收购高精度熟练的前肢到达任务大鼠

Summary

提出了一个范式来分析大鼠获得高精度熟练前肢伸展任务的情况。

Abstract

运动是中枢神经系统功能的主要可测量输出。为了理解运动功能的基础和过程，开发允许详细分析运动学习和执行的行为范式至关重要。在这里，我们提出了一个范式，在每天的训练课程（课内）中研究运动习得，代表快速学习部分和主要习得，以及在几次训练课（会话之间）中学习熟练的运动学习，代表缓慢学习部分和学习任务的巩固。由于两个特征，这种行为范式增加了运动技能任务的难度和复杂性：首先，动物在每次取回颗粒之前都会重新调整身体，迫使重新定向并防止从相同角度执行运动。其次，从与颗粒直径相匹配的垂直柱上抓取颗粒，并将其放置在笼子前面。这需要精确抓取才能成功回收颗粒，从而防止简单地将颗粒拉向动物。结合新的遗传学、成像和电生理学技术，这种行为方法将有助于理解运动学习和记忆的形态学、解剖学和分子基础。

Introduction

运动控制是中枢神经系统（CNS）的核心功能。 Motricity公司是CNS功能的主要衡量输出和主​​可能性为个人与外部世界进行交互。理解运动功能的原理和背后的电动机任务的学习是目前在神经科学的大挑战之一的机制。购置一台新电机的任务后，形态，生理和分子的变化被发现。例如，形状和突触的数目改变以响应熟练马达训练^1-5，和突触机械的功能改变动作的学习后观察。突触反应是在经训练的运动皮层相比，同样的动物或从未经训练的动物^6,7-响应的未经训练的半球前肢-表示区域的连接更高。电观察也表明，长时程增强（LTP）和长-term抑制（LTD）一样的机制发生了新的运 ​​动技能的学习过程中，那突触操作，这是LTP和LTD。饱和的限制边界之间限定的范围内，被修改^8。此外，已经表明，活性标记和可塑性促进分子如c-fos的GAP-43，或BDNF而且可塑性抑制分子例如为学习相关的神经可塑性^9-16的Nogo-A显示调节作用。

对更好地理解运动学习的基本机制的这些进展只能与使用行为范式，使收购一个新的运 ​​动技能， 比如，熟练前肢深远的精确控制来实现。只有一个结构良好的行为的任务允许监视并捕捉后的学习和执行各自的任务发生的相关变化。在这里，我们在视觉上表明本领域技术前肢的修改后的版本大鼠改编自布伊特拉戈等 ¹⁷所呈现的范例单颗粒到达任务允许移动收购的日常....

Protocol

所有实验均按照苏黎世州，瑞士的兽医办公室的指导进行。

1.动物处理和习惯化

1. 动物处理
   注意:在实验开始前5天，每日执行步骤1.1.1。
   1. 对于行为实验，习惯于在动物实验者。每天有处理会话持久每头牲畜10-15分钟。清洁每只动物的会议结束后的框。
      1. 最初，将实验者的手伸进笼子允许动物的探索和闻到熟悉该项实验者。
      2. 接着，轻轻抓住前端和后爪允许进一步熟悉的大鼠身上解除用实验者的手以安全的方式在动物。
   2. 权衡每个动物每天获取食物匮乏前基线体重。
2. 设备和习惯化熟悉食品
   1. 权衡每个动物每天获取食物匮乏前基线体重。
   2. 启动食品剥夺大鼠前3天的在标准实验室的饮食训练前的开始。给大鼠0.05克每人每天1克体重的食物（ 如老鼠体重200克，开始用10克的食物）。确保体重由日常监测体重没有减少，每天超过10％。
      1. 如果几个动物在一个笼子里举行的，显性老鼠可能吃的比少占主导地位的。如果一个动物的减少体重，饲料分别代替组饲喂动物。给自由饮水 。
   3. 到熟悉与把持装置的大鼠，将动物放入训练框（ 图1）。有糖粒料放置在训练箱在接近狭缝开口熟习的食物丸的动物。执行此STEP 10-....

Results

成功的运动技能采集只能通过一贯的做法来实现。尽管仔细考虑的所有方面，一些老鼠不学习任务（ 图2）。这些"非学习者的任一缺乏动力导致粒料检索少数或缺席尝试从实验开始或通常失去兴趣达成为领先粒料连续失败的尝试。与此相反，一些动物显示出导致overhasty侵略性和过度激励的行为，并冲抓，导致失败的尝试。不成功的学习者的第三组是那些以高成功率，不要使显著的改善导致停滞不前，甚至下降了学习的难度动物。

成功的运动技能的学习分为两个阶段:快速学习组件表示主收购通常动作训练（中，会议的第一天观察到的范围内; 图4）表示所学的任务缓慢学习组件和巩固会话之间。之间的会话学习曲线在1-3天，并在学习的最后几天高原水平特点是陡峭的学习曲线。

分析每个每日会议（内会话分析）期间的性能，除以试验的总数为25个试验仓（ 例如，6箱150试验）。实验后，通过在各天试验的总数除以在各仓成功的次数计算的成功抓住粒料每个箱的百分比。

应该认.......

Discussion

在这项研究中所示的范例适于从布伊特拉戈等人 ¹⁸和不同于经典单粒料达到主要在两个方面的范例^17:

首先，研究内会话的改进允许在一个单一的一天的学习任务，它可以提供一个不同的级别的信息，如快速学习组件的调查相比，由平均每天值表示的慢学习组件的分析（ 见图3和4）。二，行为范式这里提出增加难度和复杂的运动技能任务的程度。该动物被迫重新调整它的身体和到达方向前每个粒料检索。这防止简单重复运动执行从相同的角度，并需要深刻空间定向。此外，丸粒由薄垂直柱被放置在次前检索Ë笼并因此需要精确把握成功检索和防止简单拉向动物粒料的粒料的直径相匹配。

一个重要的步骤是教学动物运行到保持器的后方，并返回到在训练前的狭缝开口。通过使用镊子轻轻拍打在笼的后面板的暗示老鼠到所需位置有助于动物理解的任务。实验者应谨慎使用此工具，因为overtapping产生过多的噪音和刺激的动物。一旦大鼠已返回到笼子的前面，放置几个糖粒料在狭缝开.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
训练盒			自制
基座			自制
糖丸	TSE Systems 国际集团		45 毫克无尘精密颗粒
Sprague Dawley 大鼠			5-6 周龄雄性
笔记本电脑	惠普
秒表
镊子	精细科学工具 （FST）
Excel	Microsoft
Prism	GraphPad
体重秤
计数器