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

De auteurs willen Karunesh Ganguly en zijn laboratorium bedanken voor advies over de bekwame taak, en Alexander en Mackenzie Mathis voor hun hulp bij het aanpassen van DeepLabCut. Dit werk werd gesteund door het Nationaal Instituut voor neurologische aandoeningen en beroerte (Grant Number K08-NS072183) en de Universiteit van Michigan.

Alle methoden met betrekking tot dier gebruik die hier worden beschreven, zijn goedgekeurd door het institutioneel Dierenzorg-en gebruiks Comité (IACUC) van de Universiteit van Michigan.
1. de ophaal kamer instellen
Opmerking: Zie Ellens et al.14 voor details en diagrammen van het apparaat. Onderdeelnummers verwijzen naar Figuur 1.
<ol><li>BIND doorzichtige polycarbonaat panelen met acryl ceme...

<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>

Knaagdieren bekwaam bereiken is uitgegroeid tot een standaard instrument om motorische systeem fysiologie en pathofysiologie te bestuderen. We hebben beschreven hoe u een geautomatiseerde rat bekwame bereiken taak die het mogelijk maakt: training en testen met minimale toezicht, 3-D paw en Digit traject reconstructie (tijdens het bereiken, grijpen en paw terugtrekking), real-time identificatie van de Paw tijdens het bereiken en synchroniseren met externe elektronica. Het is zeer geschikt voor het correleren van forelimb ...

Mensen zijn sterk afhankelijk van behendige vaardigheid, gedefinieerd als bewegingen die nauwkeurig gecoördineerde multi-joint en Digit bewegingen vereisen. Deze vaardigheden worden beïnvloed door een reeks gemeenschappelijke pathologieën van het centrale zenuwstelsel, waaronder structurele laesies (bijv. beroerte, tumor, demyelinerende laesies), neurodegeneratieve ziekte (bijv. de ziekte van Parkinson) en functionele afwijkingen van de motor circuits (bijv. dystonie). Inzicht in hoe behendigheid vaardigheden worden geleerd en uitgevoerd door centrale motorcircuits heeft daarom de potentie om de kwaliteit van leven voor een grote populatie te verbeteren. Bovendien is een dergelijk begrip waarschijnlijk het verbeteren van de motorische prestaties bij gezonde mensen door het optimaliseren van opleidings-en revalidatie strategieën.
Het ontleden van de neurale circuits die ten grondslag liggen aan de behendigheid van de mens wordt beperkt door technologische en ethische overwegingen, waardoor het gebruik van diermodellen noodzakelijk is. Niet-humane primaten worden vaak gebruikt om behendige ledemaat bewegingen te bestuderen, gezien de gelijkenis van hun motorsystemen en gedrags repertoire aan mensen1. Echter, niet-menselijke primaten zijn duur met lange generatie tijden, het beperken van aantallen studie onderwerpen en genetische ingrepen. Bovendien, terwijl de neurowetenschappelijke Toolbox die van toepassing is op niet-menselijke primaten groter is dan voor mensen, zijn veel recente technologische ontwikkelingen ofwel niet beschikbaar of aanzienlijk beperkt in primaten.
Knaagdier vaardige bereiken is een complementaire benadering van het bestuderen van behendige motorische controle. Ratten en muizen kunnen worden getraind om een suiker pellet te bereiken, te begrijpen en op te halen in een stereotiepe opeenvolging van bewegingen die homologe zijn voor het bereiken van menselijke patronen2. Vanwege hun relatief korte generatie tijd en lagere huisvestingskosten, evenals hun vermogen om bekwame bereiken te verwerven gedurende dagen tot weken, is het mogelijk om grote aantallen onderwerpen te bestuderen tijdens zowel leer-als vaardigheids consolidatie fasen. Het gebruik van knaagdieren, vooral muizen, vergemakkelijkt ook het gebruik van krachtige moderne neurowetenschappelijke instrumenten (bijv. optogenetica, calcium beeldvorming, genetische modellen van de ziekte) om behendige vaardigheid te bestuderen.
Knaagdieren bekwame bereiken is al decennia lang gebruikt om normale motorische controle te bestuderen en hoe het wordt beïnvloed door specifieke pathologieën zoals beroerte en de ziekte van Parkinson3. Echter, de meeste versies van deze taak zijn arbeid en tijd-intensieve, het verzachten van de voordelen van het bestuderen van knaagdieren. Typische implementaties omvatten het plaatsen van knaagdieren in een bereiken kamer met een plank voor een smal slot waarlangs het knaagdier moet reiken. Een onderzoeker plaatst suiker pellets handmatig op de plank, wacht tot het dier te bereiken, en plaatst vervolgens een andere. Bereikt worden als successen of mislukkingen in real time of door video review4. Echter, simpelweg scoren bereikt als successen of mislukkingen negeert rijke kinematische gegevens die inzicht kunnen geven in hoe (in tegenstelling tot alleen of) bereiken is aangetast. Dit probleem werd aangepakt door het implementeren van gedetailleerd overzicht van het bereiken van Video's te identificeren en semi-kwantitatief Score bereiken subbewegingen5. Hoewel dit enkele gegevens over REACH kinematica toegevoegd, het ook aanzienlijk toegenomen experimentertijd en inspanning. Bovendien kunnen hoge niveaus van betrokkenheid van onderzoekers leiden tot inconsistenties in de methodologie en data-analyse, zelfs binnen hetzelfde lab.
Meer recentelijk zijn er verschillende geautomatiseerde versies van vakkundig bereiken ontwikkeld. Sommige hechten aan de huis kooi6,7, waardoor de noodzaak om dieren over te dragen. Dit vermindert zowel de stress op de dieren en elimineert de noodzaak om ze te acclimeren aan een gespecialiseerde kamer te bereiken. Andere versies toestaan paw tracking zodat kinematische veranderingen onder specifieke interventies kunnen worden bestudeerd8,9,10, of hebben mechanismen om automatisch te bepalen als pellets werden afgezet van de plank11. Geautomatiseerde bekwame bereiken taken zijn vooral nuttig voor training met hoge intensiteit, zoals nodig kan zijn voor revalidatie na een blessure12. Dankzij geautomatiseerde systemen kunnen dieren gedurende lange perioden grote aantallen bereikt hebben zonder intensieve betrokkenheid van de onderzoeker. Bovendien, systemen die paw tracking en geautomatiseerde uitkomst scoren mogelijk te verminderen onderzoeker tijd besteed aan het uitvoeren van gegevensanalyse.
We ontwikkelden een geautomatiseerd systeem voor rat-bekwaam bereiken met verschillende gespecialiseerde functies. Ten eerste, door gebruik te maken van een beweegbare voetstuk om de pellet in "bereiken positie" van onderaf te brengen, krijgen we een bijna vrij zicht op de forelimb. Ten tweede maakt een systeem van spiegels meerdere gelijktijdige views van het bereik mogelijk met een enkele camera, waardoor driedimensionale (3D) reconstructie van bereik trajecten mogelijk is met behulp van een hoge resolutie, High-Speed (300 fps) camera. Met de recente ontwikkeling van robuuste machine learning-algoritmen voor markerless Motion Tracking13, volgen we nu niet alleen de Paw maar individuele knokkels om gedetailleerd bereik te extraheren en kinematica te begrijpen. Ten derde kan een frame-Grabber die eenvoudige videoverwerking uitvoert, real-time identificatie van afzonderlijke bereiken fasen mogelijk maakt. Deze informatie wordt gebruikt om video-acquisitie te activeren (continue video-acquisitie is niet praktisch vanwege de bestandsgrootte) en kan ook worden gebruikt om interventies (bijv. optogenetica) op precieze momenten te triggeren. Ten slotte worden afzonderlijke videoframes geactiveerd door Transistor-Transistor Logic (TTL) pulsen, zodat de video nauwkeurig kan worden gesynchroniseerd met neurale opnamen (bijvoorbeeld elektrofysiologie of fotometrie). Hier beschrijven we hoe we dit systeem kunnen bouwen, ratten trainen om de taak uit te voeren, het apparaat met externe systemen synchroniseren en 3-D bereik trajecten reconstrueren.

<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

Knaagdier vaardige bereiken wordt vaak gebruikt om behendige vaardigheden te bestuderen, maar vereist veel tijd en moeite om de taak te implementeren en het gedrag te analyseren. Er zijn onlangs verschillende geautomatiseerde versies van bekwaam bereiken ontwikkeld. Hier beschrijven we een versie die automatisch pellets aan ratten presenteert tijdens het opnemen van high-definition video vanuit meerdere hoeken bij hoge frame rates (300 fps). De Paw en individuele cijfers worden bijgehouden met DeepLabCut, een machine learning-algoritme voor schatting van de markerless pose. Dit systeem kan ook worden gesynchroniseerd met fysiologische opnames, of worden gebruikt voor het triggeren van fysiologisch ingrijpen (bijv. elektrische of optische stimulatie).

Ratten verwerven de bekwame bereiken taak snel eenmaal geacclimatiseerd aan het apparaat, met prestaties en in termen van zowel de aantallen bereikt en nauwkeurigheid over 1 – 2 weken (Figuur 5). Figuur 6 toont sample videoframes die wijzen op structuren die zijn geïdentificeerd door DeepLabCut, en Figuur 7 toont de bovenopgelegde individuele REACH-trajecten vanuit één sessie. Tot slot illustreren we in Fig...

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

Geautomatiseerde rat single-pellet bereiken met 3-dimensionale reconstructie van paw en Digit trajecten

Knaagdier vaardige bereiken wordt vaak gebruikt om behendige vaardigheden te bestuderen, maar vereist veel tijd en moeite om de taak te implementeren en het gedrag te analyseren. We beschrijven een geautomatiseerde versie van bekwaam bereiken met bewegingsregistratie en driedimensionale reconstructie van REACH-trajecten.

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

Deze methode bouwt voort op gevestigde rat geschoolde bereiken protocollen om training en testen te automatiseren die een efficiënt middel om grote data sets relatief snel te verwerven. Het minimaliseert experimenter inspanning terwijl het toestaan van drie-dimensionale reconstructie van voorpoot kinematica. De kinematica kunnen worden gebruikt om de effecten van nauwkeurig getimede interventies te evalueren of gecorreleerd te zijn met fysiologische opnames.Met enkele aanpassingen kan deze techniek ook worden toegepast bij muizen. Begin met het aanzetten van de lichten en plaats de rat in een bekwame bereiken kamer. Gebruik tangen om een pellet te houden door de bereikende sleuf aan de voorkant van de doos.Laat de rat drie pellets van de tangen eten. Trek de pellet terug de volgende keer dat de rat probeert om de pellet te eten van de tangen en herhaal totdat de rat bereikt voor de pellet met een poot het meest uit 11 bereikt met vermelding van poot voorkeur. Vervolgens, lijn de pellet levering staaf met de zijkant van de bereiken slot contralaterale aan de voorkeur van de rat poot.Plaats een pellet op de leveringsstang. Gebruik dan tangen om de rat aas met de pellet, maar direct de rat naar de leveringsstaaf, zodat de poot raakt de pellet op de staaf. Nadat de rat heeft geprobeerd 10 bereikt om de levering staaf zonder te worden aas, vooraf de rat naar de volgende fase.Plaats vervolgens de pelletleedaaf op basis van de voorkeur van de rat en stel deze in op positie twee. Stel de hoogte van de pelletafvoerstaaf in met behulp van de afstandsbediening van de actuator. Zodra de leveringsstang op de juiste hoogte is, houdt u het gewenste getal ingedeeld totdat het lampje rood knippert om in te stellen.Plaats vervolgens de rat in de kamer en aas de rat naar de achterkant met een pellet. Wanneer de rat beweegt ver genoeg naar de achterkant van de kamer dat het zou breken de infrarood balk als de geautomatiseerde versie liep, verplaats de pellet levering staaf naar positie drie. Tot slot, wacht tot de rat te bereiken voor de pellet en vervolgens verplaatsen van de pellet levering staaf terug naar positie twee.Plaats een nieuwe pellet op de leveringsstang als uitgeschakeld. Herhaal deze stappen geleidelijk aas de rat minder en minder totdat de rat begint aan een, naar de achterkant om een pellet te vragen zonder te worden aas, en twee, onmiddellijk naar de voorkant na het aanvragen van een pellet in de rug. Nadat de rat dit 10 keer heeft gedaan, begin dan met trainen op de geautomatiseerde taak.Als u het geautomatiseerde systeem wilt instellen, schakelt u de verlichting in de kamer in en vult u het pelletreservoir bij. Plaats de pelletleveringsstaaf volgens de voorkeur van de rat. Controleer of de actuatorposities correct zijn ingesteld.Schakel vervolgens de computer in en open het programma voor het bereiken van geschoolde mensen. Voer het rat-ID-nummer onder onderwerp in en selecteer de voorkeur voor poot in het vervolgkeuzemenu hand. Geef het opspad voor de video's op.Stel vervolgens de sessietijd en het aantal max-video's in. Stel de pelletlift duur ook en maak het mogelijk de vroege bereik straf. Vervolgens, om kalibratie beelden te nemen, plaats de helpende hand in de bereikende kamer en porren de alligator clip door de bereikende sleuf.Houd de kubus voor de bereikende sleuf met de alligatorclip. Plaats vervolgens de kubus zo dat de rode kant verschijnt in de bovenste spiegel, de groene kant in de linkerspiegel, en de blauwe kant in de rechterspiegel. Zorg er in het gedragsprogramma voor dat de ROI-drempel is ingesteld op een zeer grote waarde.Klik op de run-knop en zodra de camera geinitialiseerde knop groen wordt, druk je op start om video-acquisitie te beginnen. Klik op Cal-modus en maak een afbeelding door op Afbeelding nemen te klikken. Verplaats de kubus iets en maak een andere afbeelding.Herhaal dit opnieuw voor in totaal drie afbeeldingen. Tot slot, stop het programma door te klikken op stop en klik vervolgens op de knop stopteken. Haal de helpende hand en de kubus uit de doos.Wees voorzichtig om niets hobbel in de gedragskamer na kalibratie beelden zijn genomen die dag. Plaats eerst de rat in de bekwame bereikende kamer. Klik op de witte pijl om het programma uit te voeren.Stel vervolgens de positie van de ROI voor pawdetectie in door x-offset-, y-offset-, ROI-breedte en ROI-hoogte aan te passen. Plaats de ROI in de zijspiegel die de dorsum van de poot direct voor de bereikende sleuf toont en klik op start om het programma te beginnen. Terwijl de rat niet bereikt, pas de lage ROI drempel waarde totdat de live ROI trigger waarde oscilleert tussen nul en een.Stel vervolgens de ROI-drempel in om aanzienlijk groter te zijn dan de live ROI-triggerwaarde tijdens neusprikken en lager dan de live ROI-triggerwaarde wanneer de rat bereikt. Pas aan totdat video's consequent worden geactiveerd wanneer de rat bereikt, maar niet wanneer hij zijn neus door de sleuf steekt. Controleer de eerste paar proeven om ervoor te zorgen dat alles goed werkt.Wanneer een rat bereikt voordat u een pellet aanvraagt, observeer dan de toename van het aantal vroege bereikten. Wanneer een rat bereikt na het aanvragen van een pellet, let op de video's aantal te verhogen, terwijl een kopie van de video wordt opgeslagen als een bin bestand. Tot slot drukt u na het bereiken van de sessie of het maximum aantal video's op de knop stopbord.De resultaten geven aan dat na 20 dagen, ratten verwerven van de geschoolde bereiken taak. Hier worden de bereiktrajecten van één sessie getoond. Dit vertegenwoordigt slechts aanvankelijke pootvordering voor gemak van presentatie.Verder, als de paw detectie trigger niet nauwkeurig is ingesteld, is er aanzienlijke variabiliteit in het frame waarbij de poot breekt de bereikende sleuf die kan leiden tot variabiliteit in wanneer interventies worden geactiveerd tijdens het bereiken van bewegingen. Afgezien van een zorgvuldige behandeling van de dieren, zullen er in dit protocol geen voorzorgsmaatregelen worden genomen. Het is vooral belangrijk om de ROI-drempel correct in te stellen, zodat video's of andere interventies op de juiste momenten worden geactiveerd.Deze methode kan worden gecombineerd met verschillende andere technieken, zoals optogenetica, calcium beeldvorming, en genetische modellen die vragen kunnen behandelen, variërend van fundamentele motorische controle tot bewegingsstoornis pathophysiologie. Deze techniek maakt correlatie van gedetailleerd bereik en greep kinematica met fysiologische opnames of interventies waardoor onderzoekers niet alleen antwoord als, maar hoe bewegingen veranderen met neurale circuits veranderingen.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Geautomatiseerde, Kwantitatieve Cognitieve / Behavioral Screening van Muizen: Voor Genetica, Farmacologie, Animal Cognition and Undergraduate Instructie

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

Een volledig geautomatiseerde Knaagdieren Conditioning Protocol voor Sensomotorische Integratie en cognitieve controle-experimenten

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

Studie Motor Ervaring Leren door Single-pellet bereiken Taken in Muizen

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

Experimentele Evaluatie van de muis Gezelligheid behulp van een geautomatiseerd Beeldverwerking Approach

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

Paw-slepen: a Novel, Gevoelig Analyse van de Muis Cilinder Test

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

Evaluatie van Sociale cognitie in niet-menselijke primaten met behulp van een netwerk van geautomatiseerde Automated Learning Device (ALDM) Test Systems

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

Verwerving van een High-precision Geschoolde voorpoot bereiken Task bij ratten

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

Geautomatiseerde Analyse van een Chemische Sensorische Preference Assay van een Nematodebevolking

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

Automatische metingen van slaap en motorische activiteit in Mexicaanse Cavefish

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

Paw-Print analyse van contrast-Enhanced opnames (PrAnCER): een voordelig, Open-Access automatisch analysesysteem voor de beoordeling van motorische tekorten

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 ...