자동 트레이너를 사용하여 마우스에서 숙련된 사전 평가
Summary
훈련이 운동 능력에 미치는 영향을 평가하는 방법은 유용한 도구입니다. 불행히도, 대부분의 행동 평가는 노동 집약적이거나 비용이 많이 들 수 있습니다. 우리는 여기에서 마우스에 있는 prehension (도달-투-파악) 기술을 평가하는 로봇적인 방법을 기술합니다.
Abstract
우리는 새로운 prehension (도달 – 투 – 파악) 작업에 순진한 마우스를 소개하는 방법을 설명합니다. 마우스는 마우스가 케이지에서 손을 뻗어 음식 알약을 회수 할 수 있도록 정면 슬롯이있는 케이지에 개별적으로 보관됩니다. 최소한의 음식 제한은 슬롯에서 음식 검색을 수행 하는 쥐를 격려 하기 위해 사용 됩니다. 마우스가 음식을 위한 슬롯에 오는 연결하기 시작할 때, 펠릿은 정면 슬롯을 통해서 펠릿을 붙잡고 회수하기 위하여 그들의 발의 연장 그리고 nationnation를 자극하기 위하여 수동으로 당겨됩니다. 마우스가 슬롯에 도착할 때 펠릿에 도달하기 시작하면, 행동 분석은 원하는 펠릿을 성공적으로 파악하고 검색하는 속도를 측정하여 수행 될 수 있습니다. 그런 다음 마우스가 파악할 수 있는 식품 펠릿을 제공하는 프로세스와 성공 및 실패한 도달 및 파악 시도의 기록을 자동화하는 자동 트레이너를 소개합니다. 이를 통해 최소한의 노력으로 여러 마우스에 대한 도달 데이터를 수집하여 실험 분석에 적절히 사용할 수 있습니다.
Introduction
운동 기술을 실험적으로 테스트하는 방법은 전후 신경 상해뿐만 아니라 타이밍, 양 및 모터 훈련 유형을 조절하는 것이 번역 연구에 중요합니다. 지난 10 년 동안, 마우스, 때문에 유전 조작의 수행 용이성, 모터 학습 의 메커니즘을 해명하는 인기있는 모델 시스템이되었다 전후 부상. 그러나, 마우스에서행동성 분석에 는 다른 포유류(특히 쥐)에 대해 같은 방식으로 최적화되지 않았다. 또한, 마우스와 쥐의 거동사이에는 서로 다른 방식으로 두 종을 훈련시키는 것을 강력하게 제안하는쥐의거동이1,2.
숙련된 약탈운동은 손/발을 사용하여 입에 음식을 놓거나, 물체를 조작하거나, 도구를 사용합니다. 실제로, 일상 생활에서 다양한 물체를 파악하는 것은 상지의 기본 기능이며, 먹는 도달 행위는 많은 포유류가 사용하는 전조의 한 형태입니다. 유전적, 생리적, 해부학적 변화의 대부분은3. 전임상 결과를 임상 결과로 변환할 때 효율적이고 재현 가능한 관련 테스트가 필요합니다. 설치류와 인간 도달에 대한 연구는 전경련 행동이 인간과 동물에서 유사하다는 것을 보여줍니다4. 따라서, 이러한 유사성은 전전도 테스트가 인간 질병의 장애 및 치료뿐만 아니라 모터 학습을 조사하기위한 번역 모델로 사용될 수 있음을 시사한다. 따라서, 마우스에서 prehension을 평가하는 것은 건강과 질병 상태 둘 다 공부하는 번역 연구에서 강력한 공구를 제안할 수 있습니다4.
불행히도, 마우스의 사전 작업, 심지어 작은 규모의 실험실 설정에 대 한, 힘들고 시간이 많이 걸릴 수 있습니다. 이 문제를 완화하기 위해 여기서는 사전 설명 작업의 자동화된 버전을 설명합니다. 설명된 작업은 마우스가 마우스의 홈 케이지 정면 슬롯을 통해 단일 발을 확장하고, 확장 된 발을 pronate, 음식 펠릿 보상을 잡고, 소비를 위해 케이지 내부로 다시 당겨야합니다. 결과 데이터는 사전 성공 또는 실패로 표시됩니다. 이 자동화는 데이터를 성공적으로 기록하고 연구원이 작업에 참여해야 하는 부담과 시간을 줄입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
오토 트레이너는 자동 적인 방식으로 앞다리 도달 도달 (prehension)을 평가합니다. 이 종점을 달성하기 위해 펠릿 배치, 펠릿 크기 및 교육 기준을 포함하여 마우스 전천막 작업을 위해 설계된 많은 매개 변수가 수년 동안 반복되어 이전 프로토콜2,5에서 채택되었습니다. ,6. 여기서 발전은 홈 케이지 하우징을 허용하는 로봇을 사…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
자동 훈련 장치는 로버트 허바드, 리처드 오브라이언, 스티븐 자일러가 제공하는 설계 입력 지원 및 지침과 함께 단계 분석, LLC의 제이슨 던트혼, 우리 태쉬, 댄 태쉬에 의해 구성되었다.
알 수 없는 샴팔리마우드 센터의 테레사 두아르테(Teresa Duarte)는 마우스 도달 행동을 설명하고 분류하는 데 대한 귀중한 통찰력과 아이디어를 제공했습니다.
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).
