Поведенческая нейробиология — например, изучение зрения или познания у мышей — всегда влечет за собой 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, мыши могут испытывать стресс из-за того, что с ними обращаются экспериментаторы, а обучение и эксперименты варьируются от лаборатории к лаборатории. «Трудно сравнивать данные из разных лабораторий и даже внутри одной лаборатории, и мы тратим много человеко-часов, получая сравнительно мало данных», — говорит Бенуччи. Его давняя цель заключалась в комплексном решении этих проблем.
Сотрудничество с японским производителем лабораторного оборудования O’hara Co. Ltd., Бенуччи спроектировал и построил автоматизированную экспериментальную платформу, подробности которой были опубликованы в Nature Communications 30 октября.
Без какого-либо вмешательства человека мыши могут по желанию выполнять задачи по обучению поведению, а одна система может работать круглосуточно, обучая четырех и 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», — считает Бенуччи. «Теперь, с двенадцатью настройками, у нас осталось менее полутора часов».
Мыши входят в устройство, чтобы получить жидкое вознаграждение за выполнение задач визуального или слухового различения. Они вращают маленькое игрушечное колесико передними лапами, чтобы указать решение, например, слышат ли они звук или нет. Важно отметить, что мыши учатся самостабилизировать свою голову, что придает системе большую экспериментальную гибкость и представляет собой значительный прогресс по сравнению с существующими попытками автоматизации дрессировки грызунов.
Поскольку мыши учатся самостоятельно управлять и знакомятся с системой, и она является модульной, экспериментальные возможности выходят за рамки изучения поведения мышей до визуализации мозга и физиологии в реальном времени. «Обычно мы видим снижение производительности мыши или другие несовместимости при переходе от хорошо обученного поведения к различным типам экспериментов для записи мозга, но этого не происходит с нашей системой», — говорит Бенуччи. Самообучающаяся стабилизация головы является ключом к сбору физиологических данных с высокой точностью, и в документе также показано, что двухфотонная микроскопия мозга обученных мышей, выполняющих сложные поведенческие задачи, является непрерывным расширением системы.Платформа высокопроизводительной нейробиологии 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 решения проблемы воспроизводимости данных в науке, — говорит Бенуччи, — и в нейробиологии, в частности, существует острая потребность в больших общедоступных наборах данных для подтверждения результатов. и толкай поле вперед ».