Xây dựng mô hình thuật toán kích thích tế bào thần kinh và đáp ứng hành vi nhúng mũi trên chuột

 Tóm tắt: Kích thích điện tế bào thần kinh đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu thực nghiệm trên động vật. Quan sát hành vi kết hợp với việc thu thập tin hiệu sinh học là cơ sở để đánh giá đáp ứng của động vật thông qua các tác nhân kích thích bên ngoài như kích thích điện, dược chất. trong nghiên cứu y – dược học, việc quan sát hành vi trên động vật không thể mang tính tức thời mà đòi hỏi phải quan sát trường diễn. Khảo sát các tham số kích thích điện tế bào thần kinh và quan sát đáp ứng hành vi nhất định của động vật sẽ giúp chúng ta khảo sát đối tượng nghiên cứu một cách chủ động, liên tục. Trong phần bài báo này, các tác giả xây dựng mô hình thuật toán kích thích đối với đáp ứng hành vi nhúng mũi được mô phỏng. Xây dựng thành công mô hình và thuật toán là cơ sở đánh tham số điện kích thích tối ưu trong nghiên cứu động vật.

 

pdf8 trang | Chuyên mục: Giải Phẫu Thú Y | Chia sẻ: yen2110 | Lượt xem: 161 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt nội dung Xây dựng mô hình thuật toán kích thích tế bào thần kinh và đáp ứng hành vi nhúng mũi trên chuột, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút "TẢI VỀ" ở trên
 cao 
ậy l
ột 
ết quả thực nghiệm trong tr
ứu khoa học công nghệ 
ập với tham số kích thích đ
ành m
à m
session
 (µA
ên c
ngôn ng
ên giao
ư
ột lần chuột đ
ư
) 
ứu KH&CN 
Giao di
ởng trong một đ
ức logic thấp, tín hiệu đ
ởng v
20
14
27
14
12
ữ C v
ùy theo yêu c
 và trong t
4 
3 
6 
ện ch
delta
diện. Ngo
à hi
Bảng 1
30
78
11
10
23
à C++ đi
ển thị biểu đồ dạng cột đ
5 
4 
1 
quân s
3
ương tr
) là kho
ư
ừng phút (h
. B
40
118
84
11
52
. K
ài các thông tin v
ơn v
ầu của b
ành vi nhúng m
ợc nhận th
ảng kết quả đáp ứng nhúng mũi t
1 
9 
7 
ự, Số
ẾT QUẢ V
ều khiển đồng bộ hệ thống v
ình 
ảng thời gian để đếm số phần th
50
49
159
94
87
48
4
72
ị thời gian, trong một phi
ường hợp
 60, 4
ghi
ược lựa chọn l
ài t
ư
ư
ình 
60
95
146
144
135
66
7
100
 đáp 
ập.
ợc gửi tới hệ thống xử lý trung tâm. T
ởng. Ch
5).
- 20
À TH
ứng kích thích
ũi v
 kh
70
95
170
120
107
66
21
70
19 
ề thời gian, đối t
à nâng lên 
ương tr
ư
ảo sát c
ẢO LUẬN
ợc cập nhật li
80
ngay1
127
151
107
93
107
167
119
à cư
ờng độ (intensity) hay tần số 
ình c
ường độ kích thích:
90
120
174
158
181
135
70
161
à thu th
 với h
ên t
ở khu vực nhận th
ư
ủa hệ thống sẽ đếm số lần 
ên t
ùy bi
100
159
141
125
200
115
165
61
ành vi nhúng m
ư
ợng, giao diện c
ập. Các giá trị, tham số 
ục số lần nhận th
ến c
trên chu
ập dữ liệu
ởng. T
110
160
155
113
202
127
197
58
ường độ thực hiện 
ên chu
ột nhắt ng
120
136
135
77
204
162
177
19
ưởng 
ương 
ũi.
ột cũng 
òn hi
z
130
151
147
113
154
174
194
24
 đư
ứng
ưởng 
ày 
99
ển 
ợc 
1.
140
150
160
34
194
39
225
75
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Q. Giáp, , N. T. Tiến, “Xây dựng mô hình thuật toán  nhúng mũi trên chuột.” 100 
Bảng 2. Bảng kết quả đáp ứng nhúng mũi tùy biến cường độ thực hiện trên chuột nhắt 2. 
Cường độ (µA) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 
chuột Ngay2 
Ctr07 20 7 11 5 22 95 129 89 143 128 118 128 173 
Ctr12 16 36 87 131 154 152 166 164 160 133 140 127 148 
Ctr14 9 42 114 138 111 121 116 111 146 121 123 127 166 
Ctr16 5 11 2 105 143 162 201 177 196 204 173 178 164 
Ctr21 16 17 76 65 120 165 158 189 160 186 147 135 166 
Ctr22 4 2 2 87 110 118 195 185 215 186 176 190 164 
Ctr25 15 8 83 41 148 109 134 87 124 60 68 34 74 
Kết quả thực nghiệm đánh giá đáp ứng với cường độ kích thích được mô tả trên bảng 1 
và 2; giá trị trung bình được miêu tả trên hình 6: 
Hình 6. Đáp ứng hành vi nhúng mũi tùy biến cường độ thực nghiệm trên chuột. 
 Kết quả thực nghiệm trong trường hợp khảo sát tần số kích thích: 
Bảng 3. Bảng kết quả đáp ứng nhúng mũi tùy biến tần số thực hiện trên chuột nhắt ngày 1. 
Tần số (Hz) 16 20 25 32 40 50 63 80 100 126 158 
Tên chuột NGAY1 
Ctr027 12 31 18 29 58 48 123 144 103 110 146 
Ctr029 15 5 5 25 10 29 233 265 84 191 253 
Ctr030 19 12 24 27 82 92 158 211 191 169 192 
Ctr032 19 6 5 12 16 74 168 161 145 155 143 
Ctr033 4 7 18 17 27 62 93 128 112 151 74 
Ctr034 12 32 20 19 23 117 147 204 195 214 179 
Ctr006 24 62 103 101 191 250 190 222 240 250 181 
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 20 40 60 80 100 120 140 160
B
SR
/p
h
ú
t
Cường độ (µA)
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, 4 - 2019 101
Bảng 4. Bảng kết quả đáp ứng nhúng mũi tùy biến tần số thực hiện trên chuột nhắt ngày 2. 
Tần số (Hz) 16 20 25 32 40 50 63 80 100 126 158 
Tên chuột NGAY2 
Ctr027 16 17 10 34 52 53 99 132 110 133 95 
Ctr029 5 3 10 3 32 59 219 228 259 258 271 
Ctr030 3 9 24 20 62 77 159 152 189 154 130 
Ctr032 13 15 30 11 41 115 202 190 183 176 179 
Ctr033 7 8 6 13 73 115 108 146 138 135 81 
Ctr034 24 6 8 13 29 167 178 187 188 202 157 
Ctr006 22 31 106 111 215 262 245 212 226 235 185 
Kết quả thực nghiệm đánh giá đáp ứng với tần số kích thích được mô tả trên bảng 3 và 
4; giá trị trung bình được miêu tả trên hình 7: 
Hình 7. Đáp ứng hành vi nhúng mũi tùy biến tần số thực nghiệm trên chuột. 
Dữ liệu được lưu và phân tích với mục đính nhằm đánh giá đáp ứng hành vi nhúng mũi 
trên chuột nhắt đối với giá trị của tham số cường độ và tần số kích thích. Hành vi nhúng 
mũi của chuột nhiều nhất hay số phần thưởng lớn nhất trong một bài tập thì khoảng giá trị 
tham số kích thích đấy được coi là tối ưu. 
Xung điện kích thích một chiều với các tham số cường độ khoảng 90 - 110μA và tần số 
khoảng 100 – 130Hz phù hợp đối với nghiên cứu trên chuột nhắt đã được nghiên cứu và 
công bố [[1]], [[2]]. 
4. KẾT LUẬN 
Do BSR ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống phần thưởng của não bộ nên có rất nhiều tác 
động có thể gây biến đổi hành vi ICSS trên động vật. Hầu hết các thí nghiệm liên quan tới 
ICSS đều nghiên cứu về tính hiệu quả của các tác động, bao gồm tác động cấp tính hoặc 
trường diễn của các dược chất; cai thuốc (đối với dược chất gây nghiện); tác động của việc 
gây tổn thương các vùng đặc hiệu của não tới ICSS; hay các tác động lên gene, 
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
B
SR
/S
e
ss
io
n
Tần số (HZ)
Kỹ thuật điều khiển & Điện tử 
T. Q. Giáp, , N. T. Tiến, “Xây dựng mô hình thuật toán  nhúng mũi trên chuột.” 102 
receptorTrong bài báo này, chúng tôi quan tâm đến xây dựng mô hình thuật toán ứng 
dụng điều khiển kích thích tế bào thần kinh thông qua hành vi nhúng mũi trên chuột. Mô 
hình thuật toán trong hệ thống kích thích điện tế bào có thông qua hệ thống ghi đáp ứng 
nhúng mũi có khả năng phát hiện đối tượng có kích thước 0,5mm tại tần số 100Hz với thời 
gian đáp ứng 0,5ms; hệ thống đảm bảo tính ổn định và không xảy ra hiện tượng lỗi trong 
quá trình ghi đo. Đó là cơ sở khảo sát thực nghiệm tham số kích thích điện phù hợp đối với 
tế bào thần kinh gồm: cường độ và tần số. Trên cơ sở bộ tham số phù hợp nhất thu được sẽ 
được sử dụng trong đánh giá đặc điểm của tế bào vị trí hồi Hải mã, cũng như trong các 
nghiên cứu đối với tế bào thần kinh sẽ được các tác giả sớm công bố trong các nghiên cứu 
tiếp theo. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Tạ Quốc Giáp, Nguyễn Lê Chiến, Lê kỳ Biên (2018), “Xây dựng mạch điện tử mô 
phỏng đáp ứng của tế bào thần kinh với xung điện một chiều”, Tạp chí nghiên cứu 
KH&CN Quân sự, số Đặc san FEE, 8-2018, 391-398. 
[2]. Nguyễn Lê Chiến, Trần Hải Anh. (2012) Mô hình Gompertz’s và hành vi tự kích 
thích nội sọ. Tạp chí Sinh lý học, 16(2). 
[3]. Bauer CT, Banks ML, Blough BE, and Negus SS (2013), “Use of intracranial self-
stimulation to evaluate abuse-related and abuse-limiting effects of monoamine 
releasers in rats”, Br J Pharmacol. 2013 Feb; 168(4): 850–862. 
[4]. Berridge KC and Robinson TE (2003), “Parsing reward”, Trends in Neurosci. 26(9): 
507-513. 
[5]. Carlezon Jr WA & Chartoff EH (2007), “Intracranial self-stimulation (ICSS) in 
rodents to study the neurobiology of motivation”, Nat. prot., 2 (11), 2987-2995. 
[6]. Lazenka MF, Blough BE, Negus SS (2016), “Preclinical Abuse Potential Assessment 
of Flibanserin: Effects on Intracranial Self-Stimulation in Female and Male Rats”, J 
Sex Med; 13(3):338-349. 
[7]. M. Fukuda, T. Kobayashi, J. Bures, T. Ono (1992), “Rat exploratory behavior 
controlled by intracranial self-stimulation improves the study of place cell activity”, 
44(2-3): 121-31. 
[8]. M. Sidman, J. V. Brady, J. J. Boren, D. G. Conrad and A. Schulman (2016), “Reward 
Schedules and Behavior Maintained by Intracranial Self-Stimulation”. 
[9]. Negus SS, Moerke MJ (2018), Determinants of opioid abuse potential: Insights using 
intracranial self-stimulation, Peptides. 112:23-31. 
[10]. Shizgal P, Murry B (1989), “Neuronal basis of intracranial self-stimulation, in The 
Neuropharmacological Basis of Reward”, (Liebman JM, Cooper SJ, editors., eds) 
Oxford University Press, New York [Ref list]. 
[11]. S. Stevens Negus and Laurence L. Miller (July 2014) Intracranial Self-Stimulation 
to Evaluate Abuse Potential of Drugs. Pharmacol Rev 66:869–917. 
[12]. Vlachou S., Markou A (2011), “Intracranial self-stimulation. M.C. Olmstead (Ed.), 
Animal models of drug addictions”, Springer, NewYork, 3-56 
[13]. Wise RA (1996), “Addictive drugs and brain stimulation reward”. Annu. Rev. 
Neurosci. 19: 319-40. 
[14]. William A Carlezon Jr & Elena H Chartoff (2007), “Intracranial self-stimulation 
(ICSS) in rodents to study the neurobiology of motivation”. Published online 
doi:10.1038/nprot.2007.441. 
Nghiên cứu khoa học công nghệ 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 60, 4 - 2019 103
ABSTRACT 
BUILDING THE MODEL, THE ALGORITHM OF ELECTRICAL STIMULI TO 
NEURON AND BEHAVIORAL RESPONSE BY NOSE - POKING ON THE MICE 
Electrical stimulation of nerve cells plays an important role in experimental 
research in animals. Behavioral observations combined with the bio-signal 
collection are the basis for assessing animal response through external stimuli such 
as electrical stimulation, pharmaceuticals, etc. observing behavior on animals 
cannot be immediate but requires continuous observation, acting. Examining the 
parameters of electrical stimulation of neurons and observing the response to 
certain behavior of animals will help us to examine the object in a proactive, 
continuous way. In this article, the authors build a model of neuronal stimulation 
and stimulation algorithm for simulated nose-poking behavioral response. 
Successful construction of models and algorithms are the basis for evaluating the 
system as well as the excitation electrical parameters in animal research through 
experimental exercises. 
Keywords: Electrical stimulation; Neurons; Biological signals; Stimulation models; Stimulation algorithms; 
Behavioral responses. 
Nhận bài ngày 16 tháng 01 năm 2019 
Hoàn thiện ngày 22 tháng 02 năm 2019 
Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 4 năm 2019 
Địa chỉ: 1 Viện Điện Tử - Viện Khoa học và Công nghệ quân sự; 
 2 Học viện Quân y; 
 3Học viện Kỹ thuật quân sự. 
 * Email: tqgiaphvqy@gmail.com. 

File đính kèm:

  • pdfxay_dung_mo_hinh_thuat_toan_kich_thich_te_bao_than_kinh_va_d.pdf