Приобретение высокоточного квалифицированный передних конечностей идущей задачи у крыс

Резюме

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

Аннотация

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.

Введение

Контроль Движение основных функций центральной нервной системы (ЦНС). Моторики является основным измеримое выход функции ЦНС и главным возможность для людей, чтобы взаимодействовать с внешним миром. Понимание принципов двигательной функции и механизмы, которые лежат в основе изучение двигательной задачи является в настоящее время одним из самых больших проблем в области неврологии. Морфологические, физиологические и молекулярные изменения были найдены при приобретении нового двигателя задачи. Например, форма и число синапсов изменяются в ответ на квалифицированной подготовки ^1-5 двигателя, и наблюдались функциональные изменения синаптической техники после изучения двигателя. Synaptic ответы были выше в соединениях передних конечностей, представляющих области тренированного моторной коры по сравнению с неподготовленных полушарии и того же животного или к ответах неподготовленных животных ^6,7. Электрофизиологические наблюдения также показывают, что долгосрочное потенцирование (LTP) и долгосрочной-ной депрессия (LTD), как механизмы состоится во время обучения новой двигательного навыка, и что в диапазоне синаптической работы, который определяется между предельными границами LTP и LTD насыщения, изменяется ^8. Кроме того, было показано, что маркеры активности и пластичности, способствующие молекулы, такие как С-FOS, GAP-43, или BDNF, но также пластичности ингибирующих молекул, таких как Nogo-дисплея нормативных ролей обучения, связанных с нейронной пластичности ^9-16.

Эти достижения в направлении лучшего понимания механизмов, лежащих в основе двигателя обучения может быть достигнута только при использовании поведенческих парадигм, которые позволяют точно контролировать приобретение нового двигательного навыка, например, опытный передней конечности идущего. Только хорошо структурирована поведенческая задача позволяет контролировать и захватить коррелятивные изменения, которые происходят на обучение и выполнение соответствующей задачи. Здесь мы визуально продемонстрировать модифицированную версию опытного передних конечностейодного осадок достижении задача у крыс, адаптированных из Буитраго др. ¹⁷ Представленные парадигмы позволяет проводить анализ приобретения движение в ежедневной тренировке (в сессии), представляющий быстрый компонент обучения и первичного приобретения, а также квалифицированную обучения двигателя в течение нескольких сессий (между-сессии), представляющий медленную составляющую обучения и технического обслуживания узнал задачи ^18. Важно отметить, что это поведенческая парадигма увеличивает степень сложности и сложности двигательных навыков задачи из-за двух особенностей: во-первых, крысы обучаются развернуться своей оси после каждого хватки и, таким образом, чтобы выровнять свое тело до следующей гранул досягаемости и возобновить Ориентация тела, предотвращая выполнение постоянное движение под тем же углом. Во-вторых, гранулы извлекаются из вертикального столба, помещенного в передней части клетки. Из-за небольшого диаметра сообщению, гранулы могут быть легко стартовал требующих точного понимание для успешного поиска и рreventing просто вытягивать осадку по отношению к животным.

Такой комплекс поведенческих тестирование позволяет глубже понять механизмы, лежащие в основе двигателя обучения. По сравнению с мышами, крысы превосходят в их исполнении сложных поведенческих задач и, таким образом, лучше всего подходит для сложных парадигм, как представлено в данном исследовании. Учитывая возрастающие возможности генетические доступны для крыс ^19,20, сочетание точных и хорошо контролируемых методов тестирования поведения с генетическими манипуляциями, изображений и физиологических методов представляет собой мощный набор инструментов, чтобы лучше понять нейробиологические основы двигательной обучения и памяти.

протокол

Все эксперименты были проведены в соответствии с руководящими принципами ветеринарного бюро кантона Цюрих, Швейцария.

1. Животное Обращение и Привыкание

1. Животное Обращение
   Примечание: за 5 дней до начала эксперимента, выполнить шаг 1.1.1 ежедневно.
   1. Для поведенческих экспериментов, приучить животных к экспериментатору. У ежедневно обращении сессий продолжительностью 10-15 мин на одно животное. Очистите окно после сессии каждого животного.
      1. Первоначально, поместите руку экспериментатора в клетку, позволяющей животному, чтобы исследовать и запах ознакомится с экспериментатором.
      2. Далее, аккуратно поднимите животное с рукой экспериментатора в безопасной манере, держа тело крысы между фронт- и задние лапы, позволяющих дальнейшее ознакомление.
   2. Взвесьте каждое животное ежедневно, чтобы получить базовые массы тела до лишения пищи.
   3. Аппарат Привыкание и пищевой Ознакомление
      1. Взвесьте каждое животное ежедневно, чтобы получить базовые массы тела до лишения пищи.
      2. Начните пищу лишая крыс 3 дня до начала предварительной подготовки на стандартной лабораторной диете. Дайте крыс 0,05 г пищи на 1 г веса тела в день (например, крысы весом 200 г, начать с 10 г корма). Убедитесь, вес тела не снижалась более чем на 10% в день, контролируя вес тела в день.
         1. Если несколько животных проводятся в одной клетке, доминирующие крыс может съесть больше, чем меньше доминирующих. В случае веса тела уменьшается животных, кормить животное отдельно, а группа кормления. Дайте воды вволю.
      3. Познакомить крысу с схватив аппарат, поместите животное в учебном поле (Рисунок 1). У сахарные шарики, размещенные в учебном поле в непосредственной близости от отверстия щели для ознакомления животное с пищей гранул. Выполните эту улEP 10-15 мин ежедневно в течение 3 дней.

   2. Предварительная подготовка и двигательных навыков обучения

   1. Предварительно обучение
      1. Однажды после ознакомления, поместите животное в учебном поле и поместите шарик близко к открытию щели, так что может быть достигнуто путем языка животного. Исключить животных, которые получают гранулы с их передних конечностей во время предварительной подготовки
         Примечание: На этом этапе, поиск гранул с языком имеет решающее значение, и, как правило, метод животного выбора. Пеллеты должны быть ни в коем случае захваченного с передних конечностей до первого дня квалификации обучения двигателя, чтобы обеспечить достаточное мониторинг ученого идущей задачи. Пелле поиска с передних конечностей во время предварительной подготовки является критерием исключения и является в большинстве случаев не наблюдается.
      2. Научите крысу либо бежать в задней части клетки и вернуться к открытию щели или шаг назад и поверните вокруг своей оси для того, чтобы получить следующий шарик пищи сязык. Дайте время для животного, чтобы исследовать клетку, бегите к задней и вернуться к открытию щели. Если животное не правильно выполнить задание, используйте щипцы, чтобы мягко нажмите на конец задней части клетки и привлечь внимание животного. После того, как животное сзади, мягко нажмите на клетку перед направлять животное к открытию щели.
         Примечание: После того, как животное достигает определенного стандартное значение (например, 50 успешных извлечений на пеллетах с языка менее чем 15 мин), животных квалифицируется на этапе обучения умение двигателя. На день 1 и 2 предварительной подготовки, учащиеся уже можно отличить от не-учащихся. Номера для учащихся могут быть исключены из исследования на этом этапе. Это уменьшает вероятность наличия большого числа лиц, не являющихся учащимися во время стадии обучения двигателя (2.2).
      3. Во время предпроектной подготовки, еда лишить крыс на стандартной лабораторной диете. Дайте воды вволю. Монитор веса тела в день на протяжении всего исследования. СделатьНе используйте тот же номер для обучения мужчин и женщин крыс. Обеспечить спокойствие и бесшумное среды для животного.
   2. Определение Paw Домашние и двигательных навыков обучения
      1. Во время первой сессии двигательного навыка обучения, заменить слайд в передней части окна с должности. Поместите сахар гранул около 1,5 см от окна на пост, так что животное не может добраться до гранул с его языка, но только получить его точное передних конечностей и, схватив достигает движение.
         1. Для применения извлечение окатышей на передней конечности, используйте щипцы, чтобы мягко принести таблетку, близкий к рту животного и убрать осадок, а животное пытается потребление языком. Провести эту задачу повторно, пока животное не протягивает передних конечностей и захватывает осадок.
      2. Поместите пост центральное место в оконном проеме. Чтобы определить предпочтения лапы, внимательно наблюдать первые 10 испытаний на обучение день 1. Более 70% реакцияхХин попытки (т.е. 7 из 10) должны быть выполнены с той же передней конечности. Если это не достигается, по-прежнему с очередного раунда испытаний 10 до 70% порог не достигнут.
      3. После определения предпочтений лапа, переложить пост к предпочтительному передних конечностей и выравнивания центральной границы оконного проема. Предпочтительные выравнивания лапы означает запись сдвигается в отличие от соответствующей лапе, чтобы оптимальный угол для достижения (фиг.1В, C).
      4. Оцените судебного разбирательства, определенного в качестве нового осадка, представленного животного, как успешный (достижения, понять, извлекать и съесть таблетку), падение (достижения, понять и потерять шарик во время получения) или не (стук осадок от должности). Запишите каждый процесс в листе и анализировать данные после эксперимента.
      5. Выполните один ежедневный сеанс, состоящий из определенного числа испытаний (например, 150) или максимальное время (например, 1 час) для каждого животного.
      6. Исследовать точность и тонкой настройкив движение с помощью первого анализа попытки. Первая попытка определяется схватив из гранул в единый монолитный движения без разрушения, колебаний или повторения отдельных компонентов движения. Тщательно соблюдайте каждый понимание крысой.
         1. Если крыса колеблется или убирается во время близости или пытается несколько попыток, чтобы правильно понять гранул, обратите внимание на соответствующий процесс как успех, но не с первой попытки. Если животное успешно захватывает осадок в единый монолитный досягаемости, запишите соответствующий процесс как успешный первой попытки в отдельной колонке в листе.
      7. Во время квалификации обучения двигателя, питание лишить крыс на стандартной лабораторной диете. Дайте воды вволю. Монитор веса тела в день на протяжении всего исследования.

Результаты

Успешное приобретение двигательных навыков достигается только через постоянную практику. Несмотря тщательного рассмотрения всех аспектов, некоторые крысы не узнать задачу (рисунок 2). Эти «не-учащихся либо не хватает мотивации в результате нескольких отсутствующих или попы?...

Обсуждение

Парадигма показано в этом исследовании, взята из Буитраго др ¹⁸ и отличается от классического одной гранулы достигает парадигму ¹⁷ в основном в двух аспектах.:

Во-первых, изучая в течение сеанса улучшение позволяет анализ ученого задачи в один день, которы...

Материалы

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
Counter