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

O dispositivo de treinamento automático foi construído por Jason Dunthorn, URI Tasch e Dan Tasch na Step Analysis, LLC, com suporte de entrada de projeto e instruções fornecidas por Robert Hubbard, Richard o ' Brien e Steven Zeiler.
Teresa Duarte, do centro Champalimaud para o desconhecido, forneceu insights e ideias valiosas sobre como descrever e categorizar ações de alcance do mouse.

Todos os métodos aqui descritos foram aprovados pelo ACUC (Comitê de cuidados e uso de animais) da Universidade Johns Hopkins.
1. preparando gaiolas do rato para o uso
<ol><li>Criar uma abertura com fenda com dimensões de 0,8 cm de largura e 7 cm de altura a partir da base na extremidade dianteira de cada gaiola, como ilustrado na Figura 1. Este slot serve como a abertura através da qual o animal vai chegar. Nota: o instrutor automático foi projetado par...

<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>

Nosso auto-instrutor avalia o alcance-à-preensão do membro torácico (prehension) em uma maneira automatizada. Para atingir esse EndPoint, muitos dos parâmetros projetados para a tarefa de preensão do mouse, incluindo a colocação da pelota, o tamanho da pelota e os critérios de treinamento, foram iterados ao longo de vários anos e adaptados de protocolos anteriores2,5 ,6. O avanço aqui é a automação da tarefa usando...

Métodos para testar experimentalmente uma habilidade motora pré e pós-lesão neurológica, bem como modulam o tempo, quantidade e tipo de treinamento motor são importantes para a pesquisa translacional. Ao longo da última década, os camundongos, por causa da facilidade de manipulação genética, tornaram-se um sistema de modelo popular para elucidar os mecanismos de aprendizagem motora pré e pós-lesão. No entanto, os ensaios comportamentais em camundongos não foram otimizados da mesma forma que tais ensaios foram para outros mamíferos (especialmente ratos). Além disso, há diferenças importantes entre o comportamento de um rato e um rato que sugerem fortemente treinar as duas espécies em diferentes maneiras1,2.
Os movimentos hábeis do preênsil usam uma mão/pata para coloc o alimento na boca, para manipular um objeto, ou para usar uma ferramenta. De fato, chegar a apreender vários objetos na vida cotidiana é uma função fundamental dos membros superiores e o ato de alcançar-comer é uma forma de prehensão que muitos mamíferos usam. Muitas das alterações genéticas, fisiológicas e anatômicas que sustentam a aquisição da habilidade preênsil têm sido bem definidas no campo3. Em traduzir resultados pré-clínicos aos resultados clínicos, um precisa um teste relevante que seja eficiente e reprodutível. Estudos de roedores e de alcance humano demonstram que o comportamento de prehensão é semelhante em humanos e em animais4. Conformemente, estas similaridades sugerem que o teste do preensão possa servir como um modelo translacional para investigar a aprendizagem do motor assim como os prejuízos e os tratamentos da doença humana. Portanto, avaliar a prehensão em camundongos pode oferecer uma ferramenta poderosa na pesquisa translacional estudando Estados de saúde e doença4.
Infelizmente, a tarefa do preensão nos ratos, mesmo para um ajuste de laboratório em pequena escala, pode ser trabalhoso e demorado. Para aliviar este problema, nós descrevemos aqui uma versão automatizada da tarefa do preensão. A tarefa descrita exige que os ratos estendam uma única pata através da ranhura frontal da gaiola do rato, pronação a pata estendida, agarre a recompensa da pelota do alimento, e puxe a pelota de volta ao interior da gaiola para o consumo. Os dados resultantes são apresentados como um sucesso ou uma falha do preensão. Essa automação registra com êxito os dados e reduz a carga e o tempo com que os pesquisadores devem engajar a tarefa.

<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

Nós descrevemos um método para introduzir ratos ingênuos a uma tarefa nova do preensão (alcance-à-preensão). Os ratos são alojados isoladamente em gaiolas com um slot frontal que permite que o mouse para alcançar fora de sua gaiola e recuperar pelotas de alimentos. Restrição alimentar mínima é empregada para incentivar os ratos a realizar a recuperação de alimentos a partir do slot. Como os ratos começam a associar vindo ao slot para o alimento, as pelotas são puxadas manualmente afastado para estimular a extensão e a pronação de sua pata para agarrar e recuperar a pelota através da ranhura frontal. Quando os ratos começam a chegar para as pelotas como eles chegam ao slot, o ensaio comportamental pode ser realizada através da medição da taxa em que eles agarram com sucesso e recuperar o pellet desejado. São introduzidos então a um auto-instrutor que automatiza o processo de fornecer pelotas do alimento para que o rato agarre, e a gravação de tentativas bem sucedidas e falhadas do alcance e do agarramento. Isso permite a coleta de dados de alcance para múltiplos camundongos com esforço mínimo, a ser utilizado na análise experimental, conforme apropriado.

Em geral, é recomendável que cada sessão de treinamento consista em cerca de 20-30 tentativas, que podem ser definidas pelo usuário, executadas automaticamente pelo instrutor automático e salvas em um único arquivo de log por sessão e mouse. Cada teste pode ser executado consecutivamente, logo após o outro, com 2-5 s de pausa. Os ratos treinados no auto-instrutor exibem um aumento na habilidade sobre 10 sessões de treinamento.
<p class="jove_content" fo:keep-together.within-p...

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

Método para avaliar o impacto do treinamento em habilidades motoras é uma ferramenta útil. Infelizmente, a maioria das avaliações comportamentais pode ser trabalhosa e/ou dispendiosa. Nós descrevemos aqui um método robótico de avaliar a habilidade do preensão (alcance-à-preensão) nos ratos.

Avaliando a Prehension qualificada em camundongos usando um instrutor automático

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 ...

Nossa tecnologia automatiza uma análise comportamental complicada que pode economizar tempo e servir de trampolim para muitos tipos diferentes de estudos. Com nossa técnica, a tarefa e a recompensa são a mesma coisa. Não há desconexão entre realizar uma tarefa vaga, possivelmente incorretamente, e receber uma recompensa.Modelos animais oferecem uma oportunidade para testar abordagens para aumentar a recuperação após uma lesão neurológica. Por exemplo, no meu laboratório testamos abordagens para aumentar a recuperação pós-acidente vascular cerebral, uma vez que há uma necessidade urgente de desenvolver novas abordagens inovadoras para a reabilitação pós-acidente vascular cerebral. Além do AVC, nosso auto-treinador pode ser útil para estudar o aprendizado motor antes da lesão, bem como em modelos de Parkinson, Alzheimer ou lesão cerebral traumática.Quando um rato atinge seu peso-objetivo, inicie uma sessão de treinamento colocando uma pelota de 45 miligramas na superfície da pelota diretamente na frente da ranhura, e permita que o mouse recupere a pelota. Quando o mouse associa uma ranhura aberta com ser alimentado, use um par de pinças para segurar uma pelota na mesma posição que o mouse recuperou as pelotas anteriormente. Quando o rato começa a morder a pelota, puxe a pelota para longe aproximadamente meio centímetro, de tal forma que a pelota esteja fora do alcance da boca.Quando o mouse estender uma pata através da ranhura, reforce o comportamento permitindo que o rato coma a pelota. Embora não seja instrumental para a experimentação, regisse se a pata esquerda ou direita é a preferida. À medida que o rato associa estender uma pata com comer uma pelota, reforça ainda mais o comportamento retendo a pelota em resposta às tentativas de recuperar a pelota com a boca e a língua.Tome cuidado para impedir que seus ratos peguem com sucesso uma pelota sem usar uma pata, ou eles aprenderão maus hábitos difíceis de desaprender. Finalize a introdução do comportamento desejado de alcance da pata colocando a pelota de 45 miligramas a pouco menos de um centímetro da borda externa do portão da gaiola, de tal forma que o ponto esquerdo ou direito da pelota seja tangente a uma linha que se estende direto para fora da borda da fenda do portão da gaiola. Em seguida, deixe o mouse tentar recuperar a pelota, sendo vigilante para remover a pelota e evitar seu consumo se o mouse tentar a recuperação por algum outro método que não seja a extensão da pata.Antes de iniciar a sessão de treinamento, clique na seta Run na Interface LabVIEW do auto-treinador e observe a leitura do sensor de pelotas de isca, com e sem uma pelota no lugar. Clique em Parar para interromper a execução do teste e alterar o alvo do sensor de pelotas de isca para um valor entre essas duas leituras. Coloque a gaiola do mouse modificada no auto-treinador e afixe o portão da gaiola.Em seguida, alinhe a pelota à borda do slot como no procedimento manual e abra uma nova sessão de treinamento na Interface LabVIEW. Insira as informações conforme necessário para registrar dados sobre a sessão de treinamento e clique no campo de ID do Mouse para digitar o nome do arquivo de cada sessão de treinamento. Clique no campo Total Pellets to Dispense During Routine para controlar quantas pelotas são dispensadas para um único experimento.Clique no campo Pausa após o número de pelotas para definir uma pausa de cinco segundos após a pelota indicada ser removida da placa de mergulho e clique no campo Pausa Comprimento para definir uma pausa entre o tempo em que uma pelota é removida da placa de mergulho e o tempo em que uma nova pelota é dispensada. Defina o auto-treinador para registrar manualmente a distância em que a pelota é colocada no campo Reach Distance e clique no campo Pasta para Conter logs para selecionar o local do arquivo para salvar os dados coletados. Uma vez preenchidos os campos de informação, clique em Executar para iniciar a sessão de treinamento.O auto-treinador distribuirá pelotas individuais e rastreará se elas caem através do funil, até que o número total de pelotas tenha sido dispensado e a última pelota tenha sido recuperada ou deixada pelo mouse. O programa vai parar automaticamente neste momento. Se necessário, ele também pode ser parado prematuramente clicando no botão Parar.Uma vez que o software é configurado, coloque a gaiola doméstica do mouse para ser testada no pedestal e clique em Executar para permitir que o mouse investigue o slot e seu novo ambiente desconhecido. Ratos treinados com o auto-treinador aprenderam a tarefa de precomuição e exibem um claro aumento na habilidade motora. Este aumento de habilidade é semelhante ao observado onde o animal é treinado manualmente sem o uso do auto-treinador.Certifique-se de fazer os ratos usarem suas patas. Se você deixá-los pensar que você está apenas deixando-os ter comida, eles não vão alcançá-lo. Uma lesão pode ser induzida a qualquer parte da via motora para determinar quais efeitos a lesão tem no desempenho motor, e como incentivar a recuperação da referida lesão.

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 ...

Comportamento

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

The Hole Board Modificado - Medir Comportamento, Cognição e Interação Social em camundongos e ratos

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

Um protocolo para alojar ratos em um ambiente enriquecido

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

Quantificar motivação social em ratos usando Condicionamento Operante

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

Aquisição de um de alta precisão Skilled Membro Anterior Alcançar Task em Ratos

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

Determinando Preferências Ultrasonic vocalização em ratos utilizando um teste de reprodução de dois escolha

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

Um operante intra / extra-dimensional Set-shift-Tarefa para ratos

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

Medindo Delay Descontando em seres humanos usando uma Tarefa de Ajuste Valor

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

Reintegração de busca de drogas em ratos utilizando o paradigma de preferência lugar condicionado

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

Avaliação sistemática de bem-estar em camundongos para procedimentos com anestesia geral

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