एक ऑटो-ट्रेनर का उपयोग कर चूहे में कुशल prehension का मूल्यांकन
Summary
मोटर कौशल पर प्रशिक्षण के प्रभाव का आकलन करने के लिए विधि एक उपयोगी उपकरण है. दुर्भाग्य से, सबसे व्यवहार मूल्यांकन श्रम गहन और / हम यहाँ चूहों में prehension (रीच-टू-स्grasp) कौशल का आकलन करने की एक रोबोट विधि का वर्णन.
Abstract
हम एक उपन्यास prehension (पहुँच-टू-grasp) कार्य करने के लिए भोले चूहों परिचय करने के लिए एक विधि का वर्णन. चूहे एक ललाट स्लॉट है कि माउस अपने पिंजरे से बाहर तक पहुँचने और खाद्य छर्रों को पुनः प्राप्त करने के लिए अनुमति देता है के साथ पिंजरों में एकही रखे हैं. न्यूनतम खाद्य प्रतिबंध स्लॉट से खाद्य पुनर्प्राप्ति प्रदर्शन करने के लिए चूहों को प्रोत्साहित करने के लिए कार्यरत है. चूहों के भोजन के लिए स्लॉट के लिए आने वाले सहयोगी शुरू के रूप में, छर्रों मैन्युअल रूप से दूर खींच रहे हैं विस्तार और उनके पंजा के प्रोनेशन को प्रोत्साहित करने के लिए समझ और ललाट स्लॉट के माध्यम से गोली पुनः प्राप्त. जब चूहों छर्रों के लिए तक पहुँचने के रूप में वे स्लॉट पर आने के लिए शुरू, व्यवहार परख दर जिस पर वे सफलतापूर्वक समझ और वांछित गोली पुनः प्राप्त को मापने के द्वारा किया जा सकता है. वे तो एक ऑटो-ट्रेनर है कि माउस को समझने के लिए भोजन छर्रों प्रदान करने की प्रक्रिया दोनों को स्वचालित करने के लिए पेश कर रहे हैं, और सफल और सफल और तक पहुँचने और लोभी प्रयासों की रिकॉर्डिंग में विफल. यह न्यूनतम प्रयास के साथ कई चूहों के लिए डेटा तक पहुँचने के संग्रह के लिए अनुमति देता है, के रूप में उपयुक्त प्रयोगात्मक विश्लेषण में इस्तेमाल किया जा करने के लिए.
Introduction
प्रायोगिक रूप से एक मोटर कौशल पूर्व और बाद में तंत्रिका संबंधी चोट का परीक्षण करने के तरीके के साथ-साथ समय, राशि, और मोटर प्रशिक्षण के प्रकार को व्यवस्थित करने के लिए अनुवाद अनुसंधान के लिए महत्वपूर्ण हैं। पिछले दशक में, चूहों, आनुवंशिक हेरफेर के परिचर आसानी की वजह से, एक लोकप्रिय मॉडल प्रणाली है जिसमें मोटर सीखने के पूर्व और बाद में चोट के तंत्र को स्पष्ट करने के लिए बन गए हैं. हालांकि, चूहों में व्यवहार assays उसी तरह है कि इस तरह के assays अन्य स्तनधारियों (विशेष रूप से चूहों) के लिए किया गया है में अनुकूलित नहीं किया गया है. इसके अतिरिक्त, माउस के व्यवहार और चूहे के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं जो दोनों प्रजातियों को विभिन्न प्रकार के विभिन्न प्रकारों में प्रशिक्षण देने का पुरजोर सुझाव देते हैं1,2.
कुशल prehensile आंदोलनों मुंह में भोजन जगह करने के लिए एक हाथ / वास्तव में, दैनिक जीवन में विभिन्न वस्तुओं को समझने के लिए पहुँच ऊपरी अंगों का एक मौलिक कार्य है और पहुंच से खाने अधिनियम prehension का एक रूप है कि कई स्तनधारियों का उपयोग करें. आनुवंशिक, शारीरिक, और एकामाण्विक परिवर्तनों में से कई को पहलेसे ही कौशल प्राप्ति के अंतर्गत आमूल-शिकव में परिवर्तन किया गया है। नैदानिक परिणामों के लिए पूर्व नैदानिक निष्कर्षों का अनुवाद करने में, एक एक प्रासंगिक परीक्षण है कि कुशल और reproduible है की जरूरत है. कृंतक और मानव पहुँच के अध्ययनों से पता चलता है कि पूर्वानुमति व्यवहार मनुष्यों और पशुओं में समानहै 4. तदनुसार, इन समानताएं सुझाव है कि prehension परीक्षण मोटर सीखने के रूप में के रूप में अच्छी तरह से हानि और मानव रोग के उपचार की जांच के लिए एक अनुवाद मॉडल के रूप में सेवा कर सकते हैं. इसलिए, चूहों में prehension मूल्यांकन अनुवाद अनुसंधान में एक शक्तिशाली उपकरण की पेशकश कर सकते हैं दोनों स्वास्थ्य और रोग राज्यों का अध्ययन4.
दुर्भाग्य से, चूहों में prehension कार्य, यहां तक कि एक छोटे पैमाने पर प्रयोगशाला की स्थापना के लिए, कठिन और समय लगता है हो सकता है. इस समस्या को कम करने के लिए, हम यहाँ prehension कार्य का एक स्वचालित संस्करण का वर्णन. वर्णित कार्य चूहों माउस के घर पिंजरे ललाट स्लॉट के माध्यम से एक पंजा का विस्तार करने की आवश्यकता है, विस्तारित पंजा pronate, भोजन गोली इनाम समझ, और खपत के लिए पिंजरे इंटीरियर को वापस गोली खींच. परिणामस्वरूप डेटा या तो एक prehension सफलता या विफलता के रूप में प्रस्तुत किया है. यह स्वचालन डेटा को सफलतापूर्वक रिकॉर्ड करता है और उस बोझ और समय को कम करता है जिसके साथ शोधकर्ताओं को कार्य संलग्न करना चाहिए.
Protocol
Representative Results
Discussion
हमारे ऑटो-ट्रेनर एक स्वचालित तरीके से फोरेलिम्ब पहुंच-टू-स्ग्रास (प्रीहेनशन) का मूल्यांकन करते हैं। इस समापन बिंदु को प्राप्त करने के लिए, गोली नियुक्ति, गोली आकार, और प्रशिक्षण मापदंड सहित माउस prehension का…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ऑटो प्रशिक्षण डिवाइस जेसन Dunthorn, उड़ी Tasch, और दान Tasch द्वारा कदम विश्लेषण, LLC में, डिजाइन इनपुट समर्थन और रॉबर्ट Hubbard, रिचर्ड O’Brien, और स्टीवन ज़ीलर द्वारा प्रदान की निर्देशों के साथ निर्माण किया गया था.
अज्ञात के लिए Champalimaud केंद्र की टेरेसा Duarte का वर्णन और माउस तक पहुँचने कार्यों categorizing के बारे में मूल्यवान अंतर्दृष्टि और विचारों प्रदान की.
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 |
References
- 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).
