手先の器用さは、主に霊長類の特権であるため、行動タスクはマカクザルで開発されている。 4つは手の操作能力や力を測定、把握のタスクを達成し、把握、中枢神経系の損傷後の機能回復を確立するために、治療の効果をテストすることができます。
皮質脊髄(CS)管は巧みに、小さなオブジェクトを操作するために絶妙な運動能力、主に霊長類1の特権の解剖学的なサポートです。その起源(モーター皮質領域の病変)で、またはその軌道(頸髄病変)に沿って、CSの投影システムに影響を与える病変の場合には、などのいくつかの四肢麻痺や片麻痺の患者に見られる手先の器用さの劇的な損失(手の麻痺が)、ある。このような病変の後、いくつかの自発的な機能回復があるが、それは成人では非常に限られている。様々な治療戦略は、現在提案されている(例えば、細胞治療、抑制性軸索成長の分子の中和、成長因子などのアプリケーション)、主にげっ歯類で開発されている。しかし、臨床応用する前に、それはしばしば、ヒト以外の霊長類における治療の実現可能性、有効性、およびセキュリティをテストすることをお勧めします。目標は、後の手先の器用さを復元するとき、これは特にそうです中枢神経系の病変は、げっ歯類の運動系の組織としての霊長類1,2のものとは異なっている。マカクザルは、例えば運動野や頚髄の病変から生じる赤字を反映するために、霊長類で手先の器用さを定量化するために適切な行動のモデルとして、ここで図示されている、自発的な機能回復の程度と、治療が適用される場合、評価を測定するどれだけそれが機能回復を高めることができます。
手先の器用さの行動評価は、大人のマカクザルの初期トレーニングが必要な4つの別個の、補完的な、達すると把握手動タスク(ペレットを把握するために精度のグリップを使用する)、に基づいています。動物の準備が実証だけでなく、セットアップの行動に関しては、位置決めされる。典型的なサルのパフォーマンスは、各タスクのために示されています。正確な手のマニピュレータを反映し、関連するパラメータの収集と分析るだけでなく、力の制御は、説明と代表的な結果で実証されています。これらのデータは、行動データが脊髄損傷のや運動野の病変の影響を調査し、治療が比較することにより、自発的機能回復を高めることがどの程度に悪用される方法を示す、より広い文脈で、配置されていますサルの異なるグループ(例えば治療を偽対扱わ)。行動テストの利点と制限について説明します。現在の行動のアプローチは、神経系の疾患2,3の文脈における非ヒト霊長類モデルの適切さを強調する以前の報告に沿ったものです。
実験の全体的なスキームを図1に描かれている。
1。動物の準備と行動の研究室への転送
2。テスト1:修正ブリンクマンボード
追加情報:3つのデジタルビデオカメラは、オフライン処理のシーケンスを記録するために使用されていますが、ボード上の1つ、ボードの両側に1つずつ(把持を実行中に正確に指の位置を評価するために)配置されます。同じ毎日のセッション内で、目eの猿は、別のタスクを(;曜日によって分散するタスク2、および/またはタスク3および/またはタスク4のいずれか)を行うことができます。サルは1日目に右手で起動されていれば、テスト1の場合、、2日目というように左手で始まります。
3。テスト2:ブリンクマンボックス(視覚的なコントロールがある場合とない場合)
4。テスト3:回転ブリンクマンボード
5。テスト4:引き出しのタスクを達成し、把握
追加情報:次の行動の毎日のセッションでは、動物が以前のセッションの最初のテストで行いましたと手を交互に。
6。行動のセッションの終了
実行される各種テストの正確な時間的な順序は、プロトコルの形式で書かれています。
7。代表的な結果
上記で示したfour行動テストは、( 図1)子宮頸部脊髄(Fiの病変からの機能回復の調査を目的とした研究の文脈で私たちの研究室で広く使用されているグレ2A)または非存在下で、または治療の存在下で運動皮質( 図2B)、のは、自然回復12月19日を強化するために適用される。
テスト1( ブリンクマンボードを変更 )の場合、分析は2つのパラメータ( 図3、図4A)に焦点を当てている:ⅰ)最初の30秒の猿によって取得されたペレットの数によって与えられるスコアは、、縦型のスロットのために別々にカウントと水平スロット(オフライン録画したビデオシーケンスを再生することによって)、ⅱ)接触時間(CT)、指と画像のペレット(図6をも参照して、ボトムシリーズの間の接触の時間(期間)として定義)。それは、ペレットに触れないようにスロットへの最初の指(通常は人差し指)の挿入と同様の外ペレットの取得の開始の間の時間間隔です。時間間隔は、フレームのビデオシーケンスでフレームを再生することによって測定されます。 CTは、最初の5 VERTICに測定されるアルスロットと猿16から18によって目的とした最初の5つの水平スロット。スコアのグラフは、初期の訓練段階、事前に病変高原、直ちに病変後のスコアの劇的な低下(通常はゼロ)、後の病変高原に向かって進行性の(自発的)機能回復を示しています。機能回復は中央値より前の病変スコア(高原)* 100( 図3、図4A)で割った台地の中央値後の病変スコアの比で%で表されます。 CTの場合は、増加が赤字を反映して、%で表される機能の回復はプラトー* 100での中央値後の病変のCTで割った値の中央値より前の病変のCT(台地)の比です。治療後の病変の効果は、試験1に基づく実証、この研究室14,15,17から以前のレポートで詳細に説明されています。すなわち、mで訪問したスロットの時間的な順序を戦略の問題に対処することが、さらなる分析OnKeyメソッド( 図4B)。
( ブリンクマンボックス )テスト2の、スコアは、テスト1のように確立することができますが、より意味のあるパラメータは最初のスロットでのペレットのピッキングとのピッキングとの間の時間間隔として定義される"合計時間"、です。最後(20 番 )スロット( 図5)のペレット。機能回復を計算し、%で表すことができます。それは高原* 100での中央値の合計時間後の病変で割った(トレーニングフェーズの後高原)より前の病変の中央値の合計時間を使用して計算されます。
スコアも(テスト1)上記のように確立することができますが、テスト3については( 回転ブリンクマンボード )、、敏感なパラメータは、最初の10個のスロットのために測定した接触時間(CT、試験1において上記のように定義されている)、( 図6です。 )。
テスト4の(。リーチと引き出しのタスクを把握する )、セットアップCこのような試験の開始(手の割り込みパネルの前面に配置された光ビーム)、ノブに触れる手、引く引き出しの発症、引き出しの開口部の端、スロットを(時間のピックアップに入力する手のような離散的なイベントを記録し、いくつかの検出器をomprises )、スロット(ピックアウトの時間)から手を撤退。ノブの力変換器は、グリップ力(ノブを押す親指と人差し指によって発揮される)と、負荷の力を(引き出し開口部に課せられた抵抗の異なるレベルを打ち消すために、引き出しを引くために行使)を測定することができます。引き出しの開放に反対する抵抗の異なるレベルは、引き出しの奥に取り付けられた回転する電磁モータに印加される電流の強さを変えることにより得られた。セットアップは、引き出しの開口部の向きと平行に抵抗力を適用するように設計されています。引き出しのセットアップの詳細なスキームは、対応する著者へのリクエストで利用可能です。すべてのこれらのデータは、インターフェースで収集されます。NDソフトスパイク2と図7に示すように表示されます。
以前reported1 4,15のように、これらのタスクは、頚髄の病変からの自然回復が軸索再生( 図8)を促進することを目的とする特定の治療法で強化されることがありますかどうかを調査するための行動の基礎を表します。
検索のスコアとの接触時間のパラメータは、手先の器用さの異なるコンポーネントを反映している:最初のものは全体のモータのシーケンスを(に達するが、つかみ、口へのペレットの手、輸送の撤退が)、一方、二つ目が焦点を当てているが含まれていますだけ位相を把握。これら2つのパラメータが変更されたと回転ブリンクマンボードのタスクのために特に正確と相補的である。スコアはこれら二つのタスクの大部分は冗長な情報を表すのに対し、対照的に、接触時間は、のために複数のタスク固有の情報を提供します。回転ブリンクマンボードのタスクのスロット'の位置の変動、などの改良ブリンクマンボードのタスクで、その静的な位置に比べて。手の動きの自由度が閉鎖空間によって制限されているとしてブリンクマンのボックスのタスクは、2つの上記の作業とは異なります。結果として、ブリンクマンのボックス内のボード上の異なるスロットの位置は、ボックスのexiguityによる手動つかむことを、実行するために難易度の面で重要な役割を果たしている。例えば、ボックスの右側にあるスロットから手でつかんでは右横ずれの壁と干渉する。
その結果、変更されたブリンクマンボードのように30秒に制限検索スコアの評価は、あるセッションから別のセッションにかなりのばらつきを発生させる、実際にはこの制限された期間中にサルが訪れたのスロットの位置に応じてバイアスされる。このような理由から、それはinvoに、より適していますすべてのスロット(N = 20)LVEため、パラメータの合計時間が選ばれた。修正されたブリンクマンボードで、合計時間は猿のように、考慮していないかもしれない実行するスロットの数が多いために、いくつかのケース緩い動機(例えばポスト病変用)の(N = 50)。ない場合、同じ線に沿って、接触時間の分析は、変更されたブリンクマンボードの最初の5つのスロットが選択されたスロットの位置として考えられていたのに対し、少し(考慮ブリンクマンのボックスのすべてのスロットをしている取るに巻き込むないだろうこのパラメータへの影響)。それは非常に適切と情報パラメータであることが観察されたとして、そのため、ブリンクマンのボックスのために、我々は少なくとも我々の研究における運動野の病変(を受けたサルで、、合計時間を判断する最初の方法でお勧めするためのデータがありません脊髄病変サル)。それにもかかわらず、接触時間は別々にしかし、ブリンクマンボックスの、しかしすべてのtwentyのスロットを含む第二段階で考慮されるかもしれない水平および垂直スロット(図示せず)のため。
図1実験の全体的なスキーム。動物は、行動の研究室にして輸送、霊長類の椅子に動物施設から転送されます。それぞれの毎日のセッションでは、サルは、テスト1を実行します。隔日で、サルはその後、テスト2、および/または試験3、および/またはテスト4を実行します。一部のサルは、(特に動機)と同じ毎日のセッションですべてのテストを実行してもよい。フードペレット(報酬として使用される)、直径約4mmの丸い形に圧縮されている乾燥バナナやブドウ糖の粉で作られていた。すべての私たちの行動テストでは、我々はBioServ、One第八通り、スイートワン、フレンチ、NJ 08825、米国が提供する無塵精密ペレット(45 mg)を使用してください。
スロットの寸法が長い15ミリメートル、8ミリメートルWIDであるのに対し、変更されたブリンクマンボードの寸法は、長い間、140 mm幅240ミリメートルです。eと深さ6ミリメートル。回転するブリンクマンボードの板の直径は114 mmです。
図2代表者(外科)頚髄の病変(パネル、15から変更)と運動皮質(パネルB、16から変更)の(化学)病変SMI - 32染色のために処理に対応する組織切片から派生した、、 。運動野の病変の程度と位置が脳の連続した前頭葉のセクションから再構築し、上に再配置されているのに対し、頸髄病変の最大範囲は、脊髄の連続する矢のセクション(パネル)から再構築されています対応する脳半球(パネルBで赤点)の側面図。頸髄病変が一方的にメインCS路部品を中断サブ片側切断の結果、レベルC7 - C8での手術のブレードと切除に起因手の筋肉の14,15,20を制御する運動ニューロン上の背外側索で恒久、。恒久的な皮質病変は、以前は皮質内微小刺激を(ICMS、16,21,22を参照)を使用して確立された手の表現をカバーするサイトでは、イボテン酸13,16,17の注入によって製作されました。皮質病変の領土は、中心溝(パネルBに破線で区切られた領域)の吻側バンクの層IIIとVのニューロンのSMI - 32染色の突然の中断として表示されます。
図3。脊髄(図2Aに示す)の病変を受けたサルで実行される変更されたブリンクマンボードのタスク(テスト1)に由来する代表的なデータ。グラフは、縦型スロット(青いシンボル)と水平スロット(赤いシンボル)ごとに個別に、スコアを(縦軸)を示しています。黄色のシンボルはの和のためのものです与えられた日々のセッションで、垂直と水平の得点。横軸に、時間は行動のセッションの日間連続しています。縦の破線レッドライン(0日)は、病変が実行された日である。三つの異なる期間が強調表示されています:一つ目は、(黒の破線は)の高原に病変の前にパフォーマンスの高原に二番目の(青破線)、および三番目(緑の点線)、研修期間に相当するパフォーマンスを回復。データは15から変更。
図4A、図3( テスト1)と同じですが、運動皮質(図2Bに示す)の病変を受けたサルインチとの接触時間(CT、パネルB)のデータ、グラフはスコア(図3と同様の規則パネル)を示す。横軸に、時間はです行動のセッションの日間連続。縦の破線レッドライン(0日)は、病変が実行された日である。パネルBでは、各ドットは、指と1つのスロットにペレット(グレーのバーは中央値を表す各セッションのためのオリエンテーションあたり5試験)との間の接触の時間に対応しています。動物は(すぐに病変後の)タスクを実行できなかったの試験のために、CTは5秒で飽和値として現れることに注意してください。データは16,17から変更。
図4B。高原(ポスト)における回復期(回復)とポスト病変の間に、運動野(前)の病変前に、contralesional手で行わ修正ブリンクマンボードのタスクで採択された戦略の分析。各スロットの色は、一つのセッション(訪問した最初のスロットが暗い青色と暗い赤が最後に訪問したスロットによって描かれている)のサルが訪れたのスロットの順番を示している。注股関節tは、事前に病変、サルは、ボードの左側に始まり、右に向かって体系的にスキャン。リカバリ中に、順番が変更されました。高原ポスト病変では、戦略が採択されたプレ病変再登場した(左から右への体系的なスキャン)。
図5。視覚的な制御の下で作業を行うサルのためブリンクマンボックス(テスト2)由来の代表的なデータ、。縦軸は運動皮質(垂直破線)の病変の前後に実施した毎日のセッション(横軸)に沿って20のウェルを空にするために必要な合計時間です。ボックス内でアクセス可能なボリュームの大きさは1360センチメートル3(120ミリメートル* 110ミリメートル* 103ミリメートル)です。次のセッションまでの合計時間の大きいばらつきを特徴と訓練の初期段階に、注意してください。すぐに皮質病変後に、サルは、(データポイントが200秒で飽和する)タスクを実行することができませんでした。 p値は、事前に病変の中央値の合計時間(左の水平な灰色の四角形の中央)と右側の水平な灰色の四角形の中央値の合計時間の最後のセッションの後の病変(中央との間の差を統計的に有意である)。運動野の病変の体積が41.8ミリメートル3だったのに対し、機能回復の割合は89.6パーセントです。データは19から変更。
図6図 4A(パネルB)と同じ規則で、事前に病変および後の病変測定した接触時間のイラストが回転するブリンクマンボードのタスク( テスト3)から得られる代表的な結果は、(上の2つのグラフ)、、サルのために運動皮質(17から変更されたデータ)の病変を受ける。上のグラフは、時計回り("CL")RO用です基板の実装も、下のグラフは、基板の反("C - CL")回転のためであるのに対し。つの垂直灰色の矢印は、サルがcontralesional手でタスクを実行できませんでしたとの接触時間は、直ちに病変後にいくつかのセッションで無限に長いであったことを示している。図の下部にある写真のシリーズは、接触時間を(修正ブリンクマンボードと回転ブリンクマンボードの両方に有効)を測定する方法を示しています。一番左の画像は、ペレットを(人差し指とペレットの間の接触の前に100ミリ秒)が入っているスロットに近づいて手を示しています。右上の次のフレームには、接触の時点(0秒)に対応しています。その後、接触時間は、ペレットがスロットから取り出される時間のポイントに対応するフレームに到達するまで実行する時間間隔(ミリ秒)(右端のもの)として定義されています。ここで接触時間は240 msです。
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図7。リーチと把持の引き出しのタスク( テスト4)の1つの猿によって実行されたセッションから派生した代表的なデータ。
パネルには、次の3つのパラメータに対応するRAWデータは、単一の試験中にオンラインで取得:赤の負荷力、青と緑の引き出しの変位のグリップ力を。いくつかのマーカーは、タスクの間に取得された:ピッキングの時は、把持報酬の時間に相当する動物は、最初のノブに触れる時点まで引き出しとノブのタッチ(TCH)の完全な開口部全開。分析では、7カーソルが展開タスク(下の3つの水平線上の例3は灰色のカーソル)に重要な時点に配置された:1)動物によるノブのタッチにロック時間、2)グリップ力の発症; 3)最大グリップ力、4)負荷の力の発現、5)最大負荷力、6)引き出しが完全に開いているときにロックされた時、ピッキング時にロックされた7)時間。
パネルB:グリップ力(力の人差し指と親指の間にノブを把握するために使用される)と2つの図における負荷力(引き出しを開くために使用される力):タスクの実行中に記録された2つのパラメータの定量的な結果の表現:最大値(左グラフ)と傾きの値(発症から最大まで。。右のグラフ)。
抵抗の異なる5つの相対的なレベルのうち4つはここに示されています:R3 R0(0ニュートン)、(1.4 N)、R7(5 N)にR5を(2.75 N)。引き出しのつまみは、三角形と平らな形状を有している。引き出しに接続された三角形のベースは20mm測定し、上(ベースから15mm)は直径7 mmの円形の輪郭で構成されています。 、幅= 27 mmで、高さ= 45ミリメートル長さ= 50 mmの引き出し自体には、以下の寸法を持っています。
図8。頸髄病変からの機能回復の治療の可能な効果(抗眼球運動を実行-抗体)を調査するために行動試験1の使用のリマインダ(15から変更)。得点との接触時間の両方について、だけでなく、両方のスロットの向きに対して、対照抗体治療サルの群(青のシンボルであり、n = 6)抗眼球運動を、抗体治療を受けたサル(赤、シンボルのグループよりもよく手先の器用さを回復するであり、n = 7)、特に病変の大容量ボリュームの。 2つのグループは、p = 0.035(パネルA)、P = 0.022(パネルB)、P = 0.035(パネルC)とp = 0.008(パネルD)と大幅に異なる。
現在の行動のタスクは、様々な治療法をテストすることを目的と頚髄の病変にまたは運動野の病変に関連した研究の文脈でこれまでに我々の研究室で検討されているが(14,15,17および参照してくださいhttp:/を/ www.unifr.ch /神経/ rouiller >その後、トップバーメニューの"研究"を選択>"モーターシステム">"損傷後の回復")手先の器用さも側面であるとして、彼らはまた、広範なアプリケーションがあるかもしれませんそのようなパーキンソン病(MPTPのサル)など、感覚脱afferentation影響を与える固有感覚および/ またはタッチの感覚(特に視覚的なコントロールがない場合のテスト2)の場合は他の病態で検討すること。
手先の器用さに関係するとしてここで提案する行動テストは、前肢の遠位の動きのモータ制御を調査するために適しています。テストの特異性はによって示されている制御システムの関連コンポーネントを損なわない病変の場合に赤字の不在(2日間を除く):確かに、病変の場合には、手の筋肉を制御する運動ニューロンよりも尾側に配置、何赤字はありませんでした。テスト1の適切さは、おそらく細胞療法の治療17に関連して、25%の機能回復の強化によって異なるポスト病変の回復曲線の2つの時点、で撮影したビデオシーケンスを比較することによって理解することができます。
初めにいくつかの初期の、比較的短い訓練の段階(一般的には2-3ヶ月持続する)のにもかかわらず、ここで提案する行動テストは、複雑な(例えば、条件付きの)タスクに比べて、相対的に"自然"と分かりやすいですそのために猿の訓練ほぼ一年以上かかることがあります。正の強化は、通常よりcomに使用される水の欠乏よりも倫理的観点について、機密性の低い固体の食品、、に基づいているプレックスは、タスク23。安定的かつ一貫性のある結果を得るために食べ物からサルを剥奪する必要はありません。作業中に受信したペレットは、行動のセッション(ただし、追加の食べ物は、前日の午後の終わりまで与えることができる猿が先行する夜の間に食べることはないと仮定すると)の日の食べ物への最初のアクセスを表します。それは、それぞれのサルの行動の日の同じ時間でセッションだけでなく、住宅室内のグループを形成する別のサルの間に同一の順序を尊重して行うことが重要です。サルは、外部の妨害事象に敏感であるため、行動のタスクは、隣接する部屋や研究室からの潜在的な外乱ノイズをマスクする、バックグラウンドミュージックの存在下で実施されるべきである。与えられたサルは、実験の全期間中(最大最後の日々の実験的なセッションへの最初の訓練から、数ヶ月の期間ではない年な場合)することが重要それである同じ実験者の監督の下で毎日置いた。
手先の器用さを定量化するために我々の研究室で数年前から使用されて現在の行動テストでは、、最近、24から28まで文献で 報告されている手先の器用さの他のテストに匹敵ある程度です。本報告書の暫定的な目標ですが、異なる研究室間のテストを(より良い比較のため)、標準化する重大な必要性は、しかしある。オンデマンドで、試験1〜4のここに示すようなセットアップは、それらを複製するために、対応する著者により提供することができるの詳細な特性。再生医療(脊髄または大脳皮質の病変からの回復)の問題を超えて、テストの現在のパレットが調査する、通常のヒト以外の霊長類の発達の問題(器用な動きの運動発達の例:時間の経過)に対処するために適している側性化の局面(手の嗜好/優位性)とcによって解読進化の質問へ人間の被験者を含む霊長類の異なる種の運動機能をomparing。それは、タスクのパフォーマンスに影響を与える可能性があるため、装置の寸法は、霊長類の数字"のサイズ(太さと長さ)に応じて適応されるべきであることに注意してください。本研究では、テストは2.5から8歳までと、2.5〜8キロの重さ、カニクイザル猿で実施されました。人差し指の末節骨(先端)の周りは、私たちの研究に含まれているサルで22および25 mmの間であったのに対し、人差し指の長さ(ペレットを操作するために最初に使用)32〜35 mmまでの範囲、。以前の実験でテストとして、同じ把持テストは同様にアカゲザルに適しています。
全ての実験は、 実験動物の管理と利用 (1996年) のためにガイドにしたがって実施し、現地(スイス)の獣医当局によって承認された。猿上のすべての実験手順のだけでなく、動物施設における拘禁の条件は、我々の研究室から最近のレポートで詳細に記述された:リファレンス12-18を参照してください。
利害の衝突は宣言されません。
著者は、教授MEシュワブ、博士P.フロイント博士A. Wyssさん、博士S.バシル、博士A.ミール、博士J.ブロッホ、博士JF黒髪、博士J.に感謝したいと思いますAebischer、博士A.メーサーロシュ、以前の実験と解析への貢献のための博士V. Goetschman。実験的なセットアップはアンドレガイヤール、バーナードAebischerとローランMonneyすることにより構築した。ヨーゼフCorpataux、ローラン偉そうとジャックメイラード:動物施設では、サルは、プロの動物の世話の監督下に置かれた。ヴェロニクモレ(またウェブマスター)、フランソワーズティンゲリー、クリスティン配達夫、モニカBennefeld、クリスティマルティとジョーゼットフィッシャー:行動テストと分析データのほか、組織は、検査技師の非常に貴重な貢献を行った。この作品は、いいえ31〜61857.00、310000から110005、31003A - 132465(EMR)、310030から118357、31003A - 104061(TW)、310030を許可しない、スイス国立科学財団によってサポートされていました-120411(ABS)、PZ00P3_121646(ES)、ノバルティス財団、"神経可塑性と修復"に関する研究の能力のナショナルセンター(NCCR)。
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