עבודה זו מומנה על ידי תרומות של קרן המדע הלאומית השוויצרית (גרנט 31003A-149,315-1 לMES וגרנט IZK0Z3-150809 לAZ), לAZ היידי Demetriades הקרן, לMES מועצת המחקר האירופי (&quot;Nogorise &#39;) ו כריסטופר ודן ריב קרן (CDRF).

כל הניסויים בוצעו בהתאם להנחיות של לשכת הווטרינרית של קנטון ציריך, שווייץ. 1. טיפול בבעלי חיים והרגלה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טיפול בבעלי חיים הערה: 5 ימים לפני תחילת הניסוי, לבצע צעד 1.1.1 יומי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתחילה, למקם את ידו של הנסיין לכלוב המאפשר לבעלי החיים לחקור ולהריח להפוך להכיר את הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול כל חיה יומית כדי להשיג משקל גוף בסיסי לפני מניעת מזון. </li></ol&gt; </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מנגנון הרגלה והיכרות מזון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול כל חיה יומית כדי להשיג משקל גוף בסיסי לפני מניעת מזון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li></ol> 2. טרום אימון ולמידה מיומנות מוטורית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טרום אימון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קביעת העדפות Paw והלמידה מיומנות מוטורית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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%. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע פגישה יומית אחת בהיקף של מספר מוגדר של ניסויים (למשל, 150) או זמן מרבי (לדוגמא, שעה 1) עבור כל חיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> 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. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך למידת מיומנות מוטורית, מזון לשלול חולדות בדיאטת מעבדה סטנדרטית. תן כרצונך מים. לפקח על משקל גוף יומי לאורך כל תקופת המחקר. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Fu, M., Yu, X., Lu, J., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Repetitive+motor+learning+induces+coordinated+formation+of+clustered+dendritic+spines+in+vivo.">Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo.</a> Nature. 483, 92-95 (2012).</li><li>Fu, M., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience-dependent+structural+plasticity+in+the+cortex.">Experience-dependent structural plasticity in the cortex.</a> Trends in neurosciences. 34, 177-187 (2011).</li><li>Holtmaat, A., Svoboda, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experience-dependent+structural+synaptic+plasticity+in+the+mammalian+brain.">Experience-dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain.</a> Nature reviews. Neuroscience. 10, 647-658 (2009).</li><li>Xu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+formation+and+selective+stabilization+of+synapses+for+enduring+motor+memories.">Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories.</a> Nature. 462, 915-919 (2009).</li><li>Yu, X., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spine+plasticity+in+the+motor+cortex.">Spine plasticity in the motor cortex.</a> Current opinion in neurobiology. 21, 169-174 (2011).</li><li>Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Donoghue, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Learning-induced LTP in neocortex. Science. 290, 533-536 (2000).</li><li>Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Hess, G., Donoghue, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strengthening+of+horizontal+cortical+connections+following+skill+learning.">Strengthening of horizontal cortical connections following skill learning.</a> Nature neuroscience. 1, 230-234 (1998).</li><li>Rioult-Pedotti, M. S., Donoghue, J. P., Dunaevsky, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity+of+the+synaptic+modification+range.">Plasticity of the synaptic modification range.</a> Journal of neurophysiology. 98, 3688-3695 (2007).</li><li>Fritsch, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+current+stimulation+promotes+BDNF-dependent+synaptic+plasticity:+potential+implications+for+motor+learning.">Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning.</a> Neuron. 66, 198-204 (2010).</li><li>Ghiani, C. A., Ying, Z., de Vellis, J., Gomez-Pinilla, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise+decreases+myelin-associated+glycoprotein+expression+in+the+spinal+cord+and+positively+modulates+neuronal+growth.">Exercise decreases myelin-associated glycoprotein expression in the spinal cord and positively modulates neuronal growth.</a> Glia. 55, 966-975 (2007).</li><li>Josephson, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity-induced+and+developmental+downregulation+of+the+Nogo+receptor.">Activity-induced and developmental downregulation of the Nogo receptor.</a> Cell and tissue research. 311, 333-342 (2003).</li><li>Karlen, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nogo+receptor+1+regulates+formation+of+lasting+memories.">Nogo receptor 1 regulates formation of lasting memories.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106, 20476-20481 (2009).</li><li>Kleim, J. A., Lussnig, E., Schwarz, E. R., Comery, T. A., Greenough, W. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synaptogenesis+and+Fos+expression+in+the+motor+cortex+of+the+adult+rat+after+motor+skill+learning.">Synaptogenesis and Fos expression in the motor cortex of the adult rat after motor skill learning.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 16, 4529-4535 (1996).</li><li>Mironova, Y. A., Giger, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Where+no+synapses+go:+gatekeepers+of+circuit+remodeling+and+synaptic+strength.">Where no synapses go: gatekeepers of circuit remodeling and synaptic strength.</a> Trends in neurosciences. 14, 7-23 (2013).</li><li>Park, H., Poo, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurotrophin+regulation+of+neural+circuit+development+and+function.">Neurotrophin regulation of neural circuit development and function.</a> Nature reviews. Neuroscience. 14, 7-23 (2013).</li><li>Zemmar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neutralization+of+Nogo-A+enhances+synaptic+plasticity+in+the+rodent+motor+cortex+and+improves+motor+learning+in+vivo.">Neutralization of Nogo-A enhances synaptic plasticity in the rodent motor cortex and improves motor learning in vivo.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 34, 8685-8698 (2014).</li><li>Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat:+a+proximally+driven+movement+with+a+single+distal+rotatory+component.">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behavioural brain research. 41, 49-59 (1990).</li><li>Buitrago, M. M., Ringer, T., Schulz, J. B., Dichgans, J., Luft, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+motor+skill+and+instrumental+learning+time+scales+in+a+skilled+reaching+task+in+rat.">Characterization of motor skill and instrumental learning time scales in a skilled reaching task in rat.</a> Behavioural brain research. 155, 249-256 (2004).</li><li>Geurts, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Knockout+rats+via+embryo+microinjection+of+zinc-finger+nucleases.">Knockout rats via embryo microinjection of zinc-finger nucleases.</a> Science. 325, 433 (2009).</li><li>Tews, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthetic+microRNA-mediated+downregulation+of+Nogo-A+in+transgenic+rats+reveals+its+role+as+regulator+of+synaptic+plasticity+and+cognitive+function.">Synthetic microRNA-mediated downregulation of Nogo-A in transgenic rats reveals its role as regulator of synaptic plasticity and cognitive function.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2013).</li><li>Li, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heritable+gene+targeting+in+the+mouse+and+rat+using+a+CRISPR-Cas+system.">Heritable gene targeting in the mouse and rat using a CRISPR-Cas system.</a> Nature. 31, 681-683 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose

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?...

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&quot;מ) כמו מנגנונים יתקיים במהלך הלמידה של מיומנות מוטורית חדשה, וכי הטווח של פעולה הסינפטי, אשר מוגדרת בין גבולות הגבלה של LTP ורוויה בע&quot;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 &#39;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.

<table><tbody><tr><td>Training box</td><td></td><td></td><td>Self Made</td></tr><tr><td>Pedestal</td><td></td><td></td><td>Self Made</td></tr><tr><td>Sugar pellets</td><td>TSE Systems Intl. Group</td><td></td><td>45 mg dustless precision pellets</td></tr><tr><td>Sprague Dawley rats</td><td></td><td></td><td>5-6 week old males</td></tr><tr><td>Laptop computer</td><td>Hewlett Packard</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Stop Watch</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Forceps</td><td>Fine Science Tools (FST)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Excel</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prism</td><td>GraphPad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Weighing scale</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Counter</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats

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.

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 &#39;שאינם לומדים&#39; או חסרי מוטיבציה וכתוצאה מכמה או נעדרו ניסיונות של אחזור גלולה מתחילת הניסוי או בדרך כלל לאבד עניי...

Watch this Scientific Journal Video about Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats at JoVE.com

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

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

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

acquisition-of-a-high-precision-skilled-forelimb-reaching-task-in-rats

Research

JoVE Journal

Behavior

10.2K Views.  University of Zurich. A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

Video: Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Assessing Forelimb Function after Unilateral Cervical SCI using Novel Tasks: Limb Step-alternation, Postural Instability and Pasta Handling

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority of the spinal cord injuries in humans occur at the cervical levels. Therefore, developing cervical injury models and developing relevant and sensitive behavioral tests is of great importance. Here we describe the use of a newly developed forelimb step-alternation test after cervical spinal cord injury in rats. In addition, we describe two behavioral tests that have not been used after spinal cord injury: a postural instability test (PIT), and a pasta-handling test. All three behavioral tests are highly sensitive to injury and are easy to use. Therefore, we feel that these behavioral tests can be instrumental in investigating therapeutic strategies after cSCI.

Three new behavioral tests (forelimb step-alternation, postural instability test, pasta handling test) for evaluating forelimb function after cervical spinal cord injury in rodents are described.

הערכת תפקוד Forelimb לאחר חד צדדי צוואר הרחם SCI באמצעות משימות רומן: שלב התחלפות גפיים, חוסר יציבות ביציבה וטיפול פסטה

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority ...

Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and retrieve food rewards positioned at a specific location, their motor performance (defined as accuracy and speed) improves progressively over time, and plateaus after persistent training. Once such reaching skill is mastered, its further maintenance does not require constant practice. Here we introduce a single-pellet reaching task to study the acquisition and maintenance of skilled forelimb movements in mice. In this video, we first describe the behaviors of mice that are commonly encountered in this learning and memory paradigm, and then discuss how to categorize these behaviors and quantify the observed results. Combined with mouse genetics, this paradigm can be utilized as a behavioral platform to explore the anatomical underpinnings, physiological properties, and molecular mechanisms of learning and memory.

Persistent practice improves the precision of coordinated movements.&#160;Here we introduce a single-pellet reaching task, which is designed to assess the learning and memory of forelimb skill in mice.&#160;

מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

A Novel Method for Assessing Proximal and Distal Forelimb Function in the Rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) Forelimb Scale

Several experimental models of cervical spinal cord injury (SCI) have been developed recently to assess the consequences of damage to this level of the spinal cord (Pearse et al., 2005, Gensel et al., 2006, Anderson et al., 2009), as the majority of human SCI occur here (Young, 2010; www.sci-info-pages.com). Behavioral deficits include loss of forelimb function due to damage to the white matter affecting both descending motor and ascending sensory systems, and to the gray matter containing the segmental circuitry for processing sensory input and motor output for the forelimb. Additionally, a key priority for human patients with cervical SCI is restoration of hand/arm function (Anderson, 2004). Thus, outcome measures that assess both proximal and distal forelimb function are needed. Although there are several behavioral assays that are sensitive to different aspects of forelimb recovery in experimental models of cervical SCI (Girgis et al., 2007, Gensel et al., 2006, Ballerman et al., 2001, Metz and Whishaw, 2000, Bertelli and Mira, 1993, Montoya et al., 1991, Whishaw and Pellis, 1990), few techniques provide detailed information on the recovery of fine motor control and digit movement.
The current measurement technique, the Irvine, Beatties and Bresnahan forelimb scale (IBB), can detect recovery of both proximal and distal forelimb function including digit movements during a naturally occurring behavior that does not require extensive training or deprivation to enhance motivation. The IBB was generated by observing recovery after a unilateral C6 SCI, and involves video recording of animals eating two differently shaped cereals (spherical and doughnut) of a consistent size. These videos were then used to assess features of forelimb use, such as joint position, object support, digit movement and grasping technique.
The IBB, like other forelimb behavioral tasks, shows a consistent pattern of recovery that is sensitive to injury severity. Furthermore, the IBB scale could be used to assess recovery following other types of injury that impact normal forelimb function.

A Novel Method for Assessing Proximal and Distal Forelimb Function in the Rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan IBB Forelimb Scale

Here we will describe a rodent behavioral assay that can detect recovery of both proximal and distal forelimb function including digit movements during a naturally occurring behavior that does not require extensive training or deprivation to enhance motivation.

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: ​​אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb

Several experimental models of cervical spinal cord injury (SCI) have been developed recently to assess the consequences of damage to this level of the ...

Neuroscience

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be time-intensive and ambiguous to quantify beyond simple success rates. Here, we describe the training procedure for reach-and-pull tasks with ETH Pattus, a robotic platform for automated forelimb reaching training that records pulling and hand rotation movements in rats. Kinematic quantification of the performed pulling attempts reveals the presence of distinct temporal profiles of movement parameters such as pulling velocity, spatial variability of the pulling trajectory, deviation from midline, as well as pulling success. We show how minor adjustments in the training paradigm result in alterations in these parameters, revealing their relation to task difficulty, general motor function or skilled task execution. Combined with electrophysiological, pharmacological and optogenetic techniques, this paradigm can be used to explore the mechanisms underlying motor learning and memory formation, as well as loss and recovery of function (e.g. after stroke).

A paradigm is presented for training and analysis of an automated skilled reaching task in rats. Analysis of pulling attempts reveals distinct subprocesses of motor learning.

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

The Structure of Skilled Forelimb Reaching in the Rat: A Movement Rating Scale

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and primates. The video describes a test situation that allows filming of repeated acts of reaching for food by the rat that has been mildly food deprived. A rat is trained to reach through a slot in a holding box for food pellet that it grasps and then places in its mouth for eating. Reaching is accomplished in the main by proximally driven movements of the limb but distal limb movements are used for pronating the paw, grasping the food, and releasing the food into the mouth. Each reach is divided into at least 10 movements of the forelimb and the reaching act is facilitated by postural adjustments. Each of the movements is described and examples of the movements are given from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation. Because the reaching act for the rat is very similar to that displayed by humans and nonhuman primates, the scale can be used for comparative purposes. from a number of viewing perspectives. By rating each movement element on a 3-point scale, the reach can be quantified. A number of studies have demonstrated that the movement elements are altered by motor system damage, including damage to the motor cortex, basal ganglia, brainstem, and spinal cord. The movements are also altered in neurological conditions that can be modeled in the rat, including Parkinson's disease and Huntington's disease. Thus, the rating scale is useful for quantifying motor impairments and the effectiveness of neural restoration and rehabilitation.

Experiments on animals were performed in accordance with the guidelines and regulations set forth by the University of Lethbridge Animal Care Committee in accordance with the regulations of the Canadian Council on Animal Care.

The skilled reaching scale divides the movement by a forelimb in a reach for food act into composite elements each of which are evaluated with a three-point scale. The rating scale is described for a normal rat and can be applied toward evaluating neurological motor disorders.

מבנה Forelimb מיומנים להגיע ב עכברוש: ​​סולם דירוג התנועה

Skilled reaching for food is an evolutionary ancient act and is displayed by many animal species, including those in the sister clades of rodents and ...

Biology

The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity largely use video analysis of reaching or food manipulation. While these tasks are easy to implement and are robust across disease models, they are subjective and laborious for the experimenter. Automating traditional tasks or creating new automated tasks can make the tasks more efficient, objective, and quantitative. Since rats are less dexterous than primates, central nervous system (CNS) injury produces more subtle deficits in dexterity, however, supination is highly affected in rodents and crucial to hand function in primates. Therefore, we designed a semi-automated task that measures forelimb supination in rats. Rats are trained to reach and grasp a knob-shaped manipulandum and turn the manipulandum in supination to receive a reward. Rats can acquire the skill within 20 &plusmn; 5 days. While the early part of training is highly supervised, much of the training is done without direct supervision. The task reliably and reproducibly captures subtle deficits after injury and shows functional recovery that accurately reflects clinical recovery curves. Analysis of data is performed by specialized software through a graphical user interface that is designed to be intuitive. We also give solutions to common problems encountered during training, and show that minor corrections to behavior early in training produce reliable acquisition of supination. Thus, the knob supination task provides efficient and quantitative evaluation of a critical movement for dexterity in rats.

This manuscript describes a semi-automated task that quantifies supination in rats. Rats reach, grasp, and supinate a spherical manipulandum. The rat is rewarded with a pellet if the turn angle exceeds a criterion set by the user. This task increases throughput, sensitivity to injury, and objectivity compared to traditional tasks.

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity ...

Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer

We describe a method to introduce na&#239;ve mice to a novel prehension (reach-to-grasp) task. Mice are housed singly in cages with a frontal slot that permits the mouse to reach out of its cage and retrieve food pellets. Minimal food restriction is employed to encourage the mice to perform the food retrieval from the slot. As the mice begin to associate coming to the slot for food, the pellets are manually pulled away to stimulate extension and pronation of their paw to grasp and retrieve the pellet through the frontal slot. When the mice begin to reach for the pellets as they arrive at the slot, the behavioral assay can be performed by measuring the rate at which they successfully grasp and retrieve the desired pellet. They are then introduced to an auto-trainer that automates both the process of providing food pellets for the mouse to grasp, and the recording of successful and failed reaching and grasping attempts. This allows for the collection of reaching data for multiple mice with minimal effort, to be used in experimental analysis as appropriate.

Method to assess the impact of training on motor skills is a useful tool. Unfortunately, most behavioral assessments can be labor intensive and/or expensive.We describe here a robotic method of assessing prehension (reach-to-grasp) skill in mice.

הערכת שליטה מיומנת בעכברים באמצעות מאמן אוטומטי

We describe a method to introduce na&#239;ve mice to a novel prehension (reach-to-grasp) task. Mice are housed singly in cages with a frontal slot that ...

Automated Rat Single-Pellet Reaching with 3-Dimensional Reconstruction of Paw and Digit Trajectories

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the behavior. Several automated versions of skilled reaching have been developed recently. Here, we describe a version that automatically presents pellets to rats while recording high-definition video from multiple angles at high frame rates (300 fps). The paw and individual digits are tracked with DeepLabCut, a machine learning algorithm for markerless pose estimation. This system can also be synchronized with physiological recordings, or be used to trigger physiologic interventions (e.g., electrical or optical stimulation).

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the behavior. We describe an automated version of skilled reaching with motion tracking and three-dimensional reconstruction of reach trajectories.

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the ...

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior

Fine motor skills are essential in everyday life and can be compromised in several nervous system disorders. The acquisition and performance of these tasks require sensory-motor integration and involve precise control of bilateral brain circuits. Implementing unimanual behavioral paradigms in animal models will improve the understanding of the contribution of brain structures, like the striatum, to complex motor behavior as it allows manipulation and recording of neural activity of specific nuclei in control conditions and disease during the performance of the task. 
Since its creation, optogenetics has been a dominant tool for interrogating the brain by enabling selective and targeted activation or inhibition of neuronal populations. The combination of optogenetics with behavioral assays sheds light on the underlying mechanisms of specific brain functions. Wireless head-mounted systems with miniaturized light-emitting diodes (LEDs) allow remote optogenetic control in an entirely free-moving animal. This avoids the limitations of a wired system being less restrictive for animals' behavior without compromising light emission efficiency. The current protocol combines a wireless optogenetics approach with high-speed videography in a unimanual dexterity task to dissect the contribution of specific neuronal populations to fine motor behavior.

In Vivo Wireless Optogenetic Control of Skilled Motor Behavior

The present protocol describes how to use wireless optogenetics combined with high-speed videography in a single pellet reach-to-grasp task to characterize the neural circuits involved in the performance of skilled motor behavior in freely moving mice.

In Vivo שליטה אופטוגנטית אלחוטית בהתנהגות מוטורית מיומנת

Fine motor skills are essential in everyday life and can be compromised in several nervous system disorders. The acquisition and performance of these ...

Assessing Dexterity with Reaching Tasks

Reaching tasks are employed in behavioral neuroscience to investigate motor learning and forelimb dexterity. Much like human hands, rodents have dexterous forepaws, which are necessary for executing coordinated and precise motor movements. Experimenters may utilize food rewards to train rodents to reach and for testing their reaching abilities. These tasks help behavioral neuroscientist in understanding how CNS injuries, such as a stroke, may impair reaching ability and dexterity in humans.
This video begins by discussing the principles and neurobiology of forelimb use in rodents, and then explains a protocol on how to conduct reaching experiments using different types of food rewards. Applications section reviews studies that involve reaching and food handling in animal models of CNS injury.

Reaching Tasks: Accessing Motor Learning and Dexterity

הערכת מיומנות בהגעה למשימות

Reaching tasks are employed in behavioral neuroscience to investigate motor learning and forelimb dexterity. Much like human hands, rodents have dexterous ...

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

הערכת תפקוד Forelimb לאחר חד צדדי צוואר הרחם SCI באמצעות משימות רומן: שלב התחלפות גפיים, חוסר יציבות ביציבה וטיפול פסטה

מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

מבנה Forelimb מיומנים להגיע ב עכברוש: סולם דירוג התנועה

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

הערכת שליטה מיומנת בעכברים באמצעות מאמן אוטומטי

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

In Vivo שליטה אופטוגנטית אלחוטית בהתנהגות מוטורית מיומנת

הערכת מיומנות בהגעה למשימות

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

הערכת תפקוד Forelimb לאחר חד צדדי צוואר הרחם SCI באמצעות משימות רומן: שלב התחלפות גפיים, חוסר יציבות ביציבה וטיפול פסטה

מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: ​​אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb

חקירת Motor מיומנות תהליכי למידה עם רובוטית Manipulandum

מבנה Forelimb מיומנים להגיע ב עכברוש: ​​סולם דירוג התנועה

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

הערכת שליטה מיומנת בעכברים באמצעות מאמן אוטומטי

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

In Vivo שליטה אופטוגנטית אלחוטית בהתנהגות מוטורית מיומנת

הערכת מיומנות בהגעה למשימות

שיטה חדשה הערכת פונקציה Forelimb הפרוקסימלית ומ דיסטלי של עכברוש: אירווין, Beatties ו Bresnahan (איב) סולם Forelimb

מבנה Forelimb מיומנים להגיע ב עכברוש: סולם דירוג התנועה