ラットでのタスクに到達高精度熟練前肢の取得
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
移動制御は、中枢神経系（CNS）の主要機能です。 MotricityはCNS機能の主な測定可能な出力や個人が外部世界と対話するための主要な可能性です。運動機能の原理および運動課題の学習は現在、神経科学における大きな課題の一つである根底にあるメカニズムを理解します。 、形態学的生理学的および分子の変化は、新たな運動課題の取得時発見されました。例えば、形状やシナプスの数は、熟練した運動トレーニング1-5に応じて変化し、シナプスの機械の機能的変化は、運動学習の後に観察されました。シナプス応答は、同じ動物の訓練を受けていない半球に、または訓練を受けていない動物からの応答6,7と比較して、訓練を受けた運動野の前肢を表現領域の接続に高かったです。電気生理学的観察はまた、長期増強（LTP）と長期を提案しますメカニズムなど-term抑圧（LTD）は、新しい運動技能の学習中に行われ、LTPとLTD飽和の制限国境の間に形成されるシナプス動作の範囲は、8修正されていること。さらに、その活動マーカーおよび可塑性は、C-FOS、GAP-43、またはBDNFなどの分子を促進するだけでなく、可塑性は、学習に関連する神経可塑性9-16のためのNogo-ディスプレイ調節的役割のような分子を阻害することが示されています。
運動学習のメカニズムのより良い理解に向けたこれらの進歩は、新しい運動技能、 例えば、熟練した前肢は、到達の取得の正確な制御を可能にする行動パラダイムを使用して達成することができます。唯一の適切な構造の行動タスクは、学習と各タスクの実行時に発生する相関の変化を監視し、キャプチャすることができます。ここでは、視覚的に熟練した前肢の修正版を実証しますBuitrago ら 17提示パラダイムから適合ラットにおける単一のペレット到達タスクでは、いくつかのセッションを超える高速な学習コンポーネントおよび一次取得を表す（セッション内）毎日のトレーニングセッション内での移動獲得の分析だけでなく、熟練した運動学習を可能にします（セッション間の）学習したタスク18の遅い学習コンポーネントとメンテナンスを表します。まず、ラットをそれぞれ把握した後、それらの軸を中心に回転するので、次のペレット到達する前に自分の体を再編成し、更新するために訓練されている。重要なことに、この行動パラダイムが原因には2つの機能は運動技能タスクの難しさと複雑さの度合いを増加させます体の向き、同じ角度からの一定の動きの実行を防止することができます。次に、ペレットをケージの前面に配置された垂直ポストから取り出されます。によるポストの小径に、ペレットが容易に成功した検索およびpの正確な把握を必要とキックオフすることができますreventing単純な動物に向けてペレットを引っ張ります。
このような複雑な行動試験は、運動学習のメカニズムをより深く洞察することができます。マウスと比較して、ラットは、複雑な行動タスクのその性能に優れ、本研究で提示されるような複雑なパラダイムのためにこのように適しています。ラット19,20のために利用可能な増加の遺伝的可能性を考慮すると、遺伝子操作、イメージングおよび生理学的な技術と正確かつ十分に制御行動試験方法の組み合わせは、より良い運動学習および記憶の神経生物学的基礎を理解するための強力なツールボックスを表します。
Protocol
Representative Results
Discussion
。本研究で示したパラダイムは、Buitrago ら 18から適応、主に二つの側面でのパラダイム17に到達し 、古典的な単一のペレットとは異なるされています。
まず、セッション内の改善を検討することは、毎日の平均値で表さ遅い学習コンポーネントに比べて高速な学習コンポーネントの調査などの情報を異なるレベルを提供することができ、?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、スイス国立科学財団（助成31003A-149315から1 MESおよびAZにグラントIZK0Z3-150809に）、AZハイジデメトリアデス財団に 、欧州研究会議（ 'Nogorise'）をMESするとの補助金によって賄われていましたクリストファーとダナ·リーブ財団（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 | ||
References
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