Waiting
Login processing...

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

Behavior

הדרכה כלבים עבור ער, הדמיה מגנטית תפקודית לא מרסן פונקציונלי

Published: October 13, 2019 doi: 10.3791/60192
Automatic Translation
*1, *2, *1,3,4,5, *1,3,4,5
1Department of Psychology, Auburn University, 2Canine Performance Sciences Program, College of Veterinary Medicine, Auburn University, 3AU MRI Research Center, Department of Electrical & Computer Engineering, Auburn University, 4Alabama Advanced Imaging Consortium, 5Center for Neuroscience, Auburn University
* These authors contributed equally

Summary

דימות תהודה מגנטית (MRI) על כלבים מרוסן ומרוסן הוא שיטה חדשה עם מספר יתרונות על הדמיה עם איפוק פיסי או כימי. פרוטוקול זה מציג שיטת הכשרה חסכונית המקטינה את ההכשרה בסביבת ה-MRI, שיכולה להיות יקרה ולמקסם את מאגר הנושאים הזמין עבור MRI תפקודי כלבים.

Abstract

אנו מציגים נוהל כלבי תהודה מגנטית הדמיה (fMRI) פרוטוקול הדרכה ניתן לעשות באופן חסכוני, עם כלבים אנרגיה גבוהה, לרכישת נתונים פונקציונליים ומבניים. שיטה זו של הכשרת כלבים להתעורר, fMRI מעצורים מעסיקה הליך הכללה של העברת במקומות שונים כדי להקל על העברת התנהגות הדרך לסביבת MRI האמיתי של הסריקה; היא עושה זאת ללא צורך בזמן הכשרה נרחב בסביבת סריקת MRI, אשר יכול להיות יקר. יתר על כן, שיטה זו מפצלת את ההכשרה של שאיפה (כלומר, הסנטר מנוחה) התנהגות מפני הפחתת רגישות לסביבת ה-MRI (כלומר, 100 + לסרוק אודיו), האחרון הושלם במהלך הפעלות ייעודי חשיפה שמיעתי התניה. פרוטוקול ההכשרה והבדיקות המלא הנדרש 14 שעות והביא להעברה מיידית למיקומים החדשניים. כמו כן, אנו מציגים דוגמאות לנתוני כלבים fMRI שנרכשו מעיבוד פנים ויזואלי ותפיסות אפליה של הריח.

Introduction

דימות תהודה מגנטית (MRI) שנערך על כלבים מתחת לראש הערה הוא שיטה חדשה, יצירת דרך רעננה כדי לבחון את התפקוד ואת המבנה במוח הכלב. הדיווחים הראשונים שפורסמו MR רכישת תמונה מתוך כלבים ערים מתחת לגיל העשרה פורסמו בשנת 2009 (מבניים) ו 2012 (פונקציונלי)1,2. ישנם מספר יתרונות של דימות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) עבור לימוד תפקוד המוח בכלבים הערים לא מעצורים. ראשית, איסוף הנתונים דומה לזה של בני אדם, ולכן יותר להכליל בקלות על פני מינים3. , שנית, אין צורך בהרדמה. וביטול תופעות לוואי לא רצויות שלישית, פעילות המוח משתנה על ידי הרדמה ולכן פונקציה קוגניטיבית ניתן להעריך טוב יותר ללא הרדמה4. הרביעי, בעוד נוזלי/מחסור במזון וריסון פיסי מאפשרים לחוקרים לחקור בעלי חיים לא מסומם (למשל, מכרסם, העופות, ומודלים פרימטים), בעלי חיים אלה יכולים להיות במצבים קוגניטיביים שונים מאוד מעמיתיהם שאינם מנוצלים וחסר רסן שלהם 3. שלוש.

כרגע, יש חמש מעבדות ברחבי העולם הסורקים כלבים ערים (אטלנטה, ארה ב; אובורן, ארה ב; בודפשט, הונגריה; קוורטארו, מקסיקו; וינה, אוסטריה), ואין שיטה סטנדרטית להכשרת כלבים כדי לעבור במזיד סריקת MRI5,6,7. כל שיטות האימון חולקות את המטרה המשותפת של כלבי ההדרכה להישאר עדיין לפרקי זמן ארוכים, הנחוצים לסריקת מוח איכותית. בעוד כל השיטות פועלות באמצעות עקרונות למידת החיזוק, איך בדיוק הוא מיושם משתנה, ואנחנו עדיין לא יודעים את ההשפעה של שונות זו על התוצאות. לפיכך, אם מתקבלת שיטת הדרכה ממוצעת ומגיעה לשימוש נרחב, היא עלולה להקטין את כמות השונות הבלתי רצויה בנתונים. במאמר זה נתמקד בשיטת ההדרכה לצורך התמקדות בסורק ה-MRI. סריקת MRI היא יקרה, ואת השיטה המוצעת שפיתחנו יש את המטרה של להיות חסכוני ובכך להכליל למאמנים ברחבי העולם ללא גישה סדירה לסורק MRI לאימונים.

השיטה מורכבת משני רכיבים עיקריים: הדרכה ובדיקה. ההכשרה מורכבת משני שלבים. השלב הראשון הוא לאמן את הכלב כדי הסנטר היעד (כלומר, התחנה) בסביבה פתוחה והשלב השני הוא לאמן את הכלב לתחנת MRI מבוים. הפחתת רגישות ל-MRI מתרחשת לאורך כל שלבי ההכשרה, במהלך הפעלות שמיעה שונות ומוקדשות של חשיפה לשמיעה. בדיקות מורכב של MRI מדגם נייד, בחמישה מיקומים בדיקה שונים. השירות של שלב בדיקה זה הוא להכליל את התנהגות הסביבה, הקלה על העברה לסביבת ה-MRI האמיתית. הפרוטוקול הכולל מסוכם באיור 1.

Figure 1
איור 1: ציר זמן של פרוטוקול. ציר הזמן של הפרוטוקול מחולק לשני רכיבים, הדרכה ובדיקה. ההכשרה מחולקת עוד לשני שלבים, סביבה פתוחה ו-MRI מבוים. הפעלות הפרדה בין חשיפה לשמיעה מתרחשות גם במהלך אימון. בדיקות מורכב של הסטונים ב-MRI מבוים נייד, בחמישה מיקומי העברה שונים (T1-T5). ברגע שהכלב כינה את התנהגותו לקריטריון בחמישה מיקומי העברה נפרדים, הכלב מוכן לאיסוף נתונים בסביבת ה-MRI האמיתית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

בהתאם לשלב, אימונים ובדיקות לוקח 25 כדי 75 דקות בשבוע, לכל כלב: 1 10-דקה הפעלה השמיעה ושניים או יותר 5 עד 30 דקות הפעלות. הפרוטוקול הזה יכול להסתיים. בעוד 25 שבועות במהלך בדיקות העברה, כלבים לבצע התקפי מספר 5 דקות ללא תנועה למטה/להישאר הסנטר לנוח ב-MRI מבוים נייד (נשא, גלי רדיו 90 + dB, מרווח האוזן) בחמישה מיקומים שונים. הפעלות העברה מתרחשות פעם בשבוע עבור 30-60 דקות, במשך חמישה שבועות רצופים. במהלך בדיקת ה-MRI, כלבים לבצע מספר התקפי התנהגות סופית במהלך הפגישה 60 דקה של רכישת נתונים מבניים ופונקציונלי בסורק MRI אמיתי.

במהלך אימון ובדיקות, משענת הסנטר היא התנהגות של מיקוד. משענת הסנטר היא הכלב נוגע בסנטרו לפני השטח של החפץ לאחר כמה מאות למטרה (כלומר, להניח את סנטרו) על פני השטח הזה. הסימן הזה למטרה יכול להיות פיזי (למשל, מחווה, לפתות), מילולית (למשל, מילה מדוברת "מנוחה"), או אובייקט (למשל, גישה הסנטר לנוח). ביצוע שוטף של התנהגות הסנטר מיקוד הוא קריטי כדי להגביל את התנועה בראש. בפרוטוקול זה, התנהגות משענת הסנטר ממוזגת, מומרת ומוכללת להתרחש בהקשרים מרובים (מנגנוני מנוחה שונים, במיקומים מרובים) עם משך היעד הגובר (עד חמש דקות). בנוסף, התנאים של מאמן ושומר על ביצועים חזקים של התנהגויות למטה ולהישאר, כמו גם שליטה תמריץ טוב על הגרסה השחרור "בסדר," הreinforcer הממוזג האירוע האירועים התנהגותיים "לחץ", ואת להמשיך ללכת האות (ק ג) "טוב" 8. במהלך הפרוטוקול, גירויים ומכשירים מרובים מוצגים בשלבים ספציפיים ובמרווחי זמן ספציפיים. חומרים אלה בקלות והושגו בזול. לפרטים מלאים, ראו רשימת חומרים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

אישור מוסרי לשיטות אלה הושג מתוך הוועדה לטיפול בבעלי חיים מוסדיים של אוניברסיטת אובורן, וכל השיטות בוצעו בהתאם להנחיות ולתקנות שלהם. לחשיפת שמיעה, ההתקדמות במהלך ההפעלות מבוססת על מספר שבוע. לקבלת הפעלות מסוימות, קריטריון ביצועים ספציפי להפעלה (לדוגמה, ממשך של 11 שניות לפחות של התמקדות בסנטר), חייב להיות מתקיים לפני שהמאמן יכול לקדם את הכלב להפעלה הבאה בשלב ההדרכה. אחרת, שלב זה חוזר על עצמו.

1. הפעלות חשיפה לשמיעה

הערה: מפגשים אלה מהווים חשיפה פסיבית ומיזוג קלאסי של תגובה רגשית ממוזגת (CER) לרעשי סורק MRI; רעש הסורק מוקם כגירוי חיזוי הגישה לשחק צעצוע או תגמולים מזון. הפעלות חשיפה מתרחשות פעם בשבוע במשך כ -10 דקות.

  1. חשיפה פסיבית (PE) הפעלות הן מקיף, 40-70 דציבל (dB) חשיפה לרעשים סורק MRI. העבר את הכלב לאזור התעמלות מוכר ואפשר לכלב להסתובב בזמן שהשמעת השמע משמיעה בשקט באמצעי האחסון שצוין באמצעות רמקול Bluetooth נייד (ראה טבלת חומרים). לנהל שלושה PE הפעלות של 10 דקות השמעה של רעש הסורק, פעם בשבוע במשך שלושה שבועות (PE1 40-60 DB, pe2 65 dB, pe3 70 db).
  2. הפעלות חשיפה פעילה (AE) משתמשות בפרדיגמה סטנדרטית של מיזוג קלאסי ומתבצעות לאחר שלוש הפעלות PE. להעביר את הכלב לחדר אימונים מוכר ולעבור עשרה מבחנים של הליך המיזוג הקלאסי הקצר (ראה איור 2).
    1. הפעל שמע בסריקה באמצעי האחסון שצוין עבור 10 s.
    2. לאחר 10 s חלפו, לעסוק 20 s צעצוע לשחק (או תגמול מזון רציף) עם הכלב בעוד רעש הסורק עדיין נשמע.
    3. לאחר 20 s של משחק, לאחזר את הצעצוע מהכלב ולהשהות את הרעש. חכו עם הכלב (בדממה, כלב ללא צעצוע/מזון) עבור 10 s.
    4. , אחרי העיכוב הזה. תתחיל את המשפט הבא . לנהל עשרה מבחנים בכל הפעלה
    5. היקף האחסון גדל בהדרגה על-פני הפעלות. לנהל הפעלה AE פעם בשבוע עבור שנים עשר שבועות (AE1 45 DB, ae2 50 dB, ae3 55 db, ae4 60 db, ae5 65 dB, AE6 70 DB, ae7 75 db, ae8 80 db, ae9 85 db) , AE10 90 DB, ae11 100 db, Ae12 > 100 dB).

Figure 2
איור 2: חשיפה פעילה. חשיפה פעילה (AE) היא הליך מיזוג קלאסי לעיכוב קצר. 10 s CS (כלומר, לסרוק אודיו שהוצגו על ידי עצמו), 20 s CS + US (כלומר, הכדור ולסרוק אודיו הציג יחד), 10 השהיה (אין כדור, אין אודיו סריקה). , אחרי העיכוב הזה. המשפט מתחיל מחדש קיימים עשרה מבחנים בכל הפעלה, עם הגדלת נפח מצטבר על הפעלות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

הערה: לאסוף את האודיו הבאים: סורק ה-MRI בסיסי, shim, לוקליזציה (סקאוט), MPRAGE, מגרש, השדה, אפינפרין, Multiband הקלטה, DTI, ולפתור DTI, באמצעות, למשל, יישום הקלטת שמע של הטלפון החכם דרך הדלת הפתוחה של 3T-MRI suite במהלך סריקות קבע את רמת העוצמה של השמעת שמע במהלך הפעלות הדרכה באמצעות יישום טלפון מונה דציבל.

2. הסטמים מפגשים

הערה: הפעלות אלה מחולקות לשני שלבים: סביבה פתוחה ו-MRI מבוים. לאחר שיעד הסנטר-אל-אובייקט נלמד, המשכים מוגברים בלוח הזמנים של האחוזון של 10% הגדלה. כאשר אלמנטים חדשים ופיסות ציוד מתווספים לתוך הקשר האימון, קריטריונים מסוימים של ההתנהגות (למשל, משך) הם רגועים באופן זמני:
1) במהלך המפגשים, המאמן מאמן הרכבת התנהגות של מגע האף למגבת מקופלת ולאחר מכן משענת סנטר על מגבת מקופלת. התנהגות משענת הסנטר מוכללת להתרחש בשאר הסנטר קצף ובהדרגה בנוי למשך 5 דקות התקף.
2) התנהגויות בו, עמידות למטה והמשך להישאר בנויים ומתוחזקים.
3) התנהגויות אלה ממוזגות אז להתרחש במרחב סגור (כלומר, מנהרה) ובגובה של 3.
4) הכלב הינו מועד למתחם הראשי (מבוים על סליל RF הגפיים האנושיים).
5) מרווח האוזן, והשמע הסריקה (re) מוצג בהקשר של התנהגות הפעולה.
הכלב יהיה בסופו של דבר מסוגל לבצע מנוחה סנטר חזק עם הראש והגוף מוקף 3 ' העלאת, עם ריפוד האוזן ולסרוק אודיו לשחק ב 90 + דציבל (dB), עבור לפחות 5 דקות הקרבות. בחיזוק-חלק מהכלבים מונעים יותר ממזון, ואילו אחרים מונעים על ידי משחק או שבחים9. בתוך "לחץ-אז-לטפל" (C/T), T לא בהכרח אומר פינוקים מזון, במקום זה מתייחס להליך התגמול, מה שיכול להיות עבור הכלב המסוים הזה בשלב המסוים הזה בדרכה. למרות התגמולים מזון להלוות את עצמם לשיעורים גבוהים והחזרות סטילר של התנהגות, מה הכלב מעדיף יכול לשמש בתחילה, גם אם זה משחק בהילוך גבוה (למשל, כדור, משיכה). כמו התנהגות היעד הסנטר הופך גמיש יותר נגד הסחת דעת ומשך, מעבר לשימוש תגמולים מזון. בסופו של דבר, משחק צעצוע יכול להישמר לתקופות ארוכות או משורשרים של ביצועי משענת הסנטר.

  1. שלב 1-סביבה פתוחה
    1. טעון את השלט בניית קשר בין ' טיק-toc ' של השלט לבין הגמול העיקרי של הכלב (למשל, מזון) תוך לכידת תשומת לב. ניהול חזרות מהירות של אירועי C/T לתשומת לב (כיוון הגוף לכיוון ו/או קשר עין); לזרוק את הפינוקים כדי לאפס את מיקומו של הכלב. . תנהל את הפגישה הזו פעם אחת
      הערה: הפעלה זו אורכת בדרך כלל לא יותר מ-3 דקות. זה יכול להיות ארוך יותר או חוזר אם מאמן אינו רואה סימנים כי השלט הוא הוקם כreinforcer ממוזג כלפי מאמן ופליטה של התנהגויות מחפש גמול על שמיעת לחץ הם סימנים טובים כי השלט הוא הופך לאות משמעותי לכלב.
    2. ללכוד יעד הסנטר למגבת. כאשר הכלב עומד, יושב, או למטה, C/T להסתכל, ואז לחקור (כלומר, לרחרח) את המגבת. ברגע שזה מתרחש באופן אמין, C/T עבור כל אף למגבת, ולאחר מכן הסנטר למגבת קשר. בניית משך איש קשר מגבת ל -2.
      1. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יהיה מכוון לשני שלבים; כל הפעלה אמורה להימשך כ-5 דקות.
        הערה: אם הכלב נאבק בשלב זה, מאמן רשאי (א) לשפשף לטפל על המגבת כדי לקבל את ההתנהגות החלה דרך ריח מזון לפתות ו/או (ב) ללמד את הכלב מטרה האף (אף-אל-כף), אז יעד הסנטר (הסנטר-לדקל), ולאחר מכן לסמן את ה
    3. היעד צ'ין-to-מגבת עם משך זמן קצר ותוספת של האות. עם הכלב עומד, יושב, או למטה, C/T עבור 1-2 s של מגע הסנטר אל המגבת. אמור "לנוח" בעוד הכלב נוגע או עומד לגעת במגבת. לאחר חזרות רבות של 1-2 s התקפי, C/T אחרי 3, ואז 4, ואז 5, אז 7 s.
      1. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יוכל להתמקד במטרה של 7 s; כל הפעלה אמורה להימשך כ-5 דקות.
        הערה: לשנות את אורכי הקרב של כל משענת הסנטר כך החזרה הבאה לא תמיד ארוך יותר מאשר חזרה הקודם (כלומר, 1 ", 1", 3 ", 1", 5 ", 2", 6 ", 4", 1 ", 2", 7 ", במקום," 1 ", 1", 1 ", 1", 2 ", 2", 3 ", 4", 5 "," 6 " , 7 ").
    4. משענת הסנטר על מגבת במורד ותוספת של הסחת דעת. עם הכלב במורד, האות "מנוחה" ו-C/T עבור 1-5 s של מגע הסנטר למגבת. הוסיפו בהדרגה הסחות דעת חזותיות ואקוסטיות בצורה של המאמן הזזת ידיה ורגליה (למשל, להקיש על הקרקע, לנדנד אצבעות, לערבב ברגל, וכו '). בניית הסנטר לתוך מגבת המגע משך 11 s. הקפיצות יכול להיות 1 "-5", 6 " -7", 8 ", 9-10", 11 "+.
      1. חזור על הפעלה זו עד שהכלב ימקד את היעד ל -11. כל הפעלה אמורה להימשך כ-5 דקות.
    5. משענת הסנטר על מגבת עם מרחק. עם הכלב במורד לצד מגבת מקופלת או ערימה של מגבות מקופלים, cue "מנוחה" ו-C/T עבור 1-3 s של מגע הסנטר למגבת. העמד את ההתנהגות בהדרגה רחוק יותר (כלומר, יושב על הקרקע, כורע ברך, עומד). בניית הסנטר למגבת הקשר משך 16 s. המרווחים יכול להיות 1 " -3", 4 "-8", 9 "-11", 12 "-14", ולאחר מכן 16 "+.
      1. חזור על הפעלה זו עד שהכלב ימקד את היעד למשך 16 ס לפחות; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל-10 דקות.
    6. משענת הסנטר על מגבת עם משך ומרחק גוברת. עם הכלב במורד לצד מגבת מקופלת או ערימה של מגבות מקופלים, cue "מנוחה" ו-C/T עבור 1-11 s של מגע הסנטר. בניית ממשך המגע של הסנטר למגבת עד 26 הדרגות יכול להיות 1 " -11", 12 "-16", 17 "-19", 21-23 ", 26" +.
      1. חזור על הפעלה זו עד שהכלב ימקד את היעד למשך 26 שנות לפחות; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל-10 דקות.
    7. הצגת מנוחת סנטר קצף. C/T עבור כל חקירה (כלומר, לרחרח, קרוב, התמצאות לכיוון) של המנגנון משענת הסנטר קצף. לאחר כמה חקירות מחוזק של המנגנון, האות "מנוחה" ו-C/T עבור 1-10 s של מגע הסנטר. בניית משך 40 s. ההפרשים יכול להיות מנוחה הסנטר 1 "-10", 11 "-21", 23 "-31", 40 "+.
      1. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יהיה מטרה לפחות 40 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
        הערה: לבנות את המכשיר קצף התגלגל מנגנון הסנטר כדי להתאים את הזמם של כל כלב; עבור כלב בגודל לברדור, להפוך את הסנטר קצף לנוח מדידה 6 "רחב עם 4" רחב על ידי 2.5 "חריץ עמוק מחוץ לאמצע. חומר זה בטוח לקחת לסביבה MRI.
    8. הסנטר מנוחה משענת סנטר מוקצף עם הסחת דעת גוברת ומשך. עם הכלב במורד ליד משענת הסנטר קצף, האות "מנוחה" ו-C/T עבור 1 "-23" של מגע הסנטר. הוסיפו בהדרגה הסחות דעת חזותיות ואקוסטיות. לבנות משך 73 s, עם ובלי הסחת דעת. הקפיצות יכול להיות 1 "-23", 26 "-31", 34 "-45", 50 "-60", ו-73 "+.
      1. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יהיה מטרה לפחות 73 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
  2. שלב 2-MRI מבוים.
    הערה: כדי להרכיב את ה-MRI מבוים נייח, לקמפל מנהרה (ה-MRI שנשא, 70 ס מ בקוטר בטון קרטון לחתוך לאורך של שישה מטרים ומוגבה על שולחן בגובה שלושה מטר מתקפלים), פלטפורמה דיקט, מכשיר אקריליק מדמה תדר (RF) מקלט סליל , מכשיר משענת הסנטר קצף, ומערכת רמקול (ראהרשימת חומרים). ייצוב המודל על השולחן עם שני דיקט מסולסלים. רפידות מאגר מוספית המוצמדת לפנים של סליל RF מבוים כדי לספק ריפוד נגד הכלבים ' אוזניים וייצוב גולגולתי נוסף/מיקום משוב.
    1. להציג ולהתעלות עם משך מופחת. לנהל את המפגש הראשון כולו עם המודל משעמם על הקרקע. לסמן את הכלב כדי להיכנס למנהרה ולשכב על הרציף, C/T. Cue את הכלב "מנוחה" ו-C/T עבור כל משך של מיקוד הסנטר לנוח הסנטר קצף בתוך משעמם על הקרקע.
      1. לנהל את המפגשים הבאים עם המודל נשא מוגבה 3 '. להזמין את הכלב לקפוץ או להרים את הכלב לתוך משעמם, C/T.
      2. . סמן לכלב לשכב, סי-טי
      3. לסמן את הכלב "מנוחה" ו-C/T עבור 1-12 s של קשר הסנטר לנוח הסנטר קצף בתוך משעמם.
      4. חזור על הפעלה זו עד שהכלב ימקד את היעד למשך 16 ס לפחות; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15.
    2. משענת סנטר מוגבה עם משך הולך וגובר. להזמין את הכלב לקפוץ או להרים את הכלב לתוך המודל משעמם. . סמן לכלב לשכב, סי-טי
      1. לסמן את הכלב "מנוחה" ו-C/T עבור 1-12 s של הסנטר מיקוד לנוח הסנטר קצף בתוך משעמם.
      2. בניית משך כדי 60 ss. במרווחים יכול להיות 1 "-12", 16 "-23", 26 "-45", 60 "+.
      3. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יהיה מטרה לפחות 60 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
    3. להציג סליל גלי רדיו (RF) ללא העלאת אורך ומופחתת. בזמן שישבו על הקרקע ליד סליל RF מבוים ומנוחה הסנטר קצף, C/T הכלב עבור כל חקירה (כלומר, לרחרח, קרוב הקרבה, התמצאות לכיוון) של המנגנון.
      1. לסמן את הכלב "לנוח" ולהשתמש במגע האף או מזון פיתוי להנחות את ראשו של הכלב לתוך ודרך סליל RF מבוים על משענת הסנטר קצף ו-C/T עבור 1-5 s של מגע הסנטר.
      2. לבנות משך 30 s. המרווחים יכול להיות מנוחה הסנטר 1 "-5", 6 "-12", 16 "-26", 30 "+.
      3. חזור על הפעלה זו עד הכלב יהיה לסנטר היעד דרך סליל RF מבוים עבור 30 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
    4. משענת סנטר גבוהה. בסליל רדיו מבוים עם סליל RF מבוים משענת הסנטר קצף בתוך המודל משעמם, להזמין את הכלב לקפוץ או להרים את הכלב לתוך משעמם.
      1. סמן את הכלב לשכב ו "מנוחה", ו-C/T עבור 1-5 s של מגע הסנטר.
      2. בניית משך 50 s. המרווחים יכול להיות 1 "-5", 6 "-12", 16 "-26", 28 "-37", 50 "+.
      3. חזור על הפעלה זו עד הכלב יהיה הסנטר היעד הסנטר קצף מנוחה דרך סליל RF מבוים ב הגבוהות מנשא עבור 50 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
    5. מנוחה סנטר מוגבה בסליל RF מבוים עם הסחת דעת גוברת ומשך. עם סליל RF מבוים משענת הסנטר קצף בתוך המודל משעמם, להזמין את הכלב לקפוץ או להרים את הכלב לתוך משעמם.
      1. סמן את הכלב לשכב ו "מנוחה", ו-C/T עבור 1-12 s של מגע הסנטר.
      2. הוסיפו בהדרגה הסחות דעת חזותיות ואקוסטיות. בניית משך 100 s (1 ' 40) עם וללא הסחת דעת.
      3. הקפיצות יכול להיות 1 "-12", 16 "-37", 41 "-60", 66 "-88" (1 ' 6-1 "28"), 100 "+ (1 ' 40" +).
      4. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יוכל להתמקד ב100 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
    6. להציג ריפוד האוזן, משך בתחילה מופחת. הרם או הזמן את הכלב כדי לקפוץ לתוך השעמום, הסימן "למטה", ללבוש אותו עם ריפוד האוזן, ו-C/T לכל משך הסבילות על ריפוד האוזן ללא תנועה מוגזמת.
      1. האות "מנוחה", ו-C/T עבור 1-5 s של מגע הסנטר. לבנות משך עד 60 s. במרווחים יכול להיות 1 "-5", 6 "-26", 28 "45", 60 "+.
      2. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יהיה מטרה בסנטר מנשא עם ריפוד האוזן עבור 60 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
    7. משענת סנטר מוגבה בסליל RF מבוים עם ריפוד האוזן והגדלת משך והסחת דעת. להרים או להזמין את הכלב לקפוץ לתוך משעמם, cue "למטה" ו "מנוחה", ללבוש אותו עם ריפוד האוזן, ו-C/T עבור 1-12 s של מגע הסנטר.
      1. הוסיפו בהדרגה הסחות דעת חזותיות ואקוסטיות. בניית משך 107 s. במרווחים יכול להיות 1 "-12", 16 "-37", 41 "-60", 66 "-88", 107 "+.
      2. חזור על הפעלה זו עד שהכלב יהיה מטרה בסנטר מנשא עם ריפוד האוזן עבור 107 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 5 ל -15 דקות.
    8. הצג רעשי סורק. הרם או הזמן את הכלב לקפוץ לתוך השעמום, למטה "למטה" ו "לנוח" וללבוש אותו עם ריפוד האוזן.
      1. הפעל אודיו לסרוק בנפח שמע בקושי בין 0-40 dB ו-C/T עבור 1-12 s של מגע הסנטר.
      2. בניית משך 107 s. במרווחים יכול להיות 1 "-12", 16 "-37", 41 "-60", 66 "-88", 107 "+.
      3. חזור על הפעלה זו עד הכלב יהיה המטרה הסנטר במודל נשא עם ריפוד האוזן ועד 40 dB לסרוק אודיו עבור 107 s; כל הפעלה אמורה להימשך בין 15 ל -30 דקות.
    9. לבנות את משך 2 דקות 30 s עם מרחק גובר. הרם או הזמן את הכלב לקפוץ לתוך השעמום, הסימן "למטה" ו-"לנוח", והכה אותו בריפוד האוזן.
      1. לשחק אודיו סריקה בין 41 ו 70 dB ו-C/T עבור 1-37 s של מגע הסנטר. בהדרגה להוסיף מרחק, נע סביב מבוים, מתוך הראייה ואז חזרה לראות את הכלב.
      2. בניית משך 142 s. במרווחים יכול להיות 1 "-37", 41 "-88", 97 "-107", 117 "-129", 142 "+.
      3. חזור על הפעלה זו עד הכלב יהיה המטרה הסנטר במודל נשא עם ריפוד האוזן ו 41-70 dB לסרוק אודיו עבור 142 s, עם וללא הסחת דעת ומרחק; כל הפעלה אמורה להימשך בין 15 ל -30 דקות.
    10. לבנות משך עד 4 דקות. הרם או הזמן את הכלב לקפוץ לתוך השעמום, הסימן "למטה" ו-"לנוח", והכה אותו בריפוד האוזן.
      1. לשחק אודיו סריקה בין 60 ו 90 dB ו-C/T עבור 1-107 s של מגע הסנטר.
      2. בניית משך 240 s. ההפרשים יכול להיות 1 "-107", 117 "-142", 156 "-189", 208 "-229", 240 "+.
      3. חזור על הפעלה זו עד הכלב יהיה המטרה הסנטר במודל נשא עם ריפוד האוזן ו 60-90 dB לסרוק אודיו עבור 240 s, עם וללא הסחת דעת ומרחק; כל הפעלה אמורה להימשך בין 15 ל -30 דקות.
    11. לבנות משך עד 5 דקות. הרם או הזמן את הכלב לקפוץ לתוך השעמום, למטה "למטה" ו "לנוח" וללבוש אותו עם ריפוד האוזן.
      1. לשחק אודיו סריקה בין 80 ו 110 dB ו-C/T עבור 1-120 s של מגע הסנטר.
      2. לבנות משך 300 s. במרווחים יכול להיות 1 "-120", 129 "-189", 208 "-229", 252 "-277", 300 "+.
      3. חזור על הפעלה זו עד הכלב יהיה המטרה הסנטר במודל נשא עם ריפוד האוזן ו 80-110 dB לסרוק אודיו עבור 300 s, עם וללא הסחת דעת ומרחק; כל הפעלה אמורה להימשך בין 15 ל -30 דקות.

3. העברה

הערה: 1) לאחר שהגיע הקריטריון הסופי של התנהגות ברורה במיקום האימונים MRI מבוים (5 דקות למטה-שהייה ומנוחה הסנטר מבוים ומבוים סליל RF תוך לבישת ריפוד האוזן, עם רעש הסורק משחק ב 80-110 dB), הכלב עובר חמישה מיקום ברור העברה (הכללה) הפעלות. במהלך העברת המפגשים הללו מעבירים תחנות הכלב לקריטריונים שלעיל במספר מיקומים מקורים וחיצוניים, הייחודיים ככל האפשר, עם מראות שונים, צלילים ודרגות של הסחת דעת חברתית על פני הגדרות (למשל, שדה עשב מבודד, שקט הבניין האקדמי מסדרון, לובי הבניין האקדמי עסוק, תחנת האוטובוס צפוף, הטיהור מים חזק צמח)8.

  1. כדי להרכיב את ה-MRI מבוים נייד המשמש להעברה, לקמפל מנהרה (מנהרת הרגולציה היציבה, התייצב עם שקי חול), פלטפורמת דיקט, מכשיר אקרילי לדמה מקלט RF, מנגנון הסנטר קצף משענת, ומערכת רמקול נייד (ראה טבלה חומרים). רפידות מאגר מוספית המוצמדת לפנים של סליל RF מבוים כדי לספק ריפוד נגד הכלבים ' אוזניים וייצוב גולגולתי נוסף/מיקום משוב.
  2. לעמוד או לשבת ליד (נייד) מבוים עם סליל RF מבוים ומנוחה הסנטר בפנים. מחווה את הכלב להיכנס השעמום, האות "למטה" ו "לנוח", וללבוש אותו עם ריפוד האוזן.
  3. הפעל אודיו לסרוק ב 80-110 dB ו-C/T עבור 1-30 s של השהייה במיקום החדש.
  4. לאחר מכן, בדיקה למשך תקופת קריטריון (לחזק 5 דקות או כאשר הכלב מתפרק).
  5. לנהל התקפי חוזרות של 1-5 דקות הסנטר מנוחה לנוח עבור 30-60 דקות.
  6. לנהל הפעלה אחת 30-60 דקות בכל מיקום. ברגע שהכלב כינה את התנהגותו לקריטריון בחמישה מיקומי העברה נפרדים, הכלב מוכן לאיסוף נתונים בסביבת ה-MRI האמיתית.

4. MRI

  1. הפעלת איסוף נתונים של MRI נמשכת בין 30 ל-60-min. התחל את איסוף הנתונים באמצעות מאתר לוקליזציה, ואחריו רכישה של תמונות אנטומיות ברזולוציה גבוהה כדי לשמש כהפניית מרשם באמצעות הדרגה המהירה המוכנה של מגנטיזציה תלת-ממדית ברצף הדהוד. בעקבות הסריקה האנטומית, בצע את סריקות הדמיה מגנטית תפקודית (למשל, גירוי מצגת ומצב מנוחה). פרוטוקול ה-MRI הזה מייצג דוגמאות מעבודה קודמת והוא רק מרמז (ראה Jia ואח '4 ו-תומפסון ואח '10 לביצוע הפרוטוקול).
    1. תן את הכלבים כ 1 דקות הפסקות עם הגמול שלהם מחוץ לסורק בין סריקות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

מספר החזרות הממוצע של כל רמת הפעלה מופיע בטבלה 1. פרוטוקול ההכשרה והבדיקה המלאה הדרושים 14 h (M = 13.55 h, טווח 12-16 h) וכללה 90 הפעלות (טווח 87-93 הפעלות). האימון הסביבה הפתוחה נמשכה 4.38 h (טווח 3-5 h), ללעוג הכשרה MRI נמשך 5.4 h (טווח 4.2-6.5 h), והעברה היתה 2.5 h מחולק לפגישות של 5 30 דקות. הפעלות תחזוקה ברמה 19 נערכו במהלך ההעברה ומשתקפים בזמן ההכשרה המלא שלעיל.

רמת הפעלה קריטריונים משך חזרות הפעלה (M, SE)
סביבה פתוחה 1. הטען את השלט בניית קשר בין ' טיק-toc ' של השלט לבין הגמול העיקרי של הכלב (למשל, מזון) תוך כדי שימת לב. 3 דקות 1, 0
2. ללכוד יעד הסנטר למגבת לבנות מגע מתוך הסנטר למגבת 2 + שניות. * 5 דקות 3.75, 75
3. מטרת צ'ין-to-מגבת עם משך זמן קצר ותוספת ורמז . מגע צ'ין במשך 7 + שניות * 5 דקות 8.25, 2.8
4. מנוחה צ'ין על מגבת במורד והוספת הסחת דעת הסנטר מתקשר 11 + שניות, עם ובלי הסחת דעת. 5-10 דקות 2.75, .25
5. משענת צ'ין על מגבת במרחק הסנטר קשר במשך 16 + שניות, ממרחק בהדרגה רחוק יותר (כלומר, יושב על הקרקע, כורע ברך, עומד). 5-10 דקות 3.5, 87
6. סנטר לנוח על מגבת עם משך הולך ומרחק . מגע צ'ין במשך 26 שניות 5-10 דקות 5.5, 1.5
7. מציגים משענת הסנטר קצף, המשך בהתחלה מופחת צ'ין ליצור קשר עם משענת הסנטר קצף עבור 40 + שניות. 5-15 דקות 4.75, 75
8. מנוחה צ'ין קצף סנטר משענת עם משך הולך והסחת דעת צור קשר עם צ'ין. במשך 73 שניות 5-15 דקות 6, 1.2
MRI מבוים 9. הצג והעלאת הגובה עם משך מופחת הסנטר ליצור קשר משעמם על שולחן 16 + שניות. ** 5-15 דקות 2.5, 5
10. משענת סנטר מוגבה עם משך הולך וגובר הסנטר ליצור קשר משעמם על השולחן עבור 60 + שניות. 5-15 דקות 3, 0
11. הצגת סליל גלי רדיו (RF) ללא העלאת העלאה ומשך מופחת סנטר קשר בסליל RF על הקרקע במשך 30 + שניות. 5-15 דקות 2.75, .25
12. משענת סנטר מוגבה בסליל RF מבוים הסנטר קשר לנוח הסנטר קצף דרך סליל RF מבוים ב מוגבה מנשא עבור 50 + שניות. 5-15 דקות 2, 0
13. מנוחה סנטר מוגבה בסליל RF מבוים עם הסחת דעת גוברת ומשך ליצור קשר עם צ'ין במשך 100 + שניות, עם ובלי הסחת דעת. 5-15 דקות 2.5, 29
14. להציג ריפוד האוזן, משך מופחת בתחילה צ'ין ליצור קשר עם מבוים והסליל RF (MRI מבוים) עם ריפוד האוזן עבור 60 + שניות. 5-15 דקות 3,. 41
15. מנוחה סנטר מוגבה בסליל RF מבוים עם ריפוד האוזן והגדלת משך הסחת דעת הסנטר קשר במשך 107 שניות, עם ובלי הסחות דעת. 5-15 דקות 2.5, 29
16. הצגת רעש הסורק צ'ין איש קשר ב-MRI מבוים עם ריפוד האוזן ועד 40 dB לסרוק אודיו עבור 107 + שניות. 10-30 דקות 2.5, 5
17. בניית משך 2 דקות 30 שניות עם מרחק גובר צ'ין איש קשר ב-MRI מבוים עם ריפוד האוזן ו 41-70 dB לסרוק אודיו עבור 142 + שניות, עם וללא הסחת דעת ומרחק. 10-30 דקות 2.5, 5
18. בניית משך 4 דקות צ'ין איש קשר ב-MRI מבוים עם ריפוד האוזן ו 60-90 dB לסרוק אודיו עבור 240 + שניות, עם וללא הסחת דעת ומרחק. 10-30 דקות 2.75, 75
19. בניית משך 5 דקות צ'ין איש קשר ב-MRI מבוים עם ריפוד האוזן ו 80-110 dB לסרוק אודיו עבור 300 + שניות, עם ובלי הסחת דעת ומרחק. 10-30 דקות 10, 1.8
עברת 20. Five העברת מיקום ברורים (הכללה) הפעלות במהלך העברת הפעלות אלה תחנות הכלבים לקריטריונים הנ ל בכמה מיקומים מקורים וחיצוניים, כי הם ייחודיים ככל האפשר, עם מראות שונים, צלילים, ודרגות של הסחת דעת חברתית על פני הגדרות. 30 דקות 5, 0
כל התנהגות סופית (עם) הכלב מבצע משענת הסנטר עם הראש והגוף מוקף 3 ' גובה, עם ריפוד האוזן ולסרוק אודיו לשחק ב 90 + dB, לפחות חמש דקות. 12-16 h (M = 13.55, SE = 0.94) 87-93 הפעלות (M = 90, SE = 1.5)

טבלה 1: רמות הפעלה. * ראה הערה בכתב יד. * * לנהל את המפגש הראשון עם מבוים על הקרקע.

הכשרת הדרכות ובדיקות
איור 3 מציג את משך הזמן המרבי של ארבעה כלבים שהוכשרו בפרוטוקול עבור שלושת ההפעלות האחרונות בסיום ההכשרה ומיקומי ההדרכה השונים. הביצועים היו יציבים בסוף האימונים, F(2, 6) < 1, ומעל 5 דקות (M = 311 שניות, SEM = 1.9). כל הכלבים הועברו למיקומים אימון מבוים עם משך זמן מירבי המקבילה הדרכה, F(1, 3) < 1. שלושה מהכלבים הועברו לסורק ה-MRI והפגינו התקפי חוזרות של משך המקסימום האפשרי (206 s). לכלב היחיד שלא הועבר לסורק ה-MRI היה ראש גדול יותר מאשר הכלבים האחרים והוא לא יכול היה להשתלב בנוחות בתוך הסליל. חוסר נוחות זה הוביל את הכלב לא מרצון להשתתף בסריקות.

Figure 3
איור 3: משך הזמן המירבי של ארבעה כלבים שהוכשרו בפרוטוקול עבור שלושת המפגשים האחרונים בסיום ההכשרה ומיקומי ההדרכה השונים. כל הכלבים הועברו למקומות אימונים מבוים ושלושה כלבים שהועברו לסורק ה-MRI הממחיש את משך הזמן המקסימלי האפשרי (206 s). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

FMRI ייצוגית מונעת סריקות מונחות
בסריקות אלו, גירויים חזותיים או ריחות הוצגו בפני הכלב כאשר הכלב נשאר דומם. גירויים חזותיים הוקרן על מסך הממוקם בתוך מנשא של הסורק. כל סריקה נמשכה 140 s והכילה 12 תמונות שונות (למשל, פרצופים אנושיים וכלבים). גירוי הוצג עבור 5 s ואחריו משתנה 3-11 s מרווח גירוי מחודש (ראה איור 4 לתיאור חזותי ו-תומפסון ומטוקינס et al. 2018 לפרטים נוספים)10.

Figure 4
איור 4: גירויים חזותיים. הפאנל העליון מציג לדוגמה הפעלת פרצופים של כלבים. הפאנל התחתון מראה הפעלת דוגמה של פרצופים אנושיים. גירויים בפנים הוצגו עבור 5 s, עם 3-11 s מרווחי זמן בין גירוי. שנים עשר גירויים בפנים הוצגו בכל לרוץ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

בדיקה אטבותית
כדי לקבוע אם כלבים היו נוכחים בגירויים החזותיים, הרטרים עצמאיים צפו בקטעי וידאו של עיני הכלבים בתוך מנשא סורק ה-MRI המסונכרן עם הצגת גירוי. בהסתמך על השאלה אם עיניו של הכלבים היו פתוחות והאישונים שלהם נראו גלויים, הרמרים הקצו ניקוד מתאים לכל גירוי (איור 5). נתונים fMRI שימשו רק כאשר היה הסכם בין-משוכלל מושלם.

Figure 5
איור 5: בדיקה אטבותית. כדי להבטיח שכל כלב הסתכל על כל גירוי שהוצג במהלך סריקת, הגירוי מסונכרן וידאו של העין של הכלב בתוך הסורק נותחו על ידי שני מרצרים אד הוק; עבור כל ניסוי, אם עינו של הכלב הייתה פתוחה באופן בלתי-גלוי, הייתה הזכות לציון "כן", ואם עינו של הכלב נסגרה, היתה הזכות לציון התוצאה של "no." fMRI נתונים שימשו רק כאשר היה הסכם בין-מסודר מושלם. הדמות הזאת שונתה מ-תומפסון ו-al.10נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

עיבוד פנים לכלב ולאדם
איור 6 מראה אזורים סמוכים אך שונים של קליפת המוח במוח הכלב פעילים לעיבוד כלבים ופרצופים אנושיים. אזורים ירוקים מייצגים אזורים של המוח פעיל יותר עבור פרצופים אנושיים בניגוד עם פרצופים כלבים (p < 0.05, רוזוולט (שיעור גילוי שווא תוקן)). האזורים האדומים מייצגים אזורים במוח הפעילים יותר בפני כלבים בניגוד לפרצופים אנושיים (p < 0.05, רוזוולט).

Figure 6
איור 6: תוצאות הפנים של האדם והכלב ניגודים. אזורים בירוק מייצגים אזורים הפעילים באופן משמעותי יותר במהלך העיבוד של הפנים האנושיות לעומת פנים הכלב (כלומר, אזור הפנים האנושי, HFA). אזורים באדום מייצגים אזורים הפעילים באופן משמעותי יותר במהלך העיבוד של פרצופים כלבים לעומת פרצופים אנושיים (כלומר, אזור הפנים של הכלב, DFA). הדמות הזאת שונתה מ-תומפסון ו-al.10נא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

גירוי ריח
גירוי ריח הועברו דרך אופטומטר (איור 7); גבוהה (0.16 mM) ו נמוך (0.016 מ"מ) ריכוזים של אואואנט אתיל בוטיציה שימשו לחקור אפנון פרמטרית של אזורי הריח על ידי ריכוז אואואנטה. כל סריקה נמשכה 200 s והוא הכיל 5 בלוקים של גירוי 10 s מאואואנטה, כל אחד ואחריו מרווח בין הגירוי של 30 s (ראה איור 8 לתיאור חזותי Jia et al. 2014 לפרטים נוספים)4.

Figure 7
איור 7: מערכת הדמיה של הריח. רכיבי מערכת הדמיה של הכלב מחוץ לחדר ה-MRI מציג המוליך, מיכל האוויר, הקלטת פרמטר הקלטה כף למעלה, צג וידאו, מחשב נייד עם תוכנת VT-8, ואת יציאת הכניסה לחדר MRI. דמות זו השתנתה מ-Jia ואח '4אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 8
איור 8: משלוח אודואנט. משלוח דואואנט נשלט על ידי תוכנת שעון עצר של VT-8 וורנר בעיצוב בלוק fMRI. השורה הראשונה מציגה את רצף המסירה הדואואוטית עם חצים ירוקים המציינים התפרצות גירוי וחצים אדומים המציינים היסט גירוי. השורה השנייה מראה סיווג של אודונט, עם חצים ירוקים המציינים התפרצות של הסיווג אודואנט וחצים אדומים המצביעים על היסט של הסיווג אודואנט. השורה השלישית מציגה את העיצוב בלוק fMRI, התאמת השורה הראשונה, עם "0" ו-"1" המציין "כבוי" ו "ב" התנאים, בהתאמה. דמות זו השתנתה מ-Jia ואח '4אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

החוקרים הועברו גבוה (0.16 mM) ו נמוך (0.016 mM) ריכוזים של פתרון אתיל בוטינים לשישה מיומנים לזיהוי לברדור (לברדורים) בזמן שהוא ער ומורדם. הגידול הפרמטרי בסדר גודל של הפעלה לריכוזים נמוכים וגבוהים של דואונט באזורי הריח (הנורה, האונות הדו הדו-צדדיים, המוח העליון) היה בהתאם לחוק של וובר (משולשת העלייה נתפסת במשך פי עשרה עלייה בריכוז). בנוסף, בעוד נורת הריח, הפריאמיגדלה, קליפת הריח הקדמי, קליפת entorhinal, ואת האונות piriform היו פעילים בשני כלבים הערה ומורדם, אזורים המצערים עיבוד קוגניטיבי גבוה יותר (מעולה, המדיאלי ומסלולית חלקים של קליפת המוח הקדמית) הופעלו בעיקר כלבים ערים (איור 9).

Figure 9
איור 9: מפות הפעלה קבוצתיות עבור כלבים מורדם. שלוש תצוגות אורתוגונאליות מוצגות בכל אחד מעמודי המשנה. Colormap משמש לעוצמת ההפעלה ואת האזורים החשובים מצוינים על ידי חיצים עם תוויות (כולל ה-רוזוולט = 0.05, סף אשכול = 15 voxels באמצעות אלפא-Sim, t-ניגודיות). : הקדמי, P: אחורי, S: מעולה, אני: נחות, L: שמאל, R: ימין. Subfigure (A) מתאים לדואונט ריכוז נמוך (0.016 מ"מ), Subfigure (ב) מתאים לדואונט ריכוז גבוה (0.16 מ"מ), subfigure (C) מתאים לעבד ריח כלב מ, ו-subfigure (D ) מתאים לעיבוד של ריח כלב ער. דמות זו השתנתה מ-Jia ואח '4אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

הפרוטוקול המתואר לעיל מפריד את האימון של התנהגות מנוחה (הסנטר) מפני הפחתת רגישות לסביבת ה-MRI. יתרה מזאת, היא משתמשת בהליך הכללה של הימצאות במספר מיקומים שונים, כדי לסייע בהעברת ההתנהגות המסרקת לסביבת ה-MRI האמיתית. היא עושה זאת ללא צורך בזמן הכשרה נרחב בסביבת סריקת MRI, אשר יכול להיות יקר. בסך הכל, ההכשרה והבדיקות הושלמו ב -14 שעות והביאו להעברה מיידית למקומות החדשניים. למרות שקשה להשוות בין שיטות במעבדות באופן משמעותי בשלב זה, אנו מציגים פרוטוקול הדרכה fMRI כלבים שניתן להשלים באופן חסכוני, עם כלבי אנרגיה גבוהה.

לגבי הכללה של פרוטוקול זה הכשרה למאמנים אחרים, בעוד השתמשנו כלבי הזיהוי של המטרה לאחר מנהרה, פרוטוקול זה צריך לבשר טוב עבור אוכלוסיות כלבים אחרות. כלבי זיהוי הם בדרך כלל מחדש משפט השדה האמריקאי, מבחן האנט, ו-משחק כלבים של המשחק עם אנרגיה גבוהה מיסודה ו "כונן גבוה"11. המונח "כונן", המתייחס למוטיבציה הפנימית של הכלב לעבודה, הוא קשה לפעול ולמדוד, והוא נפוץ בשימוש בו לאפיון כלבים המתאימים ביותר לעבודה בגילוי; תעשיית טובות ובוחרת עבור מודגש, להתרגש, אנרגיה גבוהה כלבים, עם רמות בסיסית גבוהה יותר של עוררות (כלומר, התרגשות, חרדה) מאשר סוגים אחרים של כלבים עבודה וחיות מחמד12. אם כלבים כאלה יכולים להיות מאומנים לתחנה, אוכלוסיות אחרות צריך להיות מוצלח מדי. יתר על כן, הכלבים הצליחו להתאים במגוון רחב של מיקומים, כולל סורק ה-MRI האמיתי. באשר לכלבי המחמד, אם פרוטוקול ההכשרה יכול להצליח, היא שאלה אמפירית. בעיקר, עם הוראה נאותה, כל הצעדים הדרכה ניתן ליישם את הסביבה הביתית עם המודל הנייד משעמם.

אימון השלט, קירוב מחודש ומיזוג קלאסי הן שיטות המשמשות למצב התנהגות במגוון מגוון של מינים, מעכברי מעבדה ועד חיות בר בשבי8. השיטות סלחנים ביחס לטעויות קטנות שנעשו במהלך תהליך ההכשרה (למשל, סימון וחיזוק ההתנהגות הלא נכונה, חוסר עניין בתגמול)13. אותם ממדים שעושים את השיטות סלחנית יותר עבור מורים טירון גם להפוך אותם אוניברסלי יותר ללומדים בעלי חיים; על ידי הגדלת שיעור ההצלחה של כלבים נוספים במאגר הנושא וסוגים נוספים של כלבים (למשל, כלבים מיוחדים לזיהוי האוכלוסייה), ניתן להתחיל להילחם בהטיית בחירה הטבועה בשל הנושא ולהפחית את השחיקה הנתונים. הטיה זו פוגעת בדגימות נסיוניות ונובעת מחוסר יכולת של השיטה להסתגל לשונות הפרט בטמפרמנט ובשליטה לפעילות מוכוונת מכשירים הדורשת רמות גבוהות של סבלנות ושליטה בדחפים, כנדרש ל . לעבור לסריקת אם. אר. איי בהפחתת השחיקה, שיטה זו מספקת תמיכה עבור שניים מתוך שלוש מניות (החלפה, צמצום ועידון) לשיטות העבודה הטובות ביותר של תכנון ניסיוני עם נושאי בעלי חיים14. פחות נושאים נחוצים כאשר פחות ממאגר הנושאים הושגו צפויים לattrite מתוך הכשרה, והפעלות סריקה פחות נדרשות עם פחות מהנתונים שיש לבצע מצונזרים בשל משרעת גבוהה או התנועה התכופה, מ צמצום. ההכשרה מפחיתה את הכאב והמצוקה של הלומד בעל החיים ברכישת משימה זו, עידוןשעשוי להיות ראוי לציון.

חומרי ההכשרה הם בקלות ובזול. מיזוג המונה הקלאסי ורכיבי הכללה של שיטה זו להפחית את המתח ואת החדשנות של סביבת הסורק, ללא צורך במספר שעות אימונים יקר בסביבת סורק שכור. ללא הכשרה בסביבת ה-MRI, מאמן אינו מסוגל לשכפל את השדה המגנטי סטטי בתוך הסורק נשא או גבוה במיוחד/נמוך תדירות פליטת השמע של רצפי הסריקה; מגבלה זו עשויה להיות ממוענת מכיוון שתיאורטית, ממדים אלה מושפפים לתוך מרכיב ' שונות ' מלבצע את ההתנהגות בקביעות מגוונות במהלך ההכשרה.

מגבלה נוספת היא שפרוטוקול זה אינו מיטבי עבור מהירות. התנהגות הדרך יכולה להיות ממוזגת במשך שלוש עשרה שעות של אימונים, אשר במשך שישה חודשים משווה ל כ 80 5 עד 15 דקות הכשרה הפעלות. הגישה מתודולוגי היא "איטית ונכונה", במקום "מהר ולתקן אותו מאוחר יותר". מנטליות של "מהיר ומתקן אותו מאוחר יותר" מובילה לרגישות פוטנציאלית של סביבת הסריקה, והתשה בעקבות הנתונים או נושאים שלמים. במחקר של עיבוד לקסיקלי בכלבים, החוקרים הצליחו לאסוף נתונים בשיעור הצלחה של 80% על הניסיון הראשון של כלב נתון. אם הכלב זקוק לניסיון נוסף, ההצלחה ירדה ל -16%, ורק 4% אם הכלב היה זקוק לניסיון שלישי, והציע שהכלבים האלה הפכו להיות בעלי רגישות נפשית לסביבת הסריקה עם חשיפה חוזרת של15. סביר להניח שהפרוטוקול המתואר לעיל לא יפעל על כל הכלבים, וחלופות מתודולוגיות כוללות שימוש בהתנהגות של אף-אל-מטרה במקום התנהגות משענת הסנטר, יישום של הפעלות אימונים ארוכות יותר והגדלת תדירות ההכשרה פעלות. ניתן היה לקדם את המסך לנושאים מתאימים יותר (למשל, מטרקציה, טמפרמנט, גודל ראש), אם כי הסחר בהטיית הבחירה נמשך, ועוד, הכלבים הקשים ביותר לרכבת עשויים להיות מודל הפתווגיות של עניין: חרדה לא מתאימה, תוקפנות, אוכלוסייה מיוחדת כלבים העבודה (למשל, אלה שנבחרו עבור כונן גבוה/אנרגיה). כדי להשוות בצורה טובה יותר את השיטות של הסתגלות והכשרה לשמירה על MRI, היינו צריכים יותר כלבים ועוד מאמנים. חוזק העבודה שנעשה באוניברסיטת אובורן הוא הגישה של החוקר לאוכלוסיית "כלב האובורן" באמצעות מדעי הביצועים של הכלבים. לכלבי האיתור המשמשים במחקרים אלה יש גנטיקה דומה והיסטוריית הכשרה זהה.

בלתי תלוי בשיטת הכשרה, שיפורים טכנולוגיים מסוימים יכול לשפר את הנאמנות של נתוני ה-MRI הכלביים, כולל עיצוב סליל משופר של שאילתה כדי להקל על הדמיה של אנטומיה הגולגולת כלבים, כמו גם חומרה משופרת רצפים לשקט את הסורק במהלך רכישת נתונים7. ער, fMRI ללא מעצורים סיפק תובנות קוגניטיביות לתוך הנפש כלבים ביחס למידה רב מודאלית, הפונקציה המבצעת, עיבוד גירוי, ועיבוד תגמול6,16,17,18 ,19,20,21,22,23,24,25,26,27 ,30,31. חוקרים השוואתיים וטרנסלטיתיים יכולים לבחון מספר רב של שיטות חישה עם טכניקת ההדמיה. הטכניקה יכולה לשמש לבדיקה של עיבוד מידע באוכלוסיות עבודה מיוחדות (לדוגמה, עיבוד אותות בכלבי שירות ועיבוד של ריח פרמטרי של כלבי הזיהוי)4,28. טכניקות אלה יש שירות translational כשמדובר בקביעת פוטנציאל מבצעי התאמה לתפקיד עבודה; כטכניקה מתכנסת לצד ניתוחים גנטיים והתנהגותיים, מידע שנרכש על ידי מצגת הגירוי של MR יכול ליידע את הבחירה של פנוטיפים לכלב עבודה מתאימים למטרות רבייה.

אסטרטגיות אימון רבות מגיעות מהיונקים הימיים ומאימוני ההכשרה לבעלי חיים בגן החיות, המותאמים מסקינר, להליכי גידול משוערים באמצעות העשרה מבוססי חיזוק ואימון8. הליכים וטרינריים שגרתיים (לקיחת משקל, מסמר חיתוך, דם מצייר), או כל דבר לא נוח או מעורר חרדה, ניתן להקל עם חיזוק על ידי קירוב רצופים בעקבות תוכנית אימונים ייעודי, המודל לאחר האחד . שהוצע כאן לכלבים fMRI הערה, MRI מלא מעצורים אפילו נדונה כבעל השירות הקליני בזכות עצמו עבור כלבים אפילפטי29.

לסיכום, fMRI כלבים הוא בשלבים המתהווה שלה. הצגנו תוכנית הכשרה הומאנית שניתן ליישם בהצלחה באופן חסכוני. העתיד מבטיח להמשך השימוש של "חברו הטוב ביותר של האדם" בהבנה, מערכות יחסים עם המוח כתחום המדעי הקוגניטיבי ממשיך להתפתח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

. למחברים אין מה לגלות

Acknowledgments

אנו אסירי תודה למדעי הביצועים של הכלבים ואוניברסיטת אובורן מחלקות לפסיכולוגיה וחשמל & הנדסת מחשבים. עבודה זו נתמכת על ידי איגוד הכלבים המקצועיים למאמנים.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tóth, L., Gácsi, M., Miklósi, Á, Bogner, P., Repa, I. Awake dog brain magnetic resonance imaging. Journal of Veterinary Behavior. 4 (2), (2009).
  2. Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M. Functional MRI in awake unrestrained dogs. PLoS One. 7 (5), e38027 (2012).
  3. Bunford, N., Andics, A., Kis, A., Miklosi, A., Gacsi, M. Canis familiaris As a Model for Non-Invasive Comparative Neuroscience. Trends in Neurosciences. 40 (7), 438-452 (2017).
  4. Jia, H., et al. Functional MRI of the Olfactory System in Conscious Dogs. Plos One. 9 (1), e86362 (2014).
  5. Thompkins, A. M., Deshpande, G., Waggoner, P., Katz, J. S. Functional Magnetic Resonance Imaging of the Domestic Dog: Research, Methodology, and Conceptual Issues. Comparative Cognition & Behavior Reviews. 11, 63-82 (2016).
  6. Berns, G. S., Cook, P. F. Why Did the Dog Walk Into the MRI? Current Directions in Psychological Science. 25 (5), 363-369 (2016).
  7. Huber, L., Lamm, C. Understanding dog cognition by functional magnetic resonance imaging. Learning & Behavior. 45 (2), 101-102 (2017).
  8. Ramirez, K. Animal training: successful animal management through positive reinforcement. , Shedd Aquarium Chicago. (1999).
  9. Gerencser, L., Bunford, N., Moesta, A., Miklosi, A. Development and validation of the Canine Reward Responsiveness Scale -Examining individual differences in reward responsiveness of the domestic dog. Scientific Reports. 8 (1), 4421 (2018).
  10. Thompkins, A. M., et al. Separate brain areas for processing human and dog faces as revealed by awake fMRI in dogs (Canis familiaris). Learning & Behavior. 46 (4), 561-573 (2018).
  11. Lazarowski, L., et al. Investigation of the Behavioral Characteristics of Dogs Purpose-Bred and Prepared to Perform Vapor Wake® Detection of Person-Borne Explosives. Frontiers in Veterinary Science. 5 (50), (2018).
  12. Lazarowski, L., Waggoner, P., Katz, J. S. The future of detector dog research. Comparative Cognition & Behavior Reviews. 14, 77-80 (2019).
  13. Leidinger, C., Herrmann, F., Thone-Reineke, C., Baumgart, N., Baumgart, J. Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice. Journal of Visualized Experiments. (121), e55415 (2017).
  14. Council, N. R. Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , 8th ed, The National Academies Press. (2011).
  15. Andics, A., Gábor, A., Faragó, T., Szabó, D., Miklósi, Á Neural mechanisms for lexical processing in dogs. Science. 353 (6303), 1030-1032 (2016).
  16. Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M. Scent of the familiar: An fMRI study of canine brain responses to familiar and unfamiliar human and dog odors. Behavioural Processes. 110, 37-46 (2015).
  17. Berns, G. S., Brooks, A., Spivak, M. Replicability and Heterogeneity of Awake Unrestrained Canine fMRI Responses. PLoS One. 8 (12), e81698 (2013).
  18. Cook, P., Prichard, A., Spivak, M., Berns, G. Jealousy in dogs? Evidence from brain imaging. Animal Sentience. 117, 1-15 (2018).
  19. Cook, P. F., Brooks, A., Spivak, M., Berns, G. S. Regional brain activations in awake unrestrained dogs. Journal of Veterinary Behavior-Clinical Applications and Research. 16, 104-112 (2016).
  20. Cook, P. F., Prichard, A., Spivak, M., Berns, G. S. Awake canine fMRI predicts dogs' preference for praise vs food. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 11 (12), 1853-1862 (2016).
  21. Cook, P. F., Spivak, M., Berns, G. Neurobehavioral evidence for individual differences in canine cognitive control: an awake fMRI study. Animal Cognition. 19 (5), 867-878 (2016).
  22. Cook, P. F., Spivak, M., Berns, G. S. One pair of hands is not like another: caudate BOLD response in dogs depends on signal source and canine temperament. PeerJ. 2, e596 (2014).
  23. Dilks, D. D., et al. Awake fMRI reveals a specialized region in dog temporal cortex for face processing. PeerJ. 3, e1115 (2015).
  24. Prichard, A., Chhibber, R., Athanassiades, K., Spivak, M., Berns, G. S. Fast neural learning in dogs: A multimodal sensory fMRI study. Scientific Reports. 8 (1), 14614 (2018).
  25. Prichard, A., Cook, P. F., Spivak, M., Chhibber, R., Berns, G. S. Awake fMRI Reveals Brain Regions for Novel Word Detection in Dogs. Frontiers in Neuroscience. 12, 737 (2018).
  26. Ramaihgari, B., et al. Zinc Nanoparticles Enhance Brain Connectivity in the Canine Olfactory Network: Evidence From an fMRI Study in Unrestrained Awake Dogs. Frontiers in Veterinary Science. 5, 127 (2018).
  27. Robinson, J. L., et al. Characterization of Structural Connectivity of the Default Mode Network in Dogs using Diffusion Tensor Imaging. Scientific Reports. 6, 36851 (2016).
  28. Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M., Levy, K. Functional MRI in Awake Dogs Predicts Suitability for Assistance Work. Scientific Reports. 7, 43704 (2017).
  29. Berns, G. S., Spivak, M., Nemanic, S., Northrup, N. Clinical Findings in Dogs Trained for Awake-MRI. Frontiers in Veterinary Science. 5, 209 (2018).
  30. Jia, H., et al. Enhancement of odor-induced activity in the canine brain using zinc nanoparticles: A functional MRI study in fully unrestrained conscious dogs. Chemical Senses. 41 (1), 53-67 (2016).
  31. Kyathanahally, S. P., et al. Anterior-posterior dissociation of the default mode network in dogs. Brain Structure and Function. 220 (2), 1063-1076 (2015).

Tags

התנהגות סוגיה 152 MRI fMRI כלבים זיהוי כלב הכשרה הכללה הפחתת רגישות olfaction הפנים עיבוד קירוב רצופים השלט הדרכה
הדרכה כלבים עבור ער, הדמיה מגנטית תפקודית לא מרסן פונקציונלי
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Strassberg, L. R., Waggoner, L. P.,… More

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).

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