Studie Motorik Lernen durch Einzel-Pellet Erreichen Aufgaben in Mäuse

Zusammenfassung

Persistent Praxis verbessert die Präzision der Bewegungen koordiniert. Hier stellen wir ein Single-Pellet Erreichen Aufgabe, die bestimmt ist, die Lernen und Gedächtnis von Mäusen forelimb Mann beurteilen.

Zusammenfassung

Der Griff nach und Abrufen von Objekten erfordern eine präzise und koordinierte Bewegungen der Motoren in der Vordergliedmaße. Wenn Mäuse werden immer wieder geschult zu erfassen und abzurufen Futterbelohnungen an einer bestimmten Stelle positioniert, ihre Motorleistung (definiert als Genauigkeit und Geschwindigkeit) verbessert die schrittweise im Laufe der Zeit, und Plateaus nach anhaltenden Ausbildung. Sobald diese erreicht Geschick gemeistert wird, wird die weitere Wartung erfordern ständige Praxis. Hier stellen wir ein Single-Pellet Erreichen Aufgabe, den Erwerb und die Wartung von Fach forelimb Bewegungen in Mäusen untersucht. In diesem Video beschreiben wir zunächst das Verhalten der Mäuse, die häufig in diesem Lern-und Gedächtnis Paradigma auftreten, und dann diskutieren, wie diese Verhaltensweisen zu kategorisieren und zu quantifizieren, die beobachteten Ergebnisse. Kombiniert mit Mausgenetik, kann dieses Paradigma als Verhaltens Plattform, um die anatomischen Grundlagen, physiologische Eigenschaften und molekulare Mechanismen von Lernen und Gedächtnis zu erforschen verwendet werden.

Einleitung

Das Verständnis der Mechanismen, die Lernen und Gedächtnis ist eine der größten Herausforderungen in der Neurowissenschaft. Im Motorsystem wird der Erwerb von neuen motorischen Fähigkeiten mit der Praxis oft als motorisches Lernen bezeichnet, während die Beibehaltung der zuvor erlernten motorischen Fähigkeiten als Motor Speicher ¹ angesehen. Das Erlernen einer neuen motorischen Fertigkeit wird in der Regel zu einer Verbesserung der gewünschten Motorleistung über die Zeit reflektiert, bis zu einem Punkt, wenn die Motorik wird entweder vollkommen oder zufriedenstellend konsistent. In den meisten Fällen können die erfassten Kraftspeicher für einen langen Zeitraum, selbst in Abwesenheit der Praxis anhalten. Bei Menschen wurden bildgebende Studien mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI), dass die primären motorischen Kortex (M1) Aktivitätsänderungen während der Akquisitionsphase von motorischen Lernen ^4.2 und temporäre Störungen des M1-Aktivität durch gezeigt Niederfrequenz-transkranielle Magnetstimulation führt zu significantly gestört Eigentums Motor Verhaltensverbesserung ^5. Ebenso Vorderbein-spezifische Ausbildung in Ratten induziert funktionelle und anatomische Plastizität im M1, durch die Erhöhung sowohl der c-fos-Aktivität und Synapse / Neuron-Verhältnis in der kontralateralen M1 zum ausgebildeten Vorderbein während der späten Phase der motorischen Lern ⁶ veranschaulicht. Zudem stärkt eine ähnliche Ausbildung Paradigma auch Schicht 2/3 horizontale Verbindungen in der kontralateralen M1, die der ausgebildete Vorderbein, was zu einer verringerten Langzeitpotenzierung (LTP) und verbesserte Langzeitdepression (LTD), nachdem Ratten die Aufgaben ⁷ erwerben. Wie synaptische Modifikation ist jedoch nicht in der M1 kortikalen Regionen, die untrainierten forelimb oder Hinterbeine ⁸ beobachtet. Alternativ, wenn der M1 wird durch Schlaganfall geschädigt, gibt es dramatische Mängel in forelimb bestimmten Motor-Fähigkeiten ^9. Während die meisten der Motorverhaltensstudien am Menschen, Affen durchgeführts und Ratten ^2-8,10-17, Mäuse zu einem attraktiven Modellsystem wegen seiner leistungsfähigen Genetik und niedrigen Kosten.

Hier präsentieren wir eine Vordergliedmaße bestimmten Motor-skill Lernparadigma: ein Single-Pellet Erreichen Aufgabe. In diesem Paradigma werden Mäuse trainiert, ihre Vorderbeine durch einen engen Spalt erweitern zu erfassen und abzurufen Futterpellets (Hirse) an einem festen Standort, ein Verhalten analog zu lernen Bogenschießen, Dart-Werfen und Schießen Basketbälle in der menschlichen positioniert. Das Erreichen Aufgabe hat aus früheren Studien an Ratten, die ähnliche Ergebnisse zwischen Mäusen und Ratten gezeigt haben, ¹⁸ geändert. Mit Zwei-Photonen-Imaging transkranielle hat unsere bisherige Arbeit die Dynamik der dendritischen Dornen (postsynaptischen Strukturen für die meisten Synapsen) über die Zeit während dieser Ausbildung folgten. Wir fanden, dass eine einzige Trainingseinheit führte zu schnellem Auftauchen neuer dendritischen Dornen auf Pyramidenzellen im motorischen Kortex kontralateral zur ausgebildeten Vordergliedmaße. Subsequent Ausbildung von der gleichen reichende Aufgabe bevorzugt stabilisiert diese Lern-induzierte Stacheln, die hielt sich noch lange nach dem Training beendet ^19. Außerdem Stacheln, die während der Wiederholungen erreicht Aufgabe entstanden eher entlang Dendriten Cluster, während Stacheln während Tandemausführung zu erreichen Aufgabe und anderen Vorderbein spezifische motorische Aufgabe (dh der Pasta Handhabungsaufgabe) gebildet hat nicht cluster ^20.

In dem vorliegenden Video beschreiben wir Schritt-für-Schritt den Aufbau dieser Verhaltens Paradigma, von der ersten Nahrungsentzug der Formgebung und Motortraining. Wir beschreiben auch die gemeinsame Verhalten von Mäusen, die während des Prozesses der Ausführung dieses Verhaltensparadigma, und wie diese Verhaltensweisen kategorisiert und analysiert. Schließlich diskutieren wir die Vorsorgemaßnahmen notwendig, um eine solche Lernparadigma zu üben und die Probleme, die bei der Datenanalyse auftreten können.

Protokoll

In dieser Handschrift beschriebenen Experimente wurden in Übereinstimmung mit den Richtlinien und Vorschriften her von der University of California, Santa Cruz Institutional Animal Care und Verwenden Ausschusses durchgeführt.

1. Setup (Siehe auch Materialliste)

1. Verwenden Hirse als Futterpellets.
2. Verwenden Sie eine maßgeschneiderte Ausbildung klar Plexiglas Kammer (20 cm hoch, 15 cm tief und 8,5 cm breit, von außen gemessen, wobei die Dicke der Plexiglas 0,5 cm), die drei vertikalen Schlitzen (ein Schlitz auf "Formung" Kante enthält, und zwei Schlitzen auf der gegenüberliegenden "Ausbildung" Flanke). Die vertikalen Schlitze sollte 0,5 cm breit und 13 cm hoch und an der Vorderwand des Kastens angeordnet werden: in der Mitte, auf der linken Seite und auf der rechten Seite (Fig. 1A).
3. Verwenden Sie einen Schrägfach, das die bei der Formgebung Sitzungen verwendet Samen zu halten. Das Fach kann aus drei Glasobjektträger (Abbildung 1B) maßgeschneidert werden.
4. PrepaWieder einem Lebensmittel-Plattform (8,5 cm lang, 4,4 cm breit und 0,9 cm hoch). Dieses Futter Plattform ist in der Frontseite (mit Blick auf den Trainer) des Trainingsraum während des Trainings gelegt. Es gibt zwei Divot Schlitze auf dem Lebensmittel-Plattform zur Positionierung Samen, einen Schlitz auf der linken Seite und der andere Schlitz auf der rechten Seite. Die Einschläge sind 0,3 cm von der Längsseite, und 2,4 cm von der Kante Breite (Abbildung 1C). Die linken und rechten Divot Schlitzen entsprechen der linken und rechten Schlitz in der Maus Ausbildungskammer und sind für die Ausbildung von dominanten Vorderbeine verwendet. Der Zweck, die diese Divot-Slots ist es, sicherzustellen, dass das Saatgut ist konsequent an der gleichen Stelle für jedes Erreichen Versuch gelegt.
5. Während der Sitzungen in der Hand haben Pinzette, Waage und Stoppuhr.

2. Nahrungsentzug (2 Tage)

1. Wiegen Sie jede Maus, um eine Grundlinie Körpergewicht vor der Nahrungsentzug erhalten.
2. Food-Mäusen beschränken für 2 Tage, um das Körpergewicht zu initiierenVerlust. Als allgemeine Ausgangspunkt werden die Mäuse 0,1 g Futter pro 1 g Körpergewicht pro Tag (z. B. eine Maus mit einem Gewicht von 15 g, wir in der Regel mit 1,5 g Lebensmittel beginnen) angegeben. Einstellen der Menge der Lebensmittel auf der Basis der Ausgangskörpergewicht, der Geschwindigkeit der Gewichtsabnahme, Geschlecht und Alter der Mäuse. Während das Körpergewicht kann weiterhin ein wenig während des Formgebungsphase zu verringern, wie reduzierte Körpergewicht (dh ~ 90% der ursprünglichen Basisgewicht) sollte in der Ausbildung (Fig. 2A und 2B) gehalten werden. Die Menge der Nahrung notwendig, der Mauskörpergewicht zu halten ist in der Regel die gleiche wie die in der Beschränkung verwendeten Menge.

3. Gestalten (3-7 Tage)

1. Gruppe Lebensraum Akklimatisierung (Tag 1): Legen Sie zwei Mäuse in der Ausbildung Kammer in der gleichen Zeit. Es werden ca. 20 Samen / Maus in der Kammer für ihren Konsum. Lassen Sie die Mäuse in der Kammer für 20 Minuten zu bleiben und sie dann wieder in ihre HeimatKäfig.
2. Individuelle Lebensraum Akklimatisierung (Tag 2): Die gleiche Einstellung wie in Schritt 3.1, aber statt Mäuse in der Trainingskammer individuell. Der Zweck von Gruppen-und Einzellebensraum Akklimatisierung ist es, die Mäuse sowohl mit der Ausbildung Kammer und der Hirse vertraut zu machen.
3. Bestimmung der Vordergliedmaße Dominanz (Tag 3 und später): Legen Sie die einzelnen Schlitz auf dem Weiterbildungskammer nach unten (Abbildung 1D). Füllen Sie die Lebensmittel-Fach mit Samen. Drücken Sie die Lebensmittelfach nach oben gegen die Vorderwand des Trainingsraum die Samen zugänglich für die Maus zu ermöglichen. Zeigen Mäuse in den Käfig individuell. Wenn sie ausreichend Interesse an den Samen auf das Essen Fachs sind, würden sie durch den Schlitz zu pflügen, um den Samen im Inneren. Sie werden dann holen die Samen und verzehren. "Shaping" gilt als beendet, wenn beide der folgenden Kriterien erfüllt sind: 1) der Maus führt 20 erreicht Versuche innerhalb von 20 min und 2) mehr als 70% erreicht sind pmit einem Vorderbein erformed.

Hinweise:

1. Wenn die Maus nutzt ihre Zunge, um die Samen in die Kammer zu verlassen, bewegen Sie das Fach wieder aus dem Schlitz leicht. Der Anstieg bei der Erreichung Abstand rät von der Maus, um die Zunge zu verwenden, um den Samen zu erwerben und erleichtert die Vordergliedmaße erreicht daher.
2. Wenn die Maus nicht beenden kann die Gestaltung innerhalb einer Woche, fallen sie aus dem Experiment.

4. Training (8 + Tage)

1. Legen Sie die Doppelspalt auf dem Weiterbildungskammer nach unten (Abb. 1E).
2. Legen Sie die Mäuse im Käfig individuell. Setzen einzelnen Samen auf die Lebensmittel-Plattform in der Divot entsprechend der bevorzugten Pfote (dh für die Rechtshänder-Maus, verwenden Sie den Schlitz an der Maus die rechte Seite).
3. Beachten Maus Erreichen Verhalten und Ergebnis nach den folgenden Kategorien:
   1. Erfolg: Die Maus erreicht bevorzugten Pfote, Griffe und retrieves den Samen, und speist sie in den Mund.
   2. Verwerfen: Die Maus erreicht bevorzugten Pfote, greift die Samen, aber es fällt, bevor es in den Mund.
   3. Ausfallen: Die Maus erreicht bevorzugten Pfote auf die Samen, sondern es entweder verfehlt das Saatgut oder klopft sie ab von der Halteplatte.
4. Train-the-Mäuse für 30 Versuche erreicht der bevorzugten Körpers oder 20 min (je nachdem, was zuerst eintritt) pro Tag.
5. Legen Sie die Mäuse in ihre Heimat Käfig nach dem Training und bieten tägliche Nahrung Quanten.

Hinweise:

1. In einigen Fällen erreichen Mäusen, auch wenn es keine Samen auf das Essen Plattform gestellt. Solche erreicht werden als "in-vergeblich Lauf" und werden nicht auf die Gesamtzahl der Versuche erreicht gezählt. Um "in-vergeblich Lauf" abhalten, um Zug-Mäuse wieder an das andere Ende des Trainingsraum, bevor Sie den nächsten Samen gehen. Eine ähnliche Strategie wurde in der Ratte verwendets für eine ähnliche Aufgabe Verhaltens ^21. Mäuse manchmal auch zu erreichen mit nicht bevorzugten Pfote in der Gegenwart der Samen. Diese erreicht werden als 'kontralateralen Lauf "und nicht auf die Gesamtzahl der Lauf zählen nicht.
2. Um Verhaltensänderungen aufgrund der Schwankungen der circadianen Rhythmus zu begrenzen, führen alle Form-und Trainingseinheiten in der gleichen Zeit des Tages, während der normalen Wachzeiten für Mäuse.
3. Um Verhaltensänderung aufgrund von verschiedenen Trainern zu vermeiden, stellen Sie sicher, dass die gleiche Person trainiert die gleichen Mäuse während des Experiments.
4. Achtung von Mäusen ist entscheidend für diese Verhaltenstest. Trainieren Mäuse in einem separaten Ruheraum und Umwelt Störung zu minimieren.
5. Mäuse mit mehr als 30 trainiert werden täglich erreicht (z. B. 50 erreicht). Erhöhung der Anzahl der Versuche erreicht ist es möglich, Verhaltens Verbesserung innerhalb der gleichen Trainingseinheit zu untersuchen.

5. Dateine Quantifizierung

Es gibt viele Möglichkeiten, um Mausverhalten quantifizieren folgende Ausbildung. Zwei meisten Straight-Forward-Analysen sind:

1. Erfolgsrate = erfolgreiche Lauf über insgesamt Erreichen Versuche, als Prozentsätze präsentiert. Drop und Ausfallraten auf die gleiche Weise dargestellt werden.
2. Die Geschwindigkeit der Erfolg = Anzahl der erfolgreichen Versuche durch Zeit präsentierte als erfolgreich erreicht pro Minute. In den meisten Fällen wird die Geschwindigkeit der Erfolg weiter zu erhöhen, selbst wenn die Erfolgsquote erreicht das Plateau.

Ergebnisse

Lernkurve:

Beherrschung eines Kraft Geschicklichkeit erfordert oft anhaltende Praxis über die Zeit. Eine typische gemittelt Lernkurve besteht aus zwei Phasen: eine erste Akquisitionsphase, während der die Erfolgsrate verbessert progressiv, und eine spätere Phase der Konsolidierung, wenn die Erfolgsrate der Hochebene (2C) erreicht. Es sollte angemerkt werden die Lernkurven der einzelnen Mäusen zu verändern, verschiedene Mäuse nehmen unterschiedliche Anzahl von Tagen, die Plateau...

Diskussion

Bedeutung der Formungsphase:

Wegen erhöhter Angst entfernt, in einer fremden Umgebung, ist es gewöhnlich schwierig, Mäusen in einer neuen Umgebung ^21,22 ausgebildet. Daher ist das Ziel der Formung zu Mäusen, die mit dem Ausbildungskammer eingeführt, der Trainer (dh ihre Angst Ebenen zu reduzieren), und die Aufgabenanforderungen (dh Samen als Nahrungsquelle zu identifizieren). Ein weiteres Ziel der Formgebung ist es, die bevorzugte Glieder der einzelnen Mäuse für kün...

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Trainingskammer in klarer Acrylbox			Abmessungen siehe Abbildung 1A
Schräge Schale zum Formen			Sonderanfertigung aus Glasobjektträgern, siehe Abbildung 1B
Food-Plattform für das Training			Abmessungen siehe Abbildung 1C
Hirsesamen			Gefiltert von " Wildvogelfutter Tauben- und Wachtelmischung Wildvogelfutter" (Alle Lebewesen)
Pinzette			Zum Platzieren der Samen
Eine Waage			Für die tägliche Messung des Körpergewichts
Eine Stoppuhr			Zur Zeitmessung während der Formgebung/des Trainings