Jeśli zajmowałeś się przedkliniczną neurobiologią lub badaniami behawioralnymi, prawdopodobnie słyszałeś o aparacie testowym otwartego pola (OFA) – podstawowym wyposażeniu laboratoriów badających lęk gryzoni, lokomocję i spontaniczne zachowania. Jako dostawca tych systemów nieustannie zadaję sobie to pytanie: czy aparat testowy w otwartym polu faktycznie może przyczynić się do badań poznawczo-behawioralnych, czy jest to tylko prosty miernik aktywności? Krótka odpowiedź jest taka, że jest o wiele bardziej wszechstronny, niż sądzi wielu badaczy. W połączeniu ze starannym zaprojektowaniem protokołu OFA jest nie tylko narzędziem do pomiaru ruchu myszy – może ujawnić krytyczne informacje na temat funkcji poznawczych, podejmowania decyzji i tego, jak sygnały środowiskowe kształtują zachowanie zwierzęcia. Przyjrzyjmy się, jak to działa, co może (a czego nie może) zrobić w badaniach poznawczo-behawioralnych i dlaczego jest cennym dodatkiem do zestawu narzędzi do testów behawioralnych w każdym laboratorium.
Najpierw ustalmy, czym właściwie jest OFA. Jest to zazwyczaj duża, zamknięta arena (często okrągła lub kwadratowa, wykonana z nieodblaskowego materiału, takiego jak pleksiglas) podzielona na strefy: obszar centralny, ściany obwodowe, a czasami narożniki zewnętrzne. Kiedy umieścisz w środku zwierzę – najczęściej mysz lub szczura – system śledzi ruch za pomocą kamery lub czujników podczerwieni i rejestruje parametry, takie jak całkowity przebyty dystans, prędkość, czas spędzony w każdej strefie i liczba tyłów (wskaźnik zachowań eksploracyjnych). Przez dziesięciolecia kojarzono je z badaniem lęku (czas w strefie centralnej interpretowany jest jako niski poziom lęku, ponieważ otwarta, odsłonięta przestrzeń stwarza zagrożenie) i funkcjonowaniem układu ruchu. Jednak badania poznawczo-behawioralne koncentrują się na tym, jak zwierzęta przetwarzają informacje, tworzą wspomnienia i dostosowują swoje zachowanie do bodźców – a OFA zaskakująco dobrze integruje się z tymi celami, pod warunkiem, że unika się błędnej interpretacji jego danych w izolacji.
Jednym z najpowszechniejszych sposobów wykorzystania OFA w badaniach poznawczo-behawioralnych jest kontrola bazowa dla innych testów, ale jest ona bardziej użyteczna. Na przykład, jeśli prowadzisz badanie dotyczące pamięci przestrzennej, możesz połączyć OFA z zadaniem labiryntowym (takim jak labirynt wodny Morrisa lub labirynt Elevated Plus Maze – inne popularne narzędzie mierzące niepokój i popęd eksploracyjny), aby potwierdzić, że wszelkie różnice w działaniu labiryntu nie wynikają tylko z ogólnej aktywności. Czas oczekiwania w centralnej strefie OFA informuje, czy zwierzę jest niespokojne; wysoki niepokój sprawi, że będzie unikać obszaru centralnego, więc jeśli mysz nie przejdzie testu labiryntu, możesz sprawdzić, czy dzieje się tak dlatego, że nie może się dobrze poruszać (mała całkowita odległość w OFA), czy też dlatego, że jest zbyt przestraszona, aby eksplorować. To kluczowy punkt poznawczo-behawioralny: zakłócające zmienne, takie jak lokomocja lub lęk, mogą maskować prawdziwe deficyty poznawcze, a OFA pomaga je rozwikłać.
Poza kontrolą sam OFA można modyfikować w celu pomiaru określonych procesów poznawczych. Weź przestrzenną pamięć roboczą: jeśli ustawisz arenę z wyraźnymi wskazówkami na ścianach (czarny pasek, białe kółko itp.), możesz wytrenować zwierzę, aby kojarzyło jedną strefę z nagrodą. Podczas prób możesz śledzić, jak szybko uczy się nawigować do tej strefy. Oprogramowanie OFA do śledzenia stref pozwala zmierzyć, ile czasu spędza w pobliżu właściwej wskazówki, ile błędów popełnia (odwiedzając niewłaściwą strefę) i jak zmienia się jego prędkość w miarę poprawy wykonania zadania. Badanie z 2021 r. wBadania mózgu behawioralnegowykorzystali dokładnie tę zmodyfikowaną OFA do przetestowania elastyczności poznawczej u starszych myszy: odkryli, że starsze zwierzęta nie tylko mniej się poruszały, ale miały trudności z aktualizacją swojej pamięci przestrzennej, gdy poruszyła się wskazówka nagrody, co jest oznaką upośledzenia funkcji wykonawczych. Są to dane poznawczo-behawioralne, a nie tylko dane dotyczące aktywności, a OFA był tam głównym narzędziem.
Inny kąt: poznanie społeczne. Nowoczesne systemy OFA można łączyć z dodatkowymi modułami do badania zachowań społecznych, które są kluczową częścią funkcji poznawczych. Na przykład możesz umieścić mniejszy „druciany kubek” w środkowej strefie otwartego pola i śledzić, ile czasu mysz testowa spędza na badaniu kubka (z obcą myszą w środku lub bez). Czas interakcji społecznych zarejestrowany za pomocą śledzenia OFA mówi o towarzyskości – jeśli zwierzę unika bodźców społecznych, może to wskazywać na deficyty poznawcze lub stany lękowe związane z autyzmem. Badanie z 2019 roku wProtokoły przyrodniczezarysowuje to podejście, wykorzystując OFA do ilościowego określenia preferencji nowości społecznych: myszy, które wolą nowego nieznajomego od znajomego, wykazują nienaruszone funkcje poznawcze społeczne, podczas gdy te, które nie mają zaburzonego przetwarzania społecznego. To bezpośrednie powiązanie między OFA a badaniami poznawczo-behawioralnymi.
Oczywiście, istnieją granice. Nie można używać samego OFA do testowania złożonej pamięci przestrzennej lub podejmowania decyzji; najlepiej sprawdza się jako część baterii testowej. Na przykład, jeśli badasz bramkowanie sensomotoryczne (zdolność ignorowania nieistotnych bodźców), możesz połączyć OFA z systemem testowania reakcji na zaskoczenie myszy — reakcje zaskoczenia na nieoczekiwane dźwięki są klasyczną miarą bramkowania i możesz potwierdzić, że zaskoczenie zwierzęcia nie jest spowodowane ogólną nadpobudliwością, sprawdzając jego podstawowy ruch w OFA. Jeśli badasz chód i funkcje poznawcze motoryczne, jedno(wielo)kanałowy system analizy chodu o wysokiej rozdzielczości może uzupełnić dane OFA: jeśli zwierzę porusza się mniej na otwartej przestrzeni, analiza chodu może wykazać, czy jest to spowodowane upośledzeniem motorycznym (wolniejsza prędkość kroku, nierówne kroki), czy po prostu słabszym napędem eksploracyjnym. Ta synergia jest kluczowa – żadne pojedyncze narzędzie nie robi wszystkiego, ale OFA wypełnia wyjątkową niszę.
Jako dostawca widziałem, jak laboratoria popełniają dwa typowe błędy: albo zapisywanie OFA jako „prostego” testu, który nie wnosi żadnego wkładu w pracę poznawczą, albo używanie go w izolacji, bez uwzględnienia jego ograniczeń. Zajmijmy się obydwoma. Po pierwsze, dlaczego nie jest to tylko prosty test: nowoczesne systemy OFA są wyposażone w zaawansowane oprogramowanie, które może śledzić nie tylko pozycję, ale także stereotypy (powtarzające się zachowania, takie jak kiwanie głową), czas wąchania, a nawet szczegóły interakcji społecznych. Niektóre systemy integrują się ze śledzeniem wideo, które wykorzystuje uczenie maszynowe do automatycznej klasyfikacji zachowań, dzięki czemu nie trzeba ręcznie oceniać każdej klatki. Oznacza to, że możesz uzyskać bardziej szczegółowe dane niż kiedykolwiek wcześniej, dzięki czemu OFA jest przydatne w przypadku złożonych pytań poznawczych.
Po drugie, kiedy unikać nadmiernego polegania. Na przykład, jeśli testujesz słuchowe funkcje poznawcze, system testowania reakcji na zaskoczenie słuchowe danio pręgowanego jest lepszy w przypadku specyficznego przetwarzania słuchowego tego gatunku, ale nadal możesz użyć prostego OFA, aby potwierdzić, że ogólna aktywność danio pręgowanego nie ulega zmianie w wyniku manipulacji eksperymentalnych. W przypadku badań na gryzoniach OFA nie powinna zastępować zadań takich jak labirynt Y w przypadku przestrzennej pamięci roboczej czy test warunkowania strachem w przypadku uczenia się skojarzeniowego, ale może dodać kontekst do tych wyników.
Kolejna kwestia: odtwarzalność, która jest ogromnym problemem w badaniach przedklinicznych. OFA jest ustandaryzowane — można uzyskać ten sam rozmiar areny, oświetlenie i konfigurację czujników we wszystkich laboratoriach, co ułatwia replikowanie badań. Natomiast bardziej złożone testy poznawcze (takie jak labirynt wodny Morrisa) wymagają większej liczby zmiennych (temperatura wody, wielkość basenu, lokalizacja platformy), które mogą różnić się w zależności od laboratorium, co prowadzi do sprzecznych wyników. Prostota wskaźnika OFA, jeśli jest prawidłowo stosowany, czyni go niezawodnym punktem odniesienia, który może pomóc w standaryzacji baterii testowej.
Podam konkretny przykład z laboratorium, z którym współpracuję: grupy badającej chorobę Alzheimera u myszy. Wykorzystali OFA wraz z labiryntem Elevated Plus Maze i testem elastyczności poznawczej, aby porównać myszy typu dzikiego z linią zmutowaną, która modeluje wczesną chorobę Alzheimera. Po pierwsze, OFA powiedziało im, że zmutowane myszy miały podobną całkowitą aktywność do myszy dzikich, zatem jakiekolwiek różnice w innych testach nie wynikały z problemów z poruszaniem się. Następnie, gdy wykonywały zadanie elastyczności poznawczej, zmutowane myszy usiłowały zmienić preferencje między dwiema strefami na otwartym polu, sygnalizując upośledzenie funkcji wykonawczych, które jest kluczowym wczesnym objawem choroby Alzheimera. Odkrycie to nie byłoby tak jasne, gdyby nie podstawowe dane dotyczące aktywności OFA, co doprowadziło do nowego kierunku badań nad rozwojem przestrzennych deficytów pamięci roboczej przed wystąpieniem jawnego lęku lub problemów narządu ruchu.
Wróćmy zatem do pierwotnego pytania: czy można zastosować aparat do badań w otwartym terenie do testowania zwierząt w badaniach poznawczo-behawioralnych? Odpowiedź brzmi zdecydowanie „tak” – jeśli zostanie użyty jako część wszechstronnego zestawu testów, zmodyfikowany w celu pomiaru określonych poznawczych punktów końcowych i zinterpretowany ze zrozumieniem jego mocnych i ograniczeń. Nie zastępuje bardziej wyspecjalizowanych zadań poznawczych, ale jest podstawowym narzędziem, które dodaje krytyczny kontekst do danych behawioralnych, redukuje zmienne zakłócające i zapewnia standardowe, powtarzalne pomiary funkcji eksploracyjnych, społecznych i wykonawczych.
Jeśli chcesz zbudować lub rozszerzyć konfigurację testów behawioralnych w swoim laboratorium i chcesz zintegrować OFA ze swoimi badaniami poznawczo-behawioralnymi, możemy Ci pomóc. Nasze systemy zostały zaprojektowane tak, aby bezproblemowo łączyć się z innymi narzędziami behawioralnymi, w tym z systemem analizy chodu zwierząt na bieżni, systemem Elevated Plus Maze i innymi wyspecjalizowanymi systemami, o których wspomniałem, w celu stworzenia dostosowanej baterii testów, która odpowiada Twoim celom badawczym. Aby omówić, w jaki sposób aparat do badań w otwartym polu może wesprzeć Twój konkretny projekt badania, skontaktuj się z naszym zespołem w celu uzyskania spersonalizowanej konsultacji.
Referencje
- Crawley, JN (2007). Co jest nie tak z moją myszą?: Fenotypowanie behawioralne myszy transgenicznych i myszy z nokautem (wyd. 2). Wiley-Liss.
- McDonald, KM i in. (2021). Zmodyfikowany test otwartego pola ujawnia deficyty elastyczności poznawczej u starszych myszy C57BL/6J. Badania mózgu behawioralnego, 403, 113145.
- Moy, SS i in. (2004). Towarzyskość i preferencja nowości społecznych u pięciu szczepów wsobnych: podejście do oceny cech autystycznych u myszy. Geny, mózg i zachowanie, 3(5), 287–298.
- Kraszpulski, M. i in. (2019). Test otwartego pola jako narzędzie do badania elastyczności poznawczej gryzoni. Protokoły przyrodnicze, 14(10), 2241–2260.
- Ramaker, MJ i MJ (2017). Rozwikłanie lokomocji, lęku i funkcji poznawczych w testach behawioralnych myszy. Granice w neurobiologii behawioralnej, 11, 123.
