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

Den auto-trening enheten ble konstruert av Jason Dunthorn, URI Täsch, og Dan Täsch på Step analyse, LLC, med design input støtte og instruksjoner levert av Robert Hubbard, Richard o ' Brien, og Steven Zeiler.
Teresa Duarte av Champalimaud Centre for Unknown gitt verdifull innsikt og ideer om å beskrive og kategorisere musen nå handlinger.

Alle metoder som er beskrevet her er godkjent av ACUC (Animal Care og use Committee) av Johns Hopkins University.
1. forbereder muse bur for bruk
<ol><li>Lag en spor åpning med dimensjoner på 0,8 cm bredde og 7 cm høyde fra basen i fronten av hvert bur, som illustrert i figur 1. Denne spilleautomaten fungerer som den åpningen som dyret vil nå. Merk: Auto-trener ble designet for bruk med standard musen buret dimensjoner (som vist i fi...

<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>

Vår Auto-trener evaluerer forlemen rekkevidde-til-tak (prehension) på en automatisert måte. For å oppnå dette endepunktet, har mange av parametrene som er utformet for muse prehension oppgaven, inkludert pellet plassering, pellet størrelse og opplærings kriterier, blitt iterated over flere år og tilpasset fra tidligere protokoller2,5 ,6. Den avansement her er automatisering av oppgaven ved hjelp av en robot som gjør hj...

Metoder for å eksperimentelt teste en motoriske ferdigheter pre-og post-nevrologiske skader samt modulere timing, beløp, og type motor trening er viktig å translational forskning. I løpet av det siste tiåret, har mus, på grunn av ledsager enkel genetisk manipulasjon, blitt en populær modell system der for å belyse mekanismer for motor læring før og etter skade. Men, atferds analyser i mus har ikke blitt optimalisert på samme måte som slike analyser har vært for andre pattedyr (spesielt rotter). Videre er det viktige forskjeller mellom oppførselen til en mus og en rotte som sterkt tyder på trening de to artene i ulike manerer1,2.
Dyktige prehensile bevegelser bruker en hånd/labb til å plassere mat i munnen, for å manipulere et objekt, eller å bruke et verktøy. Faktisk, nå å forstå ulike objekter i dagliglivet er en fundamental funksjon av øvre lemmer og Reach-to-Eat handling er en form for prehension at mange pattedyr bruk. Mange av de genetiske, fysiologiske og anatomiske endringer underbygger prehensile ferdighets oppkjøp har vært godt definert i feltet3. Ved å oversette prekliniske funn til kliniske utfall, trenger man en relevant test som er effektiv og reproduserbar. Studier av gnager og menneskelig rekkevidde viser at prehension atferd er lik hos mennesker og dyr4. Følgelig, disse likhetene tyder på at prehension testing kan tjene som en translational modell for å undersøke motorisk læring samt nedsatt funksjonsevne og behandlinger av menneskelig sykdom. Derfor kan evaluering av prehension i mus tilby et kraftig verktøy i translational forskning som studerer både helse-og sykdomstilstander4.
Dessverre kan den prehension oppgaven i mus, selv for en småskala laboratorium innstilling, være arbeidskrevende og tidkrevende. For å lindre dette problemet, beskriver vi her en automatisert versjon av den prehension oppgaven. Det beskrevet oppgave behøver mus å forlenge en enkelt pote igjennom det musen ' hjem bur frontal sprekk, pronate det utbygget pote, ta fatt i maten pellet belønne, og rykk det pellet rygg å byrået indre for fortæringen. De resulterende dataene presenteres enten som en prehension suksess eller fiasko. Dette automatisering registrerer dataene og reduserer byrden og tiden som forskerne må engasjere oppgaven.

<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 for å innføre naive mus til en roman prehension (Reach-to-Grip) oppgave. Mus er plassert enkeltvis i bur med en frontal slot som tillater musen til å nå ut av buret sitt og hente mat pellets. Minimal mat begrensning er ansatt for å oppmuntre musene til å utføre mat henting fra sporet. Som musene begynner å assosiere kommer til sporet for mat, er pellets manuelt trekkes bort for å stimulere forlengelse og pronasjon av deres labb å gripe og hente pellet gjennom frontal sporet. Når musene begynner å komme for pellets som de kommer til sporet, den atferdsmessige analysen kan utføres ved å måle hastigheten som de klarer å forstå og hente ønsket pellet. De blir deretter introdusert til en auto-trener som automatiserer både prosessen med å gi mat pellets for musen til å gripe, og innspillingen av vellykkede og mislykkede nå og fatte forsøk. Dette gjør det mulig å samle inn data for flere mus med minimal innsats, slik at de kan brukes i eksperimentelle analyser etter behov.

Generelt anbefales det at hver treningsøkt består av ca 20-30 forsøk, som kan angis av brukeren, kjøres automatisk av Auto-trener og lagres i en enkelt loggfil per økt og mus. Hver prøve kan kjøres fortløpende, rett etter den andre, med 2-5 s av pause. Mus trent på Auto-trener utstillingen en økning i dyktighet over 10 treningsøkter.
Å sammenligne nytten av Auto-trener til manuell trening (regnes som gull-standard), ...

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 for å vurdere effekten av trening på motoriske ferdigheter er et nyttig verktøy. Beklageligvis, høyst opptreden vurderingen kan arbeidskrevende og/eller dyr. Vi beskriver her en robot metode for å vurdere prehension (Reach-to-Grip) dyktighet i mus.

Evaluere dyktige Prehension i mus bruke en auto-Trainer

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 ...

Vår teknologi automatiserer en komplisert atferdsanalyse som kan spare tid og tjene som et springbrett for mange forskjellige typer studier. Med vår teknikk er oppgaven og belønningen det samme. Det er ingen frakobling mellom å utføre en oppgave, muligens feil, og motta en belønning.Dyremodeller gir en mulighet for testing tilnærminger for å øke utvinning etter en nevrologisk skade. For eksempel, i laboratoriet mitt tester vi tilnærminger for å øke utvinningen etter hjerneslag, siden det er et presserende behov for å utvikle innovative nye tilnærminger til rehabilitering etter hjerneslag. I tillegg til hjerneslag, vår auto-trener kan være nyttig for å studere motorlæring før skade, så vel som i modeller av Parkinsons, Alzheimers, eller traumatisk hjerneskade.Når en mus når målvekten, starter du en treningsøkt ved å plassere en 45 mg pellet på pelletoverflaten rett foran sporet, og la musen hente pelleten. Når musen forbinder et åpent spor med å bli matet, bruk et par pinsett for å holde en pellet i samme posisjon som musen har hentet pellets tidligere. Når musen begynner å bite for pelleten, trekk pelleten bort omtrent en halv centimeter, slik at pelleten er utenfor munnens rekkevidde.Når musen strekker en pote gjennom sporet, forsterke oppførselen ved å la musen å spise pellet. Selv om det ikke er medvirkende til eksperimentering, kan du registrere om venstre eller høyre pote foretrekkes. Som musen forbinder utvide en pote med å spise en pellet, ytterligere forsterke oppførselen ved å holde tilbake pellet som svar på forsøk på å hente pellet med munn og tunge.Ta vare på å stoppe musene dine fra å lykkes med å få en pellet uten å bruke en pote, eller de vil lære dårlige vaner som er vanskelige å avlære. Sluttføre innføringen av ønsket pote-reaching atferd ved å plassere 45-mg pellet like under en centimeter fra den ytre kanten av buret gate, slik at venstre eller høyre-det meste punkt av pellet er tangent til en linje som strekker seg rett ut fra kanten av buret gate slot. Deretter la musen forsøke å hente pellet, være årvåken for å fjerne pellet og hindre det forbruk hvis musen skal forsøke å hente ved en annen metode enn pote forlengelse.Før du starter treningsøkten, klikker du på Kjør-pilen i LabVIEW-grensesnittet til auto-trainer og noterer agnpelletsensoren lesing, både med og uten pellet på plass. Klikk Stopp for å stoppe testkjøringen og endre agnpelletsensormålet til en verdi mellom disse to avlesningene. Plasser det modifiserte museburet på auto-trainer og fest burporten.Juster deretter pelleten til kanten av sporet som i den manuelle prosedyren, og åpne en ny treningsøkt i LabVIEW-grensesnittet. Skriv inn informasjonen etter behov for å registrere data om treningsøkten, og klikk på Muse-ID-feltet for å angi filnavnet for hver treningsøkt. Klikk feltet Totalt pellets for å dispensere under rutine for å kontrollere hvor mange pellets som er dispensert for ett enkelt eksperiment.Klikk feltet Pause etter pelletnummer for å angi en pause på fem sekunder etter at den angitte pelleten er fjernet fra stupebrettet, og klikk feltet Pauselengde for å angi en pause mellom tiden en pellet fjernes fra stupebrettet, og når en ny pellet dispenseres. Angi at auto-trainer skal registrere avstanden som pelleten er plassert i reach avstand-feltet manuelt, og klikk feltet Mappe som inneholder logger for å velge filplasseringen for å lagre de innsamlede dataene. Når informasjonsfeltene er fylt ut, klikker du Kjør for å starte treningsøkten.Auto-trener vil dispensere individuelle pellets og spore om de faller gjennom trakten, inntil det totale antall pellets har blitt dispensert og den siste pellet har enten blitt hentet eller droppet av musen. Programmet stopper automatisk på dette tidspunktet. Om nødvendig kan den også stoppes for tidlig ved å klikke på Stopp-knappen.Når programvaren er satt opp, plasserer du hjemmet buret av musen som skal testes på pidestallen og klikk Kjør for å tillate musen å undersøke sporet, og det er nye ukjente omgivelser. Mus trent med auto-trener lærte forståelse oppgaven og viser en klar økning i motoriske ferdigheter. Denne økningen i dyktighet ligner på det som observeres der dyret trenes manuelt uten bruk av auto-trener.Sørg for å få musene til å bruke potene sine. Hvis du lar dem tro at du bare lar dem ha mat, vil de ikke strekke seg etter deg. En skade kan induseres til noen del av motorveien for å avgjøre hvilke effekter lesjonen har på motorytelse, og hvordan man oppmuntrer til utvinning fra nevnte lesjon.

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

Forandringer Hole Board - Måling Behavior, kognisjon og sosialt samspill i 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 protokoll for boliger Mus i en Beriket 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

Kvantifisere Sosial Motivasjon i Mus Bruke Operant Conditioning

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

Erverv av en høy presisjon Dyktige forbena Reaching oppgave i Rats

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

Bestemme Ultralyd vokalisering Valg i mus bruker en to-valg avspilling 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-dimensjonale Set-shift Task 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 Delay Discounting i Humans Bruke en Justere Beløp Task

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

Gjenoppretting av narkotika-søker i mus bruker betinget sted preferanse paradigmet

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 velvære i mus for prosedyrer som bruker General Anesthesia

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