चूहे की स्वचालित, मात्रात्मक संज्ञानात्मक / व्यवहार स्क्रीनिंग: जेनेटिक्स, औषध विज्ञान, पशु अनुभूति और अंडर शिक्षा के लिए
Summary
पर आनुवंशिक और औषधीय जोड़तोड़ के प्रभाव का आकलन करने के लिए, स्थानिक स्थानीयकरण, अस्थायी स्थानीयकरण, अवधि, दर और संभावना आकलन, जोखिम मूल्यांकन, impulsivity, और सटीकता और स्मृति की सटीक मध्यस्थता तंत्र की physiologically सार्थक गुणों को मापने के लिए पूरी तरह से स्वचालित प्रणाली चूहों में अनुभूति की मूलभूत तंत्र.
Abstract
हम साथ रहने वाली अनुभूति के बुनियादी तंत्र पर आनुवंशिक और औषधीय जोड़तोड़ के प्रभाव का आकलन करने और चूहों में सीखने के लिए 24/7 व्यवहार परीक्षण प्रणाली पूरी तरह से स्वचालित एक उच्च throughput, उच्च मात्रा, वर्णन. एक मानक polypropylene माउस आवास टब एक मानक वाणिज्यिक माउस परीक्षण बॉक्स के लिए एक एक्रिलिक ट्यूब के माध्यम से जुड़ा हुआ है. परीक्षण बॉक्स भक्षण गोली से जुड़े हैं 2, जिनमें से 3 हॉपर, है. सभी आंतरिक एक एलईडी के साथ illuminable और अवरक्त (आईआर) द्वारा सिर प्रविष्टियों के लिए निगरानी कर रहे हैं मुस्कराते हुए. चूहे स्क्रीनिंग के दौरान निपटने समाप्त जो वातावरण में रहते हैं. वे प्रोटोकॉल नियंत्रण सॉफ्टवेयर और अर्ध रियल टाइम डेटा विश्लेषण और रेखांकन सॉफ्टवेयर हम लिखा है जिसके लिए, (शास्त्रीय) प्रोटोकॉल (वी) और Pavlovian स्फूर्त में प्रदर्शन से दो या अधिक दैनिक भोजन के समय के दौरान उनके भोजन प्राप्त करते हैं. डेटा विश्लेषण और रेखांकन दिनचर्या बहुत बड़ा समय-S का विश्लेषण आसान बनाने के लिए बनाया गया एक MATLAB आधारित भाषा में लिखे गए हैंव्यवहार और शारीरिक घटना रिकॉर्ड tamped और कच्चे डेटा से एक ही डेटा संरचना के भीतर प्रकाशित रेखांकन और आँकड़ों के सभी मध्यवर्ती विश्लेषण के माध्यम से एक पूर्ण डेटा निशान संरक्षित करने के लिए. डेटा विश्लेषण कोड डेटा कई बार एक दिन और स्वत: "बादल" में संग्रहीत और पर में प्रयोगशाला कंप्यूटर रहे हैं जो और ग्राफिकल सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए विषयों यह फसल. इस प्रकार, व्यक्तिगत चूहों की प्रगति कल्पना है और दैनिक मात्रा. डेटा विश्लेषण कोड प्रोटोकॉल से व्यक्तिगत विषयों के प्रोटोकॉल के लिए स्वचालित अग्रिम अनुमति प्रोटोकॉल नियंत्रण कोड से बात करती है. कार्यान्वित व्यवहार प्रोटोकॉल से मेल खाते हैं, autoshaping, समयबद्ध हॉपर स्विचिंग, समय पर हॉपर स्विचिंग, impulsivity माप, और भोजन की उपलब्धता के circadian प्रत्याशा में जोखिम मूल्यांकन. मुक्त स्रोत प्रोटोकॉल नियंत्रण और डेटा विश्लेषण कोड नए प्रोटोकॉल के अलावा सरल बनाता है. आठ परीक्षण वातावरण कैबिनेट में x 78 x में 24 में एक 48 में फिट, दो ऐसे टैक्सीinets (16) वातावरण एक कंप्यूटर द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है.
Introduction
अनुभूति के बुनियादी तंत्र कि मध्यस्थता सेलुलर और आणविक तंत्र elucidating पर सहन आनुवंशिकी, आणविक आनुवंशिकी, आण्विक जीव विज्ञान, और neuropharmacology के शक्तिशाली तकनीक लाने के लिए, हम physiologically सार्थक यों कि उच्च मात्रा, उच्च के माध्यम से डाल मनो – भौतिकी स्क्रीनिंग तरीकों की जरूरत संज्ञानात्मक तंत्र के गुण. एक तंत्र की एक psychophysically औसत दर्जे का, शारीरिक सार्थक मात्रात्मक संपत्ति व्यवहार तरीकों से मापा और भी electrophysiological या जैव रासायनिक तरीकों से किया जा सकता है कि एक संपत्ति है. उदाहरण rhodopsin के अवशोषण स्पेक्ट्रम, circadian घड़ी की मुक्त चल अवधि, और औसत दर्जे का अग्रमस्तिष्क बंडल 1,2 में इनाम axons की दुर्दम्य अवधि के होते हैं. सेलुलर और आणविक माप की तुलना में किया जा सकता है कि मनो – भौतिकी माप मात्रात्मक पत्राचार के माध्यम से मनोवैज्ञानिक तंत्र के लिए सेलुलर और आणविक तंत्र को जोड़ने के लिए एक नींव रखना. Exampl के लिएई, छड़ के बाहरी क्षेत्रों में rhodopsin की सीटू अवशोषण स्पेक्ट्रम में मानव Scotopic वर्णक्रमीय संवेदनशीलता समारोह पर superimposes तथ्य यह है कि फोटोन ट्रिगर rhodopsin की isomerization Scotopic दृष्टि में पहला कदम है कि पुख्ता सबूत है. जटिल व्यवहार पैटर्न की मात्रात्मक पहलुओं भी व्यवहार आनुवंशिकी 3,4 में QTL तरीकों का उपयोग करने के लिए केंद्रीय हैं.
अच्छी तरह से स्थापित भूमिका निभाई और Pavlovian सीखने प्रोटोकॉल पर चूहों (और चूहों) के प्रदर्शन के समय की तरह अमूर्त मात्रा को मापने कि मस्तिष्क तंत्र पर निर्भर करता है, संख्या, अवधि, दर, प्रायिकता, जोखिम, और स्थानिक स्थान. उदाहरण के लिए, Pavlovian वातानुकूलित प्रतिक्रियाओं के अधिग्रहण की गति मजबूत घटनाओं (आम तौर पर, खाद्य प्रसव) और आसन्न सुदृढीकरण 5-7 के लिए संकेत की शुरुआत निम्न सुदृढीकरण के लिए औसत विलंबता के बीच औसत अंतराल के बीच अनुपात पर निर्भर करता है. एक दूसरे examp के लिएLe, एक मेल प्रोटोकॉल में दो खिला हॉपर का दौरा करने की औसत अवधि के अनुपात लगभग उन दो हॉपर 8-10 पर सुदृढीकरण की दर के अनुपात के बराबर होती है.
अंतर्निहित तंत्र में रुचि neuroscientists द्वारा वर्तमान में व्यापक उपयोग में व्यवहार परीक्षण तरीकों डाल के माध्यम से कम, सबसे अधिक भाग, कम मात्रा के लिए कर रहे हैं, और श्रम गहन 26. उदाहरण के लिए, circadian oscillators के behaviorally मापा उस समय और चरणों circadian अवधि और चरण की electrophysiological और जैव रासायनिक उपायों की तुलना में किया जा सकता है, के रूप में इसके अलावा, वे, electrophysiological और जैव रासायनिक तरीकों से मापा मात्रा के साथ तुलना की जा सकती है कि मात्रा उपाय नहीं है. वर्तमान व्यवहार परीक्षण तरीकों ऐसे स्थानिक सीखने, लौकिक शिक्षा, या सीखने भय, बजाय अंतर्निहित तंत्र पर के रूप में सीखने की श्रेणियों पर ध्यान केंद्रित. स्थानिक सीखने 11-15 का व्यापक रूप से उपयोग किए गए पानी भूलभुलैया परीक्षण इन श का एक उदाहरण हैortcomings. स्थानिक सीखने एक वर्ग है. उस श्रेणी में सीखना मृत गणना 16,17 की व्यवस्था है जिनमें से एक कई तंत्र पर निर्भर करता है. मृत गणना ओडोमीटर, दूरी रन 18 उपाय है कि तंत्र पर बारी में निर्भर करता है. इसी तरह, अस्थायी सीखने की एक श्रेणी है. एक लगभग 24 घंटे की अवधि के साथ एक थरथरानवाला घटनाओं 17,19 होते हैं, जिस पर सुबह के समय जानने के लिए पशुओं के लिए आवश्यक है, क्योंकि एक circadian घड़ी, उस श्रेणी में सीखने निर्भर करता है जिस पर तंत्र के बीच है. खाद्य प्रत्याशा में सक्षम बनाता है कि घड़ी अभी तक 19 की खोज की जानी है.
एक घड़ी एक समय मापने तंत्र है. अवधियों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ अंतर्जात oscillators मस्तिष्क उन घड़ियों 16,17 के चरणों रिकॉर्डिंग से समय में घटनाओं का पता लगाने के लिए अनुमति देते हैं. समय में स्थानों रिकॉर्ड करने की क्षमता समय में स्थानों के बीच जो है, दूरी, durations के माप सक्षम बनाता है. साहचर्य सीखने टी पर निर्भर करता हैवह durations 5,6,20,21 के मस्तिष्क की माप. काउंटर संख्या मापने तंत्र हैं. एक संभावना एक सबसेट के numerosity और सुपरसेट के numerosity के बीच अनुपात है क्योंकि संख्या को मापने, संभावना आकलन सक्षम बनाता है. एक दर है कि नंबर मापा गया था जिस पर अंतराल की अवधि से विभाजित घटनाओं की संख्या है, क्योंकि दर अनुमान सक्षम मापने संख्या को मापने और अवधि. अवधि की माप, संख्या, दर, और संभावना बदलते जोखिम व्यवहार समायोजन सक्षम. 22,23 हमारे विधि इन मूलभूत तंत्र की सटीकता और शुद्धता मापने पर केंद्रित है. शुद्धता मस्तिष्क के उपाय एक उद्देश्य उपाय से मेल खाती है किस हद तक है. प्रेसिजन उदाहरण के लिए एक निश्चित उद्देश्य मूल्य के मस्तिष्क की मात्रा में परिवर्तन या अनिश्चितता, एक निश्चित अवधि है. वेबर का कानून मनो – भौतिकी में सबसे पुराना और सबसे सुरक्षित स्थापना परिणाम है. यह दावा है कि की शुद्धताएक मात्रा के मस्तिष्क का उपाय है कि मात्रा का एक निश्चित अंश है. एक वितरण में भिन्नता के सांख्यिकीविद् के गुणांक है जो वेबर अंश (σ / μ), सटीक उपाय. उद्देश्य मतलब करने के मनो – भौतिकी मतलब का अनुपात (जैसे न्याय अवधि मतलब है) (उद्देश्य अवधि मतलब है) शुद्धता का उपाय है.
मानव की राशि को कम करते हुए यहाँ प्रस्तुत विधि मात्रा (अंतरिक्ष प्रयोगशाला की दी गई राशि में किसी भी एक समय पर जांच की जा रही जानवरों की संख्या) और throughput (एक जानवर की स्क्रीनिंग की औसत अवधि से विभाजित प्राप्त जानकारी के राशि) अधिकतम हो श्रम माप बनाने के लिए आवश्यक है और तुरंत्ता अधिकतम के साथ जो ज्ञात हो स्क्रीनिंग का परिणाम है.
यहाँ प्रस्तुत डेटा विश्लेषण सॉफ्टवेयर वास्तुकला स्वचालित रूप से कच्चे डेटा और सब सारांश परिणाम और एक भी विकास में एक साथ डेटा से प्राप्त आंकड़े कहते हैंसंख्याओं के सुगम विशाल समुद्र प्रस्तुत करना है कि क्षेत्र शीर्षकों के साथ अता संरचना, उसमें निहित. विश्लेषणात्मक सॉफ्टवेयर केवल कि संरचना में डेटा पर चल रही है, और हमेशा एक ही है कि ढांचे के भीतर क्षेत्रों में अपने कार्यों के परिणामों को संग्रहीत करता है. यह कच्चे डेटा से प्रकाशित सारांश और रेखांकन के लिए एक अक्षुण्ण निशान सुनिश्चित करता.
सॉफ्टवेयर स्वचालित रूप से संरचना में पूरी तरह से स्वचालित परीक्षण शासित कि प्रयोग नियंत्रण कार्यक्रमों लिखते हैं, और यह स्वचालित रूप से कच्चे डेटा जो कार्यक्रम से आया है, जो इंगित करता है. इस प्रकार, यह प्रयोगात्मक शर्तों के परीक्षण में प्रत्येक बिंदु पर प्रत्येक जानवर के लिए सेना में थे के रूप में जो करने के लिए कोई संदेह नहीं है और सारांश आँकड़े कच्चे डेटा से प्राप्त किए गए तरीके के बारे में कोई संदेह नहीं है, के साथ एक निर्दोष डेटा निशान बरकरार रखता है. डेटा संरक्षण का यह तरीका बहुत यह संभव अन्य प्रयोगशालाओं आगे इन अमीर सेट डेटा का विश्लेषण करने के लिए कर रही है, मानकीकृत व्यवहार स्क्रीनिंग डाटा बेस के विकास की सुविधा.
<p clगधा = "jove_content"> इस विधि यह निर्भर करता है जिस पर फर्मवेयर और सॉफ्टवेयर के लिए समर्थन के नुकसान के जोखिम को कम करता है. परीक्षण उपकरण तुच्छता एक लंबे समय से स्थापित वाणिज्यिक स्रोत से संशोधित किया गया है. प्रोग्रामिंग भाषा प्रोटोकॉल नियंत्रण के लिए हार्डवेयर निर्माता द्वारा प्रदान कस्टम भाषा हैं, और, डेटा विश्लेषण और रेखांकन के लिए, एक उद्देश्य से बनाया, गैर वाणिज्यिक, खुले स्रोत उपकरण बॉक्स (TSsystem) एक बहुत ही व्यापक रूप से समर्थन वाणिज्यिक वैज्ञानिक प्रोग्रामिंग, डेटा में लिखा विश्लेषण और रेखांकन भाषा. उपकरण बॉक्स लंबा समय की मुहर लगी घटना के रिकॉर्ड से संरचनात्मक जानकारी और सारांश आंकड़े निकालने के लिए उच्च स्तरीय आदेश होते हैं. प्रोटोकॉल को लागू करने के कार्यक्रमों और डेटा का विश्लेषण कार्यक्रमों खुला स्रोत रहे हैं और अच्छी तरह से प्रलेखित.स्क्रीनिंग सिस्टम चित्रा 1 में schematized है. दस अलमारियाँ, प्रत्येक युक्त 8 परीक्षण वातावरण में 80 चूहों टी सक्षम करने, एक 10 फुट x 15 फुट प्रयोगशाला कक्ष में स्थापित किया जा सकता हैओ एक समय में चला जा. एक पार्टी दीवार में एक बंदरगाह के माध्यम से गुजर केबल्स दूसरे कमरे में इलेक्ट्रिकल / इलेक्ट्रॉनिक इंटरफेस कार्ड और पीसी के लिए वातावरण कनेक्ट होना चाहिए. पीसी प्रोटोकॉल नियंत्रण कार्यक्रमों को चलाने के. एक कंप्यूटर हर 2 मंत्रिमंडलों (16 परीक्षण वातावरण) के लिए आवश्यक है. पीसी डेटा विश्लेषण और रेखांकन सॉफ्टवेयर चलाने वाले सर्वर के लिए एक लोकल एरिया नेटवर्क के माध्यम से जुड़ा होना चाहिए.
Protocol
Representative Results
Discussion
हमारे विधि मानव श्रम की एक न्यूनतम के साथ समय की एक न्यूनतम राशि में एक ही बार में कई चूहों के लिए अनुभूति, सीखने और स्मृति,,, के कई अलग अलग तंत्र के कामकाज पर शारीरिक सार्थक, मात्रात्मक परिणाम की एक विस्त?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस प्रणाली के निर्माण 5RO1MH77027 द्वारा समर्थित किया गया.
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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