Оперантной протоколы для оценки анализа затрат выгод во время усиленного решений грызуны
10 сентября 2018 г.
Анализ затрат выгод является весы подход, который мозг выполняет в ходе принятия решений. Здесь, мы предлагаем протокол обучить крыс на оперантного решений парадигмы где крыс выбрать высшие награды за счет ждет 15 s, чтобы получить их.
Этот метод может ответить на ключевые вопросы когнитивной нейронауки, например, как сравнение последствий и причин может повлиять на принятие решения. Главное преимущество этой методики заключается в том, что такие специальные элементы, как расположение доски, не влияют на решение животного. Начните с ограничения доступа к пище для взрослых самцов крыс в помещении с 12-часовым циклом света/темноты.
С первого по третий день прикасайтесь к животным по пять минут два раза в день. Затем взвешивайте животных после каждого сеанса обработки, чтобы определить количество свободного кормления. Затем получите Т-образный лабиринт, оснащенный тремя перегородками или рукавами, двумя динамиками стимула, пятью выдвижными дверцами и пятью инфракрасными датчиками движения или инфракрасными датчиками луча или инфракрасными датчиками IRB.
Скопируйте код экспериментального программного обеспечения в компьютер. Затем скачайте экспериментальное программное обеспечение и установите его на компьютер. Подключите микроконтроллер к компьютеру с помощью USB-порта.
Затем на компьютере нажмите на значок программы, перейдите в раздел «Инструменты» и выберите «Порт». В выпадающем меню выберите COM-порт, через который программное обеспечение подключается к компьютеру. Перейдите в раздел «Инструменты» и выберите «Доски».
В раскрывающемся меню выберите тип программного обеспечения, которое управляет Т-образным лабиринтом. Затем нажмите «Загрузить» в левом верхнем углу окна интерфейса. Выберите код экспериментального программного обеспечения, дождитесь окончания процесса.
После завершения процесса нажмите «Монитор последовательного порта» в правом верхнем углу окна интерфейса. Затем в новом всплывающем окне измените скорость передачи данных на 115, 200. За пять дней до дня эксперимента приведите животных в экспериментальную комнату не менее чем на один час.
Оставьте по 10 сахарных гранул на каждой руке ворот и оставьте все дверцы открытыми. В течение дней с первого по третий размещайте животных по отдельности в лабиринте на периоды 10 минут один раз в день, чтобы исследовать лабиринт без ограничений. В течение дней с четвертого по пятый размещайте животных по отдельности в лабиринте.
Оставьте по две гранулы в каждой руке и дайте им попробовать пищу с обеих сторон. Выведите животное из лабиринта сразу после поедания гранул с двух сторон или после пяти минут нахождения в лабиринте. Наконец, после каждого сеанса привыкания очищайте полы лабиринта с 70% этанолом и убедитесь, что этанол испарился, прежде чем помещать следующее животное в лабиринт.
На шестой день приведите животных в комнату для эксперимента по крайней мере за час до начала эксперимента. Запустите программу и установите номер пробной версии равным 14, из которых первые четыре испытания будут принудительно выбраны, а остальные будут пробными версиями выбора. Перед началом каждого испытания поместите четыре дробинки в руку ворот, которая должна быть подведена как рука с высокой наградой, HRA, и две дробинки в другую руку, которая является рукой с низкой наградой, LRA.
Для тренировки с принудительным выбором перед каждой попыткой псевдослучайным образом блокируйте одну руку, чтобы животное было вынуждено выбрать другую руку. Поместите животное в стартовый ящик. Через пять-семь секунд одновременно откройте стартовые ворота и нажмите «Пуск» в окне интерфейса программы.
Соберите животное сразу после поедания гранул или после пяти минут нахождения в лабиринте и оставьте животное в домашней клетке на две минуты. Перед каждым испытанием закрывайте дверь B в руке, которая выбрана программным обеспечением в качестве HRA. Оставьте дверь А открытой в противоположной руке, LRA.
Затем поместите животное в стартовый ящик. Через пять-семь секунд одновременно откройте стартовые ворота и нажмите «Старт». Позвольте животному свободно выбирать любую руку.
Если животное выбрало HRA, откройте дверцу А, впустите животное в камеру, закройте дверь А и немедленно откройте дверь В, чтобы дать животному доступ к выбранному корму. Если животное выбирает LRA, откройте дверь B, чтобы дать животному доступ к колодцу с едой. Далее уберите животное после того, как оно хорошо съест весь корм в выбранном корме и оставьте его в домашней клетке на две минуты.
Пройдите 10 испытаний выбора для каждого животного и запишите выбор животного, HRA или LRA в каждом испытании. Рассчитайте процент High Reward Choice, HRC, для всех попыток выбора после каждой тренировки. Наконец, после того, как каждое животное достигнет 80% HRC в обучении различению, завершите обучение задержке, открыв дверь B после пятисекундной задержки, как только животное выберет HRA.
Проводите 10 испытаний в день для каждого животного. Результаты показали, что наблюдалось снижение как низкочастотных, так и высоких частот в ACC от начала и до конца стимула. Сравнивая время нахождения вне камеры с временем нахождения в камере, спектральный анализ показал отсутствие изменений колебательной активности в АЦЦ
.Кроме того, активность в диапазоне средних и высоких частот в ОФК увеличивалась после начала действия стимула. Существенных изменений во временных окнах предварительной камеры и камеры при их сравнении не наблюдалось. При попытке выполнить эту процедуру важно устранить любой источник беспокойства, так как он может повлиять на решение животного и ухудшить надежность результата.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании предлагается протокол обучения взрослых самцов крыс в парадигме принятия решений на основе оперантного обусловливания для изучения анализа соотношения затрат и выгод в процессе принятия решений. Основное внимание уделяется тому, как мозг сопоставляет награду и время ожидания, что позволяет получить важные поведенческие и когнитивно-нейробиологические данные.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Когнитивная нейробиология
- Поведенческая психология
Теоретические основы
- Оценка процессов принятия решений у крыс.
- Приоритизация более высоких наград в сравнении со временем ожидания.
- Влияние окружающей среды на процесс принятия решений.
Цель исследования
- Изучить когнитивные процессы, лежащие в основе принятия решений.
- Оценить, как различные структуры вознаграждения влияют на выбор.
- Разработать надежный протокол поведенческого анализа у грызунов.
Используемые методы
- Задачи на принятие решений на основе оперантного обусловливания проводились с использованием Т-образного лабиринта.
- Взрослые самцы крыс проходили обучение после ограничения доступа к пище.
- Перед началом основных испытаний животные проходили фазу привыкания.
- Основные этапы включали манипуляции с животными, исследование лабиринта и серию проб с выбором.
Основные результаты
- Процедуры привели к изменениям спектральной мощности частот в передней поясной коре (ACC).
- В разные временные интервалы значимых изменений осцилляторной активности обнаружено не было.
- Результаты поведенческого анализа выявили предпочтение животных более высокому вознаграждению с выраженными паттернами выбора.
Выводы
- Данный протокол позволяет систематически исследовать процессы принятия решений у грызунов.
- Результаты позволяют получить представление о нейронных коррелятах процесса принятия решений.
- Данное исследование способствует пониманию нейронных механизмов, участвующих в когнитивных оценках.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
Данный протокол позволяет автоматизировать оценку принятия решений на основе анализа затрат и выгод у грызунов, предоставляя стандартизированную платформу для изучения нейронных механизмов, лежащих в основе оценки вознаграждения и импульсного контроля. Количественная оценка поведенческого выбора и ее корреляция с электрофизиологическими показателями позволяют проводить валидацию мишеней при разработке нейропсихиатрических препаратов, особенно для лечения расстройств, сопровождающихся нарушениями принятия решений, таких как зависимость и депрессия. Автоматизация и воспроизводимость повышают трансляционную достоверность при снижении рисков на ранних этапах изучения механизмов.
Стратегические применения в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: Позволяет исследовать нейронные цепи, участвующие в компромиссе между вознаграждением и затратами, что способствует проверке целевых гипотез в областях префронтальной коры.
- Практическая ценность: Автоматизированная система T-образного лабиринта снижает вариабельность и трудозатраты, повышая пропускную способность при фармакологическом скрининге.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получать количественные данные о предпочтениях при выборе (процент выбора варианта с высоким вознаграждением) в качестве интерпретируемого показателя влияния соединений на процесс принятия решений.
- Практическая ценность: стандартизированная подача стимулов и автоматизированный сбор данных повышают надежность анализа и сопоставимость результатов между различными лабораториями.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: связывает поведение с нейронной активностью (изменениями LFP в ACC и OFC), что позволяет оценивать воздействие на мишень с использованием биомаркеров.
- Практическая ценность: позволяет проводить исследования зависимости «доза-эффект» и динамики во времени для снижения рисков при выборе мишеней в ЦНС перед масштабными доклиническими инвестициями.
Интеграция конвейеров и рабочих процессов
Данный метод относится к фазе поисковой биологии, где он способствует подбору мишеней путем моделирования когнитивных эндофенотипов, имеющих значение для психиатрических показаний.
- Биология открытий: Облегчает изучение механизмов работы кортико-стриатных цепей, участвующих в оценке значимости и контроле импульсов.
- Скрининг: Обеспечивает автоматизированное, воспроизводимое измерение когнитивных искажений при принятии решений при различных задержках или величинах вознаграждения.
- Аналитика: Предоставляет электрофизиологические (сдвиги мощности LFP) и поведенческие данные для мультимодальной валидации мишеней.
- Трансляционные исследования: Соответствует клиническим конечным точкам в области когнитивной гибкости и обработки вознаграждения, поддерживая принятие решений о переходе к следующим этапам разработки (go/no-go).
- Корпоративное повторное использование: Стандартизация протокола позволяет использовать его для нескольких классов мишеней и терапевтических областей в нейропсихиатрии.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: Повышает достоверность прогнозов эффектов модуляции мишеней на сложные когнитивные процессы.
- Практическая ценность: Автоматизация с помощью микроконтроллера снижает зависимость от оператора и повышает воспроизводимость экспериментов.
- Стратегическая ценность: Обеспечивает раннее выявление когнитивных побочных эффектов, что снижает процент отсева препаратов на поздних стадиях разработки средств для лечения ЦНС.
- Влияние на портфель: Поддерживает приоритизацию мишеней с поправкой на риск на основе их функционального воздействия на сети принятия решений.
Особенности реализации
- Требуется опыт работы в области поведения грызунов, электрофизиологии и автоматизации на базе микроконтроллеров.
- Зависит от стабильности аппаратной конфигурации, включая ИК-датчики, раздвижные двери и синхронизированное программное обеспечение.
- Необходимо согласование действий между группами по изучению поведения, электрофизиологии и анализа данных для обеспечения стандартизации протоколов.
- Адаптация для других моделей (например, мышей) может потребовать изменения размеров лабиринта и корректировки чувствительности датчиков.
- Контроль условий окружающей среды (например, снижение тревожности) имеет решающее значение для обеспечения достоверности данных, как отмечено в исходных материалах.
