Name: Évaluation comportementale de la dextérité manuelle de primates non humains (Vidéo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min
Description: Découvrez l'évaluation quantitative de la dextérité manuelle chez les macaques par des tâches de préhension précise. Cette méthode permet d'analyser les déficits moteurs post-lésion et la récupération fonctionnelle du système nerveux central.

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Les auteurs tiennent à remercier le professeur Schwab ME, Dr P. Freund, le Dr A. Wyss, le Dr S. Bachir, le Dr A. Mir, le Dr J. Bloch, le Dr JF Brunet, le Dr J. Aebischer, le Dr A. Meszaros, le Dr V. Goetschman pour leur contribution à des expériences précédentes et des analyses. Les montages expérimentaux ont été construits par André Gaillard, Bernard Aebischer et Laurent Monney. Dans les animaleries, les singes ont été placés sous la supervision de professionnels animaliers: Josef Corpataux, Laurent Bossy et Jacques Maillard. Les tests comportementaux et l&#39;analyse des données, ainsi que l&#39;histologie, ont été menées avec la contribution précieuse de techniciens de laboratoire: Véronique Moret (également web master), Françoise Tinguely, Christine Roulin, Monica Bennefeld, Christiane Marti et Georgette Fischer. Ce travail a été soutenu par le Fonds national suisse de la Science, de subventions de 31 à 61857,00 Aucune, 310000-110005, 31003A-132 465 (EMR), de 310030 à 118357, 104061-31003A (TW), 310030-120411 (ABS), PZ00P3_121646 (ES), la Fondation Novartis, le Centre national de compétence en recherche (NCCR) sur «la plasticité neurale et la réparation».

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</ol>

Pas de conflits d&#39;intérêt déclarés.

Bien que les tâches actuelles de comportement ont été étudiés jusqu&#39;à présent dans notre laboratoire dans le cadre des études liées à une lésion de la moelle cervicale ou à une lésion du cortex moteur dans le but de tester différents traitements (voir 14,15,17 et <a href="http://www.unifr.ch/neuro/rouiller">http:/ / www.unifr.ch / neuro / rouiller</a> &gt; sélectionner &quot;recherche&quot; dans la barre de menu du haut, puis&gt; &quot;moteur du système&quot;&gt; &quot;récupération après une lésion&quot;), ils peuvent également avoir une application plus large, comme la dextérité manuelle est aussi un aspect à considérer dans d&#39;autres pathologies, telles que la maladie de Parkinson (singe MPTP) ou en cas de dé-sensorielles qui affectent afferentation proprioception et / ou le sens du toucher (en particulier le test 2 en l&#39;absence de contrôle visuel). Les tests comportementaux proposés ici sont adaptés pour enquêter sur le contrôle moteur des mouvements distale du membre antérieur, comme impliqués dans la dextérité manuelle. La spécificité des tests est démontré parl&#39;absence de déficit (sauf pour une couple de jours) dans le cas d&#39;une lésion qui ne porte pas atteinte composantes pertinentes du système de contrôle: en effet, dans le cas d&#39;une lésion placé plus caudale que les motoneurones contrôlant muscles de la main, il n&#39;y avait pas de déficit. La pertinence du test 1 peut être apprécié en comparant sur ​​des séquences vidéo prises à deux moments de la courbe de récupération post-lésionnelle, qui diffèrent par une amélioration de la récupération fonctionnelle de 25%, éventuellement en relation avec un traitement par thérapie cellulaire 17. En dépit de certaines phase initiale de formation relativement courte au début (qui dure généralement 2-3 mois), les tests comportementaux proposés ici sont relativement &quot;naturel&quot; et simple, par rapport aux complexes (par exemple avec sursis) des tâches pour lesquelles la formation du singe peut prendre près d&#39;un an ou plus. Le renforcement positif est basé sur une nourriture solide, qui est moins sensible sur le point de vue éthique que la privation d&#39;eau, habituellement utilisés dans plus comtâches complexes 23. Il n&#39;est pas nécessaire de priver les singes de la nourriture pour obtenir des résultats stables et cohérents. Les pellets reçus durant les tâches représentent le premier accès à la nourriture le jour de la session de comportement (en supposant que le singe ne mange pas pendant la nuit précédente, mais la nourriture supplémentaire peut être donné jusqu&#39;à la fin de l&#39;après-midi du jour précédent) . Il est crucial que chaque singe effectue la session de comportement dans le même temps de la journée, ainsi que le respect le même ordre séquentiel entre les différents singes de former un groupe dans la salle de l&#39;habitation. Comme les singes sont sensibles aux événements externes inquiétant, les tâches comportementales doivent être menées en présence d&#39;une musique de fond, pourrait masquer le bruit inquiétant provenant des chambres voisines ou des laboratoires. Il est crucial que pendant toute la durée de l&#39;expérience (de la formation initiale jusqu&#39;à la dernière session expérimentale quotidienne, une période de plusieurs mois voire des années), un singe donnée estplacé sous la supervision quotidienne de l&#39;expérimentateur même. Les tests comportementaux présents, utilisé depuis plusieurs années dans notre laboratoire pour quantifier la dextérité manuelle, sont dans une certaine mesure comparable à d&#39;autres tests de dextérité manuelle récemment rapporté dans la littérature 24-28. Il existe cependant un besoin crucial de standardiser les tests dans des laboratoires différents (pour une meilleure comparaison), qui est un objectif provisoire du présent rapport. Sur demande, les propriétés détaillées de l&#39;UPS configuration illustrée ici pour les tests de 1-4 peuvent être fournies par l&#39;auteur correspondant, afin de les reproduire. Au-delà de la question de la médecine régénérative (récupération de la lésion de la moelle épinière ou du cortex cérébral), la palette actuelle des tests peuvent être adaptés pour répondre à des questions normales primates non-humains de développement (cours du temps par exemple, du développement moteur des mouvements agiles), pour enquêter sur aspects de latéralisation (main de préférence / domination) et aux questions décrypter l&#39;évolution par cOMPARAISON les capacités du moteur de différentes espèces de primates, y compris des sujets humains. Notez cependant que les dimensions des appareils doivent être adaptés en fonction de la taille des chiffres »(épaisseur et longueur) des espèces de primates, car il peut influencer l&#39;exécution de la tâche. Dans la présente étude, les tests ont été effectués sur des singes Macaca fascicularis, allant de 2,5 à 8 ans et pesant entre 2,5 et 8 kg. La longueur de l&#39;index (utilisé en premier pour manipuler les granules) varie de 32 à 35 mm, tandis que la circonférence de la phalange distale (pointe) de l&#39;index se situait entre 22 et 25 mm chez les singes inclus dans nos études. Comme testées dans des expériences précédentes, les mêmes tests sont adaptés pour saisir Macaca mulatta ainsi. Toutes les expériences ont été menées en conformité avec le Guide pour les soins et l&#39;utilisation des animaux de laboratoire (1996) et approuvé par les autorités locales (suisse) Les autorités vétérinaires. Toutes les procédures expérimentales sur le singes, ainsi que les conditions de détention dans l&#39;animalerie, ont été décrites en détail dans les rapports récents de notre laboratoire: voir les références 12-18.

Évaluation comportementale de la dextérité manuelle de primates non humains

Behavioral Assessment of Manual Dexterity in Non-Human Primates

La cortico (CS) des voies est le support anatomique de la capacité du moteur exquise habilement manipuler de petits objets, une prérogative essentiellement des primates 1. En cas de lésion affectant le système de projection CS à son origine (lésion des aires corticales motrices) ou sur sa trajectoire (lésion de la moelle cervicale), il ya une perte dramatique de la dextérité manuelle (paralysie main), comme on le voit chez certains patients tétraplégiques ou hémiplégiques . Bien qu&#39;il y ait une certaine reprise spontanée fonctionnelle après lésion de ce type, il reste très limité chez l&#39;adulte. Différentes stratégies thérapeutiques sont actuellement proposées (thérapie cellulaire, par exemple, la neutralisation des inhibiteurs des molécules croissance axonale, l&#39;application de facteurs de croissance, etc), qui sont surtout développés chez les rongeurs. Toutefois, avant l&#39;application clinique, il est souvent recommandé de tester la faisabilité, l&#39;efficacité et la sécurité du traitement en primates non-humains. Cela est particulièrement vrai lorsque l&#39;objectif est de restaurer la dextérité manuelle, aprèsune lésion du système nerveux central, comme l&#39;organisation du système de moteur de rongeurs est différente de celle des primates 1,2. Macaques sont illustrés ici comme un modèle approprié de comportement afin de quantifier la dextérité manuelle chez les primates, afin de refléter les déficits résultant de la lésion du cortex moteur ou de la moelle cervicale, par exemple, mesurer l&#39;ampleur de la récupération fonctionnelle spontanée et, quand un traitement est appliqué, d&#39;évaluer combien il peut améliorer la récupération fonctionnelle. L&#39;évaluation comportementale de la dextérité manuelle est basé sur quatre formes distinctes, complémentaires des tâches atteindre et de saisir, manuel (utilisation de la poignée de précision pour saisir pellets), nécessitant une formation initiale des singes macaques adultes. La préparation de l&#39;animal est démontrée, ainsi que le positionnement par rapport à la comportementale set-up. La performance d&#39;un singe typique est illustré pour chaque tâche. La collecte et l&#39;analyse des paramètres pertinents reflétant la main manipulations précisestion, ainsi que le contrôle de la force, sont expliqués et démontrés avec des résultats représentatifs. Ces données sont ensuite placés dans un contexte plus large, montrant comment les données comportementales peuvent être exploitées pour étudier l&#39;impact d&#39;une lésion de la moelle épinière ou d&#39;une lésion du cortex moteur et dans quelle mesure un traitement peut améliorer la récupération fonctionnelle spontanée, en comparant différents groupes de singes (traités par rapport simulacre traitées par exemple). Avantages et limites des tests comportementaux sont discutées. La présente approche comportementale est en ligne avec les précédents rapports soulignant la pertinence du modèle de primate non-humain dans le contexte des maladies du système nerveux 2,3.

Comme la dextérité manuelle est une prérogative essentiellement des primates, des tâches comportementales ont été développés chez les singes macaques. Quatre atteindre et de saisir des tâches de préhension, mesurant la capacité de manipulation et de la main la force, permettent d&#39;établir la récupération fonctionnelle après une lésion du système nerveux central et de tester l&#39;effet d&#39;un traitement.

Le faisceau corticospinal (CS) constitue le support anatomique de la capacité motrice exceptionnelle permettant de manipuler avec dextérité de petits objets, une prérogative principalement réservée aux...

L'objectif général de cette procédure est d'évaluer quantitativement la dextérité manuelle des macaques. Cela est réalisé en transférant d'abord le singe vers une chaise pour primates sans causer de stress à l'animal. L'étape suivante de la procédure consiste à mesurer quotidiennement la performance manuelle de chaque main dans une tâche de préhension, dans laquelle le singe doit ramasser 50 petits objets en utilisant une prise de précision.Par la suite, trois autres tâches d'habileté manuelle sont réalisées afin de compléter l'évaluation comportementale. La dernière étape de la procédure consiste à analyser les performances à partir des séquences vidéo enregistrées durant les quatre tests. En définitive, des résultats peuvent être obtenus, montrant les déficits moteurs consécutifs à une lésion du système nerveux central ainsi que l'ampleur de la récupération fonctionnelle ultérieure, à travers l'évolution temporelle des paramètres comportementaux issus de l'analyse quantitative.Le principal avantage de cette technique par rapport à nos méthodes existantes, telles que la cotation clinique, qui, soit dit en passant, est sujette à une grande variabilité inter-observateurs, réside dans son caractère véritablement quantitatif et fiable, avec une variabilité modérée entre les individus. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des neurosciences comportementales, telles que les mécanismes sous-jacents à la réorganisation plastique du système nerveux central après une lésion ou une maladie neurodégénérative. Les implications de cette technique s'étendent vers la thérapie, en favorisant la régénération neuronale et/ou des stratégies de substitution après une lésion du système nerveux central, car le primate non humain constitue souvent une étape obligatoire avant l'application clinique d'une stratégie thérapeutique initialement développée.Chez les rongeurs, le primate non humain est un test fonctionnel spécifique aux primates, comme la dextérité manuelle, inadapté à l'observation des éventuels effets secondaires néfastes. La démonstration visuelle de cette méthode est essentielle, car les étapes d'entraînement des animaux sont difficiles à apprendre et doivent être exécutées de manière très reproductible. Bonjour, je suis Eric Ye, professeur de neurophysiologie à l'Université de Fryberg, en Suisse.La procédure sera démontrée par plusieurs expérimentateurs, le Dr. Ab, le Dr. Lin, qui sont tous deux chercheurs indépendants, le Dr. Melanie Keer, une postdoctorante de mon laboratoire, ainsi que trois étudiants en doctorat, Zandra Doin, Julie Vidor et Pauline Chatan. Avant les tests comportementaux, préparez le dispositif comportemental en laboratoire. Remplissez les puits des différentes planches de test avec les pastilles alimentaires qui serviront de récompense durant les tests.Ensuite, transférez le singe de la salle d'hébergement collectif vers une cage de transfert. Le singe est entraîné à pénétrer dans un tunnel permettant l'accès à la chaise pour primates, suivi du positionnement de la tête, mesurez le poids du singe. Finalement, transférez le singe dans la chaise pour primates vers le laboratoire.Le test modifié de la planche de Brinkman est la tâche comportementale de base de référence à réaliser lors de chaque séance comportementale. Trois caméras vidéo numériques sont utilisées pour enregistrer la séquence en vue d'un traitement ultérieur, une au-dessus de la planche et une de chaque côté de celle-ci. Pour commencer, déclenchez l'enregistrement vidéo avec les trois caméras.Placer le singe devant le plateau Brinkman. Ouvrir la fenêtre droite de la chaise pour primates afin de donner accès à la main droite. À l’aide de la main droite, le singe récupérera les comprimés alimentaires dans les 50 fentes après l’achèvement du test.Pour la main droite, fermez la fenêtre droite et remplissez à nouveau le plateau avec des granulés. Ensuite, ouvrez la fenêtre gauche et répétez le test pour la main gauche. À la fin du test, récompensez l'animal avec quelques raisins secs ou une amande.Cette procédure est répétée à la fin de chaque test afin de maintenir la motivation tout au long de la session quotidienne. Les aspects les plus difficiles de cette procédure consistent à obtenir un comportement régulier et reproductible chez les singes. Cela est réalisé en adoptant une procédure hautement standardisée et répétitive, comme par exemple en utilisant le même expérimentateur pour un singe donné et en menant la session de test à la même heure chaque jour.La boîte de Brinkman comprend 20 puits, 10 verticaux et 10 horizontaux. Contrairement au test un, le singe doit contrôler la main dans un espace limité avec un nombre réduit de degrés de liberté pour effectuer le mouvement de préhension de précision.Après avoir rempli le plateau avec des granulés, fermer la face supérieure de la boîte afin de réaliser d'abord le test. En l'absence de contrôle visuel, et donc en se fiant à l'exploration tactile, allumer la caméra numérique placée sous la boîte. Placer le singe devant la boîte Brinkman.Ouvrez la fenêtre gauche de la chaise pour primates afin de tester la main gauche. En l'absence de contrôle visuel, tandis que le singe tente de récupérer les 20 pastilles, la séquence est enregistrée par la caméra située sous la boîte. Ensuite, fermez la fenêtre gauche de la chaise pour primates. Remplissez à nouveau la planche avec des pastilles, puis ouvrez la fenêtre droite de la chaise pour primates.Le singe répétera le test avec la main droite. En l'absence de contrôle visuel, une fois les tests sans contrôle visuel terminés, ouvrez la face supérieure de la boîte pour évaluer la capacité à saisir les comprimés. Dans la boîte Brinkman sous contrôle visuel, remplissez à nouveau la boîte de comprimés et laissez le singe effectuer le test en utilisant la main droite.Lorsque le test avec la main droite est terminé, fermez la fenêtre droite de la chaise pour primate. Après avoir rempli à nouveau la boîte de granulés, ouvrez la fenêtre gauche de la chaise pour primate et laissez le singe effectuer le test. En utilisant la main gauche, la planche Brinkman rotative comporte 32 puits répartis en quatre rangées concentriques.Ce test est comparable au test modifié de la planche de Brinkman, sauf que la planche est en rotation, ce qui oblige le singe à anticiper le déplacement de la planche dans le sens horaire ou antihoraire. Remplir la planche avec des granulés. La séquence est enregistrée à l’aide de la caméra numérique placée au-dessus du dispositif.Pour commencer le test, ouvrez la fenêtre droite de la chaise pour primate. Le singe récupérera les comprimés des 32 alvéoles avec sa main droite pendant que le plateau tourne dans le sens horaire. Pour tester la main gauche, fermez la fenêtre droite, rechargez le plateau avec des comprimés et ouvrez la fenêtre gauche de la chaise pour primate.Le singe répète la tâche avec sa main gauche. Enfin, le test pour chaque main est effectué de la même manière que précédemment indiqué, tandis que le plateau tourne. Dans le sens antihoraire, la tâche de saisie en atteignant l'objet a été conçue pour combiner la capacité de compréhension avec la capacité de générer une force.Une caméra numérique est placée au-dessus du tiroir pour enregistrer les essais afin d'effectuer un contrôle hors ligne des données. Divers autres détecteurs enregistrent des événements discrets, tels que le contact de la main avec la poignée, l'entrée du doigt dans le puits et le retrait de la pastille du puits. Pour commencer le test, ouvrez la fenêtre droite de la chaise pour primate.Un faisceau lumineux est interrompu lorsque la main du singe s'approche de la poignée du tiroir. Ce déclencheur doux peut être utilisé pour synchroniser l'essai lors du traitement hors ligne. Le singe doit ouvrir le tiroir en exerçant d'abord une force de préhension sur la poignée, puis une force de traction pour ouvrir le tiroir, permettant ainsi d'accéder à une pastille placée à l'intérieur du tiroir.Alors que le tiroir reste ouvert, le comprimé est récupéré avec la même main. À nouveau, en utilisant la préhension de précision, le singe effectuera 10 essais à chacun des cinq niveaux de résistance différents. À l’aide de la main droite, un bouton analogique sur le dispositif permet de sélectionner le niveau de résistance après le test.Pour la main droite, le test est complet. Répéter le test avec la main gauche aux différents niveaux de résistance après avoir terminé les tests prévus ce jour-là, puis nourrir et récompenser le singe avec de la nourriture. En plus des granulés reçus pendant les tests, le singe reçoit généralement des céréales et des fruits après avoir mangé, puis il est ramené dans la salle d'hébergement collectif.Les quatre tests comportementaux présentés dans cette vidéo sont utilisés dans les études visant à examiner la récupération fonctionnelle après une lésion de la moelle épinière cervicale ou du cortex moteur. En l'absence ou en présence d'un traitement appliqué pour améliorer la récupération spontanée pour le test un, le plateau modifié de Brinkman, l'analyse se concentre sur deux paramètres. Le premier paramètre est le score donné par le nombre de granulés récupérés par le singe en 30 secondes, comptés séparément pour les fentes verticales et les fentes horizontales.Le deuxième paramètre est le temps de contact, défini comme l'intervalle de temps entre l'insertion du premier doigt dans la fente pour toucher le comprimé et le début du retrait du comprimé hors du puits. Comme illustré dans cette série d'images, l'image la plus à gauche montre la main qui s'approche de la fente contenant le comprimé. L'image suivante à droite correspond au moment du contact.Le cadre le plus à droite correspond au moment où le pelot est retiré de la fente. Ainsi, le temps de contact est de 240 millisecondes. Dans cet exemple, on présente ci-dessous des données représentatives issues de la tâche modifiée du plateau de Brinkman réalisée par un singe soumis à une lésion du cortex moteur.Le temps indique les jours consécutifs des séances comportementales. La ligne rouge pointillée verticale correspond au jour où la lésion a été réalisée. Le graphique du score illustre la phase d'entraînement initial, le plateau pré-lésion, la chute marquée du score immédiatement après la lésion, puis enfin, la récupération fonctionnelle progressive vers le plateau post-lésion.La récupération fonctionnelle correspond au rapport de la médiane du score post-lésion au plateau divisée par la médiane du score pré-lésion, soit 59 %. Dans cet exemple présenté ici, il s'agit des données de temps de contact. Sur ces graphiques, chaque point noir correspond à la durée de contact entre le doigt et le comprimé dans une fente. Pour chaque session, il y avait cinq essais par orientation.Les cinq premières tentatives effectuées par le singe pour chaque orientation, et la barre grise représente la valeur médiane. Puisqu'une augmentation du CT reflète un déficit, la récupération fonctionnelle correspond au rapport entre la médiane du CT pré-lésion divisée par la médiane du CT post-lésion au plateau, soit environ 28 %. Ce diagramme présente des données représentatives issues du test deux, la boîte de Brinkman, pour un singe réalisant la tâche sous contrôle visuel. Ici, un paramètre plus significatif est le temps total, défini comme l'intervalle de temps entre la prise de la pastille dans le premier emplacement et la prise de la pastille dans le dernier emplacement. Une différence statistiquement significative a été observée entre le temps total médian pré-lésion et le temps total médian post-lésion.Dans les dernières séances, la récupération fonctionnelle a été calculée à 89,6 %. Pour le test trois, une plaque tournante de Brinkman, un paramètre sensible est le temps de contact mesuré pour les 10 premières fentes. Ces deux graphiques sont issus d'un singe soumis à une lésion du cortex moteur. Le graphique supérieur correspond à une rotation dans le sens horaire et le graphique inférieur à une rotation dans le sens antihoraire de la plaque.Les deux flèches grises verticales indiquent que le temps de contact était infiniment long lors de quelques séances juste après la lésion, le singe étant incapable d'effectuer la tâche avec la main controlésionnelle. Cette dernière figure présente des données représentatives issues d'une séance réalisée par un singe lors du test quatre, la tâche de tirage atteindre-et-saisir. Le panneau A montre les données brutes correspondant à trois paramètres enregistrés en continu pendant un essai unique : la force de charge en rouge, la force de préhension en bleu et le déplacement du tiroir en vert. Plusieurs repères ont également été enregistrés pendant la tâche : le contact avec la poignée correspond au moment où l'animal touche pour la première fois la poignée, l'ouverture complète au déplacement total du tiroir, et le moment de la prise à l'instant de la saisie de la récompense pour l'analyse.Sept curseurs ont été placés à des points temporels critiques lors de la tâche de déroulement, verrouillés dans le temps au moment du contact avec la poignée par l'animal, au début de la force de préhension, à la force de préhension maximale, au début de la force de charge, à la force de charge maximale, verrouillés dans le temps au moment où le tiroir est complètement ouvert, et verrouillés dans le temps au moment de la saisie. Le panneau B représente les résultats quantitatifs pour deux paramètres enregistrés pendant la tâche de saisie du tiroir, la force de préhension et la force de charge. Le graphique de gauche montre la valeur maximale et le graphique de droite montre la valeur de la pente entre le début et le maximum.Quatre des cinq niveaux relatifs de résistance différents sont illustrés ici. Après cette procédure, des analyses supplémentaires peuvent être envisagées, comme une observation qualitative détaillée de la manière dont la prise en pince peut être réalisée par le singe afin de répondre à des questions complémentaires. Par exemple, l'émergence de stratégies de substitution pour atteindre le même objectif moteur fin au cours de la récupération fonctionnelle après une lésion. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d'évaluer quantitativement la dextérité manuelle chez les primates non humains à partir de quatre tests comportementaux abordant un éventail de paramètres moteurs.N'oubliez pas que le travail avec des primates non humains peut être extrêmement délicat sur le plan éthique. Par conséquent, des précautions telles que l'évitement du contact direct avec les singes afin de prévenir les morsures, par exemple, et l'assurance du bien-être animal doivent toujours être prises lors de la réalisation de cette procédure.

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