Drehknopf Supination Aufgabe: Eine halbautomatische Methode für die Beurteilung der Funktion der Vordergliedmaße bei Ratten

Das übergeordnete Ziel dieser Verhaltensaufgabe ist es, Ratten zu trainieren, einen Knopf von der Handfläche nach oben zu drehen, was als Supination bezeichnet wird. Dieses Werkzeug wird verwendet, um die Funktion des motorischen Systems vor und nach einer Verletzung oder einem Eingriff zu testen. Wir haben diese Aufgabe entwickelt, um die kortikospinale Funktion bei Ratten zu testen.

Wir fanden heraus, dass die Aufgabe der Knubbelsupination empfindlicher auf kortikospinale Verletzungen reagiert als aktuelle Aufgaben der Geschicklichkeit, wie z. B. das Greifen der Kugeln. Diese Aufgabe ist halbautomatisiert, was sie quantitativ, objektiv und mit hohem Durchsatz macht. Durch die Quantifizierung der Supination misst die Aufgabe eine klinisch wichtige Bewegung, die eine wichtige neuronale Bahn bewertet.

Verfahren wird von Thelma Bethea, unserer Laborleiterin und Forschungstechnikerin, vorgeführt. Trainieren Sie die Ratten während des gesamten Protokolls zweimal täglich, einmal morgens und einmal nachmittags, mit mindestens Stunden zwischen den Sitzungen. Beginnen Sie damit, die Ratten an die Ratten zu gewöhnen, um sie mit der Testbox und der Handhabung vertraut zu machen.

Richten Sie zunächst die Box ein. Ziehen Sie den Knopf vollständig ein, indem Sie die Abwärtspfeiltaste am Autopositionierer drücken. Setze die Ratte dann für 15 Minuten in die Verhaltensbox.

Fassen Sie jede Ratte nach 15 Minuten mindestens fünf Minuten lang mit der Hand an, um die Ratte mit dem Versuchsleiter vertraut zu machen. Wiederholen Sie dies fünf Tage lang, bevor Sie das Experiment fortsetzen. Die nächste Phase besteht darin, eine Belohnungszuordnung zu erstellen.

Das Ziel ist es, die Ratte so zu trainieren, dass sie das Drehen des Knopfes mit einer Futterbelohnung verbindet. Öffnen Sie zuerst die Software und geben Sie die Kennung der Ratte unter Name ein, dann stellen Sie die Bühne auf K1: Knob Shaping No Pulley. Auf diese Weise kann die Ratte gefüttert werden, solange sie den Knopf während der zweisekündigen Belohnungsfenster um mehr als drei Grad dreht.

Legen Sie als Nächstes die Ratte in die Verhaltensbox und drücken Sie Start, um die Sitzung zu starten. Machen Sie die Ratte mit dem Belohnungstrog vertraut, indem Sie manuell zwei oder drei Pellets ausgeben und auf die Seite der Box tippen, an der sich der Belohnungstrog befindet. Sobald die Ratte den Belohnungsort kennt, geben Sie nur manuell ein Pellet ab, wenn sich die Ratte vor die Öffnung bewegt.

Dadurch wird die Belohnung mit der Öffnung verknüpft. Sobald sich die Ratte in Erwartung einer Belohnungskugel zuverlässig zur Öffnung bewegt, konditionieren Sie die Ratte so, dass sie mit dem Manipulandum interagiert. Fordern Sie die Ratte auf, sich mit ihr zu beschäftigen, indem Sie ein 45-Milligramm-Pellet in die Nähe legen.

Wenn dies nicht funktioniert, tragen Sie Pelletstaub direkt auf das Manipulandum auf. Wenn sich die Ratte von der Öffnung entfernt, tippe auf das Kästchen in der Nähe des Manipulandums, um ihre Aufmerksamkeit umzulenken. Belohne die Ratte nur, wenn sie den Knauf mit ihren Händen berührt, nicht wenn sie das Manipulandum beißt oder schnüffelt.

Sobald die Ratte 10 aufeinanderfolgende Belohnungen erhalten hat, verwenden Sie die Abwärtspfeiltaste am Autopositionierer, um das Manipulandum um 0,25 Zentimeter zurückzuziehen. Positionieren Sie das Manipulandum in Schritten von 0,25 Zentimetern weiter, bis es 1,25 Zentimeter von der Blende entfernt ist. Dies ist das ultimative Ziel der Belohnungsassoziation, und sobald eine Ratte dies in zwei aufeinanderfolgenden Sitzungen tut, geht sie zum Gegengewichtstraining über.

Beenden Sie nach einer halben Stunde Training die Sitzung, indem Sie in der Software auf Stopp drücken. Um dich auf das Gegengewichtstraining vorzubereiten, beginne damit, ein drei Gramm schweres Gegengewicht am L-förmigen Befestigungspunkt auf das Manipulandum zu legen. Führen Sie dann die Gegengewichtsschnur durch die Umlenkrolle, bis das Gegengewicht frei hängt.

Um die Sitzung auszuführen, öffnen Sie zuerst die Software, geben Sie den Namen der Ratte ein und stellen Sie die Bühne auf K2:Knob Shaping Pulley ein. Damit ist das Manipulandum 1,25 Zentimeter von der Öffnung entfernt. Legen Sie als Nächstes die Ratte in die Verhaltensbox und drücken Sie in der Software auf Start, um die Sitzung zu starten.

Beenden Sie nach 100 oder mehr erfolgreichen Testversionen die Sitzung, indem Sie in der Software auf Stopp drücken. Sobald die Ratte zwei aufeinanderfolgende Sitzungen mit über 100 erfolgreichen Versuchen absolviert hat, erhöhen Sie die Masse des Gegengewichts in der nächsten Sitzung um ein Gramm. Erhöhen Sie nach diesem Programm das Gewicht schrittweise auf sechs Gramm über durchschnittlich sechs Sitzungen.

Während dieses Trainings ist es unerlässlich, dass die richtige Supinationsbewegung belohnt wird und dass eine falsche Supinationsbewegung herausgeformt wird. Die Gestaltung der Supinationsbewegung setzt sich auch im Grundlagentraining fort. Wenn Sie das Supinationsverhalten korrigieren, schränken Sie die Bewegung des Manipulandums manuell ein und belohnen Sie gutes Supinationsverhalten, auch wenn es nicht erfolgreich ist, indem Sie die Feed-Taste an der Software drücken.

Trainieren Sie die Ratten an diesem Punkt so, dass sie nach den Basiskriterien supinieren, was in diesem Fall darin besteht, den Knopf mit einem sechs Gramm schweren Gegengewicht um 75 Grad zu drehen, mit einer Erfolgsquote von 75 % oder mehr. Verwenden Sie nach dem Einstellen des Gegengewichts die Option KSB4:Knopf Training Median 75 Max in der Software. Dadurch wird der anfängliche Schwellenwert auf fünf Grad festgelegt.

Der Trefferschwellenwert wird auf mindestens 15 Grad und der Trefferschwellenwert auf maximal 75 Grad festgelegt. Die Software erhöht automatisch den minimalen Schwellenwert für das Drehen des Knopfes basierend auf der Identität der Ratte und ihrer bisherigen Leistung, sodass Benutzereingaben an dieser Stelle minimiert werden. Beenden Sie die Sitzung nach 30 Minuten.

Nach etwa 10 Tagen oder 20 Sitzungen schließen die meisten Ratten die adaptive Phase ab und sind in der Lage, den Knopf auf einen durchschnittlichen Spitzenwinkel von 75 Grad oder mehr zu drehen. Sobald das Basistraining abgeschlossen ist, bringen Sie die Ratte in die nächste Trainingsphase, die von der Softwarestufe K27:75 Degrees durchgeführt wird. Um die Sitzungen zu diesem Zeitpunkt zu beenden, drücken Sie nach 30 Minuten oder 100 Versuchen auf Stopp, je nachdem, was zuerst eintritt.

Halten Sie jede Ratte in diesem Stadium des Trainings, bis sie vier aufeinanderfolgende Baselines mit einer Erfolgsquote von 75 % oder mehr abschließen kann. Eine trainierte Ratte kann dann für experimentelle Manipulationen verwendet werden, wobei diese Aufgabe als Maß für die Funktion der Vordergliedmaßen verwendet wird. Von einem Pool von 56 Ratten erwarben 75 % die ursprüngliche Aufgabe.

In dieser Phase war die praktischste Ausbildung erforderlich. Als nächstes gingen die Ratten bis zum siebten Tag dazu über, ein sechs Gramm schweres Gegengewicht zu verwenden, und verbrachten dann 10 Tage damit, zu lernen, den Knopf mit einem allgemein steigenden Trend im Supinationswinkel zu drehen. Am 17. Tag verzeichneten die meisten Ratten ihren ersten Ausgangswert, und wenn eine Ratte bis zum 20. Tag den Ausgangswert nicht erreichte, wurde sie aus der Studie entfernt.

Eine erfolglose Ratte kann ein paar Tage lang Fortschritte machen, kann aber nicht mit der Gruppe vorankommen, weil sie nicht mit dem richtigen Griff arbeitet. Im ersten Drittel des Trainings kann die Ratte anfangen zu supinieren, aber die Wellenform ihrer Aktion kann zeigen, dass sie zwei Runden ausführt, während erfolgreiche Ratten nur eine benötigen. Im mittleren Drittel des Trainings kann die normale Erhöhung des Spitzenwinkels von 20 auf 50 Grad, die mit einer definierten Single-Peak-Kurve einhergeht, bei Ratten, die nicht richtig supinieren, nur eine marginale Zunahme des Spitzenwinkels zeigen.

Im letzten Drittel des Trainings sollte es eine sehr ausgeprägte Einzelwellenform geben; Eine erfolglose Ratte kann jedoch zusätzlich zu mehreren Peaks einen Peakwinkel weit unter dem erforderlichen Erfolgskriterium aufweisen. Die erfolglose Ratte kann die Aufgabe schließlich lernen, aber sie kann dies auch mit Nicht-Supinationskompensationen tun, so dass die Ratte für den Einsatz in weiteren Studien nicht ratsam ist. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man Ratten trainiert, um die Supination der Vordergliedmaßen zu Beginn durchzuführen und falsche Supinationsbewegungen zu beheben.

Achte darauf, wachsam und aufmerksam zu bleiben, während die Ratten lernen, wie man supiniert. Die frühzeitige Korrektur des Supinationsverhaltens ist entscheidend für den Erfolg dieses Trainingsverfahrens. Insgesamt soll das Verfahren zeiteffizient sein.

Sobald die Ratten den Ausgangswert erreicht haben, muss der Experimentator die Ratte nur noch in die Box legen, die Software starten und die Ratte dann entfernen, wenn sie ihre Sitzung beendet haben. Zusätzlich zu diesem Video stehen auf unserer Labor-Website mehrere Ressourcen zur Verfügung. Vielen Dank und viel Erfolg bei Ihren Experimenten.