认识

背景

许多脑部疾病在内，包括精神分裂症和阿尔茨海默氏病的特征是认知严重损害，这些疾病既有理解和治疗，又有认知障碍。有越来越多的证据表明，认知功能的某些缺陷是由于负责记忆，学习和决策的神经元网络的协调活动而产生的。海马和内侧前额叶皮层是大脑的两个区域，被认为是认知过程的核心。海马前额外网络的协调活动专门从事小鼠学习以浏览迷宫以寻找食物。测量海马依赖性空间工作记忆的范例。可以记录涉及海马神经元的个体活性以及使用多站点在神经元网络中产生的节奏活动体内电生理学。通过将电极植入多个大脑区域，然后记录小鼠在T迷宫时进行记录，可以鉴定出对同步必不可少的节奏和振荡。这种记录与行为结果（例如，找到食物所需的时间，任务的获取和错误率需要多长时间），将提供更大的有效性的认知任务和疾病模型，从而在药物发现中，因此，很多对临床影响的更确定性。

最近已经开发了一个自动化的，计算机控制的模块化迷宫。在该设备中，小鼠进行多次试验，其变异性降低并且速率更高。该设备的科学和福利优势只有在动物自由移动的情况下才能充分意识到。因此，有必要监测海马前额外网络中的神经元活性，而无需以任何方式束缚动物。通过引入三角生物系统为小鼠和大鼠引入无线多通道系统，在这方面取得了一些进展。但是，该系统的性能特征（重量，尺寸和电池寿命）不足以充分利用自动T-Maze的优势。此外，需要开发软件，将电生理学与行为联系起来，不仅是为了挑战，而且理想情况下，可以很容易地适应其他行为范式中更广泛地使用无线电生理学。那些使用操作杆按压或触摸屏技术的人。

3RS福利

传统的T迷宫奖励的交替任务需要强大的处理，这可能会改变鼠标的情感状态，从而改变认知表现。在最近的一项研究中已经证实了这一点，该研究表明，处理历史记录改变了应力水平和随后的行为反应。在自动迷宫中，避免了操纵和束缚。小鼠能够在光/黑暗循环期间在预先编程的时间内随意进入迷宫，而无需进行任何人工干预。这允许小鼠自然更活跃（即在黑暗时期）时性能。此外，在审判间隔期间，小鼠保持视觉，听觉和嗅觉与笼子伴侣的接触，从而提供了额外的福利益处。自动化大大增加了动物在24小时内可以完成的试验数量，从而使动物较少的统计能力更大。对于长期记录，电池寿命的较轻和较小的设备将最大程度地减少压力处理。最后，如果软件足够适应性，则在其他行为实验中也可以实现这种设备的潜在减少和完善优势。

挑战冠军

项目团队领导：

• 伦敦帝国学院的Esther Rodriguez-Villegas教授£500,000

完整的挑战信息

脑电图记录通常是在小鼠中进行的，以了解神经活动及其与特定行为或认知任务的关系，这与理解诸如阿尔茨海默氏病这样的脑部疾病有关。传统的束缚脑电图显着限制了动物的运动，并限制了可以进行测试的环境。尽管现有的无线脑电图设备允许更大的运动自由度，但对于小鼠的携带（> 4G）仍然相对较重，并且电池寿命有限。此外，处理动物以解开tether或更换电池可能会对动物压力并影响行为。

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，由伦敦帝国学院的工程师团队由Esther Rodriguez-Villegas教授领导，与挑战发起人Lilly合作，开发了Taini，Taini，Taini，这是一种超轻型无线设备，用于记录神经性神经设备小鼠大脑的活性（图1）。该设备的重量仅为1.5G，并记录了16个通道的动作电位，现场电位和脑电图信号，可连续使用长达72小时的小鼠，从而在各种环境中执行一系列任务。

图1. TAINI设备的尺寸。

与市场上的其他无线和束缚设备相比，TAINI设备提供了重要的动物福利和科学利益（视频1和2和表1）。戴着Taini设备的小鼠可以自由移动笼子，并保持正常的运动和行为曲目（视频2）。

与市场上类似的最新无线设备相比，Taini在重量，电池寿命和行为方面提供了显着改善（表1）。与较重的最新设备相比等。，2017）。完成更多试验的能力增加了统计能力并减少了给定实验所需的动物数量。重要的是，现在可以在与动物的家居笼子相关的自动测试领域中进行使用的录音，在该竞技场上，小鼠可以选择执行行为任务的何时，并避免重复处理可能会感到压力很大。

该研究已发表在大自然科学报告帝国团队已经成立了一家名为Tainitec的公司，以商业化该技术。可以找到有关TAINI设备的更多信息这里。

视频1.鼠标的视频戴着束缚脑电图。

视频2.戴着TAINI设备的同一鼠标的视频。

表1. Taini设备与其他市售记录设备和礼来的规格进行比较。

	重量（g）	时间（小时）	频道	带宽（Hz）	一点深度	噪声（RMS）
礼来系统规格
理想的	3	240	16	10000	12	〜1μV
绝对限制	3	16	16	7500	10	8μV
市售遥测系统
塔尼	1.5	72	16	0.3-9400	12	3.9μV
Millar MT10BA	2.5	N/A。	2	2-440	12	N/A。
TBSI W16	4.0	4.2	16	0.8-7000	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 Cube-64	17.0	0.5	64	0.1-8000	16	2.5μV
Pinnacle 8200-K6-SLB	23.0	36	3	？（<1000）	12	N/A。
Do dereton Technologies Mouselog-16c	2.8	9	16	1-7000	N/A。	N/A。
TSE系统NeurologgerB，C	2.5	92	4	？（<250）	N/A。	N/A。

电感充电系统（没有最大记录时间）
b在可用材料中未指定B带宽度，并被推断
C数据库系统（无传输）

TAINI图像，视频和表格是从下面引用的文章中复制的，根据创意共享归因4.0国际许可（https://creativecommons.org/licenses/4.0/）。

Jiang Z，Huxter JR，Bowyer SA等。（2017）。TAINI：最大化研究产出，同时改善动物在神经生理实验中的福利。科学报告7（1）：8086。doi：10.1038/s41598-017-08078-8。