Procédures d’entraînement comportemental pour la réalité virtuelle fixe chez la souris

Résumé

L’article décrit les procédures expérimentales pour le paradigme de réalité virtuelle (RV) de piste linéaire couramment utilisé chez la souris, ainsi que la détermination de la faisabilité de l’exécution de tâches VR complexes en testant une tâche de discrimination de signal en forme de Y.

Résumé

La réalité virtuelle (RV) combinée à la fixation de la tête est de plus en plus utilisée dans les études de neurosciences comportementales car elle permet d’effectuer des tests comportementaux complexes chez des souris à tête fixe. Cela permet des enregistrements comportementaux précis tout en incorporant diverses techniques neurophysiologiques qui nécessitent une fixation de la tête pour minimiser le bruit du signal lié au mouvement pendant les enregistrements neuronaux. Cependant, malgré l’utilisation croissante de la RV, il existe peu de données publiées sur la méthodologie détaillée de sa mise en œuvre. Dans cette étude, un protocole d’entraînement est mis au point dans le cadre duquel des souris C57B16/J mâles et femelles sont entraînées à courir dans un couloir linéaire virtuel, dont la longueur est augmentée de 1 à 3 m au cours de plusieurs séances d’entraînement. S’appuyant sur cette base, cette étude a examiné la faisabilité de souris effectuant des comportements complexes dans la RV en utilisant un paradigme de labyrinthe en Y. La tâche consistait à naviguer jusqu’au bras aux parois noires à partir du point de choix dans le labyrinthe en Y. Après avoir atteint un critère de deux jours consécutifs égal ou supérieur à 70 % de correctivité, les souris ont progressé vers une discrimination sensorielle de plus en plus difficile. Les résultats fournissent des détails importants sur les méthodologies utiles pour l’entraînement réussi des souris en RV et démontrent que les souris présentent des capacités d’apprentissage en naviguant dans le labyrinthe en Y. La méthodologie présentée offre non seulement un aperçu de la durée de l’entraînement dans les tests basés sur la RV, mais souligne également le potentiel de sonder des comportements complexes chez la souris, ouvrant ainsi la voie à des investigations plus complètes en neurosciences.

Introduction

Les tâches de réalité virtuelle sont devenues une méthode puissante d’évaluation comportementale chez les souris en raison de la fixation de la tête, ce qui permet une stabilité mécanique qui serait compromise si les souris se comportaient librement¹. Cette méthode permet de réduire les artefacts de mouvement dans les enregistrements électrophysiologiques ^2,3 et l’imagerie optique ^4,5,6,7. Il facilite également les comportements reproductibles⁸ et le suivi oculaire précis⁹. Dans le dispositif expérimental, la souris est fixée en place et située au sommet d’un tapis roulant sphérique soutenu par l’air. Cet appareil permet l’exploration complexe du comportement guidé visuellement dans l’environnement VR. Lorsque la souris se déplace sur le tapis roulant, sa locomotion se synchronise de manière transparente avec sa navigation dans le paysage virtuel, qui est représenté visuellement sur l’écran entourant la souris.

L’objectif de cette étude est double : relever les principaux défis des neurosciences comportementales expérimentales et contribuer à l’avancement des méthodologies dans ce domaine. Tout d’abord, malgré l’utilisation accrue de la RV dans la recherche universitaire 10,11,12, il reste une absence notable de méthodologies complètes et de protocoles de formation, ce qui entrave l’adoption de cette technologie par de nouveaux chercheurs. L’objectif principal était de combler cette lacune en délimitant un régime d’entraînement détaillé pour le paradigme de la piste linéaire, tel que décrit dans des études antérieures 13,14,15. Un système disponible dans le commerce est utilisé pour décrire ces procédures opérationnelles. À titre d’avertissement, ces directives de procédure ont des composants spécifiques à ce système ; Cependant, pour une discussion sur la généralisabilité de ce protocole, voir la discussion. L’objectif était de décrire les procédures comportementales, le calendrier typique d’exécution de ces procédures et le taux de réussite de l’entraînement des souris à courir sur une piste linéaire simple.

Deuxièmement, il reste un manque de documentation sur la mise en œuvre de tâches de labyrinthe complexes dans ce paradigme chez la souris. Des tests virtuels complexes ont été mis au point chez le rat¹¹. Cependant, les souris ont une acuité visuelle réduite en comparaison¹⁶ et obtiennent souvent de moins bons résultats dans des tâches complexes¹⁷. Alors que certaines recherches se sont concentrées sur des tâches spécifiques telles que l’accumulation de preuves ou la nouveauté spatiale¹⁸, l’accent a été mis ici sur l’élucidation des méthodologies d’entraînement nécessaires pour que les souris s’engagent dans des paradigmes de prise de décision dans des environnements VR. Pour relever ce défi, une tâche de discrimination du signal a été conçue où les souris étaient chargées d’apprendre uniquement à associer la couleur/luminance (noir contre blanc) du bras récompensé à la récompense, obtenue en sélectionnant le bras noir au point de choix du labyrinthe en Y, avec le bon bras aléatoire dans chaque essai. Cette tâche a été conçue pour nécessiter une interaction avec les indices virtuels et fournir un aperçu des capacités de discrimination perceptuelle des souris.

En résumé, cette étude comble des lacunes critiques dans le domaine des neurosciences comportementales expérimentales en fournissant des protocoles de formation complets pour l’utilisation de paradigmes VR chez la souris et en élucidant des méthodologies pour des tâches de prise de décision complexes dans ce cadre. En s’appuyant sur les connaissances de recherches antérieures et sur des conceptions expérimentales innovantes, cette étude vise à rationaliser les pratiques de recherche et à faire progresser la compréhension des mécanismes neuronaux sous-jacents au comportement. Les sections suivantes approfondiront les procédures et les résultats expérimentaux et discuteront des résultats.

Protocole

Toutes les procédures impliquant des animaux ont été menées dans le strict respect des protocoles établis par le comité de soin et d’utilisation des animaux du NIEHS, garantissant le respect des normes éthiques et des directives de bien-être. Des souris C57BL/6Tac, âgées d’environ 8 semaines, ont été utilisées pour l’étude.

1. Chirurgie de l’implantation de la barre de tête

1. Préparation à l’opération
   1. Obtenir la quantité souhaitée de souris pour sa cohorte, idéalement en les logeant individuellement pour minimiser les interférences avec l’implant tête-barre, bien que cela soit facultatif¹⁹. Cette étude a utilisé un échantillon de trois souris mâles et trois souris femelles (initialement équilibrées, mais un mâle a été exclu au début de l’entraînement après avoir échoué à courir sur le ballon)
   2. Acquérir les matériaux spécifiés dans la table des matériaux, en les ajustant en fonction des spécificités de la conception de l’étude.
   3. Lors de l’acquisition des souris, désignez des identificateurs individuels et appliquez des tatouages sur la queue ou des perforations d’oreille pour assurer une identification sans ambiguïté. Établir un registre complet pour consigner systématiquement leur poids au besoin pour la procédure de restriction d’eau.
2. Administration de l’anesthésie
   1. Assurez-vous que tous les instruments chirurgicaux sont facilement accessibles, y compris les seringues appropriées, un coussin chauffant, des articles métalliques (tels que des pinces à épiler, des micro-ciseaux et des hémostatiques), une solution iodée, un lubrifiant pour les yeux et des béchers pour le sérum physiologique et le peroxyde d’hydrogène. Pour garantir des conditions stériles, désinfectez tout le matériel chirurgical et stérilisez tous les outils chirurgicaux à l’aide d’un autoclave.
   2. Avant de procéder à l’opération, effectuez des mesures précises du poids des souris et activez le coussin chauffant à 34 °C. Consigner tous les renseignements nécessaires dans le cahier de laboratoire ou de chirurgie de son établissement. Vérifier l’adéquation des niveaux des réservoirs d’oxygène et d’isoflurane et confirmer la disponibilité de tous les matériaux essentiels pour faciliter les interventions chirurgicales ininterrompues.
   3. Ébouriffez la souris et placez-la dans un cône de nez attaché à un vaporisateur conçu pour les petits animaux recevant 4 % d’isoflurane et un débit d’oxygène de 3 L/min pour induire l’anesthésie. Utilisez un récupérateur pour capturer tous les gaz résiduaires potentiellement nocifs (recommandé).
   4. Administrez la pommade vétérinaire ophtalmique Petroleum dans les yeux de la souris pendant qu’elle se trouve sous le cône de nez pour prévenir la sécheresse oculaire. Appliquez d’abord une seule goutte sur chaque œil et réappliquez si nécessaire. Assurez une protection constante des yeux en maintenant toujours une couche de ce lubrifiant avec un contrôle périodique.
   5. Préparez le site chirurgical (Figure 1A) sur la tête de la souris en rasant la zone où le crâne sera fixé à la barre de tête.
   6. Positionnez les incisives de la souris dans l’appareil stéréotaxique sous le cône nasal, en ajustant le débit d’oxygène à 1 L/min et en administrant 1 à 2 % d’isoflurane à partir du vaporisateur. Assurez-vous que le débit de l’anesthésie est correct en ajustant les valves et en commutant en conséquence le cône de nez à induction et l’appareil stéréotaxique. Étendez la patte arrière de la souris et appliquez une pression ferme sur l’orteil. Si le pied ne présente pas de réponse de retrait réflexe, cela indique que l’anesthésie est efficace. Répétez l’opération toutes les 15 minutes, en même temps qu’un contrôle respiratoire.
   7. Fixez la tête de la souris en place en fixant des barres de stabilité chirurgicales dans ses conduits auditifs, minimisant ainsi tout mouvement potentiel de la tête pendant l’opération.
   8. Avant de faire des incisions ou des injections, stérilisez la zone chirurgicale rasée sur le dessus de la tête en la frottant avec un écouvillon trempé dans un antiseptique iodé. À partir de ce stade, utilisez des gants stériles pour maintenir des conditions aseptiques.
3. Administration par injection
   1. Injecter par voie sous-cutanée 0,05 mL de bupivacaïne (analgésie locale) avec une aiguille de 25 G dans le site d’incision chirurgicale du cuir chevelu.
   2. Injectez par voie sous-cutanée 1 mL de solution saline (hydratation) avec une aiguille de 25 G dans un côté de la région interscapulaire.
   3. Injecter par voie sous-cutanée 0,05 mL de buprénorphine (analgésie du corps entier) avec une aiguille de 25 G dans le côté opposé de la région interscapulaire.
4. Exposer le crâne
   1. À l’aide de micro-ciseaux, vous pouvez faire une incision de la peau au-dessus des sutures interfrontales et internasales du crâne, en commençant juste au-dessus de la crête sourcilière et en s’étendant jusqu’à l’arrière de l’encoche occipitale (Figure 1A).
   2. Utilisez des hémostatiques pour maintenir les rabats gauche et droit de la peau, exposant ainsi le crâne.
   3. Utilisez un coton-tige sec pour retirer le tissu conjonctif du cuir chevelu entre les plis cutanés épinglés.
   4. Utilisez un coton-tige imbibé (mais pas saturé) de peroxyde d’hydrogène pour frotter le cuir chevelu, en assurant la visibilité des sutures et en faisant attention à ne pas mettre de peroxyde d’hydrogène sur les tissus environnants.
   5. Répétez les étapes 1.4.3 et 1.4.4, 2x-3x, jusqu’à ce que le bregma et le lambda soient distinctement visibles et que le cuir chevelu soit soigneusement nettoyé.
5. Implantation chirurgicale par vis
   1. Fixez deux vis au crâne, en positionnant l’une des vis à l’arrière du bregma et l’autre à l’avant du lambda (figure 1B) afin de maximiser la surface de l’adhésif dentaire et d’augmenter la stabilité de la barre de tête. Positionnez l’emplacement des vis sur les cibles à une distance spécifiée de bregma. Assurez-vous qu’une vis est positionnée à gauche et l’autre à droite (c’est-à-dire antéro-postérieur (AP) +1,00, médial-latéral (ML) -1,00 et AP -3,00, ML +3,00), en veillant à ce qu’il y ait suffisamment d’espace entre les vis pour s’adapter au placement de la barre de tête et ajustez les coordonnées nécessaires.
   2. Positionnez les cibles de forage, en veillant à ce que le forage soit limité à l’os du crâne et ne pénètre pas dans le tissu cérébral.
   3. À l’aide d’un tournevis, vissez environ la moitié de la vis en place. Répétez l’opération pour la deuxième vis.
6. Fixation de l’implant tête-barre
   1. Mélangez du ciment dentaire et administrez-le sur la face inférieure de la barre de tête, en vous concentrant sur la surface concave, et appliquez-le le long de la suture interfrontale du crâne.
   2. Positionnez la barre de tête sur la suture interfrontale pour faciliter la liaison entre le ciment dentaire sur la barre de tête et celui sur la suture. Maintenez-le solidement en place à la main à l’angle souhaité pendant environ 5 minutes jusqu’à ce qu’il prenne. Appliquez du ciment dentaire supplémentaire au besoin. (Figure 1C-E)
7. Remise en place de la peau sur la barre de tête
   1. Relâchez les hémostats et utilisez une pince à épiler pour réunir les deux lambeaux de peau sur la barre de tête fixée au ciment dentaire séché. Utilisez un adhésif tissulaire topique pour fixer délicatement la peau en faisant adhérer lentement les parties gauche et droite du cuir chevelu ensemble sur la barre de tête, en commençant par le site d’incision antérieur et en terminant par le site d’incision postérieur.
   2. Laissez l’adhésif tissulaire topique durcir pour confirmer que la zone chirurgicale a été refermée avant de libérer la souris des barres de stabilité chirurgicales et du cône nasal.
   3. Transférez la souris dans une cage individuelle et placez-la sur un coussin chauffant à 37,5 °C.
   4. Surveillez attentivement la souris pour détecter tout signe d’inconfort ou d’irrégularités respiratoires jusqu’à ce qu’elle ait repris conscience. Ne laissez pas la souris sans surveillance jusqu’à ce qu’elle ait retrouvé sa position couchée sternale, qu’elle soit vigilante et qu’elle soit ambulatoire.
   5. Après les interventions chirurgicales, laissez les souris subir une période de repos de 1 semaine. Surveillez les souris quotidiennement pour détecter et traiter toute fluctuation notable de poids. Fournissez de la purée aux souris 3 jours après la chirurgie pour les aider à se rétablir. Pour éviter toute interférence avec la barre de tête, logez ces souris individuellement.

2. Restriction hydrique

REMARQUE : La restriction d’eau induit un état de soif chez les souris, augmentant leur motivation pour les récompenses liquides. Cependant, une mise en œuvre méticuleuse est nécessaire pour assurer la préservation du bien-être de la souris²⁰.

1. À 1 semaine du jour de l’opération, établissez les poids de référence pour les souris.
2. Collez un segment d’une petite boîte de Pétri (60 mm x 15 mm) côté concave vers le bas sur le sol de la cage, en collant une boîte de Pétri plus petite (35 mm x 10 mm) concave au centre de la surface plane de la boîte de Pétri collée au sol, avec une autre petite boîte de Pétri (60 mm x 15 mm) concave collée vers le haut sur la surface plane de la boîte centrale pour servir de réservoir d’eau (Figure 2).
3. Assurez-vous que la hauteur de la parabole supérieure empêche la contamination par le matériau de la litière tout en permettant aux souris d’accéder facilement à l’eau. Ajoutez le volume d’eau journalier dans le réservoir à l’aide d’une pipette.
4. Le jour 1, donnez aux souris une dose de 15 ml d’eau pour 100 g de masse corporelle.
5. Le jour 2, donnez aux souris une dose de 10 mL d’eau pour 100 g de masse corporelle.
6. Le 3e jour, donnez aux souris une dose de 5 mL d’eau pour 100 g de masse corporelle. Les souris doivent recevoir un apport minimum de 1 ml d’eau par jour tout au long de l’étude, quel que soit leur poids corporel.
   REMARQUE : Les chercheurs peuvent choisir d’administrer le volume minimal uniformément sur tous les sujets, bien que ces ajustements doivent être effectués avec soin.
7. Maintenir une dose constante pendant toute la durée de l’étude d’allocation d’eau à 5 mL par 100 g de poids corporel (ou une allocation uniforme de 1 mL d’eau si vous préférez)
   REMARQUE : Les souris doivent avoir accès à l’eau à volonté pendant 1 à 2 jours par semaine lorsqu’elles n’effectuent pas d’expérience de RV (c’est-à-dire pendant la fin de semaine). Cela facilitera la restauration de leurs niveaux d’hydratation naturels. Dans les cas où les souris tombent en dessous de 90 % de leur poids de référence enregistré, elles doivent être transférées à l’accès à l’eau ad libitum jusqu’à ce qu’elles atteignent 90 % de leur poids de référence. Les souris dont le poids de base est inférieur à 80 % devraient être euthanasiées de manière éthique.
8. Retarder l’administration de leur dose quotidienne d’eau d’au moins 30 minutes après l’évaluation comportementale afin d’atténuer les interférences potentielles avec leurs comportements naturels de soif, essentiels pour mener l’expérience avec précision.
   REMARQUE : Fournir des récompenses liquides immédiatement après un essai peut influencer par inadvertance les performances des souris, car elles peuvent s’attendre à recevoir une récompense immédiate, ce qui peut compromettre l’engagement dans la tâche. Par conséquent, le fait de retarder l’accès à l’eau après l’essai empêche l’accoutumance à la livraison immédiate de récompenses et préserve l’intégrité du dispositif expérimental.

3. Configuration du système

1. Familiarisation avec l’équipement : Pour les composants matériels et d’autres considérations relatives aux systèmes comportementaux VR, consultez les étapes ci-dessous.
   Voir la section de discussion pour un examen de la généralisabilité du protocole à des configurations de système comparables.
   1. Affichage virtuel ou dôme entièrement immersif : Cet affichage virtuel offre une immersion complète à un animal au sein d’un environnement virtuel personnalisable. Le mouvement dans l’environnement virtuel est synchronisé avec le mouvement sur le tapis roulant sphérique.
   2. Système de récompense liquide : Le système de récompense liquide fonctionne par l’administration d’un renfort liquide (eau ou eau sucrée) à l’aide d’une pompe péristaltique, qui dirige la solution de récompense à travers un tube métallique recouvert de plastique s’étendant jusqu’à la souris lorsqu’une tâche est exécutée avec succès. Il contient des capteurs qui surveillent la quantité de récompenses obtenues par une souris lors d’un essai.
      1. Nettoyez le tube de récompense chaque semaine avec de l’alcool éthylique ou un autre agent de nettoyage. Pour ce faire, rincez 2 à 5 ml de l’agent de nettoyage à travers le tube, comme pour la livraison de récompense liquide, suivi d’un rinçage comparable avec un volume égal d’eau.
      2. Au début de l’expérience, déterminez le taux de distribution de la récompense liquide à partir du tube de récompense en l’activant pendant une durée spécifiée et en mesurant le volume de liquide distribué. Cette procédure permet de déterminer le débit de liquide de la pompe péristaltique. Dans cette enquête, un taux de distribution d’environ 0,0083 mL/s a été utilisé.
         REMARQUE : La plupart des systèmes offrent des paramètres programmables pour la durée entre l’exécution du comportement et la libération de la récompense, ce qui permet une planification précise du protocole d’étude en fonction du volume de récompense prévu par essai. La quantité utilisée a été jugée suffisante car elle laissait suffisamment de temps à la souris pour consommer la récompense, et son volume semblait être motivant.
      3. Certains protocoles peuvent exiger que la souris lèche le bec de récompense afin de lancer la livraison de la récompense. Pour le type de tâches employées ici, cette fonctionnalité n’a pas été utilisée, fournir des récompenses subordonnées uniquement à l’exécution réussie du comportement souhaité (c’est-à-dire choisir le bon bras dans le labyrinthe en Y). Cela permet d’éviter les échecs au début de l’entraînement où la tendance à lécher n’a pas été suffisamment établie et où le léchage initial est moins susceptible de se produire. Il peut également permettre de mesurer l’espérance de récompense, qui est dissociable de la performance de navigation dans certaines conditions¹¹.
      4. Alors que certaines expériences utilisant la restriction liquidienne optent pour l’utilisation d’eau standard à travers le tube de récompense, utilisez ici de l’eau sucrée (10 % de saccharose v/v) comme stimulus motivationnel supplémentaire dans le paradigme opérant. Notamment, une amélioration des performances dans plusieurs cohortes expérimentales a été observée avec l’introduction d’eau sucrée.
   3. Balle en polystyrène : Cette balle agit comme un tapis roulant sphérique. Lorsqu’elles sont amorties par l’air par le bas, entraînez les souris à courir ou à marcher confortablement sur le ballon. Placez-le au sommet d’un porte-ballon équipé de capteurs de suivi de mouvement qui collectent des données sur la distance et la vitesse.
   4. Support de tête : Positionnez l’appareil à l’arrière de la souris, en assurant l’alignement visuel avec l’affichage VR lors de la fixation de la barre de tête au support. Cet appareil est crucial pour maintenir la souris en position fixe de la tête, atténuant ainsi les artefacts de mouvement, en particulier lorsque le système est utilisé avec l’imagerie optique ou les techniques électrophysiologiques.
   5. Matériel de flux d’air : Configurez le flux d’air d’une source d’air comprimé vers la balle pour la création d’un environnement en apesanteur propice aux souris qui courent sur la balle. Cette configuration nécessite un régulateur de débit pour assurer un contrôle précis de la pression d’air appliquée à la balle. Le ballon fonctionne efficacement dans un environnement en apesanteur avec un apport d’air minimal. Par conséquent, lors de la configuration du système, assurez-vous de la quantité minimale d’air nécessaire pour faciliter un mouvement fluide et sans entrave de la balle à l’intérieur du support. Un débit compris entre 10 et 20 L/min est recommandé.
2. Configuration du logiciel : pour plus de détails sur le fonctionnement du système, voir ci-dessous.
   REMARQUE : Tout comme la conception de Video Games²¹, l’architecture des mondes virtuels intègre des éléments clés tels qu’un contrôleur externe, un environnement navigable programmable et un fichier de planification contenant un diagramme d’état délimitant les fonctions dynamiques. Ces composants convergent en synergie pour créer une expérience interactive cohérente pour les sujets engagés dans des études de recherche. L’efficacité opérationnelle du logiciel dépend de l’organisation précise des fichiers dans des dossiers désignés. Cette explication décrira les principales étapes nécessaires pour remplir des modèles prédéfinis, ce qui permettra d’ajuster facilement les fichiers existants et de les enregistrer en tant que nouvelles versions. Ces nouvelles versions constitueront ensuite la base de l’étude.
   1. Utilisez les trois fichiers suivants ensemble pour configurer un paysage virtuel opérationnel.
      1. Fichiers XML : Ce format de fichier offre aux utilisateurs la possibilité de manipuler la texture photo de divers éléments tels que le ciel, le sol et les murs. Placez les fichiers utilisés pour l’imagerie dans le sous-dossier Data du dossier VR. À l’aide de ceux-ci, spécifiez les dimensions du labyrinthe et déterminez la position initiale de la souris dans le labyrinthe. Définissez des objets 3D (repères visuels) à certains nœuds du labyrinthe à l’aide de ces fichiers. Modifiez ces fichiers à l’aide d’un éditeur de texte.
      2. Fichiers XLSX : ils fonctionnent comme des fichiers de commande qui configurent les trois types de fichiers (XML, XLSX et XAML) ensemble pour former une présentation virtuelle cohérente et interactive. Utilisez ces fichiers pour définir les routines expérimentales qui exécutent le VR et ses accessoires, tels que la sensibilité au gain, les données extraites et les fichiers regroupés pour une expérience.
      3. Fichiers XAML : L’application logicielle fournit une interface graphique pour la création de calendriers expérimentaux grâce à l’utilisation d’organigrammes. Il facilite la définition des paramètres temporels de l’essai, les contrôles de la téléportation une fois l’essai terminé et le moment de l’activation des sorties numériques dans le cadre de l’essai.
   2. Utilisez les applications suivantes pour l’acquisition de données et le contrôle de l’utilisateur du système pendant son fonctionnement.
      1. [Demande] VR : Associé au fichier .XML qui affiche le paysage représentatif, ouvrez le fichier pour prévisualiser le paysage virtuel sur les moniteurs en mode statique. Pour une interaction dynamique, ouvrez la configuration couplée. XLSX dans l’application de contrôle.
      2. Contrôle [application] : Associée au fichier .XSLX, ouvrez cette application pour voir les périphériques accessoires associés au système. On peut étendre et rétracter manuellement le tube de récompense, distribuer une récompense liquide et afficher l’acquisition de données en temps réel à partir d’ici.
      3. [application] Concepteur de planification : cette application permet d’ajuster les fichiers XAML afin d’établir une planification pour le déclenchement d’événements au sein de l’expérience. Par exemple, concevez un déclencheur personnalisable pour déterminer la durée de distribution des récompenses et définissez la durée des pauses entre les essais pour les souris.
3. Exemple de démarrage : Commencez par décider à quoi ressemblera le protocole d’étude en fonction des composants réglables des étapes 3.2.1.1 à 3.2.1.3. Une fois qu’un protocole opérant est clairement défini, ouvrez l’un des modèles d’expériences prédéfinis avec le système VR en suivant les étapes ci-dessous.
   1. Ouvrez l’application VR, qui s’ouvre dans le sous-dossier Données. Enregistrez le paysage virtuel créé sous forme de fichier XML. Ouvrez ce fichier et le paysage virtuel devrait apparaître sur les moniteurs VR.
   2. Ouvrez l’application Contrôle et accédez à l’icône Ouvrir le dossier en haut à droite de l’écran. Cliquez sur l’icône, qui devrait faire apparaître le dossier Configs, où le . La configuration expérimentale XLSX est située. Ouvrez le . XLSX du même nom que le fichier .XML ouvert dans l’application VR. Les accessoires du système définis, tels que la pompe et le moteur du dispositif de récompense extensible, sont désormais visibles sous l’onglet de contrôle de l’application.
   3. Lancer l’expérimentation, car la coordination entre ces deux applications permet la création d’un paysage virtuel interactif. In fine, cette intégration facilite le suivi des données essentielles, notamment la distance dans le plan XY et la collecte des récompenses avec des horodatages.
4. Acquisition de données : Extrayez les données comportementales les plus précieuses du système, qui sont des données de position et des récompenses horodatées. Ces données sont enregistrées séparément sous forme de fichiers journaux.
   1. Données de position : pour les obtenir, suivez les étapes décrites ci-dessous.
      1. Pour acquérir des données de position XY horodatées des souris, ouvrez d’abord le fichier tableur du labyrinthe d’acquisition de données souhaité. Dans le tableau 1, placez la commande WriteVRAndCamInfoToFile dans l’une des cellules situées en dessous des autres de la colonne A. Désormais, les données de position seront automatiquement enregistrées sous forme de fichier CSV daté (nommé Log files-MM.DD.YYYY_VRandPathPos.csv) dans le dossier configs après une période d’essai.
      2. Pour exporter les données de position après un essai, fermez l’application de contrôle et les données seront enregistrées dans un fichier CSV daté. Ce fichier contiendra toutes les données spécifiques pour un jour particulier, alors veillez à noter manuellement quand chaque sujet a été placé sur et retiré du ballon. Ouvrez le fichier et importez-le à l’aide du jeu de caractères Unicode UTF-8. La colonne A est intitulée DateTime, cliquez avec le bouton droit de la souris sur l’onglet A et cliquez sur Format des cellules. Allez à l’heure et cliquez sur l’option MM/JJ/AAAA HH :MM : SS . Désormais, chaque événement du système sera catalogué chronologiquement pour une analyse plus approfondie des données.
   2. Données de récompense : pour les obtenir, suivez les étapes décrites ci-dessous.
      1. Les données relatives à l’activation de la pompe (distribution de récompenses) sont automatiquement enregistrées sous forme de fichiers journaux datés dans le système, de sorte qu’il n’est pas nécessaire de saisir une commande comme on le ferait pour les données de position. Pour y accéder, rendez-vous dans le sous-dossier Log Files du dossier configs.
      2. Répétez l’étape 3.4.1 pour les données de position afin que les données de récompense exportent les données sous forme de fichier de tableur. Ouvrez le dossier configs et sélectionnez le fichier de récompense daté (nommé Corridor- MM.DD.YYYY ou Corridor_Linear_Run- MM.DD.YYYY) lorsqu’il est affiché dans le dossier. Cela fournira la date et l’heure auxquelles les souris ont acquis les récompenses, et on peut l’utiliser dans une analyse de données plus approfondie en fonction du paradigme qu’elles ont utilisé.

4. Tâches comportementales

REMARQUE : Conformément aux méthodologies établies en neurosciences comportementales, les tâches formulées utilisent une technique d’apprentissage associatif basée sur la récompense. En utilisant des récompenses immédiates pour renforcer des comportements spécifiques, les animaux sont entraînés efficacement à exécuter des tâches répétitives, facilités par la capacité de téléportation de la RV. Dans un cadre comportemental virtuel, la fonctionnalité de téléportation offre aux souris la possibilité de s’engager dans des tâches sans le stress associé à la manipulation physique, réduisant simultanément la durée de configuration nécessaire pour des tâches analogues du monde réel. Pendant les séances d’entraînement, utilisez un éclairage zénithal rouge tamisé dans le cadre expérimental. Cette précaution est recommandée en raison de la diminution de la sensibilité visuelle des souris à la lumière rouge, ce qui atténue les interférences potentielles avec leur perception des écrans de réalité virtuelle (VR), par opposition à l’utilisation de la lumière blanche²².

1. Accoutumance
   1. Commencer l’accoutumance au tapis roulant sphérique en même temps que leur accoutumance à la régulation des fluides pour associer le tube de léchage à la récompense en utilisant la motivation physiologique correctement synchronisée. Une période d’habituation de trois jours est recommandée avant de commencer l’entraînement sur piste linéaire.
   2. Le 1er^jour, manipulez les souris pendant 5 min après la pesée. Au cours de cette interaction, il est conseillé de saisir doucement l’implant tête-barre pendant que les souris sont dans leur cage, créant ainsi une familiarité avec une telle manipulation. Présentez-leur l’espace où se trouve la VR ce jour-là pour leur permettre d’anticiper l’environnement spatial dans lequel se dérouleront les essais expérimentaux. Ce premier jour d’accoutumance coïncide avec le début de la régulation liquidienne de 15 ml par 100 mg de masse corporelle.
   3. Le 2^e jour, qui coïncide avec la transition vers l’étape de régulation des fluides de 10 ml par 100 mg de masse corporelle, manipulez à nouveau les souris pendant 5 minutes. Continuez à saisir doucement la barre de tête pendant que vous êtes dans la cage. Fixez la barre de tête au support tout en permettant aux souris de se familiariser avec le tapis roulant sphérique pendant 5 à 20 minutes, soit sur une piste répétitive à l’infini, soit sans que le logiciel ne soit activé. Cela facilite leur adaptation à l’état de tête fixe. Il faut s’attendre à ce que les souris excrètent des déchets pendant cette période, qui diminuent généralement au fil des séances successives.
   4. Le 3^ème jour, qui correspond au dernier jour du paradigme de régulation liquidienne (5 mL pour 100 mg de masse corporelle), manipulez les souris pendant 5 min. Ensuite, fixez-les solidement au tapis roulant sphérique à coussin d’air et introduisez-les dans des récompenses liquides à travers le tube de récompense.
      1. Introduire le bec à lécher chez les souris naïves les confondra au début, alors assurez-vous que la souris est consciente qu’elle est censée boire dans le tube.
   5. Sans être trop forceur, appliquez les lignes directrices de positionnement de la souris ci-dessous et individualisez le positionnement de la souris sur la balle par rapport au tube de manière à ce qu’elle soit récompensée de manière confortable. Au début, assurez-vous que les souris boivent dans le tube ; Cela se produira chez la plupart des souris naturellement dans des conditions restreintes en eau lorsqu’elles sont présentées avec du liquide à boire.
2. Positionnement des souris
   1. Pré-positionnement : Avant de placer la souris sur la balle, étendez le tube de récompense centré avec une petite gouttelette de récompense à l’extrémité. Étendez le tube de récompense avant de positionner la souris sur la balle pour éviter toute blessure potentielle résultant d’une extension par inadvertance du tube trop loin vers l’avant une fois que la souris est fixée la tête. Élevez le tube de récompense de 5 à 15 mm au-dessus du tapis roulant sphérique de sorte que le léchage du bec nécessite une posture naturelle de la tête orientée vers l’avant.
   2. Fixation de la tête : Pour fixer la tête de la souris, placez la souris du côté dominant du manipulateur du tapis roulant sphérique. Ensuite, à l’aide de la main dominante du manipulateur, tirez la souris par sa barre de tête vers la plate-forme de fixation de la tête. Placez la barre de tête dans la fente destinée à la fixation, après quoi à l’aide de la main non dominante du manipulateur, cliquez sur la barre de tête en place.
   3. Emplacement sur le ballon : Personnalisez le placement sur le tapis roulant sphérique pour chaque souris, mais assurez-vous qu’elles répondent aux exigences suivantes pour assurer la motivation à goûter la récompense et minimiser les niveaux globaux de stress.
      1. Alignez le plan médio-sagittal de la souris avec le centre du tapis roulant sphérique. Dans les cas où la barre de tête n’est pas droite, assurez-vous que le plan médio-sagittal de la souris, plutôt que la barre de tête, est aligné avec le centre du placement. Pour plus de clarté visuelle, voir la figure 3C.
      2. Assurez-vous que les pattes arrière de la souris ne sont pas à plus de 11 cm de l’apex du tapis roulant sphérique et que la tête est derrière l’apex. Assurez-vous que les quatre pattes touchent le tapis roulant et que l’abdomen peut toucher le tapis roulant lorsque la souris est au repos ; Cela favorisera une bonne démarche et une stabilité sur le ballon pour courir.
      3. Lorsque les souris ne courent pas, on parle de refus de balle. Si les souris continuent de se figer et n’essaient pas de courir, elles ressentent probablement une anxiété excessive et, comme l’enquêteur choisit, de les exclure de l’expérience. Dans cette étude, un seuil quantitatif de 5 jours de refus de balle a été utilisé pour déterminer l’exclusion des données.
   4. Biais latéral : Lorsque les souris commencent à s’habituer à la routine d’entraînement, elles favorisent un côté par rapport à l’autre. Cela peut interférer avec l’exécution de la tâche, alors assurez-vous que toute préférence latérale n’est pas due à une asymétrie dans la façon dont l’animal est monté sur le ballon. La tâche du labyrinthe en Y employée ici exige spécifiquement que l’animal fasse des choix à droite et à gauche pour optimiser la livraison des récompenses, ce qui facilite le dépassement des préférences latérales.
   5. Bec de récompense : Cette approche implique une manœuvre douce appelée méthode du baiser, où la souris est guidée vers le tube de léchage étendu jusqu’à ce que sa bouche touche presque l’extrémité du bec, assurant ainsi une livraison précise de la récompense. Réglez la durée du tube de récompense prolongé à 1 s lorsque les souris reçoivent des récompenses, ce qui laisse à la souris le temps de consommer pleinement la gouttelette. Personnalisez le positionnement du bec pour chaque souris, car la taille et le positionnement préféré de chaque souris peuvent différer. S’assurer que le tube de récompense reste centré tout au long des essais pour la standardisation du léchage ; La souris doit toujours s’attendre à recevoir la récompense au même endroit physique, quelle que soit la conception du labyrinthe virtuel.
      REMARQUE : Bien que la détermination de cette durée soit laissée à la discrétion de l’investigateur, ces résultats indiquent que ce délai a été efficace pour faciliter l’absorption complète de la récompense par la souris avant la rétraction du tube. La figure 3B montre un exemple de positionnement préférable pour le placement.
   6. Piste linéaire : Conformément aux études antérieures utilisant des méthodologies similaires, utilisez une tâche de piste linéaire pour étudier deux questions clés : le temps nécessaire pour entraîner les souris à traverser un couloir droit et le taux de réussite prévu de l’acquisition de la récompense par les souris.
      1. Assurez-vous que les souris se sont acclimatées à la fois au paradigme de restriction des fluides et au matériel expérimental.
      2. Effectuez une séance quotidienne de 30 minutes pour vous déplacer le long d’un couloir virtuel linéaire commençant par une longueur de 1 m. Une fois arrivé à la fin du couloir et ayant reçu la récompense en gouttelettes de sucre, téléportez les souris au point de départ.
      3. Déterminez une progression basée sur des critères vers des labyrinthes plus longs (par exemple, 1 m, 2 m, 3 m). Faites avancer les souris jusqu’à la longueur suivante du labyrinthe après avoir reçu une moyenne de 2 récompenses par minute pendant 2 jours consécutifs (Figure 4A).
      4. Documenter les enregistrements quotidiens de données horodatées concernant la récupération des récompenses et la distance parcourue par les souris sur le tapis roulant sphérique pour une analyse plus approfondie (figure 4B-D).
      5. Pour les souris recevant en moyenne 2 récompenses par minute sur les pistes linéaires de 3 m, marquez-les comme compétentes sur le paradigme de la piste linéaire. Il est recommandé que les souris atteignent cette phase avant de passer à des tâches comportementales plus complexes nécessitant une prise de décision.
   7. Tâches comportementales complexes nécessitant une prise de décision (Y-Maze) : Cette phase explore la faisabilité de passer d’une tâche comportementale simple à une tâche comportementale plus complexe qui nécessite une prise de décision. Pour ce faire, créez une tâche Y-Maze de discrimination de signal conçue.
      1. Dans ce paradigme de labyrinthe en Y^23,24, assurez-vous que les souris naviguent vers un point de choix où deux bras s’étendent de 45° dans les deux sens comme la forme d’un Y. Désactivez la rotation du point de départ du labyrinthe jusqu’à ce que vous atteigniez le point de choix, deux bras de couleur différente, puis activez-la dans la zone de décision pour permettre à la souris de pivoter dans la direction souhaitée.
      2. Lors de l’entrée dans le bras menant à la zone de récompense, désactivez à nouveau la rotation. Un bras noir représente le chemin correct, tandis qu’un bras blanc représente le chemin incorrect. Utilisez le bras noir et le bras blanc comme indices pour tenir compte des limitations potentielles de l’acuité visuelle de la souris, car ils sont facilement distinguables, ce qui facilite l’examen de l’utilisation de l’information visuelle dans sa forme la plus simple.
      3. Entraînez les souris à naviguer vers le bras noir pour obtenir une récompense en sucre, chaque essai se terminant par la téléportation des souris à l’endroit de départ. Incorporer dans la conception expérimentale un mélange aléatoire de l’emplacement de la récompense entre les côtés gauche et droit, en veillant à ce que les souris associent la récompense aux repères visuels plutôt qu’au côté spécifique.
      4. Utilisez les mêmes étapes pour configurer le labyrinthe en Y que le couloir linéaire. Comparez les critères de progression du paradigme du labyrinthe en Y à ceux du couloir linéaire : chaque essai dure 30 min, et les souris doivent atteindre un seuil de récompense prédéterminé pendant 2 jours consécutifs. Un seuil de 70 % de récompenses correctement acquises est recommandé sur la base des performances moyennes des cohortes pilotes précédentes dans le labyrinthe en Y ; il est supérieur au seuil de chance (50 %) et représente un pourcentage raisonnablement atteignable indiquant que les souris comprennent la tâche (Figure 5A).
      5. Lorsque vous atteignez le point de choix, assurez-vous que la souris sélectionne l’un des bras corrects ou incorrects. Au bout du bras, téléportez-le au point de départ pour répéter le labyrinthe dans un délai de 30 minutes.
      6. Cette approche a utilisé une approche inspirée de la psychophysique visuelle où les labyrinthes sont devenus progressivement plus difficiles à distinguer. Suivez la description ci-dessous pour la progression dans le paradigme du labyrinthe en Y.
         1. Dans le labyrinthe en Y initial, présentez des bras solides noirs et blancs au point de choix du labyrinthe. Si la souris a correctement choisi le bras noir pour 70 % des essais pendant 2 jours consécutifs, faites-le passer à un niveau supérieur avec des tâches de discrimination de plus en plus difficiles. Pour y parvenir, introduisez progressivement 10 % supplémentaires de la couleur contrastante à chaque bras à chaque niveau de progression. Par exemple, faites passer le bras blanc à 90 % de blancs et 10 % de noirs, et vice versa, ce qui rend la discrimination plus exigeante à chaque avancement.
            REMARQUE : L’idée d’augmenter est que si un 50 % de blanc/noir peut être atteint, ce serait un contrôle efficace car les bras seraient indiscernables. Cependant, le maximum que les souris ont pu discriminer visuellement était de 80 % à 20 % (Figure 5B).

Résultats

Cette étude pilote visait à définir des méthodologies pour l’entraînement efficace des souris dans deux tâches distinctes : un couloir simple et une tâche de prise de décision complexe (la tâche de discrimination visuelle du labyrinthe en Y). Ces données ont servi de base à l’établissement de lignes directrices temporelles pour l’entraînement comportemental en VR.

Les étapes de la procédure commencent par décrire l’implantation chirurgicale de la barre de tête à la figure 1. Cet implant sert à stabiliser le crâne de la souris lors des évaluations comportementales, améliorant ainsi la précision des enregistrements neuronaux, notamment lorsqu’il est utilisé en conjonction avec des techniques d’électrophysiologie ou d’imagerie.

Les figures 2 et 3 illustrent les composants matériels et la configuration du système expérimental. La figure 2 détaille le système de distribution d’eau, qui utilisait la méthode d’une fontaine à boîte de Pétri. Il s’agissait de fixer une boîte de Pétri de 60 mm x 15 mm côté concave vers le bas sur le sol de la cage, de fixer une boîte de Pétri plus petite de 35 mm x 10 mm côté concave vers le bas au centre de la plus grande parabole et de placer une autre boîte de Pétri de 60 mm x 15 mm côté concave vers le haut sur le dessus de la plus petite boîte pour servir de réservoir d’eau. La hauteur de la parabole supérieure a été soigneusement ajustée pour éviter la contamination par le matériau de la litière tout en veillant à ce que les souris aient un accès facile à l’eau.

La figure 3 présente les instructions de positionnement du matériel système et de la souris. La figure 3A représente la configuration VR, qui comportait un réseau de six écrans avec un tapis roulant sphérique positionné au centre. La figure 3B montre le placement optimal de la souris sur le tapis roulant, avec la tête alignée dans une position naturelle et les quatre pattes en contact avec la surface. La figure 3C compare le placement correct et incorrect de la souris par rapport à la barre de tête, en mettant l’accent sur le fait que le plan médio-sagittal de la souris doit être centré, plutôt que de s’aligner avec la barre de tête elle-même.

La figure 4 présente les courbes d’acquisition de récompenses sur un graphique linéaire, illustrant les périodes d’apprentissage prévues pour des couloirs étroits de 1 m, 2 m et 3 m en VR sur la base de paramètres prédéfinis pour la progression. Il décrit les vitesses moyennes des souris sur les longueurs de piste respectives, démontrant une augmentation progressive de la vitesse comme preuve de l’apprentissage et de l’amélioration des tâches proportionnellement à l’augmentation de la difficulté. Un graphique à barres illustre également le nombre moyen de jours nécessaires aux souris pour atteindre le critère des pistes linéaires, ainsi qu’un graphique à barres affichant les vitesses moyennes pour chaque longueur de piste. Ensuite, les étapes progressives de la tâche de piste linéaire apprise par les souris sont également illustrées. Ces tâches ont été conçues pour reproduire les méthodologies établies dans la littérature académique tout en assurant une courbe d’apprentissage réalisable pour les souris, facilitant ainsi leur progression à travers les niveaux.

Enfin, la figure 5 fournit des données relatives à la tâche Y-Maze. La figure illustre la nature progressive de la tâche, en commençant par une discrimination directe entre les bras noirs et blancs solides. Cette étape initiale sert d’étape fondamentale, établissant la capacité des souris à distinguer les indices visuels contrastés. Les niveaux suivants de la tâche introduisent une complexité croissante en incorporant des pourcentages supplémentaires de la couleur contrastante à chaque bras, mettant ainsi davantage à l’épreuve les capacités de discrimination des souris. L’augmentation progressive de la difficulté de la tâche est illustrée par la transition de bras noirs et blancs solides à des bras composés de 90 % d’une couleur et de 10 % de l’autre. Notamment, les données présentées dans la figure 5 indiquent que bien que la précision de la discrimination s’améliore à chaque niveau de progression, certaines souris démontrent constamment un seuil de capacité de discrimination visuelle, atteignant un maximum de 80 %/20 % de discrimination blanc/noir. Cette observation souligne les limites inhérentes aux capacités de discrimination visuelle des souris dans le contexte de la tâche Y-Maze, fournissant des informations précieuses sur la faisabilité de la tâche et les capacités cognitives des sujets. Par la suite, les étapes progressives de la tâche de suivi du labyrinthe en Y, qui ont été conçues pour s’aligner sur les méthodologies établies dans la littérature, sont détaillées. Ces étapes ont assuré une courbe d’apprentissage réalisable pour les souris, soutenant leur progression progressive à travers les niveaux.

Figure 1 : Instructions chirurgicales pour l’implantation de la barre de tête. (A) Le site d’incision est marqué sur le crâne de la souris. (B) Les vis doivent être implantées à 1 mm à gauche de la suture interfrontale, légèrement en dessous de la brégma, et à 3 mm à droite de la suture interfrontale, légèrement au-dessus du lambda. (C) La barre de tête doit être placée le long de la suture interfrontale. (D) Appliquez du ciment dentaire sur l’implant tête-barre. (E) Visualisation réelle de la barre de tête après l’application du ciment dentaire. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Système de distribution d’eau à l’aide d’une fontaine à boîte de Pétri. Une boîte de Pétri de 60 mm x 15 mm a été fixée côté concave vers le bas sur le sol de la cage. Une boîte de Pétri plus petite de 35 mm x 10 mm a été centrée sur la plus grande boîte, avec une autre boîte de Pétri de 60 mm x 15 mm placée côté concave vers le haut sur le dessus pour servir de réservoir. Cette configuration a permis de s’assurer que l’eau n’était pas contaminée par la litière et accessible aux souris. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : instructions relatives au matériel système et au positionnement de la souris (A) Cela affiche la configuration VR utilisée. Une configuration à six écrans a été utilisée, avec le tapis roulant sphérique placé au milieu. (B) Vue latérale du placement optimal de la souris sur le tapis roulant sphérique. La tête de la souris est dans une position naturelle, tandis que les quatre pattes sont sur le tapis roulant sphérique. (C) Vue de dessus du placement correct ou incorrect de la souris par rapport à la barre de tête. Pour un placement correct, le plan médio-sagittal de la souris doit être centré plutôt que la barre de tête elle-même. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Données de suivi linéaires. (A) Les données présentées décrivent les récompenses quotidiennes collectées au cours de chaque période d’essai de 30 minutes. Les souris ont progressé vers des pistes plus longues une fois qu’elles ont atteint une moyenne de 2 récompenses par minute pendant 2 jours consécutifs, totalisant 60 récompenses (seuil). (B) Au fur et à mesure que les souris acquéraient des compétences dans la tâche, leurs vitesses présentaient une augmentation progressive, indiquant l’efficacité du renforcement de la récompense. Le graphique illustre la vitesse quotidienne moyenne de chaque souris sur la piste en cm/s, représentant une progression linéaire du comportement appris. (C) Ce graphique à barres illustre le temps nécessaire à chaque souris pour acquérir la compétence sur des longueurs de piste individuelles, avec les moyennes respectives et l’erreur type représentées pour chaque longueur de piste. (D) Ce graphique à barres montre la moyenne et l’erreur type des vitesses quotidiennes moyennes atteintes par chaque souris sur différentes longueurs de piste. La progression presque linéaire suggère une amélioration apprise de la vitesse de course. (E) Cela illustre la progression de la tâche de piste linéaire, qui nécessite 2 jours d’essai consécutifs de 60 récompenses avant de passer à une version plus longue du labyrinthe. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Données du labyrinthe Y. (A) Cela montre la répartition des récompenses acquises aux différentes étapes de la progression du labyrinthe en Y. Cette analyse s’est concentrée exclusivement sur un sous-ensemble de quatre souris qui ont complété toutes les phases de la trajectoire linéaire, assurant ainsi une représentation équitable des participants masculins et féminins. (B) Cette représentation visuelle illustre les étapes de la tâche Y-Maze, dans laquelle les souris avancent après avoir atteint deux jours consécutifs de 70 % de choix corrects. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Discussion

Cette étude a utilisé une approche complète pour étudier les réponses comportementales des souris dans des environnements VR, en se concentrant sur la mise en œuvre de procédures chirurgicales, de protocoles de restriction des fluides, de la configuration du système et des tâches comportementales. Ces résultats contribuent au domaine en fournissant des détails sur les procédures, les délais de formation et les taux de réussite. Cela permettra une adoption plus efficace des procédures de RV chez la souris et facilitera la planification et la mise en œuvre pour les laboratoires intéressés à utiliser cette procédure dans leurs recherches.

L’implantation chirurgicale de barres de tête était essentielle pour faciliter les expériences comportementales fixes dans des environnements de RV. En suivant scrupuleusement les protocoles établis et en fournissant des soins postopératoires appropriés, l’intégration réussie des barres de tête a été assurée tout en minimisant les effets néfastes sur la santé et le comportement des animaux. De plus, des protocoles de restriction hydrique ont été mis en œuvre pour réguler la consommation d’eau et maintenir les niveaux d’hydratation et de soif chez les souris. Le processus d’acclimatation progressive et l’accès périodique à l’eau étaient cruciaux pour assurer le bien-être des animaux tout en facilitant l’exécution des tâches comportementales.

La configuration du système comportemental VR a impliqué l’intégration de composants matériels et logiciels pour créer des environnements virtuels immersifs pour les souris. L’utilisation d’écrans virtuels totalement immersifs, de systèmes de récompense liquides, de balles en polystyrène comme tapis roulants sphériques et de supports de tête a permis un contrôle précis des conditions expérimentales et l’acquisition de données. Les tâches comportementales, y compris les paradigmes de la piste linéaire et du labyrinthe en Y, ont été soigneusement conçues pour étudier les aspects clés du comportement de la souris, tels que la locomotion, la prise de décision et le traitement de la récompense.

Malgré tous les efforts déployés pour optimiser les procédures expérimentales, plusieurs défis ont été rencontrés au cours de l’étude. La variabilité des réponses individuelles des souris et les problèmes techniques liés à l’intégration matérielle et logicielle ont posé des défis à la collecte et à l’analyse des données. De plus, le recours à des protocoles de restriction hydrique nécessitait une surveillance minutieuse de l’état d’hydratation de l’animal et l’ajustement des procédures expérimentales en conséquence. Parfois, les souris avaient du mal lorsqu’elles étaient placées sur la balle, ne buvaient pas au bec de récompense, ou se figeaient et ne parvenaient pas à courir sur la balle. Bien que certains de ces défis puissent être temporaires, il est crucial de surveiller les souris pour s’assurer qu’elles ne rencontrent pas d’obstacles dans leur progression. Les souris qui ne montrent pas d’avancement par rapport à leurs pairs devraient être retirées de l’étude. Une expérience similaire a fait retirer 4 souris sur 55 en raison de leur incapacité à apprendre le paradigme²⁵. Les souris présentant une immobilité constante sur le ballon pendant 5 jours consécutifs ont été exclues de l’étude après des évaluations approfondies de leur poids, de leur capacité à accéder au bec de récompense pour boire et de leur positionnement sur le ballon pour s’assurer qu’aucun problème sous-jacent n’était présent. Dans ces cas, il est à la discrétion du chercheur de décider de la stratégie à adopter pour reprendre l’étude efficacement.

Ces protocoles d’entraînement ont été conçus pour défier progressivement les souris tout en assurant leur compétence dans l’exécution de tâches comportementales. Les critères de progression de la piste linéaire au paradigme du labyrinthe en Y étaient basés sur la capacité des souris à atteindre des seuils de performance prédéterminés, tels que la réalisation de jours consécutifs d’essais réussis et l’acquisition de récompenses. La mise en place de protocoles d’entraînement rigoureux nous a permis d’évaluer les capacités comportementales et l’adaptabilité des souris à des tâches de plus en plus complexes. Ces protocoles soigneusement structurés fournissent un cadre solide aux chercheurs dans le domaine des neurosciences comportementales, offrant une approche systématique de l’évaluation et de l’entraînement des animaux pour divers paradigmes expérimentaux. En définissant des critères clairs de progression, les chercheurs peuvent évaluer efficacement la courbe d’apprentissage des sujets expérimentaux et organiser les paradigmes de formation en conséquence. De plus, cette approche méthodologique favorise la reproductibilité et la standardisation des expériences, facilitant les analyses comparatives et faisant progresser la compréhension des processus cognitifs et des mécanismes d’apprentissage dans les modèles animaux.

Lors de la conception d’un paradigme de RV pour les souris, il est crucial de reconnaître la gamme d’approches disponibles concernant la complexité des tâches et la progression de l’entraînement. Ce protocole offre un cadre large pour la construction d’un plan expérimental, mais il incombe à l’investigateur d’adapter des aspects spécifiques tels que l’administration de récompenses, le contrôle des biais, le type de stimulus, la progression des tâches et les paramètres du système en fonction des besoins de l’étude. Par exemple, certaines études optent pour une approche plus rationalisée, axée sur l’engagement immédiat dans les tâches. Un exemple est Krumin et al. qui ont mis en œuvre une seule tâche de labyrinthe en T cohérente plutôt que d’utiliser un régime d’apprentissage progressif entre différentes tâches. En revanche, d’autres études proposent divers éléments de conception d’essais, tels que des stratégies de renforcement des stimuli et des indices auditifs. L’étude a utilisé la rétroaction auditive comme punition pour des essais incorrects et n’a fourni que de l’eau comme récompense pour des essais corrects²⁶. À l’inverse, Zhao et al. ont utilisé une solution de saccharose à 10 % comme récompense pour des essais corrects et n’ont incorporé aucune forme de punition pour des essais incorrects²⁷. Au lieu de cela, ils se sont concentrés sur l’atténuation des réponses incorrectes grâce à des méthodes telles que l’entraînement anti-biais, qui consistait à augmenter la probabilité de changer la direction du signal par rapport au choix précédent de l’animal et à ajuster l’apport quotidien en eau pour améliorer la motivation. Des différences dans la conception expérimentale, telles que la présence de repères spatiaux tout au long de la tâche, peuvent conduire à des interprétations différentes du codage neuronal, comme en témoigne la sélectivité des cellules du cortex pariétal postérieur expliquée par les trajectoires et les préférences spatiales, contrairement aux séquences d’activation dépendantes du choix observées par Harvey et al.^27,28. Il est important de noter que le matériel spécifique utilisé comprenait six moniteurs LCD, un bec à lécher extensible et un tapis roulant à balles en polystyrène à coussin d’air. Il existe un certain nombre de différences entre les systèmes de réalité virtuelle d’un laboratoire à l’autre, notamment l’utilisation de projecteurs²⁹ par rapport aux écrans d’ordinateur, de tapis roulants non sphériques³⁰ et de becs fixes¹⁰ par rapport aux becs extensibles.

En conclusion, cette étude fournit des informations précieuses sur les réponses comportementales des souris dans les environnements VR et démontre la faisabilité de l’utilisation de la technologie immersive pour étudier des comportements complexes. Les recherches futures pourraient se concentrer sur l’amélioration des protocoles expérimentaux, l’exploration des mécanismes neuronaux sous-jacents aux processus de prise de décision et la traduction des résultats en applications cliniques. En continuant à faire progresser la compréhension du comportement de la souris, les scientifiques peuvent élucider davantage les circuits neuronaux et les processus cognitifs sous-jacents aux comportements complexes en matière de santé et de maladie.

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
2.4 mm Screws (00-96 X 3/32)	Protech International	8L0X3905202F	For Added Headbar Stability
Bupivocaine	Hospira	NDC:0409-1162-19	Local Anesthetic
Buprenorphine	Wedgewood Pharmaceuticals	SKU: BUPREN-INJ010VC	Analgesia
Buzzers	Wahl	1565q	For Shaving Surgical Region
Drill and microinjection robot	Neurostar	17129-IDA	Stereotaxis
GLUture	Zoetis	32046	Surgical Adhesive
Head-bar Implant	Luigs-Neumann	130060	Mouse Head Implant
Heating Pad (Lectro-Kennel)	K&H Manufacturing	100212933	Post-operative
Hemostats	World Precision Instruments	501291	Surgical Tool
Hydrogen Peroxide	Swam	L0003648FB	Cleaning Agent
Isoflurane	Dechra	B230008	Surgical Inhalation Anesthetic
Isoflurane/O2 Delivery device w Nosecomb attachments	Eagle Eye Anesthesia Inc.	Model 50 Anesthesia	Surgical Device
Metabond	Parkell	CB-S380	Adhesive Cement
Microscissors	Fine Science Tools	15000-08	Surgical Tool
Oxygen	Praxair	UN1072	Surgical Oxygen
Povidone-Iodine Swabstick	Dynarex	g172095-05	Surgical Tool
Saline	Hospira	NDC:0409-1966-02	Hydration Agent
Sterile Cotton Tipped Applicator (Q-tips)	Puritan	25-806 2WC	Surgical Tool
Sucrose	Fisher Chemical	CAS 57-50-1	Primary Reinforcer/Motivator/Reward
Tweezers	World Precision Instruments	504505	Surgical Tool
Virtual Reality System	PhenoSys	JetBall-TFT	The JetBall, an air cushioned spherical treadmill allows an animal to navigate effortlessly in a virtual world projected on 6 surrounding monitors.
White petrolatum lubricant eye ointment ointment	AACE Pharmaceuticals	NDC:71406-124-35	Eyelube