JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

Kalıcı uygulama koordine hareketlerin hassasiyetini artırır. Burada farelerde öğrenme ve hafıza ön ayakları beceri değerlendirmek için tasarlanmış bir tek tablet ulaşan görevi tanıtmak.

Özet

Ulaşan ve alma nesneleri ayakları hassas ve koordine motor hareketleri gerektirir. Fareler tekrar tekrar kavramak ve kalıcı eğitim sonrasında gıda belirli bir yerde konumlandırılmış ödülleri, (doğruluk ve hız olarak tanımlanan) onların motor performansı zamanla giderek artırır ve platolar almak için eğitilmiştir zaman. Böyle ulaşan beceri hakim sonra, onun daha da bakım sabit uygulama gerektirmez. Burada farelerde yetenekli ön ayakları hareketleri satın alma ve bakım çalışma tek pelet ulaşan görevi tanıtmak. Bu videoda, ilk sık bu öğrenme ve hafıza paradigma karşılaşılan farelerin davranışlarını tanımlamak, ve daha sonra bu davranışları sınıflandırmak ve gözlenen sonuçlarını ölçmek için nasıl tartışacağız. Fare genetik ile birlikte, bu paradigma anatomik temellerinin, fizyolojik özelliklerini, öğrenme ve hafızanın moleküler mekanizmalarını keşfetmek için davranışsal bir platform olarak kullanılabilir.

Giriş

Altında yatan mekanizmaların öğrenme ve bellek Anlamak nörobilim büyük zorluklardan biridir. Önceden öğrenilmiş motor becerilerinin tutma Motor bellek 1 olarak kabul edilir ise motor sisteminde, uygulama ile yeni motor becerilerin edinimi genellikle, motor öğrenme olarak adlandırılır. Bir motor beceri öğrenme, genellikle, zaman içinde istenen motor performansının iyileştirilmesi yansıtılır, motor beceri mükemmel biçimde uygun olduğu ya da ya da bir noktaya kadar. Çoğu durumda, elde edilen motor bellek bile uygulama yokluğunda, uzun bir süre boyunca devam edebilir. İnsanlarda, pozitron emisyon tomografisi (PET) ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) kullanarak beyin görüntüleme çalışmaları, 2-4 öğrenme, motor beceri edinimi aşamasında birincil motor korteks (M1) faaliyet değişikliği ve M1 faaliyetin geçici girişim tarafından göstermiştir düşük frekanslı transkranial manyetik stimülasyon signi yol açarficantly motorlu davranışsal iyileştirme 5 tutulmasını bozulur. Benzer bir şekilde, sıçanlarda ön ayakları özgü eğitim 6, öğrenme, motor beceri geç aşamasında, eğitimli ayakları için M1 Kontrlateral c-fos aktivitesi ve sinaps / nöron oranı her ikisinin de artış ile örneklenen, M1 işlevsel ve anatomik plastisite neden olur. Ayrıca, benzer bir eğitim paradigma da sıçan görevleri 7 elde sonra indirgenmiş, uzun süreli potansiyasyon (LTP) ve geliştirilmiş uzun süreli depresyon (LTD) ile sonuçlanan, kat eğitimli ayakları karşılık gelen karşı taraftaki M1 içinde 2/3 yatay bağlantı güçlendirir. Bu gibi modifikasyon sinaptik Ancak eğitimsiz ayakları ya da arka ayaklarında 8'e karşılık gelen M1 kortikal bölgelerinde gözlenmemiştir. M1 inme yoluyla bozuk olduğunda, alternatif olarak, ön ayakları spesifik motor becerileri 9 dramatik eksiklikler bulunmaktadır. Motor davranışsal çalışmaların çoğu insan, maymun üzerinde yapılmıştır das ve sıçanlar 2-8,10-17, farenin çünkü güçlü genetik ve düşük maliyetli bir model sistem cazip hale gelir.

Bir tek pelet ulaşan görev: Burada bir ön ayakları spesifik motor-beceri öğrenme paradigmasını sunuyoruz. Bu paradigmada, fareler sabit bir yerde, okçuluk, dart atma, ve insan çekim basketbol öğrenmeye benzer bir davranış yerleştirilmiş gıda pelet (darı tohum) kavramak ve almak için dar bir yarık aracılığıyla ön ayakları uzatmak için eğitilmiştir. Bu görev ulaşan fareler ve sıçanlar 18 arasında benzer sonuçlar göstermiştir daha önceki çalışmalardan elde edilen sıçan modifiye edilmiştir. İki foton transkranial görüntüleme kullanarak, bizim önceki iş bu eğitim sırasında zamanla dendritik dikenler (çoğunluk uyarıcı sinapsların için postsinaptik yapılar) dinamiklerini takip etmiştir. Biz tek bir eğitim oturumu eğitimli ayakları için motor korteks Kontrlateral piramidal nöronlar yeni dendritik dikenler hızla ortaya çıkmasına neden olduğunu buldu. SAynı ulaşan görevin ubsequent eğitimi tercihen eğitim 19 sonlandırıldı süre sonra kalıcı olan, bu öğrenme kaynaklı dikenleri stabilize. Görevi ulaşma tandem yürütülmesi ve (makarna taşıma görevi yani) başka ön ayakları-spesifik motor görevi sırasında oluşan dikenleri 20 küme yoktu oysa Ayrıca, görevi ulaşan tekrarlar sırasında ortaya çıkan dikenleri, dendritler boyunca küme eğilimindeydi.

Mevcut video, ilk gıda yoksunluğu şekillendirme için, adım adım bu davranış paradigmanın kurulum tanımlamak, ve motor eğitimi için. Biz de bu davranışsal paradigma yürütme sürecinde farelerin ortak davranışları tanımlamak ve nasıl bu davranışları kategorize ve analiz edilir. Son olarak, böyle bir öğrenme paradigması uygulama için gerekli önlemler ve veri analizleri sırasında karşılaşılabilecek sorunları tartışmak.

Protokol

Bu yazıda anlatılan deneyler University of California, Santa Cruz Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Kurulu tarafından belirlenen kurallara ve yönetmeliklere uygun olarak yapıldı.

1.. Setup (Ayrıca Malzeme Listesi)

  1. Gıda pelet gibi darı tohumları kullanın.
  2. Üç dikey yarıklar ('şekillenmesinde' kenarında bir yarık içeren bir ısmarlama net pleksiglas eğitim odasını (pleksiglas 0.5 cm kalınlığında, dışarıdan ölçüldüğünde, 15 cm derinliğinde, 20 cm boyunda ve 8.5 cm genişliğinde) kullanın ve karşıt 'eğitim' kenarında iki yarıklar). Dikey yarıklar 0.5 cm genişliğinde ve 13 cm boyunda ve kutunun ön duvarında yer olmalıdır: merkezinde, sol tarafta ve sağ tarafta (Şekil 1A) hakkında.
  3. Şekillendirme seansları sırasında kullanılan tohum tutmak için eğik bir tepsi kullanın. Tepsi üç cam slaytlar (Şekil 1 B) ikinci özel yapılabilir.
  4. Prepabir gıda platformu yeniden (8.5 cm uzunluğunda, 4.4 cm genişliğinde ve 0.9 cm boyunda). Bu yiyecek platform eğitim oturumları sırasında eğitim odasının (eğitmen bakan) ön tarafına yerleştirilir. Konumlandırma tohumlar, soldaki bir yuvaya, ve sağ tarafta diğer yuvaya için gıda platformunda iki çimen yuvası vardır. Divots uzun kenarından 0,3 cm, ve genişlik kenarı (Şekil 1C) 2,4 cm'dir. Sol ve sağ çimen yuvaları fare eğitim odasında sol ve sağ yarık uygun ve baskın ön ayakları eğitimi için kullanılır. Bu çimen yuvaları sahip olmanın amacı, tohum, her ulaşan girişimi için aynı yerde sürekli olarak yerleştirilir sağlamaktır.
  5. Oturumları elinde bir forseps çifti, tartı, ve kronometre var sırasında.

2. Yiyecek Yoksunluk (2 Gün)

  1. Gıda yoksunluğu öncesi temel bir vücut ağırlığı elde etmek için her fare tartılır.
  2. Vücut ağırlığı başlatmak için 2 gün boyunca fareleri Gıda-kısıtlamakkayıp. Genel bir başlangıç ​​noktası olarak, günlük farenin gıda 1 g başına vücut ağırlığının (örneğin, 15 gr ağırlığında, bir fare, genellikle gıda 1.5 g) ile başlamak 0.1 g verilmiştir. Bazal vücut ağırlığı, kilo kaybı, cinsiyet, ve fareler yaşı oranına göre gıda miktarını ayarlayın. Vücut ağırlığı şekillendirme aşamasında biraz daha fazla azalmaya devam olsa da, bu tür düşük vücut ağırlığı (yani ~ orijinal temel ağırlığın 90%) eğitime (Şekil 2A ve 2B) boyunca muhafaza edilmelidir. Fare vücut ağırlığını korumak için gerekli gıda miktarı tipik olarak bir kısıtlama içinde kullanılan miktar ile aynıdır.

3. Şekillendirme (3-7 Gün)

  1. Grup yaşam iklimlendirme (1. Gün): aynı anda eğitim odasına iki fare koyun. Kendi tüketimi için odasının içine yaklaşık 20 tohum / fare yerleştirin. Fareler 20 dakika boyunca odasında kalmak ve sonra kendi evine geri koymak için izinkafes.
  2. Bireysel yaşam iklimlendirme (2. Gün): bireysel eğitim odasına adım 3.1 olarak aynı kurulum, ama bir yerde fareler. Bireysel ve grup yaşam alışma amacı eğitim odası ve darı tohum hem aşina fareler elde etmektir.
  3. Ön ayakları egemenlik Belirlenmesi (daha sonra 3. Gün ve): aşağıya doğru (Şekil 1D) dönük eğitim odasının tek yarık tarafını yerleştirin. Tohum ile, gıda tepsi doldurun. Gıda fare tohum erişilebilir izin vermek için eğitim bölmenin ön duvarına karşı tepsi basın. Tek tek kafes içine fareler yerleştirin. Onlar yemek tepsisi üzerinde bulunan tohumların yeterince istiyorsanız, onlar içinde tohum almak için yarıktan pulluk olacaktır. Daha sonra tohum almak ve onları tüketmek olacaktır. Aşağıdaki kriterlerden ikisi karşılandığında 'Şekillendirmek' bitmiş kabul edilir: 1) fare 20 dakika içinde 20 ulaşma girişimleri yapar, ve 2)% 70'den fazla ulaşır pBir ön ayakları ile erformed.

Notlar:

  1. Fare odacık içine tohum elde etmek için dilini kullanıyorsa, hafifçe yarık geri kaseti hareket ettirin. Ulaşan mesafede bir artış elde etmek için tohum dilini kullanmak için fare etmemektedir ve bu nedenle ön ayakları ulaşan kolaylaştırır.
  2. Fare bir hafta içinde şekillendirme bitirmek yapamıyorsanız, deney bırakın.

4. Eğitim (8 + Gün)

  1. Aşağıya doğru (Şekil 1E) bakan eğitim odasının çift-yarık tarafını yerleştirin.
  2. Tek tek kafeste fareler yerleştirin. (Yani sağ elini fare, fare sağ taraftaki yarık kullanın) tercih pençe karşılık çimen gıda platformunda tek tohum koy.
  3. Fare ulaşan davranışlarını gözlemlemek ve aşağıdaki kategorilere göre puan:
    1. Başarı: fare tercih pençe, kavrıyor ve r ulaşırtohum etrieves ve onun ağzına beslenir.
    2. Bırak: fare, tercih edilen pençe ile ulaşan tohum kavrıyor, ama onun ağzına koyarak önce düşer.
    3. Fail: fare tohumun doğru tercih pençe ile ulaşır, ama bu tohum özlüyor ya tutma plakasından onu bayıltır ya.
  4. Günde tercih edilen uzuv veya (hangisi önce gelirse) 20 dakika 30 ulaşma girişimleri için fareler eğitin.
  5. Eğitimden sonra geri evlerine kafesine fareler yerleştirin ve günlük gıda nicesine sağlar.

Notlar:

  1. Bazı durumlarda, fareler, gıda platformu üzerinde herhangi bir tohum olduğunda bile ulaşabilir. Böyle ulaşır "in boşuna ulaşır" olarak kabul edilir ve ulaşma girişimlerinin toplam sayısının sayılmaz. "In-boşuna ulaşır" vazgeçirmek için, tren fareler sonraki tohum yerleştirmeden önce geri eğitim odasının diğer ucuna yürümek. Benzer bir strateji, fare kullanılmıştırBenzer bir davranış görev 21 s. Fareler bazen de tohumun varlığında tercihli olmayan pençe ile ulaşır. Bu ulaşır 'taraf ulaşır' olarak kabul edilir ve ya ulaşır toplam sayısı sayılmaz.
  2. , Sirkadiyen ritim içinde dalgalanmalar nedeniyle davranışsal değişimleri sınırlamak farelerin normal uyanma saatlerinde, günün aynı anda tüm şekillendirme ve eğitim oturumları gerçekleştirmek için.
  3. Nedeniyle farklı eğitmenler davranış değişimini önlemek için, aynı kişi deney boyunca aynı fareler eğitiyor emin olun.
  4. Farelerin Dikkat bu davranış testi için çok önemlidir. Çevresel karmaşanın en aza indirgenmesi için ayrı ve sessiz bir odada fareler eğitin.
  5. Fareler fazla 30 ile eğitilmiş olabilir günlük (örneğin 50 ulaşır) ulaşır. Ulaşma girişimi sayısını arttırmak mümkün, aynı eğitim oturumu içinde davranış geliştirme incelemek için yapar.

5. DatBir miktar tayini

Eğitim sonrasında fare davranışını ölçmek için birçok yol vardır. İki en düz ileri analizler şunlardır:

  1. Başarı oranı = yüzdeleri olarak sunuldu toplam ulaşma girişimleri başarılı üzerinden ulaşır. Bırak ve başarısızlık oranları aynı şekilde çizilebilir.
  2. Zaman bölü başarılı girişimleri başarı = sayısının hızı, dakika başına kadar başarılı ulaşır sundu. Başarı oranı platoya ulaşır bile çoğu durumda, başarının hızı artmaya devam ediyor.

Sonuçlar

Öğrenme eğrisi:

Motor beceri ustalık genellikle zamanla kalıcı pratik gerektirir. Tipik ortalama öğrenme eğrisi iki aşamadan oluşmaktadır: başarı oranı giderek artırır ve başarı oranı plato (Şekil 2C) ulaştığı bir sonraki konsolidasyon faz bir ilk iktisap evresinde. Farklı fareler plato seviyesine ulaşmak için farklı gün sayıları almak ve bireysel öğrenme eğrileri genellikle ortalama bir gibi düzgün değil; bireysel farelerin öğrenme eğri...

Tartışmalar

Şekillendirme fazının önemi:

Farelere yeni bir çevrede 21,22 eğitilecek için çünkü bilinmeyen bir ortamda olmaktan artan kaygı, genellikle zordur. Bu nedenle, şekillendirme amacı eğitim odası ile fareleri tanımak için, eğitmen (yani onların kaygı düzeylerini düşürmek), ve görev gereksinimleri (yani besin kaynağı olarak tohum belirlemek için). Şekillenmesinde bir diğer amacı, gelecekteki eğitim için tek tek farelerin tercih edilen uzu...

Açıklamalar

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan ederim.

Teşekkürler

Bu çalışma YZ Ruh Sağlığı Ulusal Enstitüsü'nden bir hibe (1R01MH094449-01A1) tarafından desteklenmektedir

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
Training chamber in clear acrylic boxFor dimensions, see Figure 1A
Tilted tray for shapingCustom-made from glass slides, see Figure 1B
Food platform for trainingFor dimensions, see Figure 1C
Millet seeds Filtered from “Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food” (All Living Things)
ForcepsFor placing the seeds
A weighing scaleFor daily body weight measurement
A stopwatchFor time measurement during shaping/training sessions

Referanslar

  1. Schmidt, R. A. Motor Learning Principles for Physical Therapy. Foundations for Physical Therapy. Contemporary Management of Motor Control Problems, Proceedings of the II STEP Conference. , 49-63 (1991).
  2. Honda, M., Deiber, M. P., Ibanez, V., Pascual-Leone, A., Zhuang, P., Hallett, M. Dynamic cortical involvement in implicit and explicit motor sequence learning. A PET study.. Brain. 121, 2159-2173 (1998).
  3. Karni, A., Meyer, G., Jezzard, P., Adams, M. M., Turner, R., Ungerleider, L. G. Functional MRI evidence for adult motor cortex plasticity during motor skill learning. Nature. 377, 155-158 (1995).
  4. Karni, A., et al. The acquisition of skilled motor performance: fast and slow experience-driven changes in primary motor cortex. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 95, 861-868 (1998).
  5. Muellbacher, W., et al. Early consolidation in human primary motor cortex. Nature. 415, 640-644 (2002).
  6. Kleim, J. A., Hogg, T. M., VandenBerg, P. M., Cooper, N. R., Bruneau, R., Remple, M. Cortical synaptogenesis and motor map reorganization occur during late, but not early, phase of motor skill learning. J. Neurosci. 24, 628-633 (2004).
  7. Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Donoghue, J. P. Learning-induced LTP in neocortex. Science. 290, 533-536 (2000).
  8. Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Hess, G., Donoghue, J. P. Strengthening of horizontal cortical connections following skill learning. Nat. Neurosci. 1, 230-234 (1998).
  9. Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (Mus musculus) after a focal motor cortex stroke. Stroke J. Cereb. Circ. 33, 1869-1875 (2002).
  10. Huang, V. S., Haith, A., Mazzoni, P., Krakauer, J. W. Rethinking motor learning and savings in adaptation paradigms: model-free memory for successful actions combines with internal models. Neuron. 70, 787-801 (2011).
  11. Smith, M. A., Ghazizadeh, A., Shadmehr, R. Interacting adaptive processes with different timescales underlie short-term motor learning. PLoS Biol. 4, (2006).
  12. Pavlides, C., Miyashita, E., Asanuma, H. Projection from the sensory to the motor cortex is important in learning motor skills in the monkey. J. Neurophysiol. 70, 733-741 (1993).
  13. Paz, R., Boraud, T., Natan, C., Bergman, H., Vaadia, E. Preparatory activity in motor cortex reflects learning of local visuomotor skills. Nat. Neurosci. 6, 882-890 (2003).
  14. Paz, R., Vaadia, E. Learning-induced improvement in encoding and decoding of specific movement directions by neurons in the primary motor cortex. PLoS Biol. 2, (2004).
  15. Plautz, E. J., Milliken, G. W., Nudo, R. J. Effects of repetitive motor training on movement representations in adult squirrel monkeys: role of use versus learning. Neurobiol. Learn. Mem. 74, 27-55 (2000).
  16. Hosp, J. A., Pekanovic, A., Rioult-Pedotti, M. S., Luft, A. R. Dopaminergic projections from midbrain to primary motor cortex mediate motor skill learning. J. Neurosci. 31, 2481-2487 (2011).
  17. Adkins, D. L., Boychuk, J., Remple, M. S., Kleim, J. A. Motor training induces experience-specific patterns of plasticity across motor cortex and spinal cord. 101, 1776-1782 (2006).
  18. Whishaw, I. Q. An endpoint, descriptive, and kinematic comparison of skilled reaching in mice (Mus musculus) with rats (Rattus norvegicus). Behav. Brain Res. 78, 101-111 (1996).
  19. Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462, 915-919 (2009).
  20. Fu, M., Yu, X., Lu, J., Zuo, Y. Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo. Nature. 483, 92-95 (2012).
  21. Whishaw, I. Q., Whishaw, P., Gorny, B. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a movement rating scale. J .Vis. Exp. , (2008).
  22. Bailey, K. R., Crawley, J. N. Anxiety-Related Behavior in Mice. In Buccafusco JJ (Ed.) Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. Chapter 5, 2nd ed. , (2009).
  23. Yu, X., Zuo, Y. Spine plasticity in the motor cortex. Curr. Opin. Neurobiol. 21, 169-174 (2011).
  24. Qian, Y., Chen, M., Forssberg, H., Diaz Heijtz, R. Genetic variation in dopamine-related gene expression influences motor skill learning in mice. Genes Brain Behav. 12, 604-614 (2013).
  25. MacLellan, C. L., Gyawali, S., Colbourne, F. Skilled reaching impairments follow intrastriatal hemorrhagic stroke in rats. Behav. Brain Res. 175, 82-89 (2006).
  26. Hong, S. M., et al. Reduced hippocampal neurogenesis and skill reaching performance in adult Emx1 mutant mice. Exp. Neurol. 206, 24-32 (2007).
  27. Bureau, G., Carrier, M., Lebel, M., Cyr, M. Intrastriatal inhibition of extracellular signal-regulated kinases impaired the consolidation phase of motor skill learning. Neurobiol. Learn. Mem. 94, 107-115 (2010).
  28. McCormick, D. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F. Neuronal responses of the rabbit brainstem during performance of the classically conditioned nictitating membrane (NM)/eyelid response. Brain Res. 271, 73-88 (1983).
  29. Molinari, M., et al. Cerebellum and procedural learning: evidence from focal cerebellar lesions. Brain. 120, 1753-1762 (1997).
  30. Willuhn, I., Steiner, H. Motor-skill learning in a novel running-wheel task is dependent on D1 dopamine receptors in the striatum. Neuroscience. 153, 249-258 (2008).

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

DavranSay 85faren robilimmotor beceri renmetek pelet ula arakn ayaklar hareketlerirenme ve Bellek

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır