В Институте исследований мозга RIKEN в Японии двухлетний проект исследовательской группы Андреа Бенуччи завершился созданием и развертыванием высокопроизводительной системы для изучения поведения и физиологии мышей. Система нацелена на предоставление больших стандартизированных наборов данных, сокращение количества экспериментальных животных и экономию времени за счет полной автоматизации.
Поведенческая неврология - например, изучение зрения или познания у мышей - всегда предполагает обучение животных выполнению экспериментальных задач, таких как нажатие кнопки, чтобы указать предпочтение или продемонстрировать память. Обучение может занять месяцы, работа на полную ставку для одного или нескольких исследователей. Кроме того, экспериментаторы могут испытывать стресс у мышей, а обучение и эксперименты варьируются от лаборатории к лаборатории. «Трудно сравнивать данные из разных лабораторий и даже из одной лаборатории, и мы тратим много человеко-часов на получение сравнительно небольшого количества данных», - говорит Бенуччи. Его давняя цель состояла в том, чтобы всесторонне решить эти проблемы. В сотрудничестве с японским производителем лабораторного оборудования O'hara & Co. Ltd. компания Benucci разработала и построила автоматизированную экспериментальную платформу, подробности о которой были опубликованы в Nature Communications 30 октября.
Без какого-либо вмешательства человека мыши могут по своему желанию участвовать в поведенческих тренировках, а одна система может работать круглосуточно, обучая четыре или более мышей в день. С несколькими установками и клетками для мышей, сложенными в ряд, напоминающий ряд серверных стоек, система уже использовалась для безопасного обучения 100 мышей. «Раньше на обучение одной мыши у исследователя уходило около 15 часов», - подсчитал Бенуччи. «Теперь, с двенадцатью установками, у нас осталось менее полутора часов». Мыши входят в устройство, чтобы получить жидкое вознаграждение за выполнение задач визуального или слухового различения. Они вращают передними лапками маленькое игрушечное колесо, чтобы указать на решение, например, могут ли они услышать звук или нет. Важно отметить, что мыши учатся самостоятельно стабилизировать свою голову, что дает системе большую экспериментальную гибкость и представляет собой значительный шаг вперед по сравнению с существующими попытками автоматизации обучения грызунов..
Поскольку мыши учатся управлять собой и знакомятся с системой, а также она является модульной, экспериментальные возможности выходят за рамки изучения поведения мышей до визуализации мозга и физиологии в реальном времени. «Обычно мы наблюдаем снижение производительности мыши или другие несовместимости при переходе от высокотренированного поведения к различным типам экспериментов по записи мозга, но с нашей системой этого не происходит», - говорит Бенуччи. Самообучающаяся стабилизация головы является ключом к сбору физиологических данных с высокой точностью, и в статье также показано, что двухфотонная микроскопия мозга обученных мышей, выполняющих сложные поведенческие задачи, является бесшовным расширением системы.
Высокопроизводительная нейробиологическая платформа была запатентована RIKEN, одним из национальных научных институтов Японии, и Бенуччи надеется, что она получит широкое распространение на национальном и международном уровнях. «Стандартное оборудование и протоколы обучения в лабораториях, которые не требуют вмешательства экспериментатора, могут иметь большое значение для обеспечения воспроизводимости данных в науке, - говорит Бенуччи, - и, в частности, в нейробиологии существует насущная потребность в больших общих наборах данных для проверки результатов. и сдвиньте поле вперед."