वर्तमान प्रोटोकॉल एक पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया का वर्णन करता है, जो कृन्तकों में स्थानिक नेविगेशन और व्यवहार फेनोटाइप के परीक्षण के लिए एक अनूठी प्रणाली है। इस भूलभुलैया प्रणाली की अनुकूलनशीलता एक भौतिक वातावरण में विभिन्न प्रयोगों के निष्पादन को सक्षम बनाती है। संरचनात्मक पुनर्व्यवस्था में आसानी विश्वसनीय और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य प्रयोगात्मक परिणाम उत्पन्न करती है।
स्थानिक नेविगेशन प्रदर्शन और व्यवहार फेनोटाइप का परीक्षण करने के लिए कई भूलभुलैया आकृतियों का उपयोग किया जाता है। परंपरागत रूप से, प्रत्येक प्रयोग के लिए एक अद्वितीय भूलभुलैया आकार की आवश्यकता होती है, इस प्रकार विभिन्न विन्यासों में कई अलग-अलग भूलभुलैया की आवश्यकता होती है। मापनीयता और प्रजनन क्षमता को समायोजित करने के लिए भूलभुलैया ज्यामिति को एक ही वातावरण में पुन: कॉन्फ़िगर नहीं किया जा सकता है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया सीमाओं को संबोधित करने के लिए एक अनूठा दृष्टिकोण है, जो दोहराने योग्य तरीके से भूलभुलैया मार्गों के त्वरित और लचीले विन्यास की अनुमति देता है। इसमें इंटरलॉकिंग मार्ग होते हैं और इसमें फीडर, ट्रेडमिल, मूवेबल दीवारें और शट-ऑफ सेंसर शामिल होते हैं। वर्तमान प्रोटोकॉल बताता है कि पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया मौजूदा भूलभुलैया को कैसे दोहरा सकता है, जिसमें टी-आकार, प्लस-आकार, डब्ल्यू-आकार और आकृति-आठ भूलभुलैया शामिल हैं। प्रारंभ में, टी-आकार के भूलभुलैया का निर्माण एक प्रयोगात्मक कमरे के अंदर किया गया था, इसके बाद संशोधन किए गए थे। यहां उल्लिखित तेजी से और स्केलेबल प्रोटोकॉल पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के लचीलेपन को प्रदर्शित करता है, जो चरणबद्ध तरीके से घटकों और व्यवहार प्रशिक्षण चरणों को जोड़ने के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया व्यवस्थित रूप से और सटीक रूप से स्थानिक नेविगेशन व्यवहार के कई पहलुओं के प्रदर्शन का आकलन करता है।
स्थानिक नेविगेशन एक लक्षित लक्ष्य के लिए उपयुक्त मार्ग की पहचान करने के लिए एक जानवर की एक मौलिक क्षमता है। नेविगेशन के दौरान विभिन्न संज्ञानात्मक प्रक्रियाओं, जैसे निर्णय लेने, सीखने और स्मृति की आवश्यकता होती है। इन प्रक्रियाओं का उपयोग करना किसी लक्ष्य के लिए सबसे छोटा मार्ग निर्धारित करते समय अनुभवात्मक सीखने की अनुमति देता है। भूलभुलैया परीक्षणों का उपयोग स्थानिक नेविगेशन 1 के व्यवहार और शारीरिक तंत्र की जांच के लिए किया जाताहै। उदाहरण के लिए, टी-आकार के भूलभुलैया 2,3, प्लस-आकार के भूलभुलैया4, रेडियल आर्म भूलभुलैया 5,6, और चित्रा-आठ भूलभुलैया7 स्थानिक नेविगेशन व्यवहार का आकलन करते हैं, जिसमें संज्ञानात्मक चर जैसे निर्णय लेनेवाले 8 और चिंता9 शामिल हैं।
प्रत्येक भूलभुलैया आकार के फायदे और नुकसान होते हैं, जिसमें विशिष्ट सीखने और स्मृति10,11 का आकलन करने के लिए कई भूलभुलैया कार्यों का उपयोग करके बहुमुखी प्रयोगों की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, सहज परिवर्तन कार्य, जिसमें एक जानवर सीखने की आवश्यकता के बिना बाएं और दाएं हाथ के बीच चयन करता है, एक विशिष्ट स्थानिक कार्यशील स्मृति कार्य है जिसका मूल्यांकन टी-आकार और वाई-आकार के भूलभुलैया12 के साथ किया जा सकता है। प्लस-आकार और रेडियल आर्म भूलभुलैया, जो सिर की दिशा और बाहरी संकेतों का उपयोग करते हैं, का उपयोग लक्ष्य-उन्मुख नेविगेशन क्षमता13 निर्धारित करने के लिए किया जाता है। चित्रा -आठ और संशोधित टी-आकार के भूलभुलैया, जो चयन और वापसी पर मार्गों को अलग करते हैं, का उपयोग प्रक्षेपवक्र14,15 द्वारा नेविगेशन फ़ंक्शन का विश्लेषण करके स्थानिक कार्यशील स्मृति कार्यों का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है।
एक प्रयोग में कई भूलभुलैया का उपयोग करते समय भूलभुलैया के बीच स्थिरता बनाए रखना चुनौतीपूर्ण हो सकता है। कृन्तकों को नेविगेशन16,17,18 के लिए दृश्य संकेतों का उपयोग करने के लिए माना जाता है; घ्राण19,20 और सोमाटोसेंसरी21 तौर-तरीकों का उपयोग स्थानिक अनुभूति के लिए भी किया जा सकता है और नेविगेशन क्षमता में योगदान दे सकता है। यदि विभिन्न रिक्त स्थान, लेआउट, आयाम और सामग्री का उपयोग करके भूलभुलैया प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित की जाती है, तो ये चर कृन्तकों की नेविगेशन रणनीति को प्रभावित कर सकते हैं। स्थानिक नेविगेशन अध्ययन के लिए इन चर के सबसे सख्त नियंत्रण की आवश्यकता होती है; हालांकि, विभिन्न आकृतियों के लिए एक मानकीकृत भूलभुलैया उपकरण बनाए रखना या प्रत्येक प्रयोग के लिए भूलभुलैया का पुनर्निर्माण महंगा हो सकता है। ये कठिनाइयाँ एक ही प्रयोगशाला के भीतर प्रयोगों की एक श्रृंखला आयोजित करने के एक व्यवस्थित तरीके को रोकती हैं।
पहले से स्थापित भूलभुलैया संरचनाओं में कॉन्फ़िगर की गई सीमाओं का मुकाबला करने के लिए, एक भूलभुलैया प्रणाली जिसे एकल भौतिक वातावरण22 में विभिन्न आकृतियों में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, यहां वर्णित है। “पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया” मानकीकृत भागों को जोड़ती है, जो अत्यधिक दोहराने योग्य, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, लचीला और स्केलेबल परीक्षण वातावरण प्रदान करती है। यह लेख कृन्तकों में स्थानिक नेविगेशन का मूल्यांकन करने के लिए एक पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया की क्षमता का वर्णन करता है।
पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया ने हमें एक ही वातावरण में विभिन्न प्रकार के भूलभुलैया कार्यों का संचालन करने में सक्षम बनाया। फर्श पर समान रूप से स्पेस किए गए छेद और बेसप्लेट के साथ टावरों द्वारा समन्वित एक इंटरलॉकिंग सिस्टम ने उच्च स्तर की पुनरावृत्ति और प्रजनन क्षमता की गारंटी दी। इसके अलावा, संरचना को आसानी से संलग्न और अलग किया जा सकता है, और वांछित भूलभुलैया आकार को तुरंत कॉन्फ़िगर किया जा सकता है, जो एक कुशल, लचीला और स्केलेबल सिस्टम के रूप में कार्य करता है।
पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया ने जानवरों को तेजी से सीखने की अनुमति दी। पारंपरिक भूलभुलैया प्रयोगात्मक वातावरण में, मार्ग की लंबाई और आकार को पुन: कॉन्फ़िगर करना मुश्किल हो सकता है, और कई भूलभुलैया को संयोजित करने वाले परीक्षणों का संचालन करना समय लेने वाला है। जैसा कि इस अध्ययन में दिखाया गया है, पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया एक चरण-दर-चरण तरीके से भूलभुलैया विस्तार को सक्षम बनाता है, जहां जटिल व्यवहार परीक्षणों के संशोधन के बाद प्रशिक्षण एक ही दिन में कुशलता से आयोजित किया जाता है (चित्रा 6 ए, बी)। इसके अलावा, प्रयोगकर्ता के लिए संशोधन करना आसान है। इस अध्ययन में, भूलभुलैया असेंबली समय को कई परीक्षणों में मापा गया था, और प्रयोगकर्ताओं ने लगातार लगभग 1 से 2 मिनट (चित्रा 6 ए) में पुनर्निर्माण पूरा किया।
इस भूलभुलैया प्रणाली का एक बड़ा लाभ यह है कि यह भूलभुलैया के आकार को ठीक करने की अनुमति देता है। क्योंकि फर्श पंचिंग बोर्ड छेद से भरा हुआ है, इसलिए लचीले भूलभुलैया प्रयोगों का प्रदर्शन करना संभव है जो पारंपरिक भूलभुलैया प्रणालियों के साथ प्राप्त करना मुश्किल होगा। इस अध्ययन में किए गए विलंबित परिवर्तन कार्य में, चूहों ने देरी शुरू की और पोकिंग (चित्रा 5 ए) द्वारा देरी क्षेत्र से बाहर निकल गए। पास में दो फीडर रखना, जैसा कि हमने यहां किया है, एक निश्चित ज्यामिति के साथ एक पारंपरिक भूलभुलैया प्रणाली में मुश्किल है। इसके अतिरिक्त, यह भूलभुलैया प्रणाली संतुलित संशोधनों को सक्षम करती है; उदाहरण के लिए, फीडर बी की स्थिति को आसानी से विपरीत तरफ प्रतिस्थापित किया जा सकता है (चित्रा 5 ए)। यह लाभ प्रयोगशालाओं में भूलभुलैया विन्यास की प्रतिकृति के लिए भी अनुमति देता है। विलंबित परिवर्तन कार्य के लिए कई भूलभुलैया का उपयोग किया जाता है, जिसमें आकृति-आठ भूलभुलैया, वाई भूलभुलैया और डब्ल्यू भूलभुलैया 26,29,30 शामिल हैं। इनाम क्षेत्र, देरी क्षेत्र और देरी विधि भी अध्ययन से अध्ययन23,31 में भिन्न होती है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के साथ, इन सभी विभिन्न भूलभुलैया को एक ही भौतिक वातावरण में बनाया जा सकता है और विभिन्न प्रयोगशालाओं में पुन: प्रस्तुत किया जा सकता है। यदि यह प्रणाली व्यापक हो जाती है, तो इससे प्रयोगशालाओं के बीच भूलभुलैया कार्यों का मानकीकरण हो सकता है।
पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया इलेक्ट्रोफिजियोलॉजिकल मल्टीयूनिट रिकॉर्डिंग का समर्थन करता है, जो स्थानिक नेविगेशन22 का समर्थन करने वाले तंत्रिका सहसंबंधों की जांच करता है। हिप्पोकैम्पल गठन में, जिसे स्थानिक नेविगेशन में एक आवश्यक भूमिका निभाने के लिए माना जाता है, स्थानिक जानकारी को एन्कोड करने के लिए कई प्रकार की कोशिकाओं की सूचना दी गई है, जैसे कि कोशिकाएं जो एक विशिष्ट स्थिति32 से गुजरते समय या बाहरी वातावरण की सीमा के करीब पहुंचने पर आग लगातीहैं। ये सेल प्रकार दूर के स्थलों16,17,18 में परिवर्तन के आधार पर अपनी फायरिंग गतिविधि को बदलते हैं। यह प्रणाली स्थानिक नेविगेशन प्रयोगों के दौरान तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए आदर्श है क्योंकि पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया एक ही वातावरण को बनाए रखते हुए केवल भूलभुलैया के आकार को बदल सकती है। पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया सख्त बाहरी पर्यावरण नियंत्रण बनाए रखता है, तंत्रिका गतिविधि प्रयोग के लिए प्रासंगिक एक विनिर्देश।
पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया कुछ चेतावनियों के साथ भूलभुलैया प्रयोगों के लिए एक इष्टतम वातावरण प्रदान करता है। सबसे पहले, भूलभुलैया का निर्माण पंचिंग बोर्ड में छिद्रों में भागों को फिट करके किया जाता है, इसलिए कोणों को लचीले ढंग से नहीं बदला जा सकता है। गोलाकार भूलभुलैया (चित्रा 4 ई) इस समस्या को कुछ हद तक दूर करता है, लेकिन भूलभुलैया की स्थिरता सुनिश्चित करते हुए मार्ग में वक्र और कोण जोड़ने की सीमाएं हैं। इसके अलावा, कुछ शास्त्रीय भूलभुलैया, जैसे मॉरिस वाटर भूलभुलैया34 और बार्न्स भूलभुलैया35, और हाल के वर्षों में विकसित भूलभुलैया जैसे कि हनीकॉम्ब भूलभुलैया36,37, पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के कुछ हिस्सों को जोड़कर निर्माण करना मुश्किल है। भविष्य के प्रयासों को अनुकूलनशीलता बढ़ाने और अधिक संज्ञानात्मक प्रयोग को कवर करने के लिए इन भूलभुलैया प्रकारों को पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य भूलभुलैया के साथ विलय करने के तरीकों की खोज पर ध्यान केंद्रित करना चाहिए।
The authors have nothing to disclose.
इस काम को जापानी सोसाइटी फॉर द प्रमोशन ऑफ साइंस द्वारा समर्थित किया गया था, काकेन्ही एस.टी. को 16एच06543 और 21एच05296 अनुदान देता है।
3D printer | Stratasys Ltd. | uPrint | |
Arduino Mega 2560 R3 | Elegoo | JP-EL-CB-002 | |
Camera | Basler | acA640-750uc | |
Control box | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMM-IF | |
DeepLabCut | Mathis laboratory at Swiss Federal Institute of Technology in Lausanne | N/A | |
Feeder unit | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FM-PD | |
Free maze system for mice | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FM-M1 | |
Free maze system for rats | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FM-R1 | |
Long-Evans Rat | Shimizu Laboratory Supplies, Co. LTD. | N/A | |
MATLAB | MathWorks | Matlab2020b | |
Movable wall for mice | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMM-DM | |
Movable wall for rats | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMR-DM | |
Pathway and tower for mice | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMM-SS | |
Pathway and tower for rats | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMR-SS | |
Pellet dispenser | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | PD-020D/PD-010D | |
Photo beam sensors unit for rats | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMR-PS | |
Punching board for mice | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMM-ST | |
Punching board for rats | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMR-ST | |
Treadmill for rats | O’Hara & Co., LTD. / Amuza Inc. | FMR-TM |