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-utbildningsenhet konstruerades av Jason Dunthorn, URI tasch, och Dan tasch at Step analys, LLC, med design input stöd och instruktioner från Robert Hubbard, Richard o ' Brien, och Steven Zeiler.
Teresa Duarte av Champalimaud Centre för det okända gav värdefulla insikter och idéer om att beskriva och kategorisera mus nå åtgärder.

Alla metoder som beskrivs här har godkänts av de ACUC (djuromsorg och användning kommittén) vid Johns Hopkins University.
1. förbereda musens burar för användning
<ol><li>Skapa en slitsad öppning med måtten 0,8 cm Bredd och 7 cm höjd från basen vid främre änden av varje bur, som illustreras i figur 1. Denna slot fungerar som den öppning genom vilken djuret kommer att nå. Obs: Auto-tränare var avsedd för användning med standardmus bur dimensi...

<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-tränare utvärderar forelimb Reach-to-GRASP (Prehension) på ett automatiserat sätt. För att uppnå denna endpoint, många av de parametrar som utformats för musen hos uppgift, inklusive pellets placering, pellets storlek, och utbildningskriterier, har itererat under flera år och anpassas från tidigare protokoll2,5 ,6. Avancemang här är automatisering av uppgiften med hjälp av en robot som tillåter hem-bur b...

Metoder för att experimentellt testa en motorisk skicklighet pre-och post-neurologiska skador samt modulera timing, mängd, och typ av motorisk utbildning är viktiga för translationell forskning. Under det senaste decenniet, möss, på grund av åtföljande enkel genetisk manipulation, har blivit ett populärt modellsystem för att belysa mekanismerna för motoriska lärande före och efter skada. Beteendeanalyser hos möss har dock inte optimerats på samma sätt som sådana analyser har varit för andra däggdjur (särskilt råttor). Vidare finns det viktiga skillnader mellan beteendet hos en mus och en råtta som starkt tyder på att utbilda de två arterna på olika sätt1,2.
Skickliga gripsvans rörelser använda en hand/Paw att placera mat i munnen, att manipulera ett objekt, eller att använda ett verktyg. Faktum är att nå att förstå olika objekt i det dagliga livet är en grundläggande funktion av övre extremiteterna och Reach-To-Eat lagen är en form av hos som många däggdjur använder. Många av de genetiska, fysiologiska och anatomiska förändringarna som underbygger gripsvans Skill Acquisition har definierats väl i fält3. Vid omräkning av prekliniska fynd till kliniska resultat behöver man ett relevant test som är effektivt och reproducerbart. Studier av gnagare och mänsklig nå visar att hos beteende är liknande hos människor och djur4. Därför antyder dessa likheter att hos testning kan fungera som en translationell modell för att undersöka Motorisk inlärning samt nedskrivningar och behandlingar av mänskliga sjukdomar. Därför, utvärdera hos hos möss kan erbjuda ett kraftfullt verktyg i translationell forskning studerar både hälsa och sjukdomstillstånd4.
Tyvärr, den hos uppgift i möss, även för en liten skala laboratoriemiljö, kan vara mödosam och tidskrävande. För att lindra detta problem beskriver vi här en automatiserad version av hos-uppgiften. Den beskrivna uppgiften kräver möss för att förlänga en enda tass genom musens hem bur frontal springan, pronerar den utökade Paw, greppa mat pellets belöning, och dra pelleten tillbaka till buren interiör för konsumtion. Resulterande data presenteras antingen som en hos framgång eller misslyckande. Den här automatiseringen registrerar data och minskar belastningen och tiden med vilken forskare måste engagera uppgiften.

<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 metod för att introducera naiva möss till en ny hos (Reach-to-GRASP) uppgift. Möss är inhysta ensamma i burar med en frontal springan som tillåter musen för att nå ut ur sin bur och hämta mat pellets. Minimal livsmedels begränsning används för att uppmuntra möss att utföra mat hämtning från facket. När mössen börjar associera kommer till facket för mat, pellets dras manuellt bort för att stimulera förlängning och pronation av deras tass att greppa och hämta pelleten genom frontala facket. När mössen börjar nå för pellets när de anländer till facket, beteendemässiga analysen kan utföras genom att mäta den hastighet som de framgångsrikt förstå och hämta den önskade pelleten. De introduceras sedan till en auto-Trainer som automatiserar både processen för att ge mat pellets för musen att greppa, och inspelningen av framgångsrika och misslyckats att nå och gripa försök. Detta möjliggör insamling av nå data för flera möss med minimal ansträngning, som ska användas i experimentell analys vid behov.

I allmänhet rekommenderas att varje träningspass består av cirka 20-30 prövningar, som kan ställas in av användaren, köras automatiskt av Auto-Trainer och sparas i en enda loggfil per session och mus. Varje rättegång kan köras i följd, direkt efter den andra, med 2-5 s paus. Möss utbildade på Auto-Trainer uppvisar en ökning av skicklighet över 10 träningspass.
Till jämföra nytta om bil-tränad till manuell bild...

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

Metod för att bedöma effekten av utbildning på motoriska färdigheter är ett användbart verktyg. Tyvärr kan de flesta beteendemässiga bedömningar vara arbetsintensiva och/eller dyra. Vi beskriver här en robotliknande metod för att bedöma hos (Reach-to-fattningsförmåga) skicklighet i möss.

Utvärdera skicklig Prehension hos möss med hjälp av 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 teknik automatiserar en komplicerad beteendeanalys som kan spara tid och fungera som en språngbräda för många olika typer av studier. Med vår teknik är uppgiften och belöningen samma sak. Det finns ingen koppling mellan att utföra en uppgift, eventuellt felaktigt, och att få en belöning.Djurmodeller ger en möjlighet att testa metoder för att öka återhämtningen efter en neurologisk skada. Till exempel, i mitt labb vi testa metoder för att öka återhämtning efter stroke, eftersom det finns ett akut behov av att utveckla innovativa nya metoder för post-stroke rehabilitering. Förutom stroke, vår auto-tränare kan vara användbart för att studera motorisk inlärning före skada, liksom i modeller av Parkinsons, Alzheimers, eller traumatisk hjärnskada.När en mus når sin målvikt, starta ett träningspass genom att placera en 45 milligram pellet på pelletsytan direkt framför facket, och låt musen hämta pelleten. När musen associerar en öppen kortplats med att matas, använd ett par pincett för att hålla en pellet i samma position som musen har hämtat pellets tidigare. När musen börjar bita för pelleten, dra pelleten bort ungefär en halv centimeter, så att pelleten är utom räckhåll för munnen.När musen sträcker sig en tass genom facket, förstärka beteendet genom att låta musen att äta pelleten. Även om inte avgörande för experiment, spela in om vänster eller höger tass är att föredra. Som musen associerar utvidga en tass med att äta en pellet, ytterligare förstärka beteendet genom att undanhålla pelleten som svar på försök att hämta pelleten med munnen och tungan.Var noga med att stoppa dina möss från att framgångsrikt få en pellet utan att använda en tass, eller de kommer att lära sig dåliga vanor som är svåra att unlearn. Slutföra införandet av den önskade tass-nå beteende genom att placera 45-milligram pelleten strax under en centimeter från den yttre kanten av buren porten, så att den vänstra eller höger-mest punkt av pelleten är tangent till en linje som sträcker sig rakt ut från kanten av buren grinden kortplats. Låt sedan musen försöka hämta pelleten, vara vaksam för att ta bort pelleten och förhindra att den är förbrukning om musen ska försöka hämtas med någon annan metod än paw-förlängning.Innan du börjar träningspasset, klicka på Kör pilen i LabVIEW Interface av auto-trainer och notera betet pellet sensor läsning, både med och utan en pellet på plats. Klicka på Stoppa för att stoppa testkörningen och ändra målet för betespelletssensorn till ett värde mellan dessa två avläsningar. Placera den modifierade musburen på auto-trainern och fäst burgrinden.Rikta sedan pelleten till kanten av kortplatsen som i den manuella proceduren, och öppna ett nytt träningspass i LabVIEW Interface. Mata in informationen som krävs för att registrera data om träningspasset och klicka på fältet Mus-ID för att ange filnamnet för varje utbildningstillfälle. Klicka på fältet Totalt antal pellets att dispensera under rutin för att kontrollera hur många pellets som dispenseras för ett enskilt experiment.Klicka på fältet Pausa efter pelletnummer om du vill ange en fem sekunders paus efter att den indikerade pelleten har tagits bort från dykbrädan och klicka på fältet Pauslängd för att ställa in en paus mellan den tidpunkt då en pellet tas bort från dykbrädan och den tid då en ny pellet dispenseras. Ange att den automatiska utbildaren manuellt ska registrera det avstånd som pelleten är placerad på i fältet Räckviddsavstånd och klicka på fältet Mapp till innehåller loggar för att välja filplatsen för att spara insamlade data. När informationsfälten har fyllts i klickar du på Kör för att påbörja träningspasset.Den auto-trainer kommer att fördela enskilda pellets och spåra om de faller genom tratten, tills det totala antalet pellets har dispenseras och den sista pelleten har antingen hämtats eller tappats av musen. Programmet kommer att stanna automatiskt på denna punkt. Vid behov kan den också stoppas i förtid genom att klicka på knappen Stopp.När programvaran är inställd, placera hem bur av musen som ska testas på piedestal och klicka på Kör så att musen för att undersöka facket och det är nya okända omgivningar. Möss som tränas med auto-trainer lärt prehension uppgift och uppvisar en tydlig ökning av motoriska skicklighet. Denna ökning av skicklighet liknar den som observerats där djuret tränas manuellt utan användning av auto-trainer.Se till att få mössen att använda sina tassar. Om du låter dem tro att du bara låter dem få mat, kommer de inte att nå för dig. En skada kan induceras till någon del av motorvägen för att avgöra vilka effekter lesion har på motoriska prestanda, och hur man kan uppmuntra återhämtning från nämnda lesion.

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

Den modifierade Hole Board - Mätning Beteende, Kognition och social interaktion i möss och råttor

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

Ett protokoll för bostads Möss i en berikad miljö

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

Kvantifiera social motivation i möss med användning av 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

Förvärv av en hög precision Skicklig Forelimb Nå uppgift i råttor

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

Fastställande Ultraljuds vocalization Inställningar i möss med användning av en två-val uppspelning 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-dimensionell Set-shift uppgift för möss

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

Mätt Fördröjning Diskontering i människor med användning en justerings Mängd Uppgift

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

Återinförande av drogsökande i möss med betingad plats preferens Paradigm

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 utvärdering av välbefinnande hos möss för förfaranden med allmän anestesi

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