ОПТОГЕНЕТИКА И ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

article description image

В последнее десятилетие учёнными был открыт метод, позволяющий вызывать активацию или торможение небольших групп нейронов с помощью света. В настоящее время учённые имеют возможность вводить чувствительные к свету рецепторные протеины (встречающиеся в природе у микроскопических морских водорослей) в единичные нейроны млекопитающих in vivo. В результате появляется возможность активировать эти нейроны светом с определённой длиной волны. Таким образом, учённые получают возможность контролировать эти нейроны для изучения опосредованного влияния их активации на самые различные биологические процессы.

Оптогенетика – это важный прорыв в области изучения поведенческих реакций. Не только из-за возможности более точно определять влияние специфических нейронов на поведение животных, но также из-за возможности управлять поведением испытуемых оптогенетическими методами в режиме реального времени, с применением автоматических систем видео слежения. Это именно та область науки, где лидирует компания Noldus: данные исследования являются идеальным полем применения для программного обеспечения EthoVision XT c модулем контроля над исследованиями и оборудованием.

Пакет комплексных решений

Весь пакет комплексных решений компании Noldus имеет преимущества, включающие в себя ПО EthoVision XT, устройство для оптогенетической стимуляции и бесплатное сервисное обслуживание.

Компоненты для проведения оптогенетических исследований

·       ПО EthoVision XT;

·       Компьютер;

·       Видеокамера;

·       Устройство для оптогенетической стимуляции;

·       Один год бесплатного сервисного обслуживания.

 

Модуль контроля за исследованиями и оборудованием для оптогенетики

Оптогенетические исследования проводятся по нескольким методикам. Например, специфическая оптогенетическая стимуляция нейронов в зонах коры головного мозга, функция которых известна, может использоваться вместо специальных препаратов или электростимуляции. Таким образом, вызывается активация или замедление различных процессов. Оценивая эффект этой стимуляции можно получить представление о функции нервных клеток.

ПО EthoVision XT с модулем контроля над исследованием и оборудованием даёт возможность управлять оптогенетической стимуляцией во время проведения поведенческих тестов. Пользователь может автоматически включать или выключать стимулирующий сигнал, в зависимости от изменений в поведении, обнаруженных ПО EthoVision XT. По сравнению с ручным режимом включения оптогенетической стимуляции, автоматический режим позволяет получить большую точность по времени. По этой причине этот ценный метод также применяется в длительных исследованиях, проводящихся в клетках PhenoTyper для постоянного пребывания животных.

 

Принцип действия

Модуль контроля над исследованием и оборудованием управляется программно посредством ПО EthoVision XT. Интуитивно понятный интерфейс состоит из блоков условий и действий, которые можно перемещать с места на место и соединять, формируя логику оперантного протокола. Например:

· При регистрации ПО EthoVision XT специфического поведения животных, такого как нахождение в условной зоне (выработка условного рефлекса на место);
 
· При регистрации ПО EthoVision XT предпочтения к определённым видам пищи;
 
· При регистрации ПО EthoVision XT активации механизма обратной связи с оборудованием (например, нажатие на рычаг при оперантном обучении);
 
· При регистрации ПО EthoVision XT специфических социальных связей между одним и более животным;
 
· При проведении теста с последовательным отключением, включением и повторным отключением стимулирующего сигнала (например, непрерывная стимуляция на протяжении 5 минут, до начала и после  которой следуют промежутки по 5 минут без стимуляции).

 

 

Устройства для оптогенетической стимуляции

ПО EthoVision XТ, следуя программе, отправляет сигналы через блок USB-IO, который подключен к устройству для оптогенетической стимуляции животного (например, таким устройством может быть источник лазерного излучения или LED диод, подключенный к оптоволокну). Устройства для оптогенетической стимуляции могут подключаться к клетке PhenoTyper или встраиваются в верхний блок. В перечень примеров таких устройств включены приборы от компании Prizmatix и Plexon.

 

Примеры проводимых исследований

Предпочтение места

Животное размещается на площадке с двумя различными сторонами – одна из сторон совмещена с оптогенетической стимуляцией. В зависимости от того, вызывает ли стимуляция активацию или торможение тех или иных нервных клеток, стимулы могут восприниматься как поощрение или раздражение для животного. Если в дальнейших сессиях животное проводит больше времени на стороне со стимуляцией, можно сделать вывод что стимул имеет поощрительный эффект. Если животное избегает нахождения на этой стороне, стимул имеет раздражающий эффект.

Оперантное обучение

В тестах на оперантное обучение животное обучается нажимать рычаг или касаться датчика или выполнять другие действия для получения вознаграждения или для предотвращения воздействия раздражающими стимулами. Такое поведение может записываться ПО EthoVision XT, либо при обнаружении животного (или его носа) в некоторых зонах (например, рядом с кормушкой), либо при анализе внешних сигналов от датчика высовывания носа или при нажатии рычага. Следом за этим действием ПО EthoVision отправляет команду для начала оптогенетической стимуляции.

Тест со стимуляцией типа выключено-включено-выключено в крестообразном лабиринте

Даже при проведении простых тестов использование оптогенетики зарекомендовало себя как ценный метод (в комбинации ПО EthoVision XT и модулем контроля над исследованием и оборудованием). Хорошим примером является тест со стимуляцией типа выключено-включено-выключено, при проведении которого пользователь может запрограммировать ПО для включения оптогенетической стимуляции на определённый период времени во время эксперимента. Например, Др. Стубер описал 15 минутный тест, во время которого оптогенетическая стимуляция проводилась во время второй пятиминутки. В данном случае изучалось анксиолитическая или анксиогенная функция нейронов. Тест проводился в приподнятом крестообразном лабиринте. Если животное проводило намного больше времени в открытых рукавах крестообразного лабиринта (что автоматически определялось с помощью ПО EthoVision XT) во время стимуляции, считалось, что стимуляция имеет анксиолитический эффект.

Изучение основных эффектов стимуляции нервных клеток на поведение животных

Существует более подробный метод исследования, похожий на эксперимент, описанный выше, предназначенный для определения способности к активному передвижению в ответ на оптогенетическую стимуляцию. Скорость, подвижность или даже повороты в этом случае отображают важные поведенческие реакции и могут использоваться для оценки роли нейронов при оптогенетической стимуляции.


Материал предоставлен компанией Noldus Information Technology BV

ДРУГИЕ СТАТЬИ