Aquisição de um de alta precisão Skilled Membro Anterior Alcançar Task em Ratos

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

Controle de movimento é uma função essencial do sistema nervoso central (SNC). Motricity é a principal saída mensurável da função do SNC ea principal possibilidade para que os indivíduos interagem com o mundo externo. Compreender os princípios da função motora e os mecanismos que estão na base da aprendizagem de uma tarefa motora é atualmente um dos grandes desafios da neurociência. As alterações morfológicas, fisiológicas e moleculares foram encontrados na aquisição de uma tarefa motora nova. Por exemplo, a forma eo número de sinapses mudar em resposta ao treinamento motor hábil ^1-5, e foram observadas alterações funcionais da maquinaria sináptica após aprendizagem motora. As respostas sinápticas foram maiores nas ligações da região-representando membro anterior do córtex motor treinados em comparação com o hemisfério não treinado do mesmo animal ou para respostas dos animais não treinados ^6,7. Observações electrofisiológicas também sugerem que a potenciação de longo prazo (LTP) e longodepressão -termo (LTD) como mecanismos de ter lugar durante o aprendizado de uma nova habilidade motora, e que a faixa de operação sináptica, que é definida entre as fronteiras limitantes de LTP e saturação LTD, é modificado ^8. Além disso, demonstrou-se que os marcadores de actividade e da plasticidade que promovem a moléculas tais como c-fos, GAP-43, ou BDNF, mas também moléculas que inibem a plasticidade, tais como papéis reguladores Nogo-A exibição de plasticidade neuronal relacionada com a aprendizagem ^9-16.

Estes avanços no sentido de uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes à aprendizagem motora só poderia ser alcançado com o uso de paradigmas comportamentais que permitem o controle preciso da aquisição de uma nova habilidade motora, por exemplo, hábil membro anterior de longo alcance. Apenas uma tarefa comportamental bem estruturado permite monitorar e capturar as alterações correlativas que ocorrem ao tomar conhecimento e execução da respectiva tarefa. Aqui nós demonstrar visualmente uma versão modificada do membro anterior qualificadossingle-pellet atingindo tarefa em ratos adaptados de Buitrago et al. ¹⁷ O paradigma apresentado permite a análise da aquisição movimento dentro de uma sessão diária de treinamento (dentro de sessões), representando o componente de aprendizagem rápida e aquisição primária, bem como a aprendizagem motora hábil ao longo de várias sessões (entre as sessões) que representa a componente de aprendizagem lenta e manutenção da tarefa aprendida ^18. É importante ressaltar que este paradigma comportamental aumenta o grau de dificuldade e complexidade da tarefa de habilidade motora devido a duas características: primeiro, os ratos são treinados para virar seu eixo após cada alcance e, portanto, para realinhar seu corpo antes da próxima alcance pellet e renovar a orientação do corpo, impedindo execução do movimento constante a partir do mesmo ângulo. Em segundo lugar, os sedimentos são recuperados a partir de um poste vertical colocado em frente da gaiola. Devido ao pequeno diâmetro do post, pelotas pode facilmente ser expulso exigindo um aperto preciso para a recuperação bem sucedida e pREVENÇÃO simples puxar da pelota para o animal.

Tal teste comportamental complexo permite uma percepção mais profunda sobre os mecanismos subjacentes à aprendizagem motora. Comparado com os ratinhos, os ratos são superiores no desempenho de tarefas comportamentais complexas e portanto mais adequado para paradigmas complexos, tal como apresentado no presente estudo. Considerando as crescentes possibilidades genéticas disponível para ratos ^19,20, a combinação de métodos de ensaio comportamental precisos e bem controlados com manipulações genéticas, imagiologia e técnicas fisiológicas representa uma caixa de ferramentas poderosas para compreender melhor a base neurobiológica da aprendizagem motora e memória.

Protocol

Todos os experimentos foram realizados de acordo com as orientações do Serviço Veterinário do cantão Zurique, Suíça. 1. Handling Animal e Habituação Manejo dos animais Nota: 5 dias antes do início da experiência, efectuar o passo 1.1.1 diária. Para experimentos comportamentais, acostumar os animais para o experimentador. Já diária manipulação sessões com duração de 10-15 minutos por animal. Limpe a caixa após a sessão de cada a…

Representative Results

Aquisição de habilidades motoras sucesso só é alcançado através da prática consistente. Apesar cuidadosa consideração de todos os aspectos, alguns ratos não saiba a tarefa (Figura 2). Estes "não-aprendentes ou falta de motivação, resultando em poucas ou inexistentes as tentativas de recuperação de pellet a partir do início da experiência ou geralmente perdem o interesse em alcançar para as pelotas que levam à continuamente tentativas fracassadas. Por outro lado, alguns animais ap…

Discussion

O paradigma mostrado neste estudo é adaptado de Buitrago et al ¹⁸ e difere do sedimento clássica único atingindo paradigma ¹⁷ principalmente em dois aspectos.:

Em primeiro lugar, estudar melhoria dentro de sessões permite a análise da tarefa aprendida dentro de um único dia, o que pode fornecer um nível diferente de informação, tais como investigação da componente de aprendizagem rápido em comparação com a componente de aprendizagem lento represen…

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