Исследование двигателя навык Обучение на Single-гранул Достижение Задачи у мышей

Резюме

Стойкая практика улучшает точность координированных движений. Здесь мы вводим одного гранул идущие задачи, которая предназначена для оценки обучения и памяти из передних конечностей мастерство у мышей.

Аннотация

Достижение и извлечение объекты требуют точных и скоординированных движений двигателя в передней конечности. Когда мышей неоднократно обучены понять и получить продовольственные награды, расположенных в определенном месте, их производительность двигателя (определяется как точность и скорость) улучшает постепенно с течением времени, и плато после упорных тренировок. Как только такая достижения умение освоено, его дальнейшее обслуживание не требует постоянной практики. Здесь мы вводим одного гранул идущие задачи для изучения приобретению и сохранению квалифицированных движений передних конечностей у мышей. В этом видео, мы сначала описать поведение мышей, которые обычно встречаются в этой обучения и памяти парадигмы, а затем обсудить, как классифицировать эти поведения и количественно наблюдаемые результаты. В сочетании с генетикой мыши, эта парадигма может быть использован в качестве поведенческой платформой для изучения анатомических основ, физиологические свойства и молекулярные механизмы обучения и памяти.

Введение

Понимание механизмов, лежащих обучения и памяти является одним из самых больших проблем в области неврологии. В двигательной системы, приобретение новых двигательных навыков с практикой часто называют в качестве моторного обучения, в то время как сохранение ранее изученных двигательных навыков рассматривается в качестве моторного памяти ^1. Изучение нового двигательного навыка обычно отражается в улучшении желаемой производительности двигателя в течение долгого времени, до точки, когда двигательных навыков либо совершенного или удовлетворительно последовательной. В большинстве случаев, приобрела моторная память может сохраняться в течение длительного периода времени, даже в отсутствие практики. У людей, нейровизуализации исследования с использованием позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ), показали, что основной двигательной области (M1) изменения активности во время фазы приобретения двигательного навыка обучения ^2-4, и временное нарушение деятельности М1 по низкочастотный транскраниальная магнитная стимуляция приводит к СИГВВПficantly нарушается сохранение улучшение поведения двигателя ^5. Точно так же, передних конечностей-специальная подготовка у крыс вызывает функциональное и анатомическое пластичность в M1, примером которых может служить увеличению как с-ФОС деятельности и отношение синапс / нейрона в контралатеральной M1 к подготовленным передних конечностей во время поздней фазы двигательного навыка обучения ^6. Кроме того, подобная подготовка парадигма также укрепляет уровня 2/3 горизонтальных связей в противоположной М1, соответствующие тренированного передних конечностей, что приводит к снижению долгосрочного потенцирования (LTP) и повышения долгосрочного депрессии (ООО) после крысы приобрести задач ^7. Такое синаптической модификации, однако, не наблюдается в областях коры М1, соответствующих неопытного передней конечности или задних конечностей ^8. Альтернативно, когда M1 поврежден через инсульта, есть драматические недостатки в передних конечностей конкретных двигательных навыков ^9. В то время как большинство автомобильных поведенческих исследований были проведены на люди, обезьяныс, и крысы ^2-8,10-17, мыши стать привлекательной моделью системы из-за его мощных генетики и низкой стоимости.

Здесь мы представляем передних конечностей конкретных мотор-умение обучения парадигму: один-гранул достижении задач. В этой парадигме, мыши обучаются расширить свои передние конечности через узкую щель, чтобы понять и извлечь пищевые гранулы (семена проса), расположенных на фиксированном месте, поведения, аналогичного обучения стрельба из лука, дартс бросанием и съемки баскетбольные мячи в человека. Это достижение задача была изменена из предыдущих исследований крыс, которые показали схожие результаты между мышей и крыс ^18. Использование транскраниальной визуализации двухфотонную, наша предыдущая работа вслед за динамикой дендритных шипиков (постсинаптические структуры для большинства возбуждающих синапсов) в течение долгого времени в течение этого обучения. Мы обнаружили, что один сеанс обучения привело к быстрому появлению новых дендритных шипиков на пирамидальных нейронов в моторной коре, контралатеральный тренированного передних конечностей. Subsequent обучение той же идущей задачи преимущественно стабилизировалась эти учебные вызванной шипами, которые продолжалась еще долгое время после тренировки прекращены ^19. Кроме того, шипы, которые возникли во время повторов достижения задачи, как правило, группируются вместе дендритов, в то время как шипы, образованные во время выполнения тандем достижения задачи и другой передних конечностей конкретных двигателя задачи (т.е. задачи обработки паста) не кластер ^20.

В настоящем видео, мы опишем шаг за шагом настройки данного поведенческого парадигмы, от начального пищевой депривации на формирование и подготовку двигателя. Мы также описываем общие поведение мышей в процессе выполнения этой поведенческой парадигмы, и как это поведение классифицированы и проанализированы. Наконец, мы обсуждаем меры предосторожности, необходимые на практике такой обучения парадигму и вопросы, которые могут возникнуть во время анализа данных.

протокол

Эксперименты, описанные в этой рукописи были проведены в соответствии с руководящими принципами и правилами, установленными в Университете Калифорнии, Санта-Крус Уходу за животными и использованию комитета.

1. Настройка (см. также список Материалы)

1. Используйте семена проса в качестве пищевых гранул.
2. Используйте на заказ четкое учебный Оргстекло камеру (20 см высотой, 15 см в глубину, и широкий 8,5 см, измеряется от снаружи, с толщиной оргстекла 0,5 см), который содержит три вертикальные разрезы (одна щель на "Формирование" края, и две прорези на противоположной 'подготовки' краю). Вертикальные щели должны иметь ширину 0,5 см и 13 см в высоту и расположены на передней стенке коробки: в центре, на левой стороне, а на правой стороне (фиг. 1А).
3. Используйте наклонную лоток для хранения семян, используемые во время формирующих сессий. Лоток может быть на заказ из трех предметных стеклах (рис. 1В).
4. Prepaповторно пищевой платформы (длина 8,5 см, ширина 4,4 см, и 0,9 см в высоту). Эта пища платформа находится на передней стороне (обращенной к тренеру) учебного камеры во время учебных занятий. Есть два слота Дерна на пищевой платформы для семян позиционирования, один слот слева, и другой слот на правой стороне. В дерн являются 0,3 см от длинного края и 2,4 см от ширины края (рис. 1в). Левый и правый слоты Divot соответствуют левой и правой щели в учебном камере мыши и используются для подготовки доминирующих передних конечностей. Целью иметь эти пазы дерн, чтобы гарантировать, что семена помещают последовательно в одном месте для каждого идущие попытки.
5. Во время сессии нас в руках пару щипцов, весы и секундомер.

2. Лишение пищи (2 дня)

1. Взвешивание каждой мышью для получения базового веса тела до лишения пищи.
2. Пищевая ограничить мышей в течение 2 дней, чтобы начать массы телапотеря. В качестве общего отправной точки, мыши приведены 0,1 г питание на 1 г массы тела в день (например, мышь весом 15 г, мы обычно начинают с 1,5 г пищи). Отрегулируйте количество пищи на основе базового веса, скорости потери веса, пола и возраста мышах. В то время как вес тела может продолжать уменьшать немного больше на этапе формования, такие уменьшается масса тела (т.е. до 90% от первоначального исходного веса) следует поддерживать в течение обучения (фиг.2А и 2В). Количество пищи необходимо для поддержания массы тела мышки, как правило, такой же, как количества, используемого в ограничении.

3. Shaping (3-7 дней)

1. Акклиматизация Группа обитания (день 1): Положите две мыши в учебный камере в то же время. Поместите около 20 семян / мышь внутри камеры для их потребления. Разрешить мыши, чтобы остаться в камере в течение 20 мин, а затем положить их обратно в их домклетка.
2. Индивидуальный акклиматизации обитания (День 2): То же настройки, что и в шаге 3.1, но место мышей в учебном камеры индивидуально. Цель групповой и индивидуальной среды обитания акклиматизации, чтобы получить мышей знакомый как с учебной камере и семян проса.
3. Определение передних конечностей доминирования (День 3 и выше): Поместите одной щели сторону подготовки камеры, обращенной вниз (рис. 1D). Заполните лоток питания с семенами. Нажмите пищи лоток против передней стенки учебного камеры, чтобы позволить семена доступными для мыши. Наведите мышей в клетку в отдельности. Если они достаточно заинтересованы в семенах, расположенных на пищевой лоток, они будут пахать через щель, чтобы получить семя внутри. Затем они подберут семена и истребил их. "Формирование" считается законченным, когда оба из следующих критериев: 1) мышь проводит 20 идущие попытки в течение 20 мин, и 2) более 70% достигает являются рerformed с одной передней лапы.

Примечания:

1. Если мышь использует свой язык, чтобы получить семена в камеру, переместите лоток из щели слегка. Увеличение достижении расстояния препятствует мышь, чтобы использовать свой язык, чтобы приобрести семена и тем самым способствует его передних конечностей достижения.
2. Если мышь не может закончить формирование в течение недели, поместите его из эксперимента.

4. Обучение (8 + дней)

1. Поместите двухщелевой сторону подготовки камеры, обращенной вниз (рис. 1д).
2. Поместите мышей в клетке индивидуально. Положите отдельные семена на продовольственном платформы в дерн, соответствующей предпочтительному лапы (т.е. для правшей мышь, использовать щель на правой стороне мыши).
3. Соблюдайте мыши идущие поведение и оценка в соответствии со следующими категориями:
   1. Успех: Мышь достигает с предпочтительным лапой, захватывает и гetrieves семя, и подает его в рот.
   2. Бросьте: Мышь достигает с предпочтительным лапой, захватывает семена, но бросает его, прежде чем положить его в рот.
   3. Сбой: Мышь достигает с предпочтительным лапы к семени, но это либо не попадает в зерно или стучит его от удерживающей пластины.
4. Поезд мышей в течение 30 идущих покушений на предпочтительном конечности или 20 мин (что наступит раньше) в день.
5. Поместите мышей обратно в родную клетку после тренировки и обеспечить ежедневное квант пищи.

Примечания:

1. В некоторых случаях мышей достигать даже тогда, когда нет семена помещают на пищевой платформы. Такие достигает считаются "в-напрасно достигает" и не засчитывается в общее количество идущих попыток. Чтобы препятствовать "в-напрасно достигает", поезд мышей идти назад к другому концу учебного камере перед размещением на следующий семя. Аналогичный подход был использован в крысыс для подобного поведения задачи ^21. Мыши иногда также достичь с nonpreferred лапой в присутствии семени. Эти достигает считаются 'контралатеральные достигает' и не учитываются в общей численности течении либо.
2. Чтобы ограничить поведенческие изменения в связи с колебаниями суточного ритма, выполнять все Формирование и тренинги в то же время суток, во время обычных бодрствования для мышей.
3. Чтобы избежать поведенческого изменения из-за различных тренеров, убедитесь, что тот же самый человек тренирует же мышей в течение всего эксперимента.
4. Внимание мышей является критическим для этого поведенческого теста. Поезд мышей в отдельном и тихой комнате, чтобы минимизировать экологический возмущение.
5. Мыши могут обучаться с более чем 30 достигает в день (например, 50 достигает). Увеличение количества попыток идущими делает возможным исследовать поведенческие улучшение в пределах одной тренировки.

5. ДатКоличественное

Есть много способов, чтобы количественно поведение мыши после обучения. Два наиболее прямолинейные анализы:

1. Успех ставки = успешные достигает более общего идущие попытки, представленные в процентах. Выпадение и недостаточность ставки могут быть построены таким же образом.
2. Скорость успеха = количество успешных попыток разделенных по времени, представлены как успешные достигает в минуту. В большинстве случаев скорость успеха продолжает увеличиваться, даже когда вероятность успеха достигает плато.

Результаты

Обучение кривая:

Мастерство в двигательного навыка часто требует существующей практики с течением времени. Типичный среднем кривая обучения состоит из двух фаз: начальная фаза приобретения, в течение которого уровень успеха улучшает постепенно, и спустя этап консолидац...

Обсуждение

Важность формирования фазы:

Из-за повышенной тревожности от находясь в незнакомой обстановке, как правило, трудно для мышей обучаться в новой среде ^21,22. Таким образом, цель формирования является ознакомление мышей с учебной камере, тренер (т.е. уменьшить их уров?...

Материалы

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