מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

Summary

תרגול מתמשך משפר את הדיוק של תנועות מתואמות. כאן אנחנו מציגים את משימה להגיע יחידה גלולה, שנועדה להעריך את כישורי למידה וזיכרון של forelimb בעכברים.

Abstract

אובייקטים שהגיעו ולאחזור דורשים תנועות מוטוריות מדויקות ומתואמת בforelimb. כאשר עכברים מאומנים שוב ושוב כדי להבין ולאחזר תגמולים מזון ממוקמים במיקום מסוים, הביצועים שלהם מנוע (מוגדר כדיוק ומהירות) משפר בהדרגה לאורך זמן, ומישורים לאחר אימון מתמשך. ברגע שמיומנות לכת כאלה היא שולט, האחזקה נוספת שלה אינה דורשת תרגול קבוע. כאן אנחנו מציגים את המשימה להגיע יחידה גלולה ללמוד הרכישה ותחזוקה של תנועות forelimb מיומנים בעכברים. בסרטון הזה, אנו מתארים ראשון התנהגויות של עכברים, כי הם נתקלו בדרך כלל בפרדיגמה למידה והזיכרון הזה, ולאחר מכן לדון כיצד לקטלג התנהגויות אלו ולכמת את התוצאות שנצפו. בשילוב עם גנטיקה עכבר, פרדיגמה זו יכולה להיות מנוצל כפלטפורמה התנהגותית כדי לחקור את הבסיס האנטומי, תכונות פיסיולוגיות, ומנגנונים מולקולריים של למידה וזיכרון.

Introduction

הבנת מנגנוני הלמידה בסיסית וזיכרון היא אחד האתגרים הגדולים ביותר במדעי המוח. במערכת המוטורית, רכישת מיומנויות מוטוריות רומן עם פרקטיקה המכונית לעתים קרובות כלמידה מוטורית, ואילו השמירה על מיומנויות מוטוריות למדו בעבר הוא נחשבה לזיכרון מוטורי ^1. לומד מיומנות מוטורית חדשה בדרך כלל בא לידי ביטוי בשיפור בביצועי מנוע רצוי לאורך זמן, עד לנקודה שבה המיומנות המוטורית היא גם שלמות או באופן משביע רצון עקבי. ברוב המקרים, הזיכרון המוטורי רכש יכול להימשך תקופה ארוכה של זמן, גם בהיעדרו של תרגול. בבני אדם, מחקרים הדמייה באמצעות טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) ותהודה מגנטית תפקודית (fMRI) הראו כי קליפת המוח מוטורי ראשונית (M1) שינויים בפעילות במהלך שלב רכישת המיומנות מוטורית לומדת ^2-4, והפרעות זמניות של פעילות M1 ידי גרייה מגנטית בתדר נמוך מובילה לsignificantly שיבש שמירה של שיפור התנהגותי מנוע ^5. בדומה לכך, הכשרת forelimb הספציפי בחולדות גורמת פלסטיות תפקודית ואנטומיים בM1, שהודגמה על ידי העלייה של שתי פעילות C-FOS ויחס סינפסה / נוירון בנגדי M1 לforelimb המאומן בשלב מאוחר של מיומנות המוטורית למידה ^6. יתר על כן, הפרדיגמה הכשרה דומה גם מחזקת את השכבה 2/3 חיבורים אופקיים בM1 הנגדי המקבילים לforelimb המאומן, וכתוצאה מכך הגברה מופחתת לטווח ארוך (LTP) ודיכאון ארוך טווח משופר (בע"מ) לאחר חולדות לרכוש את המשימות ^7. שינוי הסינפטי כזה, לעומת זאת, לא נצפה באזורים בקליפת המוח M1 המתאימים forelimb או hindlimbs ⁸ לא מאומנים. לחלופין, כאשר M1 פגום באמצעות שבץ, יש ליקויים דרמטיים בforelimb מוטורי מיומנויות ספציפיות ^9. בעוד שרוב המחקרים התנהגותיים המוטוריים שנערכו על בני אדם, קוףים, וחולדות ^2-8,10-17, עכברים הפכו מערכת מודל אטרקטיבית בגלל הגנטיקה החזקה שלה והעלות נמוכה.

כאן אנו מציגים פרדיגמה למידה מוטורית מיומנות forelimb ספציפי: משימה להגיע יחידה גלולה. בפרדיגמה זו, עכברים מאומנים להאריך forelimbs דרך פתח צר להבנה ולאחזר כדורי מזון (זרעי דוחן) ממוקמים במיקום קבוע, התנהגות מקבילה ללימוד חץ וקשת, חץ זריקת, וכדורי סל ירי באדם. משימה להגיע לזה שונה ממחקרים קודמים עכברוש שהראו תוצאות דומות בין עכברים וחולדות ^18. באמצעות ההדמיה transcranial שני פוטונים, העבודה הקודמת שלנו יש אחרי הדינמיקה של קוצים הדנדריטים (מבני postsynaptic לסינפסות מעוררות הרוב) לאורך זמן באימונים. מצאנו שאימון אחד הוביל להופעתם המהירה של קוצים הדנדריטים חדשים על נוירונים פירמידליים בנגדי הקורטקס המוטורי לforelimb המאומן. Sאימון ubsequent של אותה המשימה להגיע מעדיף התייצב קוצים מושרה מידה אלה, שנמשך זמן רב לאחר אימון הופסק ^19. יתר על כן, עמוד השדרה שצצה במהלך חזרות להגיע למשימה נטתה אשכול לאורך הדנדריטים, ואילו עמוד השדרה נוצרה במהלך ביצוע בד בבד להגיע למשימה ומשימה אחרת forelimb הספציפי מוטורית (כלומר את משימת טיפול פסטה) לא אשכול ^20.

בסרטון הנוכחי, אנו מתארים צעד אחר צעד ההתקנה של הפרדיגמה ההתנהגות הזה, ממניעת המזון הראשונית לעיצוב, ולאימון מוטורי. אנו גם מתארים את ההתנהגויות הנפוצות של עכברים במהלך התהליך של ביצוע הפרדיגמה ההתנהגות הזה, וכיצד התנהגויות אלה מסווגות ונותחו. לבסוף, אנו דנים באמצעי הזהירות הדרוש כדי לתרגל את הפרדיגמה כגון למידה והבעיות שעלולות להיות נתקל במהלך נתונים מנתח.

Protocol

ניסויים שתוארו בכתב היד הזה בוצעו בהתאם להנחיות והתקנות שנקבעו על ידי אוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז מוסדי הטיפול בבעלי חיים ועדת שימוש.

1. התקנה (ראה גם חומרי רשימה)

1. השתמש בזרעי דוחן ככדורי מזון.
2. השתמש קאמרי מחוייט ברור אימון פרספקס (20 סנטימטר, 15 סנטימטר עמוק, ורחב 8.5 סנטימטר, שנמדד מבחוץ, עם העובי של סנטימטר פרספקס 0.5) המכיל שלושה חריצים אנכיים (סדק אחד על קצה 'עיצוב', ושני חריצים על קצה 'ההכשרה' ההפוך). החריצים האנכיים צריכים להיות 0.5 ס"מ רוחב ו 13 סנטימטר ולהיות ממוקם בדופן הקדמי של הקופסה: במרכז, בצד השמאל, ובצד ימין (איור 1 א).
3. השתמש במגש נטוי להחזיק את הזרעים המשמשים במהלך פגישות בעיצוב. המגש יכול להיות מותאם אישית משלוש שקופיות זכוכית (איור 1).
4. תכשיריםמחדש פלטפורמת מזון (8.5 סנטימטר, רוחבו 4.4 סנטימטר, ו0.9 סנטימטר). פלטפורמת מזון זו ממוקמת בצד הקדמי (מול המאמן) של חדר אימונים במהלך אימונים. ישנם שני חריצי divot על פלטפורמת מזון לזרעי מיצוב, חריץ אחד בצד השמאל, ואת החריץ האחר בצד ימין. Divots הוא 0.3 סנטימטר מהקצה הארוך, ו2.4 סנטימטר מקצה הרוחב (איור 1 ג). השמאל וחריצי divot תקין מתאימות לחריץ ימין ועל השמאל בחדר אימוני העכבר ומשמשים לאימונים של forelimbs הדומיננטי. המטרה שיש חריצי divot אלה היא להבטיח כי הזרע ממוקם באופן עקבי באותו המקום עבור כל ניסיון להגיע.
5. במהלך מפגשים יש ביד זוג המלקחיים, בהיקף במשקל, ושעון עצר.

2. מזון מניעת (2 ימים)

1. לשקול כל עכבר כדי להשיג משקל גוף בסיסי לפני מניעת מזון.
2. מזון-להגביל את העכברים במשך 2 ימים ליזום משקל גוףהפסד. כנקודת מוצא כללית, ניתנים עכברים 0.1 גרם של מזון לכל 1 גרם משקל גוף ליום (לדוגמא עכבר במשקל 15 גרם, אנחנו בדרך כלל מתחילים עם 1.5 גרם של מזון). התאם את כמות מזון המבוססת על משקל הגוף הבסיסי, קצב ירידה במשקל, מין וגיל של עכברים. בעוד משקל הגוף עשוי להמשיך ולהקטין קצת יותר בשלב העיצוב, משקל גוף מופחת כזה (כלומר ~ 90% ממשקל הבסיס המקורי) צריכים להישמר לאורך כל אימון (2A דמויות ו2B). כמות המזון הנחוצה כדי לשמור על משקל גופו של העכבר היא בדרך כלל זהה לסכום ששמש להגבלה.

3. עיצוב (ימי 3-7)

1. התאקלמות בית גידול הקבוצה (יום 1): שים את שני עכברים לתוך חדר אימונים באותו הזמן. הנח כ 20 זרעים / עכבר בתוך החדר לצריכה שלהם. לאפשר לעכברים כדי להישאר בחדר במשך 20 דקות ולאחר מכן החזירו אותם לביתםכלוב.
2. התאקלמות בודדת בית גידול (יום 2): באותה הגדרה כמו בשלב 3.1, אבל מקום עכברים לתוך תא אימון בנפרד. המטרה של קבוצה והתאקלמות בית גידול יחידה היא להשיג את העכברים מכירים את שניהם לחדר אימונים וזרעי דוחן.
3. קביעת דומיננטיות forelimb (יום 3 ומאוחר יותר): הנח את צד חריץ אחד של חדר אימונים פונה כלפי מטה (1D איור). מלא את מגש האוכל עם זרעים. לחץ על אוכל מגש אל הקיר הקדמי של חדר אימונים כדי לאפשר לזרעים נגישים לעכבר. הנח עכברים לכלוב בנפרד. אם הם מספיק מתעניינים בזרעים הממוקמים על מגש האוכל, הם היו לחרוש דרך החריץ כדי לקבל את הזרע בפנים. אז הם יאספו את הזרעים ולצרוך אותם. 'עיצוב' נחשב מוגמר כאשר שני התנאים הבאים: 1) העכבר מבצע 20 ניסיונות להגיע בתוך 20 דקות, ו2) מגיע ליותר מ -70% הוא performed עם forelimb אחד.

הערות:

1. אם העכבר משתמש בלשון שלו כדי לקבל את הזרעים לתוך התא, להעביר את המגש חזרה מהחריץ במקצת. העלייה במרחק להגיע מרתיעה את העכבר כדי להשתמש בלשונה לרכוש את הזרע, ולכן מאפשרת forelimb לכת.
2. אם העכבר לא יכול לסיים בעיצוב תוך שבוע, שחררת אותו מהניסוי.

4. הדרכה (8 + ימים)

1. הנח את צד שני הסדקים של חדר אימונים פונה כלפי מטה (איור 1E).
2. מקם את העכברים בכלוב בנפרד. שים את הזרעים בודדים על פלטפורמת המזון בdivot המתאים לכפה המועדפת (כלומר לעכבר ימני, השתמש בחריץ בצד הימני של העכבר).
3. להתבונן בהתנהגות הגיעה עכבר ואת הציון על פי הקטגוריות הבאות:
   1. הצלחה: העכבר מגיע עם כפה מועדפת, תפיסות וretrieves הזרע, ומזין אותו לתוך הפה שלה.
   2. זרוק: העכבר מגיע עם כפה מועדפת, תופס את הזרעים, אך שומט אותו לפני שמכניס אותו לפה שלה.
   3. Fail: העכבר מגיע עם כפה מועדפת כלפי הזרע, אבל זה גם מחטיא את הזרע או דופק אותו מצלחת האחזקה.
4. לאמן את העכברים ל30 ניסיונות לכת על האיבר המועדף או 20 דקות (הקודמת מביניהם) ליום.
5. מניחים את העכברים חזרה לכלוב בבית שלהם אחרי אימון ולספק קוונטי מזון יומיים.

הערות:

1. במקרים מסוימים, עכברים להגיע אפילו כאשר אין זרע מונח על פלטפורמת המזון. דרגים כאלה נחשבים "מגיע ב- לשווא" ולא נספרים כלפי המספר הכולל של ניסיונות להגיע. כדי להרתיע "מגיע ב- לשווא", עכברי רכבת ללכת בחזרה לקצה השני של חדר אימונים לפני הנחת הזרעים הבאים. אסטרטגיה דומה כבר נעשה שימוש בעכבריםs למשימה התנהגותיות דומה ^21. עכברים לפעמים גם להגיע עם כפת nonpreferred בנוכחות הזרע. דרגים אלו נחשבים ל 'מגיע נגדי' ולא לסמוך כלפי המספר הכולל של דרגים או.
2. כדי להגביל וריאציות התנהגותיות בשל התנודות בקצב היממה, לבצע את כל ההפעלות בעיצוב והכשרה באותו הזמן של היום, בשעות הערות רגילות לעכברים.
3. כדי להימנע מוריאציה התנהגותית בשל מאמנים שונים, ודא שאותו האדם מאמן את אותה העכברים לאורך כל הניסוי.
4. תשומת לבם של עכברים הוא קריטי למבחן התנהגות זו. לאמן את העכברים בחדר נפרד ושקט כדי למזער את ההפרעות סביבתיות.
5. ניתן לאמן עכברים עם יותר מ 30 מגיע מדי יום (למשל 50 מגיע). הגדלת מספר הניסיונות להגיע מאפשרת לבחון שיפור התנהגותי באותו אימון.

5. Datכימות

ישנן דרכים רבות כדי לכמת התנהגות עכבר לאחר אימון. שני ניתוחים הכי ישר קדימה הם:

1. שיעור הצלחה = דרגים מוצלחים על סך ניסיונות להגיע, מוצגים באחוזים. ניתן להתוות שיעורי ירידה וכישלון באותה הדרך.
2. מהירות של הצלחה = מספר הניסיונות המוצלחים מחולקים בזמן, הציגה דרגים מוצלחים כמו לדקה. ברוב המקרים, את המהירות של הצלחה ממשיכה לגדול, גם כאשר שיעור ההצלחה משיג הרמה.

תוצאות

עקומת למידה:

שליטה במיומנות מוטורית לעתים קרובות דורשת תרגול מתמשך לאורך זמן. עקומה אופיינית ממוצע למידה מורכבת משני שלבים: בשלב רכישה ראשוני שבמהלכו משפר את שיעור ההצלחה בהדרגה, ושלב גיבוש מאוחר יותר, כאשר שיעור ההצלחה מגיע למישו...

Discussion

חשיבותו של שלב העיצוב:

בגלל חרדה מוגברת מלהיות בסביבה לא מוכרת, קשה בדרך כלל לעכברים להיות מאומנים בסביבת רומן ^21,22. לכן, המטרה של עיצוב היא להכיר עכברים עם חדר האימונים, המאמן (כלומר להפחית את רמות החרדה שלהם), ואת דרישות ה?...

Materials

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