Задача

Поведенческий тест «Водный лабиринт Морриса» (Morris Water Maze, MWM) является одним из самых популярных поведенческих тестов для изучения процессов формирования и консолидации памяти, и является универсальным способом проверки когнитивных функций у подопытных грызунов.  Животных, обычно крыс или мышей, помещают в большой круговой бассейн с непрозрачной водой, где они могут выбраться из воды на скрытую под ней платформу, которую не могут ни видеть, ни почуять. Грызуны запоминают местоположение платформы, и в финале эксперимента должны найти ее в пространстве бассейна, пользуясь только пространственной памятью.  Крысы и мыши - хорошие пловцы и легко находят платформу, даже если они перенесли различные поражения мозга.

Благодаря своим особенностям MWM стал золотым стандартом для изучения пространственной памяти и процессов обучения, входит в перечень необходимых тестов для фенотипирования мутантных и трансгенных мышей, а также часто используется в качестве общего анализа когнитивной функции при различных заболеваниях и воздействиях.

На основе результатов теста выявляются отклонения функций памяти и обучения, что делает его незаменимым при исследовании нейродегенеративных заболеваний и тестировании терапевтических препаратов для улучшения когнитивных функций. Однако, несмотря на широкий диапазон возможных применений, использование данного теста осложняется трудоемкостью анализа полученных данных, поскольку все известные качественные программы автоматизированного трекинга и анализа движения грызунов являются собственностью зарубежных коммерческих компаний и отличаются высокой ценой.

Задачей сотрудников Лаборатории ПСПОД стала разработка программного продукта для автоматизации теста «Водный лабиринт Морриса». Необходимо было разработать доступное для российских исследователей программное решение, которое будет определять не только стандартные параметры теста, такие как затраченное на прохождение испытания время, скорость и длина траектории движения, но и, в отличие от зарубежных аналогов, детектировать поисковую стратегию испытуемого животного. Сравнение поведенческих стратегий даст больше информации об изменениях в поведении нейродегенеративных мышиных моделей. Такой набор параметров более широко и явно будет описывать все изменения в когнитивных функциях мозга исследуемых в доклинических испытаниях грызунов.

С учетом специфики теста «Водный лабиринт Морриса» для автоматизации процесса обработки данных были сформированы следующие требования:

• Автоматическая трассировка перемещения животного с учетом параметров времени, скорости и длины траектории;
• Визуализация стратегии перемещения животного;
• Сравнение поведенческих стратегий у разных испытуемых.

Задача была поставлена в рамках проекта «Исследование изменений активности нейронных сетей, вызванных нейродегенеративными заболеваниями, с применением методов искусственного интеллекта», который реализуется в СПбПУ.