تدريب الكلاب لمستيقظا ، غير مقيد وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي
Summary
التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) علي القطط اليقظة غير المقيد هو أسلوب جديد مع العديد من المزايا علي التصوير مع ضبط الشخصية أو الكيميائية. هذا البروتوكول يقدم طريقه التدريب فعاله من حيث التكلفة التي تقلل من التدريب في بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي ، والتي يمكن ان تكون مكلفه ، ويزيد من تجمع الموضوع المتاحة للتصوير بالرنين المغناطيسي وظيفية البوليسية.
Abstract
نحن نقدم العمل البوليسي التصوير بالرنين المغناطيسي (fMRI) بروتوكول التدريب الذي يمكن القيام به بطريقه فعاله من حيث التكلفة ، مع النقانق عاليه الطاقة ، للحصول علي البيانات الوظيفية والهيكلية. هذه الطريقة لتدريب القطط لمستيقظا ، غير المقيد fMRI توظف اجراء تعميم من تمركز في عده مواقع متباينة لتسهيل نقل السلوك مرابطه إلى بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي الحقيقية ؛ فانه يفعل ذلك دون الحاجة إلى وقت التدريب واسعه النطاق في بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي ، والتي يمكن ان تكون مكلفه. وعلاوة علي ذلك ، فان هذه الطريقة تقسم التدريب علي السلوك التمركز (اي الذقن) من التحسس إلى بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي (اي ، 100 + ديسيبل الصوت المسح الضوئي) ، وهذا الأخير أنجزت خلال جلسات مخصصه تكييف التعرض السمعية. ويتطلب البروتوكول الكامل للتدريب والاختبار 14 ساعة ويؤدي إلى نقل فوري إلى مواقع جديده. كما نقدم أمثله علي بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي للكلاب التي تم الحصول عليها من نماذج معالجه الوجه البصرية والتمييز الشمي.
Introduction
التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) التي أجريت علي القطط اليقظة غير المقيد هو طريقه جديده ، وخلق طريقه طازجه لدراسة وظيفة وهيكل في دماغ الكلبة. نشرت الحسابات المنشورة الاولي من الحصول علي صوره السيد من المقانق اليقظة غير المقيدة في 2009 (الهيكلية) و 2012 (الوظيفية)1,2. هناك العديد من المزايا الوظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي (fMRI) لدراسة وظيفة المخ في القطط اليقظة غير المقيدة. أولا ، جمع البيانات مشابه لمجموعه البشر ، التالي يمكن تعميمها بسهوله عبر الأنواع3. ثانيا ، ليست هناك حاجه للتخدير ، والقضاء علي اي اثار لاحقه غير مرغوب فيها. ثالثا ، يتم تغيير نشاط الدماغ عن طريق التخدير ، التالي يمكن تقييم الوظيفة المعرفية بشكل أفضل دون تخدير4. رابعا ، في حين ان الحرمان من السوائل/الطعام والتقييد الجسدي يسمح للباحثين بالتحقيق في الماشية غير المخدرة (مثل القوارض ، والطيور ، ونماذج الرئيسيات) ، فان تلك الكائنات يمكن ان تكون في حالات معرفيه مختلفه جدا عن نظرائهم غير المحرومين وغير المقيدين 3–
في هذه اللحظة ، وهناك خمسه مختبرات في جميع انحاء العالم التي يتم مسح القطط مستيقظا (أتلانتا ، الولايات الامريكيه ؛ [اوبرن], [اوسا]; بودابست ، هنغاريا ؛ كويريتارو ، المكسيك ؛ فيينا ، النمسا) ، وليس هناك طريقه موحده لتدريب الكلاب للخضوع عمدا فحص التصوير بالرنين المغناطيسي5،6،7. جميع أساليب التدريب تشترك في الهدف المشترك لتدريب الكلاب علي البقاء لا تزال لفترات طويلة من الزمن ، وهو أمر ضروري لفحص جوده الدماغ. في حين ان جميع الأساليب تعمل من خلال مبادئ التعلم التعزيز ، وكيف بالبالضبط يتم تنفيذه يختلف ، ونحن لا نعرف حتى الآن تاثير هذا التباين علي النتائج. لذلك ، إذا تم قبول طريقه التدريب المقترحة والتي يتم استخدامها علي نطاق واسع ، فانه قد يقلل من بعض كميه التباين غير المرغوب فيها في البيانات. في هذه المقالة ، ونحن نركز علي طريقه التدريب لوضع في الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي. فحص التصوير بالرنين المغناطيسي مكلف ، والطريقة المقترحة التي وضعناها لديها الغرض من كونها فعاله من حيث التكلفة التالي قابله للتعميم للمدربين في جميع انحاء العالم دون الوصول المنتظم إلى ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي للتدريب.
وتتالف الطريقة من عنصرين رئيسيين: التدريب والاختبار. ويتالف التدريب من مرحلتين. المرحلة الاولي هي تدريب الكلبة لهدف الذقن (اي محطه) في بيئة مفتوحة والمرحلة الثانية تدريب الكلبة إلى محطه في التصوير بالرنين المغناطيسي وهميه. يحدث التحسس للتصوير بالرنين المغناطيسي طوال مراحل التدريب ، اثناء جلسات التعرض السمعي المنفصلة والمخصصة. يتكون الاختبار من التمركز في التصوير بالرنين المغناطيسي المحمول ، في خمسه مواقع اختبار مختلفه. فائده هذه المرحلة الاختبار هو تعميم سلوك التمركز ، وتسهيل نقل إلى بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي الحقيقي. ويرد موجز للبروتوكول الشامل في الشكل 1.
الشكل 1: الجدول الزمني للبروتوكول. ينقسم الجدول الزمني للبروتوكول إلى عنصرين ، التدريب والاختبار. وينقسم التدريب أيضا إلى مرحلتين ، البيئة المفتوحة والتصوير بالرنين المغناطيسي وهميه. تحدث جلسات التعرض السمعي المنفصلة اثناء التدريب أيضا. يتكون الاختبار من التمركز في التصوير بالرنين المغناطيسي المحمول ، في خمسه مواقع نقل مختلفه (T1-T5). مره واحده وقد عممت الكلبة سلوك التمركز إلى معيار في خمسه مواقع نقل متميزة, الكلبة جاهزه لجمع البيانات في بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي الحقيقي. يرجى النقر هنا لعرض نسخه أكبر من هذا الرقم.
اعتمادا علي المرحلة ، والتدريب والاختبار يستغرق من 25 إلى 75 دقيقه في الأسبوع ، لكل الكلبة: 1 10 دقيقه جلسة التعرض السمعي واثنين أو أكثر من 5 إلى 30 دقيقه دورات التمركز. ويمكن استكمال هذا البروتوكول في 25 أسبوعا. اثناء اختبار نقل ، والقطط تنفيذ عده نوبات من 5 دقائق بلا حراك أسفل/البقاء والذقن بقية في التصوير بالرنين المغناطيسي المحمولة (تتحمل ، لفائف الترددات الراديويه ، 90 + ديسيبل الصوت ، والحشو الاذن) في خمسه مواقع متباينة. تحدث جلسات النقل مره واحده في الأسبوع لمده 30-60 دقيقه ، علي مدي خمسه أسابيع متتالية. خلال اختبار التصوير بالرنين المغناطيسي ، والقطط تنفيذ عده نوبات من السلوك النهائي مرابطه خلال جلسة 60 دقيقه من الحصول علي البيانات الهيكلية والوظيفية في الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي الحقيقي.
في جميع انحاء التدريب والاختبار ، وبقية الذقن هو سلوك التركيز. بقية الذقن هو الذي يلمس ذقنه علي سطح الجسم بعد بعض الاشاره إلى الهدف (اي ، الباقي ذقنه) إلى ذلك السطح. ان جديلة الهدف يمكن ان تكون ماديه (علي سبيل المثال ، لفته ، إغراء) ، اللفظي (علي سبيل المثال ، الكلمة المنطوقة “بقية”) ، أو كائن (علي سبيل المثال ، الوصول إلى بقية الذقن نفسها). الأداء الجيد لسلوك استهداف الذقن أمر بالغ الاهميه للحد من حركه الراس. في هذا البروتوكول ، يتم تكييف السلوك بقية الذقن ، والحفاظ عليها ، وتعميم لتحدث في سياقات متعددة (أجهزه الراحة المختلفة ، في مواقع متعددة) مع زيادة المدة المستهدفة (تصل إلى خمس دقائق). بالاضافه إلى ذلك ، والظروف المدرب ويحافظ علي أداء قوي من السلوكيات إلى أسفل والبقاء ، فضلا عن السيطرة علي التحفيز جيده علي جديلة الإفراج عن “حسنا” ، معزز مكيفه وعلامة الحدث السلوكي “انقر” ، والاستمرار اشاره الذهاب (كلغ) “جيده” 8. علي مدي البروتوكول ، يتم إدخال العديد من المحفزات والاجهزه في مراحل محدده ولفترات زمنيه محدده. وهذه المواد يتم شراؤها بسهوله وبتكلفه زهيده. للحصول علي التفاصيل الكاملة ، راجع جدول المواد.
Protocol
Representative Results
Discussion
يفصل البروتوكول الموصوف أعلاه تدريب وضع (بقية الذقن) السلوك من التحسس إلى بيئة التصوير بالرنين المغناطيسي. فضلا عن ذلك, يستعمل هو اجراء تعميم من يتمركز في عده موقعات متباينة, ان يساعد في النقل من ال يقيم تصرف إلى الحقيقية [برنين] مسح بيئة; فانه يفعل ذلك دون الحاجة إلى وقت التدريب واسعه النطا?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ونحن ممتنون لعلوم الأداء البوليسية والإدارات جامعه اوبورن من علم النفس والكهرباء & هندسه الكمبيوتر. وقد حظي هذا العمل بدعم رابطه المدربين المحترفين للكلاب.
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 |
References
- 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).
