RU2789575C1 - Device for testing animal behavior and its use method - Google Patents
Device for testing animal behavior and its use method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2789575C1 RU2789575C1 RU2021126319A RU2021126319A RU2789575C1 RU 2789575 C1 RU2789575 C1 RU 2789575C1 RU 2021126319 A RU2021126319 A RU 2021126319A RU 2021126319 A RU2021126319 A RU 2021126319A RU 2789575 C1 RU2789575 C1 RU 2789575C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- animal
- labyrinth
- partitions
- testing
- maze
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Заявляемое техническое решение относится к экспериментальной физиологии и используется при исследовании нейрофизиологических механизмов обучения и памяти, пространственной навигации, двигательной и поисковой активности лабораторных животных при осуществлении ими целенаправленного пищедобывательного поведения, а также при тестировании когнитивных нарушений в модельных экспериментах на животных и может быть применено в экспериментальной фармакологии и экспериментальной медицине.The claimed technical solution relates to experimental physiology and is used in the study of neurophysiological mechanisms of learning and memory, spatial navigation, motor and search activity of laboratory animals in the implementation of their purposeful food-procuring behavior, as well as in testing cognitive impairment in model experiments on animals and can be applied in experimental pharmacology and experimental medicine.
Уровень техникиState of the art
Из уровня техники известны классические лабиринты для исследования пространственного выбора животного - это Т-лабиринт и его модификация Υ-лабиринт (Zhang, Q., Kobayashi, Y., Goto, Η., Itohara, S. An Automated T-maze Based Apparatus and Protocol for Analyzing Delay- and Effort-based Decision Making in Free Moving Rodents. J. Vis. Exp.(138), e57895, doi:10.3791/57895 (2018).) (Swonger AK, Rech RH (1972) Serotonergic and cholinergic involvement in habituation of activity and spontaneous alternation of rats in a Y maze. J Comp Physiol Psychol 81 (3):509-522). В этом лабиринте животное выбирает один из двух или один из трех рукавов на основании сигналов, прошлого выбора или просто исследовательского поведения.Classical mazes are known from the prior art for studying the spatial choice of an animal - this is the T-maze and its modification Υ-maze (Zhang, Q., Kobayashi, Y., Goto, Η., Itohara, S. An Automated T-maze Based Apparatus and Protocol for Analyzing Delay- and Effort-based Decision Making in Free Moving Rodents. J. Vis. Exp.(138), e57895, doi:10.3791/57895 (2018).) (Swonger AK, Rech RH (1972) Serotonergic and cholinergic involvement in habituation of activity and spontaneous alternation of rats in a Y maze J Comp Physiol Psychol 81(3):509-522). In this maze, the animal chooses one of two or one of three arms based on cues, past choices, or simply exploratory behavior.
Недостатком данных лабиринтов является малое (два или три варианта) количество доступных выборов, что не дает возможности сделать однозначный вывод об используемой животным стратегии выбора, что сказывается на результатах эксперимента. Кроме того, ограниченность маршрута не позволяет исследовать механизмы, лежащие в основе пространственной навигации.The disadvantage of these labyrinths is a small (two or three options) number of available choices, which does not make it possible to make an unambiguous conclusion about the selection strategy used by the animal, which affects the results of the experiment. In addition, the limited route does not allow us to explore the mechanisms underlying spatial navigation.
Известны также многолучевые лабиринты (Olton, D.S.; Samuelson, R.J. (1976). "Remembrance of places passed: Spatial memory in rats". Journal of Experimental Psychology: Animal Behavior Processes. 2 (2): 97-116) или лабиринт Барнса (Barnes, CA (1979). "Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat." J Comp Physiol Psychol. 1979 Feb;93(l):74-104), где животное должно выбрать один из множества рукавов с подкреплением или одно из множества отверстий для избегания раздражающего фактора. То есть особенностью многолучевых лабиринтов является использование множества альтернативных выборов, что делает их более привлекательными по сравнению с Τ или Υ лабиринтами.Multipath mazes are also known (Olton, D.S.; Samuelson, R.J. (1976). "Remembrance of places passed: Spatial memory in rats". Journal of Experimental Psychology: Animal Behavior Processes. 2 (2): 97-116) or the Barnes maze ( Barnes, CA (1979) "Memory deficits associated with senescence: a neurophysiological and behavioral study in the rat." with reinforcements or one of the many holes to avoid the annoying factor. That is, a feature of multipath mazes is the use of many alternative choices, which makes them more attractive compared to Τ or Υ mazes.
Недостатком всех лучевых лабиринтов является невозможность отделить и исключить совпадение случайного выбора с правильным, что влияет на чистоту проводимого эксперимента.The disadvantage of all ray labyrinths is the inability to separate and exclude the coincidence of a random choice with the correct one, which affects the purity of the experiment.
Известен также лабиринт Хебба-Уильямса, который обеспечивает разные маршруты между фиксированными точками старта и финиша для животных (Hebb, D. О. and К. A. Williams. 1946. A method of rating animal intelligence. J. Gen. Psychol. 34:59-65; Pritchett-Corning, Kathleen & Mulder, Guy. (2004). Hebb-Williams mazes. Contemporary topics in laboratory animal science / American Association for Laboratory Animal Science. 43. 44-5.). Лабиринт в первую очередь ориентирован на эгоцентрическую навигацию и запоминание пространственного расположения точек старта и финиша, хотя встречаются модификации этого лабиринта с использованием внешних сигналов.Also known is the Hebb-Williams maze, which provides different routes between fixed start and finish points for animals (Hebb, D. O. and K. A. Williams. 1946. A method of rating animal intelligence. J. Gen. Psychol. 34: 59-65 Pritchett-Corning, Kathleen & Mulder, Guy (2004) Hebb-Williams mazes Contemporary topics in laboratory animal science / American Association for Laboratory Animal Science 43. 44-5. The maze is primarily focused on egocentric navigation and memorization of the spatial location of the start and finish points, although there are modifications of this maze using external signals.
Недостатком является то, что варианты проходов в этом лабиринте не являются идентичными с точки зрения сложности.The disadvantage is that the passage options in this maze are not identical in terms of difficulty.
Известен способ оценки пространственной ориентировки и когнитивных нарушений у экспериментальных животных (RU 2551308 C2 от 2012.10.15, класс МПК А61В 5/16, G09B 23/28), где ориентировочно-исследовательское и двигательное поведение крыс исследуют на фоне выработки пищедобывательного навыка посредством дифференциации траектории движения животных в Ж-образном лабиринте. Оценку осуществляют по следующим формам двигательных действий: движения к локусам лабиринта без пищевого подкрепления; целенаправленные движения к локусу с пищевым подкреплением; исследовательские обходы всех площадок лабиринта; движения к локусу, зеркально противоположному локусу с пищевым подкреплением; многократно повторяющиеся движения между двумя локусами лабиринта; замирание на стартовой площадке. Способ позволяет повысить достоверность исследования, что достигается за счет многофакторной оценки функций центральной нервной системы.There is a known method for assessing spatial orientation and cognitive impairment in experimental animals (RU 2551308 C2 dated 2012.10.15, class IPC A61B 5/16, G09B 23/28), where the orienting-exploratory and motor behavior of rats is studied against the background of developing a food-procuring skill by differentiating the trajectory movement of animals in the W-shaped maze. The assessment is carried out according to the following forms of motor actions: movements to the loci of the labyrinth without food reinforcement; purposeful movements to the locus with food reinforcement; research bypasses of all sites of the labyrinth; movements to a locus that is mirror opposite to the locus with food reinforcement; repetitive movements between two loci of the labyrinth; fading at the launch pad. The method allows to increase the reliability of the study, which is achieved through a multifactorial assessment of the functions of the central nervous system.
Недостатком данного способа является то, что он ориентирован на свободное поисковое поведение крыс, запоминание маршрута и его воспроизведение в неизменных условиях одной и той же модификации лабиринта.The disadvantage of this method is that it is focused on the free search behavior of rats, remembering the route and its reproduction under unchanged conditions of the same modification of the maze.
Известно также, что стандартом тестирования пространственной памяти является водный лабиринт Морриса, в котором животное обучается находить скрытую под водой платформу (Morris RGM. Spatial localization does not require the presence of local cues. Learn Motiv 1981;12:239-260). В указанном лабиринте исследуется траектория движения животного, его время нахождения в секторах лабиринта и время достижения платформы. При обучении, варьируют позицию старта животного, где ориентация осуществляется на основании внешних по отношению к бассейну сигналов. Предполагается, что животные используют последовательно или, чаще одновременно, различные стратегии достижения цели, которые включают в себя помимо пространственной ориентации, но также не пространственные (Whishaw IQ, Mittleman G. Visits to starts, routes, and places by rats (Rattus norvegicus) in swimming pool navigation tasks. J Comp Psychol. 1986 Dec;100(4):422-31. PMID: 3802786.). Данный лабиринт позволяет исследовать механизмы памяти и обучения, задействуя как аллоцентрическую так и эгоцентрическую навигацию.It is also known that the standard for testing spatial memory is the Morris water maze, in which the animal learns to find a platform hidden under water (Morris RGM. Spatial localization does not require the presence of local cues. Learn Motiv 1981;12:239-260). In the specified labyrinth, the trajectory of the animal's movement, its time spent in the sectors of the maze and the time it takes to reach the platform are investigated. During training, the animal's starting position is varied, where orientation is carried out on the basis of signals external to the pool. It is assumed that animals use sequentially or, more often simultaneously, various strategies to achieve the goal, which include, in addition to spatial orientation, but also non-spatial (Whishaw IQ, Mittleman G. Visits to starts, routes, and places by rats (Rattus norvegicus) in swimming pool navigation tasks J Comp Psychol 1986 Dec;100(4):422-31 PMID: 3802786.). This maze allows you to explore the mechanisms of memory and learning, using both allocentric and egocentric navigation.
Еще одним похожим водным лабиринтом, является лабиринт Цинциннатти, который представляет из себя множественный Т-лабиринт (Vorhees CV, Williams МТ. Cincinnati water maze: A review of the development, methods, and evidence as a test of egocentric learning and memory. Neurotoxicol Teratol. 2016;57:1-19. doi:10.1016/j.ntt.2016.08.002). В заявленном лабиринте животное осуществляет выбор правого или левого рукава, один из которых ведет в тупик, а другой в место следующего выбора. Лабиринт представляет собой девять соединенных между собой Т-образных перекрестков. Животные вынуждены находить путь от одного конца лабиринта к другому, перемещаясь через отверстия в стенах, а не в конце каждого прохода. Стены достаточно широкие, чтобы животные не могли опереться о стену, при этом сами стены сделаны из оргстекла, чтобы не допустить нежелательного поведения животных, например перелезания через стену или поиск швов в стенах, за которые можно ухватиться. Особенностью данного лабиринта является возможность использовать его как с внешними сигналами, так и без них, что позволяет исследовать оба типа навигации. Недостатком этого лабиринта является его неизменная конфигурация. Указанный лабиринт взят за прототип.Another similar water maze is the Cincinnati maze, which is a multiple T-maze (Vorhees CV, Williams MT. Cincinnati water maze: A review of the development, methods, and evidence as a test of egocentric learning and memory. Neurotoxicol Teratol 2016;57:1-19. doi:10.1016/j.ntt.2016.08.002). In the stated labyrinth, the animal makes a choice of the right or left sleeve, one of which leads to a dead end, and the other to the place of the next choice. The labyrinth consists of nine interconnected T-junctions. The animals are forced to find their way from one end of the maze to the other by moving through holes in the walls rather than at the end of each passage. The walls are wide enough to prevent the animals from leaning against the wall, while the walls themselves are made of plexiglass to prevent unwanted animal behavior such as climbing over the wall or looking for seams in the walls to grab onto. A feature of this labyrinth is the ability to use it both with external signals and without them, which allows you to explore both types of navigation. The disadvantage of this labyrinth is its invariable configuration. This labyrinth is taken as a prototype.
Недостатком вышеприведенных водных лабиринтов является трудоемкость их использования, из-за размеров, так как подобные лабиринты занимают целое помещение, и, кроме того, требуют специальное оборудование по доставке и сливу воды, а также ее подогреву. Кроме того, реализованный в лабиринтах метод ориентирован на реакцию избегания, где животное ищет платформу, стремясь избежать дискомфорта, связанного с пребыванием в воде. Стресс, сопровождающий подобные условия может оказывать влияние на когнитивные функции, что сказывается на результатах эксперимента.The disadvantage of the above water labyrinths is the laboriousness of their use, due to their size, since such labyrinths occupy an entire room, and, in addition, require special equipment for the delivery and discharge of water, as well as its heating. In addition, the method implemented in the labyrinths is focused on the avoidance reaction, where the animal is looking for a platform, trying to avoid the discomfort associated with being in the water. The stress that accompanies such conditions can have an impact on cognitive function, which affects the results of the experiment.
Дополнительно отмечаем, что любой используемый лабиринт позволяет оценить когнитивные способности животных на основании траектории его прохождения, времени достижения цели, количества ошибок.Additionally, we note that any maze used allows us to evaluate the cognitive abilities of animals based on the trajectory of its passage, the time it takes to reach the goal, and the number of errors.
Задачей заявляемого технического решения является получение оценки когнитивных способностей подопытных животных, при выполнении ими задачи поиска подкрепления, при котором осуществляется цепочка равнозначных альтернативных выборов в различных конфигурациях лабиринта, как используя внешние сигналы, так и без них, за счет использования лабиринта с модульной конструкцией.The objective of the proposed technical solution is to obtain an assessment of the cognitive abilities of experimental animals, when they perform the task of searching for reinforcement, in which a chain of equivalent alternative choices is made in various maze configurations, both using external signals and without them, through the use of a maze with a modular design.
Отличием от прототипа является возможность многократной модификации маршрута, а также того, что поиск подкрепления животными при этом осуществляется на сухопутной арене, что позволяет избежать ими стресса, связанного с задачами, выполняемыми в воде.The difference from the prototype is the possibility of multiple modification of the route, as well as the fact that the search for reinforcements by animals is carried out on the land arena, which allows them to avoid the stress associated with tasks performed in the water.
Раскрытие сущности технического решенияDisclosure of the essence of the technical solution
Технический результат вышеприведенной задачи достигается за счет разработки устройства для тестирования поведения животных, включающее в себя лабиринт, выполненный в виде арены, и состоящий из внешних стен и внутренних перегородок, где сам лабиринт представляет собой арену, с квадратными отсеками, формируемыми с помощью фиксируемых съемных перегородок, при этом по меньше мере на одной перегородке находиться проход, а один из отсеков имеет кормушку. Указанное техническое решение обеспечивает модульную конструкцию, которая позволяет изменить конфигурацию лабиринта, меняя положение сменных перегородок.The technical result of the above task is achieved by developing a device for testing animal behavior, including a labyrinth made in the form of an arena, and consisting of external walls and internal partitions, where the labyrinth itself is an arena, with square compartments formed using fixed removable partitions , while at least one partition has a passage, and one of the compartments has a feeder. The specified technical solution provides a modular design that allows you to change the configuration of the labyrinth by changing the position of the removable partitions.
Возможен вариант технического решения, где фиксация перегородок осуществляется с помощью колонн с пазами, расположенными во внутреннем пространстве лабиринта и полуколонн с пазами, расположенными на внешних стенах лабиринта. Указанное техническое решение позволяет создавать различные конфигурации лабиринта, меняя положение отдельных перегородок, не используя, при этом пол лабиринта, который остается однородным, что позволяет быстро убирать его и ликвидировать любые следы животных, которые могли бы служить сигналами.A variant of the technical solution is possible, where the partitions are fixed with the help of columns with grooves located in the inner space of the labyrinth and semi-columns with grooves located on the outer walls of the labyrinth. This technical solution allows you to create different configurations of the labyrinth, changing the position of individual partitions, without using the floor of the labyrinth, which remains homogeneous, which allows you to quickly remove it and eliminate any traces of animals that could serve as signals.
Возможен вариант технического решения, где фиксация перегородок осуществляется с помощью перфорированного пола и штифтов по нижнему краю перегородок. Указанное техническое решение позволяет создавать различные конфигурации лабиринта без установки дополнительных элементов во внутреннем пространстве лабиринта.A variant of the technical solution is possible, where the partitions are fixed with the help of a perforated floor and pins along the lower edge of the partitions. This technical solution allows you to create different configurations of the labyrinth without installing additional elements in the interior of the labyrinth.
Возможен вариант технического решения, где внутренние перегородки зафиксированы не во всех возможных позициях и формируемые ими отсеки не квадратные. Указанное техническое решение позволяет расширить количество возможных многократных модификаций маршрутов.A variant of a technical solution is possible, where the internal partitions are not fixed in all possible positions and the compartments formed by them are not square. The specified technical solution allows you to expand the number of possible multiple modifications of routes.
Возможен вариант технического решения, где проход в перегородке реализован в виде арки или в виде отверстия. Указанное техническое решение позволяет сформировать маршруты для животного от отсека, выбранного в качестве стартового к отсеку, выбранному в качестве финишного с проходами, оптимальными для лабораторных животных.A variant of the technical solution is possible, where the passage in the partition is implemented in the form of an arch or in the form of a hole. The specified technical solution allows you to create routes for the animal from the compartment selected as the start to the compartment selected as the finish with passages that are optimal for laboratory animals.
Возможен вариант технического решения, где перегородки имеют разный цвет для каждой стороны, или имеют одинаковый цвет для каждой стороны, или цвет всех перегородок одинаковый, или цвет хотя бы одной перегородки отличается хотя бы с одной стороны, или перегородки имеют одинаковый цвет, а напольное покрытие отдельных отсеков имеет разный цвет, или перегородки и напольное покрытие имеют одинаковый цвет. Указанное техническое решение позволяет использовать цвет в качестве внешних сигналов для животного, где выбор маркированных определенным цветом проходов обеспечит оптимальный маршрут к получению подкрепления.A variant of the technical solution is possible, where the partitions have a different color for each side, or have the same color for each side, or the color of all partitions is the same, or the color of at least one partition is different on at least one side, or the partitions have the same color, and the floor covering individual compartments has a different color, or partitions and flooring have the same color. This technical solution allows the use of color as external signals for the animal, where the choice of passages marked with a certain color will provide the best route to receive reinforcements.
Возможен вариант технического решения, где арена выполнена в виде квадратной или прямоугольной формы. Указанное техническое решение увеличивает варианты модификаций лабиринта.A variant of the technical solution is possible, where the arena is made in the form of a square or rectangular shape. The specified technical solution increases the options for modifications of the labyrinth.
Возможен вариант технического решения, где кормушка установлена на съемной перегородке или внутренней стороне внешней стены или установлена на полу или в углублении пола. Указанное техническое решение обеспечивает вариативность маршрутов для животного за счет смены отсека в котором животное получает подкрепление.A variant of the technical solution is possible, where the feeder is installed on a removable partition or the inside of an external wall or installed on the floor or in a floor recess. The specified technical solution provides the variability of routes for the animal by changing the compartment in which the animal receives reinforcements.
Возможен вариант технического решения, где у арены отсутствует потолок, или присутствует прозрачный потолок или у арены присутствует непрозрачный потолок. Указанное техническое решение увеличивает варианты модификаций лабиринта при которых животное изолировано в разной степени от окружающей обстановки.A variant of the technical solution is possible, where the arena has no ceiling, or there is a transparent ceiling, or the arena has an opaque ceiling. The specified technical solution increases the options for modifications of the labyrinth in which the animal is isolated to varying degrees from the environment.
Возможен вариант технического решения, где лабиринт обеспечен видеокамерой. Указанное техническое решение позволяет осуществлять видеофиксацию поведения животного в лабиринте для дальнейшего анализа.A variant of the technical solution is possible, where the labyrinth is provided with a video camera. The specified technical solution allows for video recording of the behavior of the animal in the maze for further analysis.
Возможен вариант технического решения, где лабиринт оснащен хотя бы одним датчиком движения. Указанное техническое решение позволяет автоматически определять координаты животного в лабиринте в условиях полной изоляции животного от внешней среды, в случае использования лабиринта с непрозрачными стенами и потолком.A variant of a technical solution is possible, where the labyrinth is equipped with at least one motion sensor. The specified technical solution allows to automatically determine the coordinates of the animal in the labyrinth under conditions of complete isolation of the animal from the external environment, in the case of using a labyrinth with opaque walls and ceiling.
Технический результат вышеприведенной задачи достигается за счет способа использования заявленного устройства, включающий в себя лабиринт, выполненный в виде арены, и состоящий из внешних стен и внутренних перегородок и отличающийся тем, что с целью обеспечения многократных модификаций маршрутов, лабиринт выполнен модульным, за счет изменения конфигурации перегородок с проходами, а также изменения нахождения стартового и финишного отсеков, за время менее 5 минут, так что каждая последующая побежка животного может быть реализована в новых условиях. Указанное техническое решение позволяет при тестировании предъявлять животному последовательно разные задачи, представленные разными маршрутами (цепочками альтернативных выборов), как равнозначными по длине и уровню сложности, так и не равнозначными.The technical result of the above problem is achieved through the method of using the claimed device, which includes a labyrinth made in the form of an arena, and consisting of external walls and internal partitions, and characterized in that, in order to provide multiple modifications of routes, the labyrinth is made modular, by changing the configuration partitions with walkways, as well as changing the location of the start and finish compartments, in less than 5 minutes, so that each subsequent run of the animal can be implemented in new conditions. The specified technical solution allows, during testing, to present to the animal successively different tasks, represented by different routes (chains of alternative choices), both equivalent in length and level of complexity, and not equivalent.
Технический результат вышеприведенной задачи достигается за счет способа использования заявленного устройства, включающий в себя лабиринт, выполненный в виде арены, и состоящий из внешних стен и внутренних перегородок и отличающийся тем, что с целью обеспечения многократных модификаций ориентации маршрутов относительно окружающей обстановки, лабиринт выполнен мобильным, за счет размеров и веса, которые позволяют его поворачивать, переносить и монтировать за время, менее 30 минут. Указанное техническое решение позволяет проводить тестирование животных варьируя расположение маршрутов относительно внешнего пространства, что приводит к минимизации влияния внешних признаков и снижает вероятность использования внешних, по отношению к лабиринту, ориентиров для навигации.The technical result of the above task is achieved through the method of using the claimed device, which includes a labyrinth made in the form of an arena, and consisting of external walls and internal partitions, and characterized in that, in order to provide multiple modifications of the orientation of the routes relative to the environment, the labyrinth is made mobile, due to the size and weight, which allow it to be rotated, carried and mounted in less than 30 minutes. The specified technical solution allows testing animals by varying the location of the routes relative to the external space, which leads to minimization of the influence of external signs and reduces the likelihood of using external, in relation to the maze, landmarks for navigation.
Краткий перечень чертежейBrief list of drawings
Дополнительно отмечаем, что приложенные на фиг. 1-5 показывают наиболее предпочтительный вариант выполнения технического решения и не могут рассматриваться в качестве ограничения содержания технического решения, которое включает и другие варианты осуществления.Additionally, we note that, as shown in FIG. 1-5 show the most preferred embodiment of the technical solution and cannot be considered as limiting the content of the technical solution, which includes other embodiments.
Пример реализации технического решения, а именно лабиринта для исследования поведения крыс отражен наAn example of the implementation of a technical solution, namely a maze for studying the behavior of rats, is reflected in
фиг. 1 - чертеж лабиринта, вид сверху;fig. 1 - drawing of the labyrinth, top view;
фиг. 2 - наглядный пример, вид лабиринта сверху;fig. 2 - a good example, a view of the labyrinth from above;
фиг. 3 - варианты разных маршрутов лабиринта;fig. 3 - options for different routes of the maze;
фиг. 4 - варианты разного положения в пространстве одного маршрута;fig. 4 - variants of different positions in the space of one route;
фиг. 5 - тестовой вариант лабиринтаfig. 5 - test version of the maze
поз. 1 - лабиринт, выполненный в виде арены со сменными внутренними перегородками 3;pos. 1 - labyrinth, made in the form of an arena with removable
поз. 2 - боковые (внешние) стены лабиринта 1, высотой не менее 20 см;pos. 2 - side (external) walls of
поз. 3 - внутренние сменные перегородки, образующие отсеки, стороной не менее 15x15 см лабиринта 1, при этом сменные перегородки 3 представлены в трех вариантах: белые сплошные перегородки 3, белые перегородки 3 с аркой 5 для прохода животного, перегородки с одной стороны белые, а с другой стороны черные с аркой 5 для прохода животного;pos. 3 - internal removable partitions forming compartments with a side of at least 15x15 cm of
поз. 4 - кормушка, которая размещается в отсеке, назначенном в данной конфигурации финишным. В зависимости от задачи, кормушка располагается на высоте от 5 см и выше от пола на черной или белой перегородке (высокое расположение кормушки необходимо для того, чтобы исключить возможность ее визуального обнаружения из соседнего отсека). И, в зависимости от отсека, назначенного финишным, стенка с кормушкой либо вставляется в пазы колонн, либо прикрепляется к наружной стене двусторонним скотчем.pos. 4 - feeder, which is placed in the compartment designated in this configuration as the finishing one. Depending on the task, the feeder is located at a height of 5 cm and above from the floor on a black or white partition (the high location of the feeder is necessary in order to exclude the possibility of its visual detection from the adjacent compartment). And, depending on the compartment assigned as the finishing one, the wall with the feeder is either inserted into the grooves of the columns, or attached to the outer wall with double-sided tape.
поз. 5 - проход, выполненный в виде арки или отверстия, находящийся на внутренних сменных перегородках 3, лабиринта 1.pos. 5 - a passage made in the form of an arch or hole, located on the internal
поз. 6 - колонна с пазами или полуколонн с пазами, расположенными на внешних стенах лабиринта, обеспечивающая закрепление перегородок 3 между отдельными отсеками лабиринта 1.pos. 6 - a column with grooves or semi-columns with grooves located on the outer walls of the labyrinth, providing fastening of the
Осуществление технического решенияImplementation of the technical solution
В заявляемом техническом решение применяются следующие термины и определения:In the claimed technical solution, the following terms and definitions are used:
Проходы - это арки или отверстия 5 в сменных стенках лабиринта 1. Животные - в первую очередь лабораторные грызуны: крысы или мыши, но также могут быть использованы любые лабораторные животные в лабиринте 1 соответствующего размера, в зависимости от целей использования, например, хомяки или морские свинки.Passages are 5 arches or openings in the interchangeable walls of
Отсек - отдельное помещение, выполненное в виде квадратного отсека внутри лабиринта 1.Compartment - a separate room, made in the form of a square compartment inside the
Заявляемое техническое решение реализовано на фиг. 1-5, где само устройство, выполненное в виде лабиринта 1, представляет из себя арену, разделенную на квадратные отсеки, за счет внутренних сменных перегородок 3.The claimed technical solution is implemented in Fig. 1-5, where the device itself, made in the form of a
Общий вес и размеры лабиринта 1 позволяют легко разворачивать его на любой угол относительно первоначального положения, перемещать его в пространстве и использовать в любом помещении.The total weight and dimensions of
При этом арена лабиринта 1 может быть выполнена квадратной или прямоугольной.While the arena of the
Квадратная форма лабиринта 1 - это арена, которая посредством перегородок разделяется на равное число квадратных отсеков пола по обоим осям координатной сетки и описывается как (n x n) в общем случае где η может быть любым. Вариант лабиринта (3 x 3) представлен на фиг. 1-5.The square shape of
Прямоугольная форма лабиринта 1 - это арена, которая посредством перегородок разделяется на различное число квадратных отсеков пола по обоим осям координатной сетки и описывается как (n x m) в общем случае, где n и m могут быть любыми.The rectangular shape of
Лабиринт 1 изготовлен из белого непрозрачного пластика или оргстекла. Выбор материала обусловлен оптимальными свойствами пластика для уборки лабиринта, непрозрачность обеспечивает изоляцию животного от посторонних визуальных сигналов.
Внутренние перегородки 3, разделяющие квадратные отсеки, сменные. Фиксация сменных перегородок 3 осуществляется с помощью пазов (на фиг. не показаны) расположенных на полуколоннах, установленных на внутренней поверхности боковых стен 2 лабиринта 1 и на колоннах 6, расположенных во внутреннем пространстве лабиринта, в углах центрального отсека.
Одна из перегородок 3 снабжена кормушкой, расположенной на высоте 10 см от пола. В зависимости от задачи, перегородка 3 с прикрепленной кормушкой размещается или в один из пазов (на фиг. не показан), разделяющий отсеки или, в случае размещения кормушки на боковой стенке 2, она фиксируется на двусторонний скотч. В лабиринте 1 можно использовать как пищевое, так и питьевое подкрепление.One of the
Стартовым отсеком в данном лабиринте 1 может быть любой отсек, назначенный исследователем, финишным отсеком, является отсек с кормушкой, расположение которого также можно варьировать. После достижения финиша и получения подкрепления животное извлекается из лабиринта 1.The starting compartment in this
Лабиринт 1 позволяет производить обучение пищедобывательному поведению в соответствии с сигналами. В качестве сигналов используется цвет сменных перегородок 3. Задачей в лабиринте 1 является выбор прохода через белые или через черные перегородки 3. Так, если подкрепляется выбор проходов через черные перегородки 3, то проходы 5 через белые перегородки ведут в тупики, то есть отсеки с единственным входом, а проходы 5 через черные перегородки ведут в следующий отсек, где перед животным опять стоит выбор между черным или белым проходом. На фиг. 2 серой стрелкой показан маршрут от старта до финиша через проходы, расположенные на черных перегородках.
Использование проходов 5 в виде арок позволяет животному осуществлять проход из одного отсека в другой не преодолевая порога, что дает возможность исследовать поведение животного в условиях единого пространства пола.The use of
Использование проходов 5 в виде отверстий позволяет животному осуществлять проход из одного отсека в другой преодолевая порог, что дает возможность исследовать поведение животного в условиях, ограничивающих отдельные отсеки со всех сторон, включая пол.The use of
На фиг. 3 представлены 4 основных варианта комбинаций проходов для лабиринта 3x3, при которых каждый квадратный отсек лабиринта 1 является или тупиком, при выборе белого прохода или проходом в следующий отсек, при выборе черного прохода. Буквами Τ обозначены тупиковые отсеки, буквами В - отсеки с возможностью выбора прохода, С - стартовый отсек, который также является отсеком выбора и Φ - финишный отсек с кормушкой. Серая линия на схемах описывает маршрут.In FIG. Figure 3 shows 4 main options for combinations of passages for a 3x3 maze, in which each square compartment of
Все 4 варианта являются равнозначными по сложности для животного, так как во всех случаях использовано равное число внутренних перегородок - (12) которое делится на равное число белых и черных перегородок 3 с проходами и сплошных перегородок (каждой по 4). При этом 4 конфигурации лабиринта обеспечивают равное число тупиковых отсеков (4) и отсеков выбора (4).All 4 options are equivalent in complexity for the animal, since in all cases an equal number of internal partitions are used - (12) which is divided by an equal number of white and
На фиг. 3 представлены возможные маршруты из одного стартового отсека. В случае использования лабиринта без потолка затруднительно создать идентичные условия внешнего по отношению к лабиринту пространства и в этом случае животное может использовать внешние ориентиры для навигации.In FIG. 3 shows possible routes from one launch compartment. In the case of using a labyrinth without a ceiling, it is difficult to create identical conditions of space external to the labyrinth, and in this case the animal can use external landmarks for navigation.
На фиг. 4 показан пример, где с целью минимизации влияния внешних признаков, один из возможных маршрутов - маршрут (a1), повернут на 90 (а2), 180 (а3) или 270 (а4) градусов, что обеспечивает разнообразие комбинаций позиций старта, финиша и траекторий прохода к кормушке относительно внешней обстановки.In FIG. Figure 4 shows an example where, in order to minimize the influence of external features, one of the possible routes - the route (a1), is turned by 90 (a2), 180 (a3) or 270 (a4) degrees, which provides a variety of combinations of start, finish and trajectories passage to the feeder relative to the external situation.
Возможны варианты поворота самого лабиринта на любой угол.There are options for turning the labyrinth itself to any angle.
Варианты, представленные на фиг. 2-5 включают в себя цвет стен в качестве внешних сигналов. Возможно нанесение цветовых меток на напольное покрытие, используя их в качестве внешних сигналов. При этом можно использовать набор сменных напольных покрытий с заранее нанесенными метками.The options shown in Fig. 2-5 include the color of the walls as external signals. It is possible to apply color marks to the floor covering, using them as external signals. In this case, you can use a set of replacement floor coverings with pre-applied labels.
Возможен вариант монтажа внутренних перегородок с помощью штифтов, устанавливаемых в перфорированный пол.It is possible to mount internal partitions using pins installed in a perforated floor.
Различные комбинации внутренних перегородок 3 формируют различные варианты доступных для животного проходов, в зависимости от задач, поставленных исследователем, то есть модульная организация лабиринта позволяет быстро, как правило за несколько минут, в процессе эксперимента изменить конфигурацию лабиринта, так что каждая последующая побежка животного может быть реализована в новых условиях.Various combinations of
Лабиринт позволяет создавать как разные, так и одинаковые по длине и сложности конфигурации маршрутов. Формируемые внутренними перегородками отсеки могут быть как одинаковыми, так и разными по форме и размеру.The labyrinth allows you to create both different and identical route configurations in length and complexity. The compartments formed by internal partitions can be either the same or different in shape and size.
Для удобства анализа исследуемого поведения, лабиринт 1 снабжен видеокамерой, расположенной сверху. Программное распознавание животного обеспечивает данные о его местоположении в каждый момент эксперимента. Результатом анализа поведения в лабиринте 1 является траектория движения животного и время достижения кормушки. Заходы в тупиковые отсеки, рассматриваются, как ошибки. Обученным животным считается животное, безошибочно выбирающее проходы 5, ведущие к кормушке, не заходя в тупики.For the convenience of analyzing the behavior under study,
Возможно использование лабиринта с потолком, изолирующим животное сверху. В случае непрозрачного потолка, животное лишается возможности ориентироваться по внешним, относительно всего лабиринта сигналам. В этом случае для получения информации о координате животного в каждый момент времени, возможно использование датчиков движения, установленных внутри лабиринта.It is possible to use a labyrinth with a ceiling that isolates the animal from above. In the case of an opaque ceiling, the animal is deprived of the opportunity to navigate by external signals relative to the entire maze. In this case, to obtain information about the coordinate of the animal at each moment of time, it is possible to use motion sensors installed inside the maze.
Измеряемыми и сравнительными параметрами поведения являются: успешность выполнения задания, время, которое животное затратило на маршрут от старта до финиша, количество посещенных отсеков разного типа, число возвратов, время, проведенное в каждом отсеке, длина пройденного пути, число опытных испытаний, необходимых для достижения критерия обученности.The measured and comparative parameters of behavior are: the success of the task, the time that the animal spent on the route from start to finish, the number of compartments of different types visited, the number of returns, the time spent in each compartment, the length of the path traveled, the number of experimental tests necessary to achieve learning criterion.
Для исследования используемой стратегии навигации у уже обученного животного можно также использовать вариант теста, при котором в лабиринте 1 нет сплошных перегородок 3 и ближайшие маршруты к кормушке достигаются прохождением через проходы в белых перегородках 3, а черные перегородки 3 обеспечивают максимально длинный путь (фиг.5). Животное, игнорирующее проверку возможности достичь кормушки кратчайшим путем, а ориентированное только на черные проходы может рассматриваться как использующее стратегию выбора пути исключительно по сигналам.To study the navigation strategy used in an already trained animal, you can also use a test variant in which there are no
Процедура обучения.The learning procedure.
За 24 часа до начала обучения животное подвергается пищевой или питьевой (в зависимости от типа используемого подкрепления) депривации. В первый опытный день животное помещается в один закрытый со всех сторон сплошными стенками отсек лабиринта 1 с размещенной там кормушкой (или поилкой). После опустошения кормушки животное вынимается и сажается в отдельную клетку. После наполнения кормушки животное снова сажают в этот отсек. Эту процедуру проводят до уверенного обучения животных получать подкрепление в кормушке. В среднем достаточно от 5 до 10 испытаний. На второй опытный день животное помещается в стартовый отсек одного из вариантов лабиринта 1, например (а). При размещении, в старте, животное стараются ориентировать носом в угол или, если в качестве старта выбран не угловой отсек, то носом к стенке, чтобы не было выраженной ориентации к тому или другому проходу. Для этого используется белая перегородка 3, прикрывающая проходы от животного и устанавливаемая по диагонали в стартовый отсек, после размещения животного, перегородка извлекается. Предварительно в финишном отсеке размещается подкрепление. После обнаружения подкрепления, животное извлекается и сажается в отдельную клетку. Производится поворот лабиринта на 90 градусов и животное опять сажается в лабиринт 1. Таким образом проводят 5 испытаний, каждый раз поворачивая лабиринт 1 на 90 градусов, заканчивая исходным положением (а, а90, а180, а270, а). Положение углов квадратной арены при этом сохраняется в одних и тех же координатах. Такая вариативность размещения одного и того же маршрута в одном месте проводится с целью минимизации влияния внешних признаков на навигацию. Между испытаниями необходимо очищать пол, а также следует протирать арки, сквозь которые проходят животные и по возможности их варьировать с целью минимизации возможности использовать животным в качестве ориентиров оставленные следы. Следует отметить, что также можно получить те же варианты размещения маршрута в пространстве, не поворачивая лабиринт, а меняя внутренние перегородки и положение старта и финиша. Это занимает больше времени, однако в этом случае можно быть уверенным, что при прохождении маршрута животное не использовало метки, оставленные на полу, так как один и тот же маршрут фактически проходит по разным клеткам пола.24 hours before the start of training, the animal is subjected to food or drink (depending on the type of reinforcement used) deprivation. On the first experimental day, the animal is placed in one section of
В следующей экспериментальной серии того же дня животному предлагают уже другой вариант лабиринта 1, например, лабиринт b, и также проводят 5 испытаний, каждый раз с поворотом на 90 градусов (b, b90, b80, b270, b). В третий, четвертый и пятый экспериментальные дни также проводят две серии по 5 испытаний, при этом в каждом испытании предлагается новый маршрут лабиринта 1, опять заканчивая первым маршрутом (а, b, с, d, а). Когда животное безошибочно выполняет побежки во всех вариантах лабиринта 1, то проводится проверочное тестирование в лабиринте 1 (е).In the next experimental series on the same day, the animal is presented with a different version of
Если животное игнорирует проходы в белых перегородках и следует длинным маршрутом через проходы в черных перегородках, то можно предположить, что в данной задаче оно ориентируется в соответствии с внешними сигналами. Если животное повторяет один из маршрутов, которые использовались при обучении, игнорируя цвет перегородок, то это может свидетельствовать об использовании животным другой стратегии.If the animal ignores the passages in the white partitions and follows a long route through the passages in the black partitions, then it can be assumed that in this task it orients itself in accordance with external signals. If the animal repeats one of the routes that were used during training, ignoring the color of the partitions, then this may indicate that the animal was using a different strategy.
Лабиринт может быть использован при исследовании как аллоцентрической навигации при обучении животных с использованием сигналов, таких как цветовая маркировка проходов или пола, так и для исследования эгоцентрической навигации, при обучении животных прохождению маршрута в условиях без внешних сигналов.The maze can be used to study both allocentric navigation when animals are trained using cues such as color marking of passages or floors, and egocentric navigation when animals are taught to follow a route in conditions without external cues.
Заявленное техническое решение обеспечивает возможность создания идентичных по длине и равнозначных по уровню сложности маршрутов в лабиринте (где сложность определяется по числу поворотов, числу тупиковых отсеков и отсеков где животное совершает выбор), за счет модульной системы, в основе которой лежат сменные внутренние перегородки с проходами или без них, а также с цветовой индикацией или без нее.The claimed technical solution makes it possible to create routes identical in length and equivalent in complexity in the labyrinth (where the complexity is determined by the number of turns, the number of dead-end compartments and compartments where the animal makes a choice), due to the modular system, which is based on interchangeable internal partitions with passages or without, and with or without color indication.
Подобное устройство предназначено для тестирования лабораторных животных с целью оценки их когнитивных способностей и используемых стратегий навигации при обучении и реализации целенаправленного пищедобывательного поведения на основании скорости обучения в лабиринте, анализа пройденной траектории, времени принятия решения в каждой точке выбора, общего времени достижения цели и количества ошибок.Such a device is intended for testing laboratory animals in order to assess their cognitive abilities and the navigation strategies used in learning and implementing goal-directed foraging behavior based on the learning rate in the maze, the analysis of the trajectory passed, the decision time at each choice point, the total time to reach the goal and the number of errors. .
Claims (12)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2789575C1 true RU2789575C1 (en) | 2023-02-06 |
Family
ID=
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU143683U1 (en) * | 2013-11-08 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | AUTOMATED CAMERA FOR PRODUCING FOOD CONDITIONAL REFLEXES IN LABORATORY ANIMALS |
RU2613787C1 (en) * | 2015-09-23 | 2017-03-21 | Федеральное государственное казённое учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Device for small laboratory animals purposeful activity research |
CN208446348U (en) * | 2018-04-12 | 2019-02-01 | 江西中医药大学 | Item coil apparatus for recording laboratory animal behavioural characteristic and its energy consumption |
RU2689692C9 (en) * | 2018-03-27 | 2019-07-24 | Акционерное общество "Уральский электромеханический завод"(АО "УЭМЗ") | Laboratory actographic bench for chronobiological and chronopharmacological studies on animals |
CN209218868U (en) * | 2018-10-25 | 2019-08-09 | 北京大学第一医院 | A kind of behavior observation device of laboratory rodent |
RU2712054C1 (en) * | 2019-03-13 | 2020-01-24 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining the latency period of a conditioned reflex reaction of small laboratory animals and a device for its implementation |
RU199874U1 (en) * | 2020-06-03 | 2020-09-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) | DEVICE FOR ASSESSING "ACUTE" TOXICITY OF BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUNDS ON SMALL LABORATORY ANIMALS |
RU204879U1 (en) * | 2021-03-23 | 2021-06-16 | Кирилл Сергеевич Голохваст | Device for automated cognitive research |
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU143683U1 (en) * | 2013-11-08 | 2014-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | AUTOMATED CAMERA FOR PRODUCING FOOD CONDITIONAL REFLEXES IN LABORATORY ANIMALS |
RU2613787C1 (en) * | 2015-09-23 | 2017-03-21 | Федеральное государственное казённое учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Device for small laboratory animals purposeful activity research |
RU2689692C9 (en) * | 2018-03-27 | 2019-07-24 | Акционерное общество "Уральский электромеханический завод"(АО "УЭМЗ") | Laboratory actographic bench for chronobiological and chronopharmacological studies on animals |
CN208446348U (en) * | 2018-04-12 | 2019-02-01 | 江西中医药大学 | Item coil apparatus for recording laboratory animal behavioural characteristic and its energy consumption |
CN209218868U (en) * | 2018-10-25 | 2019-08-09 | 北京大学第一医院 | A kind of behavior observation device of laboratory rodent |
RU2712054C1 (en) * | 2019-03-13 | 2020-01-24 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Method for determining the latency period of a conditioned reflex reaction of small laboratory animals and a device for its implementation |
RU199874U1 (en) * | 2020-06-03 | 2020-09-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный медицинский исследовательский центр радиологии" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБУ "НМИЦ радиологии" Минздрава России) | DEVICE FOR ASSESSING "ACUTE" TOXICITY OF BIOLOGICALLY ACTIVE COMPOUNDS ON SMALL LABORATORY ANIMALS |
RU204879U1 (en) * | 2021-03-23 | 2021-06-16 | Кирилл Сергеевич Голохваст | Device for automated cognitive research |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hayward et al. | Absence of overshadowing and blocking between landmarks and the geometric cues provided by the shape of a test arena | |
Cheung et al. | The information content of panoramic images II: view-based navigation in nonrectangular experimental arenas. | |
Bellmund et al. | Grid-cell representations in mental simulation | |
Colombo et al. | Egocentric and allocentric spatial reference frames in aging: A systematic review | |
Whishaw | Place learning in hippocampal rats and the path integration hypothesis | |
Whishaw et al. | Visits to starts, routes, and places by rats (Rattus norvegicus) in swimming pool navigation tasks. | |
Klencklen et al. | What do we know about aging and spatial cognition? Reviews and perspectives | |
Morris et al. | Ibotenate lesions of hippocampus and/or subiculum: dissociating components of allocentric spatial learning | |
Cunningham et al. | Making words: Enhancing the invented spelling-decoding connection | |
Pearce et al. | Potentiation, overshadowing, and blocking of spatial learning based on the shape of the environment. | |
Chamizo | Acquisition of knowledge about spatial location: Assessing the generality of the mechanism of learning | |
Kalová et al. | Allothetic orientation and sequential ordering of places is impaired in early stages of Alzheimer's disease: corresponding results in real space tests and computer tests | |
Hindley et al. | The rat retrosplenial cortex is required when visual cues are used flexibly to determine location | |
Prados et al. | Locating an invisible goal in a water maze requires at least two landmarks | |
Sutherland et al. | Rodent spatial navigation: at the crossroads of cognition and movement | |
RU2789575C1 (en) | Device for testing animal behavior and its use method | |
Austen et al. | Within-compound associations explain potentiation and failure to overshadow learning based on geometry by discrete landmarks. | |
Laurance et al. | Maturation of spatial navigation strategies: Convergent findings from computerized spatial environments and self-report | |
Wang et al. | Comparative approaches to human navigation | |
Reichert et al. | Use of local and global geometry from object arrays by adult humans | |
McGregor et al. | Absence of overshadowing between a landmark and geometric cues in a distinctively shaped environment: a test of Miller and Shettleworth (2007). | |
Potì et al. | Landmark use by Cebus apella | |
Parra-Barrero et al. | A map of spatial navigation for neuroscience | |
Schenk | A homing procedure for studying spatial memory in immature and adult rodents | |
Mouratidou et al. | Teaching Style, Motivational Climate, and Physical Education: An Intervention Program for Enhancing Students' Intention for Physical Activity |