Koku öğrenme ve ayrımcılık farelerde bir objektif ve tekrarlanabilir testi
22 Mart 2018
Burada, fareler üzerinde koku ayrımcılık test etmek için bir ilişkisel öğrenme görev eğitim. Bu iletişim kuralı öğrenme kaynaklı beyin yapısal değişimler üzerine çalışmalar için de sağlar.
Bu davranış protokolünün genel amacı, fareleri eğitmektir, böylece bir kokuyu bir ödülle ve başka bir kokuyu bir cezayla ilişkilendirirler. Bu yöntem, öğrenme, sinaptik plastisite ve duyusal ayrımcılık gibi sinirbilim alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin ana avantajı, bir kez eğitildikten sonra, farelerin sağlam istatistiksel örnekleme için saatler içinde yüzlerce deneme yapmasıdır.
Bu tekniğin etkileri, nörodejeneratif hastalıkların tedavisine veya teşhisine kadar uzanır, çünkü koku alma disfonksiyonunun şiddeti, insanlarda sonraki bilişsel gerilemenin öngörüsüdür. Bu yöntem koku alma hakkında fikir verebilse de, görme veya işitme gibi diğer sistemlere de uygulanabilir. Bu yöntemin görsel gösterimi kritik öneme sahiptir, çünkü hem davranış odasını kurmak hem de yazılımı kullanmak için ilk adımların öğrenilmesi zordur, çünkü farklı bağlantı portları ve eğitim adımları nedeniyle.
Başlamak için, oda zemini olan bir fare odası monte edin. Dikkatinizin dağılmasını önlemek için egzersiz kutusunu trafiğin az olduğu, loş ışıklı bir alanda tutun. Ardından, 18 gauge bir iğnenin portun içine su dağıtmasına izin vermek için her bir su portunu üstte küçük bir delik ile delin.
Bir cam şişeyi mineral yağda çözünmüş koku maddesi ile doldurun ve kapağı iyice sıkın. Ardından, silikon boruya 18 gauge bir iğne bağlayın. Cam şişe kapağını delin ve silikon borunun diğer ucunu koku portlarının girişine bağlayın.
Bundan sonra, her bir silikon tüpü bir koku valfine yerleştirin. Vakum hattını koku portlarına bağlayın. İki adet 10 mililitrelik şırıngayı metal bir tutma çubuğuna takın ve boruyu şırıngalara bağlayın.
Ardından, borunun diğer tarafını 18 gauge bir iğneye bağlayın. İğneyi fare haznesindeki burun dürtme portunun delinmiş deliğine yerleştirin ve borunun diğer ucunu su vanasına bağlayın. İki adet 10 mililitrelik şırıngayı kemirgen içme suyu ile doldurun.
Ardından hava girişine bir hava akış ölçer bağlayın ve hava akışını dakikada üç ila beş litre arasında tutun. İki su vanasını, iki koku vanasını, iki su portunu, koku portunu ve gücü USB arabirim sistemine bağlayın. Ve son olarak, USB arabirim kutusunu güce bağlayın.
Ardından, denemeler arasında kokuların çapraz kontaminasyonunu önlemek için vakum emişini ayarlayın ve koku şişelerini hazneye bağlamak için kokuya özel borular kullanın. Fareleri eğitime hazırlamak için günde kilogram başına 40 mililitre su kısıtlamasına başlayın. Temel ağırlığın %80'inin üzerinde olduklarından emin olmak için fareleri günlük olarak tartın ve sıcaklık, gürültü ve başıboş kokular dahil olmak üzere tüm çevresel faktörleri protokol boyunca sabit tutun.
Her fare ona aktarılmadan önce kafesi temizleyin. Fare kokusunun dikkat dağıtıcı olmasını en aza indirmek için hazneye %70 etanol püskürtün ve silin. Birinci aşama eğitimi için, davranış kutusunu ortada bir su bağlantı noktası olacak ve tüm yan bağlantı noktalarına erişilemeyecek şekilde yapılandırın.
Hazneye bir fare yerleştirin ve kapatın. Ardından, birinci aşama programına başlayın. Fare 60 dakika içinde 100 deneme gerçekleştirdiğinde bu aşamayı tamamlanmış olarak kabul edin.
60 dakika sonra veya 100 deneme tamamlandıktan sonra fareyi hazneden çıkarın. İkinci aşama eğitimi için, bunu ve sonraki her aşamayı, yanlarda iki su portu ve ortada koku portu ile yapılandırın. Hazneye bir fare yerleştirin ve kapatın.
Ardından, ikinci aşama programına başlayın. 60 dakika içinde en az 40 deneme gerçekleştirildiğinde ve su ödüllerinin en az %25'i merkez port burnunun dürtmesinden sonraki beş saniye içinde alındığında bu aşamayı tamamlanmış olarak kabul edin. Bu aşama tamamlandıktan sonra fareyi çıkarın.
Üçüncü aşama eğitimi için S-plus kokusunu koku dağıtım kontrolörüne bağlayın. Hazneye bir fare yerleştirin ve kapatın. Daha sonra, üçüncü aşama programına başlayın.
60 dakika içinde 60'tan fazla ödül olduğunda bu aşamayı tamamlanmış olarak kabul edin ve aşama yarıştıktan sonra fareyi çıkarın. Dördüncü aşama-A eğitimi için, kutu yapılandırmasını önceki üçüncü aşama ile aynı şekilde ayarlayın. Ardından, hem S-plus hem de S-minus kokuyu koku dağıtım kontrolörüne bağlayın.
Hazneye bir fare yerleştirin ve kapatın. Ardından, dördüncü aşama A programına başlayın. Fare 40 denemeyi tamamladıktan sonra, kokuları rastgele iletmek için programı değiştirin.
Sahne alanı tamamlandıktan sonra fareyi çıkarın. Dördüncü aşama-B eğitimi için, bu aşamayı dördüncü aşama-A ile aynı hale getirin. Bununla birlikte, S-eksi bir kokudan sonra bir su ödülü denemenin zaman aşımı cezası dört saniyedir.
Hem S-plus hem de S-minus kokuyu koku dağıtım kontrolörüne bağlayın. Hazneye bir fare yerleştirin. Fare bölmesini kapatın ve dördüncü aşama B programına başlayın.
60 dakika içinde 100'den fazla deneme olduğunda ve doğruluğu %85'ten fazla olduğunda bu aşamanın tamamlandığını düşünün. Hem S-plus hem de S-minus kokuyu koku dağıtım kontrolörüne bağlayın. Ardından, odaya bir fare yerleştirin.
Sahneye çık/gitme programına başlayın ve ardından koku alma öğrenme görevini öğrenen fareyi kimyasal olarak benzer yeni koku çiftlerine maruz bırakın. Fareler koku alma öğrenme görevini öğrendikten sonra, yeni koku çiftlerini ödül ve ceza ile ilişkilendirebilirler. Bu eğitimli fareler normalde git/gitme görevinde yaklaşık% 50 doğrulukla başlar.
Doğru yüzde, yeni koku çiftleri için bir öğrenme eğrisi olarak deneme bloğu ile çizilebilir. 10 blok denemesinde, fareler kokuları %85'ten daha yüksek bir doğrulukla doğru bir şekilde ayırt edebilir. Bu, protokolümüzün vahşi tip fareleri bir kokuyu bir su ödülü ve diğerini bir zaman aşımı cezası ile ilişkilendirmek için başarıyla eğittiğini göstermektedir.
Fareler görevi öğrendikten sonra, görev zorluğunu artırmak veya azaltmak için koku çiftleri değiştirilebilir. Örneğin, koku çifti konsantrasyonunu azaltmak görev zorluğunu artırır. Fareler ayrıca önceki öğrenilen koku çiftlerini de hatırlayabilirler.
Görevi öğrendikten sonra yedi gün bekledikten sonra, bir hatırlama testi, vahşi tip farelerin daha önce öğrenilen koku ilişkilerini hızlı bir şekilde hatırlayabildiğini gösteriyor. Bu prosedürü denerken, istenen koku vericilerin davranış kutusuna düzgün bir şekilde bağlandığından emin olmayı unutmamak önemlidir. Birden fazla deneycinin farklı kokular kullanması özellikle önemlidir.
Bu prosedürü takiben, aşağıdaki gibi ek soruları yanıtlamak için koku haritalama gibi diğer yöntemler de gerçekleştirilebilir: Öğrenme, duyusal bilginin beyin tarafından temsil edilme şeklini nasıl etkiler? Geliştirildikten sonra bu teknik, sinirbilim alanındaki araştırmacıların fare koku alma sistemindeki öğrenme kaynaklı sinirsel değişiklikleri keşfetmelerinin yolunu açtı. Bu videoyu izledikten sonra, farelere bir kokuyu bir ödülle ve başka bir kokuyu bir cezayla ilişkilendirmeyi nasıl öğreteceğinizi iyi anlamış olmalısınız.
Keskin iğnelerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu işlemi gerçekleştirirken kesici aletlerin uygun şekilde atılması gibi önlemlerin her zaman alınması gerektiğini unutmayın.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, farelerde ilişkilendirici bir öğrenme görevi kullanarak koku ayrımını incelemekte ve beyindeki öğrenme kaynaklı yapısal değişikliklere odaklanmaktadır. Teknik; duyusal ayrım ve sinaptik plastisite gibi temel nörobilim sorularını ele almaktadır.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Koku alma
- Davranışsal öğrenme
Arka Plan
- Çağrışımsal öğrenme protokolleri, bilişsel işlevlerin incelenmesinde merkezi bir öneme sahiptir.
- Koku ayrımı, memelilerin duyusal işlemede kritik bir rol oynamaktadır.
- Farelerdeki koku alma davranışının anlaşılması, insanlardaki bilişsel gerileme ile ilişkili olabilir.
- Bu yöntem, görme ve işitme gibi diğer duyusal sistemlere uyarlanabilir.
Çalışmanın Amacı
- Farelerin kokuları ödüller ve cezalarla ilişkilendirmeleri için eğitilmesi.
- Koku işlemenin ve bunun nörodejeneratif hastalıklar üzerindeki etkilerinin araştırılması.
- Öğrenmenin istatistiksel analizi için sağlam bir davranışsal test geliştirilmesi.
Kullanılan Yöntemler
- Fareler, özel olarak yapılandırılmış bir davranış odası kullanılarak eğitilir.
- Eğitim, koku ayırt etmedeki doğruluğun değerlendirildiği çeşitli aşamalardan oluşur.
- Herhangi bir multiomik iş akışından bahsedilmemiştir.
- Kritik adımlar arasında motivasyonu yönetmek için su kısıtlaması ve aşama tamamlama kriterleri yer alır.
- Prosedürler, koku verme sistemlerinin ve koşullandırma protokollerinin titizlikle kurulmasını içerir.
Temel Sonuçlar
- Fareler, farklı kokuları ödüllerle veya cezalarla ilişkilendirmeyi başarıyla öğrenirler.
- Eğitim, tekrarlanan denemeler aracılığıyla yüksek istatistiksel örnekleme imkanı sağlar.
- Eğitim sonrası koku ayırt etme doğruluğu %85'e yaklaşır.
- Sonuçlar, koku alma öğrenmesinin bu protokol aracılığıyla etkili bir şekilde değerlendirilebileceğini göstermektedir.
Sonuçlar
- Protokol, koku alma duyusunda çağrışımsal öğrenmeyi incelemek için güvenilir bir yöntem sunmaktadır.
- Bu yaklaşım, nörodejeneratif hastalıklar için terapötik stratejilere dair içgörüler sağlayabilir.
- Bulgular, memelilerdeki duyusal ayırt etme mekanizmalarının anlaşılmasını geliştirmektedir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Uygunluk
Bu protokol, farelerde kokuyla ilgili öğrenme ve ayırt etmenin yüksek kapasiteli, kantitatif değerlendirmesine olanak tanıyarak, nörobilim ilaç keşfinde hedef doğrulaması için güçlü bir davranışsal çıktı sağlar. Koku devresi fonksiyonu ve plastisitesinin mekanistik risk azaltma sürecini destekleyerek, nörodejeneratif veya duyusal işlemleme bozukluklarını hedefleyen bileşikler için erken aşama hipotez testlerine veri sağlar. Analizin tekrarlanabilirliği ve ölçeklenebilirliği, keşif biyolojisi ile translasyonel araştırma ekipleri arasında fonksiyonlar arası uyumu kolaylaştırır.
Biyofarma Ar-Ge'sinde Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Kokuyla ilgili öğrenme, sinaptik plastisite ve duyusal ayırt etme mekanizmalarıyla ilgili terapötik hipotezlerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Kontrollü vele tekrarlanabilir bir sistemde koku ilişkilendirme öğrenmesini ve hafıza tutulumunu nicelendirerek biyolojik risk azaltmayı destekler.
- Öngörücü Değer: Merkezi sinir sistemi (CNS) hedefli bileşikler için portföy önceliklendirmesine ve devam/dur kararlarına yardımcı olan nicel davranışsal veriler (örneğin, doğruluk oranları, öğrenme eğrileri) üretir.
Tarama ve Assay Geliştirme
- Analiz Hazırlığı: Günde yüzlerce otomatik denemeyi gerçekleştirebilen valide edilmiş biyolojik sistemler (eğitilmiş fareler) üreterek güvenilir bileşik değerlendirmesine olanak sağlar.
- Standardizasyon: Sıkı çevresel kontroller, su kısıtlama protokolleri ve aşama tabanlı eğitim kriterleri aracılığıyla tekrarlanabilirliği sağlar.
- Ölçeklenebilirlik: Yüksek istatistiksel örneklemeye ve boylamsal çalışmalara kolaylık sağlayarak, analizin doz-yanıt veya zaman seyri taramalarına adapte edilmesini destekler.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Hastalıkla İlgililik: İnsan koku duyusu bozukluğunun bilişsel gerilemenin öngörücü bir biyobelirteci olmasıyla uyumludur ve fare modellerinden klinik risk değerlendirmesine geçişteki translasyonel sürekliliği destekler.
- Mekanistik Risk Azaltma: Davranışı; biyokimyasal, elektrofizyolojik veya görüntüleme çıktılarıyla ilişkilendirerek aktiviteye bağlı nöronal sağkalım ve plastisite çalışmalarına olanak tanır.
- Risk Ayarlı İlerleme: Bileşiklerin öğrenme kaynaklı nöral değişiklikler üzerindeki etkilerine dair kararları destekleyerek, duyusal veya nörodejeneratif programların geç aşamalarındaki biyolojik riski azaltır.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Bu yöntem, erken hedef doğrulamadan preklinik doğrulamaya kadar olan keşif sürecine entegre edilmiştir; özellikle koku işleme, duyusal ayırt etme veya nörodejeneratif hastalık mekanizmalarına odaklanan projeler için uygundur.
- Keşif Biyolojisi: Koku öğreniminin nöral yapıyı ve işlevi nasıl değiştirdiğini ölçerek hipotez testlerini ve yolakların aydınlatılmasını destekler.
- Tarama: Farklı deneysel koşullar veya genetik modeller arasında karşılaştırmaya olanak tanıyan kantitatif, tekrarlanabilir çıktılar (deneme doğruluğu, öğrenme eğrileri) sunar.
- Analitik: Ekiplerin, bileşiklerin duyusal işleme ve bellek üzerindeki etkilerini değerlendirmelerine yardımcı olan istatistiksel öğrenme eğrileri ve ayırt etme eşikleri sağlar.
- Translasyonel Araştırma: Kognitif decline'ı öngören insan olfaktör biyobelirteçleri ile uyumluluk aracılığıyla preklinik doğrulamaya bağlanır.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Birden fazla bileşik, genotip veya çevresel manipülasyon üzerinden yürütülen iteratif testler için yeniden kullanılabilir bir davranışsal platform görevi görür.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Koku alma öğrenme ve plastisite yolaklarındaki mekanistik belirsizliği azaltarak, hedef doğrulamadaki öngörü güvenini artırır.
- Operasyonel Değer: Otomatik deney yürütümü ve sıkı prosedürel kontroller aracılığıyla standardizasyon, tekrarlanabilirlik ve ölçeklenebilirlik sağlar.
- Stratejik Değer: CNS hedeflerinin erken aşamada riskten arındırılmasını sağlayarak ve sonraki aşamalardaki başarısızlık riskini azaltarak sermaye verimliliğini artırır.
- Portföy Etkisi: Bileşiklerin öğrenme, hafıza ve duyusal ayırt etme üzerindeki etkilerine göre riskten arındırılmış önceliklendirmeyi destekler.
Uygulama Hususları
- Davranışsal nörobilim, koku sistemi anatomisi ve operant koşullanma teknikleri konusunda uzmanlık gerektirir.
- Koku iletim sistemleri, su valfleri, vakum hatları ve USB arayüz denetleyicileri dahil olmak üzere özel enstrümantasyona dayanır.
- Tekrarlanabilirliği sağlamak için çevresel kontrollerin (koku, gürültü, sıcaklık) ve eğitim protokollerinin ekipler arası standardizasyonunu gerektirir.
- Protokollerin farklı fare suşlarına, yaşlarına veya koklayıcıların fizikokimyasal özelliklerine uyarlanması durumunda adaptasyon değerlendirmeleri içerir.
- Kurulum karmaşıklığı, iğne riskleri ve dikkat dağıtıcı veya stres kaynaklı karıştırıcı etkenleri önlemek için tutarlı hayvan idaresi ihtiyacı gibi pratik sınırlamaları kapsar.
