Acquisizione di un alta precisione specializzata arti anteriori Raggiungere Task in 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
Controllo del movimento è una funzione fondamentale del sistema nervoso centrale (CNS). Motricità è il principale uscita misurabile della funzione CNS e la principale possibilità per gli individui di interagire con il mondo esterno. Comprendere i principi di funzionamento del motore e dei meccanismi che sono alla base l'apprendimento di un compito motorio è attualmente una delle grandi sfide nel campo delle neuroscienze. Cambiamenti morfologici, fisiologici e molecolari sono stati trovati al momento dell'acquisto di un nuovo compito motorio. Ad esempio, la forma e il numero di sinapsi cambiano in risposta alla formazione qualificata motore 1-5, e cambiamenti funzionali della macchina sinaptica sono stati osservati dopo apprendimento motorio. Risposte sinaptiche erano più elevati nei collegamenti della regione forelimb rappresenta della corteccia motoria addestrato rispetto all'emisfero inesperto dello stesso animale o risposte da animali non allenati 6,7. Osservazioni elettrofisiologiche suggeriscono anche che il potenziamento a lungo termine (LTP) e lungadepressione-termine (LTD) come meccanismi si svolgono durante l'apprendimento di una nuova abilità motoria, e che il raggio d'azione sinaptica, che è definito tra i confini limitanti di LTP e LTD saturazione, viene modificato 8. Inoltre, è stato dimostrato che i marker di attività e plasticità che promuovono molecole come c-fos, GAP-43, o BDNF ma anche plasticità molecole inibitrici, come Nogo-A di visualizzazione ruoli normativi per l'apprendimento correlati neuronali plasticità 9-16.
Questi progressi verso una migliore comprensione dei meccanismi alla base dell'apprendimento motorio potrebbe essere raggiunto solo con l'uso di paradigmi comportamentali che permettono un controllo preciso della acquisizione di una nuova capacità motorie, ad esempio, abile zampa anteriore portata. Solo un compito comportamentale ben strutturata permette di monitorare e catturare i cambiamenti che si verificano correlative su apprendimento e l'esecuzione dei rispettivi compiti. Qui mostriamo visivamente una versione modificata del forelimb qualificatisingolo-pellet compito di raggiungere nei ratti adattati da Buitrago et al. 17 Il paradigma presentato consente l'analisi dell'acquisizione movimento all'interno di una sessione di allenamento al giorno (entro sessione) che rappresenta la componente di apprendimento veloce e acquisizione primaria così come l'apprendimento motorio qualificato in diverse sessioni (tra-session) che rappresenta la componente di apprendimento lenta e manutenzione del compito imparato 18. È importante sottolineare che questo paradigma comportamentale aumenta il grado di difficoltà e la complessità del compito abilità motoria a causa di due caratteristiche: in primo luogo, i ratti sono addestrati a girare intorno al proprio asse dopo ogni comprensione e quindi di riallineare il proprio corpo prima del prossimo pellet portata e rinnovare l'orientamento del corpo, impedendo l'esecuzione costante movimento dalla stessa angolazione. In secondo luogo, pellets vengono recuperati da un palo verticale posto davanti alla gabbia. A causa del piccolo diametro del palo, pellet possono essere facilmente dato il via richiede una comprensione precisa per il recupero di successo e preventing semplice trazione del pellet verso l'animale.
Tale test comportamentali complesso permette una maggiore comprensione dei meccanismi alla base dell'apprendimento motorio. Rispetto ai topi, ratti sono superiori nella loro esecuzione dei compiti comportamentali complessi e quindi più adatto per paradigmi complessi come presentato in questo studio. Considerando le crescenti possibilità genetici disponibili per i ratti 19,20, la combinazione di metodi di analisi comportamentale precisi e ben controllati con manipolazioni genetiche, l'imaging e tecniche fisiologiche rappresenta una potente cassetta degli attrezzi per capire meglio le basi neurobiologiche di apprendimento motorio e della memoria.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il paradigma mostrato in questo studio è adattato da Buitrago et al 18 e differisce dal classico singolo pellet raggiungendo paradigma 17 principalmente in due aspetti.:
In primo luogo, lo studio miglioramento entro sessione permette l'analisi del compito imparato in un solo giorno, che può fornire un diverso livello di informazioni, come ricerca del componente di apprendimento veloce rispetto al componente di apprendimento lenta rappresentati dai valori …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato finanziato da sovvenzioni del Fondo nazionale svizzero (Grant 31003A-149315-1 per MES e di Grant IZK0Z3-150809 di AZ), per AZ il Demetriades Fondazione Heidi, al MES il Consiglio europeo della ricerca ('Nogorise') e la Christopher e Dana Reeve Foundation (CDRF).
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 | ||
Riferimenti
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