Электродная платформа для электроболевой стимуляции животных

Область техники, к которой относится изобретение.

Изобретение относится к биомедицинской технике и может быть использовано в физиологических, биологических, психофизиологических, фармакологических (доклинических) экспериментах с использованием лабораторных животных при исследовании процессов памяти, научения, принятия решений в норме и патологии, а также методов воздействия на них, в частности при проведении доклинических испытаний лекарственных средств.

Уровень техники.

Электростимуляция осуществляется путем передачи тока с определенными параметрами от электростимулятора к определенной области тела посредством электрифицированной (электродной) поверхности. Методы с электроболевым раздражением широко используются в экспериментах на животных для моделирования аверсивной ситуации при изучении процессов памяти, научения, принятия решений, а также таких состояний как депрессивные и стрессовые расстройства.

Существующие варианты устройств для обучения животных в моделях пассивного и активного избегания электроболевого раздражения реализованы с использованием токопроводящего полотна в виде сетки, прутьев и подобных конструкций. При этом если электродная поверхность выполнена в виде одной металлической пластины (сетки и пр.), то ее сопротивление близко к нулю, и ток идет по линии наименьшего сопротивления (через пластину), а не через тело животного, электрическое сопротивление которого многократно превышает таковое у материала пластины. Электрифицированная поверхность с электродами чередующейся полярности в виде прутьев решает эту проблему за счет того, что тело животного замыкает цепь и ток течет именно через него, но такая конструкция требует от животного специальных навыков передвижения, а также позволяет животному находить положение тела, при котором отсутствует замыкание цепи (например, становиться двумя лапами на один электрод); для животных разных размеров (мыши/крысы/кролики, в т.ч. на разных стадиях онтогенеза) требуются разные платформы соответствующего размера (с разной толщиной прутьев и расстоянием между ними). Конструктивные особенности этих устройств не позволяют создавать активные и неактивные зоны токопроводящей поверхности в пределах одной камеры, что необходимо в исследованиях, направленных на изучение процессов научения и принятия решений в разных условиях, таких как норма/патология, стресс/дистресс, кооперация, использующих в эксперименте модели обучения сложным формам поведения.

Известны серийные установки для обучения животных классическим формам поведения избегания (для мышей и крыс - разные модели, отличаются общим размером (площадью), толщиной прутьев и расстоянием между ними. Все они узкоспециализированные, т.е. их конструкция позволяет реализовывать один-два поведенческих теста.

Тест «Выученная беспомощность» (Learned helplessness): в комплект входит камера, электростимулятор, таймер и генератор случайных событий, которые подают ток на решетку пола клетки; пассивное избегание (Passive Avoidance - step down): животное помещают на приподнятую платформу, создающую некомфортные условия (например, вибрация), пол камеры - электрическая сетка; челночная камера Шаттл-бокс: две камеры с раздельным полом из прутьев, задача животного - перебежать на другой пол по шумовому/световому сигналу (напр., Ugo Basile, Италия; TSE Systems GmbH, Германия).

Тест «темно-светлая камера» (Passive Avoidance - Step through): классический Павловский тест, использующий склонность мышей или крыс избегать освещенной области в пользу затемненной, клетка состоит из двух частей - темной и светлой, с автоматически открывающейся дверцей между ними; тест «предпочтение места» (Place Preference Box): установка состоит из двух камер, различающихся рисунком на стенах и текстурой полов (напр., НПК Открытая Наука, Россия; Ugo Basile, Италия; TSE Systems GmbH, Германия).

Существуют однокамерные модели, дополненные инструментом (например, рычагом для нажатия), для обучения инструментальным навыкам избегания. В качестве контактных электродов в серийных установках используются прутья из разных сплавов металлов (медь, латунь, нержавеющая сталь), реже - сетка. Недостатки:

1. не универсальны: для моделирования разных форм поведения требуются разные установки;

2. использование электродной поверхности в виде одной металлической пластины (сетки и пр.) приводит к низкой величине электрического тока, протекающего через животное и к недостаточному электроболевому раздражению;

3. использование электродов в виде прутьев требует от животного специальных навыков передвижения и позволяет животному находить положение тела, при котором отсутствует замыкание цепи (например, становиться двумя лапами на один электрод); для животных разных размеров (мыши/крысы/кролики, в т.ч. на разных стадиях онтогенеза) требуются разные установки соответствующего размера (с разной толщиной прутьев и расстоянием между ними).

Известна установка, состоящая из камеры 20×30×20 см с основанием из медных прутьев, на которые подается ток от электростимулятора. Лабораторное животное помещают в установку, предварительно смочив/смазав его лапы физ.раствором/гелем для улучшения электропроводимости (за счет снижения электрического сопротивления кожи). Регистрируемые показатели: вздрагивание, прыжки, вокализация (см., напр., Чайка А.В., Черетаев И.В., Хусаинов Д.Р. Методы экспериментального доклинического тестирования анальгетического действия различных факторов на лабораторных крысах и мышах. Серия «Биология, химия», 2015, Т. 1(67), №1, С. 161-173). Недостатками данной установки являются: 1. крайне малая вариативность моделируемых видов поведения (исключительно условнорефлекторное пассивное избегание (УРПИ), не подразумевает разборку и создание независящих друг от друга электропроводящих зон); 2. медь окисляется и покрывается слоем оксида/карбоната/сульфата меди, что сильно повышает сопротивление электродов, вследствие этого животное получает удар тока меньшего напряжения; 3. токопроводящее полотно выполнено в виде прутьев, что требует от животного специальных навыков передвижения, позволяет находить положение тела, при котором отсутствует замыкание цепи, и требует отдельных установок для животных разных размеров (с разной толщиной прутьев и расстоянием между ними).

Известна также установка для чрезкожного электроболевого раздражения лабораторных животных, состоящая из двух отсеков камеры. Освещенный отсек соединен дверцей с затемненным отсеком, имеющим электродный пол, выполненный в виде двух раздельных металлических пластин, электрически изолированных друг от друга, имеющих возможность выдвигаться наружу, и подсоединенный к электростимулятору (RU 2494673 от 10.10.2013). Недостатками электродного пола являются: малая вариативность моделируемых видов поведения (УРПИ, тест «темно-светлая камера», не подразумевает создание независящих друг от друга электропроводящих зон).

В качестве ближайшего аналога рассмотрено устройство «Проблемная камера для измерения индивидуального уровня когнитивных способностей крыс», в состав которого входит электродный пол, состоящий из прутьев, для выработки условного рефлекса активного избегания (УРАИ). Камера сделана разборной и состоит из двух половин: нижней - электродного пола, соединенного с импульсным стимулятором, и верхней - съемной - собственно камеры (RU 2432902 от 17.11.2009). Недостатками электродного пола являются: малая вариативность моделируемых видов поведения (УРПИ, УРАИ, не подразумевает создание независящих друг от друга электропроводящих зон); токопроводящее полотно выполнено в виде прутьев, что требует от животного специальных навыков передвижения, позволяет находить положение тела, при котором отсутствует замыкание цепи, и требует отдельных установок для животных разных размеров.

Сущность изобретения.

Технический результат заявленной платформы для электроболевой стимуляции животных заключается в расширении арсенала технических средств, предназначенных для электроболевой стимуляции, и позволяет за счет конструктивных элементов электродной платформы моделировать как простые «классические» формы пассивного и активного избегания, так и когнитивно сложные формы поведения для разных видов лабораторных животных мелких и средних размеров всех возрастов.

Технический результат достигается тем, что создана электродная платформа для электроболевой стимуляции животных, содержащая электродную поверхность, отличающуюся тем, что она изготовлена из листа диэлектрика с нанесенными на него контактными электродами чередующейся полярности в виде полусфер и антикоррозийным покрытием, под которым размещены проводники, причем по окружности каждого контактного электрода выполнены сквозные отверстия.

Данная конструкция позволяет сделать два и более независимых сектора любого размера, подходящих друг к другу без видимых переходов (см. фиг. 2Б), что увеличивает число поведенческих моделей, в том числе просоциальных форм поведения (стимуляция нескольких особей одновременно с индивидуальным алгоритмом для каждого сектора платформы), и создавать «опасные» и «безопасные» зоны без видимых границ между ними.

- антикоррозийное покрытие защищает проводники, конструкция устройства допускает очищение с помощью воды и ПАВ, в т.ч. с применением ультразвуковой ванны;

- размер и количество полусферических электродов чередующейся полярности обусловливают замыкание цепи животным любого размера при любом положении тела;

- конструкция устройства позволяет создавать два и более независимых сектора для моделирования разных форм поведения;

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 представлен общий вид фрагмента электродной платформы в разрезе.

На фиг. 2 представлены: вид фрагмента электродной платформы сверху, где видны контактные электроды и сквозные отверстия по их окружности (А); образец расположения фрагментов независимых секторов (Б).

На фиг. 3 представлен фрагмент электродной платформы с расположенной на контактных электродах лапой взрослой крысы Long Evans.

Создана электродная платформа для электроболевой стимуляции животных (см. фиг. 1 и 2А, Б), содержащая электродную поверхность (1), изготовленную из листа диэлектрика с нанесенными на него контактными электродами (4) в виде полусфер. Причем постоянный контакт обеспечивается множеством небольших контактных электродов (4 и более на лапу, в зависимости от размера животного) чередующейся полярности, из-за малых, по сравнению с лапой животного, размеров электродов невозможно найти положение тела, при котором отсутствует замыкание электрической цепи (фиг. 3).

Электродная поверхность (1) покрыта антикоррозийным покрытием (2), защищающим проводники (3), которые размещены непосредственно под антикоррозийным покрытием (2). По окружности каждого контактного электрода (4) выполнены сквозные отверстия (5), которые не позволяют попадающей на поверхность жидкости (например, урине) скапливаться и замыкать цепь (фиг. 2А).

Устройство обладает промышленной применимостью, промышленный образец изготовлен (фиг. 2Б и 3).

Электродная платформа работает следующим образом.

Электродная платформа помещается в камеру необходимых размеров и подключается к внешнему блоку управления. Лабораторное животное необходимо поместить на электродную поверхность (1) (см. фиг. 2А, Б), при этом предварительная обработка лап растворами или гелями для улучшения электропроводимости не требуется. Конструкция устройства обеспечивает контакт каждой лапы сразу с несколькими контактными электродами (4) (от 4 и более) за счет малого размера контактных электродов (см. фиг. 3). Параметры электрического тока регулируются с помощью блока управления. По завершению экспериментальной сессии животное вынимается из камеры, антикоррозийное покрытие допускает чистку платформы любым способом. В том числе допускается обработка растворами для нейтрализации запахов.

Таким образом, полезная модель обеспечивает расширение арсенала технических средств, предназначенных для электроболевой стимуляции, и позволяет за счет конструктивных элементов электродной платформы моделировать как простые «классические» формы пассивного и активного избегания, так и когнитивно сложные формы поведения для разных видов лабораторных животных мелких и средних размеров всех возрастов.