Monitoraggio dei ratti nelle camere di condizionamento operanti utilizzando una videocamera fatta in casa versatile e DeepLabCut

Nel campo delle neuroscienze comportamentali, i ricercatori usano comunemente camere di condizionamento operanti per valutare una vasta gamma di diverse caratteristiche cognitive e psichiatriche nei roditori. Mentre ci sono diversi produttori di tali sistemi, in genere condividono alcuni attributi e hanno un design quasi standardizzato^1,2^,3.³ Le camere sono generalmente a forma quadrata o rettangolare, con una parete che può essere aperta per posizionare gli animali all’interno, e una o due delle pareti rimanenti contenenti componenti come leve, aperture naso-poke, vassoi di ricompensa, ruote di risposta e luci di vario tipo^1,2,3. Le luci e i sensori presenti nelle camere sono utilizzati sia per controllare il protocollo di prova che per tracciare i comportamenti degli animali^1,2,3,4,5. I tipici sistemi di condizionamento operanti consentono un’analisi molto dettagliata di come gli animali interagiscono con i diversi operandi e le aperture presenti nelle camere. In generale, tutte le occasioni in cui i sensori vengono attivati possono essere registrati dal sistema, e da questi dati gli utenti possono ottenere file di log dettagliati che descrivono ciò che l’animale ha fatto durante passaggi specifici del test^4,5. Mentre questo fornisce una rappresentazione estesa delle prestazioni di un animale, può essere utilizzato solo per descrivere i comportamenti che attivano direttamente uno o più sensori^4,5. Di conseguenza, gli aspetti relativi al modo in cui l’animale si posiziona e si muove all’interno della camera durante le diverse fasi del test non sono ben descritti^6,7,8,9^,9.¹⁰ Questo è un peccato, in quanto tali informazioni possono essere preziose per comprendere appieno il comportamento dell’animale. Ad esempio, può essere utilizzato per chiarire perché alcuni animali si comportano male su un determinato test⁶, per descrivere le strategie che gli animali potrebbero sviluppare per gestire compiti difficili^6,7,8,9,10, o per apprezzare la vera complessità di comportamenti presumibilmente semplici^11,12. Per ottenere tali informazioni articolate, i ricercatori si rivolgono comunemente all’analisi manuale dei video^{6,7,8,9,10,11}.

Quando si registrano video da camere di condizionamento operanti, la scelta della fotocamera è fondamentale. Le camere sono comunemente situate in cubi isolati, con protocolli che spesso fanno uso di gradini in cui nessuna luce visibile splende^3,6,7,8,9. Pertanto, l’uso dell’illuminazione a infrarossi (IR) in combinazione con una fotocamera sensibile agli infrarossi è necessario, in quanto consente la visibilità anche in completa oscurità. Inoltre, lo spazio disponibile per posizionare una fotocamera all’interno del cubicolo di isolamento è spesso molto limitato, il che significa che si beneficia noto fortemente di avere piccole telecamere che utilizzano lenti con un ampio campo visivo (ad esempio, lenti fish-eye)⁹. Mentre i produttori di sistemi di condizionamento operanti possono spesso fornire configurazioni di telecamere di alta qualità ai loro clienti, questi sistemi possono essere costosi e non si adattano necessariamente camere di altri produttori o configurazioni per altri test comportamentali. Tuttavia, un notevole vantaggio rispetto all’utilizzo di videocamere autonome è che queste configurazioni possono spesso interfacciarsi direttamente con i sistemi di condizionamento operanti^13,14. In questo modo, possono essere impostati solo per registrare eventi specifici anziché sessioni di test complete, che possono essere notevolmente aiutate nell’analisi che segue.

Il protocollo attuale descrive come costruire una videocamera economica e versatile utilizzando componenti elettronici per hobby. La fotocamera utilizza un obiettivo fisheye, è sensibile all’illuminazione IR e ha una serie di diodi a emissione di luce IR (LED IR) collegati ad esso. Inoltre, è costruito per avere un profilo piatto e sottile. Insieme, questi aspetti lo rendono ideale per la registrazione di video dalla maggior parte delle camere di condizionamento operanti disponibili in commercio e da altre configurazioni di test comportamentali. Il protocollo descrive inoltre come elaborare i video ottenuti con la fotocamera e come utilizzare il pacchetto software DeepLabCut^15,16 per aiutare a estrarre sequenze video di interesse e a monitorare i movimenti di un animale in esso contenuti. Questo elude parzialmente il draw-back dell’utilizzo di una fotocamera stand-alone rispetto alle soluzioni integrate fornite dai produttori operanti di sistemi di condizionamento, e offre un complemento al punteggio manuale dei comportamenti.

Sono stati compiuti sforzi per scrivere il protocollo in un formato generale per evidenziare che il processo complessivo può essere adattato ai video di diversi test di condizionamento operanti. Per illustrare alcuni concetti chiave, i video dei ratti che eseguono il test del tempo di reazione seriale a 5 scelte (5CSRTT)¹⁷ vengono utilizzati come esempi.