Automatizado, cuantitativa Cognitiva / Screening de comportamiento de los ratones: Para Genética, Farmacología, Animal Cognition and Instruction Pregrado

Summary

Sistema totalmente automatizado para medir propiedades fisiológicamente significativas de los mecanismos que median la localización espacial, la localización temporal, la duración, la frecuencia y la estimación de la probabilidad, la evaluación de riesgos, la impulsividad y la exactitud y precisión de la memoria, con el fin de evaluar los efectos de las manipulaciones genéticas y farmacológicas sobre mecanismos fundamentales de la cognición en ratones.

Abstract

Se describe un alto rendimiento, de alto volumen, totalmente automatizado, vivir 24/7 sistema de pruebas de comportamiento para evaluar los efectos de las manipulaciones genéticas y farmacológicas sobre los mecanismos básicos de la cognición y el aprendizaje en ratones. Una bañera estándar carcasa de polipropileno ratón está conectado a través de un tubo de acrílico con una caja de prueba de ratón estándar comercial. La caja de la prueba tiene 3 tolvas, 2 de los cuales están conectados a sedimentar alimentadores. Todos son internos que se puede iluminar con un LED y supervisado por las entradas de cabeza por infrarrojos (IR) vigas. Los ratones viven en el ambiente, lo que elimina la manipulación durante la investigación. Obtienen su alimento durante dos o más períodos de alimentación diaria realizando en operante protocolos (clásicas) (instrumental) y pavloviana, para lo cual hemos creado un software de control de protocolo y el análisis de datos y la representación gráfica de software en tiempo cuasi-real. Las rutinas de análisis de datos y gráficos están escritos en un lenguaje basado en MATLAB creado para simplificar en gran medida el análisis de gran tiempo de sapisonada registros de eventos conductuales y fisiológicos y preservar un rastro de datos completa de los datos en bruto a través de todos los análisis intermedios, a los gráficos y las estadísticas publicadas en una misma estructura de datos. El código de análisis de datos recolecta los datos varias veces al día y somete a los análisis estadísticos y gráficos, que se almacenan automáticamente en la "nube" y en los equipos de laboratorio. Por lo tanto, el progreso de los ratones individuales se visualizó y se cuantificó diaria. El código de análisis de datos habla con el código de control de protocolo, lo que permite el avance automático de un protocolo a otro de los sujetos individuales. Los protocolos de comportamiento implementados son coincidentes, autoshaping, tolva de conmutación temporizada, la evaluación de riesgos en la cronometrada de tolva de conmutación, medición de la impulsividad, y la anticipación circadiano de la disponibilidad de alimentos. De código abierto de control de protocolo y el código de análisis de datos hace que la adición de nuevos protocolos de simple. Ocho entornos de prueba encajan en una 48 en x 24 en x 78 en el gabinete, dos como taxiinets (16 ambientes) pueden ser controlados por un ordenador.

Introduction

Para traer las poderosas técnicas de la genética, la genética molecular, la biología molecular y la neurofarmacología para influir en la aclaración de los mecanismos celulares y moleculares que median mecanismos básicos de la cognición, necesitamos de alto volumen, procedimientos de selección psicofísicos alto rendimiento de procesamiento que cuantifican fisiológicamente significativa propiedades de mecanismos cognitivos. A fisiológica propiedad cuantitativa psychophysically medible, significativo de un mecanismo es una propiedad que puede ser medida por medio del comportamiento y también por medio electrofisiológicas o bioquímicas. Ejemplos de ello son el espectro de absorción de la rodopsina, el período de funcionamiento libre del reloj circadiano, y el período refractario de los axones de recompensa en el cerebro anterior medial ^1,2 paquete. Mediciones psicofísicas que se pueden comparar con las mediciones celulares y moleculares sentar una base para la vinculación de los mecanismos celulares y moleculares de los mecanismos psicológicos por medio de correspondencia cuantitativa. Por ejemple, el hecho de que el espectro de absorción en situ de la rodopsina en los segmentos externos de varillas superpone sobre la función de sensibilidad espectral escotópica humana es una fuerte evidencia de que el fotón disparado por isomerización de la rodopsina es el primer paso en la visión escotópica. Los aspectos cuantitativos de los patrones de comportamiento complejos también son fundamentales para la utilización de métodos de QTL en la genética del comportamiento ^3,4.

El desempeño de los ratones (y ratas) en protocolos de aprendizaje instrumentales y pavlovianas bien establecidos depende de los mecanismos del cerebro que miden cantidades abstractas como el tiempo, número, duración, tasa, probabilidad, riesgo, y la ubicación espacial. Por ejemplo, la velocidad de adquisición de respuestas condicionadas pavlovianas depende de la relación entre el intervalo promedio entre los eventos de refuerzo (típicamente, las entregas de alimentos) y la latencia media al refuerzo después de la aparición de la señal para el refuerzo inminente ^5-7. Por un segundo EJEMPLOSLe, la relación de la duración media de las visitas a dos tolvas de alimentación en un protocolo de juego es aproximadamente igual a la relación de las tasas de refuerzo en las dos tolvas de ^8-10.

Los métodos de prueba de comportamiento actualmente en uso de ancho por neurólogos interesados ​​en los mecanismos subyacentes son, en su mayor parte, de bajo volumen, a través de poner bajo, y mucha mano de obra ^26. Por otra parte, no miden las cantidades que se pueden comparar con las cantidades medidas por métodos electrofisiológicos y bioquímicos, como, por ejemplo, los períodos y fases medidas de comportamiento de los osciladores circadianos se pueden comparar a las medidas electrofisiológicas y bioquímicas de período circadiano y fase. Los métodos actuales de prueba de comportamiento se centran en las categorías de aprendizaje, tales como el aprendizaje espacial, el aprendizaje temporal, o el aprendizaje del miedo, en lugar de en los mecanismos subyacentes. La prueba de laberinto de agua ampliamente utilizado de aprendizaje espacial ^11-15 es un ejemplo de estos shortcomings. Aprendizaje espacial es una categoría. El aprendizaje en esa categoría depende de muchos mecanismos, uno de los cuales es el mecanismo de navegación a estima ^16,17. Reconocimiento continuo depende a su vez en el odómetro, el mecanismo que mide la distancia recorrida ^18. Del mismo modo, el aprendizaje temporal es una categoría. Un reloj circadiano es uno de los mecanismos en los que el aprendizaje en esa categoría depende, porque un oscilador con un período de aproximadamente 24 horas se requiere para los animales para aprender la hora del día a la que se producen los eventos ^17,19. El reloj que permite la anticipación de alimentos aún no se ha descubierto ^19.

Un reloj es un mecanismo de tiempo de medición. Osciladores endógeno con una amplia gama de períodos permiten que el cerebro para localizar eventos en el tiempo mediante el registro de las fases de esos relojes ^16,17. La capacidad de registrar ubicaciones en el tiempo permite la medición de la duración, es decir, distancias entre lugares en tiempo. Aprendizaje asociativo depende de tque las mediciones de cerebro de duraciones ^5,6,20,21. Los contadores son los mecanismos de números de medición. Número de medición permite la estimación de probabilidad, ya que la probabilidad es la proporción entre la numerosidad de un subconjunto y la numerosidad de la superserie. Número de medición y la duración de medición permiten la estimación de tasa, porque una tasa es el número de eventos dividido por la duración del intervalo en el que se midió ese número. Las mediciones de la duración, número, tasa, y la probabilidad permiten ajustes de comportamiento a los riesgos cambiantes. ^22,23 Nuestro método se centra en la medición de la exactitud y precisión de estos mecanismos fundamentales. La precisión es el grado en que la medida del cerebro corresponde a una medida objetiva. La precisión es la variación o la incertidumbre en la medida del cerebro de un valor objetivo fijado, por ejemplo, una duración fija. Ley de Weber es el resultado más antiguo y más segura establecida en la psicofísica. Se afirma que la precisión de lala medida del cerebro de una cantidad es una fracción fija de esa cantidad. La Fracción Weber, que es el coeficiente de la estadística de la variación en la distribución (σ / μ), mide la precisión. La relación de la media psicofísica (por ejemplo, la duración media juzgados) con la media objetivo (duración media objetivo) es la medida de la precisión.

El método presentado aquí maximiza el volumen (número de animales que están siendo revisadas en cualquier momento en una determinada cantidad de espacio en el laboratorio) y el rendimiento (cantidad de información obtenida dividida por la duración media de la proyección de un solo animal) y reducir al mínimo la cantidad de humana mano de obra requerida para hacer las mediciones y la maximización de la inmediatez con la que los resultados de la selección se conoce.

La arquitectura de software de análisis de datos que aquí se presenta pone automáticamente los datos en bruto y todos los resultados de resumen y estadísticas derivadas de los datos en un solo destructura ata, con encabezados de campos que hacen inteligibles los vastos mares de números contenidas en este. El software de análisis sólo funciona con datos de esa estructura, y siempre almacena los resultados de sus operaciones en los campos dentro de la misma estructura. Esto asegura una pista intacto de los datos en bruto a los resúmenes y gráficos publicados.

El software escribe automáticamente en la estructura de los programas de control del experimento que rigen la prueba totalmente automatizada, e indica automáticamente que los datos en bruto proceden de qué programa. De este modo, conserva un registro de datos impecable, sin lugar a dudas en cuanto a que las condiciones experimentales se encontraban en vigor para cada animal en cada punto de la prueba y no hay duda acerca de cómo se obtuvieron las estadísticas de resumen de los datos brutos. Este método de conservación de datos facilita en gran medida el desarrollo de bases de datos de detección de comportamiento estandarizadas, por lo que es posible que otros laboratorios para analizar más estos conjuntos de datos ricos.

El sistema de selección se esquematiza en la Figura 1. Diez gabinetes, cada uno conteniendo 8 entornos de prueba pueden establecerse en un 10 pies x 15 pies sala de laboratorio, lo que permite 80 ratones camisetaso puede ejecutar a la vez. Cables que pasan a través de un puerto en una pared medianera deben conectar los entornos de las tarjetas eléctricos / electrónicos de interfaz y PC en otra habitación. Los ordenadores funcionan los programas de control de protocolo. Se requiere una computadora por cada 2 gabinetes (16 entornos de prueba). Los ordenadores deben estar conectados a través de una red de área local a un servidor que ejecuta los datos-análisis y la representación gráfica de software.

Protocol

Los tres protocolos totalmente automatizados en el TSsystem (coincidente, de apetencia condicionamiento instrumental y clásico) y el protocolo de conmutación han sido aprobados por el Comité de Cuidado de Animales y salones en Rutgers New Brunswick.

1. Configuración del sistema de física

1. Configuración de los entornos de prueba en los gabinetes (ver Figura 1).
2. Instale el software de control de experimento dotado de los entornos de prueba en los equipos de control de protocolo.
   Nota: No utilice estos equipos para ningún otro propósito!

2. Configuración del software del sistema

1. Configure la LAN (red de área local) para que el servidor en el que está instalado el software de análisis de datos se puede acceder a los discos duros del equipo (s) que controlan los entornos de prueba (ver Figura 1).
2. Establezca una cuenta de sincronización de archivos para el almacenamiento de datos en la "nube".
3. Put la carpeta TSsystem y sus subcarpetas en la ruta de búsqueda del lenguaje de programación comercial en una carpeta en la nube sincronizada.
   Nota: El TSsystem es una caja de herramientas de software, es decir, una biblioteca de más de 30 funciones de alto nivel que facilitan la creación de los datos de análisis y datos de gráficos complejo código que procesa automáticamente los datos cada vez que se extrae de los archivos de salida generados por el programa de control de experimento. Todos los comandos operan sobre datos de los campos de la estructura experimento y poner los resultados en otros campos de la misma estructura (ver Figura 2). Estos comandos de código abierto están escritos en uno de los de programación científica y gráficas idiomas comerciales más utilizados. Tiene muchas otras "cajas de herramientas", incluyendo más útil una caja de herramientas estadísticas.

3. A partir de un experimento

1. Llame TSbegin (ver Figura 3).
   Nota: TSbegin es una integraciónractivo GUI (G raphic U servi I Nterface) en la caja de herramientas TSsystem. Esto conduce al usuario a través del proceso de creación de la estructura de datos jerárquica en la que los datos en bruto y todos los resultados derivados de ella serán colocados por las otras funciones de la caja de herramientas TSsystem.
2. Llame TSaddprotocol (ver Figura 4).
   Nota: TSaddprotocol es una interfaz gráfica de usuario en la caja de herramientas TSsystem. Esto conduce al usuario a través del proceso de especificación de parámetros de control para un protocolo experimental, especificando el código decisión que permitirá automatizar la decisión de terminar el protocolo y pasar a la siguiente, y la especificación de los criterios de decisión que se utilizará.
3. Coloca los ratones en los entornos de prueba en vivo-in 24/7, un ratón por cada entorno.
   Notas: Tenga cuidado de anotar el número de ID del ratón que se dedica a cada uno de los ambientes experimentales numeradas (Cuadro 1, Cuadro 2, etc.) Además, tenga en cuenta la letra que identifica el control de experimentoordenador de la red de área local (LAN) y su dirección IP.
4. Llame TSstartsession (Figura 5).
   Nota: TSstartsession es una interfaz gráfica de usuario en la caja de herramientas TSsystem. Esto conduce al usuario a través del proceso de iniciar una sesión experimental. Las sesiones experimentales duran una o dos semanas, durante las cuales se ejecutan varios protocolos de pruebas de comportamiento diferentes. TSstartsession almacena la información que se dedica a la macro que el software de control de protocolo lee cuando se inicia una sesión. Incluido es la ruta y el nombre del archivo de código que el software de control de protocolo lee. Software analítico de TSsystem lee este código en la estructura de datos jerárquica, por lo que nunca hay dudas en cuanto al protocolo exacta en vigor en cualquier momento.
5. Ir a los ordenadores de control y llamar a las macros escritas en la carpeta MedPC, con el fin de iniciar la sesión para las cajas controladas por el mismo equipo.

4. Análisis de Datos

1. Si ha creado un nuevo protocolo, escritura de análisis de datos y el código apropiado de gráficas con los comandos del cuadro de herramientas TSsystem, que simplifican en gran medida la creación de los datos de análisis complejos.
   Nota: Los datos de análisis de código y los gráficos para los tres protocolos cuyos resultados se describen a continuación están incluidos en la caja de herramientas TSsystem. Porque, ellos son de código abierto, que se pueden modificar a voluntad. El código para estos análisis se comentó ampliamente, lo que hace que sea más fácil para crear código para el análisis de los resultados de los protocolos especificados por el usuario.
2. Durante la duración del experimento (24 horas a varias semanas), monitorear e-mail para recibir alertas desde el servidor que indican un mal funcionamiento posible del equipo (fallas eléctricas, reinicios, control de computadora espontáneas, mal funcionamiento del alimentador de pellets, etc), que los datos a analizar TSsystem programa detecta.
3. Estudie las parcelas de actuación que el código de datos-análisis escrito en TSsystem produce cada vez que es llamada por thtemporizador análisis e (típicamente 2-4 veces / día).
   Nota: El temporizador llama al programa de análisis de datos en el análisis y la representación gráfica en los intervalos especificados por el usuario. El programa llamado se escribe con funciones en TSsystem. Se lee en la estructura de datos jerárquica de los datos brutos recolectados de archivo en el que el software de control de protocolo escribe. A continuación, se analizan los datos y gráficos de los resultados de los análisis. El archivo que contiene la estructura de datos jerárquica se almacena en una carpeta de sincronización de archivos en la nube. Esto proporciona copia de seguridad fuera de las instalaciones automáticas. Las automáticas de sincronización de archivos almacena copias de archivo de estructura en los ordenadores de todo el personal y colaboradores que les ha concedido acceso. Gráficos especificados son enviados automáticamente al personal y colaboradores especificados. Un investigador principal puede supervisar el progreso de la prueba desde cualquier lugar del mundo en cualquier momento, y, si es necesario, revisar el protocolo experimental, en línea, a distancia de la sentadae donde se están probando los ratones.
4. Utilice TSbrowser para estudiar los datos y estadísticas de resumen en la estructura de datos jerárquica a medida que estén disponibles, en tiempo casi real (ver Figura 2).

Representative Results

El sistema puede y debe ser utilizado para ejecutar los protocolos adaptados a los objetivos del investigador individual o maestro. Sin embargo, hemos desarrollado un conjunto de 3 protocolos que deben ser útiles en el cribado a gran escala de los ratones manipulados genéticamente y los ensayos farmacológicos a gran escala: el protocolo correspondiente, el protocolo autoshaping 2-tolva, y el protocolo de conmutación. El protocolo de juego mide la capacidad del ratón para estimar los ingresos (pellets de alimentos por unidad de tiempo) en dos lugares diferentes, para recordar la ubicación de los rendimientos que los ingresos, para que coincida con la relación de sus medias duraciones visita a la proporción de los ingresos, y la rapidez con que detecta y se adapta a los cambios en la proporción de ingresos. Los tipos de medidas de protocolo autoshaping 2-tolva de condicionamiento instrumental y clásico (la tarifa de aprendizaje asociativo). La medidas de protocolo interruptor intervalo precisión de la cronología y la precisión, la capacidad de estimar las probabilidades (frecuencias relativas)y para adaptarse a los cambios en las probabilidades (evaluación de riesgos). También da una medida de la impulsividad.

Matching. Los alimentadores en cada una de las dos tolvas laterales (las tolvas de alimentación) están armados independientemente en una latencia de manera exponencial variando siguiente a cada entrega de pellets. Un sedimento se entrega cada vez que el alimentador está armado y el ratón provoca la liberación de pellets por meter en la tolva, interrumpiendo así el infrarrojo (IR) de haz. Los intervalos que transcurren antes de que el siguiente armado se han extraído de las distribuciones exponenciales, cuyas expectativas se especifican en el archivo de parámetros (Tabla 1). En este protocolo, los ratones comienzan rápidamente para alternar entre las dos tolvas de alimentación, asomando por un tiempo en una sola, a continuación, pasar a la otra, y luego de nuevo a la primera. La relación de las duraciones medias de sus estancias en las dos tolvas de aproximadamente coincide con la relación de los gránulos por min que están obteniendo a partir de las dos tolvas (NB Bolitas por min enel medio ambiente, que son los "ingresos" de tolvas, no bolitas por minuto de meter en la tolva, es decir los "retornos" de sus inversiones en las dos tolvas). Por lo tanto, si tienen un promedio de 3 veces la cantidad de pellets a partir de Hopper 1 a partir de la tolva 2, la duración media de una visita a la tolva 1 es aproximadamente 3 veces más largo que la duración media de una visita a la tolva 2. Corremos este protocolo primero debido a la rapidez con la que aparece el comportamiento coincidente ^8. Por lo general es medible en las primeras 24 horas de la prueba, excepto, por supuesto, en el ratón de vez en cuando que es demasiado tímida para visitar las tolvas dentro de las primeras 24 horas.

Comportamiento a juego implica que los mecanismos para la medición de la duración y el número y el cálculo de las tasas relativas están intactos, como son los mecanismos de localización, y espaciales que permiten a un ratón para asociar adecuadamente los dos tipos diferentes con las dos ubicaciones diferentes de la tolva. Por lo tanto, es un excelente rápidaprueba de la función cognitiva básica. La precisión con la que un ratón coincide con la relación de sus duraciones esperada visita a la proporción de los ingresos experimentados es una indicación de la precisión con la que el ratón puede representar cantidades.

La precisión con la que coincide con un ratón se visualiza gráficamente por el grado en que dos registros acumulativos simultáneamente trazados tienen la misma pendiente (Figura 6). Un registro acumulativo es la suma da un valor acumulado de una secuencia de medidas. En este caso, una trama (las rojas en la Figura 6) es el registro acumulativo de la medida de ingresos desequilibrio pellet por pellets, y el otro (el color negro en la Figura 6) es el registro acumulativo de la pastilla por pellet medida visita de desequilibrio. Para un solo intervalo de lactancia entre, el desequilibrio ingreso es o bien -1 o 1 dependiendo de si el sedimento obtenido en la conclusión del intervalo de vino de la tolva 1 (desequilibrio = -1) o 2 (desequilibrio =1). La pendiente del registro acumulativo de estos desequilibrios es el desequilibrio ingreso promedio (el desequilibrio por toma). Si en 10 intervalos, el ratón se pone 5 bolitas de Hopper 1 y 5 de la tolva 2, entonces el desequilibrio promedio los ingresos sobre los que esos intervalos de 10 inter-alimentación es ; Si todos los 10 gránulos vinieron de la tolva 2, entonces es , Y si todos los 10 procedían de la tolva 1, entonces es . Por lo tanto, el desequilibrio del ingreso promedio puede oscilar de -1 a 1, y es 0 cuando no hay, en promedio, hay desequilibrio. El desequilibrio de visita durante un intervalo de amamantar inter es el tiempo de estancia en la tolva 2 (T2) menos el tiempo de estancia en la tolva 1 (T1), divided por el total de los dos veces. Para un solo intervalo de la lactancia entre otras, esta medida puede tomar cualquier valor entre -1 y 1, al contrario que el desequilibrio de ingresos, que debe ser -1 ó 1. Sin embargo, la pendiente de la registro acumulativo de esta medida refleja su valor medio, tal como es el caso de la medida de los ingresos. Cuando las dos vertientes de los dos registros acumulativos (el rojo y los expedientes negros en la Figura 6) son iguales, el desequilibrio medio de visita es igual el desequilibrio promedio del ingreso, lo que significa que el ratón está emparejando la relación de sus medias duraciones visita a la relación de sus ingresos de las dos tolvas.

Para tres de los ratones en la Figura 6 (5027, 5015, y 5024), la pendiente de la gráfica desequilibrio visita acumulativa (negro) sigue de cerca la pendiente de la desequilibrio ingreso acumulado (rojo), indicando casi perfecta coincidencia de la relación de la visita duraciones medias a la proporción de los ingresos. Nota lo rápido que la proporción delas duraciones de estancia se ajusta al cambio en la proporción de los ingresos, en los puntos de inflexión hacia abajo. Por otro lado, el ratón 5034 (gráfica inferior izquierda) no logró igualar en la segunda sesión de alimentación, la pendiente de la parcela desequilibrio visita de duración acumulada (negro) es 0, mientras que la pendiente del desequilibrio de ingresos (rojo) es sustancialmente positivo. Sin embargo, durante la tercera fase de alimentación (después de que el negro vertical), las pistas son paralelos, lo que significa que este ratón comenzó bruscamente al principio de esta fase para que coincida con su relación de visita a la proporción de ingresos. Es evidente, por lo tanto, no era capaz de hacerlo, pero no lo hizo por alguna razón durante la parte de la prueba. Esto ilustra la importancia de la visualización de todo el curso de la actuación en lugar de depender enteramente de algunas estadísticas de resumen. Ratón 5028 coincide precisamente durante la primera relación de los ingresos, pero cuando se invierte, que no revirtió completamente. Ratón 5025 "superados" durante el feedin 3 ^rdg fase (después vertical verde), es decir, su promedio desequilibrio visita fue mayor que su desequilibrio promedio de ingresos y no se ajustaba plenamente a la reversión del desequilibrio de ingresos. Nótese, sin embargo, que todos los 6 ratones, ambos de los 3 tipos salvajes y los 3 heterocigotos emparejados con precisión durante la primera fase de alimentación de 4 horas. Note también que estos registros cubren sólo el 36 a 48 horas (ciclos 1.5-2 día / noche con 2 fases de alimentación / ciclo), en la que se observa no sólo juego inicial, pero las respuestas bruscas a la inversión de la relación de ingresos. Como se explicó anteriormente, esto demuestra el funcionamiento intacto en los heterocigotos de muchos mecanismos básicos de la cognición, a saber, la estimación de la duración, el número de estimación, estimación de la tasa, la localización espacial (de los tipos de ingresos a tolvas), y la capacidad de recordar cantidades abstractas simples. Los resultados cuantitativos, que son típicos, se obtienen de las pruebas automatizado en un entorno real-en, sin la manipulación de los ratones más allá de su inicial colocación en el ambiente.

Como es evidente en la Figura 6, los ratones coincide con la relación de sus duraciones visita a la proporción de los ingresos tan pronto como comienzan a ciclo entre las tolvas. La rapidez con que el ratón comienza a desplazarse entre las tolvas es una medida de lo que podría llamarse su audacia o la tendencia a explorar. Esto se visualiza mediante el trazado el registro acumulativo de ciclos, es decir, el número de ciclos completados como una función de tiempo de la sesión. Figura 7 muestra estos gráficos para los mismos ratones como en la Figura 6. Cinco de los seis mostraron un poco de exploración antes del inicio de la primera fase de alimentación y comenzó bruscamente para desplazarse entre las tolvas tan pronto como comenzó. Un ratón, sin embargo (abajo a la izquierda), no mostró ningún comportamiento exploratorio en absoluto (ni un solo ciclo) hasta mediados del ^nd fase de alimentación 2, y en ese momento, comenzó abruptamente para desplazarse entre las tolvas.

. t "> Instrumental y Condicionamiento clásico teoría del aprendizaje tradicional distingue entre dos tipos de aprendizaje asociativo:.. condicionamiento clásico (también llamado condicionamiento pavloviano) y el condicionamiento instrumental (también llamado condicionamiento operante) El parámetro fisiológico significativo en ambos casos es la tasa de aprendizaje Este está pensado para medir la rapidez que fuerza de las sinapsis se ajustan en respuesta a la vinculación de dos eventos sensoriales en el condicionamiento clásico (por ejemplo, la iluminación de la tolva y la entrega de alimentos) o en respuesta a la vinculación de un evento SR y un evento de refuerzo en el condicionamiento instrumental. La tasa de aprendizaje se mide por el recíproco de-ensayos-a la adquisición, es decir, el número de emparejamientos antes de la aparición del comportamiento de acondicionado. Nuestro segundo protocolo mide estas tasas. También enseña los sujetos las latencias de alimentación que se pueden esperar en el dos tolvas de pellets-entrega, que el conocimiento se prueba en el tercer protocolo.

A preventiva en este protocolo comienza con la iluminación de la tolva intermedia, aquella donde bolitas nunca se entregan, porque no hay alimentación de pellets para ello (véase el diagrama de caja de la prueba, la parte superior derecha de la figura 1). Cuando el ratón se asoma en la tolva central iluminado, la luz no se apaga, y elegido al azar una de las dos tolvas que flanquean ilumina. Si se trata de la tolva izquierda que se ilumina, entonces un pellet se entrega allí 4 segundos después de la iluminación, independientemente de lo que haga el ratón. Si se trata de la tolva de la derecha que se ilumina, entonces un pellet se entrega allí 12 segundos después de la iluminación, sin tener en cuenta de nuevo de lo que hace el ratón. Por lo tanto, la metiendo dentro de la tolva intermedia sistema de iluminación es instrumental en el inicio de un ensayo, cuando se ilumina esta tolva, no sucede nada más hasta que el ratón se asoma en ella; el ratón debe meter en esta tolva con el fin de obtener un pellet. Una vez que el ratón se ha hecho de esta respuesta instrumental, una pelotilla será entregared en el que la tolva a continuación, se ilumina, en la entrega de latencia peculiar de que la tolva, independientemente de si el ratón pasa a la tolva o no durante el intervalo que transcurre antes de la entrega de pellets.

El software hace automáticamente tres parcelas de rendimiento en esta tarea: 1) el récord acumulativo de ensayo la velocidad de inicio (Figura 8), la distribución acumulada de las latencias de prueba de iniciación (Figura 9) y los registros acumulativos del ITI-CS poke-tasa diferencias (Figura 10). Y, se deriva de estos tres conjuntos de registros estadísticos de resumen: 1) Ensayos para la adquisición de la respuesta instrumental (tasa de aprendizaje instrumental), 2) la mediana de latencia de prueba a la iniciación, y 3) los ensayos hasta la adquisición de meter anticipatoria en el corto latencia y las tolvas de larga latencia de alimentación (autoshaped, es decir, las tasas de aprendizaje clásicas).

Decisiones cronometrados. El tercer protocolo esel protocolo de "switch" primero se utiliza con las palomas por Fetterman y Killeen ²⁴ y adaptado para el ratón por Balci et al ^22. Al igual que en el protocolo anterior, se inician los ensayos cuando el ratón se asoma en la tolva central iluminada. Sin embargo, en este protocolo, este empuje ensayo iniciar ilumina ambas tolvas de flanqueo, uno de los cuales está en silencio y de forma aleatoria elegido por el ordenador como la tolva "caliente" para ese juicio. Las latencias de alimentación asociados con las dos tolvas son los mismos que en el protocolo anterior (4 seg y 12 seg). Sin embargo, sólo la tolva caliente ofrece, y que ofrece sólo en respuesta a un codazo hecho allí o después de "su" latencia de alimentación. Si la tolva de latencia corta es caliente, a continuación, si el ratón está en que la tolva en el extremo de la latencia corta, la primera empuje hecho allí o después de que la latencia proporciona un gránulo que en la tolva. Si el largo de la tolva de latencia es la tolva caliente, entonces el primer empuje hizo allí en o después del largo latency ofrece una bolita en esa tolva. Los ratones aprenden rápidamente que ir primero a la tolva de corta latencia en la mayoría de los ensayos y luego, en los ensayos "largos", cambiar a la tolva de larga latencia cuando hurgando en la tolva de corta latencia no puede entregar una bolita al final de la corta latencia de 4 seg. El ratón obtiene sus pelotillas en la gran mayoría de los ensayos. Sin embargo, si se mantiene demasiado tiempo en la tolva de latencia corto en un largo juicio, con el resultado de que el primer empuje en o después de la larga latencia en la tolva mal, el juicio termina sin un suministro de pellets. Del mismo modo, si cambia de forma prematura en un ensayo de corta latencia, de modo que la primera empuje en o después de la latencia corta es en el mal (tiempo de latencia) de la tolva, el ensayo termina sin entrega de pellets. Los datos de interés son las latencias de los interruptores de las pruebas largas, definidas como la terminación de latencia del último empuje en el corto tolva antes del primer empuje en el largo de la tolva.

En este PAradigm, variamos el tiempo de latencia. Comenzamos con una larga latencia de 12 segundos, que es 3 veces la corta latencia 4 seg, porque los ratones aprenden a cambiar mush más rápido cuando la tarea se hace fácil. A continuación, acortamos el tiempo de latencia de 8 seg o incluso a 7 segundos o 6 segundos para probar qué tan bien los ratones pueden tiempo de su conexión (ver Figura 11). La medida de precisión de tiempo es el coeficiente de variación en el componente gaussiana de la distribución de las latencias de conmutación. El coeficiente de Gauss de variación es la relación entre la desviación estándar y la media (σ / μ en la Figura 11).

También variamos la probabilidad de un ensayo a largo, variando de este modo el riesgo relativo de conmutación prematuramente en comparación con conmutación demasiado tarde. Cuando la probabilidad de un largo juicio es alto, el riesgo que corre una salida prematura de la corto-hopper se reduce, ya que en un largo proceso, no importa la rapidez con los interruptores de ratón. Por otra parte, el riesgo incurrcado por una salida demasiado tarde es correspondientemente elevados. A la inversa, cuando la probabilidad de un ensayo a largo es baja, el riesgo relativo de una salida prematura frente a una salida demasiado tarde-se desplaza en la dirección opuesta. Un decisor racional debe cambiar la distribución de sus interruptores de modo que aproximadamente equivale a los riesgos, que es lo que de hecho lo hacen los ratones ^22,23 (Figura 12). La medición de los cambios inducidos por el cambio de la probabilidad de un ensayo a largo evalúa la capacidad del ratón para estimar la probabilidad (de un largo frente a un ensayo a corto), para estimar la variabilidad en la distribución de sus interruptores, y para calcular los riesgos relativos implícitos en estas dos fuentes de incertidumbre.

Impulsividad. La distribución de las latencias de conmutación es una mezcla de distribución. En la gran mayoría de los ratones bajo la mayoría de condiciones, la distribución está dominada por las latencias de conmutación de una distribución gaussiana, como en la Figura 11. Cómoembargo, a menudo hay un pequeño componente de "interruptores impulsivas", que se producen mucho antes de tiempo, parecen no ser cronometrado con cuidado, y claramente no son óptimas (a diferencia del componente de Gauss, que es aproximadamente óptimamente posicionado entre los postes temporales, como puede verse en la Figura 11). La frecuencia de estos interruptores impulsivas varía notablemente entre los ratones y con condiciones. Hacer que el ensayo a largo altamente probable aumenta su frecuencia en la mayoría de los ratones, al igual que lo que la tarea más difícil moviendo la larga latencia más cerca de la latencia corta (véase la Figura 11). La distribución de las latencias de conmutación casi siempre se puede encajar con una precisión impresionante por una función de "weibgauss", que es la mezcla de una distribución de Weibull y una distribución gaussiana. La medida de la impulsividad es la fracción de los interruptores imputados a la distribución de Weibull.

Memoria circadiano. Animales grabar en la memoria el tiempode días (fase de su reloj circadiano) en el que los acontecimientos importantes ocurren motivacionalmente ^17. Cuando el mismo evento se repite de forma rutinaria en aproximadamente la misma fase circadiano, su comportamiento empieza a anticipar su recurrencia. Una indicación comúnmente estudiados de esta capacidad de recordar y, por tanto anticipar una repetición diaria es la alimentación-anticipatoria comportamiento ^25. Medimos esto mientras se ejecuta el descrito anteriormente (o casi cualquier otro) protocolos, simplemente mediante la restricción de los intervalos en los que los ratones pueden obtener pellets de dos intervalos de 4 h rodean atardecer (casa de la luz hacia fuera) y el amanecer (casa de la luz encendida). Durante otros intervalos, los ratones se encuentran todavía en el entorno de prueba, pero no hay ningún protocolo es operativa. De este modo, se obtienen gránulos sólo durante los intervalos de alimentación programados. En algún lugar entre 6-15 días después del comienzo de la prueba, la actividad meter anticipatoria aparece en la hora más o menos antes del descanso alimentación atardecer (Figura 13). La alimentación circa-oscuridad enintervalo comienza sin ninguna señal de una hora antes de la extinción de la luz de la casa (la oscuridad).

En esos días en 3/4 de los eventos conductuales ocurren durante la final de 1/3 de la fase de 9 horas de disponibilidad sin comida anterior al inicio de la fase de alimentación atardecer, contamos que, como una instancia de actividad anticipatoria alimentos. Actividad anticipatoria así anotó (asteriscos azules en la Figura 13) no se produce durante los primeros días de pruebas. Nuestra medida de "juicios" (días)-a la adquisición de la actividad anticipatoria alimentos circadiano es el día después de que la frecuencia de la actividad anticipatoria muestra el primer incremento estadísticamente significativo.

Figura 1. Esquema de sistema de cribado. Cada armario contiene8 entornos de prueba, cada uno compuesto de una bañera de polipropileno ratón conectado por un tubo de acrílico con una caja de prueba Ratón con 3 tolvas (H) controlados por rayos infrarrojos, dos de los cuales han tolvas conectadas alimentadores de pellets (P). Un único PC (In-lab ordenadores) que se ejecuta un programa de control de protocolo que controla los entornos en dos de estos gabinetes (16 ambientes) y registra los registros de marcas de tiempo de los eventos de estímulo y respuesta. Un único programa de control de protocolo implementa todos los diferentes protocolos. Qué protocolo es operativo y con qué parámetros se determina por el contenido de un archivo de texto (Param del archivo), que se lee regularmente por el programa de control de protocolo. Cambiar el contenido de este archivo de texto se cambia el protocolo operatorio. El programa de control de protocolo, escribe el registro de evento cada 10 minutos a otro archivo de texto. El software TSsystem-análisis de datos, que se ejecuta en un servidor remoto, las cosechas de los datos cada 15 min. A intervalos regulares (normalmente cada 8 o 12 h), realiza una extensa estadísticay análisis gráfico de los datos obtenidos hasta el momento y pone el resultado en archivos en un sitio de almacenamiento en la nube-sincronización, donde se puede acceder por cualquier persona en el laboratorio en cualquier momento desde cualquier lugar. El software de análisis se mueve automáticamente los ratones individuales al siguiente protocolo en una serie especificada de protocolos por escrito nuevos parámetros para el archivo de parámetros (archivo Param) leído por el programa de control de protocolo. Lo hace cuando los datos de que los criterios de decisión especificadas por el usuario del ratón se encuentran. LAN = red de área local. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

La Figura 2A. Captura de pantalla de la interfaz gráfica de usuario TSbroswer. El navegador permite la navegación a través de la compleja jerarquía de datos file que contiene los datos en bruto y todos los resultados que se derivan de ella. Las funciones en el TSsystem operan en los datos en campos de esta estructura y almacenar los resultados en otros campos dentro de la misma estructura. Subordinados a los campos de todos los niveles, pero la más baja son los campos de datos de terminales que contienen las estadísticas de resumen, las notas y los niveles inferiores numéricamente indexados: El director numéricamente indexados niveles más bajos son: el Asunto de nivel, el nivel de sesión, y la Sala de Primera Nivel (ver los paneles posteriores en esta figura). Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 2B. Captura de pantalla del navegador después de la selección de un tema. En la ventana de abajo a la izquierda son los datos fields directamente subordinados a ese tema. Contienen estadísticos de resumen para ese tema. En la ventana de sesiones son las sesiones numéricamente indexados de este tema y otros campos que, al igual que el campo de sesiones, tienen campos subordinados propios. El campo MacroInfo tiene subcampos con información acerca de la macro-control de protocolo, incluyendo la ruta y el nombre de archivo del archivo de código que lee el software de control de procesos en el inicio de una sesión. El campo Protocolos ha subcampos que dan los parámetros de los diferentes protocolos de ejecutar en la sesión seleccionada, los campos de decisión que contienen los datos en que se basa la decisión de interrumpir un protocolo, el código que hace que la decisión y los criterios de decisión. Selección de un campo de datos en la ventana inferior izquierda muestra los datos en ese campo en la ventana inferior derecha. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 2C. Captura de pantalla que después de la selección de una sesión. Los campos subordinados inmediatamente a la sesión seleccionada se muestran en la ventana inferior izquierda. Entre esos campos son los que contienen los datos en bruto y sus subdivisiones, y los que contienen las estadísticas de resumen extraídas de esos datos en bruto. Cuando se selecciona un campo de datos en esta ventana, su contenido se muestra en la ventana de abajo a la derecha. En esta captura de pantalla, se ha seleccionado el campo que contiene los datos en bruto desde el protocolo correspondiente. En la ventana Tipo de prueba a la derecha de la ventana de sesión se muestran los tipos de ensayos que se ejecutan durante la sesión seleccionada. Un "ensayo" es cualquier secuencia especificada por el usuario de eventos no-necesariamente contiguos que definen múltiples tramos de datos que van a ser analizadas para thei Contenido r. El usuario puede definir arbitrariamente muchos diferentes tipos de ensayos. Haz clic aquí para ver la imagen más grande .

La Figura 2D. Captura de pantalla del navegador después de la selección de un tipo de prueba. Los ensayos numéricamente indexados de ese tipo se muestran en la ventana Trials. Como siempre, los campos de datos subordinados inmediatamente al campo seleccionado se muestran en la ventana inferior izquierda, y, si se selecciona uno de los campos, su contenido se muestra en la ventana inferior derecha. Haz click aquí para ver la imagen más grande .

maneras ">
Figura 2E. Captura de pantalla del navegador después de la selección de un juicio individual. Los campos de datos de ella dependientes se muestran en la ventana inferior izquierda y, si se selecciona uno de los campos, su contenido se muestra en la ventana inferior derecha. Entre los campos incluidos automáticamente en cada prueba son los campos que especifican el tiempo de la sesión a la que se inició el juicio, el tiempo de la sesión a la que se puso fin, su duración, y los números de fila en el archivo de datos en bruto que circundaban el juicio. Los otros campos (en este caso 'Atiza', 'NumPks', y 'AutoLngPkRate' se definen usuario. Los contenidos de todos los campos se calculan a partir de los datos crudos almacenados en un campo en el nivel de sesión. Haga clic aquí para ver más grandeimagen.

Figura 3. Captura de pantalla de la solicitud inicial de TSbegin. TSbegin utiliza instrucciones para conducir al usuario a través del proceso de creación de la estructura de datos jerárquica en la que los datos en bruto y todas las estadísticas de resumen y otros resultados derivados de estos datos irán. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 4. Captura de pantalla de la ayuda para TSaddprotocol. Este GUI interactiva conduce al usuario a través del procedimientoss de crear una nueva versión de un protocolo experimental. Para hacer esto, el usuario debe especificar nuevos valores para los parámetros de ese protocolo (por ejemplo, nuevos valores para los concurrentes programas de intervalos de variables en el protocolo de juego). El usuario también debe especificar (o seleccione previamente especificado) código de tomar la decisión de dar por terminado el protocolo e ir a la siguiente protocolo. El usuario también debe especificar (o seleccione especificados anteriormente) Campos de decisión y criterios de decisión. Haz clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 5. Prompt inicial de TSstartsession. TSstartsession es una interfaz gráfica de usuario interactiva que guía al usuario a través del proceso de creación de una expsesión erimental. Una sesión suele durar de uno o dos días a varias semanas, con varios protocolos diferentes (tareas) realizadas en el curso de esa sesión. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 6. Parcelas desequilibrio acumulados para la renta (pellets obtenidos, en rojo) y visitan duración (en negro) de 3 ratones de tipo salvaje y 3 heterocigotos L1. La riqueza relativa de los dos horarios VI concurrentes se invirtió en el punto donde las laderas se vuelven hacia abajo (marcado por la línea roja punteada vertical). Los números de identificación del ratón son en cada parcela. Las verticales verdes marcan el inicio de la fase de alimentación atardecer; las verticales negras marcan el inicio de los PHAs alimentación amanecere. Los valores Er (por error) son las diferencias en la pendiente entre la trama ingreso y la visita duración parcela. Estos errores de desequilibrio son dos veces el error en la fracción Herrnstein. La fracción de los ingresos Herrnstein es la fracción del total de ingresos obtenidos a partir de una tolva, la fracción de visita de duración es la fracción del tiempo total empleado en una tolva (en relación con el tiempo combinado gastado tanto tolvas). Un signo positivo indica "overmatching", es decir, la fracción de tiempo es más extrema que la fracción de los ingresos, un signo negativo indica "undermatching", es decir, la fracción de tiempo es menos extrema que la fracción de los ingresos. Para más detalles sobre estos experimentos ver Gallistel et al ^28. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 7. Ciclos acumulados (Hopper 1 visita, seguido de Hopper 2 visita, seguido por una vuelta a la tolva 1) en función del tiempo de prueba para los mismos 6 ratones como en la Figura 6. Verticales verdes punteadas marcan los inicios de las fases de alimentación;. Verticales rojas sólidas, las compensaciones clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 8. Registros acumulados de velocidades de ensayo de iniciación durante el / protocolo de condicionamiento clásico instrumental, mismas 6 ratones como en las Figuras 6 y 7. Las breves líneas discontinuas verticales gruesas marcan la prueba de adquisición en cada registro, que se define como el primer juicio en el que hubo una significa Valor mínimo de nt de velocidad media a un valor mayor que la velocidad promedio en el primer segmento de la grabación. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

La Figura 9. Distribuciones acumuladas de las latencias de iniciación del ensayo, mismos ratones como en las figuras anteriores. Las distribuciones se han truncado en el 0,7, porque hay latencias de iniciación extremadamente largas de los ensayos cuando el ratón no estaba presente en la caja de la prueba cuando la tolva de prueba de iniciación se iluminó, o el ratón fue saciada. El punto por encima del eje x, en la que la línea horizontal en 0,5 intersecta la distribución acumulativa es la latencia media para iniciar un ensayo.51047/51047fig9highres.jpg "target =" _blank "> Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 10. Registros acumulados de las diferencias entre la tasa de meter en la iluminación de una tolva de alimentación y la tasa de meter durante el intervalo entre ensayos anteriores. Mismos ratones como en las figuras anteriores. Inicialmente, la pendiente de este registro es 0 o negativa, porque el ratón asoma menos durante la iluminación de la tolva que durante el intervalo entre ensayos. La pendiente se vuelve positivo cuando el ratón comienza a hurgar en la tolva iluminada a la espera de la entrega inminente de una pastilla. Esta meter anticipatoria está condicionada clásicamente porque el pellet se entrega al final de la latencia de entrega-tolva específica si el ratón sobresale hacia la saltoper o no. Los puntos sólidos marcan el punto en el que la pendiente se convierte en positivo, que es el juicio en el que la respuesta condicionada aparece por primera vez de forma fiable (-ensayo para la adquisición). Esta es una medida extremadamente ruidoso (variable), como es evidente en esta muestra. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 11. Las líneas azules pesados ​​ligeramente desiguales son las funciones de distribución empírica acumulada, que muestra la distribución acumulada de las latencias de conmutación para ratón # 5024 en tres configuraciones diferentes de la latencia de alimentación en la tolva de largo (verticales negras y pesadas, a las 12, 8 y 7 segundos de arriba parcela a parcela inferior, respectivamente). La corta latencia de alimentación fue siempre 4 seg (Pesado vertical discontinua). Las curvas rojas finas que se superponen casi exactamente sobre las funciones empíricas son las 6 de parámetros funciones Weibull-Gaussianos ajuste a estos datos. Las distribuciones rojas pesadas son las funciones de densidad de probabilidad correspondientes a las distribuciones de mezcla Weibull-Gaussianos. (Ellos son los derivados de las funciones de distribución acumulativa.) Los parámetros de la componente gaussiano de estas distribuciones de mezcla se muestran en las parcelas. Acortar el tiempo de latencia de alimentación causó el ratón para acortar la media de sus latencias de conmutación (μ) y aumentar su precisión (σ / μ). También causó la aparición de algunos interruptores impulsivas (la protuberancia en la cola izquierda de la función de densidad de probabilidad en la trama de fondo). La medida de este impulsividad es la fracción de la mezcla atribuido al componente de Weibull por la versión de mejor ajuste de la distribución de Weibull mezcla gaussiana.target = "_blank"> Haga clic aquí para ver la imagen más grande.

Figura 12. Latencias de interruptor (pequeños círculos abiertos) cambian abruptamente poco después de los cambios en la frecuencia relativa de los ensayos a corto y largo plazo. Los ensayos cortos están marcados con pequeños excedentes de color rojo en la parte inferior de la parcela, mientras que los ensayos largos están marcados con pequeños excedentes de color rojo en la parte superior de la parcela. El cambio en la densidad de las líneas de color rojo resultantes en la parte inferior y la parte superior indican el cambio en la frecuencia relativa (probabilidad) de los ensayos a corto y largo plazo. Tenga en cuenta que cuando el color rojo en la parte inferior se hace más denso (cuando los ensayos cortos se hacen más probable), los pequeños círculos (latencias switch) se desplazan hacia arriba y cuando el color rojo en la parte superior se vuelve más densa (un aumento de la probabilidad de largo ensayo), los círculosdesplazar hacia abajo. Las líneas azules son las medianas de las distribuciones. Extraído de la figura 2 en Kheifets y Gallistel ^23. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Figura 13. 24 hr raster parcela de eventos conductuales y ambientales en un período de prueba de 90 días los puntos negros pokes récord;. Puntos rojos y verdes entregas de pellets de registro en las dos tolvas de alimentación. Negro triángulos apuntando récord offs faro; negros dejaron triángulos que apuntan récord ons faro; cian apuntando hacia la izquierda triángulos registran el (unsignaled) onsets del intervalo de alimentación de la oscuridad, que se producen de 1 hora antes de la oscuridad en sí; cian derecha triángulos apuntando registran ladesplazamientos del intervalo de alimentación de la oscuridad (3 horas después de la casa de la luz apagada); derecha apuntando triángulos magenta registran los desplazamientos; triángulos magenta registran el (unsignaled) inicios de los intervalos de alimentación del amanecer (2 h antes de la casa-LUZ) señala a la izquierda- de las alimentaciones del amanecer. El eje de tiempo de 24 horas es la medianoche convencional en nuestro medianoche, no el tiempo de ciclo inverso del entorno de prueba en el que vivía el ratón. Los inicios de la actividad en periodo de anticipación antes de la alimentación de la oscuridad están marcados con asteriscos azules. Haga clic aquí para ver la imagen más grande .

Discussion

Nuestro método produce una amplia gama de los resultados fisiológicos significativos, cuantitativos sobre el funcionamiento de varios mecanismos diferentes de la cognición, el aprendizaje y la memoria, para muchos ratones a la vez, en una cantidad mínima de tiempo, con un mínimo de mano de obra humana, y sin manipulación de los sujetos de experimentación durante días, semanas o meses de pruebas. Estos atributos se adaptan para los programas de cribado genéticos y farmacológicos. Utiliza hardware mínimamente modificado off-the-shelf (cajas de ensayo y bañeras de nidos). Produce más datos de más ratones en más aspectos de la cognición básica en menos tiempo que otros métodos que actualmente se utilizan para probar las capacidades cognitivas de los ratones genéticamente y / o farmacológicamente manipulados.

Depende de dos tipos de software de código abierto, escrito en los idiomas disponibles en el mercado, bien apoyados: 1) Un lenguaje proporcionado por el fabricante del equipo de prueba (ver Materiales) para la implementación de los protocolos experimentales yel registro de datos, 2) una caja de herramientas de código abierto, TSsystem, por línea, el análisis de datos en tiempo casi real, gráficos, y la toma de decisiones. La caja de herramientas está escrito en uno de los más ampliamente utilizados y apoyó a fondo el análisis de datos científicos y de gráficos lenguajes propietarios (ver Materiales).

La caja de herramientas TSsystem garantiza un rastro de datos clara y segura, ya que el código de control de experimento que rige los protocolos experimentales, junto con los datos en bruto, y todos los resultados que se derivan de los datos brutos, se mantienen en una única estructura de datos. Esta estructura de datos jerárquica tiene nombres de campo, los cuales funcionan como los encabezados en una hoja de cálculo en que se indican los contenidos de la materia. A diferencia de los encabezados en una hoja de cálculo, los nombres de los campos en esta estructura de datos son indexables. Comandos de resumir los datos y gráficos pueden acceder a los datos en cualquier lugar de la estructura mediante la especificación de una ruta a través de las partidas, por ejemplo:

"Experiment.Subject (3).Sesión (2). TrialTypeCS.Trial (5). NumPokes ".
Los comandos de la caja de herramientas personalizada, TSsystem, operan en los datos en estos campos y almacenar los resultados en otro campo o los campos dentro de la misma estructura. Por lo general, el campo o los campos en los que los resultados de una operación se almacenan son creados por el comando TSsystem. El código de análisis de datos puede por sí misma ser almacenada en esta misma estructura. Los diferentes niveles de la estructura contienen campos Notas, en las notas explicativas de longitud arbitraria se pueden poner. El usuario puede hacer campos de notas adicionales, explicar e interpretar el contenido de los campos de datos. Por lo tanto, archivar la estructura o lo ponga en línea en unos públicamente accesibles base de datos almacena todos los aspectos relevantes de la experimentación y el análisis de datos en un solo archivo. Aunque el experimento se está ejecutando, el archivo que contiene la estructura de datos está en una carpeta que se sincroniza en "la nube". Esta disposición asegura fuera de las instalaciones de almacenamiento y el estado de la copia de seguridad técnica. Da acceso ala última versión del análisis de datos y gráficos donde y cuando un investigador tiene acceso a internet.

Los pasos críticos. Los pasos críticos en la construcción de un protocolo de prueba son:

1. La escritura y la depuración del código de control de procesos en el lenguaje proporcionado por el proveedor comercial del aparato ratón de pruebas controlado por ordenador (ver Materiales y Suministros). Un usuario que se adhiere a los protocolos cuyos resultados representativos se revisaron anteriormente puede utilizar el código proporcionado en el material complementario. Este archivo de código único implementa cualquiera o todos los protocolos de ensayo descritos anteriormente. El protocolo operativo para un tema determinado en un momento determinado en la prueba depende de la columna de los valores de los parámetros del protocolo estén en vigor en ese momento. El usuario determina cuál de estos protocolos se ejecutan en la que la secuencia utilizando TSaddprotocol antes de que comience la prueba. Incluido en el Material complementario son específicos del protocolo diciembreIsion códigos y campos de decisión. El usuario sólo necesita especificar los criterios de decisión. Estos criterios de decisión gobiernan la cantidad de datos que se obtuvieron de un protocolo determinado para un tema determinado. Debido a que los resultados de cada tema son representados gráficamente varias veces en cada período de 24 horas, el usuario puede ajustar los criterios arriba o hacia abajo en forma de ratón por ratón en la vista de los resultados obtenidos hasta el momento de cada ratón.
2. La escritura y la depuración del análisis de datos casi en tiempo real y la representación gráfica de código utilizando la biblioteca de comandos en el cuadro de herramientas TSsystem. Un usuario que se adhiere a los protocolos cuyos resultados representativos se revisaron anteriormente puede utilizar el código proporcionado en el material complementario. Hay una función de análisis general para cada protocolo de ensayo (coincidente, el condicionamiento instrumental y clásico, y la conmutación de la tolva cronometrado). Otra función principal (DailyAnalysis.m), que hace análisis de solución de problemas independientes del protocolo y llama al análisis específico del protocoloSIS funciona cuando se ha completado la solución de problemas.
3. El seguimiento diario de los gráficos producidos por el código de análisis de datos para asegurarse de que el protocolo está funcionando correctamente y que todos los ratones están obteniendo suficientes bolitas para mantenerlos en buen estado de salud.

Solución de problemas. La función DailyAnalysis.m se llama 2 o más veces en cada 24 h por una función de temporizador cuando uno o más experimentos se están ejecutando. Cada vez que se le llama, se carga el archivo que contiene la estructura de datos jerárquica y lee en esa estructura de los archivos de datos brutos para todos los sujetos activos. Estos archivos de datos brutos se escriben cada 10 minutos por el software de control de procesos. La función DailyAnalysis ejecuta una serie de comprobaciones básicas. Produce gráficos que permiten al usuario verificar que los dispensadores de pellets están funcionando correctamente, que cada ratón está activo, y que cada ratón se ha obtenido un número suficiente de pastillas en las últimas 24 horas. La ausencia de dATA a partir de un ratón para algún número especificado por el usuario de la hora, un número de pellets obtenidos que cae por debajo de un valor crítico especificado por el usuario, o resultados numéricos que sugieren que un dispensador de pellets no está funcionando correctamente, alertas de correo electrónico de activación.

Modificaciones. Dado que el código de control de procesos y el código TSsystem son de código abierto y ampliamente comentados, los usuarios pueden diseñar sus propios protocolos. Los protocolos para los que se proporciona el código en los materiales suplementarios son únicos protocolos del apetito. Utilizan recompensa de comida para provocar la conducta de los aspectos cuantitativos de los cuales dependen del funcionamiento de los mecanismos cognitivos de destino. Sin embargo, las cámaras de prueba de ratones comerciales pueden ser ordenados en una configuración que permite que el condicionamiento del miedo por medio de descarga en las patas. Por lo tanto, el sistema puede aplicar tanto contextual, con claves, y el tiempo-de-día condicionamiento del miedo para los usuarios capaces de escribir el código de ordenador necesaria tanto para el control de procesos y cuasi anal datos en tiempo reallisis. Los archivos de código muy bien comentados previstas en el Material complementario deberían facilitar la creación del nuevo código requerido.

Limitaciones. Los mecanismos básicos de la cognición son los que permiten los animales para ubicarse en el espacio y el tiempo y para estimar las probabilidades de eventos y riesgos asociados. El sistema de pruebas automatizado aquí descrito proporciona amplias pruebas de los mecanismos que permiten a los ratones para ubicarse en el tiempo, y para estimar las probabilidades y los riesgos asociados. Sin embargo, proporciona una información muy limitada acerca de los mecanismos que les permitan ubicarse en el espacio. Tanto el protocolo de adaptación y la prueba de protocolo de conmutación temporizada si el ratón puede distinguir tolvas de otro modo idénticas en la base de su ubicación dentro de la caja de prueba. Sin embargo, ninguno de estos protocolos de pruebas, por ejemplo, el mecanismo que permite a los animales para orientarse utilizando la geometría de un espacio familiar ²⁶ ni ªe odómetro que mide qué tan lejos se ha quedado un ratón y que juega un papel central en la navegación a estima ^18.

. Importancia de la técnica La técnica de las pruebas de comportamiento aquí descrito difiere de la mayoría de otras técnicas de uso común en la farmacología del comportamiento y la genética del comportamiento en cinco aspectos importantes:

Primero, hace mediciones fisiológicamente significativas. Estas son las mediciones, tales como la exactitud y la precisión de la representación de una duración del intervalo, que se puede repetir en los niveles electrofisiológicas y bioquímicas de análisis con resultados comparables. Mediciones conductuales Fisiológicamente significativas juegan un papel crucial en el establecimiento de hipótesis de vinculación seguros de la forma que este mecanismo molecular o celular o nivel de circuito es la realización de ese mecanismo neurobiológico conductual manifiesta. Ejemplos de ello son la medición del comportamiento de las funciones de sensibilidad espectral de los periodos y las PHAES de osciladores, tal como el reloj circadiano. Diversos ejemplos de mediciones de comportamiento que no son fisiológicamente significativa son la cantidad de tiempo que un ratón puede colgar en un rodillo giratorio, la latencia media para encontrar una plataforma sumergida en un laberinto de agua, el porcentaje de una trayectoria nadar en el cuadrante donde la plataforma era previamente encontrado, y la fracción de tiempo que un ratón queda bloqueado en una cámara de pruebas donde ha sido previamente conmocionado.

En segundo lugar, se trata de un alto volumen, procedimiento rendimiento automatizado, de alto. Los ratones no se manipulan durante el curso de las pruebas. Muchos ratones se pueden probar de forma simultánea en una cantidad limitada de espacio de laboratorio, con la mínima inversión de tiempo, durante el funcionamiento de varios protocolos diferentes que dan información cuantitativa sobre los mecanismos cognitivos básicos. Más pruebas de comportamiento requiere un manejo diario de los ratones para colocarlos y quitarlos del aparato de prueba. Algunos de los procedimientos más populares (el laberinto de agua y conte xtual condicionamiento del miedo, por ejemplo) requieren el manejo del ratón inmediatamente antes e inmediatamente después de tomar cada medida y la puntuación que consume tiempo de las grabaciones de vídeo.

En tercer lugar, se analizan los resultados y se representan en tiempo casi real, y el progreso de prueba para la prueba se produce de forma automática para cada ratón individual. Esto permite afinar el procedimiento (mediante, por ejemplo, el cambio de los criterios de decisión) del ratón con el ratón a la luz de los datos-para arriba-a la hora de cada ratón. Los datos de las pruebas de uso común a menudo se analizan mucho después de que se ha ejecutado la prueba. Esto requiere la ejecución de los ratones colectivamente para la misma cantidad de tiempo en cada procedimiento. Esto es un despilfarro, ya que los diferentes ratones dominan diferentes procedimientos después de cantidades muy diferentes de tiempo. Si el tiempo de la prueba colectiva se hace demasiado corto, varios ratones no dominan la tarea; si se hace lo suficiente para que casi todos los ratones a dominar la tarea, algunos ratones se ejecutan mucho más tiempo de lo necesario.

ent "> En cuarto lugar, el diseño de la caja de herramientas TSsystem asegura una pista intacta, fácilmente detectable en las estadísticas y gráficos de nuevo a los datos en bruto de resumen publicadas, sin incertidumbre acerca de cuál es el protocolo y los parámetros que estaban operativas en cualquier momento de los ensayos de toda ratón. Muchas pruebas actuales obtienen muy pocos datos para cada ratón, en cuyo caso, el rastro de datos es corto y fácil de seguir. Cuando las pruebas obtienen un gran volumen de datos (miles de eventos con fecha y hora) de cada ratón, entonces el rastro de datos puede llegar a ser largo, muy fragmentada y difícil de seguir el paso del tiempo, se generan ligeramente diferentes archivos de código de control de procesos;. muchos archivos de código de análisis de datos diferentes se escriben, y los diferentes archivos de código producen archivos de muchos resultados diferentes mediante una operación en diferentes archivos de resultados anteriores. Se hace difícil hacer un seguimiento de las complejas relaciones entre los muchos ficheros diferentes y difíciles para asegurarse de que se guardan todos juntos. En el TSsystem, los datos en bruto ytodo lo que se deriva de ellos se almacenan en la misma estructura de datos jerárquica. Por lo tanto, los resultados publicados no pueden ser separados de los datos en bruto subyacentes. El código de control de proceso para cada sesión se lee automáticamente por el software TSsystem y el carácter a carácter en comparación a todo el código de control de proceso anterior en el mismo experimento. Si hay alguna diferencia, el código para la nueva sesión se almacena en la estructura junto con los datos y un número de identificación que la versión de control de proceso se introduce automáticamente en un campo para esa sesión en la que el ratón. Por lo tanto, cada versión del código de control de proceso se almacena automáticamente en la misma estructura que los datos obtenidos a partir de la ejecución de ese código. Con este sistema, uno nunca está seguro de qué datos provienen de la versión de un protocolo multi-versión. Los archivos de código de análisis de datos, que generalmente son pocos en número, también pueden ser almacenados en esta estructura sobre la terminación del análisis. Esto pone todo en un solo destructura ata, lo que indica tanto por su estructura de ramificación (lo que está subordinado a lo que) y sus nombres de campo de las relaciones entre los diferentes tipos de información.

En quinto lugar, la estructura de datos jerárquica en el núcleo de la TSsystem, en el que toda la información pertinente se almacena, junto con los comandos de análisis de datos de muy alto nivel que se utilizan para extraer resúmenes y construir gráficos, hace posible el intercambio de datos del fenotipo conductual complejos entre laboratorios . Un solo archivo electrónico da otros investigadores el acceso inteligible, explotable a todos los niveles del proceso de datos, y para el código informático que digiere, resume y representa gráficamente los datos. Esto hace que el nuevo análisis posterior de los datos más antiguos ricos conjuntos posible. También hace posible la creación de grandes bases de datos del fenotipo conductual y cognitivo públicas utilizables.

Las futuras aplicaciones. El sistema totalmente automatizado puede ser de utilidad en cursos de laboratorio icomportamiento animal n. Es finesses la cuestión cada vez más preocupante de instruir a un gran número de estudiantes en el manejo adecuado de los ratones y las preocupaciones concomitantes sobre posibles amenazas a su salud de hacerlo. Permite a un gran número de estudiantes a diseñar y ejecutar experimentos con ratones reales sin manipularlos. Para el uso de instrucción, uno podría querer poner pequeñas cámaras de video infrarrojas de bajo costo en las cajas de prueba, por lo que los estudiantes pudieran observar el rendimiento del ratón en el protocolo que han ideado. La colocación de los datos en bruto en una única estructura de datos jerárquica almacenados en la nube hace posible que muchos estudiantes diferentes para analizar los mismos datos que los datos vienen pulg

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)