Name: evaluating skilled prehension in mice using an auto-trainer
Uploaded: 2019-09-12T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer at JoVE.com

Auto-Training-enheden blev konstrueret af Jason Dunthorn, URI Tasch og Dan Tasch at Step Analysis, LLC, med design input support og instruktioner fra Robert Hubbard, Richard O'Brien og Steven Zeiler.
Teresa Duarte fra Champalimaud-centret for det ukendte gav værdifuld indsigt og ideer til at beskrive og kategorisere musehandlinger.

Alle metoder beskrevet her er blevet godkendt af ACUC (Animal Care og use Committee) af Johns Hopkins University.
1. klargøring af muse bure til brug
<ol><li>Opret en kærne åbning med dimensioner på 0,8 cm bredde og 7 cm højde fra bunden i forreste ende af hvert bur, som illustreret i figur 1. Dette slot tjener som den åbning, hvorigennem dyret vil nå. Bemærk: Auto-Trainer er designet til brug med standardmusen bur dimensioner (som vist i <strong clas...

<ol>
	<li>Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+endpoint,+descriptive,+and+kinematic+comparison+of+skilled+reaching+in+mice+(mus+musculus)+with+rats+(rattus+norvegicus).">An endpoint, descriptive, and kinematic comparison of skilled reaching in mice (mus musculus) with rats (rattus norvegicus).</a> Behavior Brain Research. 78, 101-111 (1996).</li><li>Farr, T. D., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+and+qualitative+impairments+in+skilled+reaching+in+the+mouse+(mus+musculus)+after+a+focal+motor+cortex+stroke.">Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (mus musculus) after a focal motor cortex stroke.</a> Stroke. 33, 1869-1875 (2002).</li><li>Zeiler, S. R., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+interaction+between+training+and+plasticity+in+the+poststroke+brain.">The interaction between training and plasticity in the poststroke brain.</a> Current Opinion in Neurology. 26, 609-616 (2013).</li><li>Klein, A., Sacrey, L. A., Whishaw, I. Q., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+rodent+skilled+reaching+as+a+translational+model+for+investigating+brain+damage+and+disease.">The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease.</a> Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 36, 1030-1042 (2012).</li><li>Zeiler, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Medial+premotor+cortex+shows+a+reduction+in+inhibitory+markers+and+mediates+recovery+in+a+mouse+model+of+focal+stroke.">Medial premotor cortex shows a reduction in inhibitory markers and mediates recovery in a mouse model of focal stroke.</a> Stroke. 44, 483-489 (2013).</li><li>Becker, A. M., Meyers, E., Sloan, A., Rennaker, R., Kilgard, M., Goldberg, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+task+for+the+training+and+assessment+of+distal+forelimb+function+in+a+mouse+model+of+ischemic+stroke.">An automated task for the training and assessment of distal forelimb function in a mouse model of ischemic stroke.</a> Journal of Neuroscience Methods. 258, 16-23 (2016).</li><li>Bruinsma, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated+home-cage-based+5-choice+serial+reaction+time+task+for+rapid+assessment+of+attention+and+impulsivity+in+rats.">An automated home-cage-based 5-choice serial reaction time task for rapid assessment of attention and impulsivity in rats.</a> Psychopharmacology. , 1-12 (2019).</li><li>Francis, N. A., Kanold, P. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+operant+conditioning+in+the+mouse+home+cage.">Automated operant conditioning in the mouse home cage.</a> Frontiers in Neural Circuits. 11 (10), (2017).</li><li>Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laboratory+routines+cause+animal+stress.">Laboratory routines cause animal stress.</a> Contemporary Topics in Laboratory Animal Science. 43, 42-51 (2004).</li><li>Fenrich, K. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+single+pellet+grasping+using+automated+ad+libitum+full-time+training+robot.">Improved single pellet grasping using automated ad libitum full-time training robot.</a> Behavior Brain Research. 281, 137-148 (2015).</li><li>Ng, K. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluoxetine+maintains+a+state+of+heightened+responsiveness+to+motor+training+early+after+stroke+in+a+mouse+model.">Fluoxetine maintains a state of heightened responsiveness to motor training early after stroke in a mouse model.</a> Stroke. 46 (10), 2951-2960 (2015).</li><li>Whishaw, I. Q., Suchowersky, O., Davis, L., Sarna, J., Metz, G. A., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impairment+of+pronation,+supination,+and+body+co-ordination+in+reach-to-grasp+tasks+in+human+parkinson's+disease+(pd)+reveals+homology+to+deficits+in+animal+models.">Impairment of pronation, supination, and body co-ordination in reach-to-grasp tasks in human parkinson's disease (pd) reveals homology to deficits in animal models.</a> Behavior Brain Research. 133, 165-176 (2002).</li><li>Dobrossy, M. D., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+influence+of+environment+and+experience+on+neural+grafts.">The influence of environment and experience on neural grafts.</a> Nature Review Neuroscience. 2, 871-879 (2001).</li><li>Alaverdashvili, M., Foroud, A., Lim, D. H., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=&amp;#34;Learned+baduse&amp;#34;+limits+recovery+of+skilled+reaching+for+food+after+forelimb+motor+cortex+stroke+in+rats:+A+new+analysis+of+the+effect+of+gestures+on+success.">&amp;#34;Learned baduse&amp;#34; limits recovery of skilled reaching for food after forelimb motor cortex stroke in rats: A new analysis of the effect of gestures on success.</a> Behavior Brain Research. 188, 281-290 (2008).</li></ol>

Vores Auto-træner evaluerer på en automatiseret måde forbimb Reach-to-Grib. For at nå dette endepunkt er mange af de parametre, der er beregnet til at overføre musen, herunder pellet placering, pellet størrelse og Trænings kriterier, blevet itteret over flere år og tilpasset fra tidligere protokoller2,5 ,6. Avancement her er automatisering af opgaven ved hjælp af en robot, der tillader hjem-bur boliger. Hjem-bur bolige...

Metoder til eksperimentelt teste en motorisk færdighed præ-og post-neurologisk skade samt moduere timing, beløb, og typen af motor uddannelse er vigtige for Translationel forskning. I løbet af de sidste ti år, mus, på grund af den ledsagende lethed af genetisk manipulation, er blevet et populært model system til at belyse mekanismerne i motor læring præ-og post-skade. Men, adfærdsmæssige assays i mus er ikke blevet optimeret på samme måde, som sådanne assays har været for andre pattedyr (især rotter). Desuden er der vigtige forskelle mellem adfærden af en mus og en rotte, der kraftigt tyder på uddannelse af de to arter i forskellige manerer1,2.
Faglærte forkaste bevægelser bruger en hånd/pote til at placere mad i munden, til at manipulere et objekt, eller til at bruge et værktøj. Faktisk er det at nå at forstå forskellige objekter i hverdagen en grundlæggende funktion i øvre lemmer, og Reach-to-Eat-loven er en form for afgørelse, som mange pattedyr bruger. Mange af de genetiske, fysiologiske og anatomiske forandringer, der underbygger en kompetence erhvervelse, er blevet veldefineret i felt3. Ved at omsætte prækliniske fund til kliniske resultater, har man brug for en relevant test, der er effektiv og reproducerbar. Undersøgelser af gnaver og menneskelige rækker viser, at det er ens for mennesker og dyr4. Disse ligheder tyder derfor på, at en omfattende afprøvning kan tjene som en translationel model for undersøgelse af motorisk indlæring samt for funktionsnedsættelser og behandling af sygdomme hos mennesker. Derfor kan en evaluering af det i mus tilbyde et kraftfuldt værktøj i Translationel forskning, der studerer både sundheds-og sygdomstilstande4.
Desværre kan den omfattende opgave i mus, selv for en mindre laboratorie indstilling, være omstændelig og tidskrævende. For at afhjælpe dette problem beskriver vi her en automatiseret version af den omfattende opgave. Den beskrevne opgave kræver mus til at forlænge en enkelt pote gennem musens hjem bur frontal slot, udtale den udvidede pote, forstå mad pellet belønning, og trække pellet tilbage til bur interiør til forbrug. De resulterende data præsenteres som enten en stor succes eller fiasko. Denne automatisering registrerer dataene og reducerer den byrde og tid, hvormed forskerne skal engagere sig i opgaven.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1319px;" width="1318">
	<tbody>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;width:318px;">ABS Filament</td>
			<td style="width:242px;">Custom 3D Printed</td>
			<td style="width:166px;">N/A</td>
			<td style="width:595px;">utilized for pellet holder, frame, arm and funnel</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">ABS Sheet</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8586K581</td>
			<td>3/8&#34; thickness; used for platform compononents, positioning stand guides and base</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Adruino Mini</td>
			<td>Adruino</td>
			<td>A000087</td>
			<td>nano version also compatiable as well as other similar microcontrollers</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Bench-Top Adjustable-Height Positioning Stand</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>9967T43</td>
			<td>35 lbs. load capacity</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Clear Acrylic Round Tube</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8532K14</td>
			<td>ID 3/8&#34;</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Low-Carbon&#160;Steel Wire</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>8855K14</td>
			<td>0.148&#34;&#160;diameter</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Pellet Dispenser</td>
			<td>Lafayette Instrument: Neuroscience</td>
			<td>80209-45</td>
			<td>with 45 mg interchangeable pellet size wheel and optional stand</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Photointerrupter Breakout Board&#160;</td>
			<td>SparkFun</td>
			<td>BOB-09322 ROHS</td>
			<td>designed for Sharp GP1A57HRJ00F</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Reflective Object Sensor</td>
			<td>Fairchild Semiconductor</td>
			<td>QRD1113</td>
			<td>phototransistor output</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Servo Motor</td>
			<td>SparkFun</td>
			<td>S8213</td>
			<td>generic metal gear (micro size)</td>
		</tr>
		<tr height="19">
			<td height="19" style="height:19px;">Transmissive Photointerrupter</td>
			<td>Sharp</td>
			<td>GP1A57HRJ00F</td>
			<td>gap: 10 mm, slit: 1.8 mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

evaluating skilled prehension in mice using an auto-trainer

Vi beskriver en metode til at introducere naive mus til en ny, omfattende (REACH-to-fatte) opgave. Mus er anbragt enkeltvis i bure med en frontal slot, der gør det muligt for musen at nå ud af sit bur og hente mad pellets. Minimal fødevare restriktion er ansat til at tilskynde musene til at udføre madhentning fra slottet. Da musene begynder at associere kommer til slottet for mad, er pillerne manuelt trukket væk for at stimulere udvidelse og pronation af deres pote til at forstå og hente pellet gennem den forreste slot. Når musene begynder at nå frem til pellets, når de ankommer til slotspillet, kan den adfærdsmæssige analyse udføres ved at måle den hastighed, hvormed de med held forstår og henter den ønskede pellet. De er derefter introduceret til en auto-træner, der automatiserer både processen med at levere mad pellets til musen til at forstå, og optagelsen af vellykkede og mislykkedes at nå og fatte forsøg. Dette giver mulighed for indsamling af at nå data for flere mus med minimal indsats, der skal anvendes i eksperimentel analyse efter behov.

Generelt anbefales det, at hver træningssession består af omkring 20-30 forsøg, som kan indstilles af brugeren, køre automatisk af Auto-træner og gemmes i en enkelt logfil pr session og mus. Hvert forsøg kan køres fortløbende, lige efter den anden, med 2-5 s pause. Mus uddannet på Auto-træner udviser en stigning i færdighed over 10 træningssessioner.
For at sammenligne nytten af Auto-træner til manuel træning (betr...

Watch this Scientific Journal Video about Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer at JoVE.com

Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer

Metode til at vurdere virkningen af uddannelse på motoriske færdigheder er et nyttigt redskab. Desværre kan de fleste adfærdsmæssige vurderinger være arbejdskraftintensive og/eller dyre. Vi beskriver her en robot metode til at vurdere, om der er færdigheder (REACH-to-fatte) i mus.

Evaluering af faglært beslutning i mus ved hjælp af en auto-træner

We describe a method to introduce na&#239;ve mice to a novel prehension (reach-to-grasp) task. Mice are housed singly in cages with a frontal slot that ...

Vores teknologi automatiserer en kompliceret adfærdsanalyse, der kan spare tid og fungere som springbræt for mange forskellige typer af undersøgelser. Med vores teknik er opgaven og belønningen det samme. Der er ingen afbrydelse mellem at udføre en opgave, muligvis forkert, og modtage en belønning.Dyremodeller giver mulighed for at teste tilgange til at øge opsving efter en neurologisk skade. For eksempel tester vi i mit laboratorium tilgange til at øge opsvinget efter slagtilfælde, da der er et presserende behov for at udvikle innovative nye tilgange til genoptræning efter slagtilfælde. Ud over slagtilfælde, vores auto-træner kunne være nyttigt for at studere motorlæring før skade, samt i modeller af Parkinsons, Alzheimers, eller traumatisk hjerneskade.Når en mus når sin målvægt, skal du starte en træningssession ved at placere en 45 milligram pellet på pelletoverfladen direkte foran åbningen og lade musen hente pellet. Når musen forbinder en åben slot med at blive fodret, skal du bruge et par pincet til at holde en pellet i samme position, som musen har hentet pellets tidligere. Da musen begynder at bide for pellet, trække pellet væk cirka en halv centimeter, således at pellet er uden for rækkevidde af munden.Når musen udvider en pote gennem åbningen, styrke adfærd ved at lade musen til at spise pellet. Selvom det ikke er medvirkende til eksperimenter, skal du registrere, om venstre eller højre pote foretrækkes. Som musen associerede udvide en pote med at spise en pellet, yderligere styrke adfærd ved at tilbageholde pellet som reaktion på forsøg på at hente pellet med munden og tungen.Pas på at stoppe dine mus fra held at få en pellet uden at bruge en pote, eller de vil lære dårlige vaner, der er svære at aflære. Afslutte indførelsen af den ønskede pote-nå adfærd ved at placere 45-milligram pellet lige under en centimeter fra den ydre kant af buret porten, således at venstre eller højre-mest punkt af pellet er tangent til en linje, der strækker sig lige ud fra kanten af buret gate slot. Så lad musen til at forsøge at hente pellet, være på vagt for at fjerne pellet og forhindre det forbrug, hvis musen skal forsøge hentning af en anden metode end pote forlængelse.Før du begynder træningssessionen, skal du klikke på pilen Kør i LabVIEW-grænsefladen på autotræneren og notere agnpilsensorens læsning, både med og uden en pellet på plads. Klik på Stop for at stoppe testkørslen og ændre agn pellet sensor mål til en værdi mellem disse to aflæsninger. Anbring det modificerede musebur på autotræneren, og sæt burporten på.Juster derefter pellet'en til kanten af åbningen som i den manuelle procedure, og åbn en ny træningssession i LabVIEW Interface. Indtast oplysningerne efter behov for at registrere data om træningssessionen, og klik på feltet Muse-id for at angive filnavnet for hver træningssession. Klik på feltet Samlet pellets for at dispensere under rutine for at styre, hvor mange pellets der udleveres til et enkelt eksperiment.Klik på feltet Pause efter pelletnummer for at indstille en pause på fem sekunder, efter at den angivne pellet er fjernet fra dykkerbrættet, og klik på feltet Pauselængde for at indstille en pause mellem det tidspunkt, hvor en pellet fjernes fra dykkerbrættet, og det tidspunkt, hvor en ny pellet dispenseres. Indstil den automatiske træner til manuelt at registrere den afstand, som pellets er placeret på, i feltet Rækkevidde, og klik på feltet Mappe til indeholder logfiler for at vælge filplaceringen for at gemme de indsamlede data. Når oplysningsfelterne er udfyldt, skal du klikke på Kør for at starte træningssessionen.Autotræneren dispenserer de enkelte pellets og sporer, om de falder gennem tragten, indtil det samlede antal pellets er blevet dispenseret, og den sidste pellet enten er blevet hentet eller tabt af musen. Programmet stopper automatisk på dette tidspunkt. Hvis det er nødvendigt, kan det også stoppes for tidligt ved at klikke på Stop-knappen.Når softwaren er sat op, skal du placere hjemmet bur af musen, der skal testes på piedestal og klik på Kør for at give musen til at undersøge slot, og det er nye ukendte omgivelser. Mus trænet med auto-træner lært prehension opgave og udviser en klar stigning i motoriske færdigheder. Denne stigning i dygtighed svarer til den, der observeres, når dyret er uddannet manuelt uden brug af auto-trainer.Sørg for at få musene til at bruge deres poter. Hvis du lader dem tro, at du bare lader dem få mad, rækker de ikke ud efter dig. En skade kan induceres til nogen del af den motoriske vej til at bestemme, hvilke virkninger læsionen har på motorens ydeevne, og hvordan man kan fremme inddrivelse fra nævnte læsion.

Research

JoVE Journal

Behavior

Nest Building as an Indicator of Health and Welfare in Laboratory Mice

The minimization and alleviation of  suffering has moral and scientific implications. In order to mitigate this  negative experience one must be able to ...

The Modified Hole Board - Measuring Behavior, Cognition and Social Interaction in Mice and Rats

Den modificerede Hole Board - Måling Behavior, Erkendelse og social interaktion hos mus og rotter

This protocol describes the modified hole board (mHB), which combines features from a traditional hole board and open field and is designed to measure ...

A Protocol for Housing Mice in an Enriched Environment

En protokol for Boliger Mus i en beriget miljø

Environmental enrichment (EE) is a housing environment for mice that boosts mental and physical health compared to standard laboratory housing. Our recent ...

Quantifying Social Motivation in Mice Using Operant Conditioning

Kvantificering Social Motivation i mus Brug operant betingning

In this protocol, social motivation is measured in mice through a pair of operant conditioning paradigms. To conduct the experiments, two-chambered ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Erhvervelse af en Høj præcision Faglært forben Nå Task i rotter

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Determining Ultrasonic Vocalization Preferences in Mice using a Two-choice Playback Test

Bestemmelse Ultrasonic vokalisation Preferences i mus ved hjælp af en to-valg afspilning Test

Mice emit ultrasonic vocalizations (USVs) during a variety of conditions, such as pup isolation and adult social interactions. These USVs differ with age, ...

An Operant Intra-/Extra-dimensional Set-shift Task for Mice

En Operant Intra / Extra-dimensionelle Set-shift opgave for Mus

Alterations in executive control and cognitive flexibility, such as attentional set-shifting abilities, are core features of several neuropsychiatric ...

Measuring Delay Discounting in Humans Using an Adjusting Amount Task

Måling Forsinkelse Diskontering hos mennesker Ved hjælp af en Justering Beløb Opgave

Delay discounting refers to a decline in the value of a reward when it is delayed relative to when it is immediately available. Delay discounting tasks ...

Reinstatement of Drug-seeking in Mice Using the Conditioned Place Preference Paradigm

Genindsættelse af stof-søgende i mus ved hjælp af konditioneret sted præference paradigme

The present protocol describes the Conditioned Place Preference (CPP) as a model of relapse in drug addiction. In this model, animals are first trained to ...

Systematic Assessment of Well-Being in Mice for Procedures Using General Anesthesia

Systematisk vurdering af velvære i mus til procedurer ved hjælp af generel anæstesi

In keeping with the 3R Principle (Replacement, Reduction, Refinement) developed by Russel and Burch, scientific research should use alternatives to animal ...