Name: evaluating skilled prehension in mice using an auto-trainer
Uploaded: 2019-09-12T13:30:00
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Le dispositif d'auto-formation a été construit par Jason Dunthorn, Uri Tasch, et Dan Tasch à Step Analysis, LLC, avec le soutien d'entrée de conception et les instructions fournies par Robert Hubbard, Richard O'Brien, et Steven Zeiler.
Teresa Duarte, du Centre Champalimaud pour l'inconnu, a fourni des idées et des idées précieuses sur la description et la catégorisation des actions d'atteinte de souris.

Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par l'ACUC (Comité des soins et de l'utilisation des animaux) de l'Université Johns Hopkins.
1. Préparation des cages de souris pour utilisation
<ol><li>Créez une ouverture à fentes avec des dimensions de 0,8 cm de largeur et 7 cm de hauteur de la base à l'extrémité avant de chaque cage, comme illustré dans la figure 1. Cette fente sert d'ouverture par laquelle l'animal atteindra. REMARQUE : L'...

<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>

Notre auto-formateur évalue la portée de l'avant-membre (préhension) d'une manière automatisée. Pour atteindre ce critère d'évaluation, bon nombre des paramètres conçus pour la tâche de préhension de la souris, y compris le placement des granulés, la taille des granulés et les critères d'entraînement, ont été itéronti sur plusieurs années et adaptés des protocoles antérieurs2,5 ,6. L'avancement ici est l'au...

Les méthodes pour tester expérimentalement une compétence motrice avant et après- des dommages neurologiques aussi bien que moduler le moment, la quantité, et le type de formation de moteur sont importantes à la recherche translationnelle. Au cours de la dernière décennie, les souris, en raison de la facilité de manipulation génétique qui s'enesticie, sont devenues un système modèle populaire dans lequel il est devenu pour élucider les mécanismes de l'apprentissage moteur avant et après les blessures. Cependant, les tests comportementaux chez les souris n'ont pas été optimisés de la même manière que de tels essais ont été pour d'autres mammifères (en particulier les rats). En outre, il existe des différences importantes entre le comportement d'une souris et d'un rat qui suggèrent fortement la formation des deux espèces de manières différentes1,2.
Les mouvements préhensiles habiles utilisent une main/patte pour placer la nourriture dans la bouche, pour manipuler un objet, ou pour employer un outil. En effet, atteindre saisir divers objets dans la vie quotidienne est une fonction fondamentale des membres supérieurs et l'acte de portée-manger est une forme de préhension que de nombreux mammifères utilisent. Bon nombre des changements génétiques, physiologiques et anatomiques qui sous-tendent l'acquisition de compétences préhensiles ont été bien définis dans le domaine3. En traduisant les résultats précliniques en résultats cliniques, on a besoin d'un test pertinent qui soit efficace et reproductible. Des études sur la portée des rongeurs et des humains démontrent que le comportement de préhension est similaire chez l'homme et chez les animaux4. En conséquence, ces similitudes suggèrent que l'essai de préhension peut servir de modèle translationnel pour étudier l'apprentissage moteur aussi bien que des affaiblissements et des traitements de la maladie humaine. Par conséquent, l'évaluation de la préhension chez la souris peut offrir un outil puissant dans la recherche translationnelle étudiant à la fois la santé et les états de la maladie4.
Malheureusement, la tâche de préhension chez la souris, même pour un cadre de laboratoire à petite échelle, peut être laborieuse et longue. Pour atténuer ce problème, nous décrivons ici une version automatisée de la tâche de préhension. La tâche décrite exige que les souris étendent une seule patte à travers la fente frontale de la cage de la souris, pronate la patte étendue, saisissent la récompense de granule de nourriture, et tirent le granule de nouveau à l'intérieur de cage pour la consommation. Les données obtenues sont présentées comme un succès ou un échec de préhension. Cette automatisation enregistre avec succès les données et réduit le fardeau et le temps avec lesquels les chercheurs doivent s'engager dans la tâche.

<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

Nous décrivons une méthode pour introduire des souris naïves à une nouvelle préhension (atteindre-à-grasp) tâche. Les souris sont logées individuellement dans des cages avec une fente frontale qui permet à la souris d'atteindre hors de sa cage et de récupérer des granules de nourriture. Une restriction alimentaire minimale est utilisée pour encourager les souris à effectuer la récupération des aliments à partir de la fente. Comme les souris commencent à s'associer à venir à la fente pour la nourriture, les granulés sont manuellement retirés pour stimuler l'extension et la pronation de leur patte pour saisir et récupérer la pastille à travers la fente frontale. Lorsque les souris commencent à atteindre pour les granulés comme ils arrivent à la fente, l'analyse comportementale peut être effectuée en mesurant la vitesse à laquelle ils ont réussi à saisir et à récupérer le granule désiré. Ils sont ensuite présentés à un auto-formateur qui automatise à la fois le processus de fourniture de granulés de nourriture pour la souris à saisir, et l'enregistrement des tentatives réussies et échouées atteindre et saisir. Cela permet de collecte de données d'atteinte pour plusieurs souris avec un minimum d'effort, à utiliser dans l'analyse expérimentale, le cas échéant.

En général, il est recommandé que chaque session de formation se compose d'environ 20-30 essais, qui peuvent être fixés par l'utilisateur, exécuté automatiquement par l'auto-formateur et enregistré dans un fichier journal unique par session et la souris. Chaque essai peut être exécuté consécutivement, juste après l'autre, avec 2-5 s de pause. Les souris formées à l'auto-formateur présentent une augmentation des compétences au cours de 10 séances d'entraînement.
<p c...

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Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer

La méthode d'évaluation de l'impact de la formation sur la motricité est un outil utile. Malheureusement, la plupart des évaluations comportementales peuvent être laborieuses et/ou coûteuses. Nous décrivons ici une méthode robotique d'évaluation de la préhension (atteindre-à-grasp) compétence chez les souris.

Évaluer la préhension des personnes qualifiées chez les souris à l'aide d'un auto-formateur

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 ...

Notre technologie automatise une analyse comportementale compliquée qui peut gagner du temps et servir de tremplin à de nombreux types d’études. Avec notre technique, la tâche et la récompense sont la même chose. Il n’y a pas de décalage entre l’exécution d’une tâche vague, peut-être incorrectement, et la réception d’une récompense.Les modèles animaux offrent l’occasion de tester des approches pour augmenter la récupération après une blessure neurologique. Par exemple, dans mon laboratoire, nous testons des approches pour augmenter la récupération après un AVC, car il est urgent de développer de nouvelles approches novatrices pour la réadaptation post-AVC. En plus de l’AVC, notre auto-formateur pourrait être utile pour étudier l’apprentissage moteur avant les blessures, ainsi que dans les modèles de la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer, ou des lésions cérébrales traumatiques.Lorsqu’une souris atteint son poids d’objectif, commencez une séance d’entraînement en plaçant une pastille de 45 milligrammes sur la surface des granulés directement devant la fente, et permettez à la souris de récupérer la pastille. Lorsque la souris associe une fente ouverte à l’alimentation, utilisez une paire de pinces à épiler pour tenir une pastille dans la même position que la souris a récupéré les granulés précédemment. Comme la souris commence à mordre pour la pastille, retirez la pastille d’environ un demi-centimètre, de sorte que la pastille est hors de portée de la bouche.Lorsque la souris étend une patte à travers la fente, renforcer le comportement en permettant à la souris de manger la pastille. Bien qu’il ne soit pas instrumental à l’expérimentation, enregistrez si la patte gauche ou droite est préférée. Comme la souris associe l’extension d’une patte avec manger une pastille, renforcer encore le comportement en retenant la pastille en réponse aux tentatives de récupérer la pastille avec la bouche et la langue.Prenez soin d’empêcher vos souris d’obtenir avec succès une pastille sans utiliser une patte, ou ils apprendront de mauvaises habitudes qui sont difficiles à désapprendre. Finaliser l’introduction du comportement souhaité d’atteinte de la patte en plaçant la pastille de 45 milligrammes à un peu moins d’un centimètre du bord extérieur de la porte de la cage, de sorte que le point le plus à gauche ou à droite de la pastille est tangente à une ligne s’étendant directement à partir du bord de la fente de la porte de la cage. Ensuite, laissez la souris tenter de récupérer la pastille, en étant vigilant pour enlever la pastille et empêcher sa consommation si la souris doit tenter de récupérer par une autre méthode que l’extension de la patte.Avant de commencer la session de formation, cliquez sur la flèche Run dans l’interface LabVIEW de l’auto-formateur et notez la lecture du capteur de granulés d’appâts, avec et sans granulé en place. Cliquez sur Arrêtez-vous pour arrêter le test et modifiez la cible du capteur de granulés d’appâts en valeur entre ces deux lectures. Placez la cage à souris modifiée sur l’auto-formateur et fixez la porte de la cage.Alignez ensuite la pastille sur le bord de la fente comme dans la procédure manuelle, et ouvrez une nouvelle session de formation dans l’interface LabVIEW. Saisissez l’information au besoin pour enregistrer des données sur la session de formation et cliquez sur le champ Id de la souris pour entrer le nom du fichier de chaque session de formation. Cliquez sur les granulés totaux pour distribuer pendant le champ de routine pour contrôler le nombre de granulés distribués pour une seule expérience.Cliquez sur le champ Pause After Pellet Number pour définir une pause de cinq secondes après que la pastille indiquée est retirée du plongeoir, et cliquez sur le champ Longueur pause pour définir une pause entre le moment où une pastille est retirée du plongeoir et le moment où une nouvelle pastille est distribuée. Réglez l’auto-formateur pour enregistrer manuellement la distance à laquelle la pastille est placée dans le champ Distance reach, et cliquez sur le champ Dossier pour contenir les journaux pour sélectionner l’emplacement du fichier pour enregistrer les données collectées. Une fois que les champs d’information ont été remplis, cliquez sur Exécuter pour commencer la session de formation.L’auto-formateur distribuera des granulés individuels et la voie si elles tombent à travers l’entonnoir, jusqu’à ce que le nombre total de granulés a été distribué et la dernière pastille a été récupéré ou laissé tomber par la souris. Le programme s’arrêtera automatiquement à ce stade. Si nécessaire, il peut également être arrêté prématurément en cliquant sur le bouton Stop.Une fois que le logiciel est mis en place, placez la cage d’accueil de la souris à tester sur le piédestal et cliquez sur Exécuter pour permettre à la souris d’enquêter sur la fente et c’est un nouvel environnement inconnu. Les souris formées avec l’auto-formateur ont appris la tâche de préhension et montrent une nette augmentation de la compétence motrice. Cette augmentation des compétences est similaire à celle observée lorsque l’animal est formé manuellement sans l’utilisation de l’auto-formateur.Assurez-vous de faire en sorte que les souris utilisent leurs pattes. Si tu les laisses penser que tu les laisses manger, ils ne te trouveront pas. Une blessure peut être induite à n’importe quelle partie de la voie motrice pour déterminer quels effets la lésion a sur la performance motrice, et comment encourager la récupération de la dite lésion.

Research

JoVE Journal

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