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

המחברים רוצים להודות Karunesh Ganguly והמעבדה שלו לקבלת ייעוץ על המשימה להגיע מיומנים, אלכסנדר ומקנזי מאטיס על עזרתם בהתאמת DeepLabCut. עבודה זו היתה נתמכת על ידי המכון הלאומי למחלות נוירולוגיות שבץ (גרנט מספר K08-NS072183) ו אוניברסיטת מישיגן.

כל השיטות הכרוכות בשימוש בבעלי חיים שתוארו כאן אושרו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים מוסדיים (IACUC) של אוניברסיטת מישיגן.
1. הקמת חדר הגעה
הערה: ראה אלבונס ואח '14 לפרטים ודיאגרמות של המנגנון. מספרי חלקים מתייחסים לאיור 1.
<ol>...

<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>

מכרסם מיומנים להגיע הפך כלי סטנדרטי ללמוד פיזיולוגיה מערכת מוטורית פתופסולוגיה. יש לנו לתאר כיצד ליישם עכברוש אוטומטי מיומנים להגיע משימה המאפשרת: הדרכה ובדיקות עם פיקוח מינימלי, כף יד תלת-ממדי שחזור המסלול הספרה (במהלך ההגעה, אוחז, ו כפה הנסיגה), זיהוי בזמן אמת של כפה במהלך ההגעה, וסנכרון ?...

בני האדם תלויים במיומנות מיומנות, המוגדרים כתנועות הדורשות מתואם בדיוק תנועות רב מפרקים וספרות. כישורים אלה מושפעים ממגוון הפתווגיות נפוצות מערכת העצבים כולל נגעים מבניים (g., שבץ, גידול, נגעים deמיאלואידית), מחלות ניווניות (למשל, מחלת פרקינסון), ומומים פונקציונליים של מנוע מעגלים (לדוגמה, דייסטוניה). להבין כיצד מיומנויות מיומנות לומדים ומיושמים על ידי מעגלים מוטוריים מרכזיים ולכן יש פוטנציאל לשפר את איכות החיים עבור אוכלוסיה גדולה. יתר על כן, הבנה כזו עשויה לשפר את ביצועי המנוע באנשים בריאים על ידי אופטימיזציה של אימונים ואסטרטגיות שיקום.
מבתר את המעגלים העצביים שבבסיס מיומנות המיומנות בבני אדם מוגבל על ידי שיקולים טכנולוגיים ואתיים, המחייב את השימוש במודלים של בעלי חיים. פרימטים שאינם אנושיים משמשים בדרך כלל כדי ללמוד תנועות הגפיים מיומן בהתחשב הדמיון של מערכות מוטוריות שלהם רפרטואר התנהגותי לבני אדם1. עם זאת, פרימטים לא אנושיים יקרים עם פעמים דור ארוך, הגבלת מספר נושאים לימוד התערבויות גנטיות. יתרה מזאת, בעוד שארגז הכלים הנוירודעי הרלוונטי לפרימטים לא אנושיים גדול יותר מבני אדם, מקדמות טכנולוגיות רבות אינן זמינות או מוגבלות באופן משמעותי בפרימטים.
מכרסם מיומנים להגיע היא גישה משלימה לימוד שליטה מוטורית מיומנת. חולדות ועכברים יכולים להיות מאומנים כדי להגיע, לתפוס, ולאחזר גלולה סוכר ברצף סטריאוטיפי של תנועות הומוולוגי לדפוסי ההגעה האנושית2. בשל הזמן שלהם הדור הקצר יחסית ועלויות דיור נמוכות יותר, כמו גם יכולתם לרכוש מיומנים להגיע במשך ימים עד שבועות, ניתן ללמוד מספר רב של נושאים במהלך שלבים למידה וקונסולידציה מיומנות. השימוש של מכרסמים, במיוחד עכברים, גם מקל על השימוש בכלים נוירודעיים מודרניים חזקים (למשל, אלקטרואופטיקה, הדמיית סידן, מודלים גנטיים של מחלות) כדי ללמוד מיומנות מיומן.
מכרסם מיומנים להגיע שימש במשך עשרות שנים כדי ללמוד שליטה רגילה מוטוריים וכיצד הוא מושפע הפתווגיות ספציפיות כמו שבץ מחלת פרקינסון3. עם זאת, רוב הגירסאות של משימה זו הן העבודה ואינטנסיבית הזמן, מקלים את היתרונות של לימוד מכרסמים. יישומים טיפוסיים כוללים הצבת מכרסמים בחדר להגיע עם מדף מול חריץ צר שדרכו מכרסם חייב להגיע. חוקר מציב באופן ידני כדורי סוכר על המדף, מחכה לבעל החיים להגיע ולאחר מכן מציב עוד אחד. מגיע הבקיע כהצלחות או כשלים או בזמן אמת או על ידי סקירת וידאו4. עם זאת, הבקיע פשוט מגיע כמו הצלחות או כישלונות מתעלמת מידע קימטי עשיר שיכול לספק תובנה לגבי איך (בניגוד רק אם) להגיע הוא לקוי. בעיה זו טופלה על-ידי יישום סקירה מפורטת של הגעה לקטעי וידאו כדי לזהות ולתת הציון למחצה להגיע לתנועות משנה5. בעוד זה הוסיף כמה נתונים לגבי הגעה kinאמאם, זה גם הגביר באופן משמעותי את הזמן והמאמץ להיכנס. יתרה מזאת, רמות גבוהות של ניסויים מעורבות יכולות להוביל לחוסר עקביות בניתוח מתודולוגיה ומידע, גם בתוך אותה מעבדה.
לאחרונה, מספר גרסאות אוטומטיות של הגעה מיומנים פותחו. כמה לצרף לכלוב הבית6,7, ביטול הצורך להעביר בעלי חיים. זה גם מפחית את הלחץ על בעלי החיים ומבטלת את הצורך למזג אותם לחדר מיוחד להגיע. גירסאות אחרות מאפשרות מעקב אחר כפה כך ששינויים קימטיים תחת התערבויות ספציפיות ניתן ללמוד8,9,10, או יש מנגנונים לקבוע באופן אוטומטי אם כדורי הפילו את המדף11. משימות מיומנות אוטומטיות שימושיות במיוחד להכשרה בעוצמה גבוהה, כפי שניתן לעשות לשיקום לאחר פציעה12. מערכות אוטומטיות מאפשרות לבעלי חיים לבצע מספר רב של הגעה לפרקי זמן ארוכים ללא צורך במעורבות חוקרת אינטנסיבית. יתרה מזאת, מערכות המאפשרות מעקב אחר כפה ותוצאות אוטומטיות מפחיתות את זמן החוקר שהושקע בביצוע ניתוח נתונים.
פיתחנו עכברוש אוטומטי מיומנים להגיע למערכת עם מספר תכונות מיוחדות. ראשית, באמצעות המעמד הנייד כדי להביא את הגלולה לתוך "מיקום הגעה" מלמטה, אנחנו משיגים מבט כמעט ללא הכול של forelimb. שנית, מערכת של מראות מאפשרת תצוגות מרובות בו זמנית של ההישג עם מצלמה אחת, המאפשר שחזור תלת מימדי (3-D) של מסלולים להגיע ברזולוציה גבוהה, במהירות גבוהה (300 fps) מצלמה. עם הפיתוח האחרון של אלגוריתמים למידה מכונה חזקה עבור מעקב תנועה markerless13, אנחנו עכשיו מעקב לא רק את הכף אבל האצבעות הפרט כדי לחלץ הגישה המפורטת לתפוס את הקינמטיקה. שלישית, תופש מסגרת המבצע עיבוד וידאו פשוט מאפשר זיהוי בזמן אמת של שלבים המגיעים בנפרד. מידע זה משמש כדי להפעיל רכישת וידאו (רכישת וידאו רציפה אינה מעשית בשל גודל הקובץ), והוא יכול לשמש גם כדי להפעיל התערבויות (למשל, אלקטרואופטיקה) ברגעים מדויקים. לבסוף, מסגרות וידאו בודדות מופעלות על ידי פולסים לוגיקה טרנזיסטור-טרנזיסטור (TTL), המאפשר את הווידאו להיות מסונכרן בדיוק עם הקלטות עצביות (למשל, אלקטרופיזיולוגיה או פוטומטריקה). כאן, אנו מתארים כיצד לבנות את המערכת, להכשיר חולדות כדי לבצע את המשימה, לסנכרן את המנגנון עם מערכות חיצוניות, ולשחזר 3-D מסלולים להגיע.

<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

מכרסם מיומנים להגיע משמש בדרך כלל כדי ללמוד כישורי מיומנות, אבל דורש זמן ומאמץ משמעותיים כדי ליישם את המשימה ולנתח את ההתנהגות. מספר גרסאות אוטומטיות של הגעה מיומנים פותחו לאחרונה. כאן, אנו מתארים גרסה באופן אוטומטי מציג כדורי לחולדות תוך הקלטת וידאו בהבחנה גבוהה מזוויות מרובות בקצבי מסגרת גבוהה (300 fps). כף היד והספרות בודדים מסומנים עם DeepLabCut, אלגוריתם למידה מכונה עבור הערכה מרקרבלי. מערכת זו יכולה גם להיות מסונכרנת עם הקלטות פיזיולוגיות, או לשמש כדי להפעיל התערבויות פיזיולוגיים (למשל, גירוי חשמלי או אופטי).

חולדות לרכוש את המשימה מיומנים להגיע במהירות לאחר הסתגלות למנגנון, עם ביצועים את במונחים של שני מספרי הגעה ודיוק מעל 1 – 2 שבועות (איור 5). איור 6 מציג מסגרות וידאו לדוגמה המציינות מבנים המזוהים על ידי DeepLabCut, ואיור 7 מראה על גבי מסלולים בודדים ל...

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

עכברוש אוטומטי-גלולה יחידה להגיע עם 3-מימדי שחזור של כפה ומסלולי ספרות

מכרסם מיומנים להגיע משמש בדרך כלל כדי ללמוד כישורי מיומנות, אבל דורש זמן ומאמץ משמעותיים כדי ליישם את המשימה ולנתח את ההתנהגות. אנו מתארים גרסה אוטומטית של מיומנים להגיע עם מעקב תנועה ושחזור תלת מימדי של מסלולי הגעה.

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

שיטה זו מתבססת על פרוטוקולי הגעה מיומנים לחולדות כדי להפוך את האימון והבדיקות לאוטומטיים ומספקת אמצעים יעילים לרכישת ערכות נתונים גדולות במהירות יחסית. היא ממזערת את מאמצי הניסויים ומאפשרת שחזור תלת מימדי של קינמטיקה. ניתן להשתמש בקינאמטיקה כדי להעריך את ההשפעות של התערבויות מתוזמנות במדויק או בקורלציה עם הקלטות פיזיולוגיות.עם כמה התאמות, טכניקה זו יכולה להיות מיושמת גם בעכברים. התחילו בהדלקת האורות והצבו את החולדה בתא מיומן. השתמש במדפים כדי להחזיק גלולה דרך חריץ להגיע בחלק הקדמי של התיבה.הרשה לחולדה לאכול שלושה כדורים מהמדפים. משוך את גלולה בחזרה בפעם הבאה החולדה מנסה לאכול את גלולה מן המדפים ולחזור על עצמו עד החולדה מושיטה את גלולה עם כפה אחת ביותר מתוך 11 מגיע המציין העדפת כף הרגל. לאחר מכן, ליישר את מוט משלוח גלולה עם הצד של חריץ להגיע בניגוד הכף המועדפת של החולדה.שים גלולה על מוט המשלוח. ואז להשתמש מדפים כדי לפתות את החולדה עם גלולה אבל לכוון את החולדה לכיוון מוט המשלוח, כך הכפות שלה פוגע גלולה על המוט. לאחר שהעכברוש ניסה להגיע 10 למוט המשלוח מבלי להיות פיתיון, לקדם את החולדה לשלב הבא.לאחר מכן, מקם את מוט מסירת גלולה מבוסס על העדפת הכף של החולדה ולהגדיר אותו למצב שתיים. הגדר את מיקום הגובה של מוט מסירת גלולה באמצעות שלט מפעיל. לאחר מוט המשלוח הוא בגובה הנכון, להחזיק את המספר הרצוי עד האור מהבהב אדום כדי להגדיר.ואז למקם את החולדה בתא ולפתות את החולדה בגב עם גלולה. כאשר החולדה נעה מספיק רחוק לגב התא שהיא תשבור את קרן האינפרא-אדום אם הגרסה האוטומטית תרוץ, הזז את מוט מסירת הכדורים למיקום שלוש. לבסוף, לחכות החולדה להגיע גלולה ולאחר מכן להזיז את מוט משלוח גלולה בחזרה לעמדה 2.מניחים גלולה חדשה על מוט המשלוח אם דפק את. חזור על צעדים אלה בהדרגה פיתיון החולדה פחות ופחות עד החולדה מתחילה אחד, לעבור לאחור לבקש גלולה מבלי להיות פיתיון, ושנית, מיד לעבור לחזית לאחר בקשת גלולה בגב. לאחר החולדה עשתה את זה 10 פעמים, להתחיל להתאמן על המשימה האוטומטית.כדי להגדיר את המערכת האוטומטית, להדליק את האורות בתא ול מילוי מאגר גלולה. מקם את מוט מסירת גלולה בהתאם להעדפת הכף של החולדה. ודא שמיקומי מפעיל מוגדרים כראוי.לאחר מכן, הפעל את המחשב ופתח את תוכנית ההגעה המיומנת. הזינו את מספר הזיהוי של החולדה תחת נושא ובחרו בהעדפת הכף מהתפריט הנפתח של היד. ציין את נתיב השמירה עבור סרטוני הווידאו.לאחר מכן הגדר את זמן ההפעלה ואת מספר הסרטונים המרביים. הגדר את משך הרמת גלולה גם ולאפשר עונש להגיע מוקדם. לאחר מכן, כדי לצלם תמונות כיול, מניחים את היד המסייעת בתוך התא המגיע ודקים את קליפ התנין דרך החריץ המגיע.החזק את הקובייה לפני חריץ ההגעה עם קליפ התנין. לאחר מכן מקם את הקוביה כך שהצד האדום יופיע במראה העליונה, בצד הירוק במראה השמאלית ובחלק הכחול במראה הימנית. בתוכנית ההתנהגותית, ודא שסף ההחזר על ההשקעה מוגדר לערך גדול מאוד.לחץ על לחצן ההפעלה וברגע שהמצלמה אותחלה לחצן הופך ירוק, לחץ להתחיל להתחיל רכישת וידאו. לחץ על מצב Cal ולאחר מכן לצלם תמונה על-ידי לחיצה על קח תמונה Cal. הזז מעט את הקוביה וקח תמונה נוספת.חזור שוב על הפעולה לקבלת שלוש תמונות בסך הכל. לבסוף, הפסק את התוכנית על-ידי לחיצה על עצור ולאחר מכן לחץ על לחצן סימן עצירה. מוציאים את היד והקובייה המסייעות מהתיבה.היזהר לא להקפיץ שום דבר בתא ההתנהגות לאחר שתמונות הכיול צולמו באותו יום. ראשית, מניחים את החולדה בתא ההגעה המיומן. לחץ על החץ הלבן כדי להפעיל את התוכנית.לאחר מכן הגדר את מיקום ה- ROI לזיהוי כפות רגליים על-ידי התאמת היסט x, היסט y, רוחב ROI וגובה ROI. מקם את ROI במראה הצדדית המציגה את הגב של הכף ישירות מול חריץ להגיע ולחץ להתחיל את התוכנית. בעוד החולדה אינה מגיעה, התאם את ערך סף ההחזר על ההשקעה הנמוך עד שערך ההדק של ההחזר על ההשקעה החיה ינועה בין אפס לאחד.לאחר מכן הגדר את סף ההחזר על ההשקעה כך שיהיה גדול משמעותית ערך ההדק של ההחזר על ההשקעה החיה במהלך דקירות האף ונמוך יותר אופן ההחזר על ההשקעה החיה כאשר החולדה מגיעה. התאם עד שסרטונים יופעלו באופן עקבי כאשר החולדה מגיעה, אך לא כאשר היא דוחפת את אפה דרך החריץ. נטר את הניסויים הראשונים כדי להבטיח שהכל פועל כראוי.כאשר חולדה מגיעה לפני בקשת גלולה, להתבונן מוקדם מגיע מספר להגדיל. כאשר חולדה מגיעה לאחר בקשת גלולה, להתבונן מספר קטעי וידאו להגדיל בעוד עותק של הווידאו נשמר כקובץ סל. לבסוף, לאחר הגעת זמן ההפעלה או המספר המרבי של סרטונים, לחץ על לחצן סימן עצירה.התוצאות מצביעות על כך שלאחר 20 יום, חולדות לרכוש את המשימה להגיע מיומן. כאן, מסלולי התפוצה מפגישה אחת מוצגים. זה מייצג רק התקדמות ראשונית של הכף כדי להקל על ההצגה.כמו כן, אם ההדק לגילוי כפות רגליים אינו מוגדר במדויק, קיימת שונות משמעותית במסגרת שבה הכף מפרה את חריץ ההגעה אשר עלול להוביל לשונות כאשר התערבויות מופעלות במהלך הגעה לתנועות. מלבד טיפול זהיר בבעלי החיים, לא ינקטו אמצעי זהירות בפרוטוקול זה. חשוב ביותר להגדיר את סף ההחזר על ההשקעה בצורה נכונה, כך שסרטונים או התערבויות אחרות יופעלו ברגעים המתאימים.שיטה זו יכולה להיות מזווג עם מספר טכניקות אחרות כגון אופטוגנטיקה, הדמיה סידן, מודלים גנטיים אשר יכול לענות על שאלות החל שליטה מוטורית בסיסית פתופיזיולוגיה הפרעת תנועה. טכניקה זו מאפשרת מתאם של תפוצה מפורטת ותפיסת קינמטיקה עם הקלטות פיזיולוגיות או התערבויות המאפשרות לחוקרים לענות לא רק אם אלא כיצד תנועות משתנות עם שינויים במעגלים העצביים.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

אוטומטי, כמותי קוגניטיבי / הקרנת התנהגות של עכברים: לגנטיקה, פרמקולוגיה, בעלי החיים קוגניציה והוראה לתואר ראשון

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

מכרסמים אוויר פרוטוקול אוטומטי לחלוטין עבור הסנסורית אינטגרציה וניסויי בקרה קוגניטיבית

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

מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

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

ההערכה הניסויית של עכבר חברותי בגישת עיבוד תמונה אוטומטית

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-גרירה: רומן, ניתוח רגיש של מבחן צילינדר העכבר

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

הערכה של קוגניציה החברתית בפרימטים ללא אנושיים באמצעות רשת של מכשיר אוטומטי למידה ממוחשבת מערכות (ALDM) מבחן

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

רכישת גבוהה דיוק מיומן Forelimb ההגעה משימה בחולדות

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

ניתוח אוטומטי של אוכלוסיה מבוססת נמטודות מבוססי Assay העדפה

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

מדידות אוטומטיות שינה ופעילות גינקולוגיות Cavefish מקסיקני

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

כפה-הדפסת ניתוח של הקלטות חדות-משופרת (PrAnCER): בעלות נמוכה, גישה לפתוח מערכת ניתוח הילוך אוטומטי להערכת לקויי מנוע

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 ...