Поведенческие процедуры обучения виртуальной реальности с фиксированной головой у мышей

Резюме

В статье описаны экспериментальные процедуры для широко используемой парадигмы виртуальной реальности (VR) с линейным треком на мышах, а также определена целесообразность выполнения сложных задач виртуальной реальности путем тестирования Y-образной задачи на дискриминацию сигнала.

Аннотация

Виртуальная реальность (VR) в сочетании с фиксацией головы все чаще используется в исследованиях поведенческой нейробиологии, поскольку она позволяет проводить сложные поведенческие анализы на мышах с фиксированной головой. Это позволяет точно записывать поведение и использовать различные нейрофизиологические методы, требующие фиксации головы для минимизации шума сигнала, связанного с движением, во время нейронных записей. Однако, несмотря на растущее использование VR, опубликовано мало данных о подробной методологии ее реализации. В этом исследовании был разработан протокол обучения, в соответствии с которым самцы и самки мышей C57B16/J обучаются бегу по виртуальному линейному коридору, длина которого увеличивается с 1-3 м в течение нескольких сеансов обучения. Основываясь на этом фундаменте, в данном исследовании изучалась возможность выполнения мышами сложных действий в виртуальной реальности с использованием парадигмы Y-образного лабиринта. Задача заключалась в том, чтобы добраться до рукава с черными стенами из точки выбора в Y-образном лабиринте. После достижения критерия в два последовательных дня, равного или превышающего 70% правильности, мыши переходили ко все более сложному сенсорному различению. Полученные результаты содержат важные детали о методологиях, полезных для успешного обучения мышей в виртуальной реальности, и демонстрируют, что мыши демонстрируют способности к обучению при навигации по Y-образному лабиринту. Представленная методология не только дает представление о продолжительности обучения в анализах на основе виртуальной реальности, но и подчеркивает потенциал для исследования сложного поведения у мышей, открывая возможности для более всесторонних исследований в области нейробиологии.

Введение

Задачи виртуальной реальности стали мощным методом оценки поведения у мышей благодаря фиксации головы, которая позволяет обеспечить механическую устойчивость, которая была бы нарушена у свободно ведущих себя мышей^. Этот метод позволяет уменьшить артефакты движения в электрофизиологических записях ^2,3 и оптической визуализации ^4,5,6,7. Это также способствует повторяемости поведения⁸ и точному отслеживанию взгляда⁹. В экспериментальной установке мышь закреплена на месте и расположена на вершине сферической беговой дорожки с воздушной опорой. Это устройство позволяет тщательно исследовать визуально управляемое поведение в среде виртуальной реальности. Когда мышь движется по беговой дорожке, ее передвижение плавно синхронизируется с навигацией в виртуальном ландшафте, который визуально отображается на экране, окружающем мышь.

Цель данного исследования двоякая: решить ключевые проблемы в рамках экспериментальной поведенческой нейронауки и внести вклад в развитие методологий в этой области. Во-первых, несмотря на растущее использование виртуальной реальности в академических исследованиях10,11,12, по-прежнему ощущается заметное отсутствие всеобъемлющих методологий и протоколов обучения, что препятствует принятию этой технологии новыми исследователями. Основная цель состояла в том, чтобы восполнить этот пробел путем определения подробного режима тренировок для парадигмы линейного трека, как показано в предыдущих исследованиях 13,14,15. Для описания этих операционных процедур используется коммерчески доступная система. В качестве оговорки, эти процедурные рекомендации содержат компоненты, специфичные для этой системы; Тем не менее, обсуждение обобщенности этого протокола см. в обсуждении. Цель состояла в том, чтобы наметить поведенческие процедуры, типичный график выполнения этих процедур и процент успеха для обучения мышей бегу по простой линейной дорожке.

Во-вторых, по-прежнему отсутствует документация по реализации сложных задач лабиринта в рамках этой парадигмы у мышей. На крысах были разработаны комплексные виртуальные анализы¹¹. Однако у мышей острота зрения снижена по сравнению с¹⁶ и они часто хуже справляются со сложными задачами17. В то время как некоторые исследования были сосредоточены на конкретных задачах, таких как накопление доказательств или пространственная новизна^, основное внимание здесь уделялось выяснению методологий обучения, необходимых мышам для участия в парадигмах принятия решений в средах виртуальной реальности. Для решения этой проблемы была разработана задача на распознавание сигналов, в которой мышам было поручено научиться ассоциировать цвет/яркость (черный против белого) вознаграждаемой руки с вознаграждением, что достигалось путем выбора черной руки в точке выбора Y-образного лабиринта, при этом правильная рука рандомизировалась в каждом испытании. Эта задача была разработана для того, чтобы потребовать взаимодействия с виртуальными сигналами и дать представление о способностях мышей к распознаванию восприятия.

Таким образом, это исследование устраняет критические пробелы в области экспериментальной поведенческой нейронауки, предоставляя комплексные протоколы обучения для использования парадигм виртуальной реальности на мышах и разъясняя методологии для сложных задач принятия решений в этой рамке. Используя выводы предыдущих исследований и инновационные экспериментальные разработки, это исследование направлено на оптимизацию исследовательской практики и углубление понимания нейронных механизмов, лежащих в основе поведения. В следующих разделах мы углубимся в экспериментальные процедуры и результаты, а также обсудим полученные результаты.

протокол

Все процедуры с животными проводились в строгом соответствии с протоколами, установленными Комитетом по уходу за животными и их использованию NIEHS, обеспечивая соблюдение этических стандартов и рекомендаций по благополучию. Для исследования были использованы мыши C57BL/6Tac в возрасте около 8 недель.

1. Операция по имплантации головы

1. Подготовка к операции
   1. Получить желаемое количество мышей для своей когорты, в идеале размещая их по отдельности, чтобы свести к минимуму помехи для имплантата головной балки, хотя^{это необязательно}. В этом исследовании использовалась выборка из трех самцов и трех самок мышей (первоначально сбалансированная, но один самец был исключен в начале тренировки после того, как не смог бегать по мячу)
   2. Приобретайте материалы, указанные в Таблице материалов, корректируя в соответствии со спецификой дизайна исследования.
   3. После обнаружения мышей обозначьте индивидуальные идентификаторы и нанесите либо татуировки на хвосте, либо пробивки ушных отверстий, чтобы обеспечить однозначную идентификацию. Создайте всеобъемлющий журнал для систематической записи их веса в соответствии с требованиями процедуры ограничения воды.
2. Введение анестезии
   1. Убедитесь, что все хирургические инструменты всегда под рукой, включая подходящие шприцы, грелку, металлические изделия (такие как пинцет, микроножницы и гемостаты), раствор йода, глазную смазку и стаканы для физиологического раствора и перекиси водорода. Чтобы обеспечить стерильные условия, продезинфицируйте все хирургическое оборудование и простерилизуйте все хирургические инструменты с помощью автоклава.
   2. Прежде чем приступить к операции, проведите точные измерения веса мышей и активируйте грелку до 34 °C. Записывайте всю необходимую информацию в лабораторный/хирургический блокнот своего учреждения. Проверьте достаточность уровня кислорода и изофлурана в баллонах и подтвердите наличие всех необходимых материалов для обеспечения непрерывных хирургических процедур.
   3. Сожмите мышь и поместите ее в носовой конус, прикрепленный к испарителю, предназначенному для мелких животных, получающих 4% изофлурана и скорость потока кислорода 3 л/мин для индуцирования анестезии. Используйте поглотитель для улавливания потенциально опасных отработанных газов (рекомендуется).
   4. Нанесите офтальмологическую ветеринарную мазь Petroleum в глаза мыши, пока она находится под носовым конусом, чтобы предотвратить сухость глаз. Сначала нанесите по одной капле на каждый глаз и при необходимости нанесите повторно. Обеспечьте постоянную защиту глаз, всегда поддерживая слой этой смазки с периодической проверкой.
   5. Подготовьте место хирургического вмешательства (рисунок 1A) на голове мыши, побрив область, где череп будет прикреплен к перекладине для головы.
   6. Расположите резцы мыши внутри стереотаксического аппарата под носовым обтекателем, регулируя скорость потока кислорода до 1 л/мин и вводя 1%-2% изофлурана из испарителя. Обеспечьте надлежащий поток анестезии, регулируя клапаны и переключаясь между индукционным носовым обтекателем и стереотаксическим аппаратом соответственно. Вытяните заднюю лапу мыши и сильно надавите на палец ноги. Если стопа не проявляет рефлекторной реакции отмены, это указывает на эффективность анестезии. Повторяйте каждые 15 минут вместе с проверкой дыхания.
   7. Закрепите голову мыши на месте, прикрепив хирургические устойчивые стержни в ушных каналах, сводя к минимуму любые возможные движения головы во время операции.
   8. Перед тем, как делать надрезы или инъекции, простерилизуйте выбритую операционную область на макушке головы, протирая ее тампоном, смоченным в йодном антисептике. Начиная с этого этапа, используйте стерильные перчатки для поддержания асептических условий.
3. Введение инъекций
   1. Подкожно ввести 0,05 мл бупивакаина (местная анальгезия) иглой 25G в место хирургического разреза на волосистой части головы.
   2. Подкожно ввести 1 мл физиологического раствора (гидратация) с помощью иглы 25G в одну сторону межлопаточной области.
   3. Подкожно ввести 0,05 мл бупренорфина (анальгезия всего тела) иглой 25G в противоположную сторону межлопаточной области.
4. Обнажение черепа
   1. С помощью микроножниц сделайте разрез кожи над межлобными и межносовыми швами черепа, начиная непосредственно над надбровным гребнем и продолжая за затылочной выемкой (рисунок 1A).
   2. С помощью гемостатиков удерживайте левый и правый лоскуты кожи, обнажая черепную коробку.
   3. С помощью сухой ватной палочки удалите соединительную ткань с кожи головы между заколотыми кожными складками.
   4. Используйте ватный тампон, смоченный (но не пропитанный) перекисью водорода, для скрабирования кожи головы, обеспечивая видимость швов и стараясь не попасть перекисью водорода на окружающие ткани.
   5. Повторяйте шаги 1.4.3 и 1.4.4, 2х-3х, пока не станут отчетливо видны брегма и лямбда, а кожа головы не будет тщательно очищена.
5. Имплантация хирургических винтов
   1. Прикрепите два винта к черепу, расположив один винт сзади от брегмы, а другой спереди от лямбды (Рисунок 1B), чтобы максимизировать площадь поверхности для стоматологического клея и повысить стабильность головки. Расположите винты в точках на указанном расстоянии от брегмы. Убедитесь, что один винт расположен слева, а другой справа (т.е. передне-задний (AP) +1,00, медиально-латеральный (ML) -1,00 и AP -3,00, ML +3,00), убедившись, что между винтами достаточно места для размещения перекладины и отрегулируйте координаты и необходимые.
   2. Сверлите целевые позиции, следя за тем, чтобы сверление ограничивалось костью черепа и не проникало в ткани мозга.
   3. С помощью отвертки вкрутите примерно половину винта на место. Повторите то же самое для второго винта.
6. Прикрепление имплантата головной балки
   1. Смешайте стоматологический цемент и нанесите его на нижнюю часть головной балки, уделяя особое внимание вогнутой поверхности, и нанесите вдоль межлобного шва черепа.
   2. Расположите перекладину над межлобным швом, чтобы облегчить сцепление между зубным цементом на перекладине головки и цементом на шовной нити. Надежно удерживайте его на месте рукой под нужным углом примерно 5 минут, пока он не застынет. При необходимости нанесите дополнительный стоматологический цемент. (Рисунок 1C-E)
7. Повторное крепление кожи над перекладиной для головы
   1. Отпустите гемостатики и с помощью пинцета соедините два кожных лоскута над высохшей зубной цементной перекладиной. Используйте местный тканевый адгезив, чтобы деликатно закрепить кожу вместе, медленно склеивая левую и правую части кожи головы вместе над перекладиной, начиная с места переднего разреза и заканчивая местом заднего разреза.
   2. Дайте местному тканевому клею застыть, чтобы убедиться, что хирургическая область была повторно герметизирована, прежде чем освобождать мышь от хирургических стабилизаторов и носового конуса.
   3. Переложите мышь в отдельную клетку и поместите ее на грелку при температуре 37,5 °C.
   4. Внимательно следите за мышью на предмет любых признаков дискомфорта или нарушений дыхания, пока она не придет в сознание. Не оставляйте мышь без присмотра до тех пор, пока она не восстановит лежачее положение на грудине, не проявит бдительность и не начнет передвигаться.
   5. После хирургических процедур дайте мышам 1-недельный период отдыха. Ежедневно наблюдайте за мышами, чтобы обнаруживать и устранять любые заметные колебания веса. Дайте мышам мешанку через 3 дня после операции, чтобы помочь в восстановлении. Чтобы предотвратить вмешательство в головную перекладину, размещайте этих мышей по отдельности.

2. Ограничение жидкости

Примечание: Ограничение воды вызывает у мышей состояние жажды, повышая их мотивацию к жидким вознаграждениям. Тем не менее, для обеспечения сохранения благополучия мышей необходима тщательная реализация20.

1. Через 1 неделю после дня операции установите исходный вес для мышей.
2. Прикрепите один сегмент маленькой чашки Петри (60 мм x 15 мм) вогнутой стороной вниз к полу клетки, вогнутой скотчем меньшую чашку Петри (35 мм x 10 мм) до центра плоской поверхности чашки Петри, приклеенной к полу, а другую маленькую чашку Петри (60 мм x 15 мм) вогнутой скотчем прикрепите к плоской поверхности средней чашки, чтобы она служила резервуаром для воды (Рисунок 2).
3. Убедитесь, что высота верхней чаши предотвращает загрязнение подстилочным материалом и в то же время обеспечивает мышам легкий доступ к воде. Добавьте суточную норму воды в резервуар с помощью пипетки.
4. В 1-й день обеспечьте мышей дозой 15 мл воды на 100 г массы тела.
5. На 2-й день обеспечьте мышей дозой 10 мл воды на 100 г массы тела.
6. На 3-й день обеспечьте мышей дозой 5 мл воды на 100 г массы тела. Мыши должны получать минимальное потребление 1 мл воды в день на протяжении всего исследования, независимо от массы тела.
   Примечание: Исследователи могут выбрать равномерное введение минимального объема для всех испытуемых, хотя такие корректировки должны быть сделаны с тщательным рассмотрением.
7. Поддерживайте постоянную дозировку на протяжении всего периода исследования на уровне 5 мл на 100 г массы тела (или равномерного распределения 1 мл воды, если это предпочтительно)
   ПРИМЕЧАНИЕ: Мышам следует предоставлять свободный доступ к воде в течение 1-2 дней в неделю, когда мыши не проводят эксперимент с виртуальной реальностью (т.е. в выходные дни). Это будет способствовать восстановлению их естественного уровня гидратации. В тех случаях, когда мышей вес падает ниже 90% от зарегистрированного исходного веса, их следует перевести на свободный доступ к воде до тех пор, пока они не достигнут 90% от исходного веса. Мыши, вес которых упал ниже 80% от их зарегистрированного исходного веса, должны быть этично усыплены.
8. Отложите введение ежедневной дозы воды по крайней мере на 30 минут после поведенческой оценки, чтобы смягчить потенциальное вмешательство в их естественное поведение в отношении жажды, необходимое для точного проведения эксперимента.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Предоставление ликвидного вознаграждения сразу после испытания может непреднамеренно повлиять на производительность мышей, поскольку они могут ожидать немедленного получения вознаграждения, что может поставить под угрозу выполнение задачи. Таким образом, задержка доступа к воде после испытания предотвращает привыкание к немедленной доставке вознаграждения и сохраняет целостность экспериментальной установки.

3. Настройка системы

1. Ознакомление с оборудованием: Для ознакомления с аппаратными компонентами и другими аспектами поведенческих систем виртуальной реальности см. следующие шаги.
   В разделе обсуждения рассматривается возможность обобщения протокола на сопоставимые системные конфигурации.
   1. Виртуальный дисплей с полным погружением или купол: Этот виртуальный дисплей обеспечивает полное погружение животного в настраиваемую виртуальную среду. Движение в виртуальной среде синхронизировано с движением на сферической беговой дорожке.
   2. Система жидкого вознаграждения: Система жидкого вознаграждения функционирует путем подачи жидкого подкрепления (воды или сахарной воды) с помощью перистальтического насоса, который направляет решение для вознаграждения через металлическую трубку с пластиковым покрытием, идущую к мыши при успешном выполнении задачи. Он содержит датчики, которые отслеживают количество наград, полученных мышью во время испытания.
      1. Еженедельно очищайте пробирку с вознаграждением этиловым спиртом или альтернативным чистящим средством. Для этого нужно промыть через трубку 2-5 мл чистящего средства, аналогично доставке жидкого вознаграждения, с последующей сопоставимой промывкой равным объемом воды.
      2. В начале эксперимента определите скорость выдачи жидкого вознаграждения из пробирки с вознаграждением, активировав ее на заданное время и измерив объем выдаваемой жидкости. Эта процедура позволяет определить скорость подачи жидкости перистальтическим насосом. В этом исследовании использовалась скорость дозирования примерно 0,0083 мл/с.
         ПРИМЕЧАНИЕ: Большинство систем предлагают программируемые настройки на период между выполнением поведения и выдачей вознаграждения, что позволяет точно планировать протокол исследования на основе предполагаемого объема вознаграждения за испытание. Используемое количество было определено как достаточное, поскольку оно давало мышке достаточно времени для поглощения вознаграждения, а его объем казался мотивирующим.
      3. Некоторые протоколы могут требовать, чтобы мышь облизывала носик вознаграждения, чтобы инициировать доставку вознаграждения. Для типа задач, использованных здесь, эта функциональность не использовалась, доставлять вознаграждения, зависящие исключительно от успешного выполнения желаемого поведения (т.е. выбора правильной руки в y-лабиринте). Это помогает избежать неудач на ранних этапах обучения, когда склонность к облизыванию еще недостаточно развита, и первоначальное облизывание менее вероятно. Это также позволяет измерить ожидаемое вознаграждение, которое при некоторых условиях неотделимо от навигационных характеристик¹¹.
      4. В то время как в некоторых экспериментах с ограничением жидкости предпочтение отдается использованию стандартной воды через трубку вознаграждения, здесь используется сахарная вода (10% сахарозы v/v) в качестве дополнительного мотивационного стимула в рамках оперантной парадигмы. Примечательно, что повышение производительности в нескольких экспериментальных когортах наблюдалось при введении сахарной воды.
   3. Мяч из пенополистирола: этот мяч действует как сферическая беговая дорожка. Когда воздух поддается воздуху снизу, научите мышей удобно бегать или ходить по мячу. Расположите его на держателе для шариков, оснащенном датчиками отслеживания движения, которые собирают данные о расстоянии и скорости.
   4. Держатель для головы: расположите устройство позади мыши, обеспечивая визуальное выравнивание с дисплеем VR при прикреплении перекладины для головы к держателю. Это устройство имеет решающее значение для удержания мыши в фиксированном положении головы, тем самым уменьшая артефакты движения, особенно когда система используется наряду с оптической визуализацией или электрофизиологическими методами.
   5. Аппаратное обеспечение воздушного потока: Настройте воздушный поток от источника сжатого воздуха к мячу для создания невесомой среды, способствующей мышам, бегающим по мячу. Для этой установки требуется регулятор потока, обеспечивающий точный контроль давления воздуха, подаваемого на мяч. Мяч эффективно работает в условиях невесомости с минимальной подачей воздуха. Поэтому во время настройки системы определите минимальное количество воздуха, необходимое для обеспечения плавного и беспрепятственного движения мяча внутри держателя. Рекомендуется расход в пределах 10-20 л/мин.
2. Настройка программного обеспечения: Подробные сведения о работе системы см. ниже.
   Примечание: Подобно дизайну видеоигр²¹, архитектура виртуальных миров включает в себя ключевые элементы, такие как внешний контроллер, программируемая среда навигации и файл расписания, содержащий диаграмму состояний, определяющую динамические функции. Эти компоненты синергетически объединяются, чтобы создать целостный интерактивный опыт для субъектов, занимающихся научными исследованиями. Эффективность работы программного обеспечения зависит от точной организации файлов в определенных папках. В этом пояснении будут описаны основные шаги, необходимые для заполнения готовых шаблонов, что позволит легко вносить изменения в существующие файлы и сохранять их в качестве новых версий. Эти новые версии затем лягут в основу исследования.
   1. Используйте следующие три файла вместе для настройки рабочего виртуального ландшафта.
      1. XML-файлы: Этот формат файлов предоставляет пользователям возможность манипулировать фототекстурой различных элементов, таких как небо, пол и стены. Поместите файлы, используемые для изображений, во вложенную папку «Данные» папки VR. Используя их, укажите размеры лабиринта и определите начальное положение мыши в лабиринте. Определите 3D-объекты (визуальные подсказки) в определенных узлах лабиринта с помощью этих файлов. Отредактируйте эти файлы с помощью текстового редактора.
      2. Файлы XLSX: Они работают как командные файлы, которые настраивают все три типа файлов (XML, XLSX и XAML) вместе, чтобы сформировать целостную и интерактивную виртуальную презентацию. Используйте эти файлы для определения экспериментальных процедур, которые запускают виртуальную реальность и ее аксессуары, таких как чувствительность усиления, извлекаемые данные и файлы, сгруппированные для эксперимента.
      3. Файлы XAML: Программное приложение предоставляет графический интерфейс для создания экспериментальных графиков с помощью блок-схем. Он облегчает определение временных параметров для испытания, управления телепортацией после завершения испытания и времени активации цифровых выходов в рамках испытания.
   2. Используйте следующие приложения для сбора данных и пользовательского контроля системы во время ее работы.
      1. [применение] VR: Связанный с файлом .XML, который показывает репрезентативный ландшафт, откройте файл для предварительного просмотра виртуального ландшафта на мониторах в статическом режиме. Для динамического взаимодействия откройте парную конфигурацию. XLSX в управляющем приложении.
      2. Управление [приложение]: Откройте это приложение, связанное с файлом .XSLX, чтобы просмотреть вспомогательные устройства, связанные с системой. Отсюда можно вручную выдвигать и втягивать трубку вознаграждения, выдавать жидкое вознаграждение и просматривать данные в режиме реального времени.
      3. [application] schedule designer: это приложение предоставляет возможность настраивать файлы XAML для установки расписания для запуска событий в рамках эксперимента. Например, разработайте настраиваемый триггер для определения продолжительности выдачи наград и продолжительности перерывов между испытаниями для мышей.
3. Пример запуска: Начните с принятия решения о том, как будет выглядеть протокол исследования на основе настраиваемых компонентов из шагов 3.2.1.1-3.2.1.3. После того как протокол операнта четко определен, откройте один из шаблонов экспериментов, которые были предустановлены в системе виртуальной реальности, выполнив следующие действия.
   1. Откройте приложение VR, которое откроется во вложенной папке Data. Сохраните созданный виртуальный ландшафт в виде файла XML. Откройте этот файл, и виртуальный ландшафт должен появиться на мониторах VR.
   2. Откройте приложение «Управление» и перейдите к значку «Открыть папку» в правом верхнем углу экрана. Нажмите на иконку, после чего должна открыться папка Configs, где находится соответствующая папка . Расположена экспериментальная конфигурация XLSX. Откройте файл . XLSX с тем же именем, что и файл .XML, открытый в приложении VR. Определенные системные аксессуары, такие как насос и двигатель для выдвижного устройства вознаграждения, теперь отображаются на вкладке управления в приложении.
   3. Начните экспериментальное испытание, так как координация между этими двумя приложениями позволяет создать интерактивный виртуальный ландшафт. В конечном счете, эта интеграция облегчает мониторинг важных данных, включая расстояние в плоскости XY и сбор наград с временными метками.
4. Получение данных: Извлекайте из системы наиболее ценные поведенческие данные, которые представляют собой позиционные данные и вознаграждения с временными метками. Эти данные сохраняются отдельно в виде файлов журнала.
   1. Данные о местоположении: Чтобы получить их, выполните действия, описанные ниже.
      1. Чтобы получить данные о положении мыши по XY с временными метками, сначала откройте файл электронной таблицы лабиринта требуемого получения данных. В таблице 1 поместим команду WriteVRAndCamInfoToFile в одну из ячеек ниже других в столбце А. Теперь позиционные данные будут автоматически сохраняться в виде датированного CSV-файла (с именем Log files-MM.DD.YYYY_VRandPathPos.csv) в папке configs после пробной версии.
      2. Чтобы экспортировать данные о местоположении после испытания, закройте контрольное приложение, и данные будут сохранены в датированном CSV-файле. Этот файл будет содержать все конкретные данные за определенный день, поэтому будьте осторожны, чтобы вручную отметить, когда каждый объект был помещен и снят с мяча. Откройте файл и импортируйте его с помощью набора символов Unicode UTF-8. Столбец A помечен как DateTime, щелкните правой кнопкой мыши вкладку A и выберите Format Cells. Перейдите к времени и нажмите на опцию MM/DD/YYYY HH:MM: SS . Теперь каждое событие системы будет каталогизировано в хронологическом порядке для дальнейшего анализа данных.
   2. Данные о наградах: Чтобы получить их, выполните действия, описанные ниже.
      1. Данные об активации насоса (выдаче вознаграждения) автоматически сохраняются в системе в виде датированных лог-файлов, поэтому нет необходимости вводить команду, как это делается для данных о позиции. Чтобы получить к ним доступ, перейдите в подпапку Log Files папки configs.
      2. Повторите шаг 3.4.1 для данных о позиции для данных о вознаграждении, чтобы экспортировать данные в виде файла электронной таблицы. Откройте папку configs и выберите датированный файл наград (с именем Corridor- MM.DD.YYYY или Corridor_Linear_Run- MM.DD.YYYY) при просмотре в папке. Это позволит получить информацию о дате и времени, когда мыши получили награды, и это можно будет использовать для дальнейшего анализа данных в зависимости от парадигмы, которую они использовали.

4. Поведенческие задачи

ПРИМЕЧАНИЕ: В соответствии с установленными методологиями в поведенческой нейронауке, в сформулированных задачах используется техника ассоциативного обучения, основанная на вознаграждении. Используя немедленные награды для закрепления определенного поведения, животные эффективно обучаются выполнению повторяющихся задач, чему способствует способность виртуальной реальности к телепортации. В рамках виртуальной поведенческой структуры функция телепортации дает мышам возможность выполнять задачи без стресса, связанного с физическими манипуляциями, одновременно сокращая продолжительность подготовки, необходимую для аналогичных задач в реальном мире. Во время учебных занятий используйте приглушенное красное верхнее освещение в экспериментальной обстановке. Эта мера предосторожности рекомендуется из-за сниженной чувствительности зрительного восприятия у мышей к красному свету, что смягчает потенциальные помехи их восприятию экранов виртуальной реальности (VR), в отличие от использования^{белого света.}

1. Привыкание
   1. Начните привыкание к сферической беговой дорожке одновременно с приучением к регуляции жидкости, чтобы связать зонд с вознаграждением, используя правильно рассчитанную физиологическую мотивацию. Перед началом тренировок на линейной дорожке рекомендуется трехдневный период привыкания.
   2. В^1-й день обрабатывайте мышей в течение 5 минут после взвешивания. Во время этого взаимодействия рекомендуется осторожно захватывать имплантат головной балки, пока мыши находятся в своей клетке, создавая знакомство с такой манипуляцией. Познакомьте их с областью, где в этот день будет размещена виртуальная реальность, чтобы они могли предвидеть пространственную среду, в которой будут проводиться экспериментальные испытания. Этот начальный день привыкания совпадает с началом регуляции жидкости на уровне 15 мл на 100 мг массы тела.
   3. На^2-й день, который совпадает с переходом на стадию регуляции жидкости 10 мл на 100 мг массы тела, снова обрабатывайте мышей в течение 5 минут. Продолжайте повторять мягкие захваты за перекладину, находясь в клетке. Прикрепите перекладину к держателю, позволяя мышам ознакомиться со сферической беговой дорожкой в течение 5-20 минут, либо на бесконечно повторяющейся дорожке, либо без активированной компьютерной программы. Это облегчает их адаптацию к неподвижному состоянию головы. Следует ожидать, что мыши могут выделять отходы в течение этого периода, который обычно уменьшается в течение последующих сеансов.
   4. На^3-й день, который соответствует заключительному дню парадигмы регуляции жидкости (5 мл на 100 мг массы тела), поработайте с мышами в течение 5 минут. Затем надежно прикрепите их к сферической беговой дорожке с воздушной подушкой и введите их в жидкое вознаграждение через трубку с вознаграждением.
      1. Знакомство с носиком для облизывания наивных мышей поначалу запутает их, поэтому убедитесь, что мышь знает, что она должна пить из трубки.
   5. Не будьте слишком настойчивыми, примените приведенные ниже рекомендации по расположению мыши и индивидуализируйте расположение мыши на шарике по отношению к трубке таким образом, чтобы доставить им награду удобным способом. При запуске убедитесь, что мыши пьют из трубки; Это происходит у большинства мышей естественным образом в условиях ограниченного потребления воды, когда им дают пить жидкость.
2. Позиционирование мышей
   1. Предварительное размещение: Прежде чем поместить мышь на шарик, выдвиньте центрированную трубку с наградой с небольшой каплей награды на кончике. Перед тем как расположить мышь на шарике, выдвиньте трубку с наградой, чтобы предотвратить возможные травмы в результате случайного вытягивания трубки слишком далеко вперед после того, как мышь будет зафиксирована головой. Поднимите трубку для поощрения на 5-15 мм над сферической беговой дорожкой так, чтобы для облизывания носика требовалось естественное положение головы вперед.
   2. Фиксация головы: Чтобы зафиксировать голову мыши, поместите мышь на доминирующую сторону сферической беговой дорожки. Затем, используя доминирующую руку обработчика, потяните мышь за перекладину в сторону платформы для фиксации головы. Поместите перекладину в паз, предназначенный для фиксации, после чего с помощью недоминирующей руки обработчика защелкните перекладину на место.
   3. Расположение на мяче: Индивидуализируйте расположение на сферической беговой дорожке для каждой мыши, но убедитесь, что они соответствуют следующим требованиям, чтобы обеспечить мотивацию для дегустации награды и свести к минимуму общий уровень стресса.
      1. Выровняйте среднюю сагиттальную плоскость мыши с центром сферической беговой дорожки. В тех случаях, когда перекладина для головы не прямая, убедитесь, что среднесагиттальная плоскость мыши, а не перекладина, находится на одной линии с центром расположения. Для наглядности см. рисунок 3C.
      2. Убедитесь, что задние лапы мыши находятся на расстоянии не более 11 см от вершины сферической беговой дорожки, а голова находится за вершиной. Убедитесь, что все четыре лапы касаются беговой дорожки и что брюшная полость может касаться беговой дорожки, когда мышь находится в состоянии покоя; Это будет поддерживать правильную походку и устойчивость мяча для бега.
      3. Когда мыши не бегают, это называется отказом от мяча. Если мыши продолжают замирать и не пытаются бежать, они, вероятно, испытывают чрезмерное беспокойство, и в качестве исследователя решается исключить их из эксперимента. В данном исследовании для определения исключения из данных использовался количественный порог в 5 дней отказа от мяча.
   4. Боковое смещение: Когда мыши впервые начинают привыкать к тренировочной рутине, они будут отдавать предпочтение одной стороне перед другой. Это может помешать выполнению задачи, поэтому позаботьтесь о том, чтобы любые боковые предпочтения не были связаны с асимметрией в том, как животное установлено на мяче. Используемая здесь задача y-лабиринта требует, чтобы животное делало выбор как вправо, так и налево для оптимизации доставки вознаграждения, что облегчает преодоление побочных предпочтений.
   5. Носик вознаграждения: Этот подход включает в себя мягкий маневр, называемый методом поцелуя, при котором мышь направляется к расширенной трубке для облизывания до тех пор, пока ее рот почти не коснется кончика носика, тем самым обеспечивая точную доставку награды. Установите продолжительность расширенной пробирки вознаграждения равной 1 с, когда мыши получают награды, чтобы дать мышке достаточно времени для полного поглощения капли. Индивидуализируйте расположение носика для каждой мыши, так как размер и предпочтительное расположение для каждой отдельной мыши могут отличаться. Убедитесь, что трубка вознаграждения остается по центру на протяжении всех испытаний для стандартизации облизывания; Мышь всегда должна ожидать получения вознаграждения в одном и том же физическом месте, независимо от дизайна виртуального лабиринта.
      Примечание: Хотя определение этой продолжительности остается на усмотрение исследователя, эти результаты указывают на то, что этот временной интервал был эффективным для облегчения полного поглощения вознаграждения мышью до втягивания трубки. На рисунке 3B показан пример предпочтительного расположения для размещения.
   6. Линейное отслеживание: В соответствии с предыдущими исследованиями, в которых использовались аналогичные методологии, используйте задачу линейного отслеживания для изучения двух ключевых вопросов: времени, необходимого для обучения мышей прохождению прямого коридора, и ожидаемого успеха в получении вознаграждения мышами.
      1. Убедитесь, что мыши акклиматизировались как к парадигме ограничения жидкости, так и к экспериментальному оборудованию.
      2. Выполняйте ежедневный сеанс по 30 минут для перемещения по линейному виртуальному коридору, начиная с длины 1 м. Достигнув конца коридора и получив в награду каплю сахара, телепортируйте мышей обратно в исходную точку.
      3. Определите основанное на критериях продвижение к более длинным лабиринтам (например, 1 м, 2 м, 3 м). Переместите мышей на следующую длину лабиринта после того, как в течение 2 дней подряд вы получали в среднем 2 награды в минуту (рис. 4A).
      4. Документируйте ежедневные записи данных с отметками времени о получении вознаграждения и расстояния, пройденного мышами на сферической беговой дорожке, для дальнейшего анализа (рис. 4B-D).
      5. Для мышей, получающих в среднем 2 награды в минуту на 3-метровых линейных дорожках, отметьте их как опытных в парадигме линейной дорожки. Рекомендуется, чтобы мыши достигли этой фазы, прежде чем переходить к более сложным поведенческим задачам, требующим принятия решений.
   7. Сложные поведенческие задачи, требующие принятия решений (Y-лабиринт): На этом этапе исследуется возможность перехода от простой к более сложной поведенческой задаче, требующей принятия решений. Для этого создайте разработанную задачу Y-лабиринта на различение сигналов.
      1. В этой парадигме Y-образного лабиринта^23,24 убедитесь, что мыши движутся к точке выбора, где две руки вытягиваются на 45° в любом направлении, как форма буквы Y. Деактивируйте вращение от начальной точки лабиринта до достижения точки выбора двух рук разного цвета, а затем активируйте вращение в пределах зоны принятия решений, чтобы позволить мыши повернуться в нужном направлении.
      2. При входе в руку, ведущую в зону наград, снова деактивируйте вращение. Черная рука представляет правильный путь, в то время как белая рука представляет неправильный путь. Используйте черную и белую руки в качестве сигналов, чтобы учесть потенциальные ограничения остроты зрения мыши, поскольку они легко различимы, что облегчает изучение использования ими визуальной информации в ее простейшей форме.
      3. Научите мышей двигаться к черной руке, чтобы получить награду в виде сахара, при этом каждое испытание заканчивается тем, что мыши телепортируются обратно в исходное место. Включите в план эксперимента случайную перетасовку места вознаграждения между левой и правой сторонами, гарантируя, что мыши будут ассоциировать награду с визуальными сигналами, а не с конкретной стороной.
      4. Для настройки Y-образного лабиринта выполните те же действия, что и для линейного коридора. Отразите критерии прогресса в парадигме Y-образного лабиринта на критерии линейного коридора: каждое испытание длится 30 минут, и мыши должны достичь заранее определенного порога вознаграждения в течение 2 дней подряд. Рекомендуется установить порог в 70% правильно полученных наград на основе средней производительности предыдущих пилотных когорт в лабиринте Y; он выше порога вероятности (50%) и представляет собой разумно достижимый процент, указывающий на то, что мыши понимают задачу (рисунок 5A).
      5. Достигнув точки выбора, убедитесь, что мышь выбрала одну из правильных или неправильных рук. На конце руки телепортируйте ее обратно в начальную точку, чтобы повторить лабиринт в течение 30 минут.
      6. Этот подход использовал подход, вдохновленный визуальной психофизикой, когда лабиринты становились все более сложными для различения. Следуйте приведенному ниже описанию для продвижения в парадигме Y-лабиринта.
         1. В начальном Y-образном лабиринте представьте сплошные черно-белые руки в точке выбора лабиринта. Если мышь правильно выбрала черную руку в 70% испытаний в течение 2 дней подряд, перейдите на следующий уровень со все более сложными задачами на распознавание. Чтобы добиться этого, постепенно вводите дополнительные 10% контрастного цвета на каждую руку на каждом уровне прогресса. Например, сделайте белую руку состоящей на 90% из белых и на 10% из черных, и наоборот, с каждым продвижением дискриминация становится все более сложной.
            ПРИМЕЧАНИЕ: Идея увеличения заключается в том, что если можно достичь 50% белого/черного, это будет эффективным контролем, так как руки будут неразличимы. Тем не менее, максимальная дальность, которую мыши смогли визуально дискриминировать, составила 80%:20% (рисунок 5B).

Результаты

Это пилотное исследование было направлено на то, чтобы наметить методологию эффективного обучения мышей двум различным задачам: простому коридору и сложной задаче принятия решений (задача визуальной дискриминации Y-лабиринта). Эти данные послужили основой для установления временных ориентиров для поведенческого тренинга в виртуальной реальности.

Этапы процедуры начинаются с описания хирургической имплантации перекладины на рисунке 1. Этот имплантат служит для стабилизации черепа мыши во время поведенческих оценок, тем самым повышая точность нейронных записей, особенно когда они используются в сочетании с электрофизиологией или методами визуализации.

На рисунках 2 и 3 показаны аппаратные компоненты и настройка экспериментальной системы. На рисунке 2 подробно описана система подачи воды, в которой использовался метод фонтана с чашкой Петри. Это включало в себя прикрепление чашки Петри размером 60 мм x 15 мм вогнутой стороной вниз к полу клетки, закрепление меньшей чашки Петри 35 мм x 10 мм вогнутой стороной вниз в центре большой тарелки и размещение еще одной вогнутой стороной Петри 60 мм x 15 мм вверх на меньшей тарелке, чтобы она служила резервуаром для воды. Высота верхней чаши была тщательно отрегулирована, чтобы предотвратить загрязнение подстилочным материалом и обеспечить мышам легкий доступ к воде.

На рисунке 3 представлены рекомендации по аппаратному обеспечению системы и расположению мыши. На рисунке 3A изображена конфигурация виртуальной реальности, которая представляла собой массив из шести экранов со сферической беговой дорожкой, расположенной по центру. На рисунке 3B показано оптимальное расположение мыши на беговой дорожке, при этом голова должна быть выровнена в естественном положении, а все четыре лапы соприкасаются с поверхностью. На рисунке 3C сравнивается правильное и неправильное расположение мыши относительно передней полосы, подчеркивая, что среднесагиттальная плоскость мыши должна быть центрирована, а не выровнена по самой головной полосе.

На рисунке 4 представлены кривые получения вознаграждения на линейном графике, иллюстрирующие ожидаемые периоды обучения для узких коридоров длиной 1 м, 2 м и 3 м в виртуальной реальности на основе предопределенных параметров прогресса. На нем изображена средняя скорость мышей на соответствующих длинах дорожек, демонстрирующая постепенное увеличение скорости как свидетельство обучения и совершенствования задачи, соизмеримого с увеличением сложности. Также показана столбчатая диаграмма, иллюстрирующая среднее количество дней, необходимых мышам для достижения критерия для линейных дорожек, а также столбчатая диаграмма, отображающая средние скорости для каждой длины дорожки. После этого также проиллюстрированы последовательные этапы задачи линейного трека, изученного мышами. Эти задания были разработаны для воспроизведения методологий, установленных в академической литературе, обеспечивая при этом кривую обучения, достижимую для мышей, облегчая их продвижение по уровням.

Наконец, на рисунке 5 представлены данные, относящиеся к задаче Y-Maze. Рисунок иллюстрирует прогрессивный характер задачи, начиная с прямого различения сплошных черных и белых рук. Этот начальный этап служит основополагающим шагом, устанавливающим способность мышей различать контрастные визуальные сигналы. Последующие уровни задачи усложняют задачу, добавляя дополнительные проценты контрастного цвета на каждую руку, тем самым еще больше усложняя способности мышей к различению. Постепенное увеличение сложности задач иллюстрируется переходом от сплошного черно-белого оружия к оружию, состоящему на 90% из одного цвета и на 10% из другого. Примечательно, что данные, представленные на рисунке 5 , показывают, что, хотя точность распознавания улучшается с каждым уровнем прогрессии, некоторые мыши постоянно демонстрируют порог способности к визуальной дискриминации, достигая максимума в 80%/20% дискриминации белых/черных. Это наблюдение подчеркивает ограничения, присущие способностям мыши к визуальному различению в контексте задачи Y-лабиринта, предоставляя ценную информацию о выполнимости задачи и когнитивных способностях испытуемых. Далее подробно описываются последовательные этапы задачи трека Y-лабиринта, которые были разработаны в соответствии с установленными методологиями в литературе. Эти этапы обеспечивали мышам посильную кривую обучения, способствуя их постепенному продвижению по уровням.

Рисунок 1: Хирургические инструкции по имплантации головы. (А) Место разреза отмечено на черепе мыши. (Б) Винты должны быть имплантированы на 1 мм левее межлобного шва немного ниже брегмы и на 3 мм справа от межлобного шва, немного выше лямбды. (C) Перекладина для головы должна быть расположена вдоль межлобного шва. (D) Наложите стоматологический цемент на имплантат с головной балкой. (E) Фактическая визуализация головки после наложения стоматологического цемента. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Система подачи воды с использованием метода фонтана в чашке Петри. Чашка Петри размером 60 мм x 15 мм была закреплена вогнутой стороной вниз на полу клетки. Меньшая чашка Петри размером 35 мм x 10 мм была расположена в центре большой тарелки, а другая чашка Петри размером 60 мм x 15 мм была размещена вогнутой стороной вверх и служила резервуаром. Такая установка гарантировала, что вода остается незагрязненной подстилкой и доступной для мышей. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Аппаратное обеспечение системы и расположение мыши. (A) Здесь отображается используемая настройка VR. Была использована конфигурация с шестью экранами, а сферическая беговая дорожка была расположена посередине. (B) Вид сбоку на оптимальное расположение мыши на сферической беговой дорожке. Голова мыши находится в естественном положении, в то время как все четыре лапы находятся на сферической беговой дорожке. (C) Вид сверху на правильное и неправильное расположение мыши по отношению к перекладине. Для правильного размещения по центру должна быть срединная сагиттальная плоскость мыши, а не сама перекладина. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Данные линейного отслеживания. (A) Представленные данные отображают ежедневные награды, собранные в течение каждого 30-минутного пробного периода. Мыши перешли к более длинным дорожкам, как только они достигли в среднем 2 наград в минуту в течение 2 дней подряд, что в общей сложности составило 60 наград (порог). (Б) По мере того, как мыши приобретали мастерство в выполнении задачи, их скорость постепенно увеличивалась, что свидетельствует об эффективности подкрепления вознаграждением. График иллюстрирует среднесуточную скорость каждой мыши на дорожке в см/с, изображая линейную прогрессию в обученном поведении. (C) Эта гистограмма иллюстрирует время, затраченное каждой мышью на приобретение мастерства на отдельных длинах дорожек, с соответствующими средними значениями и стандартной ошибкой, изображенными для каждой длины дорожки. (D) Эта гистограмма демонстрирует среднюю и стандартную ошибку среднесуточных скоростей, достигаемых каждой мышью на различных длинах дорожек. Почти линейная прогрессия предполагает выученное увеличение скорости бега. (E) Это иллюстрирует прогресс задачи на линейном треке, которая требует 2 последовательных пробных дня по 60 наград, прежде чем перейти к более длинной версии лабиринта. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: Данные Y-Maze. (A) Здесь показано распределение наград, полученных на разных этапах развития Y-лабиринта. Этот анализ был сосредоточен исключительно на подгруппе из четырех мышей, которые прошли все фазы линейного трека, тем самым обеспечив справедливое представительство как мужчин, так и женщин. (B) Это визуальное представление иллюстрирует этапы задачи Y-лабиринта, в которой мыши продвигаются вперед после достижения в течение двух дней подряд 70% правильных выборов. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Обсуждение

В этом исследовании использовался комплексный подход к изучению поведенческих реакций мышей в VR-средах, уделяя особое внимание реализации хирургических процедур, протоколам ограничения жидкости, настройке системы и поведенческим задачам. Эти результаты вносят свой вклад в работу в этой области, предоставляя информацию о процедурах, сроках обучения и показателях успеха. Это позволит более эффективно внедрять процедуры виртуальной реальности на мышах и облегчит планирование и внедрение для лабораторий, заинтересованных в использовании этой процедуры в своих исследованиях.

Хирургическая имплантация головных балок была необходима для облегчения поведенческих экспериментов с фиксированной головой в условиях виртуальной реальности. Благодаря тщательному следованию установленным протоколам и обеспечению соответствующего послеоперационного ухода, была обеспечена успешная интеграция перекладин для головы при минимизации неблагоприятных последствий для здоровья и поведения животных. Кроме того, были внедрены протоколы ограничения потребления жидкости для регулирования потребления воды и поддержания уровня гидратации и жажды у мышей. Постепенный процесс акклиматизации и периодический доступ к воде имели решающее значение для обеспечения благополучия животных и облегчения выполнения поведенческих задач.

Настройка поведенческой системы виртуальной реальности включала в себя интеграцию аппаратных и программных компонентов для создания иммерсивных виртуальных сред для мышей. Использование полностью иммерсивных виртуальных дисплеев, систем вознаграждения за жидкость, пенопластовых мячей в качестве сферических беговых дорожек и держателей голов позволило точно контролировать условия эксперимента и собирать данные. Поведенческие задачи, в том числе парадигмы линейного трека и Y-образного лабиринта, были тщательно разработаны для исследования ключевых аспектов поведения мышей, таких как локомоция, принятие решений и обработка вознаграждения.

Несмотря на все усилия по оптимизации экспериментальных процедур, в ходе исследования возник ряд проблем. Вариативность индивидуальных реакций мыши и технические проблемы, связанные с интеграцией аппаратного и программного обеспечения, создавали проблемы для сбора и анализа данных. Кроме того, зависимость от протоколов ограничения жидкости потребовала тщательного мониторинга состояния гидратации животного и соответствующей корректировки экспериментальных процедур. Иногда мыши с трудом садятся на мяч, не пьют из носика или замирают и не могут бежать по мячу. Хотя некоторые из этих проблем могут быть временными, крайне важно следить за мышами, чтобы убедиться, что они не испытывают препятствий в своем развитии. Мыши, которые не демонстрируют прогресса по сравнению со своими сверстниками, должны быть исключены из исследования. В одном подобном эксперименте 4 из 55 мышей были удалены из-за их неспособности усвоить парадигму²⁵. Мыши, демонстрирующие постоянную неподвижность на мяче в течение 5 дней подряд, были исключены из исследования после тщательной оценки их веса, способности получить доступ к носику для питья и положения на мяче, чтобы убедиться в отсутствии основных проблем. В этих случаях решение о том, какую стратегию следует избрать, чтобы эффективно возобновить исследование, остается на усмотрение исследователя.

Эти протоколы обучения были разработаны для того, чтобы постепенно бросать вызов мышам, обеспечивая при этом их мастерство в выполнении поведенческих задач. Критерии перехода от линейного пути к парадигме Y-лабиринта были основаны на способности мышей достигать заранее определенных пороговых значений производительности, таких как достижение последовательных дней успешных испытаний и получение вознаграждения. Внедрение строгих протоколов дрессировки позволило нам оценить поведенческие способности мышей и их адаптивность к все более сложным задачам. Эти тщательно структурированные протоколы обеспечивают надежную основу для исследователей в области поведенческой нейробиологии, предлагая систематический подход к оценке и обучению животных для различных экспериментальных парадигм. Определив четкие критерии прогресса, исследователи могут эффективно оценивать кривую обучения испытуемых и соответствующим образом курировать парадигмы обучения. Кроме того, такой методологический подход способствует воспроизводимости и стандартизации экспериментов, облегчая сравнительный анализ и углубляя понимание когнитивных процессов и механизмов обучения на животных моделях.

При разработке парадигмы виртуальной реальности для мышей крайне важно учитывать диапазон доступных подходов к сложности задач и прогрессу обучения. Этот протокол предлагает широкую основу для построения экспериментального плана, но исследователь должен адаптировать конкретные аспекты, такие как доставка вознаграждения, контроль смещения, тип стимула, прогресс задачи и системные параметры в соответствии с потребностями исследования. Например, в некоторых исследованиях используется более рациональный подход, сосредоточенный на непосредственном выполнении задач. В качестве примера можно привести Krumin et al., которые реализовали одну задачу Т-образного лабиринта, а не использовали прогрессивный режим обучения между различными задачами. В отличие от этого, другие исследования предлагают различные компоненты дизайна испытаний, такие как стратегии подкрепления стимулов и слуховые сигналы. В исследовании использовалась слуховая обратная связь в качестве наказания за неправильные попытки и только вода в качестве вознаграждения за правильные попытки²⁶. С другой стороны, Zhao et al. использовали 10% раствор сахарозы в качестве вознаграждения за правильные попытки и не включали никаких форм наказания за неправильные попытки²⁷. Вместо этого они сосредоточились на смягчении неправильных ответов с помощью таких методов, как антипредвзятая тренировка, которая включала в себя увеличение вероятности изменения направления сигнала от предыдущего выбора животного и корректировку ежедневной нормы воды для повышения мотивации. Различия в дизайне эксперимента, такие как наличие пространственных сигналов на протяжении всей задачи, могут привести к различным интерпретациям нейронного кодирования, о чем свидетельствует Zhao et al., обнаруживших, что селективность клеток задней теменной коры объясняется траекториями и пространственными предпочтениями, в отличие от наблюдаемых последовательностей активации Harvey et al., зависящих от выбора^27,28. Важно отметить, что конкретное используемое оборудование включало шесть ЖК-мониторов, выдвижной носик для облизывания и беговую дорожку из пенополистирола на воздушной подушке. Существует ряд различий между системами виртуальной реальности в разных лабораториях, в том числе использование проекторов²⁹ по сравнению с компьютерными мониторами, несферических беговых дорожек³⁰ и фиксированных¹⁰ по сравнению с выдвижными носиками.

В заключение, это исследование дает ценную информацию о поведенческих реакциях мышей в VR-средах и демонстрирует возможность использования иммерсивной технологии для изучения сложного поведения. Будущие исследовательские усилия могут быть сосредоточены на совершенствовании экспериментальных протоколов, изучении нейронных механизмов, лежащих в основе процессов принятия решений, и переводе полученных результатов в клиническое применение. Продолжая углубляться в понимание поведения мышей, ученые могут еще больше пролить свет на нейронные цепи и когнитивные процессы, лежащие в основе сложного поведения как в здоровье, так и в болезнях.

Материалы

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