마우스의 단일 펠릿 도달 작업을 통한 학습 연구 모터 기술

요약

지속적인 연습은 조정 움직임의 정밀도를 향상시킨다. 여기에서 우리는 생쥐의 학습과 앞다리의 메모리 기술을 평가하기 위해 설계된 단일 펠릿 도달하는 작업을 소개합니다.

초록

에 도달하고 검색 개체가 앞다리에 정확하고 조정 된 모터의 움직임을 필요로합니다. 마우스를 반복적으로 파악하고 지속적인 훈련 후 음식의 특정 위치에 위치 보상 (정확성과 속도로 정의) 자신의 모터 성능이 시간이 지남에 따라 점진적으로 향상 및 고원를 검색하는 훈련을합니다. 이러한 도달 기술을 마스터하면, 그 또한 유지 보수는 지속적인 연습을 필요로하지 않습니다. 여기에서 우리는 쥐에서 통상의 지식을 가진 앞발의 움직임의 취득 및 유지 관리를 연구하는 단일 펠릿 도달하는 작업을 소개합니다. 이 비디오에서는, 우리는 먼저 일반적으로이 학습과 기억의 패러다임에서 발생하는 생쥐의 행동을 설명하고 이러한 행동을 분류하고 관찰 결과를 정량화하는 방법에 대해 설명합니다. 마우스 유전학과 결합하여,이 패러다임은 해부학 적 토대, 생리 학적 특성 및 학습과 기억의 분자 메커니즘을 탐구하는 행동 플랫폼으로 활용 될 수있다.

서문

기전 학습과 기억을 이해하는 것은 신경 과학에서 가장 큰 문제 중 하나입니다. 이전에 배운 운동 능력의 보유는 모터 메모리 ^1로 간주되는 반면 모터 시스템, 관행에 새로운 모터 기술의 획득은 종종, 운동 학습으로 불린다. 새로운 모터 기술을 학습하는 것은 일반적으로 시간이 지남에 따라 원하는 모터 성능 개선에 반영되어 모터 기술이 완벽하거나 만족스럽게 일치되는 어느 지점까지. 대부분의 경우, 취득한 모터 메모리에서도 연습 부재에서 장시간 지속 할 수있다. 인간에서는, 양전자 방출 단층 촬영 (PET), 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)를 이용한 뇌 영상 연구는 ^{2-4 학습} 운동 기능의 획득 단계 동안 일차 운동 피질 (M1) 액티비티 변경 및 M1 활성의 일시적인 간섭 기준을 도시 한 저주파 경 두개 자기 자극은 signi로 연결ficantly 모터 행동 개선 ^5의 유지를 방해. 이와 유사하게, 쥐의 앞다리 별 교육은 ^{6 학습} 운동 기능의 후반 단계에서 훈련 앞다리에 M1의 반대편에있는 C-FOS 활동과 시냅스 / 신경 세포의 비율이 모두 증가 예시, M1에 기능과 해부학 적 가소성을 유도한다. 또한, 유사한 교육 패러다임은 또한 쥐가 작업 ^7을 획득 한 후 감소 된 장기 증강 (LTP) 및 향상된 장기적인 우울증 (주)의 결과로, 계층에게 교육을 앞다리에 해당하는 반대측 M1의 2 / 3, 수평 연결을 강화한다. 이러한 변형은 시냅스 그러나 훈련되지 앞다리 또는 뒷다리 ^8에 대응 M1 피질 영역에서 관찰되지 않는다. M1이 행정을 통해 손상된 경우 또는, 앞다리 특정 모터 기술 ⁹ 극적인 결함이 있습니다. 모터 행동 연구의 대부분은 인간, 원숭이에서 수행되었지만의, 쥐 ^{2-8,10-17는,} 마우스는 그것의 강력한 유전학과 저렴한 비용으로 매력적인 모델 시스템이됩니다.

단일 펠릿에 도달 작업 : 여기서 우리는 앞다리 특정 모터 기술 학습 패러다임을 제시한다. 이 패러다임에서는, 마우스는 고정 된 위치, 양궁, 다트 던지기, 인간에서 촬영 농구 학습 유사한 동작에 위치 음식 펠릿 (기장 씨앗을) 파악하고 검색하는 좁은 슬릿을 통해 자신의 앞발을 확장하는 훈련을하고 있습니다. 이 도달하는 작업은 마우스와 쥐 ⁽¹⁸⁾ 사이 유사한 결과를 보여 이전의 쥐 연구에서 수정되었습니다. 두 광자 두개의 영상을 사용하여, 우리의 이전 작업이 훈련 기간 동안 시간에 돌기 쪽 (대부분의 흥분성 시냅스에 대한 시냅스 구조)의 역학을 따랐다. 우리는 하나의 훈련은 훈련 앞다리의 운동 피질의 반대측에있는 피라미드 신경 세포에 새로운 돌기 쪽의 급부상을 주도 것으로 나타났습니다. 에스같은 도달하는 작업의 ubsequent 훈련은 우선적으로 훈련이 ^{19 일 종료} 후에도 오랫동안 지속되는, 이러한 학습에 의한 척추를 안정화. 작업에 도달 직렬 실행 및 (파스타 취급 작업, 즉) 다른 앞다리 특정 모터 작업 과정에서 형성된 쪽이 ^{20 클러스터되지} 않은 반면 또한, 작업에 도달 반복하는 동안 등장 쪽은 수상 돌기를 따라 클러스터 경향이 있었다.

본 비디오에서 우리는 초기 음식 부족에서 형성에 단계적으로이 행동 패러다임의 설정을 설명하고, 모터 훈련. 우리는 또한이 패러다임 행동을 실행하는 과정에서 마우스의 일반적인 동작을 기술하는 방법과 이러한 동작은 분류 및 분석한다. 마지막으로, 우리는 학습 패러다임을 실천하기 위해 필요한 예방 조치 및 데이터 분석 중에 발생 될 수있는 문제에 대해 설명합니다.

프로토콜

이 논문에 기술 된 실험은 캘리포니아 대학 산타 크루즈 기관 애니멀 케어 및 사용위원회에 의해 명시된 지침과 규정에 따라 수행되었다.

1. 설치 프로그램은 (또한 자료 목록 참조)

1. 식품 알약으로 기장의 씨앗을 사용합니다.
2. 3 개의 수직 슬릿 ( '형성'가장자리에 슬릿을 포함하는 맞춤 명확한 플렉시 교육 실 (플렉시 0.5 cm의 두께와 외부에서 측정, 15cm 깊이 20 ㎝ 높이, 8.5 cm 폭)를 사용, 반대 '훈련'가장자리에 두 개의 슬릿). 수직 슬릿은 0.5 cm 폭 13 ㎝ 높이 및 상자의 전면 벽에 위치 할 수 있어야한다 : 중앙에, 왼쪽 및 오른쪽 (그림 1A)에 대한 것입니다.
3. 성형 세션 동안 사용 된 종자를 개최 기울어 진 트레이를 사용합니다. 트레이는 3 개의 유리 슬라이드 (그림 1B)에서 사용자 정의 할 수있다.
4. Prepa식품 플랫폼 재 (8.5 cm, 길이 4.4 cm, 폭 0.9 cm 높이). 이 음식의 플랫폼은 훈련 기간 동안 훈련 챔버 (트레이너 직면) 전면에 배치됩니다. 위치 결정 씨앗 좌측 한 슬롯 및 오른쪽에 다른 슬롯 식품 플랫폼이 디봇 슬롯이있다. 디 보트는 긴 가장자리에서 0.3 cm, 폭 가장자리 (그림 1C)에서 2.4 cm입니다. 좌우 디봇 슬롯 마우스 트레이닝 챔버 내의 좌우 슬릿에 대응하고 지배적 앞다리의 훈련을 위해 사용된다. 이러한 디봇 슬롯을 갖는 목적은 시드가 도달 각 시도에 대한 동일한 장소에서 일관되게 배치되도록하는 것이다.
5. 세션은 손에 집게의 쌍, 무게를다는 가늠자, 스톱워치를 가지고시.

2. 음식 박탈 (2 일)

1. 음식 부족하기 전에 기준 체중을 얻기 위해 각 마우스의 무게를.
2. 체중을 시작하는 2 일 동안 쥐를 식품 제한손실. 일반적인 출발점으로, 마우스는 하루에 음식 1g 당 체중 (예 : 15g 무게 마우스는, 우리가 일반적으로 음식의 1.5 g로 시작)의 0.1 g이 제공됩니다. 초기 체중, 체중, 성별, 및 쥐의 나이의 레이트에 기초하여 음식의 양을 조정한다. 체중은 성형 단계에서 좀 더 계속 감소 할 수 있지만, 이러한 감소 된 체중 (즉 ~ 원래 기준 중량의 90 %)는 훈련 (도 2A 및 2B) 전반에 걸쳐 유지되어야한다. 마우스의 체중을 유지하기 위해 필요한 음식의 양은 전형적으로 사용 제한 량과 동일하다.

3. 쉐이핑 (3-7 일)

1. 그룹 서식지 적응 (1 일) : 같은 시간에 훈련을 실​​에 두 쥐를 넣어. 자신의 소비를 위해 챔버 내부에 약 20 씨 / 마우스를 놓습니다. 마우스는 20 분 동안 챔버 내에서 유지하고 자신의 집에 다시 넣을 수 있도록 허용케이지.
2. 개별 서식지 적응 (2 일) : 개별적으로 교육 실에 단계 3.1에서와 동일한 설정하지만, 장소 마우스. 그룹 및 개별 서식지 적응의 목적은 교육 실 및 기장 씨앗을 모두 잘 알고 쥐를 얻을 수 있습니다.
3. 앞다리 지배력의 결정 (이상 3 일 이상) : 아래 (그림 1D)를 직면하고있는 교육 실의 단일 슬릿면을 넣습니다. 씨앗 식품 트레이를 기입하십시오. 후드가 마우스에 씨앗 액세스하도록 훈련 챔버의 전방 벽에 트레이 누른다. 개별적으로 케이지에 마우스를 놓습니다. 그들은 음식 쟁반에있는 씨앗에 충분히 관심이 있다면, 그들은 내부의 종자를 얻을 수있는 슬릿을 경작한다. 그들은 그 씨앗을 선택하고이를 소비합니다. 다음의 기준을 모두 충족하는 경우 '쉐이핑은'완성 된 것으로 간주됩니다 : 1) 마우스는 20 분 내에 20에 도달하는 시도를 실시하고, 2) 70 % 이상에 도달는 P입니다하나의 앞다리와 erformed.

주의 사항 :

1. 마우스가 챔버에 씨앗을 얻기 위해 혀를 사용하는 경우, 약간의 슬릿에서 다시 트레이를 이동합니다. 도달 거리의 증가는 씨앗을 얻기 위해 혀를 사용하여 마우스를 낙담하기 때문에 그것의 앞다리가 도달 용이하게한다.
2. 마우스가 일주일 이내에 형성 완료 할 수없는 경우, 실험에서 놓습니다.

4. 교육 (8 + 일)

1. 아래 (그림 1E)를 직면 교육 실의 이중 슬릿면을 넣습니다.
2. 개별적으로 새장에 마우스를 놓습니다. (즉, 오른 손잡이 마우스, 마우스의 오른쪽에 슬릿을 사용) 선호하는 발에 해당하는 잔디에 음식 플랫폼에서 개별 씨앗을 넣어.
3. 마우스에 도달하는 행동을 관찰하고 다음과 같은 범주에 따라 점수 :
   1. 성공 : 마우스를 선호하는 발, 파지 및 R에 도달씨앗을 etrieves, 그 입에 공급한다.
   2. 드롭 : 마우스를 선호하는 발에 도달 씨앗을 파악, 그러나 그것의 입에 넣기 전에 삭제합니다.
   3. 페일 : 마우스 시드 향해 바람직한 앞발로 도달하지만 시드를 그리워 또는 지지판으로부터 떨어져 노크 하나.
4. 하루 선호 사지 또는 (어떤 것이 든 먼저 오는 것) 20 분의 30에 도달 시도를 쥐를 훈련.
5. 훈련 후 다시 자신의 홈 케이지에 마우스를 놓고 매일 음식의 양을 제공합니다.

주의 사항 :

1. 일부의 경우, 마우스는 음식 플랫폼에 배치 된 시드가없는 경우에도 도달한다. 이러한 도달는 "인 - 헛된 도달"로 간주되어 도달하는 시도의 총으로 계산되지 않습니다. "에 - 헛된 도달"을 억제하기 위해 기차 마우스는 다음 씨앗을하기 전에 다시 교육 실의 다른 쪽 끝으로 걸어. 유사한 전략은 쥐에 사용 된유사한 행동 작업 ^21의. 마우스는 때로는 씨의 존재 nonpreferred 발에 도달합니다. 이 도달 '는 반대측에 도달'로 간주하고 하나 도달의 총 수에 반영되지 않습니다.
2. ,주기 리듬의 변동에 의한 행동의 변화를 제한 마우스 정상 깨어있는 시간 동안, 하루 중 같은 시간에 모두 형성 및 교육 세션을 수행 할 수 있습니다.
3. 때문에 다른 트레이너 행동 변화를 방지하기 위해, 같은 사람이 실험을하는 동안 같은 쥐를 훈련해야합니다.
4. 마우스의 관심이 행동 테스트에 대한 중요합니다. 환경 교란을 최소화하기 위해 별도의 조용한 방에 쥐를 훈련.
5. 마우스가 30 개 이상으로 훈련 될 수는 매일 (예 : 50에 도달)에 도달. 도달하는 시도의 수를 증가시키는 것은 가능 동일한 트레이닝 세션 내 행동 개선을 검토 할 수있다.

5. DAT정량

교육 다음 마우스 동작을 정량화하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 두 개의 가장 똑 바른 앞으로 분석은 다음과 같습니다 :

1. 성공률 = 백분율로 표시 총 도달 시도에 성공적으로 도달. 드롭 실패 비율은 같은 방법으로 그릴 수 있습니다.
2. 시간으로 나눈 성공한 시도의 성공 = 수의 속도는 분당 성공적으로 도달을 제시했다. 성공률 고원을 달성한다하더라도 대부분의 경우 성공의 속도가 지속적으로 증가.

결과

학습 곡선 :

모터 기술의 숙달은 종종 시간이 지남에 지속적인 연습이 필요합니다. 전형적인 평균 학습 곡선은 두 단계로 구성되어 성공률이 점차 향상되고 성공률 고원 (도 2c)에 도달하기 통합 위상 초기 획득 페이즈되는 동안. 다른 생쥐 고원 레벨에 도달하는 일이 다른 수를 취해, 개인의 학습 곡선은 일반적으로 보통 한처럼 매끈하지 않은; 개성적 쥐의 학습 곡...

토론

형성 단계의 중요성 :

마우스는 새로운 환경 ^{(21, 22)에서} 훈련을위한 때문에 알 수없는 환경에서되는 증가 불안, 일반적으로 어렵다. 이 때문에, 성형의 목적은 훈련 챔버와 생쥐 익숙해이다 트레이너 (즉, 자신의 불안 수준을 감소), 및 작업 조건 (즉, 음식 소스로 시드를 식별하는). 성형의 또 다른 목표는 미래의 교육에 대한 개별 생쥐의 선호 사지를 결정?...

자료

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