تقييم السبق الماهر في الفئران باستخدام مدرب تلقائي
Summary
طريقة تقييم تأثير التدريب على المهارات الحركية هي أداة مفيدة. لسوء الحظ، يمكن أن تكون معظم التقييمات السلوكية كثيفة العمالة و/أو مكلفة. نحن نصف هنا طريقة الروبوتية لتقييم السبق (الوصول إلى فهم) مهارة في الفئران.
Abstract
نحن نصف طريقة لإدخال الفئران السذاجة إلى مهمة جديدة (الوصول إلى فهم). يتم إيواء الفئران بشكل رائع في أقفاص مع فتحة أمامية تسمح للفأر للوصول إلى خارج قفصه واسترداد الكريات الغذائية. يتم استخدام الحد الأدنى من القيود الغذائية لتشجيع الفئران على إجراء استرداد المواد الغذائية من الفتحة. كما تبدأ الفئران لربط القادمة إلى فتحة للغذاء، يتم سحب الكريات يدويا بعيدا لتحفيز التمديد وpronation من مخلب لفهم واسترداد بيليه من خلال فتحة أمامية. عندما تبدأ الفئران في الوصول إلى الكريات عند وصولها إلى الفتحة، يمكن إجراء الفحص السلوكي عن طريق قياس المعدل الذي يمكن أن نفهم بنجاح واسترداد بيليه المطلوب. ثم يتم تعريفهم على المدرب التلقائي الذي أتمتة كل من عملية توفير الكريات الغذائية للماوس لفهم، وتسجيل ناجحة وفشلت في الوصول واستيعاب المحاولات. وهذا يسمح بجمع البيانات التي تصل إلى فئران متعددة بأقل جهد ممكن، لاستخدامها في التحليل التجريبي حسب الاقتضاء.
Introduction
طرق لاختبار المهارات الحركية قبل وبعد الإصابة العصبية، فضلا عن تعديل توقيت، والمبلغ، ونوع التدريب الحركي مهمة للبحوث الترجمة. على مدى العقد الماضي، أصبحت الفئران، بسبب سهولة ما يصاحب ذلك من التلاعب الوراثي، نظام نموذج شعبية التي لتوضيح آليات التعلم الحركي قبل وبعد الإصابة. ومع ذلك، لم يتم تحسين الاختبارات السلوكية في الفئران بنفس الطريقة التي كانت مثل هذه الاختبارات للثدييات الأخرى (وخاصة الفئران). وعلاوة على ذلك، هناك اختلافات هامة بين سلوك الماوس والفئران التي تشير بقوة تدريب النوعين في آداب مختلفة1،2.
تستخدم الحركات الماهرة المناوئة لليد/الكفوف لوضع الطعام في الفم، أو للتلاعب بجسم ما، أو لاستخدام أداة. في الواقع، الوصول إلى فهم كائنات مختلفة في الحياة اليومية هو وظيفة أساسية من الأطراف العليا وقانون الوصول إلى تناول الطعام هو شكل من أشكال النفي التي تستخدم العديد من الثدييات. وقد تم تحديد العديد من التغيرات الوراثية والفسيولوجية والتشريحية التي تقوم عليها اكتساب المهارات المسبقة بشكل جيد في المجال3. في ترجمة النتائج ما قبل السريرية إلى النتائج السريرية، يحتاج المرء إلى اختبار ذي صلة يتسم بالكفاءة والقابلة للاستنساخ. دراسات القوارض والإنسان الوصول تثبت أن سلوك النفي مماثلة في البشر والحيوانات4. وبناء على ذلك، تشير أوجه التشابه هذه إلى أن اختبار السبق يمكن أن يكون بمثابة نموذج ترجمة للتحقيق في التعلم الحركي فضلا عن العاهات وعلاجات الأمراض البشرية. لذلك، تقييم النفي في الفئران يمكن أن تقدم أداة قوية في البحوث الترجمة دراسة كل من الصحة والمرض الدول4.
لسوء الحظ، يمكن أن تكون مهمة التبذير في الفئران، حتى بالنسبة لإعداد مختبر على نطاق صغير، شاقة وتستغرق وقتا طويلا. وللتخفيف من حدة هذه المشكلة، نصف هنا نسخة آلية من مهمة التبذير. تتطلب المهمة الموصوفة الفئران لتوسيع مخلب واحد من خلال فتحة أمامية قفص المنزل الماوس، pronate مخلب الموسعة، واستيعاب مكافأة بيليه الغذاء، وسحب بيليه مرة أخرى إلى القفص الداخلي للاستهلاك. يتم تقديم البيانات الناتجة إما كنجاح أو فشل. هذه الأتمتة بنجاح يسجل البيانات ويقلل من العبء والوقت الذي يجب على الباحثين إشراك المهمة.
Protocol
Representative Results
Discussion
لدينا المدرب التلقائي يقيم الصدارة الوصول إلى فهم (prehension) بطريقة آلية. ولتحقيق نقطة النهاية هذه، تم تكرار العديد من المعلمات المصممة لمهمة التبشّر للفأر، بما في ذلك وضع بيليه، وحجم بيليه، ومعايير التدريب، على مدى عدة سنوات ومقتبسة من البروتوكولات السابقة2و5</su…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم بناء جهاز التدريب التلقائي من قبل جيسون دنثورن، أوري تاش، ودان تاش في Step Analysis، LLC، مع دعم مدخلات التصميم والتعليمات المقدمة من روبرت هوبارد، ريتشارد أوبراين، وستيفن زيلر.
قدمت تيريزا دوارتي من مركز شامبالينود للمجهول رؤية وأفكاراً قيمة حول وصف وتصنيف أعمال الوصول إلى الماوس.
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 |
Riferimenti
- Whishaw, I. Q. An endpoint, descriptive, and kinematic comparison of skilled reaching in mice (mus musculus) with rats (rattus norvegicus). Behavior Brain Research. 78, 101-111 (1996).
- Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (mus musculus) after a focal motor cortex stroke. Stroke. 33, 1869-1875 (2002).
- Zeiler, S. R., Krakauer, J. W. The interaction between training and plasticity in the poststroke brain. Current Opinion in Neurology. 26, 609-616 (2013).
- Klein, A., Sacrey, L. A., Whishaw, I. Q., Dunnett, S. B. The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 36, 1030-1042 (2012).
- Zeiler, S. R., et al. Medial premotor cortex shows a reduction in inhibitory markers and mediates recovery in a mouse model of focal stroke. Stroke. 44, 483-489 (2013).
- Becker, A. M., Meyers, E., Sloan, A., Rennaker, R., Kilgard, M., Goldberg, M. P. An automated task for the training and assessment of distal forelimb function in a mouse model of ischemic stroke. Journal of Neuroscience Methods. 258, 16-23 (2016).
- Bruinsma, B., et al. An automated home-cage-based 5-choice serial reaction time task for rapid assessment of attention and impulsivity in rats. Psychopharmacology. , 1-12 (2019).
- Francis, N. A., Kanold, P. O. Automated operant conditioning in the mouse home cage. Frontiers in Neural Circuits. 11 (10), (2017).
- Balcombe, J. P., Barnard, N. D., Sandusky, C. Laboratory routines cause animal stress. Contemporary Topics in Laboratory Animal Science. 43, 42-51 (2004).
- Fenrich, K. K., et al. Improved single pellet grasping using automated ad libitum full-time training robot. Behavior Brain Research. 281, 137-148 (2015).
- Ng, K. L., et al. Fluoxetine maintains a state of heightened responsiveness to motor training early after stroke in a mouse model. Stroke. 46 (10), 2951-2960 (2015).
- Whishaw, I. Q., Suchowersky, O., Davis, L., Sarna, J., Metz, G. A., Pellis, S. M. Impairment of pronation, supination, and body co-ordination in reach-to-grasp tasks in human parkinson’s disease (pd) reveals homology to deficits in animal models. Behavior Brain Research. 133, 165-176 (2002).
- Dobrossy, M. D., Dunnett, S. B. The influence of environment and experience on neural grafts. Nature Review Neuroscience. 2, 871-879 (2001).
- Alaverdashvili, M., Foroud, A., Lim, D. H., Whishaw, I. Q. "Learned baduse" limits recovery of skilled reaching for food after forelimb motor cortex stroke in rats: A new analysis of the effect of gestures on success. Behavior Brain Research. 188, 281-290 (2008).
