认知

背景

包括精神分裂症和阿尔茨海默病在内的许多脑部疾病的特征是严重的认知障碍，人们对这些障碍的了解和治疗仍然很少。越来越多的证据表明，一些认知功能的缺陷是由负责记忆、学习和决策的神经元网络协调活动的中断引起的。海马体和内侧前额叶皮层是大脑中两个被认为是认知过程中心的区域。海马体-前额叶网络的协调活动特别参与了小鼠学习在迷宫中寻找食物;一个衡量海马体依赖空间工作记忆的范式。它可以记录涉及的海马神经元的个体活动以及使用多位点神经元网络中出现的节律性活动在活的有机体内电生理学。通过在大脑的多个区域植入电极，然后记录小鼠在t型迷宫中奔跑时的大脑活动，可以识别出对同步至关重要的节奏和振荡。这种记录连同行为结果(例如，找到食物所需的时间、任务的完成和错误率)，将为药物发现中使用的认知任务和疾病模型提供更大的有效性，从而为临床影响提供更大的确定性。

一个自动化的、计算机控制的、模块化的迷宫最近被开发出来了。在这个装置中，小鼠以更低的变异性以更高的速度进行多次试验。只有动物能够自由活动，这种装置的科学和福利优势才能充分发挥。因此，有必要监测海马-前额叶网络中的神经元活动，而不需要以任何方式拴住动物。三角生物系统公司为小鼠和大鼠引入的无线多通道系统在这方面已经取得了一些进展。然而，该系统的性能特征(重量、尺寸和电池寿命)还不足以充分利用自动t迷宫的优势。此外，需要开发将电生理学与行为联系起来的软件，不仅是为了这一挑战，而且理想的方式是易于适应无线电生理学在其他行为范式中的更广泛使用，例如使用可操作的杠杆按压或触摸屏技术。

3 rs的好处

传统的t迷宫奖励交替任务需要高强度的处理，这可能会改变老鼠的情感状态，从而改变认知表现。最近的一项研究证实了这一点，该研究表明，处理历史可以改善压力水平和随后的行为反应。在自动迷宫中，避免了处理和拴系。在光/暗循环期间，老鼠可以在预先设定的时间随意进入迷宫，无需任何人为干预。这使得老鼠在它们自然更活跃的时候(即在黑暗时期)表现得更好。此外，在试验间隔期间，小鼠与笼子同伴保持视觉、听觉和嗅觉接触，从而获得额外的福利。自动化极大地增加了一个动物在24小时内可以完成的试验数量，从而从更少的动物获得更大的统计能力。对于长期记录，更轻更小的设备，电池寿命大大增加，将最大限度地减少操作压力。最后，如果软件有足够的适应性，这种设备潜在的减少和改进的好处也可以在其他行为实验中实现。

挑战冠军

项目团队负责人:

• Esther Rodriguez-Villegas教授，伦敦帝国理工学院£500000

完整的挑战信息

脑电图记录通常在小鼠身上进行，以了解神经活动及其与特定行为或认知任务的关系，这与了解阿尔茨海默病等大脑疾病有关。传统的系绳式脑电图设备极大地限制了动物的运动，并限制了小鼠可以测试的环境。虽然现有的无线脑电图设备允许更大的移动自由，但它们对于小鼠来说仍然相对较重(>4g)，并且电池寿命有限。此外，牵着动物解开系绳或换电池会给动物带来压力，影响它们的行为。

为了克服与现有脑电图记录系统相关的动物福利和技术限制，由Esther Rodriguez-Villegas教授领导的伦敦帝国理工学院工程师团队与挑战赞助商Lilly合作，开发了一种用于记录小鼠大脑神经活动的超轻无线设备TaiNi(图1)。该设备仅重1.5克，并记录动作潜力。来自16个通道的场电位和脑电图信号持续长达72小时，这些信号来自在各种环境中执行一系列任务的小鼠。

图1。台尼设备尺寸．

与市场上其他无线和系绳设备相比，TaiNi设备提供了显著的动物福利和科学效益(视频1、2和表1)。佩戴TaiNi设备的小鼠可以在笼子里自由移动，并保持正常的动作和行为(视频2)。

与市场上类似的最先进的无线设备相比，TaiNi在重量、电池寿命和性能方面都有了显著的改进(表1)。与较重的最先进设备相比，超轻的TaiNi设备在完成自动t迷宫空间工作记忆任务的能力方面有了显著的改进(Jiang等, 2017)。完成更多试验的能力增加了统计能力，减少了给定实验所需的动物数量。重要的是，使用TaiNi设备的录音现在可以在与动物笼子相连的自动化测试场地中进行，在那里，小鼠可以选择何时执行行为任务，其优点是避免了可能造成压力的重复操作。

这项研究已经发表在自然科学报告帝国理工学院的团队成立了一家名为TainiTec的分拆公司，将这项技术商业化。关于泰尼设备的进一步信息可以找到在这里．

视频1。一只老鼠戴着系带脑电图装置的视频。

视频2。视频显示同一只老鼠佩戴了泰尼设备。

表1。泰尼设备与其他市售记录设备和礼来规格的比较。

	重量(克)	时间(小时)	渠道	带宽(赫兹)	位深度	噪音(rms)
礼来系统规格
理想的	3.	240	16	10000	12	~ 1μV
绝对的限制	3.	16	16	7500	10	8μV
商用遥测系统
TaiNi	1．5	72	16	-9400 - 0.3	12	3.9μV
米勒MT10Ba	2.5	N/A	2	2 - 440	12	N/A
TBSI W16	4.0	4.2	16	-7000 - 0.8	16	8.3μV
EMKA rodentPACK	5.2	150	4	1 - 150	12	NA
多通道系统W2100-HS16	6.8	1.7	16	1 - 5000	16	1.9μV
Neuralynx立方体- 64	17.0	0．5	64	-8000 - 0.1	16	2.5μV
8200 -转k6 slb顶峰	23.0	36	3.	？(< 1000)	12	N/A
Dueteron Technologies mouse -16c	2.8	9	16	1 - 7000	N/A	N/A
TSE systems,c	2.5	92	4	？(< 250)	N/A	N/A

感应式充电系统(无最长记录时间)
B带宽在现有材料中未指定，并推断
C数据记录器系统(无传输)

泰语图片、视频及表格均转载自以下文章，基于知识共享署名4.0国际许可协议(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)．

江喆，Huxter JR, Bowyer SAet al。(2017)．泰尼:在神经生理学实验中，最大限度地提高研究产出，同时改善动物福利。科学报告7(1): 8086。doi: 10.1038 / s41598 - 017 - 08078 - 8．

产品描述

TainiTec该公司的无线神经记录系统系列采用高度创新的低功耗设计技术，使其非常小巧轻便。这意味着它们可以长时间监测和传输神经数据，而行为干扰最小。这提高了使用该系统进行的电生理学实验的科学有效性和数据量，并为所使用的小鼠提供了显著的福利。

应用程序

TAINI变换器被用于一系列电生理学实验，从皮质电描记术(ECoG)和局部场电位(LFP)到多单元记录。从这些数据中，研究人员和科学家正在分析信号，以提取动作电位、诱发电位和事件相关电位。目前的实验设置包括与外部视频、音频和多种形式的刺激相结合。该发射器已成功应用于传统的家庭笼子、多动物家庭笼子、复杂的实验场地和大型迷宫。

目前，在英国和欧洲的制药公司和大学研究实验室中，TAINI系统被用于研究高质量和以前无法记录的电生理信号。

产品(主要规格)

TainiTec目前提供各种不同的系统出售，每一个针对不同的实验动物和设置(见a在TainiTec网站的表格中列出了系统和产品的完整表)．可以讨论这些产品之外的系统需求。

特性

你可以在网站上找到更多关于这个产品的信息TainiTec网站．