения резюме и построить графики, делает посильную обмену сложных данных поведенческих фенотипирования между лабораториями . Единый электронный файл дает другие исследователи вразумительного, эксплуатируемых доступ ко всем уровням обработки данных, и к компьютерного кода, переваренной, кратко и графически данные. Это делает спустя повторный анализ богатого старшего наборов данных возможно. Это также делает возможным создание крупных пригодные для использования общественных поведенческих и когнитивных баз данных фенотипирования.

Будущие приложения. Полностью автоматизированная система может оказаться полезным в лабораторных курсов ян поведение животных. Это тонкости все более хлопотно вопрос о инструктаж большое количество студентов в надлежащей обработки мышей и сопутствующих опасений по поводу возможных угроз для их здоровья от этого. Это позволяет большое количество студентов для создания и выполнения экспериментов с реальной мышей, даже не обращаясь с ними. Для учебных целей, можно было бы хотеть поставить небольшие недорогие инфракрасные видеокамеры в тестовых коробках, так что студенты могли наблюдать исполнительских мыши в протоколе замышляют. Размещение исходных данных в единой иерархической структурой данных, хранящихся в облаке позволяет много различных студентам анализировать те же данные, данные входите

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
SmartCtrl Connection Panel	Med Associates	SG-716B (115)	control panel for inputs/outputs
SmartCtrl Interface Module	Med Associates	DIG-716B (114)	smart card for each chamber
Universal Cable	Med Associates	SG-210CB (115)	cable from smart card to control panel
Tabletop Interface Cabinet	Med Associates	SG-6080C (109)	cabinet to hold smart cards
Rack Mount Power Supply	Med Associates	SG-500 (112)	28 volt power
Wide Mouse Test Chamber	Med Associates	ENV-307W (31)	test chamber
Filler Panel Package	Med Associates	ENV-307W-FP (32)	various-size panels for test chamber
Wide Mouse Modular Grid Floor	Med Associates	ENV-307W-GF (31)	test chamber floor grid
Head Entry Detector	Med Associates	ENV-303HDW (62)	head entry/pellet entry into hopper
Pellet Dispenser	Med Associates	ENV-203-20 (73)	feeder
Pellet Receptacle	Med Associates	ENV-303W (61)	hopper
Pellet Receptacle Light	Med Associates	ENV-303RL (62)	hopper light
House Light	Med Associates	ENV-315W (43)	house light
IR Controller	Med Associates	ENV-253B (77)	entry detector for tube between nest and test
Fan	Med Associates	ENV-025F28 (42)	exhaust fan for each chamber
Polypropylene Nest Tub			nest box
Acrylic Connection Tube			connection between nest and test areas
Steel Cabinet			cabinet to hold test chambers (78"H, 48"W, 24"D)
Windows computer			running MedPC experiment-control software
Server			running Matlab, linked to exper-control computer by LAN
Software
MedPC software	Med Associates		proprietary process-control programming language
Matlab w Statistics Toolbox	Matlab		proprietary data analysis and graphing programing system
TSsystem		in Supplementary Material w updates from senior author	Open-source Matlab Toolbox
Note: This is the euipment needed for one cabinet, containing 8 test environments. Hardware must be replicated for each such cabinet. However one computer can control 2 cabinets (16 test environments)