Automatizado, cuantitativa Cognitiva / Screening de comportamiento de los ratones: Para Genética, Farmacología, Animal Cognition and Instruction Pregrado

Para traer las poderosas técnicas de la genética, la genética molecular, la biología molecular y la neurofarmacología para influir en la aclaración de los mecanismos celulares y moleculares que median mecanismos básicos de la cognición, necesitamos de alto volumen, procedimientos de selección psicofísicos alto rendimiento de procesamiento que cuantifican fisiológicamente significativa propiedades de mecanismos cognitivos. A fisiológica propiedad cuantitativa psychophysically medible, significativo de un mecanismo es una propiedad que puede ser medida por medio del comportamiento y también por medio electrofisiológicas o bioquímicas. Ejemplos de ello son el espectro de absorción de la rodopsina, el período de funcionamiento libre del reloj circadiano, y el período refractario de los axones de recompensa en el cerebro anterior medial ^1,2 paquete. Mediciones psicofísicas que se pueden comparar con las mediciones celulares y moleculares sentar una base para la vinculación de los mecanismos celulares y moleculares de los mecanismos psicológicos por medio de correspondencia cuantitativa. Por ejemple, el hecho de que el espectro de absorción en situ de la rodopsina en los segmentos externos de varillas superpone sobre la función de sensibilidad espectral escotópica humana es una fuerte evidencia de que el fotón disparado por isomerización de la rodopsina es el primer paso en la visión escotópica. Los aspectos cuantitativos de los patrones de comportamiento complejos también son fundamentales para la utilización de métodos de QTL en la genética del comportamiento ^3,4.

El desempeño de los ratones (y ratas) en protocolos de aprendizaje instrumentales y pavlovianas bien establecidos depende de los mecanismos del cerebro que miden cantidades abstractas como el tiempo, número, duración, tasa, probabilidad, riesgo, y la ubicación espacial. Por ejemplo, la velocidad de adquisición de respuestas condicionadas pavlovianas depende de la relación entre el intervalo promedio entre los eventos de refuerzo (típicamente, las entregas de alimentos) y la latencia media al refuerzo después de la aparición de la señal para el refuerzo inminente ^5-7. Por un segundo EJEMPLOSLe, la relación de la duración media de las visitas a dos tolvas de alimentación en un protocolo de juego es aproximadamente igual a la relación de las tasas de refuerzo en las dos tolvas de ^8-10.

Los métodos de prueba de comportamiento actualmente en uso de ancho por neurólogos interesados ​​en los mecanismos subyacentes son, en su mayor parte, de bajo volumen, a través de poner bajo, y mucha mano de obra ^26. Por otra parte, no miden las cantidades que se pueden comparar con las cantidades medidas por métodos electrofisiológicos y bioquímicos, como, por ejemplo, los períodos y fases medidas de comportamiento de los osciladores circadianos se pueden comparar a las medidas electrofisiológicas y bioquímicas de período circadiano y fase. Los métodos actuales de prueba de comportamiento se centran en las categorías de aprendizaje, tales como el aprendizaje espacial, el aprendizaje temporal, o el aprendizaje del miedo, en lugar de en los mecanismos subyacentes. La prueba de laberinto de agua ampliamente utilizado de aprendizaje espacial ^11-15 es un ejemplo de estos shortcomings. Aprendizaje espacial es una categoría. El aprendizaje en esa categoría depende de muchos mecanismos, uno de los cuales es el mecanismo de navegación a estima ^16,17. Reconocimiento continuo depende a su vez en el odómetro, el mecanismo que mide la distancia recorrida ^18. Del mismo modo, el aprendizaje temporal es una categoría. Un reloj circadiano es uno de los mecanismos en los que el aprendizaje en esa categoría depende, porque un oscilador con un período de aproximadamente 24 horas se requiere para los animales para aprender la hora del día a la que se producen los eventos ^17,19. El reloj que permite la anticipación de alimentos aún no se ha descubierto ^19.

Un reloj es un mecanismo de tiempo de medición. Osciladores endógeno con una amplia gama de períodos permiten que el cerebro para localizar eventos en el tiempo mediante el registro de las fases de esos relojes ^16,17. La capacidad de registrar ubicaciones en el tiempo permite la medición de la duración, es decir, distancias entre lugares en tiempo. Aprendizaje asociativo depende de tque las mediciones de cerebro de duraciones ^5,6,20,21. Los contadores son los mecanismos de números de medición. Número de medición permite la estimación de probabilidad, ya que la probabilidad es la proporción entre la numerosidad de un subconjunto y la numerosidad de la superserie. Número de medición y la duración de medición permiten la estimación de tasa, porque una tasa es el número de eventos dividido por la duración del intervalo en el que se midió ese número. Las mediciones de la duración, número, tasa, y la probabilidad permiten ajustes de comportamiento a los riesgos cambiantes. ^22,23 Nuestro método se centra en la medición de la exactitud y precisión de estos mecanismos fundamentales. La precisión es el grado en que la medida del cerebro corresponde a una medida objetiva. La precisión es la variación o la incertidumbre en la medida del cerebro de un valor objetivo fijado, por ejemplo, una duración fija. Ley de Weber es el resultado más antiguo y más segura establecida en la psicofísica. Se afirma que la precisión de lala medida del cerebro de una cantidad es una fracción fija de esa cantidad. La Fracción Weber, que es el coeficiente de la estadística de la variación en la distribución (σ / μ), mide la precisión. La relación de la media psicofísica (por ejemplo, la duración media juzgados) con la media objetivo (duración media objetivo) es la medida de la precisión.

El método presentado aquí maximiza el volumen (número de animales que están siendo revisadas en cualquier momento en una determinada cantidad de espacio en el laboratorio) y el rendimiento (cantidad de información obtenida dividida por la duración media de la proyección de un solo animal) y reducir al mínimo la cantidad de humana mano de obra requerida para hacer las mediciones y la maximización de la inmediatez con la que los resultados de la selección se conoce.

La arquitectura de software de análisis de datos que aquí se presenta pone automáticamente los datos en bruto y todos los resultados de resumen y estadísticas derivadas de los datos en un solo destructura ata, con encabezados de campos que hacen inteligibles los vastos mares de números contenidas en este. El software de análisis sólo funciona con datos de esa estructura, y siempre almacena los resultados de sus operaciones en los campos dentro de la misma estructura. Esto asegura una pista intacto de los datos en bruto a los resúmenes y gráficos publicados.

El software escribe automáticamente en la estructura de los programas de control del experimento que rigen la prueba totalmente automatizada, e indica automáticamente que los datos en bruto proceden de qué programa. De este modo, conserva un registro de datos impecable, sin lugar a dudas en cuanto a que las condiciones experimentales se encontraban en vigor para cada animal en cada punto de la prueba y no hay duda acerca de cómo se obtuvieron las estadísticas de resumen de los datos brutos. Este método de conservación de datos facilita en gran medida el desarrollo de bases de datos de detección de comportamiento estandarizadas, por lo que es posible que otros laboratorios para analizar más estos conjuntos de datos ricos.

<p clculo = "jove_content"> Este método minimiza el riesgo de pérdida de apoyo para el firmware y el software del que depende. El aparato de ensayo se trivialmente modificado a partir de una fuente comercial establecido largo. Los lenguajes de programación son el lenguaje personalizado proporcionado por el fabricante del hardware, para el control de protocolo y, para el análisis de datos y gráficos, a, no comercial, la caja de herramientas de código abierto construido especialmente (TSsystem) escritos en una programación científica comercial muy amplio apoyo, los datos el análisis y la lengua gráfica. La caja de herramientas contiene comandos de alto nivel para extraer información estructural y estadísticas de resumen de largos registros de eventos con marca de tiempo. Los programas de protocolo-implementación y los programas de análisis de datos son de código abierto y completamente documentados.

El sistema de selección se esquematiza en la Figura 1. Diez gabinetes, cada uno conteniendo 8 entornos de prueba pueden establecerse en un 10 pies x 15 pies sala de laboratorio, lo que permite 80 ratones camisetaso puede ejecutar a la vez. Cables que pasan a través de un puerto en una pared medianera deben conectar los entornos de las tarjetas eléctricos / electrónicos de interfaz y PC en otra habitación. Los ordenadores funcionan los programas de control de protocolo. Se requiere una computadora por cada 2 gabinetes (16 entornos de prueba). Los ordenadores deben estar conectados a través de una red de área local a un servidor que ejecuta los datos-análisis y la representación gráfica de software.