Aquisição de um de alta precisão Skilled Membro Anterior Alcançar Task em Ratos

Resumo

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

Resumo

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.

Introdução

Controle de movimento é uma função essencial do sistema nervoso central (SNC). Motricity é a principal saída mensurável da função do SNC ea principal possibilidade para que os indivíduos interagem com o mundo externo. Compreender os princípios da função motora e os mecanismos que estão na base da aprendizagem de uma tarefa motora é atualmente um dos grandes desafios da neurociência. As alterações morfológicas, fisiológicas e moleculares foram encontrados na aquisição de uma tarefa motora nova. Por exemplo, a forma eo número de sinapses mudar em resposta ao treinamento motor hábil ^1-5, e foram observadas alterações funcionais da maquinaria sináptica após aprendizagem motora. As respostas sinápticas foram maiores nas ligações da região-representando membro anterior do córtex motor treinados em comparação com o hemisfério não treinado do mesmo animal ou para respostas dos animais não treinados ^6,7. Observações electrofisiológicas também sugerem que a potenciação de longo prazo (LTP) e longodepressão -termo (LTD) como mecanismos de ter lugar durante o aprendizado de uma nova habilidade motora, e que a faixa de operação sináptica, que é definida entre as fronteiras limitantes de LTP e saturação LTD, é modificado ^8. Além disso, demonstrou-se que os marcadores de actividade e da plasticidade que promovem a moléculas tais como c-fos, GAP-43, ou BDNF, mas também moléculas que inibem a plasticidade, tais como papéis reguladores Nogo-A exibição de plasticidade neuronal relacionada com a aprendizagem ^9-16.

Estes avanços no sentido de uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes à aprendizagem motora só poderia ser alcançado com o uso de paradigmas comportamentais que permitem o controle preciso da aquisição de uma nova habilidade motora, por exemplo, hábil membro anterior de longo alcance. Apenas uma tarefa comportamental bem estruturado permite monitorar e capturar as alterações correlativas que ocorrem ao tomar conhecimento e execução da respectiva tarefa. Aqui nós demonstrar visualmente uma versão modificada do membro anterior qualificadossingle-pellet atingindo tarefa em ratos adaptados de Buitrago et al. ¹⁷ O paradigma apresentado permite a análise da aquisição movimento dentro de uma sessão diária de treinamento (dentro de sessões), representando o componente de aprendizagem rápida e aquisição primária, bem como a aprendizagem motora hábil ao longo de várias sessões (entre as sessões) que representa a componente de aprendizagem lenta e manutenção da tarefa aprendida ^18. É importante ressaltar que este paradigma comportamental aumenta o grau de dificuldade e complexidade da tarefa de habilidade motora devido a duas características: primeiro, os ratos são treinados para virar seu eixo após cada alcance e, portanto, para realinhar seu corpo antes da próxima alcance pellet e renovar a orientação do corpo, impedindo execução do movimento constante a partir do mesmo ângulo. Em segundo lugar, os sedimentos são recuperados a partir de um poste vertical colocado em frente da gaiola. Devido ao pequeno diâmetro do post, pelotas pode facilmente ser expulso exigindo um aperto preciso para a recuperação bem sucedida e pREVENÇÃO simples puxar da pelota para o animal.

Tal teste comportamental complexo permite uma percepção mais profunda sobre os mecanismos subjacentes à aprendizagem motora. Comparado com os ratinhos, os ratos são superiores no desempenho de tarefas comportamentais complexas e portanto mais adequado para paradigmas complexos, tal como apresentado no presente estudo. Considerando as crescentes possibilidades genéticas disponível para ratos ^19,20, a combinação de métodos de ensaio comportamental precisos e bem controlados com manipulações genéticas, imagiologia e técnicas fisiológicas representa uma caixa de ferramentas poderosas para compreender melhor a base neurobiológica da aprendizagem motora e memória.

Protocolo

Todos os experimentos foram realizados de acordo com as orientações do Serviço Veterinário do cantão Zurique, Suíça.

1. Handling Animal e Habituação

1. Manejo dos animais
   Nota: 5 dias antes do início da experiência, efectuar o passo 1.1.1 diária.
   1. Para experimentos comportamentais, acostumar os animais para o experimentador. Já diária manipulação sessões com duração de 10-15 minutos por animal. Limpe a caixa após a sessão de cada animal.
      1. Inicialmente, coloque a mão do experimentador em uma gaiola permitindo que o animal para explorar e cheirar a tornar-se familiarizado com o experimentador.
      2. Em seguida, levante com cuidado o animal com a mão do experimentador de forma segura, segurando o corpo do rato entre as patas traseiras front e que permitam uma maior familiarização.
   2. Pesar cada animal diariamente para obter um peso corporal de base antes de privação de alimento.
2. Aparelho de Habituação e Familiarização Food
   1. Pesar cada animal diariamente para obter um peso corporal de base antes de privação de alimento.
   2. Iniciar a comida privando ratos 3 dias antes do início da pré-formação com uma dieta padrão de laboratório. Submeter ratos 0,05 g de alimento por 1 g de peso corporal por dia (por exemplo, um rato pesando 200 g, começar com 10 g de alimento). Certifique-se de peso corporal a não diminuir mais de 10% por dia de peso corporal por dia através da monitorização.
      1. Se vários animais são mantidos em uma gaiola, ratos dominantes podem comer mais do que as menos dominantes. No caso de o peso corporal de um animal diminui, alimentar o animal em separado, em vez de alimentação em grupo. Dê ad libitum água.
   3. Para familiarizar o rato com o aparelho de agarrar, coloque o animal na caixa de treinamento (Figura 1). Já pelotas de açúcar colocados na caixa de formação na proximidade da abertura de fenda para familiarizar o animal com os peletes de alimento. Execute esta stEP 10-15 min por dia durante 3 dias.

2. Pré-treinamento e habilidade Aprendizagem Motora

1. Pré-treinamento
   1. Um dia depois de familiarização, coloque o animal na caixa de treino e coloque a pastilha de perto para a abertura de fenda para que ele possa ser alcançado pela língua do animal. Excluir animais que recuperam pellets com sua pata dianteira durante a pré-formação
      Nota: Nesta fase, a recuperação da pelota com a língua é crucial e geralmente o método de escolha do animal. Pelotas deve ser em nenhum caso apreendido com o membro anterior até o primeiro dia de aprendizado de habilidades motoras para permitir um acompanhamento adequado da tarefa atingindo aprendido. Recuperação Pellet com o membro anterior durante a pré-formação é um critério de exclusão e é na maioria dos casos não observados.
   2. Ensina o rato ou a correr para a parte de trás da jaula e voltar para a abertura de fenda ou voltar e virar em torno do seu próprio eixo, a fim de receber a próxima pelete com comidaa lingua. Permitir que o tempo para o animal para explorar a gaiola, executar a parte de trás e voltar para a abertura de fenda. Se o animal não executar corretamente a tarefa, use uma pinça para tocar suavemente na parte de trás final da gaiola e chamar a atenção do animal. Uma vez que o animal é na parte traseira, bater suavemente em frente da gaiola para guiar o animal para a abertura de fenda.
      Nota: Uma vez que o animal atinge um valor padrão definido (por exemplo, 50 recuperações de pelotização de sucesso com a língua em menos de 15 min), o animal se qualifica para o estágio de aprendizagem de habilidades motoras. No dia 1 e 2 de pré-treinamento, os alunos já pode ser distinguido do não-aprendentes. Não-aprendentes podem ser excluídos do estudo nesta etapa. Isto diminui a probabilidade de ter um elevado número de não-formandos durante o passo de aprendizagem motora (2.2).
   3. Durante a pré-treinamento, comida privar ratos em uma dieta padrão de laboratório. Dê ad libitum água. Monitor de peso corporal por dia durante todo o estudo. FazNão use o mesmo espaço para treinar ratos machos e fêmeas. Garantir um ambiente calmo e livre de ruído para o animal.
2. Determinação de Preferência da pata e habilidade Aprendizagem Motora
   1. Durante a primeira sessão de aprendizagem de habilidades motoras, substitua a lâmina na frente da janela com um post. Coloque o açúcar pellet cerca de 1,5 cm de distância da janela sobre o post para que o animal não pode alcançar a pelota com a língua, mas apenas recuperá-lo por um membro anterior preciso alcançar e agarrar movimento.
      1. Para impor a recuperação pellet pelo membro anterior, use uma pinça para trazer suavemente o sedimento perto da boca do animal e retirar o sedimento enquanto o animal tenta consumo com a língua. Realizar esta tarefa repetidamente até que o animal se estende a pata dianteira e agarra uma pelota.
   2. Coloque o posto central para a abertura da janela. Para determinar a preferência pata, observar cuidadosamente as 10 primeiros ensaios no dia formação 1. Mais de 70% da reaching tentativas (ou seja, 7 out of 10) tem que ser executado com o mesmo membro anterior. Se isso não for alcançado, continue com outra rodada de 10 tentativas até que o limite de 70% seja alcançado.
   3. Após a determinação preferência pata, mudar o posto para o membro anterior preferida e alinhar central para a borda da abertura da janela. Alinhamento da pata preferidos significa o contrário de pós é deslocado para o respectivo pata para permitir um ângulo óptimo para alcançar (Figura 1B, C).
   4. Classificar um julgamento, definido como um novo pellet apresentado ao animal, tão bem sucedido (alcançar, agarrar, recuperar e comer o sedimento), queda (chegar, segure e perder sedimento durante a recuperação) ou não (pellet bater no poste). Anote todas as provas em sua folha e analisar os dados após o experimento.
   5. Realizar uma sessão diária que consiste de um número definido de ensaios (por exemplo, 150) ou um tempo máximo (por exemplo, 1 hora) para cada animal.
   6. Investigar precisão e ajuste finodo movimento por meio de análise primeira tentativa. A primeira tentativa é definida por agarrando do sedimento em um único movimento monolítico sem interrupção, hesitação ou repetição de componentes de movimento individuais. Observar cuidadosamente cada aperto pelo rato.
      1. Se o rato hesita ou se retrai durante um alcance ou tentativas de várias tentativas de compreender corretamente o pellet, observe o respectivo julgamento como sucesso, mas não primeira tentativa. Se o animal agarra com sucesso o sedimento em um único alcance monolítico, anote o respectivo julgamento como primeira tentativa bem sucedida em uma coluna separada em sua folha.
   7. Durante o aprendizado de habilidades motoras, comida privar ratos em uma dieta padrão de laboratório. Dê ad libitum água. Monitor de peso corporal por dia durante todo o estudo.

Resultados

Aquisição de habilidades motoras sucesso só é alcançado através da prática consistente. Apesar cuidadosa consideração de todos os aspectos, alguns ratos não saiba a tarefa (Figura 2). Estes "não-aprendentes ou falta de motivação, resultando em poucas ou inexistentes as tentativas de recuperação de pellet a partir do início da experiência ou geralmente perdem o interesse em alcançar para as pelotas que levam à continuamente tentativas fracassadas. Por outro lado, alguns animais ap...

Discussão

O paradigma mostrado neste estudo é adaptado de Buitrago et al ¹⁸ e difere do sedimento clássica único atingindo paradigma ¹⁷ principalmente em dois aspectos.:

Em primeiro lugar, estudar melhoria dentro de sessões permite a análise da tarefa aprendida dentro de um único dia, o que pode fornecer um nível diferente de informação, tais como investigação da componente de aprendizagem rápido em comparação com a componente de aprendizagem lento represen...

Materiais

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
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