הערכת שליטה מיומנת בעכברים באמצעות מאמן אוטומטי

Summary

השיטה כדי להעריך את ההשפעה של אימון על מיומנויות מוטוריות הוא כלי שימושי. למרבה הצער, רוב הערכות התנהגותיות יכול להיות אינטנסיבית ו/או יקר. אנו מתארים כאן שיטה רובוטית של הערכת התפיסה (הגעה לתפוס) מיומנות בעכברים.

Abstract

אנו מתארים שיטה להחדיר עכברים תמימים למשימה הרומן (הגעה לתפיסה) משימה. עכברים נמצאים ביחידים בכלובים עם חריץ חזיתית המאפשר לעכבר להגיע מהכלוב ולאחזר כדורי מזון. הגבלת מזון מינימלי מועסק כדי לעודד את העכברים לבצע אחזור מזון מן החריץ. כמו העכברים מתחילים לשייך את החריץ למזון, כדורי משכו באופן ידני כדי לעורר את הסיומת ואת פרונציה של כף היד שלהם לתפוס ולאחזר את הגלולה דרך החריץ הקדמי. כאשר העכברים מתחילים להגיע כדורי כפי שהם מגיעים לחריץ, שיטת ההתנהגות ניתן לבצע על ידי מדידת הקצב שבו הם תופסים בהצלחה ולאחזר את הגלולה הרצויה. הם הציגו לאחר מכן מאמן אוטומטי ההופך את התהליך של מתן כדורי מזון עבור העכבר כדי לתפוס, ואת ההקלטה של מוצלח ונכשל להגיע ואוחז ניסיונות. הדבר מאפשר לאסוף נתונים עבור מספר רב של עכברים בעלי מאמץ מינימלי, לשימוש בניתוח ניסיוני בהתאם לצורך.

Introduction

שיטות לבדיקה מוטורית של מיומנויות מוטוריות לפני ופוסט נוירולוגי, כמו גם לווסת את העיתוי, כמות, וסוג של הכשרה מוטוריים חשובים מחקר טרנסלtional. בעשור האחרון, עכברים, בגלל הקלות של מניפולציה גנטית, הפכו מערכת המודל הפופולרי שבו כדי להבהיר את המנגנונים של למידה מוטורית מראש ולאחר פציעה. עם זאת, התנהגות התנהגותית אומר בעכברים לא היו ממוטבים באותו אופן, כי מאמר כזה היה עבור יונקים אחרים (במיוחד חולדות). עוד, ישנם הבדלים חשובים בין התנהגות של עכבר לבין חולדה המציעים בחריפות את שני המינים בנימוסים שונים^1,2.

תנועות אנער מיומנים להשתמש ביד/כף למקום מזון בפה, כדי לתמרן אובייקט, או להשתמש בכלי. ואכן, הגעה לתפיסת חפצים שונים בחיי היומיום היא פונקציה בסיסית של הגפיים העליונות ומעשה ההגעה לאכילה הוא צורה של הבנה שיונקים רבים משתמשים בהם. רבים מהשינויים הגנטיים, הפיזיולוגיים והאנטומיים האנער ברכישת מיומנות מוגדרים היטב בשדה³. בתרגום ממצאים פרה-קליניים לתוצאות קליניות, יש צורך בבדיקה רלוונטית שהיא יעילה ומתוכמת. מחקרים של מכרסם ולהגיע האדם להפגין כי התנהגות הסדר דומה בבני אדם בעלי חיים⁴. בהתאם לכך, קווי הדמיון הללו מצביעים על כך שבדיקת הסדר יכולה לשמש כמודל טרנסלטילי לחקירת למידה מוטורית, כמו גם ליקויים וטיפולים במחלות אנושיות. לכן, הערכת הסדר בעכברים יכול להציע כלי רב עוצמה במחקר טרנסלפורמציה ללמוד הן בריאות והן מצבים מחלות⁴.

למרבה הצער, משימה בסדר בעכברים, אפילו עבור הגדרת מעבדה קטנה, יכול להיות מפרך זמן רב. כדי להקל על בעיה זו, אנו מתארים כאן גרסה אוטומטית של משימת החסימה. המשימה המתוארת מחייבת עכברים כדי להאריך כפה אחת דרך חריץ הבית של העכבר בכלוב הקדמית, לחזק את הכף המורחבת, לתפוס את הגמול מזון הגלולה, ולמשוך את הגלולה בחזרה אל פנים הכלוב עבור צריכה. הנתונים המתקבלים מוצגים כהצלחה או כישלון הניתן לחסימה. אוטומציה זו מתעדת בהצלחה את הנתונים ומפחיתה את הנטל והזמן שבהם החוקרים חייבים לעסוק במשימה.

Protocol

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי ACUC (הוועדה לטיפול בבעלי חיים והשימוש) של אוניברסיטת ג'ונס הופקינס.

1. הכנת כלובי העכבר לשימוש

1. צור פתח משופע עם מידות של 0.8 ס"מ רוחב ו 7 ס"מ גובה מהבסיס בקצה הקדמי של כל כלוב, כפי שמודגם באיור 1. חריץ זה משמש כפתח שדרכו החיה תגיע.
   הערה: מאמן אוטומטי תוכנן לשימוש עם מידות כלוב העכבר הרגיל (כפי שמוצג באיור 1) המסופק על ידי רוב ספקי המחקר לחקר בעלי חיים. יתר על כן, מאמן אוטומטי יהיה לתמוך בקלות אחרים מסוג כלוב.
2. בתוך כל כלוב יחיד, להוסיף פלטפורמה סמוך לחריץ כדי לאפשר לעכברים לעמוד ולהגיע כדורי הציג. ודאו שהפלטפורמה ממוקמת מעל קומת הקרקע של הכלוב, כ -3 ס מ בגובה. שימוש במנות פטרי מודבקת עם דבק על ידי סדין מתכת כ 10 ס"מ x 15 ס מ, עם זאת, כל משטח שטוח גדול מספיק כדי עכבר כדי לעמוד כדי להגיע מ יהיה להספיק.
3. ליצור חריץ אנכי דרך אמצע החזית של הכלוב מדידה 0.8 ס"מ על פני ו 7 ס"מ גבוה שיאפשר עכבר כדי להגיע כפה שלו מתוך הכלוב.
4. מתוך סדין דק של מתכת, (כ 2 מ"מ עובי) לחתוך שער כלוב למלבנים מדידה 5 ס"מ x 10 ס"מ לשמש פתח אחיד שדרכו החיה היא להגיע.
   הערה: עכברים יכולים ללעוס על כלובים פלסטיים שישנו את גודל הפתח. העכבר יגיע דרך חריץ זה 0.8 ס מ כאשר שער הכלוב המתכתי ממוקם על הפתיחה מחדש של הכלוב במהלך הבדיקה באמצעות קלטת, שמירה על רוחב אפקטיבי של החריץ בין הכלובים.
5. לכסות את החריץ של כל כלוב עם הקלטת כאשר העכבר אינו נבדק כדי למנוע המלטה מפני סילוק מהכלוב.

2. היכרות עכברים לתנועה להגיע

1. הקלט את משקל ההתחלה של כל עכבר וחשב 85% מהערך כדי למצוא את משקל המטרה שלהם, מעוגל עד 20 גרם אם התוצאה נמוכה יותר. תן להם משטר האכלה להביא אותם ואז לשמור על משקל המטרה הזה.
   1. לתת לכל עכבר 2.5 g של כדורי ביום הראשון ולשים לב לשינוי במשקל שלהם 24 שעות מאוחר יותר.
      הערה: שוקלים את העכברים פעם ביום ומצפים לירידה במשקל 0.25-1 גרם ליום.
   2. שנה את ההזנה היומית של כל עכבר כנדרש, בהתבסס על שינוי ראשוני זה ושינויים מתמשכים במשקל של כל עכבר, כדי לגרום לירידה במשקל הדרגתי (פחות מ 0.8 g לאיבוד ליום) ולאחר מכן לשמור על משקל המטרה שהתקבל. לשנות בין שלושה כדי 6 500 mg כדורי (1.5 כדי 3.0 g) ליום להיות יעיל.
      הערה: עכברים נשארים בדיאטה זו כדי לשמור על משקל המטרה שלהם בכל הפרוטוקול.
2. כאשר העכבר הגיע למשקל המטרה שלו, להציג כל עכבר לרעיון של לבוא אל החריץ מגודרת עבור גלולה המזון המשלים. להתחיל מפגש אימון על ידי הצבת גלולה 45 mg על משטח הגלולה, ישירות מול החריץ, ולאפשר לכל עכבר כדי לאחזר אותו. רוב העכברים ייקח את ההסדר הזה האכלה בתוך 1-2 ימים.
3. לאחר העכבר שותפים חריץ פתוח עם להיות ניזון, לעודד אותם להגיע עם כפה, ולא בפה.
   הערה: זהו הצעד המורכב ביותר, לקיחת 1-2 ימים, והקניית התנהגות לא מועילה בעכברים בטעות היא קלה מאוד; עיין בסעיף הדיונים לקבלת מידע נוסף ועצות.
   1. באמצעות זוג מלקחיים, להחזיק גלולה באותו מיקום העכבר יש לאחזר כדורי בעבר. כאשר העכבר מתחיל לנשוך את הגלולה, למשוך אותו משם בערך חצי סנטימטר כזה את הגלולה היא מחוץ להישג פיו.
      הערה: עכבר על משקל המטרה שלו ינסה לאחזר את הגלולה מחוץ להישג. בכל פעם העכבר מרחיב כפה דרך החריץ, לחזק את ההתנהגות הזאת על ידי התרת אותו לאכול את הגלולה. עכברים מסוימים עשויים להפגין העדפה לרגל אחד מעל השני בעת הארכת למזון.
   2. בעוד לא אינסטרומנטלי לניסויים, להקליט אם הימנית או הימנית הוא המועדף. הדבר עלול לאפשר שיעורי הצלחה גבוהים יותר באופן התנהגותי; לחילופין, לחסל משתנה על ידי אילוץ כל עכבר כדי להגיע עם אותו כפה.
      הערה: תוצאות טובות יותר מתקבלים אם עכברים משתמשים בכפה המועדפת עליהם.
   3. כמו כל עכבר מקורביו הארכת כפה עם אכילת גלולה, עוד יותר לחזק את ההתנהגות על ידי הסתרת הגלולה בתגובה לניסיונות לאחזר את הגלולה עם הפה והלשון. עכברים יתחילו לציית להסדר זה במשך 2-3 ימים.
   4. להשלים את המבוא של התנהגות הרצוי כפה להגיע על ידי הצבת הגלולה 45 mg רק מתחת 1 ס מ מהקצה החיצוני של שער הכלוב, כגון הקצה השמאלי או הימני ביותר של הגלולה (אם זה מימין או משמאל לחריץ כלוב מהחוקר פרספקטיבה של, בהתאמה) משיק לקו הנמתח ישר החוצה מקצה החריץ של שער הכלוב. לאפשר לעכבר כדי לנסות לאחזר את הגלולה, להיות המשמר כדי להסיר את הגלולה ולמנוע את הצריכה שלה אם העכבר צריך לנסות על ידי שיטה אחרת מאשר הארכה כפה.
      הערה: כאשר העכבר מרחיב בעקביות כף לתפוס והוא מסוגל לגעת הגלולה המסופקים, הוא מוכן לבדיקה באמצעות מאמן אוטומטי המתואר להלן והקשורים ההתנהגות הקשורה. הזמן מהיכרות נאיבית להיות מוכן ישתנה בין עכברים; אם ישנם מפגרים שצריכים להבין יותר משבועיים, יש להוציא אותם מערכת הנתונים.

3. באמצעות מאמן אוטומטי

הערה: עיין באיור 1-3 ובמקטע הדיון לקבלת תיאור מלא של החומרה, התוכנה והפעולות הפיזיות של מאמן האוטומטי.

1. . תתכונן לפגישת ההדרכה
   1. . כיול את חיישן הפתיון לחץ על החץ לרוץ בממשק labview ולשים לב את החיישן הפתיון הפיתיון לקריאה הן עם או בלי גלולה במקום. לחץ על לחצן עצור כדי להפסיק את הבדיקה לרוץ ולשנות את החיישן פיתיון גלולה היעד לערך בין שתי קריאות אלה (איור 3 ושולחן 2). מרבית תנאי התאורה מספקים קריאה בין 1 ל-4.
   2. מניחים את כלוב העכבר המתוקן על מאמן אוטומטי (איור 2). לצרף את שער הכלוב ( איור 1) וליישר את הגלולה לקצה החריץ כמו בהליך הידני.
2. הפעל את הפעלת ההדרכה של העכבר באמצעות ממשק LabVIEW.
   1. קלט מידע כנדרש כדי לתעד נתונים אודות הפעלת ההדרכה (איור 3 וטבלה 2).
      1. לחץ על שדה מזהה העכבר והקלד את שם הקובץ של כל הפעלת הדרכה באמצעות לוח המקשים של המחשב.
      2. לחץ על כדורי סה כ כדי לוותר במהלך השדה השגרתי כדי לשלוט על כמה כדורי הם ויתרו על ניסוי אחד (בדרך כלל 20-30). לשם כך, לחץ על החצים למעלה ולמטה או הקלט את המספר באמצעות לוח המקשים של המחשב.
      3. לחץ על הפסקה לאחר גלולה מספר השדה כדי לקבוע 5 s הפסקה לאחר הגלולה המצוין מוסר מלוח הצלילה. לשם כך, לחץ על החצים למעלה ולמטה או הקלט את המספר באמצעות לוח המקשים של המחשב.
      4. לחץ על השדה אורך הפסקה כדי לקבוע הפסקה בין הזמן הסרת גלולה מלוח הצלילה ואת הזמן להסיר גלולה חדשה. לשם כך, לחץ על החצים למעלה ולמטה או הקלט את המספר באמצעות לוח המקשים של המחשב
         הערה: בדרך כלל 1 s הוא זמן הפסקה מתאים. אם העכברים הם להוטים לאחר כל הגלולה היא ויתרו, מומלץ להגדיל את אורך ההשהיה באמצעות שדה הפסקה אורך כדי 5 s.
      5. רשום באופן ידני את המרחק שבו הגלולה ממוקמת בשדה ' מרחק לטווח '. לשם כך, לחץ על החצים למעלה ולמטה או הקלט את המספר באמצעות לוח המקשים של המחשב
         הערה: גודל ההאצה ומערכי הזמן נחשף למטרות איתור באגים וייתכן שהמערכת תתעלם ממנה.
      6. לחץ על התיקיה כדי לכלול את השדה יומנים כדי לבחור את מיקום הקובץ כדי לשמור את הנתונים שנאספו.
      7. לאחר ששדות המידע מולאו, לחץ על לחצן הפעלה כדי להתחיל בהפעלת ההדרכה. מאמן אוטומטי יהיה לוותר כדורי בודדים ולעקוב אם הם נופלים דרך המשפך עד המספר הכולל של כדורי כבר ויתרו, ואת הגלולה האחרונה יש או אוחזרו או ירד על ידי העכבר. התוכנית תפסיק באופן אוטומטי בשלב זה. במקרה הצורך, ניתן גם לעצור בטרם עת על ידי לחיצה על לחצן עצור .
   2. לאחר הגדרת התוכנה, למקם את כלוב הבית של העכבר כדי להיבדק על המעמד ולשמור על העכבר כך שאתה יכול לאמוד אם העכבר אכן למד לנסות את הרומן הנדרש להגיע להתנהגות. לאחר לחיצה על לחצן הפעלה , לאפשר לעכבר לחקור את החריץ ואת סביבתו החדשה, לא מוכר.
      הערה: בדומה להצגת עכברים למושג הגעה, צפה שעכברים מסוימים יהיו יותר תואמים מאחרים. עכברים כי תפס את הרעיון צריך לנסות להגיע בתוך 5-10 דקות ויהיה לשייך את התנועה של מאמן אוטומטי עם הגלולה המוצגת, כמו כאשר הם לשייך חריץ נחשף עם מזון בשלבים הראשוניים של פרוטוקול זה.

תוצאות

באופן כללי, מומלץ שכל מפגש אימון יכלול כ-20-30 מבחנים, שעשויים להיות מוגדרים על ידי המשתמש, לפעול באופן אוטומטי על-ידי מאמן אוטומטי ולשמור לתוך קובץ יומן יחיד לכל הפעלה ועכבר. כל ניסוי יכול להיות מופעל ברציפות, מיד אחרי השני, עם 2-5 s של הפסקה. עכברים התאמן על מאמן אוטומטי התערו?...

Discussion

מאמן אוטומטי שלנו מעריך forelimb הגעה לתפיסה (הבנת) באופן אוטומטי. כדי להשיג נקודת קצה זו, רבים מהפרמטרים שתוכננו עבור המשימה לקבלת העכבר, כולל מיקום גלולה, גודל גלולה, וקריטריוני הדרכה, כבר איטרלו במשך מספר שנים והותאמה מפרוטוקולים קודמים^{2,5 ,6}

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
ABS Filament	Custom 3D Printed	N/A	utilized for pellet holder, frame, arm and funnel
ABS Sheet	McMaster-Carr	8586K581	3/8" thickness; used for platform compononents, positioning stand guides and base
Adruino Mini	Adruino	A000087	nano version also compatiable as well as other similar microcontrollers
Bench-Top Adjustable-Height Positioning Stand	McMaster-Carr	9967T43	35 lbs. load capacity
Clear Acrylic Round Tube	McMaster-Carr	8532K14	ID 3/8"
Low-Carbon Steel Wire	McMaster-Carr	8855K14	0.148" diameter
Pellet Dispenser	Lafayette Instrument: Neuroscience	80209-45	with 45 mg interchangeable pellet size wheel and optional stand
Photointerrupter Breakout Board	SparkFun	BOB-09322 ROHS	designed for Sharp GP1A57HRJ00F
Reflective Object Sensor	Fairchild Semiconductor	QRD1113	phototransistor output
Servo Motor	SparkFun	S8213	generic metal gear (micro size)
Transmissive Photointerrupter	Sharp	GP1A57HRJ00F	gap: 10 mm, slit: 1.8 mm