Étude habiletés motrices apprentissage par simple granulés tâches Atteindre chez la souris

Résumé

Pratique persistante améliore la précision des mouvements coordonnés. Ici, nous introduisons une tâche d'atteindre un seul culot, qui est conçu pour évaluer l'apprentissage et la mémoire des membres antérieurs compétences chez les souris.

Résumé

Atteinte pour la récupération des objets et exigent des mouvements de motricité précises et coordonnées dans le membre antérieur. Lorsque les souris sont formés à plusieurs reprises pour saisir et récupérer des récompenses alimentaires placés à un endroit spécifique, leur performance du moteur (défini comme la précision et la vitesse) améliore progressivement au fil du temps, et les plateaux après la formation persistante. Une fois cette compétence est maîtrisée atteindre, outre son entretien ne nécessite pas une pratique constante. Ici, nous introduisons une tâche d'atteindre un seul culot d'étudier l'acquisition et l'entretien des mouvements des membres antérieurs qualifiés chez les souris. Dans cette vidéo, nous décrivons d'abord les comportements de souris qui sont couramment rencontrées dans ce paradigme apprentissage et la mémoire, puis discuter de la façon de classer ces comportements et de quantifier les résultats observés. Combiné avec la génétique de la souris, ce paradigme peut être utilisé comme une plate-forme de comportement à explorer les fondements anatomiques, propriétés physiologiques et les mécanismes moléculaires de l'apprentissage et de la mémoire.

Introduction

Comprendre les mécanismes de l'apprentissage et de la mémoire sous-jacente est l'un des plus grands défis en neurosciences. Dans le système de moteur, l'acquisition de nouvelles habiletés motrices avec la pratique est souvent désigné comme l'apprentissage moteur, alors que le maintien des habiletés motrices déjà apprises est considéré comme la mémoire du moteur ^1. Apprendre une nouvelle compétence de moteur se traduit généralement par une amélioration de la performance du moteur souhaitée au fil du temps, jusqu'à un point où la motricité est soit perfectionné ou satisfaisante cohérente. Pour la plupart des cas, la mémoire de moteur acquis peut persister pendant une longue période de temps, même en l'absence de la pratique. Chez l'homme, des études de neuro-imagerie utilisant la tomographie d'émission de positons (TEP) et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont montré que le cortex moteur primaire (M1) des changements d'activité au cours de la phase d'acquisition du moteur compétence apprentissage ^2-4, et l'ingérence temporaire d'activité M1 par basse fréquence de stimulation magnétique transcrânienne conduit à significantly perturbé rétention de moteur amélioration du comportement ^5. De même, une formation spécifique des membres antérieurs chez le rat induit plasticité fonctionnelle et anatomique dans le M1, comme en témoigne l'augmentation à la fois de l'activité de c-fos et rapport synapse / neurone dans le controlatéral M1 à la patte antérieure formée au cours de la phase tardive de moteur compétence d'apprentissage ^6. En outre, un paradigme de formation similaire renforce également la couche 2/3 des connexions horizontales dans le M1 controlatéral correspondant à la patte antérieure formés, ce qui réduit la potentialisation à long terme (LTP) et le renforcement de la dépression à long terme (LTD) après rats acquérir les tâches ^7. Cette modification synaptique, cependant, n'est pas observée dans les régions corticales M1 correspondant à la patte avant sans formation ou postérieurs ^8. Sinon, lorsque le M1 est endommagé par accident vasculaire cérébral, il ya des lacunes dramatiques membres antérieurs habiletés motrices spécifiques ^9. Alors que la plupart des études sur le comportement du moteur ont été menées sur l'homme, le singes, et les rats ^2-8,10-17, les souris deviennent un système de modèle attrayant en raison de sa génétique puissants et à faible coût.

Nous présentons ici une patte antérieure spécifique l'apprentissage des habiletés motrices paradigme: une tâche d'atteindre un seul culot. Dans ce paradigme, les souris sont formés pour étendre leurs pattes avant à travers une fente étroite pour saisir et récupérer des boulettes de nourriture (graines de millet) placées à un endroit fixe, un comportement analogue à l'arc, fléchettes jets, et de basket de tir à l'homme d'apprentissage. Cette tâche atteindre a été modifié depuis les études de rat précédentes qui ont montré des résultats similaires entre les souris et les rats ^18. En utilisant deux photons imagerie transcrânienne, notre travail précédent a suivi la dynamique des épines dendritiques (structures post-synaptiques excitateurs pour synapses majoritaire) dans le temps au cours de cette formation. Nous avons constaté que d'une seule session de formation a conduit à l'émergence rapide de nouvelles épines dendritiques sur les neurones pyramidaux dans la controlatéral du cortex moteur à la patte antérieure formés. Sformation de ubsequent de la même tâche pour atteindre stabilisé préférentiellement ces épines induite apprentissage, qui a persisté longtemps après la formation terminée ^19. En outre, des épines qui ont émergé au cours des répétitions d'atteindre tâche ont tendance à se regrouper le long des dendrites, tandis que les épines formées pendant l'exécution du tandem d'atteindre tâche et une autre tâche motrice spécifique-pattes avant (c'est à dire la tâche de manipulation de pâtes) ne regroupent ^20.

Dans la présente vidéo, nous décrivons étape par étape de la configuration de ce paradigme comportemental, de la privation de nourriture initiale de mise en forme, et à la formation du moteur. Nous décrivons également les comportements communs de souris au cours du processus de l'exécution de ce paradigme comportemental, et comment ces comportements sont classés et analysé. Enfin, nous discutons des mesures de précaution nécessaires pour pratiquer un tel paradigme de l'apprentissage et les problèmes qui peuvent être rencontrés lors de l'analyse des données.

Protocole

Les expériences décrites dans ce manuscrit ont été réalisées en conformité avec les directives et règlements établis par l'Université de Californie, Santa Cruz institutionnel de protection des animaux et l'utilisation Comité.

Une. Setup (voir aussi liste des matières)

1. Utiliser des semences de mil sous forme de granulés alimentaires.
2. Utilisez une claire chambre de formation en plexiglas sur-mesure (20 cm de haut, 15 cm de profondeur, et 8,5 cm de large, mesuré à partir de l'extérieur, avec l'épaisseur de plexiglas de 0,5 cm) qui contient trois fentes verticales (une fente sur le bord «mise en forme», et deux fentes sur le bord «formation» en face). Les fentes verticales doivent être de 0,5 cm de large et 13 cm de hauteur et être situé sur la paroi avant de la boîte: au centre, sur le côté gauche et sur ​​le côté droit (figure 1A).
3. Utilisez un plateau incliné pour maintenir les semences utilisées pendant les séances de mise en forme. Le plateau peut être faite sur commande de trois lames de verre (figure 1B).
4. Prepare une plate-forme de nourriture (8,5 cm de long, 4,4 cm de large et 0,9 cm de hauteur). Cette plate-forme de nourriture est placée dans la face avant (face au formateur) de la chambre de formation au cours de sessions de formation. Il ya deux fentes divot sur la plate-forme de la nourriture pour les graines de positionnement, une fente sur le côté gauche, et l'autre fente sur le côté droit. Les mottes sont de 0,3 cm du bord long et 2,4 cm du bord largeur (figure 1C). La fentes divot gauche et droite correspondent à la fente à gauche et à droite dans la chambre de formation de la souris et sont utilisés pour la formation des membres antérieurs dominantes. Le but d'avoir ces fentes divot est de s'assurer que la semence est placée toujours au même endroit pour chaque tentative d'atteindre.
5. Pendant les sessions ont en main une paire de pinces, balance et un chronomètre.

2. Pénuries alimentaires (2 jours)

1. Peser chaque souris pour obtenir un poids de base avant la privation de nourriture.
2. Alimentaire restreindre souris pendant 2 jours pour lancer de poids corporelperte. Comme point de départ général, souris reçoivent 0,1 g de nourriture par 1 g de poids corporel par jour (par exemple une souris de 15 g, on commence généralement avec 1,5 g d'aliment). Ajuster la quantité de nourriture sur la base du poids du corps de base, le taux de perte de poids, le sexe et l'âge des souris. Alors que le poids du corps peut continuer à diminuer un peu plus pendant la phase de mise en forme, telle réduction du poids corporel (soit ~ 90% du poids de base d'origine) doit être maintenue tout au long de la formation (figures 2A et 2B). La quantité d'aliment nécessaire pour maintenir le poids corporel de la souris est généralement la même que la quantité utilisée dans la restriction.

3. Mise en forme (3-7 jours)

1. acclimatation de l'habitat du Groupe (jour 1): Mettez deux souris dans la chambre de formation en même temps. Placer environ 20 graines / souris à l'intérieur de la chambre pour leur consommation. Laissez les souris de rester dans la chambre pendant 20 min, puis les remettre dans leur maisoncage.
2. Acclimatation individuel de l'habitat (Jour 2): La même installation que dans l'étape 3.1, mais placer la souris dans la chambre de formation individuellement. L'objet du groupe et individuel acclimatation de l'habitat est d'obtenir la souris familiariser à la fois avec la chambre de formation et les graines de millet.
3. Détermination de la patte antérieure domination (Jour 3 et plus tard): Placez le côté unique de fente de la chambre de formation orientée vers le bas (figure 1D). Remplir le bac à nourriture avec des graines. Appuyez sur le bac par la nourriture vers le haut contre la paroi avant de la chambre de formation pour permettre aux graines accessible à la souris. Placez la souris dans la cage individuellement. Si elles sont suffisamment intéressés par les graines situées sur le plateau de nourriture, ils labourent à travers la fente pour obtenir la graine à l'intérieur. Ils seront ensuite ramasser les graines et les consommer. «Façonner» est considérée comme terminée lorsque les deux conditions suivantes sont réunies: 1) la souris effectue 20 tentatives atteignant moins de 20 min, et 2) plus de 70% atteint sont performed avec un membre antérieur.

Notes:

1. Si la souris utilise sa langue pour obtenir les graines dans la chambre, déplacer le plateau de la fente légèrement. L'augmentation de la distance pour atteindre décourage la souris pour utiliser sa langue pour acquérir la semence et facilite sa patte avant atteignant ainsi.
2. Si la souris ne peut pas terminer l'élaboration d'ici une semaine, le laisser tomber de l'expérience.

4. Formation (8 + Jours)

1. Placez le côté à double fente de la chambre de formation vers le bas (figure 1E).
2. Placer la souris dans la cage individuellement. Mettez les graines individuelles sur la plate-forme de la nourriture dans la motte de terre correspondant à la patte préféré (pour la souris à droite, utilisez la fente sur le côté droit de la souris).
3. Observer le comportement de la souris et atteindre marquer selon les catégories suivantes:
   1. Succès: La souris atteint avec la patte préféré, saisit et retrieves la graine, et le nourrit dans sa bouche.
   2. Rejeter: La souris atteint avec la patte préféré, saisit la graine, mais il tombe avant de le mettre dans sa bouche.
   3. Échec: La souris atteint avec la patte préféré vers la graine, mais il manque soit la semence ou il frappe hors de la plaque de maintien.
4. Former les souris pendant 30 tentatives portée sur la branche préférée ou 20 min (selon la première éventualité) par jour.
5. Placez la souris dans leur cage après une formation et de fournir quantique alimentaire quotidienne.

Notes:

1. Dans certains cas, les souris atteignent même quand il n'y a pas de semence placée sur la plate-forme de nourriture. Ces tronçons sont considérés comme des «tronçons en-vain" et ne sont pas comptés dans le nombre total de tentatives portée. Pour décourager "atteint en-vain", les souris de train de marcher vers l'autre extrémité de la chambre de formation avant de placer la graine prochaine. Une stratégie similaire a été utilisée chez le rats pour une tâche comportementale similaire ^21. Souris parfois atteignent également avec la patte non préféré dans la présence de la graine. Ces tronçons sont considérés comme des «confins» controlatérale et ne comptent pas dans le nombre total de tronçons soit.
2. Pour limiter les variations du comportement liés aux fluctuations du rythme circadien, effectuer toutes les séances de mise en forme et de formation au même moment de la journée, pendant les heures normales d'éveil pour les souris.
3. Pour éviter la variation du comportement dû à différents formateurs, assurez-vous que la même personne forme le même souris tout au long de l'expérience.
4. Attention de souris est essentiel pour ce test comportemental. Former des souris dans une pièce séparée et calme pour minimiser la perturbation de l'environnement.
5. Les souris peuvent être formés avec plus de 30 atteint quotidienne (par exemple, 50 tronçons). L'augmentation du nombre de tentatives atteint, il est possible d'examiner une amélioration du comportement au sein de la même session de formation.

5. Datune quantification

Il existe de nombreuses façons de quantifier le comportement de la souris après la formation. Deux analyses les plus straight-forward sont:

1. Taux de réussite = atteint plus de succès total des tentatives ambitieuses, présentés sous forme de pourcentages. Les taux d'abandon et d'échec peuvent être tracées de la même façon.
2. Vitesse de succès = nombre de tentatives réussies divisé par le temps, présenté comme atteint avec succès par minute. Dans la plupart des cas, la vitesse de succès continue d'augmenter, même lorsque le taux de succès atteint le plateau.

Résultats

La courbe d'apprentissage:

La maîtrise d'une habileté motrice nécessite souvent la pratique persistante au fil du temps. Une courbe typique de la moyenne d'apprentissage est constitué de deux phases: une phase d'acquisition initiale au cours de laquelle le taux de réussite s'améliore progressivement, et une phase de consolidation plus tard, lorsque le taux de succès atteint le plateau (figure 2C). Il convient de noter les courbes d'apprentissage d...

Discussion

Importance de la phase de mise en forme:

En raison de l'anxiété accrue d'être dans un environnement inconnu, il est généralement difficile pour les souris à être formés dans un nouvel environnement ^21,22. Par conséquent, l'objectif de la mise en forme est de familiariser les souris avec la chambre de formation, le formateur (réduire leurs niveaux d'anxiété), et les exigences de la tâche (c'est à dire d'identifier les semences co...

matériels

Name	Company	Catalog Number	Comments
Training chamber in clear acrylic box			For dimensions, see Figure 1A
Tilted tray for shaping			Custom-made from glass slides, see Figure 1B
Food platform for training			For dimensions, see Figure 1C
Millet seeds			Filtered from “Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food” (All Living Things)
Forceps			For placing the seeds
A weighing scale			For daily body weight measurement
A stopwatch			For time measurement during shaping/training sessions