Name: automated rat single-pellet reaching with 3-dimensional reconstruction of paw and digit trajectories
Uploaded: 2019-07-10T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Rat Single-Pellet Reaching with 3-Dimensional Reconstruction of Paw and Digit Trajectories at JoVE.com

يود المؤلفون أن يشكروا كارونيش جانجولي ومختبره على المشورة بشأن مهمة الوصول الماهرة، وألكسندر وماكينزي ماثيس على مساعدتهم في تكييف ديب لابكوت. وقد تم دعم هذا العمل من قبل المعهد الوطني للأمراض العصبية والسكتة الدماغية (رقم المنحة K08-NS072183) وجامعة ميشيغان.

تمت الموافقة على جميع الطرق التي تنطوي على استخدام الحيوانات المذكورة هنا من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات واستخدامها (IACUC) من جامعة ميشيغان.
1. إنشاء غرفة الوصول
ملاحظة: انظر Ellens et al.14 للاطلاع على التفاصيل والرسوم البيانية للجهاز. ...

<ol>
	<li>Chen, J., 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+behavioral+apparatus+to+combine+parameterized+reaching+and+grasping+movements+in+3D+space.">An automated behavioral apparatus to combine parameterized reaching and grasping movements in 3D space.</a> Journal of Neuroscience Methods. , (2018).</li><li>Sacrey, L. A. R. A., Alaverdashvili, M., 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=Similar+hand+shaping+in+reaching-for-food+(skilled+reaching)+in+rats+and+humans+provides+evidence+of+homology+in+release,+collection,+and+manipulation+movements.">Similar hand shaping in reaching-for-food (skilled reaching) in rats and humans provides evidence of homology in release, collection, and manipulation movements.</a> Behavioural Brain Research. 204, 153-161 (2009).</li><li>Whishaw, I. Q., Kolb, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Decortication+abolishes+place+but+not+cue+learning+in+rats.">Decortication abolishes place but not cue learning in rats.</a> Behavioural Brain Research. 11, 123-134 (1984).</li><li>Klein, A., 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=Analysis+of+Skilled+Forelimb+Movement+in+Rats:+The+Single+Pellet+Reaching+Test+and+Staircase+Test.">Analysis of Skilled Forelimb Movement in Rats: The Single Pellet Reaching Test and Staircase Test.</a> Current Protocols in Neuroscience. 58, 8.28.1-8.28.15 (2012).</li><li>Whishaw, I. Q., 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=The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat:+a+proximally+driven+movement+with+a+single+distal+rotatory+component.">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a proximally driven movement with a single distal rotatory component.</a> Behavioural Brain Research. 41, 49-59 (1990).</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>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> Behavioural Brain Research. 281, 137-148 (2015).</li><li>Azim, E., Jiang, J., Alstermark, B., Jessell, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skilled+reaching+relies+on+a+V2a+propriospinal+internal+copy+circuit.">Skilled reaching relies on a V2a propriospinal internal copy circuit.</a> Nature. , (2014).</li><li>Guo, J. Z. Z., 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=Cortex+commands+the+performance+of+skilled+movement.">Cortex commands the performance of skilled movement.</a> Elife. 4, e10774 (2015).</li><li>Nica, I., Deprez, M., Nuttin, B., Aerts, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+Assessment+of+Endpoint+and+Kinematic+Features+of+Skilled+Reaching+in+Rats.">Automated Assessment of Endpoint and Kinematic Features of Skilled Reaching in Rats.</a> Frontiers in Behavioral Neuroscience. 11, 255 (2017).</li><li>Wong, C. C., Ramanathan, D. S., Gulati, T., Won, S. J., Ganguly, K. <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+behavioral+box+to+assess+forelimb+function+in+rats.">An automated behavioral box to assess forelimb function in rats.</a> Journal of Neuroscience Methods. 246, 30-37 (2015).</li><li>Torres-Esp&#237;n, A., Forero, J., Schmidt, E. K. A., Fouad, K., Fenrich, K. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+motorized+pellet+dispenser+to+deliver+high+intensity+training+of+the+single+pellet+reaching+and+grasping+task+in+rats.">A motorized pellet dispenser to deliver high intensity training of the single pellet reaching and grasping task in rats.</a> Behavioural Brain Research. 336, 67-76 (2018).</li><li>Mathis, A., 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=DeepLabCut:+markerless+pose+estimation+of+user-defined+body+parts+with+deep+learning.">DeepLabCut: markerless pose estimation of user-defined body parts with deep learning.</a> Nature Neuroscience. 21, 1281-1289 (2018).</li><li>Ellens, D. J., 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+rat+single+pellet+reaching+system+with+high-speed+video+capture.">An automated rat single pellet reaching system with high-speed video capture.</a> Journal of Neuroscience Methods. 271, 119-127 (2016).</li></ol>

أصبح وصول القوارض المهرة أداة قياسية لدراسة علم وظائف الأعضاء نظام المحرك والفيزيولوجيا المرضية. لقد وصفنا كيفية تنفيذ مهمة الفئران المهرة الآلي الوصول الذي يسمح: التدريب والاختبار مع الحد الأدنى من الإشراف، 3-D مخلب وأرقام مسار إعادة الإعمار (أثناء الوصول، واستيعاب، وتراجع مخلب)، وتحديد...

يعتمد البشر بشكل كبير على المهارة البارعة، التي تعرف بأنها حركات تتطلب حركات متعددة المفاصل والأرقام منسقة بدقة. وتتأثر هذه المهارات بمجموعة من أمراض الجهاز العصبي المركزي الشائعة بما في ذلك الآفات الهيكلية (مثل السكتة الدماغية، والورم، والآفات التي لإزالة التميّز)، والأمراض العصبية (مثل مرض باركنسون)، والتشوهات الوظيفية للمحرك الدوائر (على سبيل المثال، خلل التوتر). وبالتالي فإن فهم كيفية تعلم المهارات البارعة وتنفيذها من قبل دوائر السيارات المركزية ينطوي على إمكانية تحسين نوعية الحياة بالنسبة لأعداد كبيرة من السكان. وعلاوة على ذلك، من المرجح أن يؤدي هذا الفهم إلى تحسين الأداء الحركي لدى الأشخاص الأصحاء عن طريق الاستفادة المثلى من استراتيجيات التدريب وإعادة التأهيل.
تشريح الدوائر العصبية الكامنة وراء المهارة البارعة في البشر محدودة بالاعتبارات التكنولوجية والأخلاقية، مما يستلزم استخدام النماذج الحيوانية. وتستخدم الرئيسيات غير البشرية عادة لدراسة حركات الأطراف حاذق نظرا لتشابه نظمها الحركية وذخيرة السلوكية للبشر1. ومع ذلك، فإن الرئيسيات غير البشرية مكلفة مع فترات طويلة من الجيل، مما يحد من أعداد مواضيع الدراسة والتدخلات الوراثية. وعلاوة على ذلك، في حين أن الأدوات العلمية العصبية المطبقة على الرئيسيات غير البشرية أكبر منها بالنسبة للبشر، فإن العديد من التطورات التكنولوجية الحديثة إما غير متوفرة أو محدودة بشكل كبير في الرئيسيات.
القوارض المهرة الوصول هو نهج تكميلي لدراسة السيطرة على السيارات حاذق. يمكن تدريب الفئران والفئران للوصول إلى، فهم، واسترداد بيليه السكر في تسلسل نمطي من الحركات متجانسة لأنماط الإنسان الوصول2. ونظراً لضيق وقت توليدها نسبياً وانخفاض تكاليف السكن، فضلاً عن قدرتها على اكتساب مهارات تصل إلى مدى أيام إلى أسابيع، فمن الممكن دراسة أعداد كبيرة من المواضيع خلال مرحلتي التعلم وتوحيد المهارات على حد سواء. كما أن استخدام القوارض، ولا سيما الفئران، يسهل استخدام أدوات علمية عصبية حديثة قوية (مثل علم الوراثة البصرية، وتصوير الكالسيوم، والنماذج الوراثية للمرض) لدراسة المهارة البارعة.
وقد استخدمت القوارض المهرة الوصول لعقود لدراسة السيطرة الحركية العادية وكيف يتأثر بأمراض محددة مثل السكتة الدماغية ومرض باركنسون3. ومع ذلك، فإن معظم إصدارات هذه المهمة هي العمل والوقت الكثيف، والتخفيف من فوائد دراسة القوارض. وتشمل عمليات التنفيذ النموذجية وضع القوارض في غرفة الوصول مع رف أمام فتحة ضيقة من خلالها القوارض يجب أن تصل. يضع الباحث كريات السكر يدويًا على الرف، وينتظر وصول الحيوان، ثم يضع واحدة أخرى. يتم تسجيل الوصول إلى النجاحات أو الفشل إما في الوقت الحقيقي أو عن طريق استعراض الفيديو4. ومع ذلك، فإن مجرد تسجيل النقاط يصل إلى النجاحات أو الفشل يتجاهل البيانات الحركية الغنية التي يمكن أن توفر نظرة ثاقبة حول كيفية (بدلاً من مجرد ما إذا) الوصول إلى ضعف. وقد عولجت هذه المشكلة من خلال تنفيذ استعراض مفصل للوصول إلى أشرطة الفيديو لتحديد ودرجات شبه كمية تصل إلى الحركات الفرعية5. وفي حين أضاف هذا بعض البيانات المتعلقة بالوصول إلى الحركية، إلا أنه زاد أيضاً بشكل كبير من وقت التجربة وجهدها. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي المستويات العالية من مشاركة التجارب إلى عدم الاتساق في المنهجية وتحليل البيانات، حتى داخل المختبر نفسه.
وفي الآونة الأخيرة، تم تطوير عدة إصدارات آلية من الوصول الماهر. بعض نعلق على القفص المنزلي6،7، والقضاء على الحاجة إلى نقل الحيوانات. وهذا يقلل من الضغط على الحيوانات ويلغي الحاجة إلى تكييفها إلى غرفة الوصول المتخصصة. إصدارات أخرى تسمح تتبع مخلب بحيث يمكن دراسةالتغييرات الحركية في إطار تدخلات محددة 8،9،10،أو لديها آليات لتحديد ما إذا كان قد طرقت الكريات من على الرف11. المهام الآلية الماهرة الوصول مفيدة بشكل خاص للتدريب عالية الكثافة، كما قد تكون هناك حاجة لإعادة التأهيل بعد إصابة12. تسمح الأنظمة الآلية للالحيوانات بإجراء أعداد كبيرة من الروافد على مدى فترات طويلة من الزمن دون الحاجة إلى مشاركة مكثفة من الباحثين. وعلاوة على ذلك، فإن النظم التي تسمح بتتبع الكفات وتسجيل النتائج الآلي تقلل من الوقت الذي يقضيه الباحث في إجراء تحليل البيانات.
قمنا بتطوير نظام آلي للوصول إلى الفئران الماهرة مع العديد من الميزات المتخصصة. أولا، باستخدام قاعدة متحركة لجلب بيليه في "موقف الوصول" من أدناه، نحصل على وجهة نظر دون عائق تقريبا من الطرف السفلي. ثانياً، يسمح نظام المرايا بمشاهدة متعددة في وقت واحد للوصول باستخدام كاميرا واحدة، مما يسمح بإعادة بناء مسارات الوصول ثلاثية الأبعاد (ثلاثية الأبعاد) باستخدام كاميرا عالية الدقة وعالية السرعة (300 إطار في الثانية). مع التطور الأخير لخوارزميات التعلم الآلي قوية لتتبع الحركة بلا علامات13،ونحن الآن تتبع ليس فقط مخلب ولكن المفاصل الفردية لاستخراج الوصول مفصلة واستيعاب الحركية. ثالثاً، يسمح ممسك الإطار الذي يقوم بمعالجة فيديو بسيطة بتحديد المراحل التي تم الوصول إليها بشكل حقيقي. يتم استخدام هذه المعلومات لتحريك الحصول على الفيديو (الحصول المستمر على الفيديو ليس عمليا بسبب حجم الملف)، ويمكن أيضا أن تستخدم لتحريك التدخلات (على سبيل المثال، علم الوراثة البصرية) في لحظات دقيقة. وأخيراً، يتم تشغيل إطارات الفيديو الفردية بواسطة نبضات منطق الترانزستور-الترانزستور (TTL)، مما يسمح بمزامنة الفيديو بدقة مع التسجيلات العصبية (على سبيل المثال، الفيزيولوجيا الكهربائية أو القياس الضوئي). هنا، ونحن نصف كيفية بناء هذا النظام، وتدريب الفئران لأداء المهمة، ومزامنة الجهاز مع النظم الخارجية، وإعادة بناء مسارات الوصول 3-D.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>clear polycarbonate panels</td>
			<td>TAP Plastics</td>
			<td></td>
			<td>cut to order (see box design)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>infrared source/detector</td>
			<td>Med Associates</td>
			<td>ENV-253SD</td>
			<td>30&#34; range</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera</td>
			<td>Basler</td>
			<td>acA2000-340kc</td>
			<td>2046 x 1086 CMV2000 340 fps Color Camera Link</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera lens</td>
			<td>Megapixel (computar)</td>
			<td>M0814-MP2</td>
			<td>2/3&#34; 8mm f1.4 w/ locking Iris &#38; Focus</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>camera cables</td>
			<td>Basler</td>
			<td>#2000031083</td>
			<td>Cable PoCL Camera Link SDR/MDR Full, 5 m - Data Cables</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>mirrors</td>
			<td>Amazon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>linear actuator</td>
			<td>Concentrics</td>
			<td>LACT6P</td>
			<td>Linear Actuator 6&#34; Stroke (nominal), 110 Lb Force, 12 VDC, with Potentiometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pellet reservoir/funnel</td>
			<td>Amico (Amazon)</td>
			<td>a12073000ux0890</td>
			<td>6&#34; funnel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>guide tube</td>
			<td>ePlastics</td>
			<td>ACREXT.500X.250</td>
			<td>1/2&#34; OD x 1/4&#34; ID Clear. Extruded Plexiglass Acrylic Tube x 6ft long</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pellet delivery rod</td>
			<td>ePlastics</td>
			<td>ACRCAR.250</td>
			<td>0.250&#34; DIA. Cast Acrylic Rod (2&#39; length)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>plastic T connector</td>
			<td>United States Plastic Corp</td>
			<td>#62065</td>
			<td>3/8&#34; x 3/8&#34; x 3/8&#34; Hose ID Black HDPE Tee</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LED lights</td>
			<td>Lighting EVER</td>
			<td>4100066-DW-F</td>
			<td>12V Flexible Waterproof LED Light Strip, LED Tape, Daylight White, Super Bright 300 Units 5050 LEDS, 16.4Ft 5 M Spool</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light backing</td>
			<td>ePlastics</td>
			<td>ACTLNAT0.125X12X36</td>
			<td>0.125&#34; x 12&#34; x 36&#34; Natural Acetal Sheet</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light diffuser films</td>
			<td>inventables</td>
			<td>23114-01</td>
			<td>.007x8.5x11&#34;, matte two sides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cabinet and custom frame materials</td>
			<td>various (Home Depot, etc.)</td>
			<td></td>
			<td>3/4&#34; fiber board (see protocol for dimensions of each structure)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>acoustic foam</td>
			<td>Acoustic First</td>
			<td></td>
			<td>FireFlex Wedge Acoustical Foam (2&#34; Thick)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ventilation fans</td>
			<td>Cooler Master (Amazon)</td>
			<td>B002R9RBO0</td>
			<td>Rifle Bearing 80mm Silent Cooling Fan for Computer Cases and CPU Coolers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cabinet door hinges</td>
			<td>Everbilt (Home Depot</td>
			<td>#14609</td>
			<td>continuous steel hinge (1.4&#34; x 48&#34;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cabinet wheels</td>
			<td>Everbilt (Home Depot</td>
			<td>#49509</td>
			<td>Soft rubber swivel plate caster with 90 lb. load rating and side brake</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cabinet door handle</td>
			<td>Everbilt (Home Depot</td>
			<td>#15094</td>
			<td>White light duty door pull (4.5&#34;)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>computer</td>
			<td>Hewlett Packard</td>
			<td>Z620</td>
			<td>HP Z620 Desktop Workstation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera Link Frame Grabber</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>#781585-01</td>
			<td>PCIe-1473 Virtex-5 LX50 Camera Link - Full</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multifunction RIO Board</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>#781100-01</td>
			<td>PCIe-17841R</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analog RIO Board Cable</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>SCH68M-68F-RMIO</td>
			<td>Multifunction Cable</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital RIO Board Cable</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>#191667-01</td>
			<td>SHC68-68-RDIO Digital Cable for R Series</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analog Terminal Block</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>#782536-01</td>
			<td>SCB-68A Noise Rejecting, Shielded I/O Connector Block</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Terminal Block</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>#782536-01</td>
			<td>SCB-68A Noise Rejecting, Shielded I/O Connector Block</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24 position relay rack</td>
			<td>Measurement Computing Corp.</td>
			<td>SSR-RACK24</td>
			<td>Solid state relay backplane (Gordos/OPTO-22 type relays), 24-channel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC switch</td>
			<td>Measurement Computing Corp.</td>
			<td>SSR-ODC-05</td>
			<td>Solid state relay module, single, DC switch, 3 to 60 VDC @ 3.5 A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC Sense</td>
			<td>Measurement Computing Corp.</td>
			<td>SSR-IDC-05</td>
			<td>solid state relay module, single, DC sense, 3 to 32 VDC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DC Power Supply</td>
			<td>BK Precision</td>
			<td>1671A</td>
			<td>Triple-Output 30V, 5A Digital Display DC Power Supply</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>sugar pellets</td>
			<td>Bio Serv</td>
			<td>F0023</td>
			<td>Dustless Precision Pellets, 45 mg, Sucrose (Unflavored)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabVIEW</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>LabVIEW 2014 SP1, 64 and 32-bit versions</td>
			<td>64-bit LabVIEW is required to access enough memory to stream videos, but FPGA coding must be performed in 32-bit LabVIEW</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>Matlab R2019a</td>
			<td>box calibration and trajectory reconstruction software is written in Matlab and requires the Computer Vision toolbox</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated rat single-pellet reaching with 3-dimensional reconstruction of paw and digit trajectories

القوارض المهرة الوصول يستخدم عادة لدراسة المهارات البارعة، ولكن يتطلب وقتا كبيرا والجهد لتنفيذ المهمة وتحليل السلوك. وقد تم مؤخرا تطوير عدة إصدارات آلية من الوصول المهرة. هنا، ونحن نصف النسخة التي تقدم تلقائيا الكريات للفئران في حين تسجيل الفيديو عالية الوضوح من زوايا متعددة بمعدلات إطارات عالية (300 إطارا في الثانية). يتم تعقب مخلب والأرقام الفردية مع DeepLabCut، خوارزمية التعلم الآلي لتقدير تشكل بلا علامات. ويمكن أيضا أن يتزامن هذا النظام مع التسجيلات الفسيولوجية، أو أن تستخدم لتحريك التدخلات الفسيولوجية (على سبيل المثال، التحفيز الكهربائي أو البصري).

الفئران تكتسب مهمة الوصول المهرة بسرعة مرة واحدة تكييفها إلى الجهاز، مع استقرار الأداء منحيث كل من أعداد تصل والدقة على مدى 1-2 أسابيع (الشكل 5). ويبين الشكل 6 نماذج إطارات الفيديو التي تشير إلى الهياكل التي حددتها DeepLabCut، ويبين الشكل 7 مسارات ا...

Watch this Scientific Journal Video about Automated Rat Single-Pellet Reaching with 3-Dimensional Reconstruction of Paw and Digit Trajectories at JoVE.com

Automated Rat Single-Pellet Reaching with 3-Dimensional Reconstruction of Paw and Digit Trajectories

التلقائي الفئران واحد بيليه الوصول مع إعادة الإعمار ثلاثي الأبعاد من مخلب ومسارات أرقام

القوارض المهرة الوصول يستخدم عادة لدراسة المهارات البارعة، ولكن يتطلب وقتا كبيرا والجهد لتنفيذ المهمة وتحليل السلوك. نحن نصف نسخة آلية من الوصول المهرة مع تتبع الحركة وإعادة الإعمار ثلاثي الأبعاد من مسارات الوصول.

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the ...

وينبني هذا الأسلوب على بروتوكولات الوصول الماهرة للفئران المنشأة لأتمتة التدريب والاختبار مما يوفر وسيلة فعالة للحصول على مجموعات بيانات كبيرة بسرعة نسبية. فإنه يقلل من الجهد المجرب مع السماح إعادة بناء ثلاثي الأبعاد من الكينماتية forelimb. يمكن استخدام الكينماتيكا لتقييم آثار التدخلات في الوقت المحدد بدقة أو ترتبط مع التسجيلات الفسيولوجية.مع بعض التعديلات، يمكن أيضا أن تطبق هذه التقنية في الفئران. تبدأ من خلال تشغيل الأضواء ووضع الفئران في غرفة الوصول المهرة. استخدام ملقط لعقد بيليه من خلال فتحة الوصول في الجزء الأمامي من منطقة الجزاء.السماح للجرذ أن يأكل ثلاث الكريات من ملقط. سحب بيليه مرة أخرى في المرة القادمة الفئران يحاول أكل بيليه من ملقط وتكرار حتى الفئران تصل إلى بيليه مع مخلب واحد أكثر من أصل 11 تصل مما يدل على تفضيل مخلب. المقبل، محاذاة قضيب تسليم بيليه مع الجانب من فتحة تصل contralateral إلى مخلب الفئران المفضل.وضع بيليه على قضيب التسليم. ثم استخدام ملقط لطعم الفئران مع بيليه ولكن مباشرة الفئران نحو قضيب التسليم بحيث يضرب مخلبه بيليه على قضيب. بعد أن حاول الفئران 10 تصل إلى قضيب التسليم دون أن يتم الطعم، تقدم الفئران إلى المرحلة التالية.المقبل، موقف قضيب تسليم بيليه على أساس تفضيل مخلب الفئران وتعيينه إلى موقف اثنين. تعيين موقف الارتفاع من قضيب تسليم بيليه باستخدام جهاز التحكم عن بعد المحرك. مرة واحدة في قضيب التسليم هو في الارتفاع الصحيح، اضغط باستمرار على العدد المطلوب حتى يومض الضوء الأحمر لتعيين.ثم ضع الجرذ في الغرفة والطعم الجرذ إلى الخلف مع بيليه. عندما يتحرك الجرذ بعيدا بما فيه الكفاية إلى الجزء الخلفي من الغرفة أنه من شأنه كسر شعاع الأشعة تحت الحمراء إذا كان الإصدار الآلي قيد التشغيل، نقل قضيب تسليم بيليه إلى موقف ثلاثة. وأخيرا، انتظر الفئران للوصول إلى بيليه ومن ثم نقل قضيب تسليم بيليه مرة أخرى إلى موقف اثنين.وضع بيليه جديدة على قضيب التسليم إذا طرقت قبالة. كرر هذه الخطوات تدريجيا الاصطياد الفئران أقل وأقل حتى يبدأ الجرذ إلى واحد، والانتقال إلى الخلف لطلب بيليه دون أن يكون الطعم، واثنين، والانتقال فورا إلى الجبهة بعد طلب بيليه في الظهر. بعد أن قام الجرذ بذلك 10 مرات، ابدأ التدريب على المهمة الآلية.لإعداد النظام الآلي، قم بتشغيل الأضواء في الغرفة وإعادة ملء خزان بيليه. ضع قضيب تسليم بيليه وفقًا لتفضيل مخلب الفئران. تحقق من تعيين مواضع المشغل بشكل صحيح.المقبل، تشغيل الكمبيوتر وفتح برنامج الوصول المهرة. أدخل رقم معرف الفئران تحت الموضوع وحدد تفضيل الكف من القائمة المنسدلة باليد. حدد مسار الحفظ لمقاطع الفيديو.ثم قم بتعيين وقت الجلسة وعدد مقاطع الفيديو القصوى. تعيين مدة رفع بيليه كذلك وتمكين عقوبة الوصول المبكر. بعد ذلك ، لالتقاط صور المعايرة ، ضع يد المساعدة داخل الغرفة التي تصل إلى المكان ، وخز مقطع التمساح من خلال الفتحة التي تصل.عقد المكعب أمام فتحة الوصول مع مقطع التمساح. ثم ضع المكعب بحيث يظهر الجانب الأحمر في المرآة العليا، والجانب الأخضر في المرآة اليسرى، والجانب الأزرق في المرآة اليمنى. في البرنامج السلوكي، تأكد من تعيين عتبة العائد على الاستثمار إلى قيمة كبيرة جدًا.انقر فوق زر التشغيل وبمجرد أن يتحول زر تهيئة الكاميرا إلى اللون الأخضر، اضغط على بدء الحصول على الفيديو. انقر فوق وضع Cal ثم التقاط صورة بالنقر فوق أخذ صورة كال. حرك المكعب قليلاً وخذ صورة أخرى.كرر مرة أخرى لما مجموعه ثلاث صور. وأخيراً، قم بإيقاف البرنامج بالنقر فوق إيقاف ثم انقر فوق الزر "إيقاف التوقيع". إزالة يد العون ومكعب من مربع.يجب الحرص على عدم صدم أي شيء في غرفة السلوك بعد أن تم أخذ صور المعايرة في ذلك اليوم. أولاً، ضع الفأر في غرفة الوصول الماهرة. انقر على السهم الأبيض لتشغيل البرنامج.ثم قم بتعيين موضع عائد الاستثمار للكشف عن الكفوف عن طريق ضبط x offset و y offset وعرض ROI وارتفاع عائد الاستثمار. ضع العائد على الاستثمار في المرآة الجانبية التي تظهر dorsum من مخلب مباشرة أمام فتحة الوصول وانقر فوق بدء تشغيل البرنامج. في حين أن الفئران لا تصل، ضبط قيمة عتبة العائد على الاستثمار منخفضة حتى القيمة الحية المشغل ROI يتأرجح بين صفر واحد.ثم تعيين عتبة العائد على الاستثمار لتكون أكبر بكثير من قيمة مشغل العائد على الاستثمار الحية أثناء كزة الأنف وأقل من قيمة مشغل عائد الاستثمار الحية عندما يصل الجرذ. ضبط حتى يتم تشغيل أشرطة الفيديو باستمرار عندما يصل الجرذ ولكن ليس عندما كزة أنفه من خلال فتحة. راقب التجارب القليلة الأولى للتأكد من أن كل شيء يعمل بشكل صحيح.عندما يصل الجرذ قبل طلب بيليه، لاحظ زيادة عدد يصل في وقت مبكر. عندما يصل الجرذ بعد طلب بيليه، لاحظ زيادة عدد مقاطع الفيديو أثناء حفظ نسخة من الفيديو كملف سلة. وأخيرا، بعد الوصول إلى وقت الجلسة أو الحد الأقصى لعدد مقاطع الفيديو، اضغط على زر علامة التوقف.وتشير النتائج إلى أنه بعد 20 يوما، الفئران الحصول على مهمة الوصول المهرة. هنا، يتم عرض مسارات الوصول من جلسة واحدة. وهذا يمثل فقط التقدم مخلب الأولية لسهولة العرض.علاوة على ذلك ، إذا لم يتم تعيين مشغل كشف الكفف بدقة ، فهناك تباين كبير في الإطار الذي يخترق فيه الكفول الفتحة التي قد تؤدي إلى التباين في عندما يتم تشغيل التدخلات أثناء الوصول إلى الحركات. بخلاف التعامل الدقيق مع الحيوانات، لن يتم اتخاذ أي احتياطات في هذا البروتوكول. من المهم للغاية تعيين عتبة العائد على الاستثمار بشكل صحيح بحيث يتم تشغيل مقاطع الفيديو أو التدخلات الأخرى في اللحظات المناسبة.يمكن أن يقترن هذا الأسلوب مع العديد من التقنيات الأخرى مثل optogenetics، تصوير الكالسيوم، والنماذج الوراثية التي يمكن أن تعالج أسئلة تتراوح بين التحكم في الحركة الحركية الأساسية إلى اضطراب الحركة الفيزيولوجيا. تسمح هذه التقنية بالارتباط بين الوصول التفصيلي وفهم الكنmatics مع التسجيلات الفسيولوجية أو التدخلات التي تسمح للباحثين بالإجابة ليس فقط إذا كانت ولكن كيف تتغير الحركات مع تغيرات الدوائر العصبية.

Research

JoVE Journal

Behavior

Automated, Quantitative Cognitive/Behavioral Screening of Mice: For Genetics, Pharmacology, Animal Cognition and Undergraduate Instruction

الآلي، الكمي المعرفي / الفحص السلوكية من الفئران: للحصول على الوراثة، الصيدلة، الإدراك الحيوانية والتعليمات الجامعية

We describe a high-throughput, high-volume, fully automated, live-in 24/7 behavioral testing system for assessing the effects of genetic and ...

A Fully Automated Rodent Conditioning Protocol for Sensorimotor Integration and Cognitive Control Experiments

A الآلي بالكامل بروتوكول تكييف القوارض للتكامل حسي حركي والتجارب تحكم المعرفي

Rodents have been traditionally used as a standard animal model in laboratory experiments involving a myriad of sensory, cognitive, and motor tasks. ...

Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

الدراسة موتور مهارة التعلم عن طريق واحدة بيليه المهام الوصول في الفئران

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

Experimental Assessment of Mouse Sociability Using an Automated Image Processing Approach

تقييم التجريبية من الفأر المؤانسة باستخدام الآلي صورة نهج المعالجة

Mouse is the preferred model organism for testing drugs designed to increase sociability. We present a method to quantify mouse sociability in which the ...

Paw-Dragging: a Novel, Sensitive Analysis of the Mouse Cylinder Test

مخلب السحب: رواية، والتحليل الحساسة للماوس اختبار اسطوانة

The cylinder test is routinely used to predict focal ischemic damage to the forelimb motor cortex in rodents. When placed in the cylinder, rodents explore ...

Assessment of Social Cognition in Non-human Primates Using a Network of Computerized Automated Learning Device (ALDM) Test Systems

Assessment of Social Cognition in Non-human Primates Using a Network of Computerized Automated Learning Device ALDM Test Systems

تقييم الإدراك الاجتماعي في الرئيسيات غير البشرية عن طريق شبكة من الأجهزة المحوسبة التعلم الأنظمة الآلية (ALDM) اختبار

Fagot &#38; Paleressompoulle1 and Fagot &#38; Bonte2 have published an automated learning device (ALDM) for the study of cognitive abilities of monkeys ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

الاستحواذ على الدقة التي تتطلب مهارات عالية Forelimb الوصول إلى العمل في الجرذان

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Automated Analysis of a Nematode Population-based Chemosensory Preference Assay

التحليل الآلي من النيماتودا القائم على السكان الحسية الكيميائية تفضيل التفضيل

The nematode, Caenorhabditis elegans' compact nervous system of only 302 neurons underlies a diverse repertoire of behaviors. To facilitate the dissection ...

Automated Measurements of Sleep and Locomotor Activity in Mexican Cavefish

القياسات التلقائية للنوم والنشاط الحركي في كافيفيش المكسيكية

Across phyla, sleep is characterized by highly conserved behavioral characteristics that include elevated arousal threshold, rebound following sleep ...

Paw-Print Analysis of Contrast-Enhanced Recordings (PrAnCER): A Low-Cost, Open-Access Automated Gait Analysis System for Assessing Motor Deficits

Paw-Print Analysis of Contrast-Enhanced Recordings PrAnCER: A Low-Cost, Open-Access Automated Gait Analysis System for Assessing Motor Deficits

تحليل بطبعة مخلب من التسجيلات المحسنة على النقيض من التباين (PrAnCER): نظام تحليل مشية آلي منخفض التكلفة ومفتوح الوصول لتقييم حالات العجز في المحرك

Gait analysis is used to quantify changes in motor function in many rodent models of disease. Despite the importance of assessing gait and motor function ...