Name: evaluating skilled prehension in mice using an auto-trainer
Uploaded: 2019-09-12T13:30:00
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자동 훈련 장치는 로버트 허바드, 리처드 오브라이언, 스티븐 자일러가 제공하는 설계 입력 지원 및 지침과 함께 단계 분석, LLC의 제이슨 던트혼, 우리 태쉬, 댄 태쉬에 의해 구성되었다.
알 수 없는 샴팔리마우드 센터의 테레사 두아르테(Teresa Duarte)는 마우스 도달 행동을 설명하고 분류하는 데 대한 귀중한 통찰력과 아이디어를 제공했습니다.

여기에 설명된 모든 방법은 존스 홉킨스 대학의 ACUC(동물 관리 및 사용 위원회)에 의해 승인되었습니다.
1. 사용하기 위한 마우스 케이지 준비
<ol><li>그림 1과 같이 각 케이지의 프런트 엔드의 베이스에서 폭 0.8cm, 높이 7cm의 크기로 슬롯형 개구부를 작성합니다. 이 슬롯은 동물이 도달하는 개구부 역할을합니다. 참고: 자동 트레이너는 대부분의 동물 ?...

<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>

오토 트레이너는 자동 적인 방식으로 앞다리 도달 도달 (prehension)을 평가합니다. 이 종점을 달성하기 위해 펠릿 배치, 펠릿 크기 및 교육 기준을 포함하여 마우스 전천막 작업을 위해 설계된 많은 매개 변수가 수년 동안 반복되어 이전 프로토콜2,5에서 채택되었습니다. ,6. 여기서 발전은 홈 케이지 하우징을 허용하는 로봇을 사...

운동 기술을 실험적으로 테스트하는 방법은 전후 신경 상해뿐만 아니라 타이밍, 양 및 모터 훈련 유형을 조절하는 것이 번역 연구에 중요합니다. 지난 10 년 동안, 마우스, 때문에 유전 조작의 수행 용이성, 모터 학습 의 메커니즘을 해명하는 인기있는 모델 시스템이되었다 전후 부상. 그러나, 마우스에서행동성 분석에 는 다른 포유류(특히 쥐)에 대해 같은 방식으로 최적화되지 않았다. 또한, 마우스와 쥐의 거동사이에는 서로 다른 방식으로 두 종을 훈련시키는 것을 강력하게 제안하는쥐의거동이1,2.
숙련된 약탈운동은 손/발을 사용하여 입에 음식을 놓거나, 물체를 조작하거나, 도구를 사용합니다. 실제로, 일상 생활에서 다양한 물체를 파악하는 것은 상지의 기본 기능이며, 먹는 도달 행위는 많은 포유류가 사용하는 전조의 한 형태입니다. 유전적, 생리적, 해부학적 변화의 대부분은3. 전임상 결과를 임상 결과로 변환할 때 효율적이고 재현 가능한 관련 테스트가 필요합니다. 설치류와 인간 도달에 대한 연구는 전경련 행동이 인간과 동물에서 유사하다는 것을 보여줍니다4. 따라서, 이러한 유사성은 전전도 테스트가 인간 질병의 장애 및 치료뿐만 아니라 모터 학습을 조사하기위한 번역 모델로 사용될 수 있음을 시사한다. 따라서, 마우스에서 prehension을 평가하는 것은 건강과 질병 상태 둘 다 공부하는 번역 연구에서 강력한 공구를 제안할 수 있습니다4.
불행히도, 마우스의 사전 작업, 심지어 작은 규모의 실험실 설정에 대 한, 힘들고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 이 문제를 완화하기 위해 여기서는 사전 설명 작업의 자동화된 버전을 설명합니다. 설명된 작업은 마우스가 마우스의 홈 케이지 정면 슬롯을 통해 단일 발을 확장하고, 확장 된 발을 pronate, 음식 펠릿 보상을 잡고, 소비를 위해 케이지 내부로 다시 당겨야합니다. 결과 데이터는 사전 성공 또는 실패로 표시됩니다. 이 자동화는 데이터를 성공적으로 기록하고 연구원이 작업에 참여해야 하는 부담과 시간을 줄입니다.

<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

우리는 새로운 prehension (도달 - 투 - 파악) 작업에 순진한 마우스를 소개하는 방법을 설명합니다. 마우스는 마우스가 케이지에서 손을 뻗어 음식 알약을 회수 할 수 있도록 정면 슬롯이있는 케이지에 개별적으로 보관됩니다. 최소한의 음식 제한은 슬롯에서 음식 검색을 수행 하는 쥐를 격려 하기 위해 사용 됩니다. 마우스가 음식을 위한 슬롯에 오는 연결하기 시작할 때, 펠릿은 정면 슬롯을 통해서 펠릿을 붙잡고 회수하기 위하여 그들의 발의 연장 그리고 nationnation를 자극하기 위하여 수동으로 당겨됩니다. 마우스가 슬롯에 도착할 때 펠릿에 도달하기 시작하면, 행동 분석은 원하는 펠릿을 성공적으로 파악하고 검색하는 속도를 측정하여 수행 될 수 있습니다. 그런 다음 마우스가 파악할 수 있는 식품 펠릿을 제공하는 프로세스와 성공 및 실패한 도달 및 파악 시도의 기록을 자동화하는 자동 트레이너를 소개합니다. 이를 통해 최소한의 노력으로 여러 마우스에 대한 도달 데이터를 수집하여 실험 분석에 적절히 사용할 수 있습니다.

일반적으로 각 교육 세션은 사용자가 설정할 수 있는 약 20-30개의 평가판으로 구성되며, 자동 트레이너에 의해 자동으로 실행되고 세션 및 마우스당 단일 로그 파일에 저장됩니다. 각 평가판은 2-5s의 일시 정지와 함께 연속적으로 실행될 수 있습니다. 자동 트레이너에 훈련 된 마우스는 10 개 이상의 교육 세션 이상의 기술 증가를 나타낸다.
<p class="jove_content" fo:keep-togethe...

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Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer

훈련이 운동 능력에 미치는 영향을 평가하는 방법은 유용한 도구입니다. 불행히도, 대부분의 행동 평가는 노동 집약적이거나 비용이 많이 들 수 있습니다. 우리는 여기에서 마우스에 있는 prehension (도달-투-파악) 기술을 평가하는 로봇적인 방법을 기술합니다.

자동 트레이너를 사용하여 마우스에서 숙련된 사전 평가

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 ...

우리의 기술은 시간을 절약하고 연구의 많은 다른 유형에 대한 발판 역할을 할 수있는 복잡한 행동 분석을 자동화. 우리의 기술로, 작업과 보상은 같은 것입니다. 모호한 작업을 수행하는 것과 잘못 수행, 보상을 받는 것 사이에는 연결이 끊어지는 없습니다.동물 모델은 신경 학적 부상 후 회복을 증가시키기 위한 접근법을 테스트할 수 있는 기회를 제공합니다. 예를 들어, 내 실험실에서 우리는 뇌졸중 후 복구를 보강하는 접근 방식을 테스트합니다. 뇌졸중 이외에, 우리의 자동 트레이너는 파킨슨 병, 알츠하이머 병 또는 외상성 뇌 손상의 모델뿐만 아니라 부상 전에 운동 학습을 공부하는 데 유용 할 수 있습니다.마우스가 목표 무게에 도달하면 슬롯 바로 앞에 펠릿 표면에 45 밀리그램 펠릿을 배치하여 훈련 세션을 시작하고 마우스가 펠릿을 회수할 수 있도록 합니다. 마우스가 열린 슬롯을 공급받는 것과 연관되면 핀셋 쌍을 사용하여 마우스가 이전에 펠릿을 검색한 것과 동일한 위치에 펠릿을 고정합니다. 마우스가 펠릿에 물기 시작하면 펠릿이 입에서 닿지 않도록 약 반 센티미터 떨어진 곳에서 펠릿을 당깁니다.마우스가 슬롯을 통해 발을 확장하면 마우스가 펠릿을 먹을 수 있도록 하여 동작을 강화합니다. 실험에 중요한 것은 아니지만 왼쪽 또는 오른쪽 발이 선호되는지 여부를 기록합니다. 마우스가 펠릿을 먹는 발이 뻗어 나가면서, 입과 혀로 펠릿을 회수하려는 시도에 대응하여 펠릿을 원천징수하여 행동을 더욱 강화한다.마우스가 발을 사용하지 않고 펠릿을 성공적으로 얻는 것을 막거나 배우기 어려운 나쁜 습관을 배우십시오. 45밀리그램 펠릿을 케이지 게이트의 바깥쪽 가장자리에서 1센티미터 아래에 배치하여 펠릿의 왼쪽 또는 오른쪽 지점이 케이지 게이트 슬롯의 가장자리에서 바로 뻗어 있는 선에 접선되는 것을 통해 원하는 발 도달 동작의 도입을 마무리합니다. 그런 다음 마우스가 펠릿을 검색하려고 시도하도록 허용하고, 발 을 제거하고 마우스가 발 확장 이외의 다른 방법으로 검색을 시도해야하는 경우 소비를 방지 할 수 있습니다.교육 세션을 시작하기 전에 자동 트레이너의 LabVIEW 인터페이스에서 실행 화살표를 클릭하고 펠릿이 있는 곳과 함께 또는 그 자리에 없는 미끼 펠릿 센서 판독을 기록합니다. 중지를 클릭하여 테스트 실행을 중지하고 미끼 펠릿 센서 대상을 두 판독값 사이의 값으로 변경합니다. 수정된 마우스 케이지를 자동 트레이너에 놓고 케이지 게이트를 부착합니다.그런 다음 펠릿을 수동 프로시저에서와 같이 슬롯 가장자리에 정렬하고 LabVIEW 인터페이스에서 새 교육 세션을 엽니다. 교육 세션에 대한 데이터를 기록하는 데 필요한 정보를 입력하고 마우스 ID 필드를 클릭하여 각 교육 세션의 파일 이름을 입력합니다. 총 펠릿을 클릭하여 일상적인 필드 동안 분배하여 단일 실험을 위해 분배되는 펠릿 수를 제어합니다.펠릿 번호 후 일시 중지 필드를 클릭하여 다이빙 보드에서 표시된 펠릿을 제거한 후 5초 동안 일시 중지를 설정하고 일시 중지 길이 필드를 클릭하여 펠릿이 다이빙 보드에서 제거된 시간과 새 펠릿이 분배되는 시간 사이에 일시 중지를 설정합니다. 자동 트레이너를 설정하여 펠릿이 도달 거리 필드에 배치되는 거리를 수동으로 기록하고 폴더를 클릭하여 로그 필드를 포함하여 수집된 데이터를 저장하는 파일 위치를 선택합니다. 정보 필드가 작성되면 Run을 클릭하여 교육 세션을 시작합니다.자동 트레이너는 개별 펠릿을 분배하고 총 펠릿 수가 분배되고 마지막 펠릿이 마우스에 의해 검색되거나 떨어질 때까지 깔때기를 통해 떨어지는지 여부를 추적합니다. 이 시점에서 프로그램이 자동으로 중지됩니다. 필요한 경우 중지 버튼을 클릭하여 조기에 중지할 수도 있습니다.소프트웨어가 설정되면 마우스의 홈 케이지를 받침대에서 테스트하고 실행을 클릭하여 마우스가 슬롯을 조사할 수 있도록 하고 익숙하지 않은 새로운 환경을 제공합니다. 자동 트레이너로 훈련 된 마우스는 prehension 작업을 배웠으며 모터 기술의 명확한 증가를 나타낸다. 이러한 기술의 증가는 자동 트레이너를 사용하지 않고 동물이 수동으로 훈련되는 곳에서 관찰된 것과 유사합니다.마우스가 발을 사용하도록 하십시오. 당신이 그들에게 당신이 단지 음식을 시키는 것을 생각하게하면, 그들은 당신을 위해 도달하지 않습니다. 부상은 병변이 모터 성능에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 말의 병변에서 회복을 장려하는 방법을 결정하기 위해 모터 경로의 모든 부분에 유도 될 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

실험실 쥐의 건강과 복지의 지표로 둥지 건물

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

연구

행동분석학

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

수정 된 구멍 보드 - 마우스 및 쥐의 행동,인지 및 사회적 상호 작용을 측정

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

풍부한 환경에서의 주택 마우스를위한 프로토콜

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Quantifying Social Motivation in Mice Using Operant Conditioning

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숙련 된 앞다리가 쥐에서 작업을 도달하는 고정밀의 취득

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

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Measuring Delay Discounting in Humans Using an Adjusting Amount Task

지연하는 조정 금액 태스크를 사용하여 인간에로 할인 측정

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

바른된 장소 기본 패러다임을 사용 하 여 마우스에 마약 추구의 복직

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

일반 마 취 기계를 사용 하 여 프로시저에 대 한 마우스에 웰빙의 체계적인 평가

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