इरास्मस सीढ़ी का उपयोग करके चूहों में ठीक और साहचर्य मोटर सीखने की निगरानी
Summary
यह लेख एक प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है जो इरास्मस सीढ़ी नामक एक उपकरण का उपयोग करके ठीक मोटर प्रदर्शन के गैर-इनवेसिव और स्वचालित मूल्यांकन के साथ-साथ चुनौतियों पर अनुकूली और सहयोगी मोटर सीखने की अनुमति देता है। प्रमुख से सूक्ष्म डिग्री तक की मोटर हानि का पता लगाने के लिए कार्य कठिनाई को शीर्षक दिया जा सकता है।
Abstract
व्यवहार क्रियाओं से आकार लेता है, और क्रियाओं के लिए मोटर कौशल जैसे शक्ति, समन्वय और सीखने की आवश्यकता होती है। जीवन को बनाए रखने के लिए आवश्यक व्यवहारों में से कोई भी एक स्थिति से दूसरे स्थान पर संक्रमण की क्षमता के बिना संभव नहीं होगा। दुर्भाग्य से, बीमारियों की एक विस्तृत श्रृंखला में मोटर कौशल से समझौता किया जा सकता है। इसलिए, सेलुलर, आणविक और सर्किट स्तरों पर मोटर कार्यों के तंत्र की जांच करने के साथ-साथ मोटर विकारों के लक्षणों, कारणों और प्रगति को समझना, प्रभावी उपचार विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण है। माउस मॉडल अक्सर इस उद्देश्य के लिए नियोजित होते हैं।
यह लेख एक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है जो इरास्मस सीढ़ी नामक एक स्वचालित उपकरण का उपयोग करके चूहों में मोटर प्रदर्शन और सीखने के विभिन्न पहलुओं की निगरानी की अनुमति देता है। परख में दो चरण शामिल हैं: एक प्रारंभिक चरण जहां चूहों को अनियमित पायदान (“ठीक मोटर सीखने”) से निर्मित एक क्षैतिज सीढ़ी को नेविगेट करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है, और दूसरा चरण जहां चलती जानवर के रास्ते में एक बाधा प्रस्तुत की जाती है। गड़बड़ी अप्रत्याशित हो सकती है (“चुनौतीपूर्ण मोटर सीखने”) या एक श्रवण स्वर (“साहचर्य मोटर सीखने”) से पहले। कार्य का संचालन करना आसान है और स्वचालित सॉफ़्टवेयर द्वारा पूरी तरह से समर्थित है।
यह रिपोर्ट दिखाती है कि परीक्षण से अलग-अलग रीडआउट, जब संवेदनशील सांख्यिकीय तरीकों से विश्लेषण किया जाता है, तो चूहों के एक छोटे समूह का उपयोग करके माउस मोटर कौशल की ठीक निगरानी की अनुमति मिलती है। हम प्रस्ताव करते हैं कि पर्यावरणीय संशोधनों द्वारा संचालित मोटर अनुकूलन के साथ-साथ समझौता मोटर कार्यों के साथ उत्परिवर्ती चूहों में प्रारंभिक चरण सूक्ष्म मोटर घाटे का मूल्यांकन करने के लिए विधि अत्यधिक संवेदनशील होगी।
Introduction
चूहों में मोटर फेनोटाइप का आकलन करने के लिए कई प्रकार के परीक्षण विकसित किए गए हैं। प्रत्येक परीक्षण मोटर व्यवहार1 के एक विशिष्ट पहलू पर जानकारी देता है। उदाहरण के लिए, ओपन फील्ड टेस्ट सामान्य हरकत और चिंता की स्थिति पर सूचित करता है; समन्वय और संतुलन पर रोटारोड और चलने वाली बीम परीक्षण; पदचिह्न विश्लेषण चाल के बारे में है; मजबूर या स्वैच्छिक शारीरिक व्यायाम पर ट्रेडमिल या चलने वाला पहिया; और जटिल पहिया मोटर कौशल सीखने के बारे में है। माउस मोटर फेनोटाइप का विश्लेषण करने के लिए, जांचकर्ताओं को इन परीक्षणों को क्रमिक रूप से करना चाहिए, जिसमें बहुत समय और प्रयास और अक्सर कई पशु समूह शामिल होते हैं। यदि सेलुलर या सर्किटरी स्तर पर जानकारी है, तो अन्वेषक सामान्य रूप से एक परीक्षण का विकल्प चुनता है जो संबंधित पहलू पर नज़र रखता है और वहां से अनुसरण करता है। हालांकि, स्वचालित तरीके से मोटर व्यवहार के विभिन्न पहलुओं को भेदभाव करने वाले प्रतिमानों की कमी है।
यह लेख इरास्मस सीढ़ी 2,3 का उपयोग करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है, एक प्रणाली जो चूहों में विभिन्न प्रकार की मोटर सीखने की सुविधाओं के व्यापक मूल्यांकन की अनुमति देती है। मुख्य लाभ विधि की प्रजनन क्षमता और संवेदनशीलता है, साथ ही मोटर कठिनाई को अनुमापन करने की क्षमता और बिगड़ा हुआ सहयोगी मोटर सीखने से मोटर प्रदर्शन में घाटे को अलग करने के लिए। मुख्य घटक वैकल्पिक उच्च (एच) और कम (एल) पायदान है कि सीढ़ी पर माउस की स्थिति का पता लगाने के साथ स्पर्श-संवेदनशील सेंसर से लैस के साथ एक क्षैतिज सीढ़ी के होते हैं. सीढ़ी 2 x 37 पायदान (एल, 6 मिमी; एच, 12 मिमी) एक दूसरे से अलग 15 मिमी की दूरी पर और 30 मिमी अंतराल(चित्रा 1ए)के साथ बाएं-दाएं वैकल्पिक पैटर्न में तैनात है। कठिनाई के विभिन्न स्तरों को उत्पन्न करने के लिए रंग्स को व्यक्तिगत रूप से स्थानांतरित किया जा सकता है, अर्थात, एक बाधा पैदा करना (उच्च पायदान को 18 मिमी तक बढ़ाना)। एक स्वचालित रिकॉर्डिंग प्रणाली के साथ युग्मित और संवेदी उत्तेजनाओं के साथ डंडा पैटर्न के संशोधनों को जोड़कर, इरास्मस सीढ़ी पर्यावरणीय चुनौतियों के जवाब में ठीक मोटर सीखने और मोटर प्रदर्शन के अनुकूलन के लिए परीक्षण करती है (एक बाधा का अनुकरण करने के लिए एक उच्च पायदान की उपस्थिति, एक बिना शर्त उत्तेजना [यूएस]) या संवेदी उत्तेजनाओं (एक स्वर, एक वातानुकूलित उत्तेजना [सीएस]) के साथ सहयोग। परीक्षण में दो अलग-अलग चरण शामिल हैं, प्रत्येक 4 दिनों में मोटर प्रदर्शन में सुधार का आकलन करता है, जिसके दौरान चूहों को प्रति दिन 42 लगातार परीक्षणों के सत्र से गुजरना पड़ता है। प्रारंभिक चरण में, चूहों को “ठीक” या “कुशल” मोटर सीखने का आकलन करने के लिए सीढ़ी को नेविगेट करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है। दूसरे चरण में इंटरलीव्ड परीक्षण होते हैं जहां एक उच्च पायदान के रूप में एक बाधा चलती जानवर के रास्ते में प्रस्तुत की जाती है। गड़बड़ी “चुनौतीपूर्ण” मोटर सीखने (यूएस-केवल परीक्षण) का आकलन करने के लिए अप्रत्याशित हो सकती है या “साहचर्य” मोटर सीखने (युग्मित परीक्षण) का आकलन करने के लिए एक श्रवण स्वर द्वारा घोषित की जा सकती है।
इरास्मस सीढ़ी को अपेक्षाकृत हाल ही में 2,3 विकसित किया गया है। इसका बड़े पैमाने पर उपयोग नहीं किया गया है क्योंकि प्रोटोकॉल को स्थापित करने और अनुकूलित करने के लिए केंद्रित प्रयास की आवश्यकता होती है और विशेष रूप से अन्य मोटर घाटे को प्रकट करने की अपनी क्षमता की विस्तार से खोज किए बिना अनुमस्तिष्क पर निर्भर साहचर्य सीखने का आकलन करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। आज तक, यह चूहों 3,4,5,6,7,8 में अनुमस्तिष्क रोग से जुड़े सूक्ष्म मोटर हानि का अनावरण करने की अपनी क्षमता के लिए मान्य किया गया है। उदाहरण के लिए, connexin36 (Cx36) नॉकआउट चूहों, जहां अंडाशय न्यूरॉन्स में अंतराल जंक्शन बिगड़ा हुआ है, इलेक्ट्रोटोनिक युग्मन की कमी के कारण फायरिंग घाटे को प्रदर्शित करता है लेकिन मोटर फेनोटाइप को इंगित करना मुश्किल था। इरास्मस सीढ़ी का उपयोग कर परीक्षण एक अनुमस्तिष्क मोटर सीखने के कार्य में अवर अंडाशय न्यूरॉन्स की भूमिका उत्तेजनाओं के सटीक लौकिक कोडिंग सांकेतिक शब्दों में बदलना और अप्रत्याशित घटनाओं 3,4 के लिए सीखने पर निर्भर प्रतिक्रियाओं की सुविधा के लिए है कि सुझाव दिया. फ्रैगाइल एक्स मैसेंजर राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन 1 (एफएमआर 1) नॉकआउट माउस, फ्रैजाइल एक्स-सिंड्रोम (एफएक्सएस) के लिए एक मॉडल, प्रक्रियात्मक स्मृति गठन में मामूली दोषों के साथ एक प्रसिद्ध संज्ञानात्मक हानि प्रदर्शित करता है। Fmr1 नॉकआउट ने चरण समय, प्रति परीक्षण गलत कदम, या इरास्मस सीढ़ी में सत्रों पर मोटर प्रदर्शन में सुधार में कोई महत्वपूर्ण अंतर नहीं दिखाया, लेकिन अपने जंगली प्रकार (WT) लिटरेमेट्स की तुलना में अचानक दिखाई देने वाली बाधा के लिए अपने चलने के पैटर्न को समायोजित करने में विफल रहे, विशिष्ट प्रक्रियात्मक और साहचर्य स्मृति घाटेकी पुष्टि 3,5. इसके अलावा, बिगड़ा Purkinje सेल उत्पादन, potentiation, और आणविक परत interneuron या ग्रेन्युल सेल outputs सहित अनुमस्तिष्क समारोह में दोष के साथ सेल विशिष्ट माउस उत्परिवर्ती लाइनों, कुशल कदम पैटर्न के परिवर्तित अधिग्रहण के साथ मोटर समन्वय में समस्याओं का प्रदर्शन और सीढ़ी6 पार करने के लिए उठाए गए कदमों की संख्या में. नवजात मस्तिष्क की चोट अनुमस्तिष्क सीखने की कमी और पुर्किनजे सेल डिसफंक्शन का कारण बनती है जिसे इरास्मस सीढ़ी 7,8 के साथ भी पता लगाया जा सकता है।
इस वीडियो में, हम एक व्यापक चरण-दर-चरण मार्गदर्शिका प्रस्तुत करते हैं, जो व्यवहार कक्ष के सेटअप, व्यवहार परीक्षण प्रोटोकॉल और बाद के डेटा विश्लेषण का विवरण देता है। यह रिपोर्ट सुलभ और उपयोगकर्ता के अनुकूल होने के लिए तैयार की गई है और विशेष रूप से नए लोगों की सहायता के लिए डिज़ाइन की गई है। यह प्रोटोकॉल मोटर प्रशिक्षण के विभिन्न चरणों और अपेक्षित मोटर पैटर्न में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है जो चूहों को अपनाते हैं। अंत में, लेख एक शक्तिशाली गैर-रैखिक प्रतिगमन दृष्टिकोण का उपयोग करके डेटा विश्लेषण के लिए एक व्यवस्थित वर्कफ़्लो का प्रस्ताव करता है, जो अन्य शोध संदर्भों में प्रोटोकॉल को अपनाने और लागू करने के लिए मूल्यवान सिफारिशों और सुझावों के साथ पूरा होता है।
Protocol
Representative Results
Discussion
इरास्मस सीढ़ी वर्तमान दृष्टिकोणों से परे मोटर फेनोटाइप मूल्यांकन के लिए प्रमुख लाभ प्रस्तुत करती है। परीक्षण का संचालन करना आसान है, स्वचालित, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य, और शोधकर्ताओं को एकल माउ…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम माउस प्रयोग के दौरान अच्छे अभ्यास के पर्यवेक्षण के लिए दृश्य-श्रव्य तकनीशियन और वीडियो निर्माता रेबेका डी लास हेरास पोंस के साथ-साथ प्रमुख पशु चिकित्सक गोंजालो मोरेनो डेल वैल को स्वीकार करते हैं। काम को जीवीए एक्सीलेंस प्रोग्राम (2022/8) और स्पेनिश रिसर्च एजेंसी (PID2022143237OB-I00) से इसाबेल पेरेज़-ओटानो को अनुदान द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
Materials
| C57BL/6J mice (Mus musculus) | Charles Rivers | ||
| Erasmus Ladder device | Noldus, Wageningen, Netherlands | ||
| Erasmus Ladder 2.0 software | Noldus, Wageningen, Netherlands | ||
| Excel software | Microsoft | ||
| Sigmaplot software | Systat Software, Inc. |
References
- Brooks, S. P., Dunnett, S. B. Tests to assess motor phenotype in mice: a user’s guide. Nat. Rev. Neurosci. 10 (7), 519-529 (2009).
- . Available from: https://www.noldus.com/erasmusladder (2023)
- Cupido, A., et al. . Detecting cerebellar phenotypes with the Erasmus ladder[dissertation]. , (2009).
- Van Der Giessen, R. S. Role of olivary electrical coupling in cerebellar motor learning. Neuron. 58 (4), 599-612 (2008).
- Vinueza Veloz, M. F. The effect of an mGluR5 inhibitor on procedural memory and avoidance discrimination impairments in Fmr1 KO mice. Genes Brain Behav. 11 (3), 325-331 (2012).
- Vinueza Veloz, M. F. Cerebellar control of gait and interlimb coordination. Brain Struct. Funct. 220 (6), 3513-3536 (2015).
- Sathyanesan, A., Kundu, S., Abbah, J., Gallo, V. Neonatal brain injury causes cerebellar learning deficits and Purkinje cell dysfunction. Nat. Commun. 9 (1), 3235 (2018).
- Sathyanesan, A., Gallo, V. Cerebellar contribution to locomotor behavior: A neurodevelopmental perspective. Neurobiol. Learn Mem. 165, 106861 (2019).
- McKenzie, I. A. Motor skill learning requires active central myelination. Science. 346 (6207), 318-322 (2014).
- Xiao, L. Rapid production of new oligodendrocytes is required in the earliest stages of motor-skill learning. Nat. Neurosci. 19 (9), 1210-1217 (2016).
