Вместо того, чтобы построить лучшую мышеловку, исследователи Технологического института Джорджии построили лучшую клетку для мышей. Они создали систему под названием EnerCage (Energized Cage) для научных экспериментов над бодрствующими, свободно ведущими себя маленькими животными. Он обеспечивает беспроводное питание электронных устройств и датчиков, традиционно используемых в экспериментах по исследованию грызунов, но без использования соединительных проводов или громоздких батарей. Их цель - создать максимально естественную среду внутри клетки для мышей и крыс, чтобы ученые могли получать последовательные и надежные результаты. Система EnerCage также использует технологию видеоигр Microsoft Kinect для отслеживания животных и распознавания их действий, автоматизируя процесс, который обычно требует, чтобы исследователи стояли и непосредственно наблюдали за грызунами или смотрели бесчисленные часы записанных материалов, чтобы определить, как они реагируют на эксперименты.
Клеточная система с беспроводным питанием была представлена в этом месяце на Международной конференции IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC) в Орландо, Флорида.
Энергическая клетка Georgia Tech обернута тщательно ориентированными полосками медной фольги, которые могут индуктивно питать клетку и электронику, имплантированную или прикрепленную к одному или нескольким животным внутри клетки. Система может работать неограниченное время и собирать данные без вмешательства человека благодаря беспроводной связи и передаче энергии.
«Всегда лучше держать животное в естественных условиях с минимальной нагрузкой или стрессом, чтобы улучшить качество эксперимента», - сказал Мейсам Гованлоо, доцент Школы электротехники и вычислительной техники, разработавший ЭнерКейдж.«Все, что является ненормальным или неестественным, может исказить эксперимент, независимо от того, какой эксперимент проводится в любой области. Это включает в себя захват животного для присоединения или отсоединения проводов, замену батарей или перемещение его из одной клетки в другую».
Гованлоо использует четыре резонирующих медных катушки для создания однородного магнитного поля внутри клетки. Встроенный механизм управления питанием с замкнутым контуром обеспечивает достаточную мощность, чтобы компенсировать любые действия животного, независимо от того, встают ли они, приседают или ходят по клетке. Небольшой головной убор для животного также оснащен резонаторами, передающими питание на приемную катушку.
Kinect подвешен примерно в трех футах над клеткой. Он оснащен камерой высокого разрешения, инфракрасной камерой глубины и четырьмя микрофонами для записи и анализа поведения животных. Он может захватывать как двумерное изображение с высоким разрешением местоположения крысы, так и трехмерное изображение, которое идентифицирует положение ее тела.
«Мы создаем компьютерные алгоритмы, чтобы определить, стоит ли животное, сидит, спит, ухаживает за собой, ест, пьет или ничего не делает», - сказал Гованлоо. «Мы надеемся сократить дорогостоящие затраты на разработку новых лекарств и медицинских устройств, позволив машинам выполнять рутинные, повторяющиеся задачи, которые теперь возложены на людей». Команда Технологического института Джорджии работает в партнерстве с Университетом Эмори, надеясь повлиять на клиническую эффективность глубокой стимуляции мозга (DBS). Все больше клинических испытаний используют DBS для лечения расстройств центральной нервной системы, таких как болезнь Паркинсона, депрессия и обсессивно-компульсивное расстройство. Однако клеточные механизмы, которые способствуют клинической эффективности DBS, остаются в значительной степени неизвестными.
Дональд (Тиг) Рэйнни из Emory и его исследовательская группа используют модели свободно движущихся грызунов для изучения влияния DBS на нейронные цепи, которые, как считается, нарушаются при депрессии. Они протестировали систему EnerCage.
«Требование использовать привязанный головной убор для записи нейронных данных и применения DBS препятствовало прогрессу в этой области», - сказал Рейнни, исследователь из Национального исследовательского центра приматов Эмори в Йеркесе и профессор кафедры психиатрии и поведения. Наука. «В ходе бета-тестирования системы EnerCage мы предоставили критические отзывы о том, как максимально увеличить полезность системы для различных поведенческих приложений. Мы обнаружили, что ключевым преимуществом системы EnerCage является то, что она позволит исследователям проводить хронические DBS и отслеживать связанные поведенческие изменения в течение нескольких дней, если не недель, не беспокоя подопытных животных».
До сих пор, говорит Рейнни, это было невозможно, и это ключ к пониманию долгосрочных преимуществ DBS для пациентов.
Следующими шагами в Технологическом институте Джорджии являются разработка имплантатов, совместимых с EnerCage, например, для доставки лекарств, и расширение системы до сети из десятков клеток, которые могут одновременно собирать данные от нескольких животных.