הדרכה כלבים עבור ער, הדמיה מגנטית תפקודית לא מרסן פונקציונלי
Summary
דימות תהודה מגנטית (MRI) על כלבים מרוסן ומרוסן הוא שיטה חדשה עם מספר יתרונות על הדמיה עם איפוק פיסי או כימי. פרוטוקול זה מציג שיטת הכשרה חסכונית המקטינה את ההכשרה בסביבת ה-MRI, שיכולה להיות יקרה ולמקסם את מאגר הנושאים הזמין עבור MRI תפקודי כלבים.
Abstract
אנו מציגים נוהל כלבי תהודה מגנטית הדמיה (fMRI) פרוטוקול הדרכה ניתן לעשות באופן חסכוני, עם כלבים אנרגיה גבוהה, לרכישת נתונים פונקציונליים ומבניים. שיטה זו של הכשרת כלבים להתעורר, fMRI מעצורים מעסיקה הליך הכללה של העברת במקומות שונים כדי להקל על העברת התנהגות הדרך לסביבת MRI האמיתי של הסריקה; היא עושה זאת ללא צורך בזמן הכשרה נרחב בסביבת סריקת MRI, אשר יכול להיות יקר. יתר על כן, שיטה זו מפצלת את ההכשרה של שאיפה (כלומר, הסנטר מנוחה) התנהגות מפני הפחתת רגישות לסביבת ה-MRI (כלומר, 100 + לסרוק אודיו), האחרון הושלם במהלך הפעלות ייעודי חשיפה שמיעתי התניה. פרוטוקול ההכשרה והבדיקות המלא הנדרש 14 שעות והביא להעברה מיידית למיקומים החדשניים. כמו כן, אנו מציגים דוגמאות לנתוני כלבים fMRI שנרכשו מעיבוד פנים ויזואלי ותפיסות אפליה של הריח.
Introduction
דימות תהודה מגנטית (MRI) שנערך על כלבים מתחת לראש הערה הוא שיטה חדשה, יצירת דרך רעננה כדי לבחון את התפקוד ואת המבנה במוח הכלב. הדיווחים הראשונים שפורסמו MR רכישת תמונה מתוך כלבים ערים מתחת לגיל העשרה פורסמו בשנת 2009 (מבניים) ו 2012 (פונקציונלי)1,2. ישנם מספר יתרונות של דימות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) עבור לימוד תפקוד המוח בכלבים הערים לא מעצורים. ראשית, איסוף הנתונים דומה לזה של בני אדם, ולכן יותר להכליל בקלות על פני מינים3. , שנית, אין צורך בהרדמה. וביטול תופעות לוואי לא רצויות שלישית, פעילות המוח משתנה על ידי הרדמה ולכן פונקציה קוגניטיבית ניתן להעריך טוב יותר ללא הרדמה4. הרביעי, בעוד נוזלי/מחסור במזון וריסון פיסי מאפשרים לחוקרים לחקור בעלי חיים לא מסומם (למשל, מכרסם, העופות, ומודלים פרימטים), בעלי חיים אלה יכולים להיות במצבים קוגניטיביים שונים מאוד מעמיתיהם שאינם מנוצלים וחסר רסן שלהם 3. שלוש.
כרגע, יש חמש מעבדות ברחבי העולם הסורקים כלבים ערים (אטלנטה, ארה ב; אובורן, ארה ב; בודפשט, הונגריה; קוורטארו, מקסיקו; וינה, אוסטריה), ואין שיטה סטנדרטית להכשרת כלבים כדי לעבור במזיד סריקת MRI5,6,7. כל שיטות האימון חולקות את המטרה המשותפת של כלבי ההדרכה להישאר עדיין לפרקי זמן ארוכים, הנחוצים לסריקת מוח איכותית. בעוד כל השיטות פועלות באמצעות עקרונות למידת החיזוק, איך בדיוק הוא מיושם משתנה, ואנחנו עדיין לא יודעים את ההשפעה של שונות זו על התוצאות. לפיכך, אם מתקבלת שיטת הדרכה ממוצעת ומגיעה לשימוש נרחב, היא עלולה להקטין את כמות השונות הבלתי רצויה בנתונים. במאמר זה נתמקד בשיטת ההדרכה לצורך התמקדות בסורק ה-MRI. סריקת MRI היא יקרה, ואת השיטה המוצעת שפיתחנו יש את המטרה של להיות חסכוני ובכך להכליל למאמנים ברחבי העולם ללא גישה סדירה לסורק MRI לאימונים.
השיטה מורכבת משני רכיבים עיקריים: הדרכה ובדיקה. ההכשרה מורכבת משני שלבים. השלב הראשון הוא לאמן את הכלב כדי הסנטר היעד (כלומר, התחנה) בסביבה פתוחה והשלב השני הוא לאמן את הכלב לתחנת MRI מבוים. הפחתת רגישות ל-MRI מתרחשת לאורך כל שלבי ההכשרה, במהלך הפעלות שמיעה שונות ומוקדשות של חשיפה לשמיעה. בדיקות מורכב של MRI מדגם נייד, בחמישה מיקומים בדיקה שונים. השירות של שלב בדיקה זה הוא להכליל את התנהגות הסביבה, הקלה על העברה לסביבת ה-MRI האמיתית. הפרוטוקול הכולל מסוכם באיור 1.
איור 1: ציר זמן של פרוטוקול. ציר הזמן של הפרוטוקול מחולק לשני רכיבים, הדרכה ובדיקה. ההכשרה מחולקת עוד לשני שלבים, סביבה פתוחה ו-MRI מבוים. הפעלות הפרדה בין חשיפה לשמיעה מתרחשות גם במהלך אימון. בדיקות מורכב של הסטונים ב-MRI מבוים נייד, בחמישה מיקומי העברה שונים (T1-T5). ברגע שהכלב כינה את התנהגותו לקריטריון בחמישה מיקומי העברה נפרדים, הכלב מוכן לאיסוף נתונים בסביבת ה-MRI האמיתית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
בהתאם לשלב, אימונים ובדיקות לוקח 25 כדי 75 דקות בשבוע, לכל כלב: 1 10-דקה הפעלה השמיעה ושניים או יותר 5 עד 30 דקות הפעלות. הפרוטוקול הזה יכול להסתיים. בעוד 25 שבועות במהלך בדיקות העברה, כלבים לבצע התקפי מספר 5 דקות ללא תנועה למטה/להישאר הסנטר לנוח ב-MRI מבוים נייד (נשא, גלי רדיו 90 + dB, מרווח האוזן) בחמישה מיקומים שונים. הפעלות העברה מתרחשות פעם בשבוע עבור 30-60 דקות, במשך חמישה שבועות רצופים. במהלך בדיקת ה-MRI, כלבים לבצע מספר התקפי התנהגות סופית במהלך הפגישה 60 דקה של רכישת נתונים מבניים ופונקציונלי בסורק MRI אמיתי.
במהלך אימון ובדיקות, משענת הסנטר היא התנהגות של מיקוד. משענת הסנטר היא הכלב נוגע בסנטרו לפני השטח של החפץ לאחר כמה מאות למטרה (כלומר, להניח את סנטרו) על פני השטח הזה. הסימן הזה למטרה יכול להיות פיזי (למשל, מחווה, לפתות), מילולית (למשל, מילה מדוברת “מנוחה”), או אובייקט (למשל, גישה הסנטר לנוח). ביצוע שוטף של התנהגות הסנטר מיקוד הוא קריטי כדי להגביל את התנועה בראש. בפרוטוקול זה, התנהגות משענת הסנטר ממוזגת, מומרת ומוכללת להתרחש בהקשרים מרובים (מנגנוני מנוחה שונים, במיקומים מרובים) עם משך היעד הגובר (עד חמש דקות). בנוסף, התנאים של מאמן ושומר על ביצועים חזקים של התנהגויות למטה ולהישאר, כמו גם שליטה תמריץ טוב על הגרסה השחרור “בסדר,” הreinforcer הממוזג האירוע האירועים התנהגותיים “לחץ”, ואת להמשיך ללכת האות (ק ג) “טוב” 8. במהלך הפרוטוקול, גירויים ומכשירים מרובים מוצגים בשלבים ספציפיים ובמרווחי זמן ספציפיים. חומרים אלה בקלות והושגו בזול. לפרטים מלאים, ראו רשימת חומרים.
Protocol
Representative Results
Discussion
הפרוטוקול המתואר לעיל מפריד את האימון של התנהגות מנוחה (הסנטר) מפני הפחתת רגישות לסביבת ה-MRI. יתרה מזאת, היא משתמשת בהליך הכללה של הימצאות במספר מיקומים שונים, כדי לסייע בהעברת ההתנהגות המסרקת לסביבת ה-MRI האמיתית. היא עושה זאת ללא צורך בזמן הכשרה נרחב בסביבת סריקת MRI, אשר יכול להיות יקר. בסך ה?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו אסירי תודה למדעי הביצועים של הכלבים ואוניברסיטת אובורן מחלקות לפסיכולוגיה וחשמל & הנדסת מחשבים. עבודה זו נתמכת על ידי איגוד הכלבים המקצועיים למאמנים.
Materials
| Acrylic Mock Radiofrequency Coil | Menards | TU59018594 | Mock Radiofrequency (RF) Coil: 8" diameter x 4' Concrete Form Tube. Makes four mock RF coils; cut form tube in four even lengths for four 8" diameter x 1' mock RF coils. |
| Agility Tunnel | J&J Dog Supplies | TT053 | Open Agility Training Tunnel |
| Bluetooth Speaker | Sharkk | SP-SK896WTR-GRY | Portable Scan Audio Playback: Waterproof Bluetooth Speaker Sharkk 2O IP67 Bluetooth Speaker Outdoor Pool Beach and Shower Portable Wireless Speaker |
| Cardboard Concrete Form Tube | Menards | TU10120014 | Stationary Mock MRI Bore: Sonotube 24" diameter x 12' Standard Wall Water-Resistant Concrete Form. Makes two mock bores; cut form tube in half for two 24" diameter x 6' bores. |
| Chuckit Ball | Chuckit! | 17030 | Toy Reward: Chuckit! Ultra Ball |
| Decibel X | Skypaw | Decibel meter phone app | |
| Exercise Mat | Foam chin rest: cut mat in half lengthwise. Roll up, and secure roll with hot glue. Cut chin-size notch in center with X-ACTO knife. Hot-glue velcro to bottom surface. | ||
| Folding Table | 3' x 6' folding table | ||
| Microfiber Car Wax Applicator Pad | Viking Car Care | 862400 | Viking Car Care Microfiber Applicator Pads |
| Natural Balance Treat Log | Natual Balance | 236020 | Food Reward: E.g., Chicken Formula Dog Food Roll, 3.5-lb roll |
| Plywood | Platform: 2"x4"x6' length of wood affixed to 3'x6' plywood board. Hot glue exercise mat on plywood board for traction. Braces: 3 4x4x4" cubes cut at 45-degree angle affixed to ends of 1"x4"x3' lengths of wood. Makes 3 braces. | ||
| Sand Bags | J&J Dog Supplies | AG155 | J&J Professional Quality Sandbags x 2 |
| Speaker System | Pioneer Electrics | HTD645DV | Stationary Scan Audio Playback: Pioneer HTD645DV 5 Disk DVD Home Theater System with Wireless Surround Speakers. Operating Instructions. |
| Towel | standard towel |
Referencias
- Tóth, L., Gácsi, M., Miklósi, &. #. 1. 9. 3. ;., Bogner, P., Repa, I. Awake dog brain magnetic resonance imaging. Journal of Veterinary Behavior. 4 (2), (2009).
- Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M. Functional MRI in awake unrestrained dogs. PLoS One. 7 (5), e38027 (2012).
- Bunford, N., Andics, A., Kis, A., Miklosi, A., Gacsi, M. Canis familiaris As a Model for Non-Invasive Comparative Neuroscience. Trends in Neurosciences. 40 (7), 438-452 (2017).
- Jia, H., et al. Functional MRI of the Olfactory System in Conscious Dogs. Plos One. 9 (1), e86362 (2014).
- Thompkins, A. M., Deshpande, G., Waggoner, P., Katz, J. S. Functional Magnetic Resonance Imaging of the Domestic Dog: Research, Methodology, and Conceptual Issues. Comparative Cognition & Behavior Reviews. 11, 63-82 (2016).
- Berns, G. S., Cook, P. F. Why Did the Dog Walk Into the MRI?. Current Directions in Psychological Science. 25 (5), 363-369 (2016).
- Huber, L., Lamm, C. Understanding dog cognition by functional magnetic resonance imaging. Learning & Behavior. 45 (2), 101-102 (2017).
- Ramirez, K. . Animal training: successful animal management through positive reinforcement. , (1999).
- Gerencser, L., Bunford, N., Moesta, A., Miklosi, A. Development and validation of the Canine Reward Responsiveness Scale -Examining individual differences in reward responsiveness of the domestic dog. Scientific Reports. 8 (1), 4421 (2018).
- Thompkins, A. M., et al. Separate brain areas for processing human and dog faces as revealed by awake fMRI in dogs (Canis familiaris). Learning & Behavior. 46 (4), 561-573 (2018).
- Lazarowski, L., et al. Investigation of the Behavioral Characteristics of Dogs Purpose-Bred and Prepared to Perform Vapor Wake® Detection of Person-Borne Explosives. Frontiers in Veterinary Science. 5 (50), (2018).
- Lazarowski, L., Waggoner, P., Katz, J. S. The future of detector dog research. Comparative Cognition & Behavior Reviews. 14, 77-80 (2019).
- Leidinger, C., Herrmann, F., Thone-Reineke, C., Baumgart, N., Baumgart, J. Introducing Clicker Training as a Cognitive Enrichment for Laboratory Mice. Journal of Visualized Experiments. (121), e55415 (2017).
- Council, N. R. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
- Andics, A., Gábor, A., Faragó, T., Szabó, D., Miklósi, &. #. 1. 9. 3. ;. Neural mechanisms for lexical processing in dogs. Science. 353 (6303), 1030-1032 (2016).
- Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M. Scent of the familiar: An fMRI study of canine brain responses to familiar and unfamiliar human and dog odors. Behavioural Processes. 110, 37-46 (2015).
- Berns, G. S., Brooks, A., Spivak, M. Replicability and Heterogeneity of Awake Unrestrained Canine fMRI Responses. PLoS One. 8 (12), e81698 (2013).
- Cook, P., Prichard, A., Spivak, M., Berns, G. Jealousy in dogs? Evidence from brain imaging. Animal Sentience. 117, 1-15 (2018).
- Cook, P. F., Brooks, A., Spivak, M., Berns, G. S. Regional brain activations in awake unrestrained dogs. Journal of Veterinary Behavior-Clinical Applications and Research. 16, 104-112 (2016).
- Cook, P. F., Prichard, A., Spivak, M., Berns, G. S. Awake canine fMRI predicts dogs’ preference for praise vs food. Social Cognitive and Affective Neuroscience. 11 (12), 1853-1862 (2016).
- Cook, P. F., Spivak, M., Berns, G. Neurobehavioral evidence for individual differences in canine cognitive control: an awake fMRI study. Animal Cognition. 19 (5), 867-878 (2016).
- Cook, P. F., Spivak, M., Berns, G. S. One pair of hands is not like another: caudate BOLD response in dogs depends on signal source and canine temperament. PeerJ. 2, e596 (2014).
- Dilks, D. D., et al. Awake fMRI reveals a specialized region in dog temporal cortex for face processing. PeerJ. 3, e1115 (2015).
- Prichard, A., Chhibber, R., Athanassiades, K., Spivak, M., Berns, G. S. Fast neural learning in dogs: A multimodal sensory fMRI study. Scientific Reports. 8 (1), 14614 (2018).
- Prichard, A., Cook, P. F., Spivak, M., Chhibber, R., Berns, G. S. Awake fMRI Reveals Brain Regions for Novel Word Detection in Dogs. Frontiers in Neuroscience. 12, 737 (2018).
- Ramaihgari, B., et al. Zinc Nanoparticles Enhance Brain Connectivity in the Canine Olfactory Network: Evidence From an fMRI Study in Unrestrained Awake Dogs. Frontiers in Veterinary Science. 5, 127 (2018).
- Robinson, J. L., et al. Characterization of Structural Connectivity of the Default Mode Network in Dogs using Diffusion Tensor Imaging. Scientific Reports. 6, 36851 (2016).
- Berns, G. S., Brooks, A. M., Spivak, M., Levy, K. Functional MRI in Awake Dogs Predicts Suitability for Assistance Work. Scientific Reports. 7, 43704 (2017).
- Berns, G. S., Spivak, M., Nemanic, S., Northrup, N. Clinical Findings in Dogs Trained for Awake-MRI. Frontiers in Veterinary Science. 5, 209 (2018).
- Jia, H., et al. Enhancement of odor-induced activity in the canine brain using zinc nanoparticles: A functional MRI study in fully unrestrained conscious dogs. Chemical Senses. 41 (1), 53-67 (2016).
- Kyathanahally, S. P., et al. Anterior-posterior dissociation of the default mode network in dogs. Brain Structure and Function. 220 (2), 1063-1076 (2015).
