Summary

Trainingshunde für Wache, hemmungslose funktionelle Magnetresonanztomographie

Published: October 13, 2019
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Summary

Magnetresonanztomographie (MRT) bei hemmungslosen wachwachen Hunden ist eine neue Methode mit mehreren Vorteilen gegenüber der Bildgebung mit physikalischer oder chemischer Zurückhaltung. Dieses Protokoll führt eine kostengünstige Trainingsmethode ein, die die Schulung in der MRT-Umgebung minimiert, was teuer sein kann, und den für die funktionelle MRT von Rohren verfügbaren Themenpool maximiert.

Abstract

Wir präsentieren ein hundefunktionelles Magnetresonanztomographie (fMRI) Trainingsprotokoll, das kostengünstig mit hochenergetischen Hunden zur Erfassung von Funktions- und Strukturdaten durchgeführt werden kann. Diese Methode der Ausbildung von Hunden für wache, hemmungslose fMRI verwendet eine Verallgemeinerung Verfahren der Stationierung an mehreren unterschiedlichen Standorten, um die Übertragung des Stationsverhaltens auf die reale MRT-Scanumgebung zu erleichtern; Dies geschieht ohne umfangreiche Schulungszeit in der MRT-Scanumgebung, die teuer sein kann. Darüber hinaus teilt diese Methode das Training eines stationären (d. h. Kinnruhe)-Verhaltens von der Desensibilisierung auf die MRT-Umgebung (d. h. 100+ Dezibel-Scan-Audio), die während spezieller Auditory Exposure-Konditionierungssitzungen durchgeführt wird. Das komplette Trainings- und Testprotokoll benötigte 14 Stunden und führte zu einer sofortigen Verlagerung an neue Standorte. Wir präsentieren auch Beispiele für Canine fMRI-Daten, die aus visuellen Gesichtsverarbeitung und olfaktorischen Diskriminierungparadigmen gewonnen wurden.

Introduction

Magnetresonanztomographie (MRT) an hemmungslosen wachen Hunden durchgeführt ist eine neue Methode, die eine neue Möglichkeit, Funktion und Struktur im Hundehirn zu untersuchen. Die ersten veröffentlichten Berichte über MR-Bildaufnahme von hemmungslosen wachen Hunden wurden 2009 (strukturell) und 2012 (funktional)1,2veröffentlicht. Es gibt mehrere Vorteile der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI) für die Untersuchung der Gehirnfunktion bei hemmungslosen wachen Hunden. Erstens ähnelt die Datenerhebung der des Menschen und ist daher für alle Arten3leichter verallgemeinerbar. Zweitens besteht keine Notwendigkeit für eine Anästhesie, wodurch unerwünschte Nachwirkungen beseitigt werden. Drittens wird die Hirnaktivität durch Anästhesie verändert und daher kann die kognitive Funktion ohne Anästhesie besser beurteilt werden4. Viertens: Während Flüssigkeits-/Lebensmittelentzug und körperliche Zurückhaltung es den Forschern ermöglichen, nicht sedierte Tiere (z. B. Nagetier-, Vogel- und Primatenmodelle) zu untersuchen, können sich diese Tiere in sehr unterschiedlichen kognitiven Zuständen befinden als ihre nicht benachteiligten und hemmungslosen Gegenstücke. 3.

Im Moment gibt es fünf Laboratorien auf der ganzen Welt, die wache Hunde scannen (Atlanta, USA; Auburn, USA; Budapest, Ungarn; Querétaro, Mexiko; Wien, Österreich) und es gibt keine standardisierte Methode für die Ausbildung von Hunden, um sich vorsätzlich einer MRT-Untersuchung zu unterziehen5,6,7. Alle Trainingsmethoden teilen das gemeinsame Ziel, Hunde zu trainieren, für längere Zeit still zu bleiben, was für hochwertige Gehirnscans notwendig ist. Während alle Methoden über die Prinzipien des Verstärkungslernens funktionieren, variiert die Art und Weise, wie genau es umgesetzt wird, und wir wissen noch nicht, welche Auswirkungen diese Varianz auf die Ergebnisse hat. Wenn also eine vorgeschlagene Ausbildungsmethode akzeptiert wird und weit verbreitet wird, kann sie eine gewisse unerwünschte Abweichung in den Daten verringern. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die Trainingsmethode für die Stationierung im MRT-Scanner. MRT-Scanning ist teuer, und die vorgeschlagene Methode, die wir entwickelt haben, hat den Zweck, kostengünstig zu sein und somit für Trainer auf der ganzen Welt verallgemeinert zu werden, ohne regelmäßigen Zugang zu einem MRT-Scanner für Schulungen.

Die Methode besteht aus zwei Hauptkomponenten: Training und Testen. Die Ausbildung besteht aus zwei Phasen. Phase eins ist das Training des Hundes zum Kinnziel (d.h. Station) in einer offenen Umgebung und Phase zwei ist das Training des Hundes, um in einem Simulierten MRT zu stationieren. Die Desensibilisierung der MRT erfolgt während der gesamten Schulungsphasen, während separater, dedizierter Auditory Exposure Sessions. Die Prüfung besteht aus der Stationierung in einem tragbaren Mock-MRT an fünf verschiedenen Teststandorten. Der Nutzen dieser Testphase besteht darin, das Stationsverhalten zu verallgemeinern und die Übertragung in die reale MRT-Umgebung zu erleichtern. Das Gesamtprotokoll ist in Abbildung 1zusammengefasst.

Figure 1
Abbildung 1: Protokollzeitleiste. Die Protokollzeitachse ist in zwei Komponenten unterteilt, Training und Testing. Die Ausbildung gliedert sich in zwei Phasen, Open Environment und Mock MRT. Separate Auditory Exposure-Sitzungen finden auch während des Trainings statt. Die Prüfung besteht aus der Stationierung in einem tragbaren Schein-MRT an fünf verschiedenen Transferstandorten (T1-T5). Sobald der Hund das Stationsverhalten verallgemeinert hat, um an fünf verschiedenen Transferstellen zu kriteriumn, ist der Hund bereit für die Datenerfassung in der realen MRT-Umgebung. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Je nach Phase dauert das Training und die Tests 25 bis 75 Minuten pro Woche, pro Hund: eine 10-minütige Auditory Exposure Session und zwei oder mehr 5 bis 30 Minuten Stationing-Sitzungen. Dieses Protokoll kann in 25 Wochen abgeschlossen werden. Während der Transfertests führen Hunde mehrere Kämpfe einer 5-minütigen regungslosen Daunen-/Aufenthalts- und Kinnstütze in einem tragbaren Mock-MRT (Bohrung, Hochfrequenzspule, 90+ dB-Audio, Ohrpolsterung) an fünf unterschiedlichen Orten durch. Transfersitzungen finden einmal pro Woche für 30-60 Minuten, über fünf aufeinanderfolgende Wochen. Während der MRT-Tests führen Hunde während einer 60-minütigen Sitzung der strukturellen und funktionalen Datenerfassung in einem echten MRT-Scanner mehrere Anfälle des Endstationierungsverhaltens durch.

Während des Trainings und Testens ist eine Kinnruhe das Verhalten des Fokus. Eine Kinnstütze ist der Hund, der sein Kinn an die Oberfläche eines Objekts berührt, nachdem er einen Hinweis darauf gesetzt hat, auf diese Oberfläche zu zielen (d. h. sein Kinn auszuruhen). Dieser Hinweis auf das Ziel kann physisch (z. B. Geste, Köder), verbal (z. B. gesprochenes Wort “Ruhe”) oder ein Objekt (z. B. Zugang zur Kinnauflage selbst) sein. Die fließende Leistung des Kinn-Targeting-Verhaltens ist entscheidend für die Begrenzung der Kopfbewegung. In diesem Protokoll wird das Kinnruheverhalten konditioniert, gepflegt und verallgemeinert, um in mehreren Kontexten (verschiedene Ruhegeräte, an mehreren Orten) mit zunehmender Zieldauer (bis zu fünf Minuten) auftreten zu können. Darüber hinaus die Trainerbedingungen und hält eine starke Leistung der Verhaltensweisen nach unten und bleiben, sowie eine gute Stimulus-Kontrolle über die Release-Cue “Okay”, die konditionierte Verstärkung und Verhaltensereignis-Marker “klicken”, und die Keep Going Signal (KGS) “gut” 8.Im Laufe des Protokolls werden mehrere Reize und Apparate in bestimmten Stadien und für bestimmte Intervalle eingeführt. Diese Materialien werden einfach und kostengünstig beschafft. Ausführliche Informationen finden Sie in der Tabelle der Materialien.

Protocol

Die ethische Genehmigung für diese Methoden wurde vom Auburn University Institutional Animal Care and Use Committee eingeholt und alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit ihren Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Bei der akustischen Exposition basiert die Progression durch die Sitzungen auf der Wochennummer. Bei Stationssitzungen muss ein spezifisches sitzungsspezifisches Leistungskriterium (z. B. mindestens elf Sekunden Dauer des Kinn-Targetings) erfüllt sein, bevor der Trainer den Hund in dieser Trainings…

Representative Results

Die durchschnittliche Anzahl der Wiederholungen jeder Sitzungsebene ist in Tabelle 1aufgeführt. Das komplette Trainings- und Testprotokoll benötigte 14 h (M = 13,55 h, Bereich 12-16 h) und bestand aus 90 Sitzungen (Bereich 87-93 Sitzungen). Das offene Umgebungstraining dauerte 4,38 h (Bereich 3-5 h), das MRT-Training dauerte 5,4 h (Bereich 4,2-6,5 h), und der Transfer betrug 2,5 h, aufgeteilt in fünf 30-minütige Sitzungen. Wartungsarbeiten auf Stufe 19 wurden während…

Discussion

Das oben beschriebene Protokoll trennt das Training des stations-(Kinnruhe-)Verhaltens von der Desensibilisierung zur MRT-Umgebung. Darüber hinaus nutzt es ein Verallgemeinerungsverfahren der Stationierung an mehreren unterschiedlichen Orten, um bei der Übertragung des Stationsverhaltens auf die reale MRT-Scanumgebung zu helfen; Dies geschieht ohne umfangreiche Schulungszeit in der MRT-Scanumgebung, die teuer sein kann. Insgesamt wurden die Schulungen und Tests in 14 Stunden abgeschlossen und führten zu einer sofortig…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir sind Canine Performance Sciences und Auburn University Departments of Psychology and Electrical & Computer Engineering dankbar. Diese Arbeit wurde vom Verband der professionellen Hundetrainer unterstützt.

Materials

Acrylic Mock Radiofrequency Coil Menards TU59018594 Mock Radiofrequency (RF) Coil: 8" diameter x 4' Concrete Form Tube. Makes four mock RF coils; cut form tube in four even lengths for four 8" diameter x 1' mock RF coils.
Agility Tunnel J&J Dog Supplies TT053 Open Agility Training Tunnel
Bluetooth Speaker Sharkk SP-SK896WTR-GRY Portable Scan Audio Playback: Waterproof Bluetooth Speaker Sharkk 2O IP67 Bluetooth Speaker Outdoor Pool Beach and Shower Portable Wireless Speaker
Cardboard Concrete Form Tube Menards TU10120014 Stationary Mock MRI Bore: Sonotube 24" diameter x 12' Standard Wall Water-Resistant Concrete Form. Makes two mock bores; cut form tube in half for two 24" diameter x 6' bores.
Chuckit Ball Chuckit! 17030 Toy Reward: Chuckit! Ultra Ball
Decibel X Skypaw Decibel meter phone app
Exercise Mat Foam chin rest: cut mat in half lengthwise. Roll up, and secure roll with hot glue. Cut chin-size notch in center with X-ACTO knife. Hot-glue velcro to bottom surface.
Folding Table 3' x 6' folding table
Microfiber Car Wax Applicator Pad Viking Car Care 862400 Viking Car Care Microfiber Applicator Pads
Natural Balance Treat Log Natual Balance 236020 Food Reward: E.g., Chicken Formula Dog Food Roll, 3.5-lb roll
Plywood Platform: 2"x4"x6' length of wood affixed to 3'x6' plywood board. Hot glue exercise mat on plywood board for traction. Braces: 3 4x4x4" cubes cut at 45-degree angle affixed to ends of 1"x4"x3' lengths of wood. Makes 3 braces.
Sand Bags J&J Dog Supplies AG155 J&J Professional Quality Sandbags x 2
Speaker System Pioneer Electrics HTD645DV Stationary Scan Audio Playback: Pioneer HTD645DV 5 Disk DVD Home Theater System with Wireless Surround Speakers. Operating Instructions.
Towel standard towel

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Cite This Article
Strassberg, L. R., Waggoner, L. P., Deshpande, G., Katz, J. S. Training Dogs for Awake, Unrestrained Functional Magnetic Resonance Imaging. J. Vis. Exp. (152), e60192, doi:10.3791/60192 (2019).

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