רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

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

שליטת תנועה היא פונקצית ליבה של מערכת העצבים המרכזית (CNS). Motricity הוא הפלט העיקרי למדידה של תפקוד מערכת העצבים המרכזית ואת האפשרות העיקרית ליחידים לאינטראקציה עם העולם החיצוני. הבנת העקרונות של תפקוד מוטורי והמנגנונים העומדים בבסיס הלמידה של משימת מנוע היא כיום אחד האתגרים הגדולים במדעי המוח. שינויים מורפולוגיים, פיסיולוגיים ומולקולריים נמצאו ברכישה של משימת מנוע חדשה. לדוגמא, הצורה ומספר הסינפסות לשנות בתגובה לאימון מוטורי מיומן ^1-5, ושינויים פונקציונליים של המכונות הסינפטי נצפו לאחר למידה מוטורית. תגובות Synaptic היו גבוהות יותר בחיבורים של האזור המייצג-forelimb של הקורטקס המוטורי המיומן בהשוואה לחץ הכדור מאומן של אותה החיה או לתגובות מבעלי חיים לא מאומנים ^6,7. תצפיות אלקטרו גם מצביעות על כך שהגברה לטווח ארוך (LTP) וארוכהדיכאון -term (בע"מ) כמו מנגנונים יתקיים במהלך הלמידה של מיומנות מוטורית חדשה, וכי הטווח של פעולה הסינפטי, אשר מוגדרת בין גבולות הגבלה של LTP ורוויה בע"מ, הוא שונה ^8. יתר על כן, זה כבר הראה כי סמני פעילות ופלסטיות קידום מולקולות כגון C-FOS, GAP-43, או BDNF אלא גם מולקולות מעכבות פלסטיות כגון תפקידים רגולטוריים Nogo-תצוגה לפלסטיות עצבית הקשורות ללמידה ^9-16.

התפתחויות הללו להבנה טובה יותר של מנגנוני למידה מוטורית יכולות להיות מושגת בשימוש בפרדיגמות התנהגות המאפשרות שליטה מדויקת של רכישת מיומנות מוטורית חדשה, למשל, להגיע forelimb מיומן בלבד. רק משימה התנהגותיות מובנה היטב מאפשרת לפקח וללכוד שינויי מתאם המתרחשים על למידה וביצוע של המשימה בהתאמה. כאן אנו חזותי להפגין גרסה שונה של forelimb המיומןמשימה להגיע יחידה גלולה בחולדות המותאמות מאל. ¹⁷ הפרדיגמה הציגה Buitrago et מאפשרת ניתוח של רכישת תנועה בתוך אימון יומי (בתוך מושב) המייצג את הרכיב למידה המהיר ורכישה ראשונית, כמו גם למידה מוטורית מיומנת מעל מספר מפגשים המייצג את הרכיב האיטי למידה ותחזוקה של המשימה למדה ¹⁸ (בין המושב). חשוב לציין, הפרדיגמה התנהגות זו מעלה את דרגת קושי והמורכבות של משימת המיומנות המוטורית בשל שתי תכונות: ראשית, החולדות מאומנות להסתובב צירם לאחר כל אחיזה ובכך ליישר מחדש את גופם לפני הישג יד גלולה הבאה ולחדש הנטייה הגוף, מניעת ביצוע תנועה מתמדת מאותה הזווית. שנית, כדורי אחזור מפוסט אנכי להציב מול הכלוב. בשל הקוטר הקטן של הפוסט, יכולים בקלות להיות בעט כדורים מדורשים אחיזה מדויקת לאחזור ועמ 'מוצלחיםreventing פשוט מושך של גלולה לבעלי החיים.

בדיקות התנהגותיות מורכבות כזה מאפשרת תובנות עמוקות יותר אל תוך מנגנוני למידה מוטורית. בהשוואה לעכברים, חולדות הן מעולים בביצועיהם של משימות התנהגותיות מורכבות ולכן מתאימים יותר לפרדיגמות מורכבות כפי שהוצגו במחקר זה. בהתחשב באפשרויות הגנטיות הגדלת זמינה לחולדות ^19,20, השילוב של שיטות בדיקת התנהגות מדויקות ומבוקרות היטב עם מניפולציות גנטיות, הדמיה וטכניקות פיסיולוגיות מייצג ארגז כלים רבי עוצמה כדי להבין את הבסיס הנוירו-הביולוגי של למידה מוטורית וזיכרון טוב יותר.

Protocol

כל הניסויים בוצעו בהתאם להנחיות של לשכת הווטרינרית של קנטון ציריך, שווייץ.

1. טיפול בבעלי חיים והרגלה

1. טיפול בבעלי חיים
   הערה: 5 ימים לפני תחילת הניסוי, לבצע צעד 1.1.1 יומי.
   1. לניסויים התנהגותיים, להרגיל את בעלי החיים לניסוי. יום האם טיפול הפעלות נמשכות 10-15 דקות לכל בעל חיים. נקה את התיבה לאחר הפגישה של כל בעלי חיים.
      1. בתחילה, למקם את ידו של הנסיין לכלוב המאפשר לבעלי החיים לחקור ולהריח להפוך להכיר את הניסוי.
      2. בשלב הבא, בעדינות להרים את החיה עם היד של הנסיין בצורה בטוחה על ידי אחיזה בגופו של העכברוש בין כפות הקדמיות ואחוריות המאפשרות היכרות נוספת.
   2. לשקול כל חיה יומית כדי להשיג משקל גוף בסיסי לפני מניעת מזון.
2. מנגנון הרגלה והיכרות מזון
   1. לשקול כל חיה יומית כדי להשיג משקל גוף בסיסי לפני מניעת מזון.
   2. התחל מזון לשלול חולדות 3 ימים לפני תחילת מראש אימונים בדיאטת מעבדה סטנדרטית. תן חולדות 0.05 גרם של מזון למשקל גוף 1 גרם ליום (לדוגמא, חולדה במשקל 200 גרם, להתחיל עם 10 גרם של מזון). ודא משקל גוף לא להקטין יותר מ -10% ליום על ידי ניטור משקל גוף ביום.
      1. אם מספר בעלי חיים מוחזקים בכלוב אחד, חולדות דומיננטיות עלולות לאכול יותר מפחות דומיננטי. במקרה של משקל גוף ירידות חיה, להאכיל את החיה בנפרד במקום האכלת קבוצה. תן כרצונך מים.
   3. להכיר את העכברוש עם מנגנון האחיזה, למקם את בעל החיים לתוך תיבת האימונים (איור 1). יש כדורי סוכר הניחו בתיבת האימון בסמוך לפתיחת החריץ לקרא את החיה עם כדורי מזון. בצע רח זהEP יומי דקות 10-15 במשך 3 ימים.

2. טרום אימון ולמידה מיומנות מוטורית

1. טרום אימון
   1. יום אחד לאחר ההיכרות, למקם את בעל החיים לתוך תיבת ההכשרה ולמקם את הכדור מקרוב לפתיחת החריץ כך ניתן להגיע אליו על ידי לשונו של בעל החיים. תכלול בעלי חיים שלאחזר כדורים עם forelimb במהלך אימון מראש
      הערה: בשלב זה, אחזור גלולה עם הלשון הוא קריטי ובדרך כלל שיטתו של בעל החיים של בחירה. פלטות צריכה להיות בכל מקרה לא הבין עם forelimb עד ליום הראשון של למידת מיומנות מוטורית לאפשר ניטור נאות של המשימה להגיע למדה. אחזור גלולה עם forelimb במהלך טרום הכשרה הוא קריטריון הדרה והיא ברוב המקרים לא נצפו.
   2. ללמד את החולדה לרוץ או לחלקו האחורי של הכלוב ולחזור לפתיחת הסדק או הצעד אחורה ולהסתובב הציר שלה על מנת לקבל את כדור המזון הבא עםהלשון. לאפשר זמן לבעלי החיים כדי לחקור את הכלוב, לרוץ לאחורי ולחזור לפתיחת הסדק. אם בעלי החיים לא נכון לבצע את המשימה, להשתמש במלקחיים כדי לטפוח בעדינות בחלקו האחורי סוף הכלוב ולתפוס את תשומת לבו של בעל החיים. ברגע שבעלי החיים הוא בחלקו האחורי, לטפוח בעדינות בחזית הכלוב כדי להנחות את בעלי החיים לפתיחת הסדק.
      הערה: לאחר החיה מגיעה לערך סטנדרטי מוגדר (למשל, 50 אחזורים גלולה מוצלחים עם הלשון בפחות מ -15 דקות), בעלי החיים כשיר לשלב למידת מיומנות המוטורית. ביום 1 ו -2 של טרום-אימונים, יכולים כבר להבחין לומדים מאינם לומדים. ניתן לשלול ללא לומדים מהמחקר בשלב זה. זה מקטין את ההסתברות שיש מספר גבוה של אי-לומדים במהלך שלב הלמידה המוטורית (2.2).
   3. במהלך קדם-אימון, מזון לשלול חולדות בדיאטת מעבדה סטנדרטית. תן כרצונך מים. לפקח על משקל גוף יומי לאורך כל תקופת המחקר. האםלא להשתמש באותו חדר לאמן חולדות זכרים ונקבה. להבטיח סביבה רגועה ונטול רעש לבעלי החיים.
2. קביעת העדפות Paw והלמידה מיומנות מוטורית
   1. במהלך הפגישה הראשונה של למידת מיומנות מוטורית, להחליף את השקופית מול החלון עם הודעה. מניחים את כדור הסוכר כ -1.5 סנטימטרים מהחלון על הפוסט, כך שבעלי החיים לא יכולים להגיע לכדור עם הלשון שלה אלא רק להחזיר אותו על ידי forelimb מדויק להגיע ולתפוס תנועה.
      1. לאכוף אחזור גלולה ידי forelimb, להשתמש במלקחיים כדי להביא בעדינות את הכדור הקרוב לפה של החיה ולחזור גלולה בעוד החיה מנסה הצריכה עם הלשון. לבצע משימה זו שוב ושוב עד שהחיה משתרעת forelimb ותופסת גלולה.
   2. מניחים את הפוסט המרכזי לפתיחת החלון. כדי לקבוע העדפת כפה, להתבונן הראשונים 10 ניסויים בזהירות על יום אימונים 1. יותר מ -70% מreacניסיונות הינג (כלומר, 7 מתוך 10) צריכים להיות מוצאים להורג באותו forelimb. אם זה לא יושג, להמשיך עם סיבוב של 10 מחקרים אחר עד שהגיע לסף של 70%.
   3. לאחר קביעת העדפת הכפה, להעביר את ההודעה לforelimb המועדף וליישר מרכזיים לגבול של פתיחת החלון. יישור כף העדיף פירוש ההודעה מוסטת בניגוד לכפת בהתאמה לאפשר זווית אופטימלית להשגת (איור 1, ג).
   4. לסווג משפט, מוגדר כגלולה חדשה שהוצגה לבעלי החיים, כמוצלח (להגיע, אחיזה, לאחזר ולאכול גלולה), ירידה (להגיע, אחיזה ולאבד גלולה במהלך אחזור) או להיכשל (לדפוק גלולה מהקורה). רשום כל משפט בגיליון שלך ולנתח את הנתונים לאחר הניסוי.
   5. בצע פגישה יומית אחת בהיקף של מספר מוגדר של ניסויים (למשל, 150) או זמן מרבי (לדוגמא, שעה 1) עבור כל חיה.
   6. לחקור דיוק וכוונון עדיןהתנועה באמצעות ניתוח ניסיון ראשון. ניסיון ראשון מוגדר על ידי אחיזה של גלולה בתנועה מונוליתית אחת ללא הפרעה, היסוס או חזרה על מרכיבי תנועה בודדים. להתבונן בזהירות כל אחיזה בחולדה.
      1. אם החולדה מהססת או חזר בהישג יד או מנסה כמה ניסויים כדי לתפוס את הכדור בצורה נכונה, שים לב למשפט המתאים כהצלחה, אך לא הניסיון ראשון. אם בעלי החיים תופסים את הכדור ביד אחת מונוליטי בהצלחה, לרשום את המשפט המתאים כניסיון ראשון מוצלח בטור נפרד בגיליון שלך.
   7. במהלך למידת מיומנות מוטורית, מזון לשלול חולדות בדיאטת מעבדה סטנדרטית. תן כרצונך מים. לפקח על משקל גוף יומי לאורך כל תקופת המחקר.

תוצאות

רכישת מיומנות המוטורית מוצלחת מושגת רק באמצעות תרגול עקבי. למרות שיקול זהיר של כל ההיבטים, כמה חולדות לא מצליחות ללמוד את המשימה (איור 2). אלה 'שאינם לומדים' או חסרי מוטיבציה וכתוצאה מכמה או נעדרו ניסיונות של אחזור גלולה מתחילת הניסוי או בדרך כלל לאבד עניי...

Discussion

הפרדיגמה שמוצגת במחקר זה מותאם Buitrago et al ¹⁸ ושונה מהגלולה אחת הקלסית להגיע הפרדיגמה ¹⁷ בעיקר בשני היבטים.:

ראשית, לימוד שיפור במושב מאפשר ניתוח של המשימה למדה תוך יום אחד, אשר יכול לספק רמת המידע שונה כגון חקירה של הר?...

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