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

Os autores gostariam de agradecer a Karunesh Ganguly e seu laboratório por conselhos sobre a tarefa de alcance hábil, e Alexander e Mackenzie Mathis por sua ajuda na adaptação DeepLabCut. Este trabalho foi apoiado pelo Instituto Nacional de doença neurológica e acidente vascular cerebral (número de subvenção K08-NS072183) e da Universidade de Michigan.

Todos os métodos que envolvem o uso animal aqui descritos foram aprovados pelo Comitê institucional de cuidados e uso de animais (IACUC) da Universidade de Michigan.
1. Configurando a câmara de alcance
Nota: Ver Ellens et al.14 para detalhes e diagramas do aparelho. Os números de peça referem-se à Figura 1.
<ol><li>Painéis claros do policarbonato da ligação com cimento acrílico para c...

<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>

O alcance hábil do roedor transformou-se uma ferramenta padrão para estudar a fisiologia e a patofisiologia do sistema motor. Nós descrevemos como implementar uma tarefa de alcance hábil de rato automatizado que permite: treinamento e teste com supervisão mínima, a reconstrução da trajetória da pata 3-D e do dígito (durante alcangando, agarrando, e retração da pata), identificação do tempo real do pata durante o alcance, e sincronização com eletrônica externa. É adequado para correlacionar a cinemática...

Os seres humanos dependem fortemente da habilidade destreza, definida como movimentos que exigem movimentos multiarticulares e de dígitos precisamente coordenados. Essas habilidades são afetadas por uma série de patologias comuns do sistema nervoso central, incluindo lesões estruturais (por exemplo, acidente vascular cerebral, tumor, lesões desmielinantes), doença neurodegenerativa (por exemplo, doença de Parkinson) e anormalidades funcionais do motor circuitos (por exemplo, distonia). Entender como habilidades destosas são aprendidas e implementadas por circuitos motores centrais, portanto, tem o potencial de melhorar a qualidade de vida de uma grande população. Além disso, tal entendimento é susceptível de melhorar o desempenho motor em pessoas saudáveis, otimizando estratégias de treinamento e reabilitação.
A dissecação dos circuitos neurais subjacentes à habilidade destreza em humanos é limitada por considerações tecnológicas e éticas, necessitando do uso de modelos animais. Os primatas não humanos são comumente usados para estudar movimentos de membros dexterosos, dada a semelhança de seus sistemas motores e repertório comportamental para os seres humanos1. No entanto, os primatas não humanos são caros com tempos de geração longos, limitando números de sujeitos de estudo e intervenções genéticas. Além disso, enquanto a caixa de ferramentas neurocientífica aplicável aos primatas não humanos é maior do que para os seres humanos, muitos avanços tecnológicos recentes estão indisponíveis ou significativamente limitados em primatas.
O alcance hábil do roedor é uma aproximação complementar a estudar o controle de motor Dexterous. Ratos e camundongos podem ser treinados para alcançar, agarrar e recuperar uma pelota de açúcar em uma seqüência estereotipada de movimentos homous aos padrões de alcance humano2. Devido ao seu tempo de geração relativamente curto e menor custo de habitação, bem como a sua capacidade de adquirir qualificados atingindo ao longo de dias a semanas, é possível estudar um grande número de assuntos durante as fases de aprendizagem e de consolidação de habilidades. O uso de roedores, especialmente camundongos, também facilita o uso de poderosas ferramentas neurocientíficas modernas (por exemplo, optogenética, imagem de cálcio, modelos genéticos da doença) para estudar habilidade destreza.
O alcance hábil do roedor foi usado por décadas para estudar o controle normal do motor e como é afetado por patologias específicas como o curso e a doença de Parkinson3. No entanto, a maioria das versões desta tarefa são de trabalho e tempo intensivo, mitigando os benefícios de estudar roedores. As implementações típicas envolvem a colocação de roedores em uma câmara de alcance com uma prateleira na frente de um entalhe estreito através de que o roedor deve alcangar. Um pesquisador coloca manualmente pelotas de açúcar na prateleira, aguarda o animal chegar e, em seguida, coloca um outro. Atinge são marcados como sucessos ou falhas em tempo real ou por vídeo revisão4. No entanto, simplesmente marcar atinge como sucessos ou falhas ignora dados cinemáticos ricos que podem fornecer informações sobre como (ao contrário de simplesmente se) atingindo é prejudicada. Este problema foi abordado através da implementação de uma revisão detalhada do alcance dos vídeos para identificar e pontuar os submovimentos do alcance do escore5. Enquanto isso acrescentou alguns dados sobre a cinemática de alcance, também aumentou significativamente o tempo e o esforço do experimentador. Além disso, altos níveis de envolvimento experimentador podem levar a inconsistências na metodologia e análise de dados, mesmo dentro do mesmo laboratório.
Mais recentemente, várias versões automatizadas de alcance hábil foram desenvolvidas. Alguns atribuem à gaiola de casa6,7, eliminando a necessidade de transferir animais. Isto reduz o stress nos animais e elimina a necessidade de aclimatar os a uma câmara de alcance especializada. Outras versões permitem o seguimento da pata de modo que as mudanças cinemáticas intervenções específicas possam ser estudadas8,9,10, ou têm mecanismos para determinar automaticamente se as pelotas foram derrubados fora da prateleira11. As tarefas de alcance hábil automatizadas são especialmente úteis para o treinamento de alta intensidade, como pode ser exigido para a reabilitação após uma lesão12. Os sistemas automatizados permitem que os animais realizem um grande número de alcances sobre longos períodos de tempo sem exigir a participação intensiva do investigador. Além disso, os sistemas que permitem rastreamento de pata e pontuação de resultado automatizada reduzem o tempo de pesquisador gasto realizando a análise de dados.
Nós desenvolvemos um sistema automatizado de alcance hábil do rato com diversas características especializadas. Primeiramente, usando um suporte móvel para trazer o pellet em "alcançando a posição" de abaixo, nós obtemos uma vista quase desobstruída do forelimb. Em segundo lugar, um sistema de espelhos permite múltiplas visões simultâneas do alcance com uma única câmera, permitindo a reconstrução tridimensional (3-D) de trajetórias de alcance usando uma câmera de alta resolução, de alta velocidade (300 fps). Com o desenvolvimento recente de algoritmos de aprendizado de máquina robustos para rastreamento de movimento alinhamento13, agora rastreamos não só a pata, mas os Knuckles individuais para extrair o alcance detalhado e compreender a cinemática. Em terceiro lugar, um frame-grabber que executa o processamento de vídeo simples permite a identificação em tempo real de distintas fases de alcance. Essas informações são usadas para acionar a aquisição de vídeo (a aquisição contínua de vídeo não é prática devido ao tamanho do arquivo) e também pode ser usada para acionar intervenções (por exemplo, optogenética) em momentos precisos. Finalmente, os frames video individuais são disparados pelos pulsos da lógica do transistor-transistor (TTL), permitindo que o vídeo seja sincronizado precisamente com as gravações neural (por exemplo, eletrofisiologia ou fotometria). Aqui, descrevemos como construir este sistema, treinar ratos para executar a tarefa, sincronizar o aparelho com sistemas externos, e reconstruir as trajetórias de alcance 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

O alcance hábil do roedor é comumente usado para estudar habilidades destosas, mas requer tempo e esforço significativos para implementar a tarefa e analisar o comportamento. Várias versões automatizadas de alcance hábil foram desenvolvidas recentemente. Aqui, descrevemos uma versão que automaticamente apresenta pelotas para ratos durante a gravação de vídeo de alta definição a partir de vários ângulos em altas taxas de quadros (300 fps). A pata e os dígitos individuais são rastreados com o deeplabcut, um algoritmo de aprendizado de máquina para estimativa de pose alinhamento. Este sistema também pode ser sincronizado com gravações fisiológicas, ou ser usado para desencadear intervenções fisiológicas (por exemplo, estimulação elétrica ou óptica).

Os ratos adquirem a tarefa de alcance hábil rapidamente uma vez aclimatados ao aparelho, com desempenho platô em termos de ambos os números de alcances e exatidão sobre 1 – 2 semanas (Figura 5). A Figura 6 mostra quadros de vídeo de amostra indicando estruturas identificadas pelo DeepLabCut, e a Figura 7 mostra trajetórias de alcance individual sobrepostas de uma única sessão. Finalmente, na Figura 8</...

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

Automatizado Rat single-pellet atingindo com 3-dimensional reconstrução de pata e dígitos trajetórias

O alcance hábil do roedor é comumente usado para estudar habilidades destosas, mas requer tempo e esforço significativos para implementar a tarefa e analisar o comportamento. Nós descrevemos uma versão automatizada do alcance hábil com seguimento do movimento e reconstrução tridimensional de trajetórias do alcance.

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

Este método baseia-se em protocolos de alcance qualificados para fabricantes de ratos estabelecidos para automatizar o treinamento e os testes, fornecendo um meio eficiente de adquirir grandes conjuntos de dados relativamente rapidamente. Ele minimiza o esforço do experimentador, permitindo a reconstrução tridimensional da cinemática de membros dianteiros. A cinemática pode ser usada para avaliar os efeitos de intervenções precisamente cronometradas ou correlacionadas com gravações fisiológicas.Com alguns ajustes, essa técnica também pode ser aplicada em camundongos. Comece acendendo as luzes e coloque o rato em uma câmara de alcance habilidosa. Use fórceps para segurar uma pelota através do slot de alcance na frente da caixa.Deixe o rato comer três pelotas das fórceps. Puxe a pelota de volta da próxima vez que o rato tentar comer a pelota dos fórceps e repetir até que o rato alcance a pelota com uma pata a mais de 11 atinge a preferência da pata indicando. Em seguida, alinhe a haste de entrega de pelotas com o lado da fenda de alcance contralateral à pata preferida do rato.Coloque uma pelota na haste de entrega. Em seguida, use fórceps para isca o rato com a pelota, mas direcione o rato em direção à vara de entrega para que sua pata bata na pelota na haste. Depois que o rato tentar 10 chegar à vara de entrega sem ser iscado, avance o rato para a próxima fase.Em seguida, posicione a haste de entrega de pelotas com base na preferência da pata do rato e ajuste-a para a posição dois. Ajuste a posição de altura da haste de entrega da pelota usando o controle remoto do atuador. Uma vez que a haste de entrega esteja na altura correta, segure o número desejado até que a luz pisque em vermelho para definir.Em seguida, coloque o rato na câmara e isca o rato para trás com uma pelota. Quando o rato se mover o suficiente para a parte de trás da câmara que quebraria o feixe infravermelho se a versão automatizada estivesse funcionando, mova a haste de entrega de pelotas para a posição três. Finalmente, espere o rato pegar a pelota e, em seguida, mova a haste de entrega de pelotas de volta para a posição dois.Coloque uma nova pelota na haste de entrega se for derrubada. Repita gradualmente esses passos iscando o rato cada vez menos até que o rato comece a um, mova-se para trás para solicitar uma pelota sem ser iscado, e dois, imediatamente mover-se para a frente depois de pedir uma pelota na parte de trás. Depois que o rato tiver feito isso 10 vezes, comece a treinar sobre a tarefa automatizada.Para configurar o sistema automatizado, acenda as luzes da câmara e reabastete o reservatório de pelotas. Posicione a haste de entrega da pelota de acordo com a preferência da pata do rato. Verifique se as posições do atuador estão definidas corretamente.Em seguida, ligue o computador e abra o programa de alcance qualificado. Digite o número de identificação do rato no assunto e selecione a preferência da pata no menu suspenso manual. Especifique o caminho de salvamento para os vídeos.Em seguida, defina a hora da sessão e o número de vídeos máximos. Defina a duração do elevador de pelotas também e habilite a penalidade de alcance antecipado. Em seguida, para tirar imagens de calibração, coloque a mão amiga dentro da câmara de alcance e cutuque o clipe do jacaré através do slot de alcance.Segure o cubo na frente da fenda de alcance com o clipe do jacaré. Em seguida, posicione o cubo para que o lado vermelho apareça no espelho superior, no lado verde no espelho esquerdo e no lado azul no espelho direito. No programa comportamental, certifique-se de que o limite de ROI seja definido para um valor muito grande.Clique no botão executar e assim que o botão inicializado da câmera ficar verde, pressione comece a iniciar a aquisição de vídeo. Clique em Modo Cal e, em seguida, tire uma imagem clicando em Take Cal Image. Mova o cubo ligeiramente e tire outra imagem.Repita novamente para um total de três imagens. Por fim, pare o programa clicando em parar e clique no botão stop sign. Remova a mão amiga e o cubo da caixa.Tenha cuidado para não bater nada na câmara comportamental depois que as imagens de calibração foram tiradas naquele dia. Primeiro, coloque o rato na câmara de acesso hábil. Clique na seta branca para executar o programa.Em seguida, ajuste a posição do ROI para detecção da pata ajustando x deslocamento, y offset, largura do ROI e altura do ROI. Posicione o ROI no espelho lateral que mostra o dorso da pata diretamente em frente ao slot de alcance e clique em começar o programa. Enquanto o rato não está alcançando, ajuste o baixo valor do limiar do ROI até que o valor do gatilho do ROI ao vivo esteja oscilando entre zero e um.Em seguida, defina o limiar de ROI para ser significativamente maior do que o valor do gatilho do ROI ao vivo durante as cutucadas do nariz e menor do que o valor do gatilho do ROI ao vivo quando o rato chegar. Ajuste até que os vídeos sejam constantemente acionados quando o rato chegar, mas não quando ele cutuca o nariz através da ranhura. Monitore os primeiros testes para garantir que tudo esteja funcionando corretamente.Quando um rato chega antes de solicitar uma pelota, observe o aumento do número de alcances precoces. Quando um rato chega depois de solicitar uma pelota, observe o número de vídeos aumentar enquanto uma cópia do vídeo é salva como um arquivo de lixo. Finalmente, após o tempo de sessão ou o número máximo de vídeos ser alcançado, pressione o botão stop sign.Os resultados indicam que após 20 dias, os ratos adquirem a tarefa de alcançar qualificados. Aqui, as trajetórias de alcance de uma única sessão são mostradas. Isso representa apenas o avanço inicial da pata para facilitar a apresentação.Além disso, se o gatilho de detecção da pata não for configurado com precisão, há uma variabilidade significativa no quadro em que a pata rompe o slot de alcance que pode levar à variabilidade quando as intervenções são acionadas durante os movimentos de alcance. Além do manuseio cuidadoso dos animais, nenhuma precaução será tomada neste protocolo. É mais importante definir o limite do ROI corretamente para que vídeos ou outras intervenções sejam acionados nos momentos apropriados.Este método pode ser emparelhado com várias outras técnicas, como optogenética, imagem de cálcio e modelos genéticos que podem abordar questões que vão desde o controle motor básico até a fisiopatologia da desordem de movimento. Esta técnica permite a correlação de alcance detalhado e compreender cinemática com gravações fisiológicas ou intervenções permitindo que os pesquisadores respondam não apenas se, mas como os movimentos mudam com as mudanças dos circuitos neurais.

Research

JoVE Journal

Behavior

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

Automatizada, Quantitative Cognitiva / Screening Comportamental de Ratos: Para Genética, Farmacologia, Cognição Animal e Instrução Graduação

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

Comportamento

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

Um totalmente automatizada Roedor Condicionado Protocolo para Sensorimotor Integração e Experimentos controle cognitivo

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

Estudo Motor Habilidade Aprendizagem por Single-pelota Tarefas atingindo em Ratos

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

Avaliação experimental de rato Sociabilidade utilizando uma abordagem de processamento de imagem automatizado

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

Pata-Arrastando: a Novel, análise de sensibilidade do mouse cilindro de ensaio

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

Avaliação da Cognição Social em primatas não-humanos usando uma rede de Computadorizado dispositivo automático de Aprendizagem Sistemas (ALDM) teste

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

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

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

Automated Analysis of a Nematode Population-based Chemosensory Preference Assay

Análise automatizada de um ensaio de preferência quimiossensorial baseado na população de um nematodo

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

Medições automatizadas do sono e da atividade locomotora em Cavefish mexicano

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

Análise de Paw-Print de gravações contrastadas (PrAnCER): um sistema automatizado de análise de marcha de baixo custo e acesso aberto para avaliação de déficits motores

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 ...