تقييم البراعة مع الوصول إلى المهام
يتم استخدام مهام الوصول في علم الأعصاب السلوكي للتحقيق في التعلم الحركي وبراعة الأطراف الأمامية. مثل الكثير من الأيدي البشرية ، فإن القوارض لها أقدام…
تستخدم مهام الوصول في مجال علم الأعصاب السلوكي لتقييم براعة الأطراف الأمامية والتعلم الحركي. متحمسة للوصول إلى مكافآت غذائية فاتحة للشهية ، مثل المعكرونة أو البذور. التصويب والاستيلاء والكسر والاسترداد هي بعض المهارات الجديدة التي تكتسبها وتحسينها أثناء تعلم هذه المهام.
يغطي هذا الفيديو الأسباب التي تجعل علماء الأعصاب السلوكيين يدرسون الوصول الماهر ، ويناقش بروتوكولا لإجراء تجارب الوصول. أخيرا ، سيراجع الفيديو أيضا بعض التجارب السلوكية المحددة التي تنطوي على استخدام ماهر للأطراف الأمامية في نماذج مختلفة من إصابات الدماغ.
قبل القفز إلى بروتوكول مهمة الوصول ، دعنا نتحدث عن استخدام الطرف الأمامي ، وهو ما يقيسه الوصول إلى المهام. القوارض لها أقدام أمامية بارعة للغاية ، والتي تستخدمها بطرق مشابهة لكيفية استخدامنا لأيدينا. يسمح الوصول إلى المهام للعلماء بمراقبة كيفية استخدام القوارض لأقدامها للإمساك بقطع الطعام واسترجاعها. يوفر هذا مقياسا قابلا للقياس الكمي لبراعة مخلب الأمام.
تتطلب هذه المهام أن تتعلم تسلسلات جديدة من الحركات ، مثل الانثناء والتمديد والكب والاستلقاء والدوران.
يرتبط هذا التعلم الحركي بتنشيط مناطق معينة من الدماغ. تبدأ الإشارات العصبية للمهارات الحركية الإجمالية والدقيقة في المناطق الحركية التي تتكون من القشرة الحركية الأولية والحركية ، ويتم إرسالها عبر الحبل الشوكي إلى العضلات المناسبة ، والتي تنتج الحركات المرغوبة.
تعتبر القوارض نموذجا جيدا للدراسات الحركية الانتقالية لأن نظامها الحركي منظم بشكل مشابه لنظام البشر. يؤدي تلف هذه المناطق الحركية إلى إزعاج استخدام اليد لدى الأشخاص ، واستخدام القدم الأمامي في القوارض ، والتي يمكن قياس الأخيرة باستخدام مهام الوصول.
نظرا لأنك تعرف الآن سبب استخدام العلماء لمهام الوصول ، فلنرى كيف تتم هذه الدراسات. قبل الاختبار ، يجب التعامل مع وتعريضها للجهاز والمكافآت الغذائية ، من أجل الحد من استجابات الإجهاد والخوف. عادة ، يتم تغذية بنظام غذائي مقيد ، مع توفير الطعام في نهاية الجلسات التدريبية اليومية. هذا يضمن عدم إشباع في وقت الاختبار.
يتم تنفيذ مهام الوصول في غرفة مصممة خصيصا تحتوي على ثلاثة شقوق. دعنا نتحدث عن المهمة التي تنطوي على القوارض للوصول إلى البذور. بالنسبة لهذا النوع من التجارب ، يتم استخدام الشق المركزي لتحديد تفضيل الأطراف وتسمى هذه العملية التشكيل. من أجل القيام بذلك ، يسمح للفئران بالوصول إلى البذور بكلا الطرفين لعدد محدود من المرات في جلسة واحدة. يتم إجراء جلسات التشكيل يوميا حتى تظهر وصول ما قبل التأهيل مع طرف واحد 70٪ من الوقت. بعد ذلك ، يتم تدريب طرفهم المفضل للوصول بمهارة إلى البذور الفردية الموضوعة في الفتحات للشقوق الجانبية في مرحلة الوصول. يتم تسجيل كل محاولة وصول إما على أنها ناجحة أو إسقاط أو فشل. يجب إجراء تدريب الوصول على مدار عدة أيام حتى تتعلم المهمة. تصل الفئران عموما إلى الهضبة في غضون أيام قليلة.
في الحالات التي يتم فيها تدريب على الوصول إلى المعكرونة بدلا من البذور ، يستخدم المجرب الشق المركزي فقط للتدريب والاختبار. تمتلئ مصفوفة المعكرونة ، وهي كتلة بلاستيكية بها ثقوب محفورة في العمق بالكامل ، بالمعكرونة الجافة وتوضع أمام الغرفة. يتم تحديد الطرف المفضل من خلال السماح للفئران بالوصول إلى كلا الطرفين. بعد ذلك ، يتم إجراء التدريب عن طريق ملء نصف المصفوفة المقابلة للطرف المفضل فقط. يتم تسجيل عدد وموقع قطع المعكرونة المكسورة في كل جلسة وصول. على مدار بضعة أسابيع ، تتعلم الفئران مسح أجزاء أكبر وأكثر بعدا من المصفوفة.
الآن بعد أن راجعنا البروتوكول الأساسي لاختبار استخدام الأطراف الأمامية ، دعنا نناقش بعض التجارب الحالية باستخدام هذه المهام.
تضعف سلوكيات الوصول بشكل كبير بعد السكتة الدماغية ويمكن أن يؤثر نوع التدريب التأهيلي على مدى استعادة الطرف المصاب بالسكتة الدماغية لوظائفه. هنا ، يظهر العلماء أنه في نموذج الفأر للسكتة الدماغية ، فإن التدريب التعويضي مع الطرف غير الصغير أو "الجيد" يضعف قدرة الطرف الصغير أو "السيئ" على استعادة القدرة على الوصول. ومع ذلك ، فإن التدريب المباشر للطرف الضيق يؤدي إلى تحسينات بمرور الوقت بعد السكتة الدماغية.
بخلاف الوصول إلى الاختبارات ، هناك اختبارات أخرى لاستخدام الأطراف الأمامية في القوارض ، مثل اختبارات التعامل مع المعكرونة أو الحبوب التي توفر مقاييس مختلفة وأكثر تنوعا لبراعة الأطراف الأمامية. بعد السكتة الدماغية ، تظهر القوارض عجزا في حركات المخلب المستخدمة للتعامل مع المعكرونة أثناء الأكل. في نموذج إصابة الحبل الشوكي ، يتم تغيير أنماط التعامل مع الحبوب ، بما في ذلك ملامسة المخلب الأمامي وحركات الرسغ والتلامس بين الأرقام.
على غرار الوصول إلى المهام في القوارض ، يمكن استخدام لوحة Brinkman المعدلة لاختبار براعة اليد في الرئيسيات غير البشرية. في هذا الاختبار ، تمسك بحبيبات الطعام الموضوعة في ثقوب على لوح بزاوية. بعد إصابة الحبل الشوكي التي تضعف استخدام ذراع واحدة ، ينخفض عدد الكريات التي تسترجعها اليد المصابة ولا يتحسن بمرور الوقت. في المقابل ، بعد السكتة الدماغية في القشرة الحركية ، ينخفض عدد الكريات التي تسترجعها اليد المصابة في البداية ، ولكنه يتحسن بمرور الوقت.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للوصول إلى المهام. غطى هذا الفيديو المبادئ والارتباطات العصبية المرتبطة باستخدام الأطراف الأمامية الماهر ، والبروتوكول العام لإجراء اختبارات الوصول ، وبعض التجارب باستخدام تقييم براعة الأطراف الأمامية في نماذج إصابات الدماغ أو الحبل الشوكي. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
تستخدم مهام الوصول في مجال علم الأعصاب السلوكي لتقييم براعة الأطراف الأمامية والتعلم الحركي. متحمسة للوصول إلى مكافآت غذائية فاتحة للشهية ، مثل المعكرونة أو البذور. التصويب والاستيلاء والكسر والاسترداد هي بعض المهارات الجديدة التي تكتسبها وتحسينها أثناء تعلم هذه المهام.
يغطي هذا الفيديو الأسباب التي تجعل علماء الأعصاب السلوكيين يدرسون الوصول الماهر ، ويناقش بروتوكولا لإجراء تجارب الوصول. أخيرا ، سيراجع الفيديو أيضا بعض التجارب السلوكية المحددة التي تنطوي على استخدام ماهر للأطراف الأمامية في نماذج مختلفة من إصابات الدماغ.
قبل القفز إلى بروتوكول مهمة الوصول ، دعنا نتحدث عن استخدام الطرف الأمامي ، وهو ما يقيسه الوصول إلى المهام. القوارض لها أقدام أمامية بارعة للغاية ، والتي تستخدمها بطرق مشابهة لكيفية استخدامنا لأيدينا. يسمح الوصول إلى المهام للعلماء بمراقبة كيفية استخدام القوارض لأقدامها للإمساك بقطع الطعام واسترجاعها. يوفر هذا مقياسا قابلا للقياس الكمي لبراعة مخلب الأمام.
تتطلب هذه المهام أن تتعلم تسلسلات جديدة من الحركات ، مثل الانثناء والتمديد والكب والاستلقاء والدوران.
يرتبط هذا التعلم الحركي بتنشيط مناطق معينة من الدماغ. تبدأ الإشارات العصبية للمهارات الحركية الإجمالية والدقيقة في المناطق الحركية التي تتكون من القشرة الحركية الأولية والحركية ، ويتم إرسالها عبر الحبل الشوكي إلى العضلات المناسبة ، والتي تنتج الحركات المرغوبة.
تعتبر القوارض نموذجا جيدا للدراسات الحركية الانتقالية لأن نظامها الحركي منظم بشكل مشابه لنظام البشر. يؤدي تلف هذه المناطق الحركية إلى إزعاج استخدام اليد لدى الأشخاص ، واستخدام القدم الأمامي في القوارض ، والتي يمكن قياس الأخيرة باستخدام مهام الوصول.
نظرا لأنك تعرف الآن سبب استخدام العلماء لمهام الوصول ، فلنرى كيف تتم هذه الدراسات. قبل الاختبار ، يجب التعامل مع وتعريضها للجهاز والمكافآت الغذائية ، من أجل الحد من استجابات الإجهاد والخوف. عادة ، يتم تغذية بنظام غذائي مقيد ، مع توفير الطعام في نهاية الجلسات التدريبية اليومية. هذا يضمن عدم إشباع في وقت الاختبار.
يتم تنفيذ مهام الوصول في غرفة مصممة خصيصا تحتوي على ثلاثة شقوق. دعنا نتحدث عن المهمة التي تنطوي على القوارض للوصول إلى البذور. بالنسبة لهذا النوع من التجارب ، يتم استخدام الشق المركزي لتحديد تفضيل الأطراف وتسمى هذه العملية التشكيل. من أجل القيام بذلك ، يسمح للفئران بالوصول إلى البذور بكلا الطرفين لعدد محدود من المرات في جلسة واحدة. يتم إجراء جلسات التشكيل يوميا حتى تظهر وصول ما قبل التأهيل مع طرف واحد 70٪ من الوقت. بعد ذلك ، يتم تدريب طرفهم المفضل للوصول بمهارة إلى البذور الفردية الموضوعة في الفتحات للشقوق الجانبية في مرحلة الوصول. يتم تسجيل كل محاولة وصول إما على أنها ناجحة أو إسقاط أو فشل. يجب إجراء تدريب الوصول على مدار عدة أيام حتى تتعلم المهمة. تصل الفئران عموما إلى الهضبة في غضون أيام قليلة.
في الحالات التي يتم فيها تدريب على الوصول إلى المعكرونة بدلا من البذور ، يستخدم المجرب الشق المركزي فقط للتدريب والاختبار. تمتلئ مصفوفة المعكرونة ، وهي كتلة بلاستيكية بها ثقوب محفورة في العمق بالكامل ، بالمعكرونة الجافة وتوضع أمام الغرفة. يتم تحديد الطرف المفضل من خلال السماح للفئران بالوصول إلى كلا الطرفين. بعد ذلك ، يتم إجراء التدريب عن طريق ملء نصف المصفوفة المقابلة للطرف المفضل فقط. يتم تسجيل عدد وموقع قطع المعكرونة المكسورة في كل جلسة وصول. على مدار بضعة أسابيع ، تتعلم الفئران مسح أجزاء أكبر وأكثر بعدا من المصفوفة.
الآن بعد أن راجعنا البروتوكول الأساسي لاختبار استخدام الأطراف الأمامية ، دعنا نناقش بعض التجارب الحالية باستخدام هذه المهام.
تضعف سلوكيات الوصول بشكل كبير بعد السكتة الدماغية ويمكن أن يؤثر نوع التدريب التأهيلي على مدى استعادة الطرف المصاب بالسكتة الدماغية لوظائفه. هنا ، يظهر العلماء أنه في نموذج الفأر للسكتة الدماغية ، فإن التدريب التعويضي مع الطرف غير الصغير أو "الجيد" يضعف قدرة الطرف الصغير أو "السيئ" على استعادة القدرة على الوصول. ومع ذلك ، فإن التدريب المباشر للطرف الضيق يؤدي إلى تحسينات بمرور الوقت بعد السكتة الدماغية.
بخلاف الوصول إلى الاختبارات ، هناك اختبارات أخرى لاستخدام الأطراف الأمامية في القوارض ، مثل اختبارات التعامل مع المعكرونة أو الحبوب التي توفر مقاييس مختلفة وأكثر تنوعا لبراعة الأطراف الأمامية. بعد السكتة الدماغية ، تظهر القوارض عجزا في حركات المخلب المستخدمة للتعامل مع المعكرونة أثناء الأكل. في نموذج إصابة الحبل الشوكي ، يتم تغيير أنماط التعامل مع الحبوب ، بما في ذلك ملامسة المخلب الأمامي وحركات الرسغ والتلامس بين الأرقام.
على غرار الوصول إلى المهام في القوارض ، يمكن استخدام لوحة Brinkman المعدلة لاختبار براعة اليد في الرئيسيات غير البشرية. في هذا الاختبار ، تمسك بحبيبات الطعام الموضوعة في ثقوب على لوح بزاوية. بعد إصابة الحبل الشوكي التي تضعف استخدام ذراع واحدة ، ينخفض عدد الكريات التي تسترجعها اليد المصابة ولا يتحسن بمرور الوقت. في المقابل ، بعد السكتة الدماغية في القشرة الحركية ، ينخفض عدد الكريات التي تسترجعها اليد المصابة في البداية ، ولكنه يتحسن بمرور الوقت.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للوصول إلى المهام. غطى هذا الفيديو المبادئ والارتباطات العصبية المرتبطة باستخدام الأطراف الأمامية الماهر ، والبروتوكول العام لإجراء اختبارات الوصول ، وبعض التجارب باستخدام تقييم براعة الأطراف الأمامية في نماذج إصابات الدماغ أو الحبل الشوكي. كما هو الحال دائما ، شكرا على المشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why do behavioral neuroscientists use reaching tasks to study motor function?
Reaching tasks provide a quantifiable measure of forepaw dexterity in rodents, allowing scientists to observe how animals grasp and retrieve food pieces. These tasks measure motor learning and the acquisition of novel movement sequences like flexion, extension, pronation, and supination. Since rodents' motor systems are organized similarly to humans', reaching tasks enable translational research on how brain damage affects motor control in both species.
Q2: What preparation steps are necessary before conducting a reaching task experiment?
Animals should be handled and exposed to the apparatus and food rewards to limit stress and fear responses. Rodents are typically maintained on a restricted diet, with food provided only at the end of daily training sessions. This ensures animals are motivated and not sated during testing, optimizing their performance and engagement with the reaching task.
Q3: How does the shaping process work in seed-based reaching tasks?
Shaping determines limb preference by allowing mice to reach for seeds with both limbs for a limited number of times per session. Daily shaping sessions continue until animals exhibit preferential reaching with one limb 70% of the time. Once preference is established, the preferred limb is trained to skillfully reach for individual seeds placed in divets on the side slits of the reaching stage.
Q4: What is the difference between pasta and seed-based reaching protocols?
Seed-based tasks use three slits to determine limb preference and train the preferred limb on individual seeds. Pasta-based tasks use only the central slit for both training and testing, with a plastic matrix filled with dry pasta. Mice learn to clear larger and more distant portions of the matrix over weeks, with experimenters recording the number and location of pasta pieces broken per session.
Q5: How does direct training of the affected limb compare to compensatory training after stroke?
In mouse stroke models, compensatory training with the non-paretic limb actually impairs the paretic limb's ability to regain reaching function. Conversely, directly training the paretic limb results in measurable improvements over time. This finding demonstrates that targeted rehabilitation of the injured limb is more effective than relying on the unaffected limb for recovery.
Q6: How do spinal cord injuries and strokes differently affect forelimb dexterity in animal models?
After spinal cord injury, rodents show altered cereal handling patterns including changes in forepaw contact, wrist movements, and digit contact. In non-human primates with spinal cord injury, pellet retrieval by the affected hand decreases and does not improve over time. However, after motor cortex stroke, pellet retrieval initially decreases but improves over time, suggesting different recovery mechanisms between injury types.
Q7: What neural pathways control the motor movements required for skilled reaching?
Neural signals for gross and fine motor skills originate in motor areas consisting of primary motor and premotor cortices. These signals travel via the spinal cord to appropriate muscles, producing desired movements. Damage to these motor areas disrupts hand use in humans and forepaw use in rodents, which can be measured and assessed using reaching tasks.