Name: evaluating skilled prehension in mice using an auto-trainer
Uploaded: 2019-09-12T13:30:00
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自動トレーニングデバイスは、ステップ分析LLCのジェイソン・ダンソーン、ウリ・タッシュ、ダン・タッシュによって構築され、設計入力サポートとロバート・ハバード、リチャード・オブライエン、スティーブン・ツァイラーによって提供されました。
シャンパリモー・センター・フォー・アン・アン・アン・アン・アン・アン・アンサーのテレサ・ドゥアルテは、マウスの到達アクションを記述し、分類することに関する貴重な洞察とアイデアを提供しました。

ここに記載されているすべての方法は、ジョンズホプキンス大学のACUC(動物のケアと使用委員会)によって承認されています.
1. マウスケージの使用準備
<ol><li>図 1 に示すように、各ケージの前端のベースから幅 0.8 cm、高さ 7 cm の寸法でスロット開口部を作成します。このスロットは、動物が到達する開口部として機能します。 注:オートトレー?...

<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>

当社のオートトレーナーは、前肢のリーチツー把握(プリエンション)を自動化された方法で評価します。このエンドポイントを達成するために、ペレットの配置、ペレットサイズ、トレーニング基準など、マウスの先入観タスク用に設計されたパラメータの多くは、数年にわたって繰り返され、以前のプロトコル2、5から適応されています。、6<...

運動能力の前・後の損傷を実験的にテストする方法と、運動トレーニングのタイミング、量、タイプを調節する方法は、翻訳研究にとって重要です。過去10年間にわたり、マウスは、遺伝子操作の付随的な容易さのために、運動学習の前および後の傷害のメカニズムを解明する人気のモデルシステムとなっている。しかし、マウスの行動アッセイは、他の哺乳動物(特にラット)のアッセイと同じ方法で最適化されていません。また、マウスとラットの挙動には、異なる方法で2種の訓練を強く示唆する重要な違いがある1,2.
熟練した先入観的な動きは、手/足を使用して食べ物を口に入れたり、物体を操作したり、道具を使ったりします。確かに、日常生活の中で様々な物体をつかむことは上肢の基本的な機能であり、食べ手の多い行為は、多くの哺乳類が使用する予感の一形態です。遺伝的、生理学的、および解剖学的変化の多くは、先入観的スキル獲得を支えており、フィールド3で十分に定義されている。前臨床所見を臨床結果に翻訳する場合、効率的で再現性のある関連する検査が必要です。げっ歯類とヒトの到達に関する研究は、妊娠行動がヒトと動物で類似していることを示している4.したがって、これらの類似点は、先入観検査が、ヒト疾患の障害および治療と同様に運動学習を調査するための翻訳モデルとして役立つことを示唆している。したがって、マウスの妊娠を評価することは、健康と疾患状態の両方を研究する翻訳研究の強力なツールを提供することができます4.
残念ながら、マウスの予感タスクは、小規模な実験室の設定であっても、手間と時間がかかる可能性があります。この問題を軽減するために、ここでは、先入観タスクの自動化されたバージョンについて説明します。説明されたタスクでは、マウスのホームケージ前部スロットを通して片足を伸ばし、延長された足を陽化し、食物ペレットの報酬をつかみ、ペレットをケージ内部に引き戻して消費する必要があります。結果のデータは、成功または失敗の前駆として表示されます。この自動化はデータを正常に記録し、研究者がタスクに従事する必要がある負担と時間を削減します。

<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

我々は、ナイーブマウスを新しい予感(到達到達)タスクに導入する方法について説明する。マウスは、マウスがケージから手を伸ばし、食物ペレットを取り出すことを可能にする正面スロットを持つケージに単独で収容されています。最小限の食物制限は、マウスがスロットから食物検索を行うことを奨励するために採用されています。マウスが食べ物のスロットに来て関連付け始めると、ペレットは手動で引き離され、足の伸びと発散を刺激し、前部スロットを通してペレットを把握し、取り出します。マウスがスロットに到着するとペレットに到達し始めると、目的のペレットを正常に把握して取り出す速度を測定することによって行動アッセイを行うことができます。その後、マウスが把握するための食品ペレットを提供するプロセスと、成功した試行と到達と把握の試行の記録の両方を自動化するオートトレーナーに導入されます。これにより、最小限の労力で複数のマウスの到達データを収集し、必要に応じて実験分析に使用することができます。

一般に、各トレーニング セッションは約 20 ~ 30 回のトライアルで構成され、ユーザーが自動トレーナーによって自動的に実行され、セッションとマウスごとに 1 つのログ ファイルに保存されることをお勧めします。各トライアルは、2~5回の一時停止で、直後に連続して実行できます。オートトレーナーで訓練されたマウスは、10回のトレーニングセッションでスキル...

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Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer

トレーニングが運動能力に与える影響を評価する方法は有用なツールです。残念ながら、ほとんどの行動評価は労働集約的で高価な場合があります。ここでは、マウスの先入観(リーチツー把握)スキルを評価するロボット的な方法について述べる。

オートトレーナーを用いてマウスの熟練した予感を評価する

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 ...

当社の技術は、時間を節約し、多くの異なる種類の研究のスプリングボードとして機能することができる複雑な行動分析を自動化します。私たちのテクニックでは、タスクと報酬は同じものです。あいまいなタスクを実行すること、誤ったタスクを実行することと報酬を受け取る間に切断はありません。動物モデルは、神経学的傷害後の回復を増強するアプローチをテストする機会を提供する。例えば、私の研究室では、脳卒中後のリハビリテーションに対する革新的な新しいアプローチを開発する緊急の必要性があるため、脳卒中後の回復を増強するためのアプローチをテストしています。脳卒中に加えて、私たちのオートトレーナーは、怪我の前に運動学習を研究するだけでなく、パーキンソン病、アルツハイマー病、または外傷性脳損傷のモデルで有用であり得る。マウスがゴールウェイトに達したら、ペレット表面に45ミリグラムのペレットをスロットの正面に置いてトレーニングセッションを開始し、マウスがペレットを取り出すことを許可します。マウスが開いたスロットを供給と関連付ける場合は、ピンセットのペアを使用して、マウスが以前にペレットを取り出したのと同じ位置にペレットを保持します。マウスがペレットに噛み付き始めると、ペレットが口の手の届かないところにあるように、ペレットを約半センチメートル引き離します。マウスがスロットを通して足を伸ばすと、マウスがペレットを食べることによって動作を強化します。実験に役立たないが、左足か右足が好ましいかを記録する。マウスがペレットを食べることと足を伸ばすと、ペレットを口と舌で取り出そうとする試みに応じてペレットを差し控えることによって行動をさらに強化する。マウスが足を使わずにペレットを正常に得るのを止めるように注意してください。45ミリグラムのペレットをケージゲートの外側の端からわずか1センチメートル下に配置し、ペレットの左端または右端の点がケージゲートスロットの端からまっすぐ伸びる線に正接するようにして、望ましい足に達する挙動の導入を完了します。その後、マウスがペレットを取り出そうとし、ペレットを取り除き、マウスが足の延長以外の他の方法で検索を試みるべき場合に消費を防ぐために警戒することができます。トレーニングセッションを開始する前に、自動トレーナーのLabVIEWインターフェイスの[実行]矢印をクリックし、ペレットの有無にかかわらず、餌ペレットセンサーの読み取り値を確認します。[停止] をクリックしてテストの実行を停止し、餌ペレット センサーのターゲットをこれらの 2 つの測定値の間の値に変更します。変更したマウスケージをオートトレーナーに置き、ケージゲートを貼り付けます。次に、手動手順のようにペレットをスロットの端に合わせ、LabVIEWインタフェースで新しいトレーニングセッションを開きます。トレーニング セッションに関するデータを記録するために必要な情報を入力し、[マウス ID] フィールドをクリックして、各トレーニング セッションのファイル名を入力します。[ルーチン中に分配する総ペレット]フィールドをクリックして、1回の実験で分配されるペレットの数を制御します。[ペレット番号の後に一時停止]フィールドをクリックして、示されたペレットがダイビング ボードから取り外された後に 5 秒のポーズを設定し、[一時停止の長さ] フィールドをクリックして、ペレットがダイビング ボードから取り外されてから新しいペレットが分配される時間の間に一時停止を設定します。[リーチ距離]フィールドにペレットが配置される距離を手動で記録するようにオートトレーナーを設定し、[ログを含むフォルダ]フィールドをクリックして、収集したデータを保存するファイルの場所を選択します。情報フィールドに入力したら、[実行] をクリックしてトレーニング セッションを開始します。オートトレーナーは、ペレットの総数が分配され、最後のペレットがマウスによって取り出されるか、または落とされるまで、個々のペレットを分配し、漏斗を通って落ちるかどうかを追跡します。この時点でプログラムは自動的に停止します。必要に応じて、停止ボタンをクリックして早期に停止することもできます。ソフトウェアがセットアップされたら、テストするマウスのホームケージをペ台に置き、[実行]をクリックしてマウスがスロットを調査できるようにし、見慣れない新しい環境です。オートトレーナーで訓練されたマウスは、先入観のタスクを学び、運動能力の明確な増加を示す。このスキルの増加は、動物がオートトレーナーを使用せずに手動で訓練される場所に観察されるものと似ています。マウスが足を使えるようにしてください。あなたが食べ物を持たせているだけだと思わせれば、彼らはあなたに手を伸ばすことはありません。損傷は、病変が運動性能にどのような影響を与えるか、および前記病変からの回復を促す方法を決定するために、運動経路の任意の部分に誘発することができる。

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