补偿肢使用和运动技能学习行为评估以下感觉运动皮层损伤缺血性脑卒中的小鼠模型
2014年7月10日
小鼠模型在行为神经科学研究中越来越受欢迎。 随着模型的发展，开发针对小鼠的敏感行为测量非常重要。 该协议描述了 Pasta Matrix Reaching Task，这是一项用于中风小鼠模型的熟练运动任务。
该程序的总体目标是评估代偿性肢体使用和中风小鼠模型的行为影响。这是通过首先确定首选的到达肢体来实现的，方法是在塑形过程中允许小鼠用任何一个肢体接触。第二步是通过在意大利面矩阵到达任务中仅训练首选的伸展肢体来建立运动技能。
接下来，通过训练小鼠使用意大利面基质上受影响较小的肢体来教授代偿肢体的使用。在首选伸展肢体对侧的单侧缺血损伤后 4 天开始达到任务。最后一步是评估受影响较少的肢体训练对中风受影响肢体功能结果的影响。
最终，在几天的测试中成功到达的次数减少证明了患肢的功能结果受损。这种方法可以帮助回答基础中风研究中的关键问题，包括行为干预对功能结果的影响。一般来说，刚接触这种方法的人会很挣扎，因为教老鼠这项高技能的任务需要花费时间和患者。
好处是该测试的敏感性超过其他感觉运动测试。在小鼠中。首先使用剃须刀片切开未煮熟的 CAPI 意大利面块。
接下来，将意大利面块放入意大利面矩阵中。让小鼠习惯于测试室进行 3 次治疗，每次 5 到 10 分钟，前面放一个完整的意大利面基质，底部放几块意大利面供食用，以塑造范围。将鼠标放在测试室中，前面有一个完整的意大利面矩阵，就像在居住训练中一样。
记录每个肢体的伸展次数，并表示左右肢体的伸展次数。分别。将伸展定义为肢体通过伸展孔的延伸，以便手腕打破腔室的平面，使四只爪在腔室外可见。在塑形过程中，没有必要将手伸指向或接触意大利面。
将鼠标限制在腔室中最多 10 次或 10 分钟的时间，以发生者为准。首先，鼓励鼠标伸手。通过伸出的孔将几块意大利面放在腔室内。
当老鼠表现出兴趣时，例如嗅探或咬人，将意大利面块拉出，从而鼓励它们伸手去追逐后退的意大利面块。如果老鼠对干意大利面没有兴趣，那么将意大利面的尖端切入一小杯温水中，使它们更可口。塑形会话也用于确定肢体偏好。
当老鼠的单个肢体表现出至少 70% 的日常伸展量时，该四个肢体被定义为首选肢体。将鼠标放入测试室中，前面放一个半满的矩阵。通过仅填充与首选肢体对侧的矩阵的符号，训练鼠标仅用其首选肢体到达。
在训练的这个阶段，让矩阵中与受影响较轻的肢体相对应的部分未填充，以阻止该肢体的伸展尝试。每天进行一次、15 分钟或 100 次伸展训练，以帮助小鼠成功学会瞄准和打破意大利面块。在早期训练期间，当意大利面块在基质中时，轻轻握住另一块意大利面，使其垂直于预期到达的目标
。这种少量的支撑有助于稳定薄意大利面，更容易让鼠标抓住。成功到达需要鼠标穿过孔。拿一块意大利面，掰开意大利面块，将其从矩阵中取出。
记录到达总数，最多 100 次，以及成功破碎的意大利面块的数量和位置。在这个过程中。在首选到达肢体对侧的运动皮层缺血性损伤后 4 天开始训练受影响较轻的肢体。
与术前伸展训练一样，每天进行一次、15 分钟或 100 次伸展训练。去除第一列意大利面，用于受影响较小的肢体训练的第一周。为了确保患肢的早期伸展尝试不成功，然后将鼠标放入伸展室中，将半满的矩阵放在前面。
确保基质的填充部分与术前填充的一半相反，这将迫使鼠标现在接触受影响较小的肢体。通过通过伸手孔加强该肢体的伸展，鼓励伸手接触受影响较轻的肢体。当鼠标在训练的最初几天伸展受影响较小的肢体时，将一小块意大利面放在伸展室的地板上。
无论伸展是否成功，都只将那些用受影响较轻的肢体完成的伸展计入 100 次伸展总数。不要将患肢的偷偷尝试计入伸展总数。然后在受影响较小的肢体训练的前 7 天后，将意大利面的最内侧垂直列返回到矩阵中，记录到达的总数以及成功折断的意大利面块的数量和位置，以确定受影响较轻的肢体的代偿性使用对中风受影响肢体功能恢复的影响。
测试 PMRT 上患肢的性能。进行受影响较小的肢体训练。将基质放在腔室前面，方向与术前训练程序相同。
这将迫使小鼠现在达到中风影响肢体记录、伸展总数以及成功破碎的意大利面块的数量和位置，以与中风前的表现水平进行比较。这里显示的是与首选肢体相对的感觉运动皮层单侧缺血性损伤前后小鼠患肢的代表性到达模式。前部表示意大利面块越来越位于小鼠前面，而侧面表示意大利面块越来越靠近小鼠的侧面。
此处显示了术后训练天数内患肢的代表性模式变化。该图显示了一个代表性示例，说明受影响较轻的肢体训练如何影响患肢在感觉运动皮层单侧缺血性损伤后 15 天内受影响较轻肢体的 PMRT 训练损害受影响肢体的功能结果并损害成功恢复尝试此手术时。重要的是要记住，要避免在塑形阶段通过让它们接触太多次来过度训练小鼠。
否则，学习曲线将无法准确反映此测试的早期学习阶段。遵循此过程。其他方法，包括免疫组化、皮质标测和体内成像，可用于研究有关行为干预对神经解剖学影响的其他问题。
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概述
本协议概述了面食矩阵触碰任务，这是一项为中风小鼠模型设计的技能性运动任务。它旨在评估单侧缺血性损伤后补偿性肢体使用的行为效应。
关键研究组成部分
科学领域
- 行为神经科学
- 中风模型
- 运动技能评估
背景
- 小鼠模型在行为神经科学研究中至关重要。
- 开发敏感的行为测量对于准确评估至关重要。
- 面食矩阵触碰任务是专门为小鼠设计的。
- 此任务评估中风后肢体使用的效果。
研究目的
- 确定小鼠偏好的触碰肢体。
- 使用偏好肢体建立运动技能。
- 在面食矩阵上教授补偿性肢体使用。
使用的方法
- 塑造程序以识别偏好的触碰肢体。
- 在面食矩阵触碰任务上训练偏好肢体。
- 训练中风后较少受影响的肢体。
- 评估中风影响肢体的功能结果。
主要结果
- 补偿性肢体训练可以影响恢复结果。
- 行为测量提供了中风后运动功能的洞察。
- 该协议允许对肢体使用进行详细评估。
结论
- 面食矩阵触碰任务对于研究中风恢复是有效的。
- 理解肢体使用可以为康复策略提供信息。
- 小鼠模型对于探索行为神经科学非常有价值。
常见问题
Executive Industry Relevance
This protocol provides a sensitive behavioral assay for evaluating motor skill learning and compensatory limb use in preclinical stroke models. It enables researchers to quantify functional outcomes and assess the impact of rehabilitative training strategies on recovery trajectories. The approach supports target validation and mechanistic de-risking in neurotherapeutic development by linking behavioral interventions to motor function recovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses regarding limb-specific motor recovery post-injury.
- Operational Value: Supports functional target validation through quantitative measurement of skilled reaching behavior.
- Predictive Value: Facilitates preclinical model selection by identifying compounds that modulate compensatory use and promote true functional restoration.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, quantifiable output data on successful reaches and limb preference for compound screening.
- Reproducibility: Offers a low-cost, scalable platform for longitudinal assessment of motor skill acquisition and degradation.
- Screening Utility: Enables reliable evaluation of pharmacological or rehabilitative interventions on motor recovery in disease-relevant systems.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Models human clinical phenomena such as learned non-use and compensatory strategies following upper extremity injury.
- Mechanistic De-risking: Permits exploration of neural mechanisms supporting behavioral recovery when combined with neuroanatomical tools.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by revealing whether interventions promote genuine recovery or maladaptive compensation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical efficacy testing, enabling iterative assessment of motor function across study phases.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on neural circuits involved in motor skill learning and limb use preference following cortical injury.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts on reaching success and error patterns to compare experimental conditions.
- Analytics: Provides longitudinal data on reach frequency, success rate, and spatial distribution to enable statistical comparison across groups.
- Translational Research: Connects behavioral outcomes to preclinical validity by modeling human-like compensatory strategies post-stroke.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable behavioral platform applicable across multiple neurotherapeutic programs and injury models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in motor recovery assays by reducing ambiguity between true restoration and compensatory behavior.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility across laboratories through clearly defined reaching criteria and training parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by identifying ineffective interventions early, reducing late-stage failure due to lack of true functional recovery.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on their ability to promote authentic motor restoration rather than behavioral substitution.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling, behavioral neuroscience, and skilled motor task training.
- Dependent on consistent apparatus setup, including pasta matrix preparation and reaching aperture calibration.
- Necessitates cross-team standardization in defining reaches, scoring success, and managing training duration to avoid overtraining artifacts.
- Involves adaptation considerations when translating to different injury models or species, particularly in defining preferred limb use.
- Limited by the time-intensive nature of training, which may affect throughput in large-scale screening campaigns.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:30
Habituation and Shaping the Reach
3:10
Reaching Training
4:21
Less-affected Limb Training
5:51
Reaching Analysis of the Affected Limb
6:26
Results: Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke
7:19
Conclusion
