マウスの自動化、定量的認知/行動スクリーニング：遺伝学、薬理学、動物認知と学部命令について
Summary
上の遺伝的および薬理学的操作の影響を評価するために、空間的定位、時間的局在化、持続時間、速度および確率推定を媒介するメカニズムは、リスクアセスメント、衝動性、および記憶の正確さと精度の生理学的に意味のある特性を測定するための完全に自動化されたシステムマウスでの認知の基礎メカニズム。
Abstract
私たちは、ライブでの24/7行動試験システム認知の基本的なメカニズムに遺伝的および薬理学的操作の影響を評価し、マウスでは学習するための、完全に自動化された、高スループット、高容量について説明します。標準ポリプロピレンマウスハウジング浴槽は標準的な市販のマウス試験箱にアクリル管を介して接続されている。試験箱は、フィーダーをペレットに接続されている2そのうち3ホッパを有している。すべての内部LED付き照明可能と赤外線（IR）によるヘッドエントリーについてモニターするビーム。マウスは、スクリーニング時の取り扱いをなくし、環境、住んでいます。彼らは、プロトコル制御ソフトウェアと準リアルタイムのデータ分析やグラフ作成ソフトウェア我々は書かれているため、（古典的）プロトコル（インストゥルメンタル）とパブロフオペラントで実行することにより、2つ以上の毎日の給餌期間中に彼らの食糧を得る。データ分析とグラフ作成ルーチンが大幅に大きな時間·sの分析を簡単にするために作成MATLABベースの言語で書かれている行動や生理的なイベントレコードを突き固め、単一のデータ構造内で公開グラフや統計にすべての中間分析を通じて生データから完全なデータ証跡を保持するために。データ解析コードは、データを日に数回、自動的に「クラウド」と上におけるラボのコンピュータに保存された統計情報およびグラフィック分析を施し、それを収穫する。このように、個々のマウスの進行を可視化し、日々の定量化。データ解析コードは、プロトコルからの個々の被験者のプロトコルに自動化された前進を可能にする、プロトコル制御コードに話す。実装された行動のプロトコルは、autoshaping、時限ホッパー切り替え、時限ホッパー切り替え、衝動性の測定、食品の可用性の概日見越してリスク評価と一致している。オープンソースのプロトコル制御とデータ解析コードは、新しいプロトコルの追加が簡単になります。エイトテスト環境は、キャビネット内のX 78で×24 48に適合し、このような2つのタクシーinets（16環境）は、1のコンピュータにより制御されてもよい。
Introduction
認知の基本的なメカニズムを仲介する細胞および分子メカニズムを解明する上で負担する遺伝学、分子遺伝学、分子生物学、および神経薬理学の強力な技術を持って来るために、我々は生理的に意味のある定量化、大容量、高スループットの精神物理学的スクリーニング法を必要とする認知メカニズムの性質。メカニズムの精神物理学的に測定可能な、生理的な意味のある定量性は、行動によって、また電気生理学的または生化学的手段により測定することができる特性である。例としては、ロドプシンの吸収スペクトル、概日時計の自走期間、及び内側前脳束1,2における報酬軸索の不応期である。細胞および分子の測定値と比較することができ精神物理学的測定は、定量的な対応を通じて心理的メカニズムを細胞および分子メカニズムをリンクするための基礎を築く。 exampl用E、ロッドの外節におけるロドプシンのその場での吸収スペクトルにおいて 、人間の暗所視の分光感度関数に重畳するという事実は、フォトン·トリガロドプシンの異性化を暗所視の最初のステップであるという強力な証拠である。複雑な行動パターンの定量的な側面も、行動遺伝学3,4におけるQTL法の使用の中心である。
十分に確立されたインストゥルメンタルとパブロフ学習のプロトコルのマウス（ラット）の性能は、時間、回数、時間、レート、確率、リスク、および空間位置のような抽象的な量を測定脳のメカニズムに依存します。例えば、パブロフ条件付け応答の取得の速度は、強化イベント（通常は、食品の配達）と差し迫った強化5-7のための信号の開始後補強するまでの平均待ち時間の間の平均間隔との比に依存する。二exampのためル、一致するプロトコルの2つの供給ホッパへの訪問の平均期間の比率は、およそそれらの2ホッパー8月10日での補強の速度の比に等しい。
基本的なメカニズムに興味を神経科学者が現在広く用いられている行動試験法は、大部分が、低容量、スループットが低い、労働集約的な26のために、である。さらに、それらは、例えば、概日振動子の行動を測定期間と位相が概日周期及び位相の電気生理学的および生化学的尺度と比較することができるような、電気生理学的および生化学的方法によって測定された量と比較することができる数量を測定しない。現在の行動試験の方法は、空間学習、時間的学習、あるいは恐怖学習などの学習のカテゴリにではなく、根本的なメカニズムに焦点を当てています。空間学習11月15日の広く使われている水迷路試験は、これらのSHの例です。ortcomings。空間学習はカテゴリです。そのカテゴリに学ぶことは推測航法16,17のメカニズムであるそのうちの一つ、多くのメカニズムに依存します。推測航法は、オドメーター、走行距離18を測定機構に順番に依存します。同様に、一時的な学習がカテゴリです。約24時間の周期で振動子をイベントが17,19の発生する時刻を学ぶために動物のため必要とされるため体内時計は、そのカテゴリで学ぶことが依存するメカニズムの一つである。食品見越しを可能クロックは19を発見されていない。
時計は計時のメカニズムです。期間の広い範囲で、内因性の発振器は、脳がそれらのクロック16,17の位相を記録することにより、時間内のイベントを検索することができます。時間内の位置を記録する機能は、時間内の場所の間つまり、距離、持続時間の測定が可能です。連合学習は、Tに依存彼期間5,6,20,21の脳の測定。カウンタは数測定機構である。確率はサブセットのnumerosityとスーパーセットのnumerosityの割合であるため、多数の測定は、確率予測を可能にします。率はその数が測定された間隔の時間で割ったイベントの数であるため、レート推定を可能にする測定回数測定と期間。継続時間の測定は、数、速度、および確率が変化するリスクに対する行動の調整を可能にします。22,23私たちの方法は、これらの基本的なメカニズムの正確さと精度の測定に焦点を当てています。精度は、脳の尺度が客観的な測定に対応している程度である。精度は、例えば、固定目標値、固定期間の脳の測定値のばらつきや不確実性である。ウェーバーの法則は、心理物理学で最も古く、最も安全に確立された結果である。これは、精度と主張している量の脳の測定値は、その量の一定割合である。分布の変動統計学者の係数であるウェーバー比は、（σ/μ）の精度を測定します。客観的な平均に心理物理平均値の比（ 例えば判断期間を意味する）（目標期間平均）の精度の尺度である。
ヒトの量を最小限に抑えながら、ここに示された方法は、ボリューム（ラボ空間の所定量に一度にスクリーニングされる動物の数）及びスループット（単一の動物のスクリーニングの平均持続時間で割っ得られる情報の量）を最大にする労働が測定を行うために必要なスクリーニングの結果は、既知になるの即時性を最大化する。
ここに提示されたデータ解析ソフトウェア·アーキテクチャは、自動的に生データを置き、すべてのサマリーの結果や統計は単一のDにまとめてデータから得られた数字の明瞭な広大な海をレンダリングするフィールドの見出しとATA構造は、その中に含まれる。解析ソフトは、その構造内のデータを操作し、常に同じ構造内のフィールドに、その操作の結果を格納します。これは生データから公表要約やグラフにそのまま道を保証する。
ソフトウェアは自動的に構造体に完全に自動化されたテストを支配実験制御プログラムを書き込み、それが自動的に生データがどのプログラムから来たかを示す。このように、実験条件は、テストの各ポイントで、各動物のための力にあったような先のは間違いないと要約統計は、生データから得られたかについては疑いで、非の打ちどころのないデータ証跡を保持します。データ保存のこの方法は大いにことができる他の研究室は、さらに、これらの豊富なデータセットを分析できるようにすること、標準化された行動スクリーニングデータベースの開発を容易にする。
<p clお尻= "jove_content">このメソッドは、それが依存しているファームウェアとソフトウェアのサポートの損失のリスクを最小限に抑えることができます。試験装置は、自明の老舗商業ソースから変更されている。プログラミング言語は、非常に広くサポートされている、商業、科学、プログラミング、データで記述された専用の、非商用、オープンソースのツールボックス（TSsystem）プロトコル制御のために、ハードウェアの製造元が提供するカスタム言語であり、データ分析やグラフ作成のための分析やグラフ作成言語。ツールボックスは、長いタイムスタンプ付きのイベント·レコードからの構造情報と要約統計量を抽出するための高レベルのコマンドが含まれています。プロトコル実装したプログラムやデータ分析のプログラムは、オープンソースであり、完全に文書。スクリーニングシステムを図1に図式化されている。十キャビネットは、各々が8テスト環境は、80マウスTを有効にする、10フィート×15フィート実験室でセットアップすることができるO 1時間に実行すること。パーティーの壁にポートを通過するケーブルは、別の部屋の電子/電気インタフェースカードやPCに環境を接続する必要があります。 PCは、プロトコル制御プログラムを実行します。一台のコンピュータは、すべての2キャビネット（16テスト環境）に必要です。 PCは、データ解析とグラフ作成ソフトウェアを実行しているサーバーにローカルエリアネットワークを介して接続する必要があります。
Protocol
Representative Results
Discussion
我々の手法は、人間の労働の最低、無処理で、最小限の時間で、一度に多くのマウスのために、認知、学習と記憶のいくつかの異なるメカニズムの機能に生理的な意味のある、定量的な結果の広い範囲を生成日、週、またはテストの数ヶ月間、実験対象の。これらの属性は、遺伝的および薬理学的なスクリーニングプログラムのためにそれに合う。それが最低限修正既製のハードウェア（テ?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
このシステムの作成は5RO1MH77027によってサポートされていました。
Materials
| SmartCtrl Connection Panel | Med Associates | SG-716B (115) | control panel for inputs/outputs | 8 |
| SmartCtrl Interface Module | Med Associates | DIG-716B (114) | smart card for each chamber | 8 |
| Universal Cable | Med Associates | SG-210CB (115) | cable from smart card to control panel | 1 |
| Tabletop Interface Cabinet | Med Associates | SG-6080C (109) | cabinet to hold smart cards | 1 |
| Rack Mount Power Supply | Med Associates | SG-500 (112) | 28 volt power | 1 |
| Wide Mouse Test Chamber | Med Associates | ENV-307W (31) | test chamber | 8 |
| Filler Panel Package | Med Associates | ENV-307W-FP (32) | various-size panels for test chamber | 8 |
| Wide Mouse Modular Grid Floor | Med Associates | ENV-307W-GF (31) | test chamber floor grid | 8 |
| Head Entry Detector | Med Associates | ENV-303HDW (62) | head entry/pellet entry into hopper | 40 |
| Pellet Dispenser | Med Associates | ENV-203-20 (73) | feeder | 16 |
| Pellet Receptacle | Med Associates | ENV-303W (61) | hopper | 24 |
| Pellet Receptacle Light | Med Associates | ENV-303RL (62) | hopper light | 24 |
| House Light | Med Associates | ENV-315W (43) | house light | 8 |
| IR Controller | Med Associates | ENV-253B (77) | entry detector for tube between nest and test | 16 |
| Fan | Med Associates | ENV-025F28 (42) | exhaust fan for each chamber | 8 |
| Polypropylene Nest Tub | nest box | 8 | ||
| Acrylic Connection Tube | connection between nest and test areas | 8 | ||
| Steel Cabinet | cabinet to hold test chambers (78"H, 48"W, 24"D) | 1 | ||
| Windows computer | running MedPC experiment-control software | 1 | ||
| Server | running Matlab, linked to exper-control computer by LAN | 1 | ||
| Software | ||||
| MedPC software | Med Associates | proprietary process-control programming language | 1 | |
| Matlab w Statistics Toolbox | Matlab | proprietary data analysis and graphing programing system | 1 | |
| TSsystem | in Supplementary Material w updates from senior author | Open-source Matlab Toolbox | 1 | |
| Note: This is the euipment needed for one cabinet, containing 8 test environments. Hardware must be replicated for each such cabinet. However one computer can control 2 cabinets (16 test environments) |
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