Acquisition d'une haute précision qualifiés forelimb Atteindre Groupe chez les rats

Résumé

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

Résumé

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

Le contrôle des mouvements est une fonction essentielle du système nerveux central (SNC). Motricity est le principal résultat mesurable de la fonction du système nerveux central et la possibilité pour les individus principale d'interagir avec le monde extérieur. Comprendre les principes de la fonction motrice et les mécanismes qui sous-tendent l'apprentissage d'une tâche motrice est actuellement l'un des grands défis des neurosciences. Les modifications morphologiques, physiologiques et moléculaires ont été trouvés lors de l'acquisition d'une nouvelle tâche motrice. Par exemple, la forme et le nombre de synapses changent en réponse à la formation de l'homme moteur ^1-5, et des modifications fonctionnelles de la machine synaptique ont été observés après l'apprentissage moteur. Les réponses synaptiques étaient plus élevés dans les connexions de la région de la patte avant-représentant du cortex moteur formé par rapport à l'hémisphère non formé du même animal ou à des réponses des animaux non entraînés ^6,7. Observations électrophysiologiques suggèrent également que la potentialisation à long terme (LTP) et de tempsla dépression -term (LTD) comme mécanismes lieu lors de l'apprentissage d'une nouvelle habileté motrice, et que la plage de fonctionnement synaptique, qui est défini entre les frontières qui limitent de LTP et LTD saturation, est modifié ^8. En outre, il a été démontré que les marqueurs de l'activité et de la plasticité promotion de molécules telles que c-fos, GAP-43, ou BDNF mais aussi plasticité molécules inhibitrices telles que les rôles réglementaires Nogo-A affichage lié à l'apprentissage pour la plasticité neuronale ^9-16.

Ces progrès vers une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents de l'apprentissage moteur ne pourraient être atteints avec l'utilisation de paradigmes comportementaux qui permettent un contrôle précis de l'acquisition d'une nouvelle compétence de moteur, par exemple, qualifiée forelimb envergure. Seule une tâche comportementale bien structuré permet de surveiller et capturer les modifications corrélatives qui se produisent lors de l'apprentissage et de l'exécution de la tâche respective. Ici, nous démontrons visuellement une version modifiée de la patte antérieure hommeseul culot tâche atteindre chez les rats adaptés de Buitrago et al. ¹⁷ Le paradigme présenté permet l'analyse de l'acquisition de mouvement à l'intérieur d'une session d'entraînement quotidien (au sein de session) représentant la composante d'apprentissage rapide et l'acquisition primaire ainsi que qualifiés apprentissage moteur sur plusieurs séances (entre-session) représentant la composante d'apprentissage lent et l'entretien de la tâche appris ^18. Surtout, ce paradigme comportemental augmente le degré de difficulté et la complexité de la tâche de la motricité en raison de deux caractéristiques: d'abord, les rats sont entraînés à tourner autour de leur axe après chaque prise et donc à réaligner leur corps avant la prochaine portée de granulés et de renouveler l'orientation du corps, ce qui empêche l'exécution d'un mouvement constant à partir du même angle. Deuxièmement, les pastilles sont extraites à partir d'un montant vertical placé à l'avant de la cage. En raison du petit diamètre de la poste, des pastilles peuvent être facilement débuté nécessitant une connaissance précise pour la récupération réussie et prévenir simple, tirant de la pastille vers l'animal.

Ces tests comportementaux complexes permet une compréhension plus profonde sur les mécanismes qui sous-tendent l'apprentissage moteur. Par rapport à des souris, des rats sont supérieurs dans leur exécution des tâches comportementales complexes et donc mieux adapté pour paradigmes complexes tel que présenté dans cette étude. Vu les possibilités croissantes génétiques disponibles pour les rats ^19,20, la combinaison de méthodes d'essai de comportement précises et bien contrôlées avec les manipulations génétiques, l'imagerie et les techniques physiologiques représente une boîte à outils puissante pour mieux comprendre les bases neurobiologiques de l'apprentissage moteur et la mémoire.

Protocole

Toutes les expériences ont été réalisées en conformité avec les directives de l'Office vétérinaire du canton de Zurich, en Suisse.

1. manipulation des animaux et de l'habituation

1. Manipulation des animaux
   Note: 5 jours avant le début de l'expérience, effectuer l'étape 1.1.1 quotidienne.
   1. Pour les expériences comportementales, habituer les animaux à l'expérimentateur. Ont quotidienne manipulation sessions d'une durée de 10-15 minutes par animal. Nettoyez la boîte après la session de chaque animal.
      1. Initialement, placer la main de l'expérimentateur dans une cage permettant à l'animal à explorer et à sentir, à se familiariser avec l'expérimentateur.
      2. Ensuite, soulevez doucement l'animal avec la main de l'expérimentateur d'une manière sûre en le saisissant par le corps du rat entre les pattes guichet et arrière permettant familiarisation.
   2. Peser chaque animal tous les jours pour obtenir un poids de base avant la privation de nourriture.
2. Appareil accoutumance et familiarisation alimentaire
   1. Peser chaque animal tous les jours pour obtenir un poids de base avant la privation de nourriture.
   2. Lancer alimentaire privant rats 3 jours avant le début de la pré-formation sur un régime standard de laboratoire. Donnez rats 0,05 g de nourriture par 1 g de poids corporel par jour (par exemple, un rat pesant 200 g, commencer avec 10 g de nourriture). Veiller à ne pas diminuer le poids corporel plus de 10% par jour en surveillant poids corporel par jour.
      1. Si plusieurs animaux sont détenus dans une cage, les rats dominants peuvent manger plus que les moins dominants. Dans le cas où le poids de un diminutions des animaux, nourrir l'animal séparément au lieu de l'alimentation en groupe. Donner de l'eau ad libitum.
   3. Pour connaître le rat avec l'appareil de préhension, placer l'animal dans la boîte de la formation (Figure 1). Avoir des pastilles de sucre placés dans la boîte de formation à proximité de l'ouverture de la fente de familiariser l'animal avec les boulettes de nourriture. Effectuez cette step 10-15 min par jour pendant 3 jours.

2. Pré-formation et l'apprentissage moteur de Skill

1. Pré-formation
   1. Un jour après la familiarisation, placer l'animal dans la boîte de la formation et de placer le culot de près à l'ouverture de la fente de sorte qu'il peut être atteint par la langue de l'animal. Exclure les animaux qui récupèrent pellets avec leur patte avant lors de la pré-formation
      Remarque: A ce stade, la récupération de culot avec la langue est crucial et généralement la méthode de choix de l'animal. Pellets doivent être en aucun cas saisir avec le membre antérieur jusqu'à ce que le premier jour de l'apprentissage moteur de compétences pour permettre une surveillance adéquate de la tâche atteindre appris. Récupération Pellet avec le membre antérieur lors de la pré-formation est un critère d'exclusion et dans la plupart des cas non observés.
   2. Enseigner le rat soit exécuter à l'arrière de la cage et revenir à l'ouverture de la fente ou du recul et de tourner autour de son propre axe afin de recevoir la prochaine boulette de nourriture avecla langue. Prévoyez du temps pour l'animal à explorer la cage, courir à l'arrière et revenir à l'ouverture de la fente. Si l'animal ne l'exécute pas correctement la tâche, utilisez une pince à taper doucement à l'arrière de la cage de fin et attirer l'attention de l'animal. Une fois que l'animal est à l'arrière, tapotez doucement sur le devant de la cage pour guider l'animal à l'ouverture de la fente.
      Remarque: Une fois que l'animal atteint une valeur standard définie (par exemple, 50 récupérations de granulés de succès avec la langue en moins de 15 min), l'animal se qualifie pour la phase moteur d'apprentissage de compétences. Au jour 1 et 2 de la pré-formation, les apprenants peuvent déjà se distinguer des non-apprenants. Non-apprenants peuvent être exclus de l'étude à cette étape. Ceci diminue la probabilité d'avoir un nombre élevé de non-étudiants au cours de l'étape d'apprentissage du moteur (2.2).
   3. Pendant la pré-formation, de la nourriture priver rats à un régime standard de laboratoire. Donner de l'eau ad libitum. Surveiller poids corporel par jour pendant toute l'étude. Fairepas utiliser même pièce pour former rats mâles et femelles. Assurer un environnement calme et sans bruit pour l'animal.
2. Détermination de Paw préférence et l'apprentissage moteur de Skill
   1. Au cours de la première session de l'apprentissage des habiletés motrices, remplacer la glissière en face de la fenêtre avec un message. Placez le culot de sucre d'environ 1,5 cm de la fenêtre sur le poste afin que l'animal ne peut pas atteindre le culot avec sa langue, mais seulement le récupérer par un membre antérieur précise atteindre et saisir le mouvement.
      1. Pour appliquer la récupération de granulés par le membre antérieur, utilisez une pince à porter doucement le culot près de la bouche de l'animal et se rétracter le culot alors que l'animal tente la consommation avec la langue. Effectuer cette tâche répétitive jusqu'à l'animal étend la patte antérieure et saisit une pastille.
   2. Placer le poste central à l'ouverture de fenêtre. Pour déterminer la préférence de la patte, observer attentivement les 10 premiers essais le jour de la formation 1. Plus de 70% de la réactentatives hing (ie, 7 sur 10) doivent être exécutées avec la même patte avant. Si cela ne soit pas atteint, passez à une autre série de 10 essais jusqu'à ce que le seuil de 70% est atteint.
   3. Après la détermination de la préférence de la patte, passer le poteau en direction de la patte antérieure préféré et aligner au centre de la bordure de l'ouverture de la fenêtre. Des moyens d'alignement de la patte préféré le poste est décalé contraire à la patte respective pour permettre un angle optimal pour atteindre (figure 1B, C).
   4. Classer un procès, définie comme une nouvelle pastille présenté à l'animal, autant de succès (atteindre, saisir, récupérer et manger le culot), chute (atteindre, saisir et perdre granulés lors de la récupération) ou échouer (frapper culot sur le poteau). Notez toutes les épreuves dans votre feuille et analyser les données après l'expérience.
   5. Effectuer une séance quotidienne constitué par un nombre défini d'essais (par exemple, 150) ou d'un temps maximum (par exemple, 1 heure) pour chaque animal.
   6. Enquêter sur la précision et de réglage findu mouvement en utilisant la première analyse de tentative. Une première tentative est définie en saisissant de la pastille en un seul mouvement monolithique sans interruption, l'hésitation ou la répétition de composants de mouvement individuels. Observer attentivement chaque portée par le rat.
      1. Si le rat hésite ou se rétracte au cours d'une portée ou tente plusieurs essais à saisir correctement le culot, noter le procès respectif comme un succès, mais pas la première tentative. Si l'animal saisit avec succès le culot dans une seule portée monolithique, notez le procès respectif autant de succès première tentative dans une colonne distincte dans votre feuille.
   7. Au cours de l'apprentissage moteur de compétences, de la nourriture priver rats à un régime standard de laboratoire. Donner de l'eau ad libitum. Surveiller poids corporel par jour pendant toute l'étude.

Résultats

L'acquisition de compétences réussi du moteur est obtenue seulement par la pratique constante. Malgré un examen attentif de tous les aspects, certains rats ne parviennent pas à apprendre la tâche (Figure 2). Ces «non-apprenants», soit manquent de motivation résultant en quelques absents ou tentatives de récupération des granulés à partir du début de l'expérience ou perdent généralement intérêt à parvenir pour les pastilles menant à échoué continu tentatives. En revanche, ce...

Discussion

Le paradigme montré dans cette étude est adapté de Buitrago et al ¹⁸ et diffère de la simple pastille classique paradigme atteindre ¹⁷ principalement dans deux aspects.:

Tout d'abord, l'étude de l'amélioration au sein de session permet une analyse de la tâche appris en une seule journée, ce qui peut fournir un niveau de différentes informations telles que l'enquête de la composante d'apprentissage rapide par rapport à la composant...

matériels

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
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