Behavioral Beurteilung der manuellen Geschicklichkeit in nicht-menschlichen Primaten

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die manuelle Geschicklichkeit von Maca-Affen quantitativ zu beurteilen. Dies wird erreicht, indem der Affe zunächst ohne Stress für das Tier auf einen Primatenstuhl gesetzt wird. Der nächste Schritt des Verfahrens besteht darin, täglich die manuelle Leistung für jede Hand in einer Griff- und Greifaufgabe zu messen, bei der der Affe 50 kleine Gegenstände mit dem Präzisionsgriff sammeln muss.

Danach werden drei weitere manuelle Geschicklichkeitsaufgaben durchgeführt, um die Verhaltensbewertung zu ergänzen. Der letzte Schritt des Verfahrens besteht darin, die Leistung auf der Grundlage der Videosequenzen zu analysieren, die während der vier Tests gesammelt wurden. Letztlich können Ergebnisse erzielt werden, die die motorischen Defizite nach einer Läsion des Zentralnervensystems und das Ausmaß der anschließenden funktionellen Erholung im zeitlichen Verlauf der Veränderungen der Verhaltensparameter aus der quantitativen Analyse aufzeigen.

Der Hauptvorteil dieser Technik unserer bestehenden Methode, wie z.B. des klinischen Scorings, das übrigens einer großen Interrater-Variabilität unterliegt, besteht darin, dass sie wirklich quantitativ und zuverlässig ist und eine moderate interindividuelle Variabilität aufweist. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich der Verhaltensneurowissenschaften zu beantworten, wie z. B. die Mechanismen, die der plastischen Reorganisation des Zentralnervensystems nach einer Läsion oder neurogenerativen Erkrankung zugrunde liegen. Die Implikationen dieser Technik erstrecken sich auf die Therapie, die Förderung der neuronalen Regeneration und/oder Strategien der Substitution nach Läsionen des Zentralnervensystems, da der nichtmenschliche Primat oft ein obligatorischer Schritt vor der klinischen Anwendung einer ursprünglich entwickelten therapeutischen Strategie ist.

Bei Nagetieren ist der nicht-menschliche Primat patentiert Testfunktion spezifisch für Primaten, wie z. B. manuelle Geschicklichkeit, ungeeignet für die Beobachtung möglicher nachteiliger Nebenwirkungen. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die Trainingsschritte der Tiere schwer zu erlernen sind und sehr reproduzierbar ausgeführt werden müssen. Hallo, ich bin Eric Ye, Professor für Neurophysiologie an der Universität Fryberg, Schweiz.

Das Verfahren wird von mehreren Experimentatoren demonstriert, Dr. Ab, Dr. Lin, die beide unabhängige Forscherin Dr. Melanie Keer, eine Postdoktorandin aus meinem Labor und drei Doktorandinnen und Doin Zandra, Julie Vidor und Pauline Chatan sind. Bereiten Sie vor den Verhaltenstests das Verhaltenssetup im Labor vor. Füllen Sie die Vertiefungen der verschiedenen Testbretter mit den Futterpellets, die als Belohnung während der Tests dienen.

Als nächstes bringst du den Affen aus dem Gruppenraum in einen Transferkäfig. Der Affe wird darauf trainiert, in einen Tunnel einzudringen, der den Zugang zum Primatenstuhl ermöglicht, mit anschließender Positionierung des Kopfes, und das Gewicht des Affen zu messen. Zum Schluss bringen Sie den Affen auf dem Primatenstuhl ins Labor.

Der modifizierte Brinkman-Board-Test ist die grundlegende Verhaltensaufgabe, die in jeder Verhaltenssitzung durchgeführt werden muss. Drei digitale Videokameras werden verwendet, um die Sequenz für die Offline-Verarbeitung aufzuzeichnen, eine über der Platine und eine auf jeder Seite der Platine. Starten Sie zunächst die Videoaufnahme mit den drei Kameras.

Platziere den Affen vor dem Brinkman-Brett. Öffnen Sie das rechte Fenster am Primatenstuhl, um Zugang zur rechten Hand zu erhalten. Mit der rechten Hand holt der Affe nach Abschluss des Tests die Futterpellets aus den 50 Schlitzen.

Für die rechte Hand schließt du das rechte Fenster und füllst das Brett mit Pellets auf. Öffnen Sie als Nächstes das linke Fenster und wiederholen Sie den Test für die linke Hand. Belohnen Sie das Tier am Ende des Tests mit ein paar getrockneten Rosinen oder einer Mandel.

Dieser Vorgang wird am Ende jedes Tests wiederholt, um die Motivation während der gesamten täglichen Sitzung aufrechtzuerhalten. Der schwierigste Aspekt dieses Verfahrens besteht darin, das regelmäßige und reproduzierbare Verhalten der Affen zu erhalten. Dies wird durch die Anwendung eines hochgradig standardisierten und sich wiederholenden Verfahrens erreicht, wie z. B. die Verwendung desselben Experimentators für einen bestimmten Affen und die Durchführung der Testsitzung zur gleichen Tageszeit.

Die Brinkman-Box besteht aus 20 Bohrlöchern, 10 vertikalen und 10 horizontalen. Im Vergleich zum Test. Der Affe muss die Hand auf engstem Raum mit reduzierten Freiheitsgraden steuern, um die Präzisionsgriffbewegung auszuführen.

Nachdem Sie das Brett mit Pellets gefüllt haben, schließen Sie die obere Facette der Box, um zunächst den Test durchzuführen. In Ermangelung einer visuellen Kontrolle, die sich auf eine taktile Erkundung verlässt, schalten Sie die Digitalkamera ein, die sich unter der Box befindet. Platzieren Sie den Affen vor der Brinkman-Box.

Öffnen Sie das linke Fenster des Primatenstuhls, um die linke Hand zu testen. Während der Affe versucht, die 20 Pellets zu holen, wird die Sequenz von der Kamera unter der Box aufgezeichnet. Schließen Sie als Nächstes das linke Fenster des Primatenstuhls. Füllen Sie das Brett wieder mit Pellets und öffnen Sie dann das rechte Fenster des Primatenstuhls.

Der Affe wiederholt den Test mit der rechten Hand. Wenn keine visuelle Kontrolle vorhanden ist, wird nach Abschluss der Tests ohne visuelle Kontrolle die obere Facette der Schachtel geöffnet, um die Fähigkeit zum Greifen der Pellets zu testen. Füllen Sie die Schachtel in der Brinkman-Box unter Sichtkontrolle wieder mit Pellets und lassen Sie den Affen den Test mit der rechten Hand durchführen.

Wenn der Test mit der rechten Hand abgeschlossen ist, schließen Sie das rechte Fenster des Primatenstuhls. Nachdem Sie die Box wieder mit Pellets gefüllt haben, öffnen Sie das linke Fenster des Primatenstuhls und lassen Sie den Affen den Test durchführen. Mit der linken Hand verfügt das rotierende Brinkman-Brett über 32 Wells, die in vier konzentrischen Reihen verteilt sind.

Dieser Test ist vergleichbar mit dem modifizierten Brinkman-Board-Test, mit dem Unterschied, dass sich das Board dreht und der Affe gezwungen ist, die Verschiebung des Boards im oder gegen den Uhrzeigersinn zu antizipieren. Füllen Sie das Brett mit Pellets. Die Sequenz wird mit der Digitalkamera aufgenommen, die über dem Setup platziert ist.

Um den Test zu starten, öffnen Sie das rechte Fenster des Primatenstuhls. Der Affe holt die Pellets mit der rechten Hand aus den 32 Vertiefungen, während sich das Brett im Uhrzeigersinn dreht. Um die linke Hand zu testen, schließen Sie das rechte Fenster, füllen Sie das Brett mit Pellets auf und öffnen Sie das linke Fenster des Primatenstuhls.

Der Affe wiederholt die Aufgabe mit der linken Hand. Zum Schluss wird der Test für jede Hand auf die gleiche Weise durchgeführt, wie gerade gezeigt, während sich das Brett dreht. Gegen den Uhrzeigersinn wurde die Zugaufgabe "Greifen" und "Greifen" entwickelt, um die Verständnisfähigkeit mit der Fähigkeit zur Krafterzeugung zu kombinieren.

Eine Digitalkamera wird auf der Schublade platziert, um die Versuche für die Offline-Kontrolle der Daten aufzuzeichnen. Verschiedene andere Detektoren zeichnen diskrete Ereignisse auf, wie z. B. die Berührung des Knopfes mit der Hand, wenn der Finger in die Vertiefung eintritt und wenn das Pellet aus der Vertiefung gezogen wird. Um den Test zu starten, öffnen Sie das rechte Fenster des Primatenstuhls.

Ein Lichtstrahl wird unterbrochen, als sich die Hand des Affen dem Schubladenknopf nähert. Dieser Soft-Trigger kann verwendet werden, um die Testversion für die Offlineverarbeitung zu synchronisieren. Der Affe muss die Schublade öffnen, indem er zuerst eine Griffkraft auf den Knopf der Schublade ausübt, gefolgt von einer Lastkraft, um die Schublade zu öffnen, wodurch der Zugang zu einem Pellet ermöglicht wird, das sich in der Schublade befindet.

Während die Schublade offen bleibt, wird das Pellet mit der gleichen Hand herausgeholt. Wieder. Mit dem Präzisionsgriff führt der Affe 10 Versuche mit jeweils fünf verschiedenen Widerstandsstufen durch. Mit der rechten Hand ermöglicht ein analoger Knopf am Setup die Auswahl des Widerstandsniveaus nach dem Test.

Denn die rechte Hand ist komplett. Wiederholen Sie den Test mit der linken Hand bei den verschiedenen Resistenzstufen nach Abschluss der Tests für den an diesem Tag gesehenen Füttern und belohnen Sie den Affen mit Futter. Zusätzlich zu den Pellets, die er während der Tests erhält, in der Regel erhält der Affe nach dem Essen Getreide und Früchte, wird der Affe in den Gruppenraum zurückgebracht.

Die vier Verhaltenstests, die in diesem Video gezeigt werden, werden in Studien verwendet, um die funktionelle Wiederherstellung nach Läsionen des zervikalen Rückenmarks oder des motorischen Kortex zu untersuchen. In Abwesenheit oder Vorhandensein einer Behandlung, die angewendet wurde, um die spontane Genesung für Test eins, das modifizierte Brinkman-Board, zu verbessern, konzentriert sich die Analyse auf zwei Parameter. Der erste Parameter ist die Punktzahl, die sich aus der Anzahl der Kugeln ergibt, die der Affe in 30 Sekunden geborgen hat, getrennt für die vertikalen und die horizontalen Schlitze.

Der zweite Parameter ist die Kontaktzeit, die als Zeitintervall zwischen dem Einführen des ersten Fingers in den Schlitz, um das Pellet zu berühren, und dem Beginn der Entnahme des Pellets aus der Vertiefung definiert ist. Wie in dieser Bilderserie dargestellt, zeigt das Bild ganz links die Hand, die sich dem Schlitz mit dem Pellet nähert. Das nächste Bild auf der rechten Seite entspricht dem Zeitpunkt des Kontakts.

Der Rahmen ganz rechts entspricht dem Zeitpunkt, zu dem das Pellet aus dem Schlitz entnommen wird. Die Kontaktzeit beträgt somit 240 Millisekunden. In diesem Beispiel werden repräsentative Daten, die aus der modifizierten Brinkman-Board-Aufgabe abgeleitet wurden, die von einem Affen ausgeführt wurde, der einer Läsion des motorischen Kortex ausgesetzt war, als nächstes gezeigt.

Die Zeit bezieht sich auf die aufeinanderfolgenden Tage der Verhaltenssitzungen. Die vertikale gestrichelte rote Linie ist der Tag, an dem die Läsion durchgeführt wurde. Die Grafik des Scores veranschaulicht die anfängliche Trainingsphase, das Plateau vor der Läsion, den dramatischen Abfall der Punktzahl unmittelbar nach der Läsion und schließlich die fortschreitende funktionelle Erholung in Richtung des Post-Läsions-Plateaus.

Die funktionelle Wiederherstellung ist das Verhältnis des medianen Post-Läsion-Scores am Plateau dividiert durch den Median vor der Legion, der 59 % beträgt. In diesem hier gezeigten Beispiel sind die Kontaktzeitdaten. In diesen Diagrammen entspricht jeder schwarze Punkt der Zeit des Kontakts zwischen dem Finger und dem Pellet in einem Schlitz. Für jede Sitzung gab es fünf Versuche pro Orientierung.

Die ersten fünf Eins, die der Affe für jede Ausrichtung versucht, und der graue Balken stellt den Medianwert dar. Da ein Anstieg der CT ein Defizit widerspiegelt, ist die funktionelle Erholung das Verhältnis der medianen CT vor der Läsion dividiert durch die mediane CT nach der Läsion auf dem Plateau, die etwa 28 % beträgt. Dieses Diagramm zeigt repräsentative Daten, die aus dem zweiten Test abgeleitet wurden, der Brinkman-Box für einen Affen, der die Aufgabe unter visueller Kontrolle ausführte. Hier ist ein aussagekräftigerer Parameter die Gesamtzeit, die als das Zeitintervall zwischen der Aufnahme des Pellets in der erste Schlitz und die Entnahme des Pellets. Im letzten Slot wurde ein statistisch signifikanter Unterschied zwischen der medianen Gesamtzeit vor der Läsion und der medianen Gesamtzeit nach der Läsion beobachtet.

In den letzten Sitzungen wurde die Funktionserholung mit 89,6 % berechnetFür den dritten Test ist das rotierende Brinkman-Board ein empfindlicher Parameter, nämlich die Kontaktzeit, die für die ersten 10 Slots gemessen wird. Diese beiden Diagramme stammen von einem Affen, der einer Läsion des motorischen Kortex ausgesetzt war. Das obere Diagramm für eine Drehung im Uhrzeigersinn und das untere Diagramm für eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn

Die beiden vertikalen grauen Pfeile deuten darauf hin, dass die Kontaktzeit in einigen Sitzungen unmittelbar nach der Läsion unendlich lang war, da der Affe nicht in der Lage war, die Aufgabe mit der kontaminierten läsionalen Hand auszuführen. Diese letzte Abbildung zeigt repräsentative Daten, die aus einer Sitzung abgeleitet wurden, die von einem Affen im vierten Test durchgeführt wurde, das Griff- und Griffzeichnen-Aufgabenfeld A zeigt die Rohdaten, die drei Parametern entsprechen, die während eines einzigen Versuchs online erfasst wurden: Belastungskraft in rot, Griffkraft in blau und Verschiebung der Schublade in grün. Mehrere Marker wurden auch während der Aufgabe erfasst: Die Berührung des Knopfes entspricht dem Zeitpunkt, zu dem das Tier den Knopf zum ersten Mal vollständig aufmacht, bis zur vollständigen Öffnung der Schublade, und die Auswahlzeit dem Zeitpunkt des Belohnungsgreifens für die Analyse.

Sieben Cursor wurden zu kritischen Zeitpunkten in der Entfaltungsaufgabe platziert, wobei die Zeit durch den Beginn der Greifkraft des Tieres auf Berührung des Knopfes begrenzt wurde, die maximale Greifkraft, der Beginn der Lastkraft, die maximale Lastkraft, die Zeit gesperrt wurde, wenn die Schublade vollständig geöffnet war, und die Zeit bis zur Kommissionierzeit. Panel B ist eine Darstellung der quantitativen Ergebnisse für zwei Parameter, die während der Griff- und Greifaufgabe in der Schublade aufgezeichnet wurden, der Greifkraft und der Lastkraft. Das linke Diagramm zeigt den Maximalwert und das rechte Diagramm zeigt den Steigungswert vom Beginn bis zum Maximum.

Vier der fünf verschiedenen relativen Widerstandsniveaus sind hier dargestellt. Im Anschluss an dieses Verfahren können weitere Analysen in Betracht gezogen werden, wie z.B. eine qualitative Detailbeobachtung, wie das Greifen mit dem Präzisionsgriff vom Affen ausgeführt werden kann, um zusätzliche Fragen zu beantworten. Zum Beispiel das Aufkommen von Substitutionsstrategien, um das gleiche flossenmotorische Ziel während der funktionellen Erholung von einer Läsion zu erreichen. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie die manuelle Geschicklichkeit bei nicht-menschlichen Primaten quantitativ beurteilen können, basierend auf vier Verhaltenstests, die sich mit einer Palette von motorischen Parametern befassen.

Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit nicht-menschlichen Primaten äußerst künstlerisch sein kann und auch ethisch sensibel ist. Daher sollten bei der Durchführung dieses Verfahrens immer Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, wie z. B. der direkte Kontakt mit den Affen zu verhindern, um Bisse zu vermeiden, und das Wohlergehen der Tiere zu gewährleisten.