Control y automatización de un dispositivo para
estudios neurocognitivos y comportamentales
en modelos experimentales
Device control and automation for neurocognitive and behavioral studies in
experimental models
Pablo Capusso
#1
, Vanesa Sánchez
#2
#
Centro de Estudios en Salud y Medio Ambiente, Escuela de Ciencia y Tecnología, Instituto de Tecnologías Emergentes y
Ciencias Aplicadas, Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Universidad Nacional de San Martín,
Avda. Gral Paz 5445, Edificio 23, Buenos Aires Argentina
1
pcapusso@estudiantes.unsam.edu.ar
2
vrsanchez@unsam.edu.ar
Resumen En los últimos años han aumentado
considerablemente las investigaciones en el campo de las
neurociencias y el comportamiento. En este trabajo se expone
el diseño e implementación de un sistema de detección y
registro automático de parámetros de pruebas experimentales
en modelos murinos. La solución tecnológica desarrollada
permite asociar el funcionamiento del equipo con una interfaz
que facilita a los usuarios la realización de ensayos
experimentales, el análisis y el seguimiento de los resultados de
manera sencilla y eficiente.
Palabras Clave: Automatización; Pruebas Estandarizadas;
Neurocognición y Comportamiento
Abstract In recent years, the research in neuroscience and
behavior fields has increased substantially. In this work, we
design a device with an automatic control, detection and
recording system of experimental tests to be used with
experimental murine models for investigation. The
technological solution developed allows the operation of the
equipment to be associated with an interface that makes it easy
for users to carry out experimental tests, analyze and monitor
the results in a simple and efficient manner
Keywords: Automation; Standardized Tests; Neurocognition
and Behavior
I. INTRODUCTION
El Centro de Estudios en Salud y Medio Ambiente
(CESyMA) pertenece a la Escuela de Ciencia y Tecnología
de la UNSAM y sus investigaciones y desarrollos se
encuentran orientados principalmente al área de la salud. En
particular aquí funciona el Laboratorio de Inmunología
Vacunas y Alergias (LIVA) donde, entre varias líneas de
trabajo, se desarrollan tratamientos, vacunas y sistemas de
diagnósticos contra la toxoplasmosis. En el laboratorio se
emplean distintos tipos de tecnologías y modelos
experimentales que incluyen pruebas estandarizadas en
sujetos de prueba de laboratorio, principalmente roedores
llamados modelos experimentales murinos. La infección
toxoplásmica en particular está asociada con secuelas a
nivel del sistema nervioso que conduce a cambios
comportamentales y neurocognitivos que son necesarios
evaluar para determinar la efectividad de las terapias
desarrolladas en el laboratorio.
Este desarrollo propone un dispositivo automatizado y
versátil que permite realizar una gran variedad de pruebas
estandarizadas para el estudio de las habilidades
neurocognitivas y comportamentales en modelos murinos.
Esta solución tecnológica permite evaluar características
como aprendizaje, memoria, actividad locomotora,
exploratoria, ansiedad, depresión a través de ensayos
ampliamente utilizados en el área como Open Field (campo
abierto), Novel Object Recognition (reconocimiento de
objetos novedosos) y Hole Board Test (exploración de
orificios) [1, 2]. Cabe destacar que en el mercado también
existen opciones con características similares aunque
requieren de la adquisición de distintos módulos para la
funcionalidad completa [3–5].
II. FUNCIONALIDAD DEL PRODUCTO
El dispositivo propuesto consta de una caja de
dimensiones específicas según el modelo animal
experimental a utilizar. En este caso se propone un equipo a
utilizar en ratones, modelos murinos, por lo cual las
dimensiones son de: 40 cm de ancho x 40 cm de largo x 40
cm de alto. Según las pruebas experimentales a realizar, se
utilizan distintos tipos de bases que permiten la realización
de varios tipos de ensayos.
La variedad de pruebas experimentales que se realizan en
este equipo se encuentran estandarizadas y se realizan bajo
condiciones específicas definidas para cada tipo de ensayo,
donde además se define un tiempo de duración para cada
prueba. Cada ensayo tiene una forma de adquisición y
procesamiento de datos determinada para su posterior
análisis y obtención de resultados. Cabe destacar que todos
los tipos de ensayos que se realizan en este dispositivo
requieren siempre del registro en video de las pruebas
realizadas.
Revista elektron, Vol. 6, No. 1, pp. 58-64 (2022)
ISSN 2525-0159
58
Recibido: 14/03/22; Aceptado: 10/06/22
Creative Commons License - Attribution-NonCommercial-
NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0)
https://doi.org/10.37537/rev.elektron.6.1.153.2022
Student Article
El dispositivo automatizado en este trabajo permite
realizar los siguientes ensayos:
A. Hole Board Test
Es un tipo de prueba estándar para el estudio de la
memoria espacial, en donde en una caja con 16 orificios se
analiza cuántas veces el sujeto experimental explora los
orificios (Fig. 1). Puede involucrar además distintas
variantes, entre ellas se pueden colocar diferentes estímulos
en la parte inferior y/o variar el tiempo de prueba, cantidad
de días de entrenamiento y evaluación. El procedimiento de
registro de resultados se realiza procesando cada video,
observando y contabilizando el número de veces que el
sujeto experimental explora cada orificio. Las posibilidades
de variaciones del ensayo están limitadas al volumen de
videos que pueden procesar las/los investigadores y obtener
así los resultados.
Fig. 1 – Dispositivo de ensayos experimentales. Hole Board Arena
B. Open Field
Es un ensayo estándar que permite analizar el
comportamiento y la capacidad exploratoria del sujeto
experimental. Se coloca una base plana en el dispositivo con
una grilla dibujada (Fig. 2). El procedimiento de análisis
consta de generar videos de la prueba y analizarlos
observando la trayectoria del sujeto experimental dentro del
compartimiento. Se analizan además otras características
comportamentales asociadas al enfrentar al animal con un
entorno novedoso.
Fig. 2 – Dispositivo de ensayos experimentales. Open Field Arena
C. Novel Object Recognition (NOR)
Este tipo de ensayo consiste en registrar el tiempo que
cada sujeto experimental explora objetos que se introducen
en el dispositivo (Fig. 3). Se filma la prueba y se analiza el
video, observando y contabilizando el tiempo que el sujeto
experimental explora los distintos objetos.
Fig. 3. Dispositivo de ensayos experimentales. NOR Arena
III. ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICA Y CONSIDERACIONES DE
DISEÑO
El desarrollo aquí expuesto comienza con la disposición
de un dispositivo físico en donde se realizan los
experimentos previamente detallados. Se generan
filmaciones asociadas a cada prueba experimental utilizando
una variedad de dispositivos móviles y cámaras digitales.
Luego de grabarlos, se analiza cada una de las filmaciones y
se registra manualmente cuantas veces el sujeto
experimental explora cada orificio, trayectoria y otras
características comportamentales. Previamente se debe
identificar cada video, indicando qué sujeto experimental se
utilizó para realizar la filmación y qué tipo de ensayo fue
realizado. Cabe destacar que por cada ensayo, en general,
se utilizan lotes de 20 a 30 sujetos experimentales y que
cada prueba se analiza al menos dos veces para el registro
de datos.
Con esta metodología de trabajo se generan grandes
demoras en el avance de las investigaciones y posibles
errores involuntarios asociados a la operatoria relacionada
tanto de adquisición de datos como al procesamiento y
almacenamiento de la información que se realiza de manera
manual por un operador humano. Por este motivo se plantea
el sensado automático de la capacidad exploratoria de los
orificios y un sistema que gestione los experimentos para
agilizar el trabajo y llevar la correcta trazabilidad de la
información. También se plantea la estandarización en la
adquisición de videos para que sean compatibles con un
software de análisis de video actualmente en desarrollo que
será acoplado también al equipo.
Luego del análisis el procedimiento para la realización de
los ensayos, se detecta las siguientes problemáticas a
resolver:
Análisis diferido del ensayo grabado en video,
realizado por al menos dos investigadores por al
menos dos veces cada uno para el registro de datos.
Suponiendo un lote de 20 ensayos de 5 minutos
cada uno, tenemos una demora de análisis de 3
horas con 20 minutos.
Desorganización de todos los archivos de video
grabados ya que los videos se guardan como
PANA107, PANA108, etc. De esta forma no
sabemos a qué corresponde cada video, se debe
abrir el archivo para ver qué tipo de ensayo es y
qué sujeto experimental fue utilizado. Además de
las diferentes resoluciones y calidades debido a
diferentes dispositivos, esto no permite tener un
estándar en las grabaciones.
Revista elektron, Vol. 6, No. 1, pp. 58-64 (2022)
ISSN 2525-0159
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