Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

غير الغازية، في القلم اختبار النهج للخنازير التي تؤوي المختبر

Published: June 5, 2019 doi: 10.3791/58597
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 2, 3, 3, 4, 5,6, 4,5
1Animal Sciences and Industry, Kansas State University, 2DynaSim Technical Services, INC, 3Center for Injury Biomechanics, Virginia Polytechnic Institute and State University, 4Applied Research Associates, Inc., 5Lucent Research, LLC, 6Department of Neurological Surgery, University of Washington

Summary

يصف هذا البروتوكول اختبارًا سلوكيًا جديدًا - اختبار النهج البشري في قلم بيت الخنازير - للكشف عن حالات العجز الوظيفي في الخنازير المختبرية بعد إصابة الدماغ الصادمة تحت الارتجاج.

Abstract

وقد زادت حالات إصابات الدماغ الصادمة في كل من السكان المدنيين والعسكريين، والعديد من الباحثين يعتمدون نموذجاً للإصابة الدماغية. على عكس نماذج القوارض لTBI، هناك عدد قليل من الاختبارات السلوكية التي تم توحيدها. الحيوان الأكبر يتطلب التعامل مع أكثر الغازية في مناطق الاختبار من القوارض، مما يحتمل أن يضيف الإجهاد والاختلاف إلى استجابات الحيوانات. هنا، يتم وصف اختبار النهج البشري (HAT)، الذي تم تطويره ليتم تنفيذه أمام القلم المنزلي للخنازير المختبرية. وهو غير غازي، ولكنه مرن بما فيه الكفاية بحيث يسمح بالاختلافات في الإنشاءات السكنية.

أثناء HAT، تم تطوير ثلاثة صور ثلاثية سلوكية ثم تم تطبيق صيغة لإنشاء فهرس نهج (الذكاء الاصطناعي). وتشير النتائج إلى أن HAT ومؤشرها، الذكاء الاصطناعي، حساسة بما فيه الكفاية للكشف عن تغييرات خفيفة ومؤقتة في سلوك الخنازير بعد TBI خفيفة (mTBI). وبالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن نتائج السلوك المحددة تعتمد على السكن، فإن استخدام الذكاء الاصطناعي يقلل من التباين ويسمح بإجراء قياسات متسقة عبر المختبرات. هذا الاختبار موثوق به وصالح; يمكن استخدام HAT عبر العديد من المختبرات ولأنواع مختلفة من نماذج porcine من الإصابة والمرض والضيق. وقد تم تطوير هذا الاختبار لطريقة ختم الوقت اليدوي الأمثل بحيث لا ينفق المراقب باستمرار أكثر من 9 دقائق على كل عينة.

Introduction

غالباً ما يتم تعريف mTBI البشرية من قبل العجز الوظيفي على الرغم من عدم وجود تغييرات هيكلية عالمية أو وذمة كبيرة داخل الدماغ1،2،3. في الواقع، في بعض المرضى mTBI، السمة المميزة لهذه الإصابة هو تغيير في حالتهم النفسية في غياب أي تغييرات عصبية تشريحية4،5. لقد استخدمنا نموذج porcine من mTBI6 لأن أدمغة الخنزير هي على حد سواء تشريحيا وفسيولوجيا أقرب إلى البشر من القوارض7، والقياسات المقابلة يمكن أن توفر مجموعة ذات الصلة من عناصر البيانات المشتركة مع البشر.

في السنوات الأخيرة، اكتسب نموذج porcine اهتمام علماء الصدمات العصبية وأصحاب المصلحة mTBI للتحقيقات قبل السريرية. ومع ذلك، على عكس نماذج القوارض من TBI، لا يوجد سوى عدد قليل من الاختبارات السلوكية الموحدة المنشورة التي تسمح لتقييم الحالة العاطفية للخنزير المختبر (أي الحالة النفسية)7،8،9، 10. هدف طويل الأجل لمختبرنا هو تطوير العديد من الأدوات السلوكية التكميلية التي هي حساسة بما فيه الكفاية لقياس عندما تعاني الخنازير من مرض دون سريري أو عندما تكون الحيوانات في حالة ما قبل المرضية المتعلقة بالإجهاد.

قد تكون الاختبارات السلوكية المتكررة التي تقيس تغير الحالة العاطفية في خنزير المختبر مرشحًا جيدًا للتمييز بين الحيوان الذي لديه حالة ما قبل المرضية والحيوانات السليمة. على سبيل المثال، تم استخدام HATs في القلم لإنتاج الخنازير التجارية لمساعدة المزارعين على اختيار الخنازير صحية مع مزاج جيد أو تعديل استراتيجيات الإدارة والإسكان التي تسببت في الكرب والإصابة والمرض11،12. وقد استخدمت هذه الاختبارات لتحديد الدافع والحالة العاطفية الشاملة لخنزير واحد أو مجموعة من الخنازير13.

قام مختبرنا وباحثون آخرون بقياس الدافع في الخنازير من خلال تحديد ثلاث فئات من السلوكيات: 1) الحالات الاستكشافية التي يتم التعبير عنها من خلال السلوكيات الشفهية غير الغذائية (NNOB)، حيث يستخدم الخنزير فمه، خطم، أو وجه للشم، لعق، مضغ، والجذر الركيزة، أو أنها قضمدون الركيزة14،15؛ 2) العلاقات المكانية للخنزير إلى كائن أو يجري16؛ 3) اتجاه الأنف، والذي يستخدم بدلا من الاتصال بالعين لأن الخنازير لديها أحادي17،ولكن رؤية قريبة النظر، وأنها تعطي الأولوية لإحساسها رائحة على الرؤية18. إذا كان خنزير صحي يربط البشر مع المحفزات مجزية، فإنها تعبر عن تردد عال من NNOB، وتوجيه أنوفهم نحو الإنسان، والسعي للحصول على قرب أوثق من الإنسان11،16. ومع ذلك، بعد المرض، والإصابة، أو تجربة مرهقة، يتم تقليل الدافع للبحث حتى المحفزات ممتعة، وبالتالي، من المرجح أن يتم تقليل هذه السلوكيات القابلة للقياس19. ولاحظ الباحثون سلوك الخنازير أن anhedonia، وعدم وجود الدافع لتجربة المحفزات ممتعة، يمكن التعرف عليها وقابلة للقياس في الخنازير داخل بيئاتهم المنزلية20. وهكذا، قد تكون HATs المتكررة (قبل وبعد العلاج) بمثابة تدبير حساس للتمييز بين الخنازير المختبرية المعالجة بـ mTBI تحت الارتجاج من المواضيع المعالجة بالشام (التخدير فقط). Anhedonia هي حالة عاطفية واحدة أن مرضى TBI قد تواجه21. وهات المستخدمة هنا لديها القدرة على المساعدة في تبسيط ترجمة النتائج السلوكية من نموذج حيواني إلى العمل السريري. يمكن أن تدار HATs يوميا على مدى تجربة، والتي قد تساعد أيضا توحيد رعاية الخنازير مختبر لتحقيق أقصى قدر من الرفاه الحيواني وتربية22.

هنا، باستخدام HAT، يتم التحقيق في الاختلافات السلوكية الناتجة عن mTBI في الخنازير الصغيرة. وقد تحقق التقليل من التباين السلوكي من خلال استخدام التدابير غير الغازية من HAT والسماح للخنازير للتكيف مع أقلام هم المنزل، والإدارة الروتينية، وعلاج يومي. تقليدياً، يتم استخدام ساحة اختبار لقياس السلوكيات (على سبيل المثال، اختبار الحقل المفتوح). يمكن أن يكون الاختبار في القلم مفيدًا في المختبرات التي لها مساحة محدودة. يمكن أن يؤدي نقل الخنازير والتعامل معها في ساحة الاختبار إلى استجابة الإجهاد (الضائقة أو الإجهاد) ويمكن أن يضيف إلى تباين الاستجابات للاختبار. يقوم اختبار في القلم بإزالة مكون المعالجة هذا، وبالتالي، من المحتمل أن يقلل التباين من المناولة الإجهاد17. لهذه الأسباب المذكورة أعلاه، قمنا بتطوير يومية، في القلم HAT لهذا النموذج mTBI.

التدابير الموحدة والكمية التي تحدد بشكل مناسب الحالة العاطفية للحيواني هي جوانب هامة في تطوير اختبار سلوك جديد. وبالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن تكون الاختبارات قابلة للتكرار عبر مختبرات متعددة. هنا، لتطوير هذا البروتوكول، تم اختبار HAT في ثلاثة مختبرات نظم الإسكان المختلفة. تم إنشاء ثلاثة مخططات لـ timestamp السلوكيات المحددة من أشرطة الفيديو عينة. وبعد ذلك، تم إنشاء صيغة مرجحة لإدراج المخططات الثلاثة والسماح باستخدام أجهزة الـ HATs عبر مختبرات متعددة. على الرغم من أن هذا الاختبار تم تطويره واستخدامه على وجه التحديد للخنازير الصغيرة المعالجة بـ mTBI تحت الارتجاج، فإن الأساليب والبروتوكولات التي تم تطويرها هنا سيكون لها تطبيقات للتمييز بين خنزير مصاب دون سريري/مريض أو حزين وخنزير مصاب دون سريري وخنزير مصاب تحت السريري خنزير صحي.

ويمكن أن تتأثر نتائج السلوك بالسكن الفردي مقابل السكن الجماعي، وبدل المساحة الحرة، ونوع الأرضية المستخدمة، ونوع السياج المستخدم، وموقع التغذية والمياه، ومنطقة التغوط، وموقع الإثراء البيئي. لذلك، تم فحص ثلاثةأنواع من المساكن (الشكل 1): كان نوع السكن A في جامعة ولاية كانساس (مانهاتن، KS)؛ وكان السكن نوع B و C في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا (أرلينغتون، VA). ووافقت اللجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها في كل موقع على استخدام المرافق والإجراءات.

لتطوير ethogram من نوع الإسكان A (الشكل1A)،مينيسوتا الصليب الخنازير الصغيرة (الخنازير = 7، مذهب = 1؛ المركز الوطني لموارد بحوث الخنازير، كولومبيا، مو؛ العمر = 25.6 ± 3.66 [يعني ± الانحراف المعياري (SD)] أسابيع) كان موجودا في الداخل في أقلام واحدة مع الأرضيات الصديقة للحيوانية (IACUC #3881). الخنازير المستخدمة لهذا البروتوكول كانت في صحة جيدة لم يتم تطبيق العلاجات. لتطوير بروتوكول للإسكان من النوع باء، كان الخنازير الصغيرة يوكاتان (العمر = 25.3 ± 2.80 أسابيع [يعني ± SD] في مكان واحد (الشكل1B)في مرافق فرجينيا للتكنولوجيا (IACUC #15-060). يتم وصف العلاجات الحيوانية في مكان آخر29 وشملت تحريض mTBI تحت الارتجاج باستخدام الضغط الزائد موجة الانفجار أو ضوابط الشام (التخدير فقط). لتطوير بروتوكول الإسكان من النوع C، خمس إناث غوتنغن الخنازير الصغيرة (العمر = 23.7 ± 1.18 أسابيع [يعني ± SD]) تم إيواء الزوج في فرجينيا تك في قلم كبير (الشكل1C؛ IACUC #15-060). وبيئتا الإسكان الأولى هما السكن المختبري النموذجي أو يحتويان على خنازير واحدة. السكن من النوع C هو بيئة سكنية غير نمطية يمكن أن تؤوي خنزيرين أو أكثر ويمكن اعتبارها بيئة غنية أكثر من السكن المختبري القياسي. يمكن استخدام هذا البروتوكول عبر أنواع السكن إذا تم اتباع الطرق التالية.

Protocol

ووافق المركز في كل موقع (جامعة ولاية كانساس وجامعة فرجينيا للتكنولوجيا) على استخدام المرافق والإجراءات.

1. إعداد الكاميرات والأقلام وإنشاء روتين

  1. قبل وضع الحيوانات في أقلامها، قم بإصلاح الكاميرات بزاوية 90 درجة فوق كل قلم (راجع جدول المواد للاطلاع على نظام الكاميرا المقترح).
  2. تسجيل الحيوانات بشكل مستمر في 30 إطارًا للإطارات (fps)، إما طوال مدة الدراسة أو فقط أثناء جلسات الاختبار.
  3. إصلاح السلطانيات، والمياه، والحصير، ولعب الأطفال مع البراغي والسلاسل.
  4. وضع آلات الصوت التي تلعب باستمرار الضوضاء البيضاء أو الوردية (علىسبيلالمثال، صوت الشلالات) في منشأة الخنازير.
    ملاحظة: الضوضاء المفاجئة الخارجية (على سبيل المثال، فتح الأبواب واغلاق) يمكن أن يسبب رد فعل الدهشة خلال جلسات23،24.
  5. العلاجات العشوائية أو الطبقية عن طريق القلم عبر المرفق.
  6. وضع روتين تربية الحيوانات المعمول بها. وهذا سوف يساعد الخنازير لمعرفة متى نتوقع من البشر لتنظيف الأقلام، وإطعام والتعامل معها، وإجراء الاختبار.
    1. استخدام علاج مألوفة للسماح للخنازير لربط البشر مع مكافأة.
    2. استخدام الفرس أثناء المكافأة للسماح للخنازير لربط صوت النقر مع مكافأة. لا تستخدم الغناء والإشارات البصرية لتعريف الخنازير بالمكافأة (انظر جدولالمواد).
  7. إجراء الجلسات قبل وجبة الصباح أو قبل وضع تغذية جديدة للخنازير تغذية ad libitum.

2- تحديد هوية الخنازير

  1. جعل المواضيع يمكن التعرف عليها على تغذية الفيديو، حتى لو كانت في منزل واحد.
  2. تأكد من أن المراقبين لا يزالون غافلين عن العلاجات وغير متحيزة أثناء ختم الوقت مع نظام وسم لا علاقة له بالعلاجات. استخدم شريط تقدير طبي (راجع جدولالمواد) يتم الالتزام به إلى شريط من شريط لاصق بلون معين وشكل دائري ونمط.
  3. استخدام التصحيح جولة واحدة لوضع علامة على الجزء العلوي من الخنزير واحد أسفل كل جانب (انظر الشكل1، علامات خضراء وزرقاء).
  4. تشويه الاسمنت العلامة (أقل من 0.35 غرام) على زوايا الشريط للمساعدة في زيادة طول العمر الالتزام.
    ملاحظة: الكثير من الاسمنت العلامة لن تجف بسرعة كبيرة، مما تسبب في الشريط لتسقط قبل الأوان.
  5. استكشاف الأخطاء وإصلاحها وتخصيص استراتيجية وضع العلامات خلال فترة التأقلم بحيث يتم إجراء الاختبارات الرسمية بكفاءة ودون زيادة الضغط على الخنازير.
  6. استخدم أوراق تجميع البيانات لتعقب العلامات وتحديد الموضوع (راجع الملف التكميلي 1 للحصول على ورقة بيانات على سبيل المثال).
    ملاحظة: لإزالة الشريط، لا تقم بتمزيق الشريط لأنه سيسبب الألم إذا تم سحب أي شعر. يمكن أن تمسح من تلقاء نفسها، ومواد التشحيم القائمة على المياه يمكن أن تساعد على خلعه، أو يمكن حلق قبالة مع كليبرز. إذا كان الشريط يأتي قبالة في أوقات غير مرغوب فيها، وإعداد شريط وسم إضافية وإعادة تطبيقه في حين أن الخنزير يأكل وجبة بدلا من تقييد الخنزير.

3. دورات هات

  1. يكون اختبار البشر ارتداء نفس القبعة، المآزل، والأحذية، والروائح، وما إلى ذلك في كل مرة يتم إجراء الدورة.
  2. إجراء جلسات يومية، على الأقل 3x، قبل العلاج، وبعد ذلك، يوميا بعد ذلك.
  3. يمكن أن يكون الخنزير في أي منطقة في قلمه قبل بدء الدورة. لبدء الجلسة، اطلب من اختبار الإنسان إسقاط علاج في وعاء أو أمام القلم وانقر فوق الفرس 3X.
  4. يحتاج اختبار الإنسان لوضع أيديهم بعيدا عن رؤية الخنزير والوقوف ثابتة خلال الاختبار. اعمل على وضع علامة على بدء جلسة العمل على ورقة البيانات وبدء تشغيل جهاز ضبط وقت. بعد 120 s، يشير الباحث بصمت إلى اختبار الإنسان للانتقال إلى الموضوع التالي وإعادة تشغيل الاختبار.

4. إنشاء هات Ethograms للبرمجيات

  1. إنشاء مخططات (انظر الشكلين 1 و2 والفيديو التكميلي 1)في إطار مشروع واحد باستخدام برامج متخصصة.
    ملاحظة: السلوكيات المكانية هي موقع الحيوان بالنسبة للإنسان. في الصور الشعاعية، يجب تخصيص العلاقات المكانية لقلم الحيوان ونشرها في كل مرةيتم فيها استخدام مجموعة قلم جديدة (الشكل 1). ضمن هذه الفئة، تعتبر السلوكيات حصرية بعضها البعض. وينقسم الفضاء إلى أربعة مجالات، مع مستوياتمتفاوتة من النهج (الشكل 1). يتم توحيد المناطق عبر أنواع الإسكان. أقرب، أو تسلق (Cl) يعني أن الخنازير قد تسلق على السياج للوصول إلى الإنسان. لذلك، يعتبر التسلق سلوكا ً مكانياً يشير إلى أن الخنزير يسعى بنشاط إلى الاتصال البشري. إغلاق (شركة) يدل على المنطقة داخل 61 سم من الإنسان. منتصف (M) هو المنطقة ضمن 61-122 سم من الإنسان. بعيدا (F) هو مساحة 123 سم أو أكثر من الإنسان.
  2. السلوكيات الهيكلية تركز على اتجاه الجسم كله أو أجزاء من الجسم (الشكل2). إنشاء فئتين الهيكلية: 1) موقف خنزير الأنف و 2) الحالة النشطة للخنزير. استخدام الشكل 2A لتحديد الاتجاه (يشير الاتجاه 1 إلى توجيه الخنزير أنفه نحو الإنسان؛ والاتجاه 2 يعني أن الخنزير يوجه أنفه بعيدا عن الإنسان).
  3. تقسيم سلوكيات النشاط ( الشكل2B) إلى ثلاث حالات نهج يستبعد بعضها البعض: NNOB، الوقوف أو المشي دون NNOB، ويستريح دون NNOB (انظر الترميز اللون في التصورة في الفيديو).
    ملاحظة: يستخدم NNOB لوصف عندما يكون الخنزير يستخدم فمه، وبلام، أو وجها لعق، شم، مضغ، لدغة، فرك، أو الجذر كائن غير غذائي للبحث عن الألفة أو فرص جديدة. لذلك، عندما يكون في هذه الحالة النشطة، فإنه يهتم في الإنسان، وفي حالة النهج. إذا تم استخدام الكاميرات العلوية في زوايا 90 درجة، فإن وضع أنف الخنزير وحركة الرأس هما مؤشران لـ NNOB. في بعض الأحيان، والخنازير سوف قضم أو شام مضغ. يمكن رؤية الأنف ولكن الرأس يتحرك صعودا وهبوطا. الوقوف أو المشي دون NNOB يستخدم لوصف عندما يكون الخنزير في وضع مستقيم، والرأس لا يزال، والأنف لا تلمس الركيزة أو القضم، مما يعني أنه في أقل من حالة النهج. يستريح دون [نوب] استعملت الوصف عندما الخنزير يكون يستريح ب يكذب أو يجلس, أيّ يكون الأقلّ مقاربة دولة تحت هذا صنف التصرفات.

5. ختم الوقت من أشرطة الفيديو للكفاءة والموثوقية

  1. استنادًا إلى أوقات البدء المسجلة من قبل جامع البيانات، قم بتحرير اللقطات في جلسات دقيقة تمامًا مدتها 3 دقائق. سوف تستغرق طريقة ختم الوقت 9 دقائق لكل جلسة.
  2. استخدم ما يصل إلى اثنين من المراقبين المدربين فقط لختم مقاطع الفيديو بالوقت.
    ملاحظة:إذا تم استخدام اثنين من المراقبين، يجب أن يتم تحديد التباين داخل المراقب، وتقييمها، وتعديلها، ومن ثم الإبلاغ عنها كمعامل ارتباط بيرسون بعد أن يكون المراقبون قد تم ختم الوقت نفس الفيديو عينة (للحصول على أساليب، انظر مارتن و بيتسون25).
  3. قم بتعيين سرعة التشغيل بسرعة 1 x العادية (أي 30 إطارًا في الثانية). لا تتوقف أو تإرجاع أو إطار الطابع الزمني حسب الإطار.
  4. الطابع الزمني لكل فئة من السلوكيات الحصرية المتبادلة بشكل منفصل.
    1. السلوكيات المكانيةالطابع الزمني . أعد تشغيل الفيديو.
    2. السلوكيات الهيكليةالطابع الزمني . أعد تشغيل الفيديو.
    3. الطابع الزمني لسلوكيات الوضع الهيكلي / الأنف .
  5. استخدم مدة كل نتيجة سلوك (راجع مقاطع الفيديو التكميلية 2 و3) لتلخيص البيانات. يجب تحويل قياسات المدة إلى نسبة مئوية من الوقت لكل فئة.

6 - مؤشر النهج

  1. تطبيق الصيغة(الشكل3) بحيث يتم الجمع بين كل السلوك الهيكلي والمكاني لإنشاء الذكاء الاصطناعي (الشكل3،الشكل 4). يتم استخدام الذكاء الاصطناعي بالإضافة إلى الإبلاغ عن السلوكيات والفئات بشكل منفصل كأرقام (الشكل 5) أو في شكل جدول.
    ملاحظة: راجع جدول المواد للحصول على تفاصيل البرنامج. داخل كل فئة، يتم أولاً تحويل مدد السلوك إلى نسب مئوية (مدة السلوكيات مقسوماً على المدة الإجمالية لجلسة الاختبار). يتم ترجيح كل سلوك على أساسمستوى النهج (الشكل 3). سلوكيات التجنب (النسبة المئوية من الوقت في المنطقة البعيدة، يستريح، مع الأنف تحولت بعيدا) يتم ضرب بنسبة 0. سلوكيات النهج المعتدل (النسبة مئويّة الوقت في المنطقة متوسّطة, يلتفت نحو الإنسان, ويقف مع الرأس بعد) يضاعف ب 1. يتم ضرب أكبر مستوى من سلوكيات النهج (النسبة المئوية للوقت في المنطقة القريبة والأقرب وتظهر NNOB) بـ 2. ثم، يتم ترجيح كل فئة إضافية 3 و2 و1 للاتجاه المكاني والأنف والنشاط، على التوالي. يتم تطبيق ثابت (0.10) لإنشاء مقياس نسبة مئوية. على سبيل المثال، إذا كان الخنزير يواجه الإنسان، يكون في المنطقة القريبة/الأقرب، ويقوم بتنفيذ NNOB أثناء جلسة الاختبار بأكملها، لاحظ أن الذكاء الاصطناعي هو 100٪ (الخنزير الأحمر في الشكل3). وعلى النقيض من ذلك، إذا كان الخنزير في المنطقة البعيدة، لا يواجه الإنسان، ويبقى في موقف بقية خلال جلسة الاختبار بأكملها، الذكاء الاصطناعي هو 0٪ (الخنزير الأسود في الشكل 3). الخنازير في المنطقة القريبة يمكن أن يكون لها نفس الذكاء الاصطناعي كخنزير أداء NNOB في المنطقة الوسطى إذا تم تحويلها بعيدا عن الإنسان والوقوف مع رؤوسهم لا يزال (الخنازير البرتقالية في الشكل 3).

Representative Results

واستُخدمت ثلاثة أنواع من المساكن (ألف وباء وجيم؛ انظر الشكل1) في ثلاثة مختبرات مختلفة لهذه الأنواع. وقد استخدمت فئات السلوك الهيكلي وتوجيه الرأس والجسم في HATs في جميع المختبرات والتجارب كما هو معروض في الشكل 2. ويمثل الجدول 1 البيانات التي جُمعت من جميع أنواع المساكن الثلاثة والإحصاءات الوصفية التي أُجريت باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها من الخنازير السليمة المعالجة مسبقاً أثناء عملية العلاج الصحي. وبعد ذلك، وُضعت صيغة لحساب الذكاء الاصطناعي من البيانات التي تم الحصول عليها أثناء عمليات الحماية من نوع العمل (انظر الشكل3). وتشير النتائج إلى أن استخدام الذكاء الاصطناعي تباين منخفض (الجدول 1) في البيانات التي تم جمعها. وهذا استنتاج هام لأن البيانات الأقل متغيرة ستسمح باستخدام الحيوانات الأقل تجريبية للكشف عن الاختلافات الأصغر حجماً.

وبالنسبة للجدول 1، تم الحصول على إحصاءات وصفية باستخدام إجراء UNIVARIATE PROC (انظر جدول المواد للاطلاع على معلومات برمجية محددة). لمقارنة نتيجة سلوك نوع السكن لكل مختبر، تم استخدام الإجراء المختلط مع نموذج تدابير متكررة. تم التعامل مع الخنزير كمتغير عشوائي. تم تحديد نوع الإعادة التلقائي من الدرجة الأولى كبنية التباين المشترك. تم فصل أقل الوسائل المربعة باستخدام طريقة تعديل توكي كريمر. تم تعريف الأهمية على أنها P ≤ 0.05.

بعد ذلك، تم تحديد ما إذا كان يجب استخدام نفس الشخص أو تجربة بشرية مختلفة لكل جلسة اختبار من HAT. لمقارنة استجابات السلوك غير المألوفة بالاستجابات المألوفة، تم استخدام الإجراء المختلط مع نموذج تدابير متكررة. تم التعامل مع الخنزير كمتغير عشوائي. تم تحديد نوع الإعادة التلقائي من الدرجة الأولى كبنية التباين المشترك. تم فصل أقل الوسائل المربعة باستخدام طريقة تعديل توكي كريمر. تم تعريف الأهمية على أنها P ≤ 0.05. ووجدنا أنه لم يكن هناك فرق في الذكاء الاصطناعي عندما استخدم إنسان مألوف بالمقارنة مع الوقت الذي استخدم فيه إنسان غير مألوف أثناء الاختبار (انظر البيانات الواردة في الجدول2). إذا الخنازير لم يكن لها أي تفاعلات سلبية مع الناس، فإنها عادة ما تعمم والمرتبطة جميع الناس بشكل إيجابي مع الغذاء26.

تم تحديد فترة التأقلم لبروتوكول HAT من مؤشرات نهج الخنازير من نوع السكن A (336 جلسات اختبار). بدأت القبعة في اليوم 8 بعد الوصول وأنجزت مرتين من قبل الإنسان المألوف (الذي قضى الأسبوع السابق التعامل مع الخنازير) والإنسان غير مألوف (الذي لم يكن له اتصال سابق مع الخنازير). ولتحديد أثر الوقت على نتائج قانون مكافحة الإرهاب، استُخدم الإجراء المختلط مع نموذج تدابير متكررة. تم التعامل مع الخنزير كمتغير عشوائي. تم تحديد نوع الإعادة التلقائي من الدرجة الأولى كبنية التباين المشترك. تم فصل أقل الوسائل المربعة باستخدام طريقة تعديل توكي كريمر. تم تعريف الأهمية على أنها P ≤ 0.05. وكما ذُكر أعلاه، لم تكشف البيانات عن وجود فرقبين الردود الواردة من التعرض البشري المألوف أو غير المألوف (الجدول 2). ومع ذلك، تم تحديد فترة التأقلم على أساس الأيام 9 و11 و13 التي تعرض AIs التي كانت أقل بكثير من جميع الأيام الأخرى. وينبغي أن يتضمن خط الأساس ثلاثة قياسات على الأقل بعد التأقلم، ولكننا نوصي بست جلسات لحساب الذكاء الاصطناعي يعني كمتغير مشترك في النماذج.

لتحديد ما إذا كانت طرق HAT يمكن أن تميز الخنازير المعالجة بـ mTBI من الخنازير المعالجة بالشام، وبيانات HAT من 12 خنزيرًا قبل 1 يومًا (-1) و3 أيام بعد أن تم علاجها إما بالتخدير29 فقط (الشام) أو التخدير والتعرض للموجة الانفجار باستخدام موجة صدمة أنبوب29 إلى ذروة PSI من 47.4 ± 13.6 SD لمدة 4.7 ± 0.9 مللي ثانية SD (الانفجار). تم تحليل البيانات عن طريق احتمال مقيد ANOVA باستخدام إجراء نموذج مختلط في برنامج برنامج إحصائي. حدد هذا التحليل الاختلافات بين العلاج والوقت وتفاعلاتهم. يتم الإبلاغ عن الحد الأقصى SEM من النموذج، وP < 0.05 اعتبرت كبيرة. الذكاء الاصطناعي يشمل جميعالسلوكيات (الشكل 3). في اليومين 1 و 2 بعد العلاج، الذكاء الاصطناعي قياس الخنازير mTBI المميزة من الخنازير الشام(P < 0.05; الشكل4). ويمكن تحليل السلوكيات وعرضها ضمن فئاتها الحصرية المتبادلة (الشكل5). قياس السلوك المكاني الوثيق تميز الخنازير الانفجار من الخنازير الشام في اليومين 1 و 2 بعد العلاج (P < 0.05; الشكل 5ألف). وبالمثل، فإن اتجاه الأنف، ووقت الراحة، وقياسات NNOB تميز الخنازير الشام من الخنازير الانفجار في اليومين 1 و 2 بعد العلاج (الشكل5B و 5C).

Figure 1
الشكل 1: الفئة المكانية لسلوكيات ثلاثة أنواع مختلفة من المساكن المختبرية. يتم إعداد ethogram فيما يتعلق بالإنسان (آثار أقدام)، وفيما يتعلق بحجم الخنزير إلى كمية المساحة الحرة. أكبر مستوى من النهج لهذه الفئة من السلوكيات هو عندما يحاول الخنزير الصعود على لوحة الأقرب إلى الإنسان (Cl; الأقرب أو تسلق). الطوابع الزمنية المراقب المدرب "إغلاق" (Co; 0-61 cm من الإنسان), "منتصف" (M; 61-122 سم من الإنسان), و "بعيدا" (F; 123+ سم من الإنسان) عندما آذان الخنزير أو أكثر في تلك المناطق المكانية. تم إعداد كل قلم مختبر مع واحد أو اثنين من السلطانيات للتغذية مرتين يوميا، والمياه (W)، ولعبة. (أ) كان كل خنزير 50 كجم في مكان واحد في 190 سم × 114 سم الأقلام مع الأرضيات المبشورة. (ب) تم إيواء كل خنزير 50 كجم على حصيرة سوداء مع الأرضيات المبشورة واستنزاف في الجزء الخلفي من القلم. (ج) الخنازير من حوالي 10 كجم كانت في 274 × 366 سم الأقلام، مع الأرضيات الخرسانية، حصيرة، واستنزاف، والسلطانيات الثابتة ولعب الأطفال. تمثل شرائط الألوان (على سبيل المثال، الأخضر والأزرق) استراتيجية وضع العلامات. يتم وضع علامة على جميع الخنازير في الرسم البياني مع بقع خضراء أو زرقاء كأمثلة لوضع علامات وتحديد الخنازير على أشرطة الفيديو. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 2
الشكل 2: فئات السلوك الهيكلي المستخدمة في جميع المختبرات والتجارب الثلاثة. (أ) بالنسبة لفئة توجيه الرأس، كان الخنزير يواجه إما نحو أو بعيدا ً عن الكائن البشري أو المتحرك. (ب) بالنسبة لفئة توجيه الجسم، كان رأس الخنزير إما أسفل، وأداء السلوكيات الشفهية غير الغذائية (NNOB)؛ في موقف تستقيم ، والوقوف أو المشي ، ولكن الرأس لا تتحرك أو أسفل ؛ في حالة الراحة ، والتي تشمل الجلوس أو الاستلقاء. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 3
الشكل 3: صيغة مؤشر النهج والرسم التخطيطي. تم تطوير مؤشر النهج لوضع جميع مجموعات من السلوكيات على مقياس من 0 إلى 100، مع 0 يجري الخنزير في الدولة النهج الأقل (في القسم البعيد، تحول الأنف بعيدا، والكذب مع رأسه لا يزال) و 100 في القسم القريب ، الأنف مشيرا نحو الإنسان ، وأداء NNOB. تم استخدام برنامج (راجع جدول المواد لمزيد من المعلومات) لقياس السلوكيات بحيث تتم محاذاتها خطياً. يمثل كل بنية خنزير نقطة بيانات محاذاة خطية من كل فئة. ضمن كل فئة، يتم أولاً تحويل مدد السلوك إلى نسب مئوية (مدة السلوكيات مقسوماً على المدة الإجمالية لجلسة الاختبار). ثم، يتم ترجيح كل سلوك استناداً إلى مستوى النهج. تجنب التصرفات (النسبة المئوية من الوقت في المنطقة البعيدة، يستريح، مع الأنف تحولت بعيدا) تتضاعف بنسبة 0. معتدلة مقاربة تعدد تصرفات (النسبة مئويّة الوقت في المنطقة متوسّطة, يلتفت نحو الإنسان, ويقف مع الرأس بعد) يضاعف ب 1. يتم ضرب أعلى مستوى من سلوك النهج (النسبة المئوية للوقت في المناطق القريبة والأقرب، أداء NNOB) بـ 2. ثم، يتم ترجيح كل فئة إضافية 3 و2 و1 للاتجاه المكاني والأنف والنشاط، على التوالي. يتم تطبيق ثابت (0.10) لتوسيع نطاق البيانات عبر النطاق الكامل من 0 إلى 100 بالمائة. يتم استخدام نظام الألوان مثل خريطة الحرارة لتمثيل الخنزير في حالة النهج الأكثر مقابل الخنزير في حالة النهج الأقل (أسود). الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 4
الشكل 4: مؤشر النهج للخنازير المعالجة بالتعرض لموجة الانفجار. ويبين هذا الرقم مؤشر نهج الخنازير قبل 1 يوم (-1) و 3 أيام بعد أن تم علاجها إما مع التخدير فقط (الشام، ن = 6) أو التخدير والتعرض لموجة الانفجار إلى ذروة PSI من 47.4 ± 13.6 SD لطول 4.7 ± 0.9 مللي ثانية SD. تمثل أشرطة الخطأ SEM. قيم Pللعلاج = 0.032، للوقت = 0.033، وللعلاج x الوقت = 0.012. تم تحليل البيانات عن طريق احتمال مقيد ANOVA باستخدام إجراء نموذج مختلط في برنامج برنامج إحصائي. حدد هذا التحليل الاختلافات بين العلاج والوقت وتفاعلاتهم. يتم الإبلاغ عن الحد الأقصى SEM من النموذج، و *P < 0.05 يعتبر كبيرا. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Figure 5
الشكل 5: أسلوب شريط مكدس لعرض السلوكيات. تُظهر هذه اللوحات طريقة شريط المكدس لعرض السلوكيات لـ (أ) السلوك المكاني ، (ب) اتجاه الأنف ، و (ج) نشاط الخنازير قبل يوم واحد (-1) و 3 أيام بعد أن تم علاجهم إما بالتخدير فقط (الشام ، ن ) = 6) أو التخدير بالإضافة إلى التعرض لموجة الانفجار إلى ذروة بسي من 47.4 ± 13.6 SD لمدة 4.7 ± 0.9 مللي ثانية SD. تم استخدام نوع الإسكان B لهذه التجربة. يمكن تمثيل كافة السلوكيات الحصرية المتبادلة في كل مخطط شريطي مكدس. (أ) العلاج x الوقت P-القيمللسلوكيات المكانية بعيدة = 0.060، منتصف = 0.110، * إغلاق = 0.014، أقرب = 0.557؛ (ب) العلاج x الوقت P-القيملاتجاه الأنف هي < 0.001 *; (C) العلاج x الوقت P-القيم للنشاط هي > 0.10; العلاج P-القيم كانت بقية = * 0.046، الوقوف = 0.584، و * NNOB = 0.042. وكانت الصناديق المدمجةالمجمعة (أ) 7.5 في المائة، و (ب) 9.6 في المائة، و(ج) 9.7 في المائة. تم تحليل كل نتيجة سلوكية عن طريق احتمال مقيد ANOVA باستخدام إجراء نموذج مختلط في برنامج إحصائي (انظر جدول المواد لبرنامج معين) ومن ثم، تم دمجها في مخطط. حددت التحليلات الاختلافات بين العلاج والوقت وتفاعلاتهم. يتم الإبلاغ عن الحد الأقصى SEM من النموذج، و *P < 0.05 اعتبرت كبيرة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

إحصائيات ANOVA لأنواع السكن إحصائيات وصفية لجميع بيانات الخنازير الصحية لا. الوحدات التجريبية
نوع السكن ف - لا. كانتايلز، ٪ للكشف عن Δ٪ من التحكم1
ألف ب ج Sem القيم Obs. μ Sd السيرة الذاتية٪ Sem دقيقه 25 50 75 ماكس 25 50 75 100 200
مؤشر النهج، النسبة المئوية 75.4 69.2 76.6 5.5 0.318 288 74 17 سنة 23 1 صفر 70 80 84 99 18 سنة 4 3 3 3
مدة موقع القلم، %
الان 8-5(أ) 5-3(أ) 23.0(ب) 4.8 0.008 288 10 سنوات 20 200.1 1.2 صفر صفر صفر 10 سنوات 100 -- 336 149 84 21
منتصف 78.9 46 13.75 16.2 0.066 288 23 29 125 1.7 صفر 2 10 سنوات 32 100 526 131 58 33 8
اغلاق 72-4(أ) 43.9(ب) 62-4(أ) 12.8 0.032 288 23 29 123.9 1.7 صفر 47 78 93 100 509 127 57 32 8
الأقرب (تسلق) صفر 7.9 صفر 3.1 0.001 288 67 32 47.8 1.9 صفر 46 80 95 100 74 19 سنة 8 5 3
إغلاق + أقرب 72.5 53 62.3 14.9 0.311 288 68 32 46.6 1.9 صفر 46 78 93 100 74 19 سنة 8 5 3
مدة النشاط، النسبة المئوية
كذب / الجلوس مع الرأس لا يزال 5-6(أ) 0.0(ب) 17.0ج 1.8 0.001 288 1.3 5 393.7 0.3 صفر 1 3 7 59 -- -- 579 326 82
الوقوف / المشي مع الرأس لا يزال 48-3(أ) 63-6(أ)(ب) 83.5(ب) 10 سنوات 0.006 288 52 43 82.1 2.5 1 7 47 100 100 226 57 25 14 سنة 4
NNOB 81.5 57.7 71.1 13.3 0.109 288 77 28 36.4 1.7 صفر 66 91 98 100 44 11 5 3 3
اتجاه الرأس، المدة، النسبة المئوية
بعيدا 24-7(أ) 17-4(أ) 50.7(ب) 4.5 0.001 288 26 21 79.3 1.2 صفر 10 سنوات 22 39 92 212 53 24 13 3
نحو 75-3(أ) 82-6(أ) 49.3(ب) 4.5 0.001 288 74 21 27.8 1.2 8 62 79 90 100 26 6 3 3 3

الجدول 1: تم فحص قياسات خط الأساس لـ HAT لجميع أنواع المساكن لإنشاء مجموعة البيانات هذه. تم تحليل نتائج السلوك من خلال احتمال مقيد ANOVA باستخدام الإجراء المختلط لبرنامج تحليل إحصائي. حددت هذه التحليلات الاختلافات بين مدة السلوك ومؤشر النهج لكل نوع من أنواع المساكن المختبرية. يتم الإبلاغ عن الحد الأقصى SEM من النموذج، وP < 0.05 اعتبرت كبيرة. وبالإضافة إلى ذلك، استُخدم إجراء برنامج يفاريات في برنامج التحليل الإحصائي للإحصاءات الوصفية. ثم تم إدخال قيمة الثقة (CV) ٪ في وحدة تجريبية آلة حاسبة27 وتم فحص شروط الاختلافات المتوقعة بين اثنين من العلاجات.

العلاج P-القيم
مالوفه غير مالوف Sem Trt الوقت TRT * الوقت
مؤشر النهج، النسبة المئوية 84.8 84.4 3.06 0.766 0.002 0.661
مدة موقع القلم، %
الان 10.7 10.1 3.49 0.844 0.008 0.522
منتصف 18.7 17.6 3.38 0.717 0.014 0.918
اغلاق 70.4 72.3 55 5.25 0.617 <0.001 0.895
مدة النشاط، النسبة المئوية
الكذب أو الجلوس، لا NNOB 5.8 5.8 0.8 0.995 <0.001 0.901
الوقوف أو المشي، لا NNOB 5.5 5.5 1.4 0.995 <0.001 0.524
NNOB 82.1 83.3 4.12 0.722 0.0029 0.617
اتجاه الرأس، المدة، النسبة المئوية
بعيدا 23.9 23 2.81 0.725 <0.001 0.329
نحو 76.1 77 2.8 0.725 <0.001 0.329

الجدول 2: أجريت تجربة على سبعة خنازير من النوع ألف السكني. وعقدت دورتان كل يوم. لكل جلسة، تم استخدام واحد مألوف (أنثى) أو واحد من سبعة (ثلاثة ذكور وأربع إناث) البشر غير مألوفة في HATs. ذهب نفس الشخص مألوفة أولا، واستخدمت سبعة أشخاص غير مألوف. تم فحص نموذج ANOVA لبرامج التحليل الإحصائي للعلاج (مألوفة أو غير مألوفة)، والوقت (اليوم)، وتفاعلاتها.

فيديو تكميلي 1: إعداد برامج المراقبين مع ترجمة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.

فيديو تكميلي 2: تصدير البيانات مع ترجمة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.

فيديو تكميلي 3: تحليل البيانات مع ترجمة. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.

الملف التكميلي 1: مثال ورقة تجميع البيانات. الرجاء النقر هنا لتحميل هذا الملف.

Discussion

إصابات خفيفة في الدماغ التي لا تؤدي إلى تغييرات تشريحية وهيكلية الجميع يمكن الكشف عنها مع أحدث التصوير يمكن أن يكون من الصعب تحديد وعلاج28. ومع ذلك، المرضى الذين يعانون من mTBI معرضون بشكل خاص لإهانة إضافية يمكن أن تسبب ضررا كبيرا للدماغ، وبالتالي، من المهم أن يتم تحديد هؤلاء السكان. الاختبارات السلوكية التي وضعت في نموذج خنزير صغير من mTBI هي ذات صلة خاصة لمرضى mTBI الإنسان لأن الخنازير لديها فسيولوجيا مماثلة للبشر والتعبير عن حالات عاطفية مماثلة، مثل anhedonia8،9،10 ،20. هنا، قمنا بتطوير اختبار سلوكي غير الغازية، في القلم (HAT)، وأظهرت أنه حساس بما فيه الكفاية للتمييز بين الخنازير mTBI من الخنازير الشام. وبالإضافة إلى ذلك، تم وضع مؤشر مرجح (الذكاء الاصطناعي) للسلوكيات التي لوحظت خلال HAT التي هي في كل مكان عبر أنواع الإسكان والخنازير.

التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها:

وقد وضعت منهجيات قانون مكافحة الإرهاب استناداً إلى المبادئ التوجيهية25 للإثيرولوجيا وعدة استراتيجيات للتجارب والأخطاء لتحسين موثوقية الاختبار6وقابليته للتكرار وصحته. وساعدت تدابير الموثوقية على تحديد مواطن القوة والقيود في الاختبار. تحدد الموثوقية مدى تكرار القياس واتساقه وخلوه من الأخطاء العشوائية28و29. لقد سبق لنا أن أبلغنا عن موثوقية الـ HAT داخل المراقبين وفيما بين المراقبين، ومع المخططات الهيكلية الإضافية، فإن الالتزامات مرتفعة بالمثل (R2 > 0.90 من بيرسون) لمدة6. وتتطلب تدابير التواتر والكمون مراقبين مدربين، في حين أن مقاييس المدة أقل اعتمادا على المراقبين، وبالتالي، أكثر موثوقية في جميع المختبرات30.

تعتمد الموثوقية داخل المختبر والتكرار عبر المختبرات على الأساليب. في مختبرنا، نظام الفيديو المسجل ة بشكل مستمر، تم تخزين الملفات في البداية كملفات لمدة 5 دقائق، وحدثت بعض جلسات HAT عبر ملفين. تم ارتكاب عدد أقل من الأخطاء عند استخدام الوقت المحدد من ورقة البيانات لقص مقاطع الفيديو ودمجها. قبل تطوير ethogram، سمح للمراقبين وقفة، ووقف، وإرجاع لقطات الفيديو إلى الطابع الزمني لجميع السلوكيات في ethogram بأكمله. هذه الطريقة لم تسبب فقط الاختلاف في timestamp كل عينة، تتراوح بين 3 دقيقة إلى 20 دقيقة، ولكن الموثوقية بين وداخل المراقب كان أيضا سيئة لمعظم السلوكيات. لذلك، قمنا بتعيين سرعة التشغيل، وكان المراقبين الطابع الزمني كل فئة في وقت واحد. لذلك، عندما كانت الموثوقية منخفضة في فئة واحدة فقط، قام المراقبون بإعادة ختم الفئة فقط بدلاً من الرسم البياني بأكمله، بعد أن راجعوا التعاريف واللقطات معاً. يسمح تشغيل مجموعة وأساليب الفئة للتنبؤ متناسقة كم من الوقت كان هناك حاجة إلى الطابع الزمني لكل عينة. بالنسبة للمشاريع التي تمتد لأكثر من شهر، من المهم قياس المراجعة الروتينية لمقاطع الفيديو المشفرة والموثوقية داخل المراقب.

عامل آخر يقلل من الموثوقية والتكرار هو إعداد الفيديو. في البداية، تم استخدام كاميرا محمولة باليد وترايبود، والتي تم نقلها من القلم إلى القلم. عندما تم استخدام هذه الطريقة، والخنازير تحتاج إلى أن تقدم إلى ترايبود والكاميرا قبل HAT. خلاف ذلك، يبدو أن الخنازير للرد على ترايبود والحركة أكثر من اختبار الإنسان. وبالإضافة إلى ذلك، حدت زوايا الكاميرا غير العلوية من وجهة نظر المراقب أثناء ختم الوقت، وزاد إدراك عمق الفضاء من التباين داخل المراقبين وفيما بينهم في مقاييس السلوك المكاني؛ لذلك، قمنا بتطوير البروتوكول مع كاميرات ثابتة. عند استخدام هذه الطريقة، هناك حاجة إلى مزيد من العناية للتأكد من وضع الكاميرا بشكل صحيح قبل كل اختبار، وهناك حاجة إلى مزيد من الوقت لإعداد في بين جلسة كل خنزير. ومع ذلك، تعلمنا أن نظام الفيديو العلوي المستمر اللازملبدء التسجيل الأولي في منتصف الليل على الأقل 24 ساعة قبل HAT الأولى. عرض الطابع الزمني للعديد من أنظمة الفيديو غير دقيقة ومتزامنة وصولاً إلى الإطار; لذلك، لم نعد نعتمد على أوقات العرض. بدء منتصف الليل المسموح به لالتقاط الإطار بدقة وتحرير الفيديو، ولم يتم استخدام عرض الطابع الزمني.

بالإضافة إلى ذلك، كان التأقلم مع الخنازير وإعداد روتين مهم عند استكشاف أخطاء هذا الاختبار وإصلاحها. في لقطات من الخنازير التي لم تكن متأقلمة بشكل جيد مع بيئاتها، لوحظ سرعة خلال HAT. هذا هو مؤشر على أن الخنزير قد يكون في حالة المهتاج31 بدلا من حالة استكشافية32. قد تقلل فترات التأقلم لمدة ثلاثة أسابيع أو أكثر من عدد الخنازير التي تتسارع في التجربة. ومع ذلك، إذا استمرت السرعة طوال جميع فترات أخذ العينات، قد تحتاج هذه الصورة إلى تعديل لتشمل المشي والوقوف ساكناً.

والصلاحية هي مدى تمثيل القياس للنطاق المقصود للسؤال المطروح25. عندما أول تطوير HAT، استخدمنا فقط ethogram المكانية. تعريفات من مكانيّة [إثوغرم] تصرف يصف بدقّة وبشكل خاصّ القرب إلى ال [هومن هووس] وهم أخبروا المراقبة مباشرة [هوو] كم فراغ الخنزير يترك بين ه وإنسان. ومع ذلك، بمجرد أن تكون هناك حاجة إلى تطبيق هذه الأساليب على إنشاء مختبر جديد، أدركنا أن التصورة المكانية المكانية هي محددة مختبرياً. تؤثر أبعاد القلم ووضع كائنات أخرى على نتيجة التصوير الشعاعي المكاني؛ لذلك، يجب نشر رسم تخطيطي يحتوي على قياسات وخصائص القلم إذا لم يتم الإبلاغ مسبقاً عن إعداد القلم. بالإضافة إلى الإبلاغ عن بيئة القلم، تمت إضافة السلوكيات الهيكلية إلى ethogram. على عكس السلوكيات المكانية، يمكن تقييم السلوكيات الهيكلية بسهولة أكبر عبر المختبرات. هذه السلوكيات لها صلاحية لأنها تصف على وجه التحديد مستوى الخنزير من الحالة النشطة. عندما يستريح خنزير، فإنه من المرجح أن لا يكون الدافع للاقتراب وغير قادر على تغيير المواقف للاقتراب بأسرع ما خنزير يقف. وبالمثل، خنزير عرض NNOB هو في حالة استكشافية، ولكن خنزير مع رأسه لا يزال في حين يقف هو أكثر احتمالا في حالة من التوتر. اتجاه الأنف يساعد مع صحة لأن الأنف والأذنين، ومن ثم العينين هي ما يستخدم الخنزير لجمع المعلومات عن الإنسان.

قيود التقنية:

ومن الشواغل المحتملة لهذه التقنية التباين في استجابات الخنازير للاختبار البشري. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الخنازير سوف ننظر في أيدي اختبار الإنسان، والتي يمكن أن تسبب جديلة غير مقصودة من قبل هذا الشخص. لذلك، تم التعبير عن هذه القيود من خلال الاختبار التجريبي من 1) استجابات الخنازير لبشر مألوفة والبشر غير مألوفة، و 2) توحيد أنه، بعد إسقاط بيليه، تقف اختبار الإنسان لا يزال ويضع أيديهم للخروج من خنزير البصر. وأظهرت البيانات أنه لم يكن هناك علاج أوعلاج x الاختلافات الزمنية خلال HAT (الجدول 2)، مما يشير إلى أن HAT يمكن أن تدار من قبل البشر مألوفة أو غير مألوفة. ويشير باحثون آخرون إلى أن الخنازير تميل إلى التعميم حول البشر على أساس التفاعلات السابقة11,12,13; لذلك، تجارب الخنزير السابقة مع البشر تحتاج إلى أن تكون إيجابية. ويمكن أيضا معالجة هذا التحدي بتصميم تجريبي يقظ؛ لكل كتلة، هناك حاجة إلى عدد كاف من الوحدات التجريبية الممثلة لكل معاملة من الفائدة.

في هذه الدراسة، على الرغم من أنه لم يكن هناك سوى اثنين من المراقبين ذويالخبرة timestamp جميع أشرطة الفيديو لجميع أنواع الإسكان الثلاثة، كانت هناك اختلافات بين أنواع الإسكان لنتائج سلوك محددة (الجدول 1). فعلى سبيل المثال، دخلت الخنازير من النوع باء إلى أقرب منطقة أكثر من تلك الموجودة في النوعين ألف وجيم من المساكن. هذا هو المرجح بسبب اختلاف في مادة القلم; في نوع السكن B، كان الجزء الأمامي من القلم بوابة مرتبطة بسلسلة مع القضبان الأفقية التي سمحت للخنزير لتسلق البوابة خلال HAT. ومن ناحية أخرى، كان للأنواع السكنية ألف وجيم قضبان عمودية وأسطح أفقية أقل للخنازير ليصعدوا إليها. ويمكن معالجة هذا التغير بإضافة مدة الإنفاق في المناطق القريبة والأقرب قبلمقارنتها بين أنواع المساكن (الجدول 1؛ P > 0.10). ومع ذلك، فإن الخنازير في نوع السكن جيم تنفق وقتاًأطول في المنطقة البعيدة من تلك الموجودة في النوعين ألف وباء من المساكن (الجدول 1؛ P < 0.05), الذي كان من المرجح بسبب وضع المياه في الجزء الخلفي من القلم بدلا من الجزء الأمامي من القلم. هذا هو القيد الذي يمكن علاجه إذا اختارت المختبرات لتوحيد وضع الماء، والأطباق، ولعب الأطفال والتأكد من أنها ثابتة بحيث لا ينقل الخنزير الكائن إلى منطقة أخرى.

هذا الاختبار لديه إمكانية وصول كبيرة للمختبرات من جميع الأنواع، ولكن، كما ذكر سابقا، فإن ethogram المكانية المختومة يدويا والقياسات سوف تختلف أكثر عبر المختبرات. ومع ذلك، فإن تخطيط الجسم والرأس الهيكلي في كل مكان. قد تستفيد المختبرات التي يمكنها الوصول إلى التتبع الآلي للخنازير المصادق عليها من خلال تتبع التصورة المكانية تلقائيًا بدلاً من البحث يدويًا لأن المسافة التي تم نقلها ومعدل الحركة قد تكون نتائج إضافية لتدابير السلوك من وقبعة. ويمكن معالجة القيود المفروضة على التركيب ة القلم والتكنولوجيات التقليدية بدلا ً من مناطق الاختبار وتكنولوجيات التتبع التلقائي عن طريق تكييف صيغة الذكاء الاصطناعي. وتوفر الذكاء الاصطناعي قياسات ومصطلحات موحدة لكيفية استخدام فرادى الخنازير لحيز قلمها والتعبير عن اهتمامها بالإنسان. هذا الحساب، المستمدة من تدابير السلوك الشائعة، حساسة لنماذج porcine من mTBI تحت الارتجاج، وربما، حالات أخرى من الإصابة دون السريرية أو المرض. وبالإضافة إلى ذلك، فإن الذكاء الاصطناعي يقلل من الاختلافات العشوائية أثناء التجريب ويمكن مقارنتها بسهولة أكبر عبر التجارب والمختبرات من الأساليب التي تعتمد على قياسات أكثر تحديداً للتجارب. وقد وفرت السلوكيات الهيكلية الأساس لهذه الصيغة، لأن هذه السلوكيات هي قياسات قياسية عبر العلاجات، في حين أن السلوكيات المكانية تعتمد على إعداد القلم، وعدد الخنازير في القلم، ونظام التتبع. على سبيل المثال، لاحظنا أنه عندما يتم اختبار اثنين من الخنازير صحية في القلم، وأنها سوف تؤدي سلوكيات مكانية مماثلة من خلال الاقتراب معا، ولكن الخنزير الذي يتبع الأول قد توجيه أنفه أكثر نحو زميله القلم من نحو الإنسان والتعبير عن المزيد من NNOB ، لأن الخنزير الذي يقود بمثابة الحارس. ومع ذلك، يساعد الذكاء الاصطناعي في الحد من هذا الاختلاف حتى من السلوكيات المقترنة.

على الرغم من أن الذكاء الاصطناعي هي مجموعة أدوات ممتازة لتوحيد الاختبار عبر المختبرات، إلا أن الباحثين قد لا يزالون يرغبون في فحص نتائج السلوك الخاصة بالاختبار داخل المختبر أو التجربة، خاصة إذا كان لديهم ما يكفي من الطاقة (أي الوحدات التجريبية و الاختبارات المتكررة) في تجربة واحدة. لذلك، تم تضمين الجدول 1، الذي يحتوي على كافة نتائج السلوك، والفرق، والتوزيع، واختبار محسوب لعدد الحيوانات لكل سلوك محدد، هنا. على سبيل المثال، إذا كان الباحثون لديهم بيئات القلم التي تسمح للخنازير لتسلق باستمرار خلال HAT ويعرفون أسباب علاجهم أكثر من 75٪ الفرق في السلوكيات التسلق، ثم أنها يمكن أن تبرر أعداد الحيوانات على أساس الفرق قياسها. إذا تمت إضافة سلوكيات جديدة إلى ethogram، سيحتاج العلماء إلى تبرير السلوكيات التي تشير إلى النهج أو الانسحاب قبل دمجها في الفهرس. على سبيل المثال، إذا كانت معظم الحيوانات ضمن وتيرة تجربة على طول جدران القلم (أي thigmotaxis)32، يمكن إدراج مدة هذا السلوك في فئة تخطيط الجسم الهيكلي. يمكن تمثيل السلوك في الرسم البياني الشريطي المكدس المفصل (أي الشكل5) أو النموذج الجدولي، وبعد ذلك، يمكن تلخيصه بالوقوف إلى السكون قبل تطبيق حساب الفهرس. ولذلك، يمكن أن يمثل الذكاء الاصطناعي السلوكيات التي تنتشر في كل مكان عبر المختبرات، ولكن لا يزال يمكن تمثيل سلوكيات فريدة إضافية بشكل منفصل.

الأهمية فيما يتعلق بالأساليب القائمة:

وقد وضعت الأساليب القائمة للخنازير في المزارع التجارية لتقييم رفاه الحيوان. هنا، تم وضع بروتوكول للخنازير المختبرية، والتي يمكن أن تساعد الباحثين على تقييم رفاه الحيوان وتمييز الخنازير mTBI من الخنازير المعالجة بالشام. ويمكن أن يكون الاختبار التقليدي البديل هو استخدام اختبار حقل مفتوح. وقد استخدم هذا الاختبار سابقا لتقييم عاطفية الخنزير والرفاه33. وقد صُممت الاختبارات الميدانية المفتوحة في الأصل لاختبار الحالات العاطفية للقوارض عن طريق قياس نفورها الطبيعي من الفضاء المفتوح والضوء. وعلى النقيض من ذلك، قد ينظر الخنازير السليمة إلى نفس المحفزات التي ينظر إليها10،وبعد المرض أو الإصابة أو العلاج الإجهادي، فإنها من المرجح أن تعبر عن الخوف. ويتطلب هذا الاختبار مساحة مختبرية أكبر وسيتطلب من الخنازير أن تتأقلم مع التعامل معها ووضعها في ساحة مفتوحة. إذا كان لدى المختبرات مساحة وبروتوكولات للتعامل مع الخنازير، فإن جلسات HAT المتكررة، بالإضافة إلى اختبار واحد في الحقول المفتوحة، قد تساعد على زيادة التمييز بين الحيوانات المعالجة والحيوانات المعالجة بالشام.

الخطوات الهامة داخل البروتوكول:

الخطوات الثلاث الأولى في البروتوكول هي الأكثر أهمية لتدابير HAT الناجحة. الجلسات لكل خنزير يستغرق سوى 3 دقائق. ومع ذلك، فإن إعداد كافية تساعد على جعل هذا الاختبار موثوق بها. وكما ذُكر أعلاه، فإن موقع الكاميرا وإعداد التسجيل أمران حاسمان للوضوح والتكرار. زوايا الكاميرا غير لائق يمكن أن تحد من رؤية المراقب، والتي سوف تضيف أخطاء إلى القياسات. خطوة أخرى غالباً ما يتم تجاهلها هو إصلاح الكائنات في القلم. الخنزير سوف تتحرك الأشياء غير الثابتة، وهذا قد يؤثر على دوافعها للاقتراب من الإنسان. نظام الإعداد والإدارة مهم لأن الخنازير تحتاج إلى أن تكون مكيفة مع بيئاتها قبل أن يتمكنوا من إجراء الاختبار باستمرار. الخنازير التي ليست جيدة التأقلم مع أقلام وطنهم أو الروتينية أو التي تعاني من الإجهاد سوف تتغوط في مناطق أخرى بدلا من الجزء الخلفي من القلم34. قد تؤثر منطقة التغوط على دوافعهم للاقتراب. من عرض الكاميرا، يجب أن يكون المراقب قادرا على تحديد الخنازير الفردية؛ ومع ذلك، من المهم أن مخطط وضع العلامات لا يوفر معلومات عن معاملة الحيوان، لأن هذا سوف التحيز المراقب25.

تحديد الخنازير مهم جدا للحصول على البيانات السلوكية الصحيحة للخنزير الصحيح، حتى عندما تكون واحدة في السكن. وغالبا ما يتم نقل الخنازير لعلاجها، ووضع علامة من أجل المراقب أنهم يشاهدون نفس الخنزير بعد إزالته ووضعه مرة أخرى في قلمه. يمكن إيواء الخنازير في أزواج، كما هو الحال في نوع السكن C، وبالتالي، يصبح من المهم جدا لتحديد الخنازير. تتطلب دهانات وعلامات وسم الماشية تطبيقها يومياً؛ لذلك، يتطلب هذا البروتوكول استخدام شريط الصف الطبي ومسحة من الاسمنت العلامة. الشريط العصي أفضل للخنازير مع الشعر أطول. الخنازير ذات الشعر القصير والجلد الجاف سوف تتخلص من الشريط في كثير من الأحيان من الخنازير مع الشعر أطول.

التطبيقات المستقبلية:

وباختصار، فإن اختبار HAT غير الغازية في القلم الموصوف هنا حساس بما فيه الكفاية للكشف عن التغيرات المعتدلة والزمنية المعتمدة في الخنازير بعد mTBI. وعلاوة على ذلك، قمنا بتطوير مؤشر مرجح يسمى الذكاء الاصطناعي لتقييم التغيرات في الخنازير الموجودة في أنواع مختلفة من القلم، وكذلك في أنواع مختلفة من الخنازير. على الرغم من أن HAT قد استخدمت للكشف عن التغيرات في الخنازير المعرضة لmTBI، هذا الاختبار السلوكي يمكن أن تكون مفيدة للكشف عن التغيرات السلوكية القابلة للقياس في الحيوانات التي تعاني من الإجهاد أو الظروف قبل المرضية.

Disclosures

وليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.

Acknowledgments

ويود المؤلفان أن ينوه بالتمويل المقدم من مكتب البحوث البحرية (Grant #12166253). وبالإضافة إلى ذلك، يشكر المؤلفون موظفي رعاية الحيوانات والأطباء البيطريين والطلاب في جامعة ولاية كانساس وفيرجينيا تك على دعمهم أثناء العمل الحيواني. ويود أصحاب البلاغ أيضاً أن يشكروا ناديج كريبس على مساعدتها التقنية، وعلى الطلاب شيلبي ستير، وسارة غرينواي، وميكايلا غورينغ على مساعدتهم التقنية ورعايتهم الحيوانية الإضافية.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dome 3.0 Megapixel Cameras with 2.8-12 mm lens set between 2.8-3.2 mm Points North Surveillance, Auburn, ME CDL7233S Lower mm lenses are needed for low-profile pens
Manfrotto 244 friction arm kit B&H Photo B&H # MA244; MFR # 244 To mount and secure cameras at a 90° angle
Video Recording System Points North Surveillance, Auburn, ME NVR-RACK64 NVR is customized
Colored and patterned duct tape attached to a double-sided medical grade tape  MBK Tape Solutions, Chatsworth, CA 3M 1522H Sustainable marking of pigs
Approach Index Formula generator Dinasym, Manhattan, KS Approach Formula Company will customize macros for specific lab needs
Geovision Software Points North Surveillance, Auburn, ME Geovision Software to edit video time into 180 s clips
Clicker Petco Good2Go Dog Training Clicker
Reward treat (feed pellet, carob chip, raisin, marshmallow) Variable N/A Depending on previous exposure, adult pigs are very  neophobic when new food is introduced. Limit-fed pigs can be fed a few pellets of feed. 
Statistical Analysis System (SAS) SAS Institute, Cary, North Carolina SAS 9.0 Our laboratories preference for analyzing mixed models and repeated measures
Observer 11.5 software Noldus Information Technology, Leesburg, VA Observer 11.5 Software to manually timestamp video clips

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Iverson, G. L. Outcome from mild traumatic brain injury. Current Opinion in Psychiatry. 18 (3), 301-317 (2005).
  2. Taber, K. H., Warden, D. L., Hurley, R. A. Blast-related traumatic brain injury: what is known? The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences. 18 (2), 141-145 (2006).
  3. White, H., Venkatesh, B. Traumatic brain injury. Oxford Textbook of Neurocritical Care. Smith, M., Kofke, W. A., Citerio, G. 210, University Press. Oxford. (2016).
  4. Greve, K. W., et al. Personality and neurocognitive correlates of impulsive aggression in long-term survivors of severe traumatic brain injury. Brain Injury Journal. 15 (3), 255-262 (2001).
  5. Janusz, J. A., Kirkwood, M. W., Yeates, K. O., Taylor, H. G. Social Problem-Solving Skills in Children with Traumatic Brain Injury: Long-Term Outcomes and Prediction of Social Competence. Child Neuropsychology. 8 (3), 179-194 (2002).
  6. Luo, Y. Swine Applied Ethology Methods for a Model of Mild Traumatic Brain Injury (Master's Thesis). , Available from: http://hdl.handle.net/2097/35760 (2017).
  7. Kornum, B. R., Knudsen, G. M. Cognitive testing of pigs (Sus scrofa) in translational biobehavioral research. Neuroscience & Behavioral Reviews. 35 (3), 437-451 (2011).
  8. Bauman, R. A., et al. An Introductory Characterization of a Combat-Casualty-Care Relevant Swine Model of Closed Head Injury Resulting from Exposure to Explosive Blast. Journal of Neurotrauma. 26, 841-860 (2009).
  9. Friess, S., et al. Repeated traumatic brain injury affects composite cognitive function in piglets. Journal of Neurotrauma. 26, 1111-1121 (2009).
  10. Xiong, Y. A., Mahmood, A., Chopp, M. Animal models of traumatic brain injury. Nature Reviews Neuroscience. 14 (2), 128-142 (2013).
  11. Waiblinger, S., et al. Assessing the human-animal relationship in farmed species: A critical review. Applied Animal Behavior and Science. 101, 185-242 (2006).
  12. Powell, C., Hemsworth, L. M., Rice, M., Hemsworth, P. H. Comparison of methods to assess fear of humans in commercial breeding gilts and sows. Applied Animal Behavior and Science. 181, 70-75 (2016).
  13. Hemsworth, P. H., Barnett, J. L., Coleman, G. J., Hansen, C. A study of the relationships between the attitudinal and behavioural profiles of stockpersons and the level of fear of humans and reproductive performance of commercial pigs. Applied Animal Behaviour Science. 23, 301-314 (1989).
  14. Hulbert, L. E., McGlone, J. J. Evaluation of drop versus trickle-feeding systems for crated or group-penned gestating sows. Journal of Animal Science. 84 (4), 1004-1014 (2006).
  15. Mills, D. S., Marchant-Forde, J. N. The encyclopedia of applied animal behavior and welfare. , CAB International. Wallingford, UK. (2010).
  16. Backus, B. L., Sutherland, M. A., Brooks, T. A. Relationship between environmental enrichment and the response to novelty in laboratory-housed pigs. Journal of the American Association for Laboratory Animal Science. 56 (6), 735-741 (2017).
  17. Price, E. O. Behavioral development in animals undergoing domestication. Applied Animal Behavior Science. 65 (3), 245-271 (1999).
  18. Plogmann, D., Kruska, D. Volumetric comparison of auditory structures in the brains of European wild boars (Sus scrofa) and domestic pigs (Sus scrofa f. dom.). Brain, Behavior and Evolution. 35 (3), 146-155 (1990).
  19. Horbak, K. Nosing Around: Play in Pigs. Animal Behavior and Cognition. 1 (2), 186-196 (2014).
  20. Daigle, C. Parallels between Postpartum Disorders in Humans and Preweaning Piglet Mortality in Sows. Animals. 8 (2), 22 (2018).
  21. Willner, P., Muscat, R., Papp, M. Chronic mild stress-induced anhedonia: A realistic animal model of depression. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 16 (4), 525-534 (1992).
  22. Pairis, M., Young, A., Millman, S. T., Garvey, J., Johnson, A. K. Can Fear Be Effectively Assessed in Swine? A Study Measuring Fear Levels during a Human Approach Test. Animal Industry Report. , AS 655, ASL R2470 (2009).
  23. Grandin, T. Behavioral principles of livestock handling. American registry of Professional Animal Scientist. , 1-11 (2002).
  24. Weeks, C. A. A review of welfare in cattle, sheep and pig lairages, with emphasis on stocking rates, ventilation and noise. Animal Welfare. (South Mimms, England). 17, 275-284 (2008).
  25. Martin, P., Bateson, P. How Good are Your Measures. Measuring Behaviour: An Introductory Guide. Martin, P., Bateson, P. , University Press. Cambridge. 72-85 (2007).
  26. Grandin, T., Shivley, C. How Farm animals react and perceive stressful situations such as handling, restraint, and transport. Animals. 5, 1233-1251 (2015).
  27. Galyean, M. Sample size calculations I. , Available from: https://www.depts.ttu.edu/afs/home/mgalyean/ (2018).
  28. Shenton, M. E., et al. A review of magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging findings in mild traumatic brain injury. Brain Imaging and Behavior. 6 (2), 137-192 (2012).
  29. Walilko, T., VandeVord, P., Hulbert, L. E., Fievisohn, E., Zai, L. Establishing a neurological injury threshold using a blast overpressure model in minipigs. Military Health System Research Symposium. , (2017).
  30. Coffin, M. J., et al. Side Bias and Time of Day Influenced Cognition after Minipigs were Conditioned Using a Novel Tactile Stimulation Device. Journal of Animal Science. 96, 255-256 (2018).
  31. Dailey, J. W. Stereotypic Behavior in Pregnant Swine (Master's Thesis). , Available from: https://ttu-ir.tdl.org/ttu-ir/handle/2346/9669 (1995).
  32. Fleming, S. A., Dilger, R. N. Young pigs exhibit differential exploratory behavior during novelty preference tasks in response to age, sex and delay. Behavioural Brain Research. 321, 50-60 (2017).
  33. Ramona, D. D., Healy, S. D., Lawrence, A. B., Rutherford, K. M. D. Emotionality in growing pigs: Is the open field a valid test. Physiology & Behavior. 104, 906-913 (2011).
  34. Matthews, S. G., Miller, A. L., Clapp, J., Plötz, T., Kyriazakis, I. Early detection of health and welfare compromises through automated detection of behavioral changes in pigs. The Veterinary Journal. 217, 43-51 (2016).

Tags

التراجع العدد 148 السلوك appetitive تجنب porcine علم النفس mTBI
غير الغازية، في القلم اختبار النهج للخنازير التي تؤوي المختبر
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hulbert, L. E., Bortoluzzi, E. M.,… More

Hulbert, L. E., Bortoluzzi, E. M., Luo, Y., Mumm, J. M., Coffin, M. J., Becker, G. Y., Vandevord, P. J., McNeil, E. M., Walilko, T., Khaing, Z. Z., Zai, L. Noninvasive, In-pen Approach Test for Laboratory-housed Pigs. J. Vis. Exp. (148), e58597, doi:10.3791/58597 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter