Sporing rotter i operant condition kamre ved hjelp av en allsidig hjemmelaget videokamera og deeplabcut

Innen atferdsnevrovitenskap bruker forskere ofte operant kondisjoneringskamre for å vurdere et bredt spekter av forskjellige kognitive og psykiatriske egenskaper hos gnagere. Mens det er flere forskjellige produsenter av slike systemer, deler de vanligvis visse attributter og har en nesten standardisert design^1,,2,,3. Kamrene er generelt firkantet- eller rektangelformede, med en vegg som kan åpnes for å plassere dyr inne, og en eller to av de gjenværende veggene som inneholder komponenter som spaker, nese-poke åpninger, belønning skuffer, responshjul og lys av ulike typer^1,2,3. Lysene og sensorene som finnes i kamrene brukes til både å kontrollere testprotokollen og spore dyrenes atferd^1,,2,,3,,4,5. De typiske operant condition systemer tillate en svært detaljert analyse av hvordan dyrene samhandler med de forskjellige operanda og åpninger tilstede i kamrene. Generelt kan alle anledninger der sensorer utløses registreres av systemet, og fra disse dataene kan brukerne få detaljerte loggfiler som beskriver hva dyret gjorde under bestemte trinn i testen^4,5. Selv om dette gir en omfattende representasjon av et dyrs ytelse, kan det bare brukes til å beskrive atferd som direkte utløser en eller flere sensorer^4,5. Som sådan er aspekter knyttet til hvordan dyret posisjonerer seg selv og beveger seg inne i kammeret i forskjellige faser av testen ikke godt beskrevet^6,7,8,9,10. Dette er uheldig, da slik informasjon kan være verdifull for å forstå dyrets oppførsel fullt ut. For eksempel kan det brukes til å avklare hvorfor visse dyr utfører dårlig på en gitt test⁶, for å beskrive strategiene som dyr kan utvikle for å håndtere vanskelige oppgaver^6,7,8,9,10, eller å sette pris på den sanne kompleksiteten av angivelig enkel atferd^11,12. For å få slik artikulert informasjon, går forskerne vanligvis til manuell analyse av videoer^{6,7,8,9,10,11}.

Når du tar opp videoer fra operant condition kamre, valg av kamera er kritisk. Kamrene er vanligvis plassert isolert båser, med protokoller ofte gjør bruk av trinn der ingen synlig lys skinner^3,,6,7,8,9. Derfor er bruk av infrarød (IR) belysning i kombinasjon med et IR-sensitivt kamera nødvendig, da det tillater synlighet selv i fullstendig mørke. Videre er plassen som er tilgjengelig for å plassere et kamera inne i isolasjonskabinettet ofte svært begrenset, noe som betyr at man fordeler sterkt fra å ha små kameraer som bruker linser med et bredt synsfelt (f.eks fiskeøyelinser)⁹. Mens produsenter av operant condition-systemer ofte kan levere høykvalitets kameraoppsett til sine kunder, kan disse systemene være dyre og ikke nødvendigvis passe kamre fra andre produsenter eller oppsett for andre atferdstester. En bemerkelsesverdig fordel med frittstående videokameraer er imidlertid at disse oppsettene ofte kan grensesnitt direkte med de operant kondisjoneringssystemene^13,,14. Gjennom dette kan de settes opp til å bare registrere bestemte hendelser i stedet for fullstendige testøkter, noe som i stor grad kan hjelpe til med analysen som følger.

Den nåværende protokollen beskriver hvordan du bygger et billig og allsidig videokamera ved hjelp av hobbyelektronikkkomponenter. Kameraet bruker en fisheye linse, er følsom for IR belysning og har et sett med IR lysdioder (IR lysdioder) festet til den. Videre er det bygget for å ha en flat og slank profil. Sammen gjør disse aspektene det ideelt for opptak av videoer fra de mest kommersielt tilgjengelige operant kondisjoneringskamrene, samt andre atferdstestoppsett. Protokollen beskriver videre hvordan man behandler videoer innhentet med kameraet og hvordan du bruker programvarepakken DeepLabCut^15,16 for å hjelpe til med å trekke ut videosekvenser av interesse, samt spore et dyrs bevegelser deri. Dette omgår delvis tilbaketrekkingen av å bruke et frittstående kamera over de integrerte løsningene som tilbys av operaniske produsenter av kondisjoneringssystemer, og gir et supplement til manuell skåring av atferd.

Det er gjort forsøk på å skrive protokollen i et generelt format for å markere at den generelle prosessen kan tilpasses videoer fra forskjellige operant kondisjoneringstester. For å illustrere visse viktige begreper brukes videoer av rotter som utfører 5-valg seriell reaksjonstidstest (5CSRTT)¹⁷ som eksempler.