Nitelikli ön ayakları Sıçanlarda Görev ulaşan bir Yüksek hassasiyet Edinme

Özet

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

Özet

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.

Giriş

Hareket kontrolü merkezi sinir sistemi (MSS) bir çekirdek fonksiyonudur. Motricity CNS fonksiyonunun başlıca ölçülebilir çıkışı ve bireylerin dış dünya ile etkileşim için temel olasılık. Motor fonksiyon ilkelerini ve bir motor görevi öğrenme halen nörobilim büyük zorluklardan biridir altında yatan mekanizmaların anlaşılması. Morfolojik, fizyolojik ve moleküler değişiklikler, yeni bir motorun görev edinimi üzerine bulundu. Örneğin, şekil ve sinapsların sayısının vasıflı motorlu eğitim ^1-5 cevaben değiştirmek ve sinaptik makine fonksiyonel değişiklikler motor öğrenme sonra gözlenmiştir. Sinaptik tepkiler, aynı hayvanın veya eğitimsiz hayvanlardan ^6,7 den tepkiler eğitimsiz yarımkürede göre eğitilmiş motor korteksin ön ayakları-temsilen bölge bağlantılarında yüksek bulunmuştur. Elektrofizyolojik gözlemler de uzun vadeli potansiyasyonu (LTP) ve uzun önermekmekanizmalar gibi işlemleri Mehmet Akif Ersoy depresyon (LTD), yeni bir motor becerilerin öğrenme sırasında gerçekleşecek ve LTP ve LTD doygunluk sınırlayıcı sınırları arasında tanımlanan sinaptik operasyon aralığında olduğunu, ⁸ değiştirilir. Bundan başka, bu örneğin öğrenme ile ilgili nöronal plastisite ^9-16 için Nogo-A görüntüleme düzenleyici rolleri olarak c-fos, GAP-43, veya BDNF değil, aynı zamanda plastisite inhibe moleküller olarak molekülleri teşvik bu aktivite belirteçleri ve plastisite gösterilmiştir.

Motor öğrenme altında yatan mekanizmaların daha iyi anlaşılmasına yönelik bu gelişmeler sadece yeni bir motor becerilerin, örneğin, vasıflı ön ayakları kapsamlı edinimi hassas kontrolünü sağlayan davranışsal paradigmaların kullanımı ile elde edilebilir. Sadece iyi yapılandırılmış davranış görev izlemek ve öğrenme ve ilgili görevin yürütülmesi sırasında meydana gelen karşılıklı değişiklikleri yakalamak için izin verir. Burada görsel yetenekli ön ayakları değiştirilmiş bir versiyonunu göstermekBuitrago ve ark., ¹⁷ sunulan paradigma uyarlanan sıçanlarda tek pelet ulaşan görev birkaç seans üzerinden hızlı öğrenme bileşeni ve primer alımını temsil (içi oturumda) günlük bir eğitim oturumu içinde hareket edinimi analizini yanı sıra vasıflı motorlu öğrenmeyi veriyor (arası oturumda) öğrenilen görev ¹⁸ yavaş öğrenme bileşenini ve bakım temsil eder. İlk olarak, fareler, her kavramak sonra ekseni etrafında çevirmek ve böylece bir sonraki pelet ulaşabileceği önce kendi vücudunu yeniden düzenlemek ve yenilemek için eğitilmiştir: Daha da önemlisi, bu davranış paradigma nedeniyle iki özellik motor beceri görevin zorluk ve karmaşıklık derecesini artırır vücut yönelim, aynı açıdan sürekli hareket yürütme önlenmesi. İkinci olarak, peletler kafesin önüne yerleştirilen dikey bir mesaj alınır. Nedeniyle yazının küçük çapa, topaklar kolaylıkla başarılı alımı ve p için kesin bir kavrayışa gerektiren başladı edilebilirreventing basit hayvana karşı pellet çekerek.

Böyle karmaşık davranışsal test motoru öğrenmeyi altında yatan mekanizmaların derinlerine anlayışlar verir. Bu çalışmada sunulan farelere kıyasla, sıçanlar karmaşık davranışsal görevleri kendi performans, üstün ve dolayısıyla daha uygun kompleks paradigmaları içindir. Sıçanlarda ^19,20 artan genetik olasılık mevcut göz önüne alındığında, genetik manipülasyon, görüntüleme ve fizyolojik teknikleri ile hassas ve iyi kontrollü davranışsal test yöntemlerinin kombinasyonu daha iyi, motor öğrenme ve hafıza nörobiyolojik temelini anlamak için güçlü bir araç kutusu temsil eder.

Protokol

Tüm deneyler Kanton Zürih, İsviçre Veteriner Dairesi kurallarına uygun olarak yapıldı.

1. Hayvan Taşıma ve Alışma

1. Hayvan Taşıma
   Not: 5 gün önce deney başlamadan, günlük adımı 1.1.1 gerçekleştirin.
   1. Davranışsal deneyler için, deneyci hayvanları alıştırmak. Günlük hayvan başına 10-15 dk süren oturumları ele var. Her hayvanın seansından sonra kutuyu temizleyin.
      1. Başlangıçta, keşfetmek için hayvan izin veren bir kafes içine deneycinin elini yerleştirmek ve deneyci tanımanız için koku.
      2. Sonra, yavaşça ileri alıştırma sağlayan ön ve arka pençelerinin arasında sıçan vücudunu kavrayarak güvenli bir şekilde deneycinin eli ile hayvan kaldırın.
   2. Gıda yoksunluğu önce bazal vücut ağırlığı elde etmek için her gün, her hayvan tartılır.
2. Aparat Alışma ve Gıda Alışma
   1. Gıda yoksunluğu önce bazal vücut ağırlığı elde etmek için her gün, her hayvan tartılır.
   2. Standart bir laboratuvar diyet öncesi eğitime başlamadan 3 gün önce fareler mahrum gıda başlatın. (Örneğin, bir fare, 200 g, gıda 10 g başlangıç ​​ağırlığı) sıçanlar, günde 1 gr vücut ağırlığı başına gıda 0.05 g. Günlük vücut ağırlığı izleyerek günde en fazla% 10 azalma değil vücut ağırlığı emin olun.
      1. Birkaç hayvanlar tek kafes içinde tutuluyorsa, baskın sıçanlar az baskın olanlardan daha fazla yiyebilirler. Durumda bir hayvan azalır vücut ağırlığı olarak, yerine grup beslenme ayrı hayvan beslemek. Su ad libitum verin.
   3. Kavrama aparatı ile sıçan hakkında bilgi verir, (Şekil 1) Eğitim kutunun içine hayvan yerleştirin. Gıda pelet ile hayvan tanımak için yarık açılmasına yakın eğitim kutuya yerleştirilen şeker pelet var. Bu st gerçekleştirinep 3 gün boyunca günde 10-15 dk.

2. Ön eğitim ve Motor Beceri Öğrenme

1. Ön eğitim
   1. Bir gün alışma sonra, eğitim kutunun içine hayvan koyun ve hayvanın dilinin ulaşılabilir böylece yarık açılması yakından pelet yerleştirin. Ön eğitim sırasında kendi ön ayakları ile pelet almak hayvanları hariç tut
      Not: Bu aşamada, dil ile pelet alma çok önemli ve seçim genellikle hayvanın yöntemdir. Motor beceri öğrenme ilk gün öğrendim ulaşan görevin yeterli izleme sağlamak için kadar Pelet ön ayakları ile kavradı hiçbir durumda olmalıdır. Ön eğitim sırasında ön ayakları ile pelet alma dışlanma ve görülmez çoğu durumda.
   2. Kafesin arkasına çalıştırın ve yarık açılması dönmek ya da geri adım ve sonraki gıda pelet almak için kendi ekseni etrafında çevirmek ya sıçan öğretindil. , Kafes keşfetmek arka çalıştırın ve yarık açılması dönmek için hayvan için zaman tanıyın. Hayvan doğru görevi yerine etmezse, hafifçe kafesin uç arka dokunun ve hayvanın dikkatini yakalamak için bir forseps kullanabilir. Hayvan arka sonra, yavaşça yarık açılması hayvan rehberlik kafes önünde dokunun.
      Not: Hayvan tanımlanmış bir standart değere ulaştığında (örn az 15 dakika diliyle 50 başarılı pelet erişememiştir), hayvan motor beceri öğrenme aşaması için nitelendirir. 1 gün öncesi eğitim 2 On öğrenciler zaten olmayan öğrenciler ayırt edilebilir. Sigara öğrenenler bu aşamada çalışma dışında olabilir. Bu motor öğrenme aşamasında (2.2) sırasında sigara öğrencilerin yüksek sayısına sahip olasılığını azaltır.
   3. Ön eğitimi sırasında, gıda standart bir laboratuvar diyeti sıçan mahrum. Su ad libitum verin. Çalışma boyunca günlük vücut ağırlığı izleyin. Dodeğil erkek ve dişi fareleri eğitmek için aynı odada kullanın. Hayvan için sakin ve gürültüsüz bir ortam sağlayın.
2. Pençe Tercihi ve Motor Beceri Öğrenimi Belirlenmesi
   1. Motor beceri öğrenme ilk oturumu sırasında, bir yazı ile pencere önünde slayt değiştirin. Hayvan kendi diliyle pelet ulaşmak ancak ulaşan ve hareket kavrama kesin bir ön ayakları bunu alamıyor ve böylece yaklaşık 1,5 cm uzakta yazı üzerine penceresinden şeker pelet yerleştirin.
      1. Hayvan diliyle tüketimini çalışır durumdayken hafifçe pelet hayvanın ağzına yakın pelet getirmek ve geri çekmek için bir forseps kullanabilir, ön ayakları ile pelet alma zorlamak için. Hayvan ön ayakları dışarı uzanır ve bir pelet kavrar kadar tekrar tekrar bu görevi yürütmek.
   2. Pencere açma merkezi yazı yerleştirin. Pençe tercihini belirlemek için, dikkatlice eğitim gününde mina ile reaksiyona 1. fazla% 70, ilk 10 denemeler gözlemlemekhing girişimleri (yani 10 üzerinden 7) aynı ön ayakları ile gerçekleştirilmek zorundadır. Bu elde değilse% 70 eşik ulaşılana kadar, 10 çalışmaların başka bir tur ile devam edin.
   3. Pençe tercihi belirlenmesinden sonra, tercih edilen ön ayakları doğru yazı kayması ve pencere açma sınırına merkezi hizalayın. Tercih pençe hizalama sonrası (Şekil 1B, C) ​​ulaşmak için optimal açıyı sağlamak için ilgili pençe aykırı kaydırılır anlamına gelir.
   4. Başarılı (yazı kapalı pelet öldürmek) (ulaşmak kavramak, almak ve pelet yemek), damla (ulaşabilir, kavramak ve alımı sırasında pelet kaybetmek) ya da başarısız olarak, hayvana sunulan yeni bir pelet olarak tanımlanan bir deneme, sınıflandırır. Sayfanızdaki her deneme aşağı not ve deneyden sonra verileri analiz.
   5. Çalışmalarda tanımlanmış bir sayıda (örneğin, 150) ya da her bir hayvan için azami bir süre (örneğin, 1 saat) 'dan oluşan günde bir oturum gerçekleştirin.
   6. Hassas ve ince ayar araştırmakHareketin ilk girişim analizi kullanılarak. Bir birinci girişimde bozulması, tereddüt ya da tek tek hareket bileşenleri tekrar olmadan tek bir monolitik hareket pellet kavrayarak tanımlanır. Dikkatle sıçan her kavramak gözlemleyin.
      1. Sıçan tereddüt ya da ulaşılabilecek sırasında çekilir veya doğru pelet kavramak için birkaç deneme çalışırsa, ilgili başarı olarak deneme değil ilk girişim not edin. Hayvan başarıyla tek bir monolitik ulaşmak pelet kavrar varsa, levha ayrı bir sütunda başarılı ilk girişim olarak ilgili deneme yere not edin.
   7. Motor beceri öğrenme sırasında, gıda standart bir laboratuvar diyeti sıçan mahrum. Su ad libitum verin. Çalışma boyunca günlük vücut ağırlığı izleyin.

Sonuçlar

Başarılı motor beceri edinimi sadece tutarlı uygulama yoluyla elde edilir. Tüm yönleriyle dikkatli dikkate rağmen, bazı sıçan görevi (Şekil 2) öğrenmek için başarısız. Bunlar 'olmayan öğrenenler' ya Deneyin başlamasından itibaren pelet alma birkaç ya da hiç girişimleri sonucu motivasyon eksikliği ya da genellikle sürekli girişimleri başarısız giden pelet ulaşan ilgi kaybetmek. Buna karşılık, bazı hayvanların aceleci sonuçlanan agresif ve aşırı motive davr...

Tartışmalar

. Bu çalışmada gösterilen paradigma Buitrago ark ¹⁸ uyarlanan ve başlıca iki açıdan paradigma ¹⁷ ulaşan klasik tek pelet farklıdır:

Birincisi, içinde oturum gelişme okuyan bu tür günlük ortalama değerleri ile temsil yavaş öğrenme bileşeni ile karşılaştırıldığında hızlı öğrenme bileşeni soruşturma gibi bilgileri farklı bir seviyede sağlayabilir, tek bir gün içinde öğrenilen görev, analizi (Şekil 3'e bakını...

Malzemeler

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