Оцінка кваліфікованого попередження у мишей за допомогою протоколу автоматичного тренера (переклад на французьку)
Резюме
Метод оцінки впливу тренувань на моторику є корисним інструментом. На жаль, більшість оцінок поведінки можуть бути трудомісткими та/або дорогими. Тут ми описуємо робототехнічний метод оцінки навички хапання (охоплення) у мишей.
Анотація
Ми описуємо метод введення наївних мишей у нове завдання захоплення (охоплення). Мишей розміщують поодинці в клітках з передньою щілиною, яка дозволяє миші витягнутись із клітки та збирати харчові гранули. Мінімальне обмеження їжі використовується для заохочення мишей відновлювати їжу з розщелини. Коли миші починають приєднуватися до продовольчої щілини, гранули вручну витягуються, щоб стимулювати розгинання і пронацію лапи, щоб захопити і витягнути гранулу через лобову щілину. Коли миші починають тягнутися до гранул, коли вони потрапляють до щілини, поведінковий аналіз може бути виконаний шляхом вимірювання того, наскільки швидко вони успішно схопили та отримали бажану гранулу. Потім вони представляються самотренеру, який автоматизує як процес надання харчових гранул, щоб миша захопила, так і запис успішних і невдалих спроб охоплення та захоплення. Це дозволяє збирати дані про атаки для кількох мишей з мінімальними зусиллями, щоб використовувати їх в експериментальному аналізі, де це доречно.
Вступ
Методи експериментальної перевірки рухових навичок до та після неврологічних пошкоджень, а також модулювання часу, обсягу та типу рухової підготовки важливі для трансляційних досліджень. За останнє десятиліття миші завдяки легкості генетичних маніпуляцій, які самі шкідники, стали популярною модельною системою, в якій стало з'ясовувати механізми рухового навчання до і після травми. Однак поведінкові тести на мишах не були оптимізовані так само, як такі тести проводились для інших ссавців (особливо щурів). Крім того, існують важливі відмінності між поведінкою миші та щура, які настійно пропонують утворювати два види по-різному 1, 2 .
Умілими захоплюючими рухами використовуйте руку/лапу, щоб покласти їжу в рот, маніпулювати предметом або використовувати інструмент. Дійсно, охоплення різних предметів у повсякденному житті є основною функцією верхніх кінцівок, а акт з'їдання - це форма захоплення, яку використовують багато ссавців. Багато генетичних, фізіологічних та анатомічних змін, що лежать в основі набуття навичок передчуття, були чітко визначені в цій галузі 3. При переведенні доклінічних результатів у клінічні результати необхідна відповідна перевірка, яка є ефективною та відтворюваною. Дослідження охоплення гризунів та людей показують, що захоплююча поведінка схожа у людей та тварин 4. Як результат, ці подібності свідчать про те, що тест зчеплення може служити поступальною моделлю для вивчення рухового навчання, а також порушень та лікування захворювань людини. Отже, оцінка зчеплення з мишами може запропонувати потужний інструмент у поступальних дослідженнях, що вивчають як стан здоров’я, так і захворювання. .
На жаль, захоплююче завдання у мишей, навіть для невеликих лабораторних умов, може бути трудомістким та трудомістким. Щоб усунути цю проблему, тут ми описуємо автоматизовану версію захоплюючого завдання. Описане завдання вимагає від мишей протягнення однієї лапи через передню щілину клітини миші, пронатування витягнутої лапи, захоплення винагороди за харчові гранули та витягування гранули назад всередину клітини для споживання. Отримані дані подаються як успіх або невдача. Ця автоматизація успішно економить дані та зменшує навантаження та час, з яким дослідники повинні брати участь у виконанні цього завдання.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Протокол
Всі описані тут методи були схвалені ACUC (Комітет з догляду та використання тварин) Університету Джона Хопкінса.
1. Підготовка клітин для мишей до використання
2. Представлення мишей для досягнення руху
3. Використання автотренера
ПРИМІТКА: Будь ласка, зверніться до малюнка 1-3 та розділ обговорення для повного опису обладнання, програмного забезпечення та фізичних дій самотренера.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Репрезентативні результати
Загалом, рекомендується, щоб кожна навчальна сесія складалася приблизно з 20-30 випробувань, які можуть бути встановлені користувачем, автоматично запущені автотренером та записані в одному файлі журналу на сеанс та мишу. Кожен тест можна проводити послідовно, одразу після іншого, з паузою 2-5 с. Навчені мишами тренінги, що тренуються самостійно, збільшують вміння за 10 тренувань.
Фігура 1: Зразкові зображення домашньої клітки. (AT) Вид з висоти пташиного польоту на модифіковану стандартну домашню клітку з платформою (помаранчевий) та прорізом на передній частині клітки. () Вигляд спереду модифікованої клітини для прийому з щілинним отвором приблизно 0,8 см x 7 см. (VS) двері клітки вирізані з тонкого металевого листа і обмотані клейкою стрічкою для захисту країв. (D, E) дверцята клітки, розміщені перед щілиною, щоб служити рівномірним отвором, крізь який повинна доходити миша; до (D) і косий (Е) представлені перегляди. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.
Малюнок 2 : Зразкові зображення автотренера. (A, B) На фото - автотренер без (AT) або з () модифікована клітка для миші на місці. (C-J) Вигляд спереду дизайн стійки для харчових гранул для пірнання з дайвингом (спереду) (C, D, H, I) або збоку (E, F, G, J),з (D, E, F, I) або без (C, G, H, J) харчова гранула. Зверніть увагу, що відстань гранул тварини можна легко змінити, оскільки відстань клітини для дайвінг борту змінюється. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.
Малюнок 3 : Знімок екрана програмного забезпечення. Знімок екрана програми, що використовується для запуску самовчителя. Зображення показує важливі поля введення, описані в протоколі. Подивитися таблиця 2 для додаткового опису. Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.
Малюнок 4 : Репрезентативні дані. Кваліфікований хват збільшується до аналогічного рівня плато, використовуючи як парадигми самотренера, так і ручні тренування. Сюжет показує успішність досягнення розетки (середній - SEM; посібник: сірий, # 14; самовихованець: чорний, # 15). Натисніть тут, щоб переглянути збільшену версію цього малюнка.
| ні | Приблизна тривалість (у днях) | коментар |
| 2.1 втрата ваги | Від 3 до 5 | Залежно від початкової ваги і, отже, скільки ваги втратити до мети |
| 2.2 Тренування ігрових автоматів | 1 | Миші вчаться відчувати себе комфортно, наближаючись до відкритого місця для їжі |
| 2.3 Форматування | 4 до 8 | |
| 2.3.1 Використання табл | 1 | Успіх тут залежить від швидкої доставки гранул після того, як миша, відмовившись від їжі, лапи для гранули. |
| 2.3.2 Перевага лапи | 1 | Перевірте, чи надає миші перевагу лівій або правій лапі. |
| 2.3.3 Обмеження використання неправильної ноги | 2 до 3 | Як і на попередньому кроці, важливо запобігати одужанню рота та мови. |
| 2.3.4 Пінцет | 1 | Деякі миші спотикаються, щоб взяти гранулу самостійно, а не пінцетом, годуючи їх трохи менше |
| 3. Автоматичне тренування | Від 10 до 15 років | Дні до asumptote. |
Таблиця 1: Графік тренування мишей за допомогою самотренера.
Таблиця 2: Інтерфейс програмного забезпечення.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Обговорення
Наш самотренер автоматично оцінює діапазон передньої кінцівки (хватки). Для досягнення цієї кінцевої точки багато параметрів, розроблених для завдання захоплення миші, включаючи розміщення гранул, розмір гранул та критерії навчання, були повторені протягом декількох років та адаптовані з протоколів. Anterior 2, 5, 6. Прогресом тут є автоматизація завдання за допомогою робота, який забезпечує житло в домашній клітці. Корпус домашньої клітки дозволяє мишам зберігати спокій і виконувати завдання з меншим занепокоєнням. Тренування поза сімейною кліткою пов’язана з підвищеним стресом, що може призвести до збільшення часу та зниження точності 7, 8, 9. Тут ми демонструємо точність, що нагадує наші власні результати, за допомогою ручного тренування в домашній клітці 5, 7, 8. Хоча домашня підготовка існує для щура 10, наскільки нам відомо, це перший самотренер, який використовує переваги тренування мишей у своїй домашній клітці.
Програмне забезпечення складається з програми, яка запускає автотренера та збирає дані про успіхи та невдачі. Введення користувачем складається з розташування файлу, в якому зберігаються дані, кількості гранул, виданих під час тренувань, можливості призупинити тренування після дозування пелети, зокрема, поля для запису збільшеної відстані (якщо така є) ), через яке повинна дійти миша, і поле для управління розміром масиву, що використовується в обчисленнях програми (що можна ігнорувати під час звичайного використання). Крім того, програмне забезпечення дозволяє користувачеві регулювати датчик світловідбиваючих предметів дайвінгу для повторної калібрування світлочутливості за необхідності. Результат кожного тесту відображається користувачеві, а також записується та зберігається у файлі журналу для подальшого пошуку.
Одноразовий тест складається з однієї гранули їжі, пропущеної через водолазну дошку, поки вона не буде видалена дією миші. Якщо гранула покидає дайвінг-борт, як визначає датчик гранул приманки, а гранула виявляється, що незабаром після цього потрапляє через лійку будь-яким із втрачених датчиків гранул, це реєструється як невдале тестування програмним забезпеченням. Якщо датчик гранул приманки визначає, що гранула залишає водолазну дошку, але жоден із загублених датчиків гранул не виявляє предмет, що падає, вважається, що він затягнутий у клітку дайвінг-борту мишею і вважається успішним судовий розгляд.
Тут показано багато аспектів самовиховання, які значною мірою приносять користь процесу дослідження. По-перше, більшість поведінкових випробувань вимагають від експериментатора пильної підготовки та контролю за щоденними заняттями, які можуть бути дорогими, трудомісткими та надто трудомісткими. Наш самотренер збирає дані про поведінку незалежно від експериментатора. По-друге, наш самотренер може бути тиражований, щоб дозволити об'єктивну, ефективну та одночасну підготовку та оцінку кількох мишей, тим самим мінімізуючи час та зусилля. По-третє, низька вартість самотренера дозволяє відтворювати і використовувати кілька автотренерів одночасно для широкомасштабного та ефективного тестування.
Слід зазначити, що критичною точкою, яка вимагає ретельного контролю, є фаза навчання. Примітно, що головною слабкістю цього протоколу є ризик неправильного використання зв’язувань у деяких мишей 11. Протокол має на меті імітувати такі тести, як тест на шкалу, оскільки проходження завдання забезпечує винагороду. Однак самому завданню все ще потрібно навчити мишей на етапі 2.3 протоколу, на відміну від тесту драбини. Найбільш вірогідною концепцією спотикання миші при вивченні цього завдання є витягнення лапи з клітки за допомогою лапи, щоб фактично схопити гранулу. На першій сесії кроку 2.3.1 миші повинні отримувати винагороду за те, що вони витягнули лапу з клітки. Однак протягом наступних кількох днів дослідники повинні бути обережними, щоб винагороджувати мишей менше за те, що вони просто витягнули лапу, а більше за те, щоб витягнути лапу і торкнутися гранули, як ми описуємо на кроці 2.3.3.
Зверніть увагу, що приблизно 5% мишей не прогресують після цієї стадії, як правило, через обмежену кількість їхньої кількості, щоб потрапити в харчові гранули. Ці миші зазнають невдачі з однією або обома ногами, мало враховуючи фактичне розташування гранули, надаючи мало або взагалі не корисних даних. Щоб мінімізувати ризик відмови миші в цей момент, настійно рекомендуємо дотримуватися обережності, виймаючи гранулу пінцетом під час навчального процесу. Зокрема, мишу слід винагороджувати їжею не лише тоді, коли вона витягує лапу, але й тоді, коли ця лапа схоплює гранулу та застосовує достатньо сили, достатньої для задоволення слідчого. Подібний ризик потенційного зриву в цей момент представляють миші, язиком яких злизуючи пелети. Навчаючи мишей, які схильні до лизання, поставте гранулу далі від щілини. Мишам буде важко дістати язиком на більшій бічній відстані, але область руху руки і лапи більше здатна подолати відстань.
Підводячи підсумок, ми розробили новий самотренер для оцінки вищого захоплюючого захоплюючого захоплюючого захоплення передньої кінцівки захоплюючого навичка захоплення у мишей. Завдання вимагає, щоб миші дотягнулися до лапи через елітон, схопили невелику гранулу їжі і потягнули гранулу в напрямку свого тіла, щоб вони могли з'їсти гранулу. Конфігурація завдання механічно обмежена для забезпечення домінуючого використання ноги. Мишей можна навчити швидко і одночасно, лише процес формування вимагає ручного введення. Тест можна проводити ефективно та аналізувати автоматично. Цей високопродуктивний поведінковий аналіз кількісно визначає рівень успіху і легко модифікується для подальшого аналізу кінематики та динаміки сил.
Потрібна передплата. Будь ласка, порекомендуйте JoVE своєму бібліотекареві.
Розкриття інформації
Dan Tasch та Uri Tasch of Step Analysis, LLC виготовили пристрій для самонавчання з оплатою від Річарда Дж. О'Брайена та Стівена Р. Зайлера.