Perros de entrenamiento para imágenes de resonancia magnética funcional despierta y sin restricciones
Summary
La resonancia magnética (RM) en perros despiertos sin restricciones es un nuevo método con varias ventajas sobre la imagen con restricción física o química. Este protocolo introduce un método de capacitación rentable que minimiza la capacitación en el entorno de RMN, que puede ser costoso, y maximiza el grupo de asignaturas disponible para la RMN funcional canina.
Abstract
Presentamos un protocolo de entrenamiento de imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI) caninos que se puede hacer de manera rentable, con perros de alta energía, para la adquisición de datos funcionales y estructurales. Este método de entrenamiento de perros para la fMRI despierto y sin restricciones emplea un procedimiento de generalización de colocación en varios lugares diferentes para facilitar la transferencia del comportamiento de colocación al entorno de exploración por RMN real; lo hace sin necesidad de un amplio tiempo de entrenamiento en el entorno de exploración por RMN, lo que puede ser costoso. Además, este método divide la formación de un comportamiento de estación (es decir, reposo de mentón) de la desensibilización al entorno de RMN (es decir, más de 100 decibelios de audio), este último realizado durante las sesiones dedicadas de acondicionamiento de la exposición auditiva. El protocolo completo de entrenamiento y pruebas requería 14 horas y resultó en una transferencia inmediata a lugares nuevos. También presentamos ejemplos de datos fMRI caninos que se han adquirido a partir de paradigmas de procesamiento visual de rostros y discriminación olfativa.
Introduction
La resonancia magnética (RM) realizada en perros despiertos sin restricciones es un método nuevo, creando una nueva manera de examinar la función y la estructura en el cerebro del perro. Las primeras cuentas publicadas de la adquisición de imágenes de RM de perros despiertos sin restricciones se publicaron en 2009 (estructural) y 2012 (funcional)1,2. Hay varias ventajas de la resonancia magnética funcional (fMRI) para estudiar la función cerebral en perros despiertos sin restricciones. En primer lugar, la recopilación de datos es similar a la de los seres humanos, y por lo tanto más fácilmente generalizable entre las especies3. En segundo lugar, no hay necesidad de anestesia, eliminando cualquier efecto posterior indeseable. En tercer lugar, la actividad cerebral se ve alterada por la anestesia y por lo tanto la función cognitiva se puede evaluar mejor sin anestesia4. En cuarto lugar, si bien la privación de líquidos/alimentos y la restricción física permiten a los investigadores sondear animales no sededos (por ejemplo, modelos de roedores, aviares y primates), esos animales pueden estar en estados cognitivos muy diferentes de sus homólogos no privados y sin restricciones 3.
Por el momento, hay cinco laboratorios en todo el mundo que están escaneando perros despiertos (Atlanta, EE. UU.; Auburn, Estados Unidos; Budapest, Hungría; Querétaro, México; Viena, Austria), y no existe un método estandarizado para entrenar perros para someterse intencionalmente a una resonancia magnética5,6,7. Todos los métodos de entrenamiento comparten el objetivo común de entrenar perros para permanecer inmóviles durante largos períodos de tiempo, que es necesario para escaneos cerebrales de calidad. Si bien todos los métodos funcionan a través de los principios del aprendizaje de refuerzo, cómo exactamente se implementa varía, y todavía no sabemos el impacto de esta varianza en los resultados. Por lo tanto, si se acepta un método de entrenamiento propuesto y se utiliza ampliamente, puede reducir cierta cantidad de varianza indeseable en los datos. En este artículo, nos centramos en el método de entrenamiento para la estación en el escáner de RMN. El escaneo de RMN es caro, y el método propuesto que desarrollamos tiene el propósito de ser rentable y, por lo tanto, generalizable para los entrenadores de todo el mundo sin acceso regular a un escáner de RMN para la capacitación.
El método consta de dos componentes principales: entrenamiento y pruebas. La formación consta de dos fases. La primera fase es entrenar al perro al blanco de la barbilla (es decir, estación) en un ambiente abierto y la fase dos es entrenar al perro para estacionar en una resonancia magnética simulada. La desensibilización a la RMN se produce a lo largo de las fases de formación, durante sesiones separadas y dedicadas a la exposición auditiva. Las pruebas consisten en estacionar en una resonancia magnética simulada portátil, en cinco lugares de prueba diferentes. La utilidad de esta fase de prueba es generalizar el comportamiento de estacionamiento, facilitando la transferencia al entorno de RMN real. El protocolo general se resume en la Figura 1.
Figura 1: Línea de tiempo del protocolo. La línea de tiempo del protocolo se divide en dos componentes, Entrenamiento y Pruebas. La formación se divide además en dos fases, Open Environment y Mock MRI. Las sesiones separadas de exposición auditiva también se producen durante el entrenamiento. Las pruebas consisten en estacionar en una resonancia magnética simulada portátil, en cinco lugares de transferencia diferentes (T1-T5). Una vez que el perro ha generalizado el comportamiento de colocación a criterio en cinco lugares de transferencia distintos, el perro está listo para la recolección de datos en el entorno de RMN real. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Dependiendo de la fase, el entrenamiento y las pruebas tardan de 25 a 75 minutos por semana, por perro: una sesión de exposición auditiva de 10 minutos y dos o más sesiones de estacionamiento de 5 a 30 minutos. Este protocolo se puede completar en 25 semanas. Durante las pruebas de transferencia, los perros ejecutan varios peleas de un descanso de 5 minutos inmóviles y el descanso de la barbilla en una resonancia magnética simulada portátil (agujero, bobina de radiofrecuencia, 90+ dB de audio, acolchado de oído) en cinco lugares diferentes. Las sesiones de transferencia ocurren una vez por semana durante 30-60 minutos, durante cinco semanas consecutivas. Durante las pruebas de RMN, los perros ejecutan varios ataques del comportamiento final de la estación durante una sesión de 60 minutos de adquisición de datos estructurales y funcionales en un escáner de RMN real.
A lo largo del entrenamiento y las pruebas, un reposo de barbilla es el comportamiento de enfoque. Un reposabarbillas es que el perro toca la barbilla a la superficie de un objeto siguiendo alguna señal al objetivo (es decir, apoya su barbilla) hacia esa superficie. Esa señal al objetivo puede ser física (por ejemplo, gesto, señuelo), verbal (por ejemplo, palabra hablada “descanso”), o un objeto (por ejemplo, acceso al reposo de la barbilla en sí). El rendimiento fluido del comportamiento de orientación de la barbilla es fundamental para limitar el movimiento de la cabeza. En este protocolo, el comportamiento del reposo de la barbilla está condicionado, mantenido y generalizado para que ocurra en múltiples contextos (diferentes aparatos de reposo, en múltiples ubicaciones) con una duración objetivo creciente (hasta cinco minutos). Además, el entrenador condiciona y mantiene un fuerte rendimiento de los comportamientos hacia abajo y se queda, así como un buen control de estímulo sobre la cue de liberación “Okay”, el reforzador condicionado y el marcador de evento conductual “click”, y el “bueno” Keep Going Signal (KGS) 8. En el transcurso del protocolo, se introducen múltiples estímulos y aparatos en etapas específicas y para intervalos específicos. Estos materiales se adquieren fácil y económicamente. Para obtener más información, consulte la Tabla de materiales.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo descrito anteriormente separa el entrenamiento del comportamiento de estacionamiento (descanso de la barbilla) de la desensibilización al entorno de RMN. Además, utiliza un procedimiento de generalización de colocación en varios lugares diferentes, para ayudar en la transferencia del comportamiento de colocación al entorno de exploración por RMN real; lo hace sin necesidad de un amplio tiempo de entrenamiento en el entorno de exploración por RMN, lo que puede ser costoso. En general, la capacitación …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Estamos agradecidos a Las Ciencias del Rendimiento Canino y a los Departamentos de Psicología de la Universidad de Auburn e Ingeniería Eléctrica e Informática. Este trabajo fue apoyado por la Asociación de Entrenadores Profesionales de Perros.
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 |
Riferimenti
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