Automatizada, Quantitative Cognitiva / Screening Comportamental de Ratos: Para Genética, Farmacologia, Cognição Animal e Instrução Graduação

Summary

Sistema totalmente automatizado para a medição de propriedades fisiologicamente significativas dos mecanismos de mediação de localização espacial, localização temporal duração, taxa e estimativa de probabilidade, avaliação de risco, impulsividade e da exatidão e precisão da memória, a fim de avaliar os efeitos das manipulações genéticas e farmacológicas sobre mecanismos fundamentais da cognição em camundongos.

Abstract

Descreve-se um alto rendimento, de alto volume, totalmente automatizado, live-in 24/7 sistema de testes comportamentais para avaliar os efeitos das manipulações genéticas e farmacológicas sobre os mecanismos básicos da cognição e aprendizagem em ratos. Um rato de polipropileno banheira habitação padrão está ligado através de um tubo de acrílico para uma caixa de teste de mouse padrão comercial. A caixa de teste tem três funis, 2 dos quais estão ligados a pelota alimentadores. Todos são iluminado interiormente com um diodo emissor de luz e monitorizado para a entrada da cabeça por infravermelhos (IR) vigas. Ratos viver no ambiente, o que elimina a manipulação durante a triagem. Eles obtêm seus alimentos durante dois ou mais períodos de alimentação diárias realizando em operante (instrumental) e pavloviana protocolos (clássicos), para o qual temos escrito software de controle de protocolo e em tempo quase real, análise de dados e gráficos software. A análise dos dados e gráficos rotinas são escritos em uma linguagem baseada em MATLAB criado para simplificar a análise do grande tempo-ssocada registros de eventos fisiológicos e comportamentais e preservar uma trilha de dados completa de dados brutos por meio de todas as análises intermédias para os gráficos e estatísticas publicadas dentro de uma única estrutura de dados. O código-análise de dados colhe os dados várias vezes ao dia e submete a análises estatísticas e gráficos, que são automaticamente armazenados na "nuvem" e em computadores de laboratório. Assim, o progresso de ratinhos individuais é visualizado e quantificado por dia. O código-análise de dados de fala com o código de controle de protocolo, permitindo o avanço automático de protocolo para protocolo de sujeitos individuais. Os protocolos comportamentais implementadas estão combinando, autoshaping, programado hopper-switching, avaliação de risco em cronometrado hopper-switching, medição de impulsividade, ea antecipação circadiano da disponibilidade de alimentos. Open-source protocolo de controle e análise de dados de código faz a adição de novos protocolos simples. Oito ambientes de teste caber em um 48 em x 24 em x 78 em gabinete, dois como táxiinets (16 ambientes) pode ser controlado por um computador.

Introduction

Para trazer as poderosas técnicas da genética, genética molecular, biologia molecular e neurofarmacologia para carregar em elucidar os mecanismos celulares e moleculares que medeiam mecanismos básicos da cognição, precisamos de alto volume, métodos de rastreio psicofísicos alta colocá-through que quantificam fisiologicamente significativa propriedades dos mecanismos cognitivos. Uma propriedade psicofisicamente mensurável, fisiológico significativo quantitativo de um mecanismo é uma propriedade que pode ser medido por meio de comportamento e também por meios bioquímicos ou electrofisiológicos. Exemplos disso são o espectro de absorção da rodopsina, o período livre de funcionamento do relógio circadiano, eo período refratário de axônios de recompensa no cérebro anterior medial ^1,2 pacote. Medições psicofísicas que podem ser comparados com as medidas celulares e moleculares estabelecer uma base para a ligação de mecanismos celulares e moleculares de mecanismos psicológicos por meio de correspondência quantitativa. Para example, o facto de que o espectro de absorção in situ da rodopsina dos segmentos exteriores das hastes sobrepõe sobre a função de sensibilidade espectral escotópica humana é uma forte evidência de que a isomerização de rodopsina desencadeada fotões é o primeiro passo para a visão escotópica. Os aspectos quantitativos dos padrões de comportamento complexos também são fundamentais para o uso de métodos de QTLs em genética comportamental ^3,4.

O desempenho de ratos (e ratos) em protocolos de aprendizagem instrumental e pavlovianas bem estabelecidos depende de mecanismos cerebrais que medem quantidades abstratas como o tempo, número, duração, taxa, probabilidade, risco e localização espacial. Por exemplo, a velocidade de aquisição de respostas condicionadas Pavlovianos depende da relação entre o intervalo médio entre os eventos de reforço (tipicamente, entrega de comida) e a latência média ao reforço após o início do sinal de reforço iminente ^5-7. Por um segundo example, o rácio entre a duração média das visitas aos dois funis de alimentação de acordo com um protocolo correspondente aproximadamente igual a relação entre as taxas de reforço nesses dois funis ^8-10.

Os métodos de análise comportamental atualmente em uso de largura por neurocientistas interessados ​​em mecanismos subjacentes são, em sua maior parte, de baixo volume, de baixo ciclo produtivo e trabalho intensivo ^26. Além disso, eles não medir quantidades que podem ser comparadas com as quantidades medidas através de métodos electrofisiológicos e bioquímicos, tal como, por exemplo, os períodos de medição comportamentalmente e fases de osciladores circadianos pode ser comparado com medidas electrofisiológicos e bioquímicos de período circadiano e fase. Métodos de análise de comportamento atuais concentrar em categorias de aprendizagem, tais como a aprendizagem espacial, temporal, aprendizagem ou medo de aprendizagem, em vez de sobre os mecanismos subjacentes. O teste do labirinto aquático utilizado de aprendizagem espacial ^11-15 é um exemplo dessas shortcomings. Aprendizagem espacial é uma categoria. Aprender nessa categoria depende de muitos mecanismos, um dos quais é o mecanismo da conta inoperante ^16,17. Estima-se, por sua vez depende do hodômetro, o mecanismo que mede a distância percorrida ^18. Da mesma forma, a aprendizagem temporal é uma categoria. Um relógio circadiano está entre os mecanismos em que a aprendizagem em que categoria depende, por um oscilador com um período de cerca de 24 horas é necessário para os animais aprendem a hora do dia em que os eventos ocorrem ^17,19. O relógio que permite a antecipação de alimentos tem ainda a ser descoberto ^19.

Um relógio é um mecanismo de medição de tempo. Osciladores endógenos com uma vasta gama de períodos de permitir que o cérebro para localizar eventos em tempo através da gravação das fases destes relógios ^16,17. A capacidade de gravar localizações no tempo permite a medição da duração, isto é, as distâncias entre os locais em tempo. Aprendizagem associativa depende de tele medições do cérebro de durações ^5,6,20,21. Contadores são mecanismos de números de medição. Número de medição permite estimar a probabilidade, porque a probabilidade é a proporção entre a numerosidade de um subconjunto ea numerosidade do superconjunto. Medição número e duração de medição permitir estimar a velocidade de, por causa de uma taxa é o número de eventos, dividida pela duração do intervalo durante o qual o número foi medido. Medidas de duração, número, taxa e probabilidade permitir ajustes comportamentais para mudança riscos. ^22,23 Nosso método concentra-se em medir a precisão e exatidão desses mecanismos fundamentais. A precisão é o grau em que a medida do cérebro corresponde a uma medida objetiva. A precisão é a variação ou incerteza na medida do cérebro de um valor objectivo fixado, por exemplo, uma duração fixa. A lei de Weber é o resultado mais antigo e mais firmemente estabelecida em psicofísica. Ele afirma que a precisão domedida do cérebro de uma quantidade é uma fração fixa de que quantidade. A fração de Weber, que é o coeficiente de estatístico da variação em uma distribuição (σ / μ), mede precisão. A relação entre a média psicofísica (por exemplo, a duração média julgado) para a média objetivo (média duração objetiva) é a medida de precisão.

O método aqui apresentado maximiza o volume (número de animais selecionados a qualquer momento em uma determinada quantidade de espaço de laboratório) e throughput (quantidade de informações obtidas dividido pela duração média do exame de um único animal), minimizando a quantidade de recursos humanos trabalho necessário para fazer as medições e maximizando a rapidez com que os resultados da despistagem tornou conhecido.

A arquitetura de software de análise de dados aqui apresentado coloca automaticamente os dados brutos e todos o resumo dos resultados e estatísticas derivadas dos dados juntos em um único destrutura ata, com títulos de campo que processam inteligíveis os vastos mares de números nele contidas. O software de análise só funciona em dados em que a estrutura, e sempre armazena os resultados de suas operações em campos dentro dessa mesma estrutura. Isto garante uma trilha intacta a partir de dados brutos para resumos e gráficos publicados.

O software grava automaticamente para a estrutura dos programas de controlo da experiência que reguladas a testes totalmente automatizado, e indica que os dados brutos automaticamente veio a partir do qual programa. Assim, ele preserva uma trilha de dados impecável, sem nenhuma dúvida a respeito de que condições experimentais estavam em vigor para cada animal em cada ponto no teste e não há dúvida sobre a forma como as estatísticas de resumo foram obtidas a partir dos dados brutos. Este método de preservação de dados facilita muito o desenvolvimento de bases de dados de rastreamento de comportamento padronizados, tornando possível que outros laboratórios para análise destes conjuntos de dados ricos.

O sistema de rastreio é esquematizada na Figura 1. Dez armários, cada um contendo oito ambientes de teste podem ser criados em um 10 pés x 15 pés sala de laboratório, permitindo que 80 ratos to ser executado ao mesmo tempo. Cabos que passam através de uma porta em uma parede partido deve conectar os ambientes para os cartões eléctricos / electrónicos de interface e PCs em outra sala. Os PCs executar os programas de controle de protocolo. Um computador é necessário para cada 2 armários (16 ambientes de teste). Os PCs devem ser ligados através de uma rede local para um servidor que execute o-análise de dados e gráficos software.

Protocol

Os três protocolos totalmente automatizados no TSsystem (correspondência, apetitivo condicionamento instrumental e clássica) eo protocolo de comutação foram aprovados pelo Comitê de Animal Care e Instalações em Rutgers New Brunswick.

1. Configurando o sistema de física

1. Configure os ambientes de teste nos armários (ver Figura 1).
2. Instale o software de controle de experiência fornecido com os ambientes de teste nos computadores de controle de protocolo.
   Nota: Não use esses computadores para qualquer outra finalidade!

2. Configurando o Sistema de Software

1. Configure a LAN (local area network) de modo que o servidor no qual o software de análise de dados está instalado pode acessar os discos rígidos do computador (s) que controlam os ambientes de teste (ver Figura 1).
2. Estabelecer uma conta de sincronização de arquivo para armazenamento de dados na "nuvem".
3. Put a pasta TSsystem e suas subpastas no caminho de busca da linguagem de programação comercial em uma pasta sincronizada em nuvem.
   Nota: O TSsystem é uma caixa de ferramentas de software, que é, uma biblioteca de mais de 30 funções de alto nível, que facilitam a criação de um complexo de análise de dados e gráficos, dados de código que processa automaticamente os dados sempre que é colhido a partir dos ficheiros de saída gerados pela o programa de controle de experimento. Todos os comandos para operar em campos de dados da estrutura Experimento e colocar os resultados em outros campos na mesma estrutura (ver Figura 2). Estes comandos de código aberto são escritos em uma das linguagens de programação científica e gráficos comerciais mais utilizados. Tem muitas outras "caixas de ferramentas", incluindo mais útil uma caixa de ferramentas estatísticas.

3. Começar um Experimento

1. Chame TSbegin (ver Figura 3).
   Nota: TSbegin é um interactive GUI (G raphic U SER I Nterface) na caixa de ferramentas TSsystem. Isso leva o usuário através do processo de criação da estrutura de dados hierárquica em que os dados brutos e todos os resultados dele derivados serão colocados por outras funções na caixa de ferramentas TSsystem.
2. Chame TSaddprotocol (ver Figura 4).
   Nota: TSaddprotocol é um GUI na caixa de ferramentas TSsystem. Isso leva o usuário através do processo de especificação parâmetros de controle para um protocolo experimental, especificando código decisão que irá automatizar a decisão de denunciar o protocolo e ir para o próximo, e especificar os critérios de decisão a ser utilizado.
3. Coloque ratos em 24/7 ambientes de teste ao vivo-in, um rato por ambiente.
   Notas: Tome cuidado de anotar o número de identificação do mouse que vai para cada um dos ambientes experimentais numeradas (Caixa 1, caixa 2, etc.) Além disso, observe a letra que identifica o controle de experiênciacomputador na rede de área local (LAN) e seu endereço IP.
4. Chamar TSstartsession (Figura 5).
   Nota: TSstartsession é um GUI na caixa de ferramentas TSsystem. Isso leva o usuário através do processo de iniciar uma sessão experimental. Sessões experimentais durar uma ou duas semanas, durante as quais vários protocolos de testes de comportamento diferentes são executados. TSstartsession armazena as informações que vai para a macro que o software de controle de protocolo lê quando uma sessão é iniciada. Incluído é o caminho eo nome do arquivo de código que o software de controle de protocolo lê. Software de análise de TSsystem lê este código para a estrutura de dados hierárquica, de modo que nunca há dúvidas quanto à exata protocolo em vigor a qualquer momento.
5. Ir para os computadores de controle e chamar as macros escritas para a pasta MedPC, a fim de iniciar a sessão para as caixas controladas por computador.

4. Análise de Dados

1. Se você tiver criado um novo protocolo, escreva-análise de dados apropriado e código de gráficos usando os comandos na caixa de ferramentas TSsystem, que simplificam muito a criação de dados complexas análises.
   Nota: Os dados de análise de código e representação gráfica para os três protocolos, cujos resultados são descritos abaixo estão incluídos na caixa de ferramentas TSsystem. Porque, eles são de código aberto, que pode ser modificado à vontade. O código para estas análises é amplamente comentado, o que torna mais fácil para criar o código para analisar os resultados dos protocolos especificados pelo usuário.
2. Para a duração do experimento (24 horas a muitas semanas), monitorar e-mail para os alertas do servidor, indicando mau funcionamento possível de equipamentos (falhas de energia, reboots espontâneos, controle por computador, falhas de alimentação da pelota, etc), que a análise de dados-TSsystem programa detecta.
3. Estude as parcelas de desempenho que o código de análise de dados escrito em TSsystem produz cada vez que é chamado por diatemporizador de análise e (tipicamente 2-4 vezes / dia).
   Nota: O temporizador de análise chama a análise de dados e gráficos do programa em intervalos especificados pelo usuário. O chamado programa é escrito com as funções em TSsystem. Lê-se na estrutura de dados hierárquica dos dados brutos colhidos a partir do arquivo para o qual o software de controle de protocolo escreve. Em seguida, analisa-se os dados e gráficos dos resultados das análises. O arquivo que contém a estrutura de dados hierárquica é armazenado em uma pasta de sincronização de arquivos na nuvem. Isto fornece backup automático off-site. Os automáticos de sincronização de arquivo armazena cópias do arquivo de estrutura nos computadores de todos os funcionários e colaboradores que tenham obtido acesso. Especificados gráficos são automaticamente enviadas para o pessoal especializado e colaboradores. Um investigador principal pode monitorar o progresso dos testes a partir de qualquer lugar do mundo a qualquer momento, e, se necessário, rever o protocolo experimental, na linha, distante do site em que os ratos são testados.
4. Use TSbrowser para estudar os dados e as estatísticas de resumo da estrutura hierárquica de dados à medida que se tornarem disponíveis, em tempo quase real (ver Figura 2).

Representative Results

O sistema pode e deve ser usado para executar os protocolos adaptados aos objectivos do investigador individual ou de professor em sala de aula. No entanto, temos desenvolvido um conjunto de três protocolos que devem ser úteis na triagem em larga escala de ratos geneticamente manipulados e testes farmacológicos de grande escala: o protocolo de correspondência, o protocolo autoshaping 2-hopper, eo protocolo de comutação. O protocolo correspondente mede a capacidade do rato para estimar os rendimentos (peletes de alimentos por unidade de tempo) em dois locais diferentes, para lembrar que os rendimentos de localização que o rendimento, para coincidir com a relação das suas médias durações visita à relação dos rendimentos, e a rapidez com que detecta e se ajusta às mudanças na taxa de rendimento. Os 2-hopper medidas protocolo autoshaping taxas de condicionamento instrumental e clássica (taxas de aprendizagem associativa). A precisão de medidas interruptor protocolo intervalo de tempo e precisão, a capacidade de estimar probabilidades (freqüências relativas)e se adaptar às mudanças em probabilidades (avaliação de risco). Ele também dá uma medida de impulsividade.

Matching. Os alimentadores em cada um dos dois funis laterais (os funis de alimentação) estão armados de forma independente em uma latência variando exponencialmente após cada entrega pelota. A pelota é entregue sempre que o alimentador está armado e é o mouse provoca a liberação pellet picando no funil, interrompendo, assim, o feixe de infravermelho (IR). Os intervalos que decorrem antes da próxima armar são provenientes de distribuições exponenciais, cujas expectativas são especificados no arquivo de parâmetros (Tabela 1). Neste protocolo, os ratos começam rapidamente para alternar entre os dois funis de alimentação, cutucando por um tempo em um, passando depois para o outro, em seguida, de volta para o primeiro. A relação dos tempos médios de suas estadias nos dois funis de aproximadamente correspondente à razão das pelotas por min, que são obtidas a partir da os dois funis (NB pelotas por min naso meio ambiente, que é a "renda" de funis, não pelotas por minuto de picar dentro do depósito, ou seja, os "retornos" de seus investimentos nos dois funis). Assim, se eles recebem, em média, três vezes mais pelotas de Hopper 1 a partir de Hopper 2, então a duração média de uma visita a CAÇAMBA 1 é aproximadamente 3 vezes mais tempo que a duração média de uma visita a Hopper 2. Corremos esse protocolo primeiro por causa da rapidez com que o comportamento de correspondência aparece ^8. Geralmente é mensurável nas primeiras 24 horas de testes, exceto, é claro, no rato ocasional que é muito tímido para visitar os funis nas primeiras 24 horas.

Comportamento de harmonização implica que os mecanismos de medição de duração e número de computação e velocidades relativas estão intactos, assim como os mecanismos Localizando espaciais que permitem que um rato para associar de forma adequada as duas taxas diferentes com os dois locais diferentes do funil. Assim, é um excelente rápidateste de função cognitiva básica. A precisão com que um rato corresponde à razão entre as suas durações esperados visita à relação dos rendimentos experientes é uma indicação da precisão com a qual o rato pode representar quantidades.

A precisão com a qual coincide com um rato é visualizado graficamente por a extensão em que dois registos cumulativos simultaneamente desenhados têm a mesma inclinação (Figura 6). Um registro acumulado é a soma cumulação de uma seqüência de medidas. Neste caso, uma parcela (os vermelhos na Figura 6) é o registro cumulativo da medida de pellet-by-pellet-desequilíbrio de renda, o outro (os pretos da Figura 6) é o registro cumulativo do pellet-por- medida visita de desequilíbrio da pelota. Para um único intervalo inter-alimentação, o desequilíbrio é o rendimento ou -1 ou 1, dependendo se o sedimento obtido na conclusão do intervalo veio do funil 1 (desequilíbrio = -1) ou 2 (= desequilíbrio1). A inclinação do registro cumulativo destes desequilíbrios é o desequilíbrio de renda média (o desequilíbrio por alimentação). Se em 10 intervalos, o rato recebe 5 pelotas de Hopper 1 e 5 de Hopper 2, então o desequilíbrio de renda média mais de que esses intervalos de 10 inter-alimentação é , Se todos os 10 aglomerados veio do funil 2, então é E se todas as 10 veio do funil 1, então é . Deste modo, o desequilíbrio de rendimento médio pode variar entre -1 a 1, e é 0, quando existe, em média, nenhum desequilíbrio. O desequilíbrio visita durante um intervalo inter-alimentação é o tempo gasto em Hopper 2 (T 2) menos o tempo gasto no Hopper 1 (T 1), divided por o total das duas vezes. Para um único intervalo inter-alimentação, esta medida pode assumir qualquer valor entre -1 e 1, ao contrário do desequilíbrio de renda, o que deve ser ou -1 ou 1. Contudo, o declive da ficha acumulado desta medida reflecte o seu valor médio, tal como é o caso para a medida do rendimento. Quando as duas encostas dos dois registros cumulativos (o vermelho e os registros em preto na Figura 6) são iguais, o desequilíbrio médio de visita é igual ao desequilíbrio média renda, o que significa que o rato está combinando a proporção de sua média durações visita à relação de seus rendimentos a partir dos dois funis.

Para três dos ratinhos na Figura 6 (5027, 5015, e 5024), o declive da visita desequilíbrio trama cumulativa (preto) segue de perto o declive do desequilíbrio rendimento cumulativo (vermelha), indicando quase perfeita correspondência de a razão entre o médios de visita durações para a relação entre os rendimentos. Note-se como o rácio entre rapidamenteas durações visita ajusta à mudança na proporção dos rendimentos, os pontos de inflexão para baixo. Por outro lado, Rato 5034 (lote inferior esquerda) não conseguiu corresponder durante a segunda sessão de alimentação, a inclinação da visita de duração desequilíbrio cumulativo de plotagem (preto) é 0 enquanto que o declive do desequilíbrio de renda (vermelho) é substancialmente positiva. No entanto, durante a terceira fase de alimentação (após a vertical preto), as pistas são paralelos, o que significa que este rato começou abruptamente no início desta fase para coincidir com a sua relação de visita para a taxa de rendimento. Claramente, portanto, não era incapaz de fazê-lo, mas não o fez por alguma razão durante uma parte do teste. Isto ilustra a importância de visualizar todo o curso de execução em vez de confiar inteiramente em algumas estatísticas sumárias. Rato 5028 correspondeu precisamente durante a primeira relação da renda, mas quando ele foi revertida, não foi capaz de reverter totalmente. Rato 5025 "overmatched", durante o 3 ^º feedinfase g (após vertical verde), ou seja, seu desequilíbrio média visita foi maior do que o seu desequilíbrio renda média e não ajustar totalmente à reversão do desequilíbrio de renda. Observe, entretanto, que todos os 6 ratos, ambos os 3 tipos selvagens e os 3 heterozigotos combinados com precisão durante a primeira fase de alimentação de 4 horas. Observe também que esses registros cobrem apenas 36-48 h (1,5-2 ciclos dia / noite com 2 fases de alimentação / ciclo), durante o qual se observa não só correspondência inicial, mas uma resposta abrupta para a inversão da relação da renda. Como explicado anteriormente, isso demonstra o funcionamento intacto nos heterozigotos de muitos mecanismos básicos da cognição, a saber, a estimativa de duração, número de estimativa, estimativa de taxa, a localização espacial (das taxas de renda para hoppers), ea capacidade de lembrar-se de quantidades abstratas simples. Os resultados quantitativos, os quais são típicos, são obtidos a partir de testes automatizados num ambiente real-em, sem manipulação dos ratos para além da sua inicial colocação no ambiente.

Como é evidente na Figura 6, os ratos corresponde a razão das suas durações visita à relação dos rendimentos, logo que comecem a funcionar entre as tremonhas. A rapidez com que o mouse começa a circular entre os funis é uma medida do que poderia ser chamado de sua ousadia ou tendência para explorar. Isto é visualizado através da representação gráfica da ficha cumulativa de ciclos, isto é, o número de ciclos completos como uma função de tempo da sessão. Figura 7 mostra estes lotes do mesmo ratinhos como mostrado na Figura 6. Cinco dos seis apresentaram alguma exploração antes do início da primeira fase de alimentação e começou bruscamente para circular entre os funis assim que começou. Um rato, no entanto (canto inferior esquerdo), não mostrou qualquer comportamento exploratório em tudo (e não um único ciclo) até meio da alimentação 2 ^ª fase, em que ponto, começou abruptamente para alternar entre os funis.

. t "> teoria da aprendizagem instrumental e condicionamento clássico tradicional distingue dois tipos de aprendizagem associativa:.. condicionamento clássico (também chamado de condicionamento pavloviano) e condicionamento instrumental (também chamado de condicionamento operante) O parâmetro fisiologicamente significativa em ambos os casos é a taxa de aprendizagem Este Pensa-se que medir a rapidez que forças sinápticas são ajustados em resposta ao emparelhamento de dois eventos sensoriais condicionamento clássico (por exemplo funil de iluminação e entrega de comida) ou em resposta ao emparelhamento de um evento SR e um evento de reforço no condicionamento instrumental. A taxa de aprendizagem é medido pelo recíproco de ensaios para aquisição, ou seja, o número de emparelhamentos antes do aparecimento do comportamento condicionado. Nosso protocolo segundo mede a estas taxas. Também ensina os sujeitos as latências de alimentação a ser esperada no dois funis-entrega de pelotização, que o conhecimento é testado no terceiro protocolo.

Um pré-julgamento neste protocolo começa com a iluminação do funil do meio, aquele onde pelotas nunca são entregues, porque não há nenhum alimentador pellet para ele (veja o diagrama de teste de caixa, parte superior direita na Figura 1). Quando o mouse cutuca no funil meio iluminado, a luz não se apaga, e um escolhido aleatoriamente um dos dois funis de acompanhamento acende. Se ele é o funil esquerda que acende, então, um pelete é entregue há 4 seg após a iluminação, independentemente do que o rato faz. Se é certo que o funil de luzes, em seguida, um pelete é entregue há 12 segundos após a iluminação, independentemente de novo do que o rato faz. Assim, a picar no funil meio iluminado é fundamental para iniciar um julgamento, quando este funil é iluminado, não acontece nada mais até que o mouse cutuca para ele, o mouse deve picar a este funil, a fim de obter uma pelota. Uma vez que o rato fez esta resposta instrumental, uma pelota será entregared em qualquer tremonha então acende-se, para a entrega de latência peculiar que tremonha, independentemente do facto de o rato entra para a tremonha ou não durante o intervalo que decorre antes de fornecimento de peletes.

O software faz automaticamente três parcelas de desempenho nesta tarefa: 1) o registro cumulativo de julgamento velocidade iniciação (Figura 8), a distribuição cumulativa de latências de tentativa de iniciação (Figura 9) e os registros cumulativos da ITI-CS-rate picar diferenças (Figura 10). E, ao que deriva desses registros três conjuntos de estatísticas de resumo: 1) Ensaios para aquisição da resposta instrumental (taxa de aprendizagem instrumental), 2) a latência de tentativa de iniciação mediana, e 3) Ensaios para aquisição de picar antecipatória em tanto a curto latência e os funis de longa latência alimentação (autoshaped, ou seja, taxas de aprendizagem clássica).

Decisões cronometrado. O terceiro protocolo éo protocolo de "switch" usado pela primeira vez com pombos por Fetterman e Killeen ²⁴ e adaptado para o mouse por Balci et al ^22. Assim como no protocolo anterior, os ensaios são iniciados quando o mouse cutuca no funil meio iluminado. No entanto, neste protocolo, este puxão de iniciação julgamento ilumina duas moegas de acompanhamento, um dos quais está em silêncio e aleatoriamente escolhido pelo computador como o hopper "quente" para o julgamento. As latências de alimentação associados com as duas tremonhas são as mesmas como no protocolo anterior (4 seg e 12 seg). No entanto, apenas o funil quente entrega, e entrega apenas em resposta a um puxão fez lá em ou depois de "seu" latência alimentação. Se o funil de curta latência é quente, em seguida, se o rato é a que funil no final da latência curta, o primeiro puxão feito lá durante ou após a latência que proporciona uma pelete em que tremonha. Se o funil de longa latência é o funil quente, então o primeiro puxão fez lá em ou após a longa latency proporciona uma pelete em que tremonha. Ratos aprendem rapidamente a ir primeiro para o funil de curta latência na maioria dos ensaios e depois, sobre os ensaios "longo", mudar para o funil de longa latência quando cutucando no funil de curta latência não entregar uma bolinha no final da curta latência de 4 seg. O mouse obtém suas pelotas na grande maioria dos ensaios. No entanto, se ele fica muito tempo no funil de curta latência em um longo julgamento, com o resultado que o primeiro puxão na ou após a longa latência é na caçamba errado, o julgamento termina sem uma entrega pelota. Da mesma forma, se ele muda prematuramente em um teste de curta latência, de modo que o primeiro puxão durante ou após a latência curta está errado (de longa latência) funil, o julgamento termina sem entrega da pelota. Os dados de interesse são as latências das chaves sobre os longos ensaios, definida como a rescisão de latência do último puxão no curto funil antes do primeiro puxão no longo funil.

Neste paradigm, que variam de longa latência. Começamos com uma longa latência de 12 segundos, que é 3 vezes o curta latência 4 segundos, porque os ratos aprendem a mudar mush mais rápido quando a tarefa é feita assim tão fácil. Em seguida, encurtar a longa latência para 8 segundos ou até mesmo a 7 seg ou 6 segundos para testar quão bem os ratos pode cronometrar seu comutação (ver Figura 11). A medida da precisão de temporização é o coeficiente de variação do componente de Gaussian da distribuição de alternar latências. O coeficiente de variação Gaussiana é a razão entre o desvio padrão e a média (σ / μ na Figura 11).

Nós também variar a probabilidade de um longo teste, variando assim o risco relativo de comutação prematuramente contra comutação demasiado tarde. Quando a probabilidade de um longo julgamento é alta, o risco incorrido por uma partida prematura do curta-hopper é reduzida, porque em um longo julgamento, não importa quão cedo as chaves do mouse. Além disso, o risco de incorrered por uma saída muito tardio é correspondentemente elevado. Por outro lado, quando a probabilidade de um longo processo é baixo, o risco relativo de uma saída prematura versus uma saída muito tardio desloca na direcção oposta. Um tomador de decisões racional deve mudar a distribuição de seus interruptores, de modo a aproximadamente equiparar os riscos, que é o que os ratos de fato fazer ^22,23 (Figura 12). Medindo as mudanças induzidas pela mudança da probabilidade de um longo teste avalia a capacidade do rato para estimar a probabilidade (de um longo em comparação com um curto ensaio), para estimar a variabilidade na distribuição dos seus interruptores, e para calcular os riscos relativos implicadas por estes dois fontes de incerteza.

Impulsividade. A distribuição de alternar latências é uma distribuição de mistura. Na grande maioria dos ratinhos sob a maioria das condições, a distribuição é dominada por alternar latências a partir de uma distribuição de Gauss, como na Figura 11. ComoEntretanto, há muitas vezes um pequeno componente de "switches impulsivas", que ocorrem muito cedo, não parecem ser cuidadosamente cronometrado, e não são claramente melhor (ao contrário da componente de Gauss, que é aproximadamente na posição ideal entre os postes da baliza temporais, como Pode ser visto na Figura 11). A freqüência dessas opções impulsivas varia notavelmente entre ratos e com condições. Fazendo a longo julgamento altamente provável aumenta a sua frequência na maioria dos ratinhos, assim como tornar a tarefa mais difícil movendo a longa latência mais perto da latência curta (ver Figura 11). A distribuição de alternar latências pode ser quase sempre se encaixam com precisão impressionante por uma função de "weibgauss", que é a mistura de uma distribuição de Weibull e uma distribuição de Gauss. A medida da impulsividade é a fração dos interruptores imputados à distribuição Weibull.

Memória circadiano. Animais gravar na memória o tempode dia (fase de seu relógio circadiano) em que os eventos importantes acontecem motivationally ^17. Quando o mesmo facto se repete regularmente em aproximadamente a mesma fase circadiana, o seu comportamento começa a antecipar a sua recorrência. A indicação comumente estudado desta capacidade de lembrar e, assim, antecipar uma recorrência diária está alimentando-antecipatória comportamento ^25. Nós medimos isso durante a execução do acima descrito (ou quase qualquer outro) protocolos, simplesmente restringindo os intervalos durante os quais os ratos podem obter pelotas para dois intervalos de 4 hr circundantes anoitecer (casa de luz fora) e madrugada (casa de luz sobre). Durante outros intervalos, os ratos ainda estão no ambiente de teste, mas nenhum protocolo é operatório. Assim, eles obter peletes apenas durante os intervalos de alimentação regulares. Em algum lugar entre 6-15 dias após o início do teste, a atividade cutucando antecipatória aparece na hora ou assim antes do intervalo alimentação anoitecer (Figura 13). A alimentação circa-crepúsculo emTERVAL começa sem qualquer sinal de uma hora antes da extinção da luz casa (anoitecer).

Por aqueles dias em que 3/4 dos eventos comportamentais ocorrem durante a final de 1/3 da fase de 9 horas de disponibilidade sem comida que precede o início da fase de alimentação anoitecer, contamos que, como uma instância de atividade antecipatória-food. Atividade preventiva, assim, marcou (asteriscos azuis na Figura 13) não ocorre durante os primeiros dias de testes. Nossa medida de "provações" (dias)-à aquisição de atividade antecipatória-food circadiano é o dia após o qual a freqüência de atividade antecipatória mostra o primeiro aumento estatisticamente significativo.

Figura 1. Esquema do sistema de triagem. Cada gabinete contém8 ambientes de teste, cada uma consistindo de uma banheira de rato polipropileno ligado por um tubo de acrílico para uma caixa de teste Rato com 3 funis (H) monitorados por feixes de IR, dos quais dois funis têm anexados alimentadores da pelota (P). Um único PC (computadores em laboratório) a execução de um programa de controle de protocolo que controla os ambientes em dois desses gabinetes (16 ambientes) e registra registros com carimbo de tempo de eventos de estímulo e resposta. Um programa de controle de protocolo único implementa todos os diferentes protocolos. Qual protocolo é operativa e com quais parâmetros é determinada pelo conteúdo de um arquivo de texto (Param File), que é lido regularmente pelo programa de controle de protocolo. Alterar o conteúdo deste arquivo de texto muda o protocolo operatório. O programa de controle de protocolo escreve o registro do evento a cada 10 minutos para um outro arquivo de texto. O software TSsystem-análise de dados, rodando em um servidor remoto, as colheitas de dados a cada 15 min. Em intervalos regulares (normalmente a cada 8 ou 12 horas), realiza uma extensa estatísticae análise gráfica dos dados obtidos até o momento e coloca os resultados em arquivos em um site de armazenamento em nuvem sincronia, onde podem ser acessados ​​por qualquer pessoa no laboratório a qualquer hora de qualquer lugar. O software de análise desloca-se automaticamente camundongos individuais para o próximo protocolo em uma série específica de protocolos escrevendo novos parâmetros para o arquivo de parâmetros (Param File) lido pelo programa de controle de protocolo. Fá-lo quando os dados de que os critérios de decisão do mouse atender especificados pelo usuário. LAN = rede de área local. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 2A. Captura de tela da GUI TSbroswer. O browser permite a navegação através do complexo hierárquico dados file que contém os dados em bruto e todos os resultados obtidos a partir dele. As funções do TSsystem operar em dados em campos dessa estrutura e armazenar os resultados de outros campos na mesma estrutura. Subordinada aos campos em todos os níveis, mas o menor são os campos de dados de terminais contendo estatísticas de resumo, notas e níveis inferiores numericamente indexados: O principal numericamente indexados níveis mais baixos são: o Nível de Assunto, a nível da sessão, eo Nível de Trial (ver painéis subseqüentes em esta figura). Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 2B. Captura de tela do navegador após a seleção de um tema. Na janela inferior esquerda são os dados fields diretamente subordinado a esse assunto. Eles contêm estatísticas de resumo para esse assunto. Na janela de Sessões são as sessões numericamente indexados para este assunto e outros campos que, assim como o campo Session, têm campos subordinados próprias. O campo MacroInfo tem subcampos dando informações sobre o macro-controle de protocolo, incluindo o caminho eo nome do arquivo de código lido pelo software de controle de processos no início de uma sessão de arquivos. O campo Protocolos tem subcampos dando os parâmetros dos diferentes protocolos de correr na sessão selecionada, os campos de decisões que contenham os dados em que a decisão de encerrar um protocolo se baseia, o código que faz com que a decisão e os critérios de decisão. A seleção de um campo de dados na janela da esquerda inferior exibe os dados nesse campo na janela inferior direita. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 2C. Captura de tela após a seleção de uma sessão. Os campos imediatamente subordinados à sessão selecionada são exibidos na janela esquerda inferior. Entre esses campos são aqueles que contêm os dados brutos e respectivas subdivisões e aqueles que contêm as estatísticas de resumo extraídas desses dados brutos. Quando um campo de dados nesta janela é selecionada, seu conteúdo é exibido na janela no canto inferior direito. Nesta captura de tela, o campo que contém os dados brutos do protocolo correspondente tiver sido selecionada. Na janela Tipo de teste para a direita da janela da sessão são exibidos os tipos de ensaios executados durante a sessão selecionada. A "prova" é qualquer seqüência especificada pelo usuário de eventos não-necessariamente contíguas que definem vários trechos de dados que estão a ser analisadas para thei conteúdo r. O usuário pode definir arbitrariamente diversos tipos de ensaios. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 2D. Captura de tela do navegador após a seleção de um tipo de julgamento. Os ensaios numericamente indexados desse tipo são exibidos na janela Trials. Como sempre, os campos de dados imediatamente subordinados ao campo selecionado são exibidos na janela do lado esquerdo inferior, e, se um desses campos é selecionada, seu conteúdo é exibido na janela inferior direita. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

maneiras ">
Figura 2E. Captura de tela do navegador após a seleção de um julgamento individual. Os campos de dados subordinados a ele são exibidas na janela inferior esquerda e, se um desses campos é selecionada, seu conteúdo é exibido na janela inferior direita. Entre os campos incluídos automaticamente em cada prova são campos que especificam o tempo da sessão em que o julgamento começou, o tempo de sessão em que terminou, sua duração, e os números de linha no arquivo de dados brutos que cercarão o julgamento. Os outros campos (aqui 'Pokes,' 'NumPks', e 'AutoLngPkRate' são definidos pelo usuário. O conteúdo de todos os campos são calculados a partir dos dados brutos armazenados em um campo no nível de sessão. Clique aqui para ampliarimagem.

Figura 3. Captura de tela do prompt inicial de TSbegin. TSbegin usa instruções para levar o usuário através do processo de criação da estrutura hierárquica de dados no qual os dados brutos e todas as estatísticas de resumo e outros resultados derivados desses dados vai. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 4. Captura de tela de ajuda para TSaddprotocol. Este GUI interativo leva o usuário através do process de criar uma nova versão de um protocolo experimental. Para fazer isso, o usuário deve especificar novos valores para os parâmetros desse protocolo (por exemplo, novos valores para os horários de intervalos variáveis ​​simultâneas no protocolo correspondente). O usuário também deve especificar (ou escolher previamente especificado) de código para tomar a decisão de rescindir o protocolo e ir para o próximo protocolo. O usuário também deve especificar (ou escolher previamente especificados) Campos de decisão e os critérios de decisão. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 5. Alerta inicial de TSstartsession. TSstartsession é uma interface gráfica interativa que leva o usuário através do processo de iniciar uma expsessão erimental. Uma sessão normalmente é executado a partir de um ou dois dias a várias semanas, com vários protocolos diferentes (tarefas) executados no curso do que uma sessão. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 6. Parcelas desequilíbrio cumulativos para renda (pellets obtidos, em vermelho) e visitar duração (em preto) por 3 camundongos tipo selvagem e 3 heterozigotos L1. A riqueza relativa dos dois esquemas VI simultâneas foi invertida no ponto em que as pistas de virar para baixo (marcado pela linha vertical tracejada vermelha). Números de identificação do rato estão em cada trama. As verticais verdes marcam o início da fase de alimentação anoitecer; as verticais pretas marcar o início dos PHAs alimentação madrugadae. Os valores de Er (por erro) são as diferenças de inclinação entre a trama de renda ea trama visita de duração. Estes erros de desequilíbrio são duas vezes o erro na fracção Herrnstein. A fração de renda Herrnstein é a fração da renda total obtida a partir de um funil, a fração de visita de duração é a fração do tempo total gasto em um funil (em relação ao tempo combinado gasto em ambas as funis). Um sinal positivo indica "overmatching", isto é, a fração de tempo é mais extremo do que a fração de renda, um sinal negativo indica "undermatching", isto é, a fração de tempo é menos radical do que a fração de renda. Para mais detalhes sobre essas experiências ver Gallistel et al ^28. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 7. Ciclos acumulados (Hopper uma visita, seguido de visita Hopper 2, seguido de um retorno ao Hopper 1) versus tempo de teste para os mesmos 6 camundongos como na Figura 6. Verticais verdes tracejadas marcam os inícios de fases de alimentação;. Verticais vermelhas sólidas, os deslocamentos Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 8. Registros acumulados de velocidades de tentativa de iniciação durante o protocolo de instrumental / condicionamento clássico, mesmos 6 camundongos como nas Figuras 6 e 7. As linhas verticais pesados ​​curtos tracejadas marcar o julgamento de aquisição em cada registro, definido como o primeiro ensaio em que houve uma significa incremento nt em velocidade média para um valor maior do que a velocidade média no primeiro segmento do registro. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 9. Distribuições cumulativas de latências início do estudo, mesmo os ratos quanto em números anteriores. As distribuições foram truncados em 0,7, porque há latências de iniciação extremamente longos de ensaios quando o mouse não estava presente na caixa de teste quando o funil de tentativa de iniciação iluminado, ou o mouse foi saciado. O ponto acima do eixo x em que a linha horizontal a 0,5 intersecta a distribuição cumulativa representa a latência média para iniciar um ensaio.51047/51047fig9highres.jpg "target =" _blank "> Clique aqui para ver imagem ampliada.

Figura 10. Registos cumulativos das diferenças entre a taxa de desentupimento durante a iluminação de uma tremonha de alimentação e a taxa de picar durante o intervalo inter anterior. Mesmos ratinhos como nas figuras anteriores. Inicialmente, a inclinação desse registro é 0 ou negativo, porque o mouse cutuca menos durante a iluminação funil do que durante o intervalo entre tentativas. A inclinação torna-se positivo quando o mouse começa a cutucar para dentro do depósito iluminado em antecipação do parto iminente de uma pelota. Este picar antecipatória classicamente é condicionado porque o sedimento é entregue na extremidade do latência distribuição específica de funil se o rato pica no lúpulopor ou não. Os pontos sólidos marcar o ponto em que a inclinação se torna positiva, o que é o ensaio em que a resposta condicionada aparece pela primeira vez de forma fiável (tentativa de aquisição). Este é um (variável) medida extremamente barulhento, como é evidente, nesta amostra. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 11. As linhas azuis pesados ​​ligeiramente irregulares são funções de distribuição cumulativas empíricos, mostrando a distribuição cumulativa de comutação latências para Mouse # 5024 em três configurações diferentes da latência alimentação no longo funil (verticais pretas pesadas em 12, 8 e 7 seg de cima trama a trama de fundo, respectivamente). A latência de alimentação curto sempre foi 4 seg (Pesado tracejada vertical). As curvas vermelhas finas que sobrepõem quase exatamente sobre as funções empíricas são os 6 parâmetros funções Weibull-Gauss ajuste a esses dados. As distribuições vermelhos pesados ​​são as funções de densidade de probabilidade correspondentes para as distribuições de Weibull-mistura de Gauss. (Eles são os derivados das funções de distribuição cumulativas.) Os parâmetros da componente de Gauss destas distribuições de mistura são mostrados nas parcelas. Encurtar a latência de alimentação longa causou o mouse para diminuir a média de suas latências de switch (μ) e aumentar a sua precisão (σ / μ). Ele também causou o aparecimento de alguns interruptores impulsivo (a colisão na cauda esquerda da função densidade de probabilidade na trama de fundo). A medida desta impulsividade é a fração da mistura atribuída ao componente Weibull pela versão mais apropriado da distribuição Weibull mistura-Gauss.target = "_blank"> Clique aqui para ver imagem ampliada.

Figura 12. Latências Switch (pequenos círculos abertos) mudar abruptamente logo após as mudanças na freqüência relativa de ensaios curtos e longos. Os ensaios curtos são marcadas com sinais de adição vermelhos minúsculos na parte inferior da trama, enquanto os longos ensaios são marcadas com pequenas vantagens vermelhas no topo da trama. A alteração da densidade das linhas vermelhas resultantes em baixo e em cima indicam a alteração no número relativo (probabilidade) dos ensaios de curta e longa. Note que quando o vermelho, no fundo, torna-se mais densa (quando os ensaios curtos tornam mais provável), os pequenos círculos (interruptor latências) deslocar para cima e quando o vermelho no topo torna-se mais densa (um aumento na probabilidade de longo julgamento), os círculosdeslocar para baixo. As linhas azuis são as medianas das distribuições. Extraído da Figura 2 em Kheifets e Gallistel ^23. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Figura 13. 24 horas raster trama de eventos comportamentais e ambientais ao longo de um período de teste de 90 dias Pontos pretos recorde puxões;. Pontos vermelhos e verdes recorde entregas pelota nos dois funis de alimentação. Triângulos apontando certas Black RECORD farol offs; negros esquerda apontando triângulos recorde ons farol; ciano-esquerda apontando triângulos gravar o (sinalizado) inícios do intervalo de alimentação anoitecer, que ocorrem de 1 hora antes do anoitecer em si; ciano-direita triângulos que apontam gravar aoffsets do intervalo de alimentação anoitecer (3 horas após farol desligado);-esquerda apontando triângulos magenta gravar o (sinalizado) latências dos intervalos de alimentação madrugada (2 hr antes casa de luz sobre); direito apontando-triângulos magenta gravar os deslocamentos das mamadas de madrugada. O eixo do tempo é de 24 horas à meia-noite convencional para a nossa meia-noite, e não o tempo de ciclo reverso do ambiente de teste em que o rato viveu. Os inícios de atividade alimentar-antecipatória antes do anoitecer alimentação são marcadas com asteriscos azuis. Clique aqui para ver a imagem ampliada .

Discussion

Nosso método produz uma ampla gama de resultados fisiológicos significativos, quantitativos sobre o funcionamento dos diferentes mecanismos de cognição, aprendizagem e memória, para muitos ratos de uma vez, em um montante mínimo de tempo, com um mínimo de trabalho humano, e sem manuseio dos sujeitos experimentais, durante dias, semanas ou meses de teste. Estes atributos adequá-lo para programas de triagem genéticas e farmacológicas. Ele usa minimamente modificado hardware off-the-shelf (caixas de teste e banheiras de ninho). Ela produz mais dados de mais ratos em mais aspectos da cognição básica em menos tempo do que outros métodos atualmente usados ​​para testar as capacidades cognitivas de ratos geneticamente e / ou farmacologicamente manipulados.

Depende de dois tipos de software de código aberto, escrito em linguagens disponíveis no mercado, bem suportados: 1) A língua fornecido pelo fabricante do equipamento de teste (ver Materiais) para a implementação de protocolos experimentais ea gravação de dados; 2) uma caixa de ferramentas open-source, TSsystem, para on-line, análise de dados em tempo quase real, gráficos, e tomada de decisão. A caixa de ferramentas é escrito em um dos mais amplamente utilizados e completamente suportado análise de dados científicos e gráficos linguagens proprietárias (veja Materiais).

A caixa de ferramentas TSsystem garante uma trilha de dados clara e segura, porque o código de controle de experiência que rege os protocolos experimentais, juntamente com os dados brutos, e todos os resultados obtidos a partir dos dados brutos, são mantidos em uma única estrutura de dados. Esta estrutura de dados hierárquica tem nomes de campo, que funcionam como os cabeçalhos em uma planilha em que eles indicam o conteúdo do campo. Ao contrário dos cabeçalhos em uma planilha, os nomes dos campos nesta estrutura de dados são intercambiáveis. Comandos resumir dados e gráficos podem acessar dados em qualquer lugar na estrutura especificando um caminho através dos títulos, por exemplo:

"Experiment.Subject (3).Sessão (2). TrialTypeCS.Trial (5). NumPokes. "
Os comandos da caixa de ferramentas personalizada, TSsystem, operar em dados nesses campos e armazenar os resultados em outro campo ou campos dentro da mesma estrutura. Normalmente, o campo ou campos em que os resultados de uma operação são armazenados são criados pelo comando TSsystem. O código-análise de dados em si pode ser armazenado nesta mesma estrutura. Os diferentes níveis da estrutura conter campos Notas, onde as notas explicativas de comprimento arbitrário podem ser colocados. O usuário pode fazer campos de notas adicionais, explicar e interpretar o conteúdo dos campos de dados. Assim, o arquivamento da estrutura ou colocá-lo on-line em um banco de dados armazena publicamente acessíveis todos os aspectos relevantes da experiência e da análise de dados em um único arquivo. Embora o experimento está sendo executado, o arquivo que contém a estrutura de dados está em uma pasta que é sincronizado na "nuvem". Este acordo garante o armazenamento off-site e state-of-the de backup art. Ele dá acesso aa versão mais recente da análise de dados e gráficos, sempre e onde quer que um investigador tem acesso à internet.

As etapas críticas. Os passos críticos na construção de um protocolo de ensaio são os seguintes:

1. A escrita e depuração do código de processo de controle na linguagem fornecida pelo fornecedor comercial do aparelho mouse-teste controlado por computador (ver Equipamentos e Suprimentos). Um usuário que fica com os protocolos cujos resultados representativos foram revisados ​​acima pode usar o código fornecido no material suplementar. Este ficheiro de código único implementa qualquer ou de todos os protocolos de ensaio descritos acima. O protocolo em vigor para um determinado assunto em um determinado ponto no teste depende da coluna de valores de parâmetros de protocolo em vigor na época. O usuário determina quais destes protocolos são executados em qual seqüência usando TSaddprotocol antes do início dos testes. Incluído no material suplementar são específicos do protocolo de dezembroIsion códigos e campos de decisão. O usuário só precisa especificar os critérios de decisão. Estes critérios de decisão governar a quantidade de dados coletados a partir de um determinado protocolo para um determinado assunto. Porque os resultados de cada paciente são graficamente retratado várias vezes em cada período de 24 horas, o utilizador pode ajustar os critérios para cima ou para baixo em uma base por-rato-rato, em função dos resultados obtidos até agora a partir de cada ratinho.
2. A escrita e depuração da quase em tempo real, análise de gráficos e dados de código utilizando a biblioteca de comandos na caixa de ferramentas TSsystem. Um usuário que fica com os protocolos cujos resultados representativos foram revisados ​​acima pode usar o código fornecido nos materiais complementares. Há uma função de análise de mestre para cada protocolo de teste (correspondência, condicionamento instrumental e clássica, e comutação hopper cronometrado). Outra função master (DailyAnalysis.m), que faz análises de resolução de problemas independente de protocolo e chama a Analy protocolo específicofunções sis quando ele completou sua resolução de problemas.
3. O acompanhamento diário dos gráficos produzidos pelo código de análise de dados para ter certeza de que o protocolo está a funcionar correctamente e que todos os ratos são a obtenção de pelotas suficientes para mantê-los em bom estado de saúde.

Solução de problemas. A função DailyAnalysis.m é chamado duas ou mais vezes em cada 24 horas, por uma função de cronômetro sempre que uma ou mais experiências estão em execução. Sempre que é chamado, ele carrega o arquivo que contém a estrutura de dados hierárquica e lê em que a estrutura dos arquivos de dados brutos para todos os sujeitos ativos. Esses arquivos de dados brutos são escritos a cada 10 minutos pelo software de controle de processos. A função DailyAnalysis executa uma série de verificações básicas. Ele produz gráficos que permitem ao usuário verificar se os dispensadores de pelotização estão funcionando corretamente, que cada mouse está ativo, e que cada rato obteve um número suficiente de pastilhas nas últimas 24 horas. A ausência de data de um rato para um número especificado pelo usuário de horas, uma série de pelotas obtidas que cai abaixo de um valor crítico especificado pelo usuário, ou resultados numéricos sugerem que um dispensador de pelotas não está funcionando adequadamente, disparo de e-mail alertas.

Modificações. Como o código de controle de processo eo código TSsystem são de código aberto e amplamente comentado, os usuários podem elaborar seus próprios protocolos. Os protocolos para que o código é fornecido nos materiais complementares são apenas protocolos apetitivas. Eles usam recompensa alimentar para obter o comportamento dos aspectos quantitativos do que dependem do funcionamento dos mecanismos cognitivos alvo. No entanto, as câmaras de teste comerciais do mouse podem ser encomendados em uma configuração que permite que o condicionamento do medo por meio de choque nas patas. Assim, o sistema pode implementar tanto contextual, cued e medo condicionado hora do dia para os usuários capazes de escrever o código de computador requisito tanto para o controle do processo e quase em tempo real de dados analysis. Os arquivos de código bem comentado fornecidos no material suplementar deve facilitar a criação do código novo requisito.

Limitações. Os mecanismos básicos da cognição são aqueles que permitem animais de localizar-se no espaço e no tempo e estimar as probabilidades de eventos e riscos. O sistema de teste totalmente automatizado aqui descrito proporciona testes extensivos dos mecanismos que permitem aos ratinhos para se localizar no tempo, e para calcular probabilidades e os riscos inerentes. No entanto, ele fornece informações muito limitadas sobre os mecanismos que lhes permitam localizar-se no espaço. Tanto o protocolo correspondente e o teste de protocolo de comutação temporizado se o rato pode distinguir funis idênticas em função da sua localização dentro da caixa de teste. No entanto, nenhum destes testes protocolos, por exemplo, o mecanismo que permite que os animais se orientar usando a geometria de um espaço ²⁶ familiarizados nem the odômetro que mede o quanto um rato foi executado e que desempenha um papel central em Dead Reckoning ^18.

. Importância da técnica A técnica de teste de comportamento aqui descrito é diferente da maioria das outras técnicas de uso comum em farmacologia comportamental e genética comportamental em cinco aspectos importantes:

Primeiro, faz medições fisiologicamente significativas. Trata-se de medidas, tais como a exatidão e precisão da representação de uma duração do intervalo, que podem ser repetidas nos níveis eletrofisiológicos e bioquímicos de análise com resultados comparáveis. Fisiologicamente as medidas comportamentais significativas desempenham um papel crucial no estabelecimento de hipóteses de ligação segura da forma este mecanismo molecular ou celular ou nível de circuito é a realização desse mecanismo neurobiológico comportamentalmente manifesto. Exemplos disso são a medição do comportamento das funções de sensibilidade espectral e aos períodos e PHAses de osciladores, tais como o relógio circadiano. Exemplos diversos de medidas comportamentais que não são fisiologicamente significativa são a quantidade de tempo que um rato pode pendurar em um rotarod, a média da latência para encontrar uma plataforma submersa em um labirinto de água, o percentual de uma trajetória de natação no quadrante onde a plataforma foi anteriormente encontrado, ea fração de tempo que um mouse congelar em uma câmara de teste, onde já havia ficado chocado.

Em segundo lugar, é uma, de alto volume, o procedimento de transferência automatizada alta. Os ratinhos não são tratadas durante o curso do ensaio. Muitos ratos podem ser testadas simultaneamente em uma quantidade limitada de espaço de laboratório, com investimento mínimo de tempo, durante a execução de vários protocolos diferentes, dando informações quantitativas sobre os mecanismos cognitivos básicos. A maioria dos testes de comportamento exige um tratamento diário dos ratinhos a colocá-los dentro e removê-los do aparelho de ensaio. Alguns dos procedimentos mais populares (o labirinto de água e conte xtual medo condicionado, por exemplo) necessitam de lidar com o rato imediatamente antes e imediatamente após cada medida é tomada e demorado pontuação de registros de vídeo.

Em terceiro lugar, os resultados são analisados ​​e representada graficamente em quase tempo real, e o progresso de teste para teste ocorre automaticamente para cada ratinho individual. Isso permite ajustar o procedimento (como, por exemplo, alterar os critérios de decisão) do mouse com o mouse à luz do up-to-the-hora os dados de cada rato. Os dados dos testes comumente utilizados são muitas vezes analisados ​​por muito tempo após o teste foi executado. Isto requer a execução ratinhos colectivamente para a mesma quantidade de tempo, em cada processo. Isso é um desperdício, porque diferentes camundongos dominar diferentes procedimentos após quantidades muito diferentes de tempo. Se o tempo de teste colectivo é feita muito curto, vários ratos não dominar a tarefa, se é feito suficientemente longo para que quase todos os ratinhos dominar a tarefa, alguns ratinhos são executados muito mais tempo do que o necessário.

ent "> Em quarto lugar, o design da caixa de ferramentas TSsystem garante, uma trilha facilmente rastreável intacta a partir das estatísticas resumo publicado e gráficos de volta para os dados brutos, sem nenhuma incerteza sobre qual o protocolo e os parâmetros que operavam em qualquer ponto no teste de qualquer mouse. Muitos testes atuais obter muito poucos dados para cada rato, caso em que, a trilha de dados é curto e fácil de ser seguido. Quando os testes obter um grande volume de dados (milhares de eventos com carimbo de tempo) de cada rato, em seguida, a trilha de dados pode tornar-se muito tempo, muito fragmentados e difícil de seguir o tempo, um pouco diferentes arquivos de código de controle de processo são gerados;. muitos arquivos de código de análise de dados diferentes são escritos, os diferentes arquivos de código produzir arquivos de muitos resultados diferentes, operando em diferentes arquivos de resultados anteriores. Torna-se difícil manter o controle das complexas relações entre os diversos arquivos eletrônicos e difícil de se certificar que estão todos salvos juntos. Na TSsystem, os dados brutos etudo o que deriva a partir deles são armazenados na mesma estrutura de dados hierárquica. Assim, os resultados publicados não pode separar-se a partir dos dados brutos subjacentes. O código de processo de controle para cada sessão é lido automaticamente pelo software TSsystem e caráter comparadas pelo caráter a todo o código de controle de processo anterior no mesmo experimento. Se não houver qualquer diferença, o código para a nova sessão é armazenada na estrutura, juntamente com os dados e um número de identificação que versão processo de controlo é automaticamente inserido um campo para a sessão em que rato. Assim, cada versão do código de processo de controle é automaticamente armazenado na mesma estrutura que os dados obtidos a partir da execução desse código. Com este sistema, nunca se tem certeza a respeito de que os dados vieram de qual versão de um protocolo multi-versão. Os arquivos de código-análise de dados, que geralmente são em número reduzido, também pode ser armazenado nesta estrutura após a conclusão da análise. Isso coloca tudo em um único destrutura ata, o que indica tanto pela sua estrutura de ramificação (o que é subordinado ao que) e seus nomes de campo das relações entre os diferentes tipos de informações.

Em quinto lugar, a estrutura de dados hierárquica no núcleo do TSsystem, em que toda a informação relevante é armazenada, em conjunto com os comandos de análise de dados muito alto nível usados ​​para extrair resumos e construir gráficos, viabiliza o compartilhamento de dados fenotípicos comportamentais complexas entre laboratórios . Um único arquivo eletrônico dá outros pesquisadores, o acesso explorável inteligível para todos os níveis de processamento de dados, e para o código de computador que digerida, resumidas e graficamente os dados. Faz a reanálise posterior do rico dados mais antigos conjuntos possível. Também torna possível a criação de grandes bases de dados fenotípicos comportamentais e cognitivas públicos utilizáveis.

As aplicações futuras. O sistema totalmente automatizado pode ser útil em cursos de laboratório icomportamento animal n. Ele dissimula a questão cada vez mais preocupante de instruir um grande número de estudantes no tratamento adequado dos ratos e preocupações atendente sobre possíveis ameaças à sua saúde de fazê-lo. Ele permite que um grande número de estudantes a projetar e executar experimentos com camundongos real sem jamais manuseá-los. Para o uso de instrução, pode-se querer colocar pequenas câmeras de vídeo infravermelho baratas nas caixas de teste, de modo que os alunos pudessem observar o desempenho do mouse no protocolo que eles criaram. A colocação dos dados brutos em uma única estrutura de dados hierárquica armazenados na nuvem torna possível para muitos estudantes diferentes para analisar os mesmos dados que os dados vêm dentro

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)