Учёные создали для лабораторных мышей автономный "умный дом"

"Умный дом" представляет собой автономную систему.

Фото Andrew Erskine.

Разнообразные препятствия и развлечения делают лабораторную жизнь грызунов более интересной.

Фото PLOS ONE.

Рабочая зона с установленными для обучения ароматами: (i) входные клапаны, (ii) бутылки с запахом, (iii) клапаны главного блока.

Фото PLOS ONE.

Каркас для нескольких умных домов.

Фото PLOS ONE.

Организация поведенческих экспериментов и изучение психологии млекопитающих на лабораторных мышах требует больших затрат времени и сил со стороны исследователей. Однако учёные хотят как можно меньше утруждать себя заботами о технической стороне вопроса. Новое изобретение специалистов из Германии и Великобритании позволит значительно упростить уход за модельными грызунами и высвободит больше времени для более важной научной работы.

Мышиный "умный дом", получивший название AutonoMouse, — это автономная система, которая работает без вмешательства человека до 18 месяцев и даже обучает группы мышей по шаблонам заданий. Её авторы — учёные из Института Фрэнсиса Крика (Francis Crick Institute) и Института медицинских исследований Общества Макса Планка (Das Max-Planck-Institut für medizinische Forschung) — убеждены, что изобретение принесёт пользу как их коллегам, так и самим обитателям "умных жилищ".

Так, с исследователей снимаются обязанности по замене воды, опилок и уборке клетки. А ведь это важно ещё и с той точки зрения, что животные остро реагируют на присутствие чужаков и испытывают стресс, когда на их территорию вторгается человек. Такое необходимое на сегодняшний день вмешательство извне влияет на поведение грызунов и может исказить результаты исследований.

"[В случае AutonoMouse] мыши не подвергаются стрессу из-за длительных и постоянных вмешательств людей. Они могут тренироваться в подходящее для них время. Всё это делает наши эксперименты лучше и эффективнее", — рассказывает один из авторов проекта Андреас Шефер (Andreas Schaefer).

"Мы хотим понять, как работает мозг [грызунов]. Для этого нам нужно оценивать поведение", — объясняет Андреас Шефер.

Но поведение животных в естественной среде обитания может отличаться от поведения в лаборатории именно из-за вмешательства человека.

"Умный дом" для мышей решает данную проблему. Он разделён на несколько этажей: первый – с колесом для бега, норами для сна и неограниченным доступом к корму; второй этаж – экспериментальная зона, в которой расположены такие устройства как источники запаха, звука и света. Когда мышь попадает в эту область, срабатывает инфракрасный детектор, который захлопывает дверь, препятствуя входу других особей. Вода в этой части дома выдаётся животным в качестве вознаграждения за выполнение определённой задачи.

Разнообразные препятствия и развлечения делают лабораторную жизнь грызунов более интересной.
Разнообразные препятствия и развлечения делают лабораторную жизнь грызунов более интересной.
Фото PLOS ONE.

Для каждого "испытуемого" предусмотрен микрочип RFID, который облегчает сбор информации о жизни животных.

Для того чтобы продемонстрировать полезность AutonoMouse, учёные провели серию экспериментов, позволяющих изучить обоняние мышей. В клетки из трёх клапанов поступал запах, смешанный с воздухом в различных пропорциях. Помимо запаха учёные внедрили в систему ряд других раздражителей, таких как щелчки клапанов, звуки и меняющийся напор воздуха. Это было сделано для того, чтобы мышь запоминала единственный раздражитель — обонятельный.

Рабочая зона с установленными для обучения ароматами: (i) входные клапаны, (ii) бутылки с запахом, (iii) клапаны главного блока.
Рабочая зона с установленными для обучения ароматами: (i) входные клапаны, (ii) бутылки с запахом, (iii) клапаны главного блока.
Фото PLOS ONE.

Опробовав несколько ароматов, учёные подтвердили, что мыши воспринимают запах как поведенческий сигнал.

В дальнейшем грызунов научили различать сразу два запаха. Первую пару группа животных выучила за два дня тренировок (причём показатели запоминания составили больше 80%). Вторую и последующие пары запахов мыши выучили уже вдвое быстрее, что, как утверждается, подтверждает экспериментальную эффективность "умного" жилья для грызунов.

Мыши обучались в группах по 25 особей. Учёные установили, что средняя скорость обучения групп была разной: всегда встречаются более "медленные" и более "быстрые" существа. Однако, несмотря на эти отличия, достаточную точность в распознавании запахов показали все подопытные животные. Таким образом, исследователи делают вывод, что система может обучить любых грызунов, даже если в начале экспериментов встречаются "отстающие".

Как мы уже сказали, чтобы учёным было проще следить за процессом обучения, каждая особь помечается чипом радиочастотной идентификации. С его помощью мышь, которая появляется в рабочей области, может самостоятельно "включать" нужную программу обучения и взаимодействовать с датчиками и прочим оборудованием. (После получения сигнала от RFID-метки ПО "умного дома" активизирует специфическую для данного грызуна последовательность экспериментов.)

Соединив между собой или используя параллельно несколько "умных домов", учёные смогут проводить эксперименты на нескольких системах параллельно, тренируя мышей для более сложных опытов.

Каркас для нескольких умных домов.
Каркас для нескольких умных домов.
Фото PLOS ONE.

Более подробно об изобретении рассказывает статья, вышедшая в научном журнале PLOS ONE.

Кстати, на мышах часто проводят весьма экзотические эксперименты. Так, ранее авторы "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, как грызунам вернули воспоминания. Кроме того, отдельным везунчикам посчастливилось слетать в космос, а других при помощи генетических модификаций избавили от аллергии.