Оценка квалифицированных Предениза в мышах с помощью авто-тренер
Summary
Полезный инструмент является методом оценки влияния обучения на моторику. К сожалению, большинство поведенческих оценок может быть трудоемким и / или дорогим. Мы описываем здесь роботизированный метод оценки мастерства предубежденности (досягаемости к захвату) у мышей.
Abstract
Мы описываем метод введения наивных мышей в новую задачу пределения (досягаемости к захвату). Мыши размещаются по-познавательно в клетках с лобным слотом, что позволяет мыши, чтобы достичь из своей клетки и получить пищевые гранулы. Минимальное ограничение пищи используется для поощрения мышей для выполнения поиска пищи из слота. Как мыши начинают ассоциировать ближайшие к слот для пищи, гранулы вручную вытащил, чтобы стимулировать расширение и пронацион лапы, чтобы захватить и получить гранулы через лобной слот. Когда мыши начинают достигать для гранул, как они приходят в слот, поведенческие анализа могут быть выполнены путем измерения скорости, с которой они успешно понять и получить желаемые гранулы. Затем они знакомятся с авто-тренером, который автоматизирует как процесс предоставления пищевых гранул для мыши, чтобы понять, так и запись успешного и неудачного достижения и захвата попыток. Это позволяет осуществлять сбор данных для нескольких мышей с минимальными усилиями, которые по мере необходимости используются в экспериментальном анализе.
Introduction
Методы экспериментального тестирования моторного мастерства до и после неврологических травм, а также модулировать сроки, количество и тип двигательной подготовки имеют важное значение для трансляционных исследований. За последнее десятилетие мыши, из-за сопутствующих легкость генетических манипуляций, стали популярной модельной системой, в которой для выяснения механизмов моторного обучения до и после травмы. Тем не менее, поведенческие анализы у мышей не были оптимизированы таким же образом, что такие assays были для других млекопитающих (особенно крыс). Кроме того, существуют важные различия между поведением мыши и крысы, которые настоятельно рекомендуют обучение двух видов в разных манерах1,2.
Квалифицированные prehensile движения используют руку/лапу для того чтобы укладывать еду в рот, манипулировать предметом, или использовать инструмент. Действительно, достижение понять различные объекты в повседневной жизни является основной функцией верхних конечностей и достичь съесть акт является одной из форм предени, что многие млекопитающие используют. Многие из генетических, физиологических и анатомических изменений, лежащих в основе приобретения мастерства были четко определены в области3. При переводе доклинических результатов на клинические исходы необходим соответствующий тест, который является эффективным и воспроизводимым. Исследования грызунов и достижения человека показывают, что поведение предехождения аналогично у людей и у животных4. Соответственно, эти сходства позволяют предположить, что тестирование на предшение может служить в качестве трансляционной модели для исследования моторного обучения, а также нарушений и лечения заболеваний человека. Таким образом, оценка беременности у мышей может предложить мощный инструмент в трансляционных исследований, изучающих здоровье и болезни государств4.
К сожалению, задача по предубеждению у мышей, даже для небольших лабораторных условиях, может быть трудоемким и трудоемким. Чтобы облегчить эту проблему, мы описываем здесь автоматизированную версию задачи предения. Описанная задача требует мышей, чтобы продлить одну лапу через домашнюю клетку мыши лобной слот, процмездие расширенной лапы, захватить пищу гранулы вознаграждение, и тянуть гранулы обратно в клетку интерьердля для потребления. Полученные данные представляются либо как успех предусения, либо как неудача. Эта автоматизация успешно записывает данные и уменьшает бремя и время, с которымисследователи должны заниматься этой задачей.
Protocol
Representative Results
Discussion
Наш авто-тренер оценивает досягаемость передних конечностей (предубеждение) в автоматическом режиме. Для достижения этой конечной точки, многие параметры, предназначенные для мыши предежья задача, в том числе размещение гранул, размер гранул, и критерии обучения, были итерированы в те?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Автоматическое обучение устройство было построено Джейсон Данторн, Ури Таш, и Дэн Таш на шаг анализа, LLC, с дизайном ввода поддержки и инструкции, предоставляемые Роберт Хаббард, Ричард О’Брайен, и Стивен Зейлер.
Тереза Дуарте из Центра Неизвестных Шампалимо предоставила ценную информацию и идеи о описании и классификации действий мыши.
Materials
| ABS Filament | Custom 3D Printed | N/A | utilized for pellet holder, frame, arm and funnel |
| ABS Sheet | McMaster-Carr | 8586K581 | 3/8" thickness; used for platform compononents, positioning stand guides and base |
| Adruino Mini | Adruino | A000087 | nano version also compatiable as well as other similar microcontrollers |
| Bench-Top Adjustable-Height Positioning Stand | McMaster-Carr | 9967T43 | 35 lbs. load capacity |
| Clear Acrylic Round Tube | McMaster-Carr | 8532K14 | ID 3/8" |
| Low-Carbon Steel Wire | McMaster-Carr | 8855K14 | 0.148" diameter |
| Pellet Dispenser | Lafayette Instrument: Neuroscience | 80209-45 | with 45 mg interchangeable pellet size wheel and optional stand |
| Photointerrupter Breakout Board | SparkFun | BOB-09322 ROHS | designed for Sharp GP1A57HRJ00F |
| Reflective Object Sensor | Fairchild Semiconductor | QRD1113 | phototransistor output |
| Servo Motor | SparkFun | S8213 | generic metal gear (micro size) |
| Transmissive Photointerrupter | Sharp | GP1A57HRJ00F | gap: 10 mm, slit: 1.8 mm |
References
- Whishaw, I. Q. An endpoint, descriptive, and kinematic comparison of skilled reaching in mice (mus musculus) with rats (rattus norvegicus). Behavior Brain Research. 78, 101-111 (1996).
- Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (mus musculus) after a focal motor cortex stroke. Stroke. 33, 1869-1875 (2002).
- Zeiler, S. R., Krakauer, J. W. The interaction between training and plasticity in the poststroke brain. Current Opinion in Neurology. 26, 609-616 (2013).
- Klein, A., Sacrey, L. A., Whishaw, I. Q., Dunnett, S. B. The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 36, 1030-1042 (2012).
- Zeiler, S. R., et al. Medial premotor cortex shows a reduction in inhibitory markers and mediates recovery in a mouse model of focal stroke. Stroke. 44, 483-489 (2013).
- Becker, A. M., Meyers, E., Sloan, A., Rennaker, R., Kilgard, M., Goldberg, M. P. An automated task for the training and assessment of distal forelimb function in a mouse model of ischemic stroke. Journal of Neuroscience Methods. 258, 16-23 (2016).
- Bruinsma, B., et al. An automated home-cage-based 5-choice serial reaction time task for rapid assessment of attention and impulsivity in rats. Psychopharmacology. , 1-12 (2019).
- Francis, N. A., Kanold, P. O. Automated operant conditioning in the mouse home cage. Frontiers in Neural Circuits. 11 (10), (2017).
- Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemporary Topics in Laboratory Animal Science. 43, 42-51 (2004).
- Fenrich, K. K., et al. Improved single pellet grasping using automated ad libitum full-time training robot. Behavior Brain Research. 281, 137-148 (2015).
- Ng, K. L., et al. Fluoxetine maintains a state of heightened responsiveness to motor training early after stroke in a mouse model. Stroke. 46 (10), 2951-2960 (2015).
- Whishaw, I. Q., Suchowersky, O., Davis, L., Sarna, J., Metz, G. A., Pellis, S. M. Impairment of pronation, supination, and body co-ordination in reach-to-grasp tasks in human parkinson’s disease (pd) reveals homology to deficits in animal models. Behavior Brain Research. 133, 165-176 (2002).
- Dobrossy, M. D., Dunnett, S. B. The influence of environment and experience on neural grafts. Nature Review Neuroscience. 2, 871-879 (2001).
- Alaverdashvili, M., Foroud, A., Lim, D. H., Whishaw, I. Q. "Learned baduse" limits recovery of skilled reaching for food after forelimb motor cortex stroke in rats: A new analysis of the effect of gestures on success. Behavior Brain Research. 188, 281-290 (2008).
