Name: Estudio Motor Habilidad Aprendizaje por Casa de pellets Tareas Llegar en ratones (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-04T17:05:00.000+00:00
Duration: 6 min 4 s
Description: Aprende la tarea de alcance de pellet único para evaluar el aprendizaje motor y la memoria en ratones. Este método permite estudiar los cambios cerebrales durante la adquisición de habilidades motoras con precisión.

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Este trabajo es apoyado por una beca (1R01MH094449-01A1) del Instituto Nacional de Salud Mental de YZ

Los experimentos descritos en este manuscrito se realizaron de acuerdo con las directrices y normas establecidas por la Universidad de California, Santa Cruz Institucional Cuidado de Animales y el empleo Comisión. 1. Configuración (Véase también Lista de Materiales) <ol><li> Utilice semillas de mijo como bolitas de comida. </li><li> Utilice una clara cámara de formación de plexiglás hechos a medida (20 cm de alto, 15 cm de profundidad, y 8,5 cm de ancho, medido desde el exterior, con el espesor de la plexiglás 0,5 cm) que contiene tres ranuras verticales (una hendidura en el borde &#39;dar forma&#39;, y dos ranuras en el borde opuesto &quot;formación&quot;). Las ranuras verticales deben ser 0,5 cm de ancho y 13 cm de altura y ser situado en la pared frontal de la caja: en el centro, en el lado izquierdo, y en el lado derecho (Figura 1A). </li><li> Utilice una bandeja inclinada para mantener las semillas utilizadas durante las sesiones que configuran. La bandeja puede ser por encargo a partir de tres láminas de vidrio (fig. 1B). </li><li> Prepare una plataforma de alimentos (8,5 cm de largo, 4,4 cm de ancho, y 0,9 cm de altura). Esta plataforma comida se coloca en la parte frontal (frente al entrenador) de la cámara de formación durante las sesiones de entrenamiento. Hay dos ranuras divot sobre la plataforma de alimentación para las semillas de posicionamiento, una ranura a la izquierda, y la otra ranura en el lado derecho. Las chuletas son 0,3 cm del borde largo y 2,4 cm del borde ancho (Figura 1C). La ranuras divot izquierdo y derecho corresponden a la ranura izquierda y derecha en la cámara de formación de ratón y se utilizan para el entrenamiento de los miembros delanteros dominantes. El propósito de tener estas ranuras divot es para asegurar que la semilla se coloca constantemente en el mismo lugar para cada intento de alcanzar. </li><li> Durante las sesiones tienen en la mano un par de pinzas, balanza, y cronómetro. </li></ol> 2. Privación de alimentos (2 días) <ol><li> Pese cada ratón para obtener un peso corporal basal antes de la privación de alimentos. </li><li> Food-restringir los ratones durante 2 días para iniciar peso corporalpérdida. Como punto de partida general, los ratones se les da 0.1 g de alimento por 1 g de peso corporal por día (por ejemplo, un ratón que pesa 15 g, por lo general se inicia con 1,5 g de alimento). Ajustar la cantidad de alimento basado en el peso corporal de línea de base, la tasa de pérdida de peso, el sexo y la edad de los ratones. Mientras que el peso corporal puede continuar para disminuir un poco más durante la fase de conformación, tales peso corporal reducido (es decir, ~ 90% del peso línea de base original) debe mantenerse a lo largo de la formación (Figuras 2A y 2B). La cantidad de alimento necesaria para mantener el peso corporal del ratón es típicamente la misma que la cantidad utilizada en la restricción. </li></ol> 3. Shaping (3-7 días) <ol><li> Aclimatación hábitat Grupo (Día 1): Poner dos ratones en la cámara de formación al mismo tiempo. Coloque aproximadamente 20 semillas / ratón dentro de la cámara para su consumo. Permita que los ratones permanezcan en la cámara durante 20 minutos y luego poner de nuevo en su casajaula. </li><li> Aclimatación individual hábitat (Día 2): la misma configuración que en el paso 3.1, pero los ratones lugar en la cámara de formación individual. El propósito del grupo y aclimatación individuo hábitat es conseguir que los ratones están familiarizados tanto con la cámara de la formación y las semillas de mijo. </li><li> Determinación de la posición dominante de la extremidad anterior (día 3 y posteriores): Coloque el lado de hendidura única de la cámara de la formación orientada hacia abajo (Figura 1D). Llene la bandeja de comida con las semillas. Pulse la bandeja de comida contra la pared frontal de la cámara de formación para permitir que las semillas accesible para el ratón. Coloque los ratones en la jaula de forma individual. Si son suficientemente interesado en las semillas situadas en la bandeja de comida, que serían arado a través de la rendija para obtener la semilla en su interior. A continuación, recoger las semillas y los consuma. &quot;Shaping&quot; se considera terminada cuando se cumplen las dos de los siguientes criterios: 1) el ratón realiza 20 intentos que llegan dentro de 20 minutos, y 2) más del 70% alcances son performed con una extremidad anterior. </li></ol> Notas: <ol><li> Si el ratón utiliza su lengua para obtener las semillas dentro de la cámara, mueva de nuevo la bandeja de la ranura ligeramente. El aumento de la distancia de llegar desalienta el ratón para utilizar su lengua para adquirir la semilla y por lo tanto facilita su extremidad anterior alcanzando. </li><li> Si el ratón no puede terminar la conformación dentro de una semana, la caída desde el experimento. </li></ol> 4. Formación (8 + días) <ol><li> Coloque el lado de la doble rendija de la cámara de la formación orientada hacia abajo (Figura 1E). </li><li> Coloque los ratones en la jaula de forma individual. Ponga las semillas individuales en la plataforma de los alimentos en el divot correspondiente a la pata preferido (es decir, para el ratón de mano derecha, utilice la ranura en el lado derecho del ratón). </li><li> Observar el comportamiento de alcanzar ratón y marcar de acuerdo con las siguientes categorías: <ol><li> Éxito: El ratón llega con la pata preferente, agarra y retrieves la semilla, y la inyecta a la boca. </li><li> Caída: El ratón llega con la pata preferente, agarra la semilla, pero la deja caer antes de ponerlo en su boca. </li><li> Falla: El ratón llega con la pata preferente hacia la semilla, pero tampoco alcanza la semilla o llama, se fuera de la placa de sujeción. </li></ol></li><li> Capacitar a los ratones durante 30 intentos alcance sobre el miembro preferido o 20 minutos (lo que ocurra primero) por día. </li><li> Coloca los ratones de vuelta a su jaula después de entrenar y proporcionar cuántica comida diaria. </li></ol> Notas: <ol><li> En algunos casos, los ratones alcanzan incluso cuando no hay semillas colocado en la plataforma de alimentación. Estos alcances son considerados &quot;-en vano alcances&quot; y no se cuentan para el número total de intentos de alcance. Para desalentar &quot;-en vano alcances&quot;, los ratones del tren a caminar de vuelta al otro extremo de la cámara de formación antes de colocar la siguiente siembra. Una estrategia similar ha sido utilizado en la ratas para una tarea de comportamiento similares 21. Los ratones a veces también llegan con la pata no preferido en presencia de la semilla. Estos alcances se consideran &#39;alcances&#39; contralateral y no cuentan para el número total de partes más tampoco. </li><li> Para limitar las variaciones del comportamiento debidos a las fluctuaciones en el ritmo circadiano, lleve a cabo todas las sesiones de la conformación y capacitación al mismo momento del día, durante las horas normales de vigilia para los ratones. </li><li> Para evitar la variación del comportamiento debido a los diferentes entrenadores, asegúrese de que la misma persona se entrena los mismos ratones durante todo el experimento. </li><li> La atención de los ratones es crítico para esta prueba de comportamiento. Capacitar a los ratones en una habitación separada y tranquila para reducir al mínimo la perturbación del medio ambiente. </li><li> Los ratones pueden ser capacitados con más de 30 alcanza al día (por ejemplo, 50 tramos). Aumentar el número de intentos que alcanzan permite examinar la mejora del comportamiento dentro de la misma sesión de entrenamiento. </li></ol> 5. DatUna cuantificación Hay muchas maneras de cuantificar el comportamiento del ratón después de la capacitación. Dos análisis más directo son: <ol><li> Tasa de éxito = alcances más exitosos intentos alcanzando el total, que se presentan como porcentajes. Las tasas de abandono y fracaso se pueden trazar la misma manera. </li><li> Velocidad de éxito = número de intentos exitosos dividido por el tiempo, presentó alcances como exitosas por minuto. En la mayoría de los casos, la velocidad de éxito sigue aumentando, incluso cuando la tasa de éxito alcanza la meseta. </li></ol>

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</ol>

Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

Importancia de la fase de conformación: Debido al aumento de la ansiedad de estar en un entorno desconocido, por lo general es difícil para los ratones para ser capacitados en un ambiente novedoso 21,22. Por lo tanto, el objetivo de la formación es familiarizar a los ratones con la cámara de la formación, el formador (es decir, reducir sus niveles de ansiedad), y los requisitos de la tarea (por ejemplo, para identificar las semillas como fuente de alimento). Otro ob...

Entender los mecanismos de aprendizaje subyacente y la memoria es uno de los mayores retos de la neurociencia. En el sistema motor, la adquisición de nuevas habilidades motoras con la práctica se refiere a menudo como el aprendizaje motor, mientras que el mantenimiento de las habilidades motoras aprendidas anteriormente es considerado como la memoria del motor 1. El aprendizaje de una nueva habilidad motora se refleja generalmente en la mejora del rendimiento del motor deseado con el tiempo, hasta un punto en que la habilidad de motor o bien se perfeccionó o satisfactoria consistente. Para la mayoría de los casos, la memoria del motor adquirido puede persistir durante un largo período de tiempo, incluso en la ausencia de la práctica. En los seres humanos, los estudios de neuroimagen mediante tomografía por emisión de positrones (PET) y la resonancia magnética funcional (fMRI) han demostrado que la corteza motora primaria (M1) cambios de actividad durante la fase de adquisición de las habilidades motoras de aprendizaje 2-4, y la interferencia temporal de la actividad por la M1 baja frecuencia de estimulación magnética transcraneal conduce a signinificativamente perjudica la retención de mejoría en el comportamiento del motor 5. Del mismo modo, la formación específica-extremidad anterior en ratas induce plasticidad funcional y anatómica en el M1, ejemplificada por el aumento tanto de la actividad de c-fos y la relación de sinapsis / neurona en el M1 contralateral a la extremidad anterior entrenado durante la última fase de las habilidades motoras de aprendizaje 6. Por otra parte, un paradigma de formación similar que también fortalece la capa 2/3 conexiones horizontales en el contralateral M1 correspondiente a la extremidad anterior entrenado, lo que resulta en una reducción de la potenciación a largo plazo (LTP) y el aumento de la depresión a largo plazo (LTD) después de ratas adquieren las tareas 7. Dicha modificación sináptica, sin embargo, no se observa en las regiones corticales M1 correspondiente a la extremidad anterior no entrenado o miembros posteriores 8. Alternativamente, cuando el M1 se daña por accidente cerebrovascular, hay deficiencias dramáticas en las extremidades anteriores habilidades motoras específicas 9. Mientras que la mayoría de los estudios sobre el comportamiento de motor se han llevado a cabo en los seres humanos, el monos, y las ratas 2-8,10-17, los ratones se convierten en un sistema de modelo atractivo debido a sus potentes genética y bajo costo. Aquí se presenta un paradigma de aprendizaje motor habilidad forelimb específica: una tarea de llegar a un solo pellet. En este paradigma, los ratones están capacitados para extender sus patas delanteras a través de una estrecha ranura para captar y recuperar bolitas de comida (semillas de mijo) situadas en una ubicación fija, un comportamiento análogo a aprender tiro con arco, dardos lanzar, y pelotas de baloncesto de disparo en humano. Esta tarea de llegar se ha modificado a partir de estudios de ratas anteriores que han mostrado resultados similares entre los ratones y las ratas 18. Utilizando imágenes transcraneal de dos fotones, nuestro trabajo previo ha seguido la dinámica de las espinas dendríticas (estructuras postsinápticas de las sinapsis excitadoras mayoría) en el tiempo durante este entrenamiento. Se encontró que una sola sesión de entrenamiento condujo a un rápido surgimiento de nuevas espinas dendríticas en las neuronas piramidales en la corteza motora contralateral a la extremidad anterior entrenado. Sformación ubsequent de la misma tarea de llegar a estabilizarse preferentemente estas espinas inducida de aprendizaje-, que persistió mucho después de terminada la formación 19. Por otra parte, las espinas que surgieron durante las repeticiones de llegar tarea tendían a agruparse a lo largo de las dendritas, mientras que las espinas que se forman durante la ejecución tándem de alcanzar la tarea y otra tarea motor forelimb específica (es decir, la tarea de manipulación pasta) no se agrupan 20. En el presente vídeo, se describe paso a paso la instalación de este paradigma del comportamiento, de la privación de alimento inicial para dar forma, y ​​para el entrenamiento motor. También se describen los comportamientos comunes de los ratones durante el proceso de ejecución de este paradigma de comportamiento, y cómo se clasifican y se analizaron estos comportamientos. Por último, se discuten las medidas de precaución necesarias para ejercer tal paradigma de aprendizaje y los problemas que pueden encontrarse durante el análisis de datos.

<table><tbody><tr><td>Cámara de entrenamiento en caja</td><td></td><td></td> de acrílico transparente <td>Para conocer las dimensiones, consulte <fuerte>Figura 1A</fuerte></td></tr><tr><td>Bandeja inclinada para dar forma</td><td></td><td></td><td>Hecho a medida a partir de portaobjetos de vidrio, consulte <fuerte>Figura 1B</fuerte></td></tr><tr><td>Plataforma de alimentos para la formación</td><td></td><td></td><td>Para conocer las dimensiones, consulte <fuerte>Figura 1C</fuerte>Semillas</td></tr> de <tr><td>mijo&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Filtrado de " Alimento para aves silvestres Mezcla de palomas y codornices Alimento para aves silvestres" (Todos los seres vivos)</td></tr><tr><td>Pinzas</td><td></td><td></td><td>para colocar las semillas</td></tr><tr><td>Una báscula</td><td></td><td></td><td>para la medición diaria del peso corporal</td></tr><tr><td>Un cronómetro</td><td></td><td></td><td>Para la medición del tiempo durante las sesiones de moldeo/entrenamiento</td></tr></tbody></table>

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Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

El alcanzar para y recuperar objetos requieren movimientos motores precisas y coordinadas en la extremidad anterior. Cuando los ratones están capacitados para comprender y recuperar recompensas de comida situados en una ubicación específica, su rendimiento del motor (que se define como la precisión y la velocidad) mejora progresivamente con el tiempo, y las mesetas después del entrenamiento persistente en varias ocasiones. Una vez que tal habilidad de llegar se domina, su posterior mantenimiento no requiere una práctica constante. Aquí presentamos una tarea de llegar a un solo pellet para estudiar la adquisición y mantenimiento de los movimientos de las extremidades anteriores cualificados en ratones. En este video, lo primero que describen el comportamiento de los ratones que se encuentran comúnmente en el aprendizaje y la memoria paradigma y, a continuación, discutimos cómo clasificar estas conductas y cuantificar los resultados observados. Combinado con la genética del ratón, este paradigma se puede utilizar como una plataforma de comportamiento para explorar las bases anatómicas, las propiedades fisiológicas, y mecanismos moleculares de aprendizaje y la memoria.

Curva de aprendizaje: El dominio de una habilidad motora a menudo requiere la práctica persistente en el tiempo. Una curva típica promedio de aprendizaje se compone de dos fases: una fase de adquisición inicial durante el cual la tasa de éxito mejora progresivamente, y una fase de consolidación más tarde, cuando la tasa de éxito alcanza la meseta (Figura 2C). Debe tenerse en cuenta las curvas de aprendizaje de los ratones individuales varían, diferentes ratones tienen diferente...

Práctica persistente mejora la precisión de los movimientos coordinados. Aquí se introduce una tarea de llegar a un solo gránulo, que está diseñado para evaluar el aprendizaje y la memoria de la extremidad anterior de habilidad en ratones.

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Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

El objetivo general de este procedimiento es entrenar a ratones en una habilidad motora específica de cuatro M. Esto proporciona un buen modelo conductual para evaluar el aprendizaje motor y la memoria. En los ratones, el primer paso consiste en permitir que se familiaricen con la cámara de entrenamiento y con los gránulos de alimento.A continuación, se colocan pastillas de alimento al alcance de la ranura de modelado, y se determina la extremidad preferida para la recuperación después del período de modelado. Los ratones se entrenan con la tarea de alcanzar una sola pastilla y se registra el número de intentos correctos con la pata preferida. En última instancia, este protocolo proporciona un paradigma conductual para estudiar los cambios cerebrales a múltiples niveles durante el aprendizaje motor y la formación de la memoria.Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de la neurociencia, como cómo el aprendizaje motor se correlaciona con la plasticidad estructural y las alteraciones moleculares en el cerebro del ratón, y cómo diversas enfermedades neurológicas alteran las habilidades motoras finas. Para obtener los mejores resultados, realice esta tarea en un

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Research

Investigación

JoVE Journal

Behavior

Comportamiento

El aprendizaje de nuevas asociaciones de estímulo-respuesta se acopla a una amplia gama de procesos neuronales que se reflejan en última instancia en el cambio de pico de salida de las neuronas individuales. Aquí se describe un protocolo de comportamiento que permite el registro continuo de la actividad de una sola neurona mientras que los animales adquieren, extinguen y readquirir una respuesta condicionada en una sola sesión experimental.

Grabación Potenciales de Acción Individual Neuronas &quot;de que se mueven libremente Palomas en sus Tres Etapas del Aprendizaje

Los modelos de ratón se han vuelto cada vez más populares en los estudios de neurociencia conductual.  A medida que los modelos avanzan, es importante desarrollar medidas de comportamiento sensibles específicas para el ratón.  Este protocolo describe la tarea de alcance de la matriz de pasta, que es una tarea motora hábil para su uso en modelos de ratón de accidente cerebrovascular.

Compensatoria Limb Uso y Evaluación del Comportamiento de Aprendizaje de habilidad motora después de Lesiones de la corteza sensoriomotora en un modelo de ratón del ictus isquémico

Se presenta un paradigma para analizar la adquisición de una tarea de alcance de extremidades anteriores hábil de alta precisión en ratas.

Adquisición de una alta precisión Skilled Miembro Anterior Alcanzar Tarea en Ratas

Un paradigma se presenta para la formación y el análisis de una tarea de alcanzar experto automatizado en ratas. Análisis de los intentos de tracción revela distintos subprocesos del aprendizaje motor.

La investigación de los procesos de aprendizaje de habilidades motoras con una robótica Manipulandum

El método para evaluar el impacto de la formación en las habilidades motoras es una herramienta útil. Desafortunadamente, la mayoría de las evaluaciones conductuales pueden ser intensivas en mano de obra y/o costosas. Aquí describimos un método robótico para evaluar la habilidad de la prehensión (alcance a agarrar) en ratones.

Evaluación de la prehensión habilidosa en ratones mediante un auto-entrenador

El alcance con habilidades de roedores se utiliza comúnmente para estudiar habilidades hábiles, pero requiere mucho tiempo y esfuerzo para implementar la tarea y analizar el comportamiento. Describimos una versión automatizada del alcance cualificado con seguimiento de movimiento y reconstrucción tridimensional de trayectorias de alcance.

Rata automatizada de un solo pellet alcanzando la reconstrucción tridimensional de trayectorias de patas y dígitos

El presente protocolo describe cómo utilizar la optogenética inalámbrica combinada con videografía de alta velocidad en una sola tarea de alcance a agarre de pellets para caracterizar los circuitos neuronales involucrados en el rendimiento del comportamiento motor hábil en ratones que se mueven libremente.

In vivo Control optogenético inalámbrico del comportamiento motor calificado

En este artículo se presenta un protocolo que permite una evaluación no invasiva y automatizada del rendimiento de la motricidad fina, así como el aprendizaje motor adaptativo y asociativo ante retos, utilizando un dispositivo denominado Escalera Erasmus. La dificultad de la tarea se puede ajustar para detectar el deterioro motor que va desde grados mayores hasta sutiles.

Monitorización del aprendizaje motor fino y asociativo en ratones mediante la escalera Erasmus

El estudio actual describe una prueba de comportamiento motor fino para examinar los déficits motores en modelos de roedores, incluida la rata TgF344-AD, utilizando el aprendizaje automático.

Una tarea de motricidad fina para estudiar la cinemática articular en un modelo preclínico de enfermedad neurodegenerativa

Las tareas de comportamiento que permitan la evaluación de las capacidades de sincronización de percepción y sensoriomotoras en la población general (es decir, los no músicos) se presentan. La sincronización de los dedos tocando al ritmo de un estímulo auditivo y detección de irregularidades rítmicas proporciona un medio para descubrir trastornos del ritmo.

El descubrimiento de golpe Sordera: Trastornos Detección de ritmo con los dedos sincronizada Tapping y tareas de sincronización de percepción

Aprende la tarea de alcance de pellet único para evaluar el aprendizaje motor y la memoria en ratones. Este método permite estudiar los cambios cerebrales durante la adquisición de habilidades motoras con precisión.

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