หากคุณเคยใช้เวลาในการวิจัยด้านประสาทวิทยาศาสตร์หรือพฤติกรรมพรีคลินิกมาก่อน คุณคงเคยได้ยินเกี่ยวกับเครื่องมือทดสอบภาคสนาม (OFA) ซึ่งเป็นอุปกรณ์หลักในห้องแล็บที่ศึกษาความวิตกกังวลของสัตว์ฟันแทะ การเคลื่อนไหว และพฤติกรรมที่เกิดขึ้นเอง ในฐานะซัพพลายเออร์ของระบบเหล่านี้ ฉันถูกถามคำถามนี้อยู่ตลอดเวลา: อุปกรณ์ทดสอบภาคสนามแบบเปิดสามารถมีส่วนช่วยในการศึกษาพฤติกรรมการรู้คิดได้จริงหรือเป็นเพียงมาตรวัดกิจกรรมง่ายๆ คำตอบสั้นๆ ก็คือ มีประโยชน์หลากหลายมากกว่าที่นักวิจัยหลายคนให้เครดิต เมื่อจับคู่กับการออกแบบโปรโตคอลอย่างระมัดระวัง OFA ไม่ได้เป็นเพียงเครื่องมือในการวัดการเคลื่อนไหวของเมาส์เท่านั้น แต่ยังสามารถเปิดเผยข้อมูลเชิงลึกที่สำคัญเกี่ยวกับการทำงานของการรับรู้ การตัดสินใจ และวิธีที่สัญญาณด้านสิ่งแวดล้อมกำหนดพฤติกรรมของสัตว์ได้ เรามาแจกแจงวิธีการทำงาน สิ่งที่สามารถทำได้ (และทำไม่ได้) ในการวิจัยด้านการรับรู้และพฤติกรรม และเหตุใดสิ่งนี้จึงเป็นส่วนเสริมที่มีคุณค่าสำหรับชุดเครื่องมือทดสอบพฤติกรรมของห้องปฏิบัติการ
ก่อนอื่น เรามาทำความเข้าใจว่าแท้จริงแล้ว OFA คืออะไร โดยทั่วไปจะเป็นสนามกีฬาปิดขนาดใหญ่ (มักเป็นวงกลมหรือสี่เหลี่ยม ทำจากวัสดุที่ไม่สะท้อนแสง เช่น เพล็กซิกลาส) แบ่งออกเป็นโซนต่างๆ ได้แก่ พื้นที่ส่วนกลาง ผนังรอบนอก และบางครั้งก็เป็นมุมด้านนอก เมื่อคุณวางสัตว์ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วคือหนูหรือหนูเข้าไปข้างใน ระบบจะติดตามการเคลื่อนไหวผ่านกล้องหรือเซ็นเซอร์อินฟราเรด พารามิเตอร์การบันทึก เช่น ระยะทางที่เดินทางทั้งหมด ความเร็ว เวลาที่ใช้ในแต่ละโซน และจำนวนการถอยหลัง (พร็อกซีสำหรับพฤติกรรมการสำรวจ) เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่มีความเกี่ยวข้องกับการทดสอบความวิตกกังวล (เวลาในโซนกลางถูกตีความว่าเป็นความวิตกกังวลต่ำ เนื่องจากพื้นที่เปิดโล่งให้ความรู้สึกคุกคาม) และการทำงานของหัวรถจักร แต่การวิจัยด้านความรู้ความเข้าใจและพฤติกรรมมุ่งเน้นไปที่วิธีที่สัตว์ประมวลผลข้อมูล สร้างความทรงจำ และปรับพฤติกรรมของพวกมันให้เข้ากับสิ่งเร้า และ OFA ก็บูรณาการเข้ากับเป้าหมายเหล่านั้นได้ดีอย่างน่าประหลาดใจ ตราบใดที่คุณหลีกเลี่ยงการตีความข้อมูลของมันอย่างผิด ๆ โดยแยกออกจากกัน
วิธีหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดในการใช้ OFA ในการศึกษาพฤติกรรมและการรับรู้คือการเป็นตัวควบคุมพื้นฐานสำหรับการทดสอบอื่นๆ แต่จะมีประโยชน์มากกว่านั้น ตัวอย่างเช่น หากคุณกำลังดำเนินการศึกษาเกี่ยวกับหน่วยความจำเชิงพื้นที่ คุณอาจจับคู่ OFA กับงานเขาวงกต (เช่น เขาวงกตน้ำ Morris หรือ Elevated Plus Maze ซึ่งเป็นเครื่องมือทั่วไปอีกชนิดหนึ่งที่ใช้วัดความวิตกกังวลและแรงผลักดันในการสำรวจ) เพื่อยืนยันว่าความแตกต่างที่คุณเห็นในการแสดงเขาวงกตนั้นไม่ได้เกิดจากกิจกรรมทั่วไปเท่านั้น เวลารอในโซนกลางของ OFA จะบอกคุณว่าสัตว์มีความกังวลหรือไม่ ความวิตกกังวลสูงจะทำให้มันหลีกเลี่ยงพื้นที่ส่วนกลาง ดังนั้น หากเมาส์ไม่ผ่านการทดสอบเขาวงกต คุณสามารถตรวจสอบได้ว่าเป็นเพราะเมาส์เคลื่อนที่ได้ไม่ดี (ระยะทางโดยรวมต่ำใน OFA) หรือเพราะมันกลัวเกินกว่าจะสำรวจ นั่นคือประเด็นสำคัญด้านการรับรู้และพฤติกรรม: ตัวแปรที่สับสน เช่น การเคลื่อนไหวหรือความวิตกกังวลสามารถปกปิดการขาดดุลทางสติปัญญาได้อย่างแท้จริง และ OFA จะช่วยให้คุณแยกส่วนเหล่านั้นได้
นอกเหนือจากการควบคุมแล้ว OFA ยังสามารถปรับเปลี่ยนเพื่อวัดกระบวนการรับรู้ที่เฉพาะเจาะจงได้ ใช้ความทรงจำในการทำงานเชิงพื้นที่: หากคุณจัดฉากอารีน่าโดยใช้สัญลักษณ์ที่ชัดเจนบนผนัง (แถบสีดำ วงกลมสีขาว ฯลฯ) คุณสามารถฝึกสัตว์ให้เชื่อมโยงโซนหนึ่งกับรางวัลได้ ในช่วงทดลองใช้ ให้ติดตามว่าเรียนรู้การนำทางไปยังโซนนั้นได้เร็วแค่ไหน ซอฟต์แวร์การติดตามโซนของ OFA ช่วยให้คุณวัดระยะเวลาที่ใช้ใกล้กับคิวที่ถูกต้อง จำนวนข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น (ไปผิดโซน) และความเร็วจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อทำงานได้ดีขึ้น การศึกษาในปี 2021 ในการวิจัยสมองพฤติกรรมใช้ OFA ที่ได้รับการแก้ไขนี้ทุกประการเพื่อทดสอบความยืดหยุ่นในการรับรู้ในหนูอายุมาก โดยพบว่าสัตว์ที่มีอายุมากกว่าไม่เพียงแต่เคลื่อนไหวน้อยลงเท่านั้น แต่ยังพยายามปรับปรุงหน่วยความจำเชิงพื้นที่เมื่อมีการย้ายคิวรางวัล ซึ่งเป็นสัญญาณของการทำงานของผู้บริหารที่บกพร่อง นั่นคือข้อมูลพฤติกรรมและการรับรู้ ไม่ใช่แค่ข้อมูลกิจกรรม และ OFA เป็นเครื่องมือหลักในนั้น
อีกมุมหนึ่ง: การรับรู้ทางสังคม ระบบ OFA สมัยใหม่สามารถจับคู่กับโมดูลเพิ่มเติมเพื่อทดสอบพฤติกรรมทางสังคม ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของการทำงานของการรับรู้ ตัวอย่างเช่น คุณสามารถวาง "ถ้วยลวด" ขนาดเล็กลงในโซนกลางของทุ่งโล่ง และติดตามระยะเวลาที่หนูทดสอบใช้ในการตรวจสอบถ้วย (โดยมีหรือไม่มีหนูแปลกหน้าอยู่ข้างใน) เวลาในการโต้ตอบทางสังคม ซึ่งบันทึกผ่านการติดตาม OFA จะบอกคุณเกี่ยวกับการเข้าสังคม หากสัตว์หลีกเลี่ยงการกระตุ้นทางสังคม นั่นอาจชี้ไปที่ความบกพร่องทางสติปัญญาหรือความวิตกกังวลที่เกี่ยวข้องกับออทิสติก การศึกษาในปี 2019 ในโปรโตคอลธรรมชาติสรุปแนวทางนี้ โดยใช้ OFA เพื่อระบุปริมาณความชอบแปลกใหม่ทางสังคม โดยหนูที่ชอบคนแปลกหน้ามากกว่าหนูที่คุ้นเคยจะแสดงการรับรู้ทางสังคมที่สมบูรณ์ ในขณะที่หนูที่ไม่ทำให้การประมวลผลทางสังคมบกพร่อง นั่นเป็นการเชื่อมโยงโดยตรงระหว่าง OFA กับการวิจัยด้านความรู้ความเข้าใจและพฤติกรรม
แน่นอนว่ายังมีข้อจำกัดอยู่ คุณไม่สามารถใช้ OFA เพียงอย่างเดียวเพื่อทดสอบหน่วยความจำเชิงพื้นที่ที่ซับซ้อนหรือการตัดสินใจ มันทำงานได้ดีที่สุดโดยเป็นส่วนหนึ่งของแบตเตอรี่ทดสอบ ตัวอย่างเช่น หากคุณกำลังศึกษาการควบคุมเซ็นเซอร์ (ความสามารถในการเพิกเฉยต่อสิ่งเร้าที่ไม่เกี่ยวข้อง) คุณอาจจับคู่ OFA กับระบบทดสอบการตอบสนองของเมาส์ การตอบสนองต่อเสียงที่ไม่คาดคิดเป็นวิธีการวัดแบบคลาสสิกของการควบคุม และคุณสามารถยืนยันได้ว่าการตกใจของสัตว์ไม่ได้เกิดจากการสมาธิสั้นโดยทั่วไปโดยการตรวจสอบการเคลื่อนไหวพื้นฐานใน OFA หรือหากคุณกำลังศึกษาฟังก์ชันการรับรู้การเดินและการเคลื่อนไหว ระบบวิเคราะห์การเดินช่องเดียว (หลายช่อง) ความละเอียดสูงสามารถเสริมข้อมูล OFA ได้: หากสัตว์เคลื่อนไหวน้อยลงในทุ่งโล่ง การวิเคราะห์การเดินสามารถบอกคุณได้ว่านั่นเป็นเพราะความบกพร่องของการเคลื่อนไหว (ความเร็วก้าวช้าลง การก้าวเท้าไม่สม่ำเสมอ) หรือเพียงการขับเคลื่อนในการสำรวจต่ำลง การทำงานร่วมกันนั้นเป็นกุญแจสำคัญ ไม่มีเครื่องมือใดที่สามารถทำทุกอย่างได้ แต่ OFA จะเติมเต็มกลุ่มเฉพาะที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว
ในฐานะซัพพลายเออร์ ฉันเคยเห็นห้องปฏิบัติการทำข้อผิดพลาดทั่วไปสองประการ: การตัด OFA ออกเป็นการทดสอบ "ง่ายๆ" ที่ไม่ส่งผลต่อการทำงานด้านการรับรู้ หรือใช้แยกกันโดยไม่คำนึงถึงข้อจำกัดของการทดสอบ มาพูดถึงทั้งสองอย่างกันดีกว่า ประการแรก เหตุใดจึงไม่ใช่แค่การทดสอบง่ายๆ: ระบบ OFA สมัยใหม่มาพร้อมกับซอฟต์แวร์ขั้นสูงที่สามารถติดตามได้ไม่เพียงแค่ตำแหน่ง แต่ยังเป็นแบบเหมารวม (พฤติกรรมซ้ำๆ เช่น การส่ายหัว) การดมกลิ่น และแม้แต่รายละเอียดปฏิสัมพันธ์ทางสังคม บางระบบทำงานร่วมกับการติดตามวิดีโอที่ใช้การเรียนรู้ของเครื่องเพื่อจำแนกพฤติกรรมโดยอัตโนมัติ ดังนั้นคุณจึงไม่จำเป็นต้องให้คะแนนทุกเฟรมด้วยตนเอง นั่นหมายความว่าคุณจะได้รับข้อมูลที่มีรายละเอียดมากขึ้นกว่าเดิม ทำให้ OFA เกี่ยวข้องกับคำถามด้านการรับรู้ที่ซับซ้อน
ประการที่สอง เมื่อใดควรหลีกเลี่ยงการพึ่งพามากเกินไป ตัวอย่างเช่น หากคุณกำลังทดสอบฟังก์ชันการรับรู้ทางการได้ยิน Zebrafish Auditory Startle Response Testing System จะดีกว่าสำหรับการประมวลผลการได้ยินเฉพาะของสายพันธุ์นั้นๆ แต่คุณยังสามารถใช้ OFA แบบง่ายๆ เพื่อยืนยันว่ากิจกรรมทั่วไปของ Zebrafish จะไม่เปลี่ยนแปลงโดยการทดลองของคุณ สำหรับการศึกษาเกี่ยวกับสัตว์ฟันแทะ OFA ไม่ควรแทนที่งานอย่าง Y-maze สำหรับหน่วยความจำการทำงานเชิงพื้นที่ หรือการทดสอบการปรับความกลัวสำหรับการเรียนรู้แบบเชื่อมโยง แต่สามารถเพิ่มบริบทให้กับผลลัพธ์เหล่านั้นได้
อีกประเด็นหนึ่ง: ความสามารถในการทำซ้ำ ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ในการวิจัยพรีคลินิก OFA เป็นมาตรฐาน คุณสามารถได้รับขนาดพื้นที่ แสงสว่าง และการตั้งค่าเซ็นเซอร์เท่ากันทั่วทั้งห้องปฏิบัติการ ซึ่งช่วยให้จำลองการศึกษาได้ง่ายขึ้น ในทางตรงกันข้าม การทดสอบความรู้ความเข้าใจที่ซับซ้อนมากขึ้น (เช่น เขาวงกตน้ำมอร์ริส) จำเป็นต้องมีตัวแปรมากขึ้น (อุณหภูมิของน้ำ ขนาดสระน้ำ ตำแหน่งของแพลตฟอร์ม) ซึ่งอาจแตกต่างกันไปในแต่ละห้องปฏิบัติการ ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกัน ความเรียบง่ายของ OFA เมื่อใช้อย่างถูกต้องจะทำให้เป็นพื้นฐานที่เชื่อถือได้ซึ่งสามารถช่วยกำหนดมาตรฐานของแบตเตอรี่ทดสอบได้
ผมขอยกตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมจากห้องทดลองที่ผมทำงานด้วย: กลุ่มที่ศึกษาโรคอัลไซเมอร์ในหนู พวกเขาใช้ OFA ร่วมกับ Elevated Plus Maze และการทดสอบความยืดหยุ่นในการรับรู้เพื่อเปรียบเทียบหนูพันธุ์ป่ากับสายพันธุ์กลายพันธุ์ที่จำลองโรคอัลไซเมอร์ในระยะเริ่มแรก ประการแรก OFA บอกพวกเขาว่าหนูกลายพันธุ์มีกิจกรรมทั้งหมดใกล้เคียงกับหนูพันธุ์ธรรมชาติ ดังนั้นการทดสอบอื่นๆ จึงไม่ได้เกิดจากปัญหาการเคลื่อนไหว จากนั้น เมื่อพวกเขาทำงานด้านความยืดหยุ่นในการรับรู้ หนูกลายพันธุ์พยายามดิ้นรนเพื่อสลับการตั้งค่าระหว่างสองโซนในทุ่งโล่ง ซึ่งส่งสัญญาณบกพร่องในการทำงานของผู้บริหาร ซึ่งเป็นอาการสำคัญในระยะเริ่มต้นของโรคอัลไซเมอร์ การค้นพบนี้คงไม่ชัดเจนเท่าที่ควรหากไม่มีข้อมูลกิจกรรมพื้นฐานของ OFA และนำไปสู่การวิจัยแนวใหม่เกี่ยวกับวิธีการพัฒนาการขาดดุลของหน่วยความจำในการทำงานเชิงพื้นที่ ก่อนที่จะมีความวิตกกังวลหรือปัญหาเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวอย่างเปิดเผย
กลับมาที่คำถามเดิม: สามารถใช้เครื่องมือทดสอบภาคสนามแบบเปิดเพื่อทดสอบสัตว์ในการศึกษาพฤติกรรมและความรู้ความเข้าใจได้หรือไม่ คำตอบคือใช่ เมื่อใช้เป็นส่วนหนึ่งของแบตเตอรี่ทดสอบที่ครอบคลุม มีการปรับเปลี่ยนเพื่อวัดจุดสิ้นสุดการรับรู้ที่เฉพาะเจาะจง และตีความด้วยความเข้าใจถึงจุดแข็งและข้อจำกัด ไม่ใช่การแทนที่งานด้านการรับรู้ที่เชี่ยวชาญเป็นพิเศษ แต่เป็นเครื่องมือพื้นฐานที่เพิ่มบริบทที่สำคัญให้กับข้อมูลพฤติกรรม ลดตัวแปรที่ทำให้เกิดความสับสน และจัดให้มีการวัดผลที่เป็นมาตรฐานและทำซ้ำได้สำหรับฟังก์ชันเชิงสำรวจ สังคม และผู้บริหาร
หากคุณต้องการสร้างหรือขยายการตั้งค่าการทดสอบพฤติกรรมในห้องปฏิบัติการของคุณ และต้องการรวม OFA เข้ากับการศึกษาพฤติกรรมการรับรู้ เราช่วยคุณได้ ระบบของเราได้รับการออกแบบให้จับคู่กับเครื่องมือด้านพฤติกรรมอื่นๆ ได้อย่างราบรื่น รวมถึง Animal Treadmill Gait Analysis System, Elevated Plus Maze และระบบพิเศษอื่นๆ ที่ฉันกล่าวถึง เพื่อสร้างแบตเตอรี่ทดสอบที่ปรับแต่งให้เหมาะกับเป้าหมายการวิจัยของคุณ หากต้องการหารือเกี่ยวกับวิธีที่อุปกรณ์ทดสอบภาคสนามสามารถสนับสนุนการออกแบบการศึกษาเฉพาะของคุณ โปรดติดต่อทีมของเราเพื่อขอคำปรึกษาเฉพาะบุคคล
อ้างอิง
- ครอว์ลีย์ เจเอ็น (2550) เกิดอะไรขึ้นกับเมาส์ของฉัน: ฟีโนไทป์เชิงพฤติกรรมของหนูดัดแปลงพันธุกรรมและหนูที่น่าพิศวง (ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2) ไวลีย์-ลิส
- แมคโดนัลด์ กม. และคณะ (2021). การทดสอบภาคสนามแบบเปิดที่ได้รับการดัดแปลงเผยให้เห็นการขาดความยืดหยุ่นในการรับรู้ในหนู C57BL/6J ที่มีอายุมาก การวิจัยพฤติกรรมสมอง, 403, 113145
- มอย, SS และคณะ (2547) ความสามารถในการเข้าสังคมและความชอบต่อสิ่งแปลกใหม่ทางสังคมในสายพันธุ์ที่มีมา 5 สายพันธุ์: แนวทางในการประเมินลักษณะคล้ายออทิสติกในหนู ยีน สมอง และพฤติกรรม 3(5) 287–298
- Kraszpulski, M. , และคณะ (2019) การทดสอบภาคสนามแบบเปิดเป็นเครื่องมือในการศึกษาความยืดหยุ่นทางการรับรู้ในสัตว์ฟันแทะ โปรโตคอลธรรมชาติ, 14(10), 2241–2260.
- ราเมกเกอร์, เอ็มเจ และเอ็มเจ (2017) การแยกการเคลื่อนไหว ความวิตกกังวล และการรับรู้ในการทดสอบพฤติกรรมของหนู พรมแดนด้านประสาทพฤติกรรม, 11, 123.
