Fareler için bir Edimsel Intra- / Ekstra boyutlu Set-shift Görev
22 Ocak 2016
Dikkat seti değiştiren bilişsel anormallikler birçok psikiyatrik hastalığın temel bir özelliğidir. Burada, farelerde dikkat seti kaydırma yeteneklerinin, yürütücü işlevlerin ve diğer bilişsel yeteneklerin etkili bir şekilde incelenmesi için yeni bir otomatik sistemin geliştirilmesini sunuyoruz.
Bu deneyin genel amacı, farelerde yürütücü işlevleri değerlendirmek için kullanılan ve aynı zamanda orijinal insan nöropsikolojik testlerini taklit eden otomatik bir görev oluşturmaktır. Bu yöntem, bilişsel sinirbilim alanındaki temel soruları yanıtlamaya yardımcı olabilir. Örneğin, seçici, bilişsel veya farmakolojik tedavinin psikiyatrik bozukluklarla ilgili üst düzey bilişsel işlevleri nasıl etkileyebileceği.
Bu tekniğin temel avantajları tamamen otomatik olmasıdır. Herhangi bir öznellik kaynağından kaçınır. Çok esnektir ve çok seçici olan bir dizi sonuç elde ederiz.
Bu tekniğin anlamı, psikiyatrik bozukluklardaki yürütücü işlev bozukluklarının tanı ve tedavisine kadar uzanır, çünkü psikiyatrik bozukluklardaki bilişsel semptomlarla ilgili büyük ilaç ve genetik taramalara izin verir. Bu yöntemin görsel olarak gösterilmesi kritik öneme sahiptir, çünkü bu görevin doğru kurulumu deneyin başarılı bir sonucu için çok önemlidir. Fareleri, ekteki metin protokolünde açıklandığı gibi, testten önce tek bir yuvaya alıştırarak ve hafifçe yiyeceklerden mahrum bırakarak deney için hazırlayın.
Ayrıca testten önce, aparatın her bir odasının kızılötesi fotoğraf ışınları ile donatılmış iki burun dürtme deliğine ve bunların arasında, bir pelet dağıtıcısının gıda takviyesini sağladığı fotoğraf ışınlarına sahip bir gıda dergisine sahip olduğundan emin olun. Daha sonra, üç farklı algısal boyutta değişen değiştirilebilir uyaranlar hazırlayın. Önerilen uyaranların bir listesi, eşlik eden metin protokolünün Tablo Bir'inde bulunabilir.
Her boyut için beş çift örnek seçin. Koku alma uyaranlarını burun dürtme deliklerine iletmek için bir seyreltme olfaktometresi kullanın. İki burun dürtme deliğini kontrol etmek için bir olfaktometre kurun, ardından koku şişelerini mineral yağda bir ila yirmi oranında seyreltilmiş koku kokularıyla doldurarak yükleyin.
Hava pompasını olfaktometrenin girişine ve vakumu burun dürtme cihazına monte edilmiş çıkışlara bağlayın. Ardından, koku iletimi için çıkışı her bir burun dürtme girişine bağlayın ve akış hızını dakikada 1,5 litreye ayarlayın. Görsel uyaranlar için, her bir burun dürtme deliğinin üzerine ışık yayan diyotlar yerleştirin ve bunları odanın metal paneline sabitleyin.
Her diyotu çıkış arayüzüne bağlayın. Dokunsal uyaranlar için, değiştirilebilir zemin dokularını, her bir burun dürtme deliğinin önündeki üç ila üç santimetrelik bir açıklığın altına kayan bir destek üzerine yerleştirin. Farklı dokuları, zeminin altındaki çerçeveler kullanılarak hareket ettirilebilecek şekilde monte edin.
Testten önce, fareleri test odasına ve prosedürüne alıştırmak için ekteki metin protokollerinde açıklanan eğitim oturumlarını takip ettiğinizden emin olun. Gerçek test sırasındaki her aşamada, farenin her sunumda bir seçim yapması için geçen süreyi ve her aşamayı tamamlamak için art arda on denemeden sekiz doğru seçim yapmalarının ne kadar sürdüğünü ölçün. 40 dakika sonra veya bir fare art arda beş dakika boyunca herhangi bir yanıt vermezse günlük oturumu durdurun.
Oturumu sonlandırın ve ertesi gün, fare kaldığı yerde aynı sahnede olacak şekilde devam edin. Basit ayrım testi için, fareleri, ekstra boyutsal kaymaya kadar tüm görevlerle ilgili bir koku, ışık veya doku ile tanıştırın. Bu örnekte, vanilya ve lavanta olmak üzere iki koku sunulmuş ve doğru yanıt olarak vanilya seçilmiştir.
Bileşik ayrım için, doğru yanıtın nerede olduğunu göstermeyen ışık gibi ikinci bir boyut tanıtın. Işık durumunu sonuçla alakasız hale getirin ve vanilyayı doğru yanıt olarak tutun. Bu ayrımı, sonraki testlerde vanilyanın hem mavi ışıkla hem de sarı ışıkla eşleştirilmesi için test edin.
Bileşik ayrımcılığın tersine çevrilmesi için, hayvanların daha önce doğru olan uyaranın artık yanlış olduğunu öğrenmelerini sağlayın. Bu örnek için, doğru yanıt olarak lavantayı seçin, vanilya artık yanlış seçimdir. Yine, sonraki testlerde doğru kokuyu hem mavi ışıkla hem de sarı ışıkla eşleştirin.
Bundan sonra, tasarımda toplam bir değişikliğin meydana geldiği boyut içi bir kayma seçin. Koku olarak çilek ve tarçın kullanın ve turuncu ve beyaz ışıklara geçin. Çilek olan doğru yanıtı bulmak için deneklerin aynı ilgili boyutu takip ettiğinden emin olun.
Sonraki testlerde kokuyu hem turuncu hem de beyaz ışıklarla eşleştirin. Daha sonra farelerin boyut içi kaymanın tersine çevrilmesini gerçekleştirmesini sağlayın ve doğru kokuyu tarçın ile değiştirin. Yine, kokuyu hem turuncu hem de beyaz ışıklarla eşleştirin.
Boyut içi bir değişim için, daha önce olduğu gibi aynı koşulları kullanın, ancak örnek çiftleri yeni kokular ve ışıklarla değiştirin. Şimdi, dokuları yeni bir ilgili boyut olarak tanıtarak ekstra boyutsal geçişi gerçekleştirin. Burun dürtme deliklerinden birinin altındaki açıklığa kaba zımpara kağıdı ve ikinci açıklığın altına ince zımpara kağıdı ekleyin.
Aynı zamanda onlara limon ve kayısı gibi iki yeni koku sunun. Doğru yanıt olarak karşılık gelen kaba zımpara kağıdı ile deliği ayarlayın. Sonraki testlerde kaba zımpara kağıdını hem limon hem de kayısı kokularıyla eşleştirin.
Son olarak, doğru yanıtı tersine çevirin, böylece ince zımpara kağıdı doğru yanıtla deliğin konumunu gösterir. Sonraki testlerde ince zımpara kağıdını hem limon hem de kayısı kokularıyla eşleştirin. İki boyutlu protokol için, ekstra boyutsal kaymaya kadar sette takılma prosedürünü tekrarlayın.
Bu noktada doku ve kokuya geçmek yerine, ışığın alakalı ve kokunun alakasız olması için ilgili boyutu değiştirin. Yeni ekstra boyutsal kaymayı, ışıklar artık kırmızı ve yeşil olacak ve yeşil ışık artık doğru yanıt olarak hareket edecek şekilde ayarlayın. Koku artık ilgisiz boyuttur.
Sonraki aşamalarda her iki kokuyla eşleştirilmiş yeşil ışığı test edin. Tersine çevirmek için aynı kokuları kullanın, ancak kırmızı ışık artık doğru yanıt olacak şekilde geçiş yapın. Sonraki aşamalarda kırmızı ışığı her iki kokuyla eşleştirin.
Bir fare oturumu bitirdiğinde, bir sonraki fareye hazırlamak için kurulumu %70 etanol ile silin. Testleri her zaman aynı sırayla gerçekleştirin, ancak seçilen uyaranların her birinin çalışmada eşit olarak temsil edilmesi için çeşitli testlerde uyaranları değiştirin. Ayrıca, her deney grubu içinde ve arasında kullanılan algısal boyutları eşit olarak dengelediğinizden emin olun.
Bu yeni cihazdaki görsel, dokunsal ve koku ayrımları, kritere ulaşmak için benzer miktarda zaman ve benzer sayıda deneme gerektirdi, bu da hayvanların sunulan boyuttan bağımsız olarak basit ayrımlar yapabildiğini düşündürdü. Kümede sıkışmış protokol kullanılırken, farelerin performansının analizi, farelerdeki ayrımcılık etkisinin, bileşik ayrımcılık, boyut içi kayma, boyut içi kayma 2 ve ekstra boyut kayması tersine çevirme aşamalarına kıyasla ekstra boyutsal kayma aşamasını çözmek için daha fazla denemeye ve daha fazla zamana ihtiyaç duyduğunu ortaya koymaktadır. Bu aynı zamanda iki boyutlu protokol için de geçerliydi.
Bir kez ustalaştıktan sonra, bu deney tüm hazırlık ve eğitim oturumu dahil olmak üzere 10 ila 12 gün içinde yapılabilir.
Genel Bakış
Bu çalışma, farelerde dikkat seti kaydırmayı ve yürütücü işlevleri değerlendirmek için tasarlanmış, insan bilişsel çalışmalarıyla yüksek translasyonel geçerliliğe sahip yeni bir otomatik sistem sunmaktadır. Yöntem, psikiyatrik bozukluklardaki bilişsel disfonksiyonların anlaşılmasını geliştirmeyi amaçlamaktadır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Bilişsel Nörobilim
- Psikiyatrik Bozukluklar
- Davranışsal Değerlendirme
Arka Plan
- Dikkat set-kaydırma, bilişsel esnekliği anlamak için kritik öneme sahiptir.
- Bilişsel anomaliler, çeşitli psikiyatrik durumlarda yaygındır.
- Mevcut yöntemlerde genellikle otomasyon ve objektiflik eksikliği görülmektedir.
- Bu çalışma, yeni ve otomatik bir yaklaşımla bu boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır.
Çalışmanın Amacı
- Farelerde yürütücü işlevleri değerlendirmek için otomatik bir görev geliştirmek.
- Daha iyi translasyonel araştırmalar için insan nöropsikolojik testlerini taklit etmek.
- Bilişsel semptomlarla ilgili geniş ölçekli ilaç ve genetik taramaları kolaylaştırmak.
Kullanılan Yöntemler
- Burun sokma delikleri ve gıda takviyesi içeren otomatik test düzeneği.
- Çeşitli değerlendirmeler için koku, görme ve dokunma uyaranlarının kullanımı.
- Fareleri test ortamına alıştırmak için eğitim seansları.
- Denemeler sırasında yanıt sürelerinin ve doğruluğun ölçümü.
Temel Sonuçlar
- Otomatik sistem, dikkat seti kaymasını başarıyla değerlendirmiştir.
- Sonuçlar, farelerde anlamlı düzeyde bilişsel esneklik olduğunu göstermiştir.
- Yöntem, yüksek güvenilirlik ve nesnellik sergilemiştir.
- Yürütücü işlev bozukluklarının teşhisi ve tedavisi için potansiyel etkiler.
Sonuçlar
- Bu otomatik yaklaşım, farelerde bilişsel fonksiyonların incelenmesini geliştirmektedir.
- Psikiyatrik bozukluklar üzerine yapılan araştırmalar için değerli bir araç sağlamaktadır.
- Bulgular, bilişsel tedavilerin daha fazla araştırılmasını desteklemektedir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önem
Bu otomatik operan set-kaydırma görevi, farelerde bilişsel esnekliği değerlendirmek için objektif ve yüksek kapasiteli bir platform sunarak preklinik nöropsikiyatrik araştırmalardaki kritik bir boşluğu doldurmaktadır. İnsan ID/ED paradigmasını yakından taklit ederek; şizofreni ve DEHB gibi bozukluklardaki yürütücü işlev bozukluğuyla ilgili bileşiklerin ve genetik modellerin translasyonel taramasına olanak tanır. Sistem, farklı algısal boyutlar genelinde yüksek uyaran esnekliği ile dikkat seti oluşumunu, kaydırmasını ve tersine çevirme öğrenmesini nicelendirerek, erken keşif aşamasındaki mekanistik risk azaltımını ve öngörüsel güvenilirliği destekler.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Prefrontal kortikal devreleri ve bilişsel esnekliğin dopaminerjik modülasyonunu içeren terapötik hipotezlerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Değişkenliği azaltan ve laboratuvarlar arası tekrarlanabilirliği artıran, dikkat set kaymasının otomatik ve kantitatif okumalarını sağlar.
- Öngörücü Değer: Set kayma performansındaki ilaç kaynaklı değişiklikleri ölçerek hedef doğrulamasını destekler ve MSS-aktif bileşikler için karar verme (go/no-go) süreçlerine yardımcı olur.
Tarama ve Assay Geliştirme
- Deney Hazırlığı: Üç boyutlu uyaran çerçevesi (koku, görsel, dokunsal), çeşitli tarama kampanyaları genelinde esnek deney tasarımına olanak tanır.
- Ölçeklenebilirlik: Tam otomatik çalışma, büyük ölçekli genetik ve farmakolojik taramalar için davranışsal çekirdek tesislere entegrasyona imkan sağlar.
- Uyaran Esnekliği: Boyut başına yüksek sayıdaki ipucu, karmaşık ayırt etmeleri destekler ve öğrenme yanlılıklarını azaltarak deneyin sağlamlığını artırır.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Hastalıkla İlişkisi: Psikiyatrik bozukluklarda gözlemlenen dikkat seti değiştirme eksikliklerini doğrudan modeller ve translasyonel geçerliliği destekler.
- Preklinik Süreklilik: Tutarlı davranışsal son noktalar kullanarak, erken keşif aşamasından preklinik doğrulamaya kadar boylamsal değerlendirmeye olanak tanır.
- Riske Göre Ayarlanmış İlerleme: Ekstra-boyutsal kayma aşamalarındaki performans, araştırılan terapilerin bilişsel etkinliğini öngörmek için biyobelirteç benzeri bir son nokta sağlar.
İş Akışı ve Pipeline Entegrasyonu
Bu görev, hedef doğrulamadan öncü bileşik tanımlamaya kadar uzanan keşif sürekliliğine uyum sağlayarak, temel mekanizma ile fenotipik tarama arasında köprü kuran standartlaştırılmış bir davranışsal analiz sunmaktadır. Otomasyonu ve nicel çıktıları, nöropsikiyatrik ilaç keşfine yönelik çok modlu değerlendirme hatlarına entegrasyonu desteklemektedir.
- Keşif Biyolojisi: Bilişsel esnekliğin temelini oluşturan nöral devrelerin hipotez testlerini kolaylaştırarak yolakların netleştirilmesini ve hedef risklerinin azaltılmasını sağlar.
- Tarama: Yüksek içerikli tarama formatlarına uygun, tekrarlanabilir ve kantitatif performans metrikleri (örneğin, kriter için deneme sayısı, yanıt gecikmesi) sunar.
- Analitikler: Yerleşik öğrenme eğrilerini kullanarak genotipler, tedaviler ve deneysel koşullar arasında karşılaştırma yapmaya olanak tanıyan aşamaya özgü performans verileri üretir.
- Translasyonel Araştırma: Klinik ID/ED sonuçlarıyla uyumludur; biyobelirteç uyumunu ve bilişsel uç noktaların türler arası doğrulamasını destekler.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Çalışmalar boyunca tekrarlanan testler için yeniden kullanılabilir bir platform olarak tasarlanmıştır, böylece yeniden doğrulama yükünü azaltır ve boylamsal kohort takibine olanak tanır.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Kognitif fenotiplerdeki mekanistik belirsizliği azaltarak hedef doğrulamadaki öngörü güvenilirliğini artırır.
- Operasyonel Değer: Otomasyon yoluyla standartlaştırma, operatör yanlılığını minimize eder ve laboratuvarlar arası tekrarlanabilirliği artırır.
- Stratejik Değer: Kognitif risklerin erken tespitini sağlayarak psikiyatrik ilaç geliştirme süreçlerindeki geç evre kayıplarını azaltır ve sermaye verimliliğini artırır.
- Portföy Etkisi: Kognitif esneklik profillerine dayalı, riske göre ayarlanmış bileşik önceliklendirmesini destekleyerek MSS portföylerindeki ilerleme kararlarına bilgi sağlar.
Uygulama Hususları
- Doğru eğitim ve uygulama için davranışsal nörobilim ve operant koşullanma protokollerinde uzmanlık gerektirir.
- Burun dokundurma sistemleri, uyaran sunum araçları (olfaktometre, LED dizileri, doku slaytları) ve gıda pekiştirme modülleri dahil olmak üzere özel aparatlara bağımlıdır.
- Veri karşılaştırılabilirliğini sağlamak amacıyla eğitim programlarının, uyaran dengeleme işlemlerinin ve performans kriterlerinin ekipler arası standartlaştırılmasını gerektirir.
- Farklı fare soyları veya genetik arka planlar arasındaki adaptasyon; motivasyonda (örneğin, gıda yoksunluğu seviyeleri) ve duyusal hassasiyette ayarlamalar gerektirebilir.
- Pratik sınırlamalar arasında, protokolde belirtildiği üzere, başlangıç kurulum karmaşıklığı ve uyaran yanlılığını önlemek için titiz bir dengeleme ihtiyacı yer almaktadır.
