Adquisición de una alta precisión Skilled Miembro Anterior Alcanzar Tarea en Ratas

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

Control de movimiento es una función básica del sistema nervioso central (SNC). Motricity es la principal salida mensurable de la función del SNC y la posibilidad principal para que las personas interactúan con el mundo externo. La comprensión de los principios de la función motora y los mecanismos que subyacen en el aprendizaje de una tarea motora es actualmente uno de los grandes retos de la neurociencia. No se encontraron cambios morfológicos, fisiológicos y moleculares en la adquisición de una nueva tarea motora. Por ejemplo, la forma y el número de sinapsis cambian en respuesta al entrenamiento motor experto ^1-5, y no se observaron cambios funcionales de la maquinaria sináptica después de aprendizaje motor. Las respuestas sinápticas fueron mayores en las conexiones de la región de la extremidad anterior-representación de de la corteza motora entrenado en comparación con el hemisferio no entrenado del mismo animal o a las respuestas procedentes de animales no entrenados ^6,7. Observaciones electrofisiológicas también sugieren que la potenciación a largo plazo (LTP) y largo-término depresión (LTD) como mecanismos tienen lugar durante el aprendizaje de una nueva habilidad motora, y que el rango de operación sináptica, que se define entre las fronteras limitantes de LTP y la saturación LTD, se modifica ^8. Además, se ha demostrado que los marcadores de actividad y plasticidad que promueven moléculas tales como c-fos, GAP-43, o BDNF, sino también de plasticidad moléculas inhibidoras tales como Nogo-A de visualización de funciones de regulación para el aprendizaje relacionadas con la plasticidad ^{neuronal-9-16.}

Estos avances hacia una mejor comprensión de los mecanismos subyacentes de aprendizaje motor sólo podrían lograrse con el uso de paradigmas de comportamiento que permiten un control preciso de la adquisición de una nueva habilidad motora, por ejemplo, llegar a la extremidad anterior cualificados. Sólo una tarea conductual bien estructurada permite monitorizar y capturar los cambios correlativos que se producen en el aprendizaje y la ejecución de la tarea en cuestión. Aquí se demuestra visualmente una versión modificada de la extremidad anterior expertouna sola pastilla llegar tarea en ratas adaptados de Buitrago et al. ¹⁷ El paradigma presentado permite el análisis de la adquisición de movimiento dentro de una sesión de entrenamiento al día (dentro del período de sesiones), que representa el componente de rápido aprendizaje y adquisición de primaria, así como el aprendizaje motor calificado en varias sesiones (entre sesiones) que representa el componente de aprendizaje lento y mantenimiento de la tarea aprendida ^18. Es importante destacar que este paradigma de comportamiento aumenta el grado de dificultad y complejidad de la tarea de habilidades motoras debido a dos características: en primer lugar, las ratas están capacitados para dar vuelta alrededor de su eje después de cada agarre y por lo tanto para realinear su cuerpo antes de la siguiente alcance de pellets y renovar la orientación del cuerpo, impidiendo la ejecución movimiento constante desde el mismo ángulo. En segundo lugar, los gránulos se recuperan de un poste vertical colocado delante de la jaula. Debido al pequeño diámetro del puesto, los pellets pueden ser fácilmente iniciaron requiere un conocimiento preciso para la recuperación y la p exitosareventing sencilla tirando de la pastilla hacia el animal.

Estas pruebas de comportamiento complejo permite una visión más profunda de los mecanismos subyacentes aprendizaje motor. En comparación con los ratones, las ratas son superiores en su desempeño de las tareas de comportamiento complejas y por lo tanto más adecuado para paradigmas complejos tal como se presenta en este estudio. Teniendo en cuenta las crecientes posibilidades genéticas disponibles para ratas ^19,20, la combinación de los métodos de prueba de comportamiento precisas y bien controlados con manipulaciones genéticas, imágenes y técnicas fisiológicas representa una potente caja de herramientas para comprender mejor las bases neurobiológicas de aprendizaje motor y la memoria.

Protocol

Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las directrices de la Oficina Veterinaria del Cantón de Zurich, Suiza. 1. Animal Manipulación y habituación Manejo Animal Nota: 5 días antes del comienzo del experimento, realizar el paso 1.1.1 diaria. Para los experimentos de comportamiento, acostumbrar a los animales para el experimentador. Han manejo diario de sesiones que duran 10-15 minutos por animal. Limpie la caja después de la sesió…

Representative Results

Adquisición de habilidades motoras éxito se logra sólo a través de la práctica constante. A pesar de una cuidadosa consideración de todos los aspectos, algunas ratas no aprenden la tarea (Figura 2). Estos "no educandos ya sea carecen de motivación que resulta en pocas o ausentes los intentos de recuperación de pellets desde el inicio del experimento o generalmente pierden interés en llegar a las pastillas que llevan a fallado continuamente intentos. Por el contrario, algunos animales muest…

Discussion

El paradigma se muestra en este estudio es una adaptación de Buitrago et al ¹⁸ y difiere de la pastilla única clásica alcanzar paradigma ¹⁷ principalmente en dos aspectos.:

En primer lugar, el estudio de mejora dentro de la sesión permite el análisis de la tarea aprendida dentro de un solo día, que puede proporcionar un nivel diferente de la información, tales como la investigación del componente de aprendizaje rápido en comparación con el componente …

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