الاستحواذ على الدقة التي تتطلب مهارات عالية Forelimb الوصول إلى العمل في الجرذان

Summary

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

Abstract

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

Introduction

مراقبة الحركة هي الوظيفة الأساسية للجهاز العصبي المركزي (CNS). قدرة التحرك هو الإخراج قياس الرئيسي من وظيفة الجهاز العصبي المركزي وإمكانية الرئيسية للأفراد للتفاعل مع العالم الخارجي. فهم المبادئ وظيفة الحركة والآليات التي تكمن وراء التعلم من مهمة المحرك هو حاليا واحدة من التحديات الكبرى في علم الأعصاب. تم العثور على التغيرات المورفولوجية والفسيولوجية والجزيئية على الاستحواذ على المهمة السيارات الجديدة. على سبيل المثال، وشكل وعدد من نقاط الاشتباك العصبي تتغير استجابة لتدريب المحرك المهرة ^1-5، ووحظت تغييرات وظيفية للأجهزة متشابك بعد التعلم الحركي. وكانت ردود متشابك العليا في الاتصالات في المنطقة التي تمثل forelimb من القشرة الحركية تدريب بالمقارنة مع نصف الكرة غير مدربين من نفس الحيوان أو ردود من الحيوانات غير المدربة ^6،7. الملاحظات الكهربية أيضا تشير إلى أن التقوية على المدى الطويل (LTP) ومنذ فترة طويلةالاكتئاب الاجل (LTD) مثل آليات تجري خلال التعلم من المهارات الحركية الجديدة، وأن مجموعة من العملية متشابك، والذي يعرف بين حدود الحد من LTP وLTD التشبع، يتم تعديل ^8. وعلاوة على ذلك، فقد تبين أن علامات النشاط واللدونة تعزيز الجزيئات مثل c-منظمات المزارعين، GAP-43، أو BDNF ولكن أيضا اللدونة الجزيئات تمنع مثل الأدوار التنظيمية Nogo-A العرض للذات الصلة التعلم العصبية اللدونة ^9-16.

ويمكن تحقيق هذا التقدم نحو فهم أفضل للآليات الكامنة وراء التعلم الحركي فقط مع استخدام النماذج السلوكية التي تسمح بالتحكم الدقيق في الاستحواذ على المهارات الحركية الجديدة، على سبيل المثال، المهرة forelimb-تصل. فقط مهمة السلوكية منظم بشكل جيد يسمح لرصد والتقاط التغيرات المترابطة التي تحدث على التعلم وتنفيذ المهمة منها. نحن هنا لشرح بصريا نسخة معدلة من forelimb المهرةواحد بيليه مهمة التوصل في الفئران مقتبس من بويتراغو وآخرون. ⁽¹⁷⁾ نموذج عرض يسمح للتحليل اكتساب الحركة داخل دورة تدريبية اليومية (في الدورة) الذي يمثل عنصر التعلم السريع واكتساب الأساسي فضلا عن التعلم الحركي المهرة على مدى عدة جلسات (بين الدورة) التي تمثل المكون بطء التعلم وصيانة المهمة المستفادة ^18. الأهم من ذلك، هذا النموذج السلوكي يزيد من درجة صعوبة وتعقيد المهمة المهارات الحركية بسبب ميزتين: أولا، يتم تدريب الفئران على الالتفاف محور بهم بعد كل فهم، وبالتالي إلى إعادة تنظيم الجسم قبل وصول بيليه القادم وتجديد التوجه الجسم، ومنع تنفيذ حركة مستمرة من نفس الزاوية. ثانيا، يتم استرداد الكريات من وظيفة العمودية وضعت أمام القفص. نظرا لقطرها صغير من آخر، والكريات يمكن بسهولة انطلقت تتطلب فهم دقيق لاسترجاع ناجحة وصreventing سحب بسيطة من بيليه تجاه الحيوانات.

هذا الاختبار السلوكي معقد يسمح سبر اغوار الآليات الكامنة وراء التعلم الحركي. بالمقارنة مع الفئران والجرذان هي متفوقة في أدائها للمهام سلوكية معقدة، وبالتالي أكثر ملاءمة للنماذج معقدة كما وردت في هذه الدراسة. وبالنظر إلى الاحتمالات الوراثية المتزايدة المتاحة للفئران ^19،20، فإن الجمع بين طرق الاختبار السلوكي دقيقة وتسيطر عليها بشكل جيد مع التلاعب الجيني والتصوير وتقنيات الفسيولوجية يمثل مجموعة أدوات قوية لفهم أفضل للأساس العصبية الحيوية من التعلم الحركي والذاكرة.

Protocol

تم تنفيذ جميع التجارب وفقا للمبادئ التوجيهية لمكتب البيطرية في كانتون زيورخ، سويسرا.

1. التعامل مع الحيوان والتعويد

1. التعامل مع الحيوان
   ملاحظة: 5 أيام قبل بداية التجربة، نفذ الخطوة 1.1.1 يوميا.
   1. للتجارب سلوكية، تعويد الحيوانات على المجرب. وقد يوميا التعامل مع جلسات 10-15 دقيقة لكل حيوان دائم. تنظيف منطقة الجزاء بعد كل جلسة يعقدها الحيوان.
      1. في البداية، وضع يد المجرب لفي قفص والسماح للحيوان لاستكشاف ورائحة لتأقلم مع المجرب.
      2. وبعد ذلك، رفع بلطف الحيوان مع يد المجرب بطريقة آمنة من خلال استيعاب جسم فأر بين الكفوف الأمامية والخلفية السماح للمزيد من التعريف.
   2. تزن كل حيوان يوميا للحصول على وزن الجسم الأساسي قبل الحرمان من الطعام.
   3. جهاز التعويد والتعريف الغذاء
      1. تزن كل حيوان يوميا للحصول على وزن الجسم الأساسي قبل الحرمان من الطعام.
      2. بدء الطعام حرمان الفئران 3 أيام قبل بداية التدريب المسبق على نظام غذائي المختبر القياسية. إعطاء الفئران 0.05 غرام من المواد الغذائية لكل 1 غرام من وزن الجسم يوميا (على سبيل المثال، الفئران وزنها 200 غرام، وتبدأ مع 10 غرام من المواد الغذائية). ضمان وزن الجسم لولا تنقص أكثر من 10٪ في اليوم الواحد من خلال مراقبة وزن الجسم يوميا.
         1. إذا تم عقد العديد من الحيوانات في قفص واحد، قد الفئران المهيمنة يأكلون أكثر من تلك الأقل المهيمنة. في حالة وزن الجسم لانخفاض الحيوان، وإطعام حيوان على حدة بدلا من تغذية المجموعات. إعطاء بالمال وبالشهرة أيضا المياه الإعلانية.
      3. لتعريف الفئران مع الجهاز استيعاب، ووضع الحيوان في مربع تدريب (الشكل 1). لدينا الكريات السكر وضعها في خانة التدريب في القرب من فتح فتحة لتعريف الحيوان مع الغذاء الكريات. تنفيذ هذا الواحدالجيش الشعبي 10-15 دقيقة يوميا لمدة 3 أيام.

   2. ما قبل التدريب والمهارة للسيارات التعلم

   1. التدريب قبل
      1. بعد يوم واحد من التعريف، وضع الحيوان في المربع التدريب ووضع بيليه ارتباطا وثيقا فتح شق بحيث يمكن الوصول إليها عن طريق اللسان الحيوان. استبعاد الحيوانات التي استرداد الكريات مع forelimb أثناء مرحلة ما قبل التدريب
         ملاحظة: في هذه المرحلة، بيليه استرجاع باللسان أمر بالغ الأهمية، وعادة ما طريقة الحيوان في الاختيار. يجب أن تكون الكريات في أي حال من الأحوال اغتنامها مع forelimb حتى اليوم الأول من تعلم المهارات الحركية للسماح رصد مناسب للمهمة الوصول المستفادة. استرجاع بيليه مع forelimb خلال مرحلة ما قبل التدريب هو معيار الاستبعاد، وهي في معظم الحالات لم يلاحظ.
      2. تعليم الفئران إما تشغيل إلى الجزء الخلفي من القفص والعودة إلى فتح شق أو خطوة الى الوراء والدوران حول محورها الخاص من أجل الحصول على الغذاء بيليه القادم معاللسان. إتاحة الوقت للحيوان لاستكشاف القفص، تشغيل إلى الخلف والعودة إلى افتتاح الشق. إذا لم يكن الحيوان تنفيذ المهمة بشكل صحيح، واستخدام ملقط للاستفادة بلطف في العمق نهاية القفص وجذب انتباه الحيوان. وبمجرد أن الحيوان هو في العمق، اضغط بلطف في واجهة القفص لتوجيه الحيوان إلى افتتاح الشق.
         ملاحظة: عندما يصل الحيوان قيمة معيارية محددة (على سبيل المثال، 50 استرجاع بيليه ناجحة مع اللسان في أقل من 15 دقيقة)، ويؤهل هذا الحيوان للمرحلة تعلم المهارات الحركية. في يوم 1 و 2 من قبل التدريب، يمكن للمتعلمين بالفعل تمييزها عن غير المتعلمين. غير المتعلمين يمكن استبعادها من الدراسة في هذه الخطوة. هذا يقلل من احتمال وجود عدد كبير من غير المتعلمين خلال الخطوة التعلم الحركي (2.2).
      3. خلال مرحلة ما قبل التدريب والغذاء حرمان الفئران على اتباع نظام غذائي المختبر القياسية. إعطاء بالمال وبالشهرة أيضا المياه الإعلانية. مراقبة وزن الجسم يوميا طوال فترة الدراسة. فعللا تستخدم نفس الغرفة لتدريب الذكور والإناث الفئران. ضمان بيئة هادئة وخالية من الضوضاء للحيوان.
   2. تقرير الأفضلية باو وموتور المهارة التعلم
      1. خلال الدورة الأولى من تعلم المهارات الحركية، استبدال الشريحة أمام النافذة مع وظيفة. وضع بيليه السكر حوالي 1.5 سم بعيدا عن نافذة على آخر بحيث الحيوان لا يمكن أن تصل إلى بيليه مع لغتها ولكن فقط استرجاعها من قبل forelimb الدقيق الوصول واستيعاب الحركة.
         1. لفرض استرجاع بيليه من قبل forelimb، واستخدام ملقط لجلب بلطف بيليه بالقرب من فم الحيوان وسحب بيليه بينما يحاول الحيوان الاستهلاك باللسان. قيام بهذه المهمة بشكل متكرر حتى تمتد الحيوان خارج forelimb والقبضات بيليه.
      2. وضع آخر المركزية لفتح نافذة. لتحديد الأفضلية مخلب، ومراقبة بعناية المحاكمات أول 10 يوم تدريب 1. أكثر من 70٪ من REACمحاولات هينج (أي 7 من أصل 10) يجب أن يتم تنفيذه بنفس forelimb. إذا لم يتحقق ذلك، تواصل مع جولة أخرى من 10 محاكمات حتى يتم الوصول إلى عتبة 70٪.
      3. بعد تحديد تفضيل مخلب، وتحول هذا المنصب نحو forelimb المفضل ومحاذاة وسط من الحدود لفتح النافذة. يفضل المواءمة مخلب تعني يتم إزاحة آخر يتعارض مع مخلب المعنية للسماح زاوية المثلى للوصول إلى (الشكل 1B، C).
      4. تصنيف محاكمة، يعرف بأنه بيليه الجديد المقدم للحيوان، كما نجحت (الوصول إليها، فهم واسترجاع وأكل بيليه)، وانخفاض (الوصول إليها، فهم وتفقد بيليه خلال استرجاع) أو تفشل (طرق بيليه بالقائم). يدون كل محاكمة في الورقة وتحليل البيانات بعد التجربة.
      5. أداء جلسة يومية واحدة تتكون من عدد محدد من التجارب (على سبيل المثال، 150) أو الحد الأقصى للوقت (على سبيل المثال، 1 ساعة) لكل حيوان.
      6. تحقيق الدقة والضبط الدقيقالحركة باستخدام تحليل المحاولة الأولى. يتم تعريف المحاولة الأولى من خلال استيعاب من بيليه في حركة متجانسة واحدة دون انقطاع، تردد أو تكرار مكونات الحركة الفردية. مراقبة بعناية كل فهم من قبل الفئران.
         1. إذا يتردد الفئران أو تتراجع خلال الوصول أو يحاول العديد من التجارب لفهم بيليه بشكل صحيح، لاحظ محاكمة كل من النجاح ولكن ليس المحاولة الأولى. إذا كان الحيوان القبضات بنجاح بيليه في متناول متجانسة واحدة، لاحظ أسفل محاكمة كل كما الناجحة أول محاولة في عمود منفصل في الورقة.
      7. أثناء تعلم المهارات الحركية والغذاء تحرم الفئران على اتباع نظام غذائي المختبر القياسية. إعطاء بالمال وبالشهرة أيضا المياه الإعلانية. مراقبة وزن الجسم يوميا طوال فترة الدراسة.

النتائج

ويتحقق النجاح اكتساب المهارات الحركية إلا من خلال ممارسة ثابتة. على الرغم من دراسة متأنية لجميع الجوانب، تفشل بعض الفئران لمعرفة المهمة (الشكل 2). هذه "غير متعلمين" إما تفتقر الدافع مما أدى إلى بعض أو غائبة محاولات استرجاع بيليه من بداية التجربة أو عموما...

Discussion

ويتم تكييف النموذج هو مبين في هذه الدراسة من بويتراغو وآخرون ¹⁸ ويختلف عن بيليه واحد الكلاسيكية الوصول إلى نموذج ¹⁷ أساسا في جانبين:

أولا، ودراسة تحسين في الدورة يسمح تحليل المهمة المستفادة في غضون يوم واحد، والتي ...

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Training box			Self Made
Pedestal			Self Made
Sugar pellets	TSE Systems Intl. Group		45 mg dustless precision pellets
Sprague Dawley rats			5-6 week old males
Laptop computer	Hewlett Packard
Stop Watch
Forceps	Fine Science Tools (FST)
Excel	Microsoft
Prism	GraphPad
Weighing scale
Counter