Acquisition d'une haute précision qualifiés forelimb Atteindre Groupe chez les rats

Summary

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

Abstract

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

Introduction

Le contrôle des mouvements est une fonction essentielle du système nerveux central (SNC). Motricity est le principal résultat mesurable de la fonction du système nerveux central et la possibilité pour les individus principale d'interagir avec le monde extérieur. Comprendre les principes de la fonction motrice et les mécanismes qui sous-tendent l'apprentissage d'une tâche motrice est actuellement l'un des grands défis des neurosciences. Les modifications morphologiques, physiologiques et moléculaires ont été trouvés lors de l'acquisition d'une nouvelle tâche motrice. Par exemple, la forme et le nombre de synapses changent en réponse à la formation de l'homme moteur ^1-5, et des modifications fonctionnelles de la machine synaptique ont été observés après l'apprentissage moteur. Les réponses synaptiques étaient plus élevés dans les connexions de la région de la patte avant-représentant du cortex moteur formé par rapport à l'hémisphère non formé du même animal ou à des réponses des animaux non entraînés ^6,7. Observations électrophysiologiques suggèrent également que la potentialisation à long terme (LTP) et de tempsla dépression -term (LTD) comme mécanismes lieu lors de l'apprentissage d'une nouvelle habileté motrice, et que la plage de fonctionnement synaptique, qui est défini entre les frontières qui limitent de LTP et LTD saturation, est modifié ^8. En outre, il a été démontré que les marqueurs de l'activité et de la plasticité promotion de molécules telles que c-fos, GAP-43, ou BDNF mais aussi plasticité molécules inhibitrices telles que les rôles réglementaires Nogo-A affichage lié à l'apprentissage pour la plasticité neuronale ^9-16.

Ces progrès vers une meilleure compréhension des mécanismes sous-jacents de l'apprentissage moteur ne pourraient être atteints avec l'utilisation de paradigmes comportementaux qui permettent un contrôle précis de l'acquisition d'une nouvelle compétence de moteur, par exemple, qualifiée forelimb envergure. Seule une tâche comportementale bien structuré permet de surveiller et capturer les modifications corrélatives qui se produisent lors de l'apprentissage et de l'exécution de la tâche respective. Ici, nous démontrons visuellement une version modifiée de la patte antérieure hommeseul culot tâche atteindre chez les rats adaptés de Buitrago et al. ¹⁷ Le paradigme présenté permet l'analyse de l'acquisition de mouvement à l'intérieur d'une session d'entraînement quotidien (au sein de session) représentant la composante d'apprentissage rapide et l'acquisition primaire ainsi que qualifiés apprentissage moteur sur plusieurs séances (entre-session) représentant la composante d'apprentissage lent et l'entretien de la tâche appris ^18. Surtout, ce paradigme comportemental augmente le degré de difficulté et la complexité de la tâche de la motricité en raison de deux caractéristiques: d'abord, les rats sont entraînés à tourner autour de leur axe après chaque prise et donc à réaligner leur corps avant la prochaine portée de granulés et de renouveler l'orientation du corps, ce qui empêche l'exécution d'un mouvement constant à partir du même angle. Deuxièmement, les pastilles sont extraites à partir d'un montant vertical placé à l'avant de la cage. En raison du petit diamètre de la poste, des pastilles peuvent être facilement débuté nécessitant une connaissance précise pour la récupération réussie et prévenir simple, tirant de la pastille vers l'animal.

Ces tests comportementaux complexes permet une compréhension plus profonde sur les mécanismes qui sous-tendent l'apprentissage moteur. Par rapport à des souris, des rats sont supérieurs dans leur exécution des tâches comportementales complexes et donc mieux adapté pour paradigmes complexes tel que présenté dans cette étude. Vu les possibilités croissantes génétiques disponibles pour les rats ^19,20, la combinaison de méthodes d'essai de comportement précises et bien contrôlées avec les manipulations génétiques, l'imagerie et les techniques physiologiques représente une boîte à outils puissante pour mieux comprendre les bases neurobiologiques de l'apprentissage moteur et la mémoire.

Protocol

Toutes les expériences ont été réalisées en conformité avec les directives de l'Office vétérinaire du canton de Zurich, en Suisse. 1. manipulation des animaux et de l'habituation Manipulation des animaux Note: 5 jours avant le début de l'expérience, effectuer l'étape 1.1.1 quotidienne. Pour les expériences comportementales, habituer les animaux à l'expérimentateur. Ont quotidienne manipulation sessions d'une du…

Representative Results

L'acquisition de compétences réussi du moteur est obtenue seulement par la pratique constante. Malgré un examen attentif de tous les aspects, certains rats ne parviennent pas à apprendre la tâche (Figure 2). Ces «non-apprenants», soit manquent de motivation résultant en quelques absents ou tentatives de récupération des granulés à partir du début de l'expérience ou perdent généralement intérêt à parvenir pour les pastilles menant à échoué continu tentatives. En revanche, ce…

Discussion

Le paradigme montré dans cette étude est adapté de Buitrago et al ¹⁸ et diffère de la simple pastille classique paradigme atteindre ¹⁷ principalement dans deux aspects.:

Tout d'abord, l'étude de l'amélioration au sein de session permet une analyse de la tâche appris en une seule journée, ce qui peut fournir un niveau de différentes informations telles que l'enquête de la composante d'apprentissage rapide par rapport à la composant…

Materials

1	Training Box	Self Made
2	Pedestal	Self Made
3	Sugar Pellets	45-mg dustless precision pellets, TSE Systems Intl. Group
4	Animals	5-6 week old Sprague Dawley Male Rats
5	Laptop	Hewlett Packard
6	Stop Watch
7	Forceps	Fine Science Tools (FST)
8	Software	Excel (Microsoft), GraphPad Prism (GraphPad)
9	Weighing scale
10	Counter