Utvärdera skicklig Prehension hos möss med hjälp av en auto-trainer

Summary

Metod för att bedöma effekten av utbildning på motoriska färdigheter är ett användbart verktyg. Tyvärr kan de flesta beteendemässiga bedömningar vara arbetsintensiva och/eller dyra. Vi beskriver här en robotliknande metod för att bedöma hos (Reach-to-fattningsförmåga) skicklighet i möss.

Abstract

Vi beskriver en metod för att introducera naiva möss till en ny hos (Reach-to-GRASP) uppgift. Möss är inhysta ensamma i burar med en frontal springan som tillåter musen för att nå ut ur sin bur och hämta mat pellets. Minimal livsmedels begränsning används för att uppmuntra möss att utföra mat hämtning från facket. När mössen börjar associera kommer till facket för mat, pellets dras manuellt bort för att stimulera förlängning och pronation av deras tass att greppa och hämta pelleten genom frontala facket. När mössen börjar nå för pellets när de anländer till facket, beteendemässiga analysen kan utföras genom att mäta den hastighet som de framgångsrikt förstå och hämta den önskade pelleten. De introduceras sedan till en auto-Trainer som automatiserar både processen för att ge mat pellets för musen att greppa, och inspelningen av framgångsrika och misslyckats att nå och gripa försök. Detta möjliggör insamling av nå data för flera möss med minimal ansträngning, som ska användas i experimentell analys vid behov.

Introduction

Metoder för att experimentellt testa en motorisk skicklighet pre-och post-neurologiska skador samt modulera timing, mängd, och typ av motorisk utbildning är viktiga för translationell forskning. Under det senaste decenniet, möss, på grund av åtföljande enkel genetisk manipulation, har blivit ett populärt modellsystem för att belysa mekanismerna för motoriska lärande före och efter skada. Beteendeanalyser hos möss har dock inte optimerats på samma sätt som sådana analyser har varit för andra däggdjur (särskilt råttor). Vidare finns det viktiga skillnader mellan beteendet hos en mus och en råtta som starkt tyder på att utbilda de två arterna på olika sätt^1,2.

Skickliga gripsvans rörelser använda en hand/Paw att placera mat i munnen, att manipulera ett objekt, eller att använda ett verktyg. Faktum är att nå att förstå olika objekt i det dagliga livet är en grundläggande funktion av övre extremiteterna och Reach-To-Eat lagen är en form av hos som många däggdjur använder. Många av de genetiska, fysiologiska och anatomiska förändringarna som underbygger gripsvans Skill Acquisition har definierats väl i fält³. Vid omräkning av prekliniska fynd till kliniska resultat behöver man ett relevant test som är effektivt och reproducerbart. Studier av gnagare och mänsklig nå visar att hos beteende är liknande hos människor och djur⁴. Därför antyder dessa likheter att hos testning kan fungera som en translationell modell för att undersöka Motorisk inlärning samt nedskrivningar och behandlingar av mänskliga sjukdomar. Därför, utvärdera hos hos möss kan erbjuda ett kraftfullt verktyg i translationell forskning studerar både hälsa och sjukdomstillstånd⁴.

Tyvärr, den hos uppgift i möss, även för en liten skala laboratoriemiljö, kan vara mödosam och tidskrävande. För att lindra detta problem beskriver vi här en automatiserad version av hos-uppgiften. Den beskrivna uppgiften kräver möss för att förlänga en enda tass genom musens hem bur frontal springan, pronerar den utökade Paw, greppa mat pellets belöning, och dra pelleten tillbaka till buren interiör för konsumtion. Resulterande data presenteras antingen som en hos framgång eller misslyckande. Den här automatiseringen registrerar data och minskar belastningen och tiden med vilken forskare måste engagera uppgiften.

Protocol

Alla metoder som beskrivs här har godkänts av de ACUC (djuromsorg och användning kommittén) vid Johns Hopkins University. 1. förbereda musens burar för användning Skapa en slitsad öppning med måtten 0,8 cm Bredd och 7 cm höjd från basen vid främre änden av varje bur, som illustreras i figur 1. Denna slot fungerar som den öppning genom vilken djuret kommer att nå.Obs: Auto-tränare var avsedd för användning med standardmus bur dimensi…

Representative Results

I allmänhet rekommenderas att varje träningspass består av cirka 20-30 prövningar, som kan ställas in av användaren, köras automatiskt av Auto-Trainer och sparas i en enda loggfil per session och mus. Varje rättegång kan köras i följd, direkt efter den andra, med 2-5 s paus. Möss utbildade på Auto-Trainer uppvisar en ökning av skicklighet över 10 träningspass. Till jämföra nytta om bil-tränad till manuell bild…

Discussion

Vår Auto-tränare utvärderar forelimb Reach-to-GRASP (Prehension) på ett automatiserat sätt. För att uppnå denna endpoint, många av de parametrar som utformats för musen hos uppgift, inklusive pellets placering, pellets storlek, och utbildningskriterier, har itererat under flera år och anpassas från tidigare protokoll^{2,5 ,6}. Avancemang här är automatisering av uppgiften med hjälp av en robot som tillåter hem-bur b…

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