מאמר שיטה

מטלה מוטורית עדינה לחקר קינמטיקה של מפרקים במודל פרה-קליני של מחלות נוירודגנרטיביות

DOI:

10.3791/68128

⸱

13 ביוני 2025

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Psychology, Arizona State University, 2Phoenix Country Day School, 3School of Biological and Health Systems Engineering, Arizona State University

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחקר הנוכחי מתאר מבחן התנהגות מוטורית עדינה לבחינת ליקויים מוטוריים במודלים של מכרסמים, כולל חולדת TgF344-AD, באמצעות למידת מכונה.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

תפקוד מוטורי הוא מרכיב קריטי, אך לעתים קרובות לא מוערך, של מחלות ניווניות כמו מחלת אלצהיימר (AD) ודמנציות קשורות. מחקר חדש הראה כי משימות הכוללות התנהגות מוטורית עדינה, יכולת חזותית-מרחבית ותפקוד ניהולי בבני אדם עשויות להיות בעלות פוטנציאל לזיהוי מוקדם של מחלות. עם זאת, מעט ידוע על המנגנונים המדויקים שבאמצעותם משימות אלה מנבאות ירידה קוגניטיבית ותפקודית הקשורה למחלת אלצהיימר. בשיטה הנוכחית, משימה מוטורית עדינה, KINEMATIC Motor Ability Task (KINEMAT), נוצרה כדי לבחון שינויים ביכולת המוטורית לאורך התקדמות המחלה במודלים פרה-קליניים של AD ביחס למחלות ניווניות אחרות והזדקנות נורמלית באמצעות תוכנת למידת מכונה חינמית בקוד פתוח. כאן, הוכחת היתכנות הוקמה עם התכנון, הבדיקה והיישום של משימת המוטוריקה העדינה במחקר פיילוט של חולדות פישר 344 CDF עם ובלי ליקויים מוטוריים המושרים על ידי הרמלין. אימות נוסף, עם מודל חולדות של מחלת אלצהיימר (TgF344-AD), הוכיח עוד יותר את היתכנות המודל ורגישות למשימה. חולדות אומנו להושיט יד דרך חריץ קטן בקדמת החדר כדי להוציא כדור סוכר מאחת משלוש קערות בקושי משתנה. החזרת הכדורים נקבעה באמצעות אחד משלושה סיווגים: הצלחה (תפיסה ואכילה מוצלחת של כדור הסוכר), טיפה (תופסת אך מפילה את החטיף), או כישלון (הגעה שבה לא נרכשת גלולה, או כדורים נופלים מהקערה בעת ניסיון לתפוס). הבדלים משמעותיים ביכולת המוטורית נצפו בין חולדות ביקורת לחולדות שטופלו בהרמלין, שהודגמו על ידי ירידה בהיקף הטווח הכולל ושונות מוגברת של תנוחת כפות הרגליים. חולדות TgF344-AD הראו גם טווח הגעה כולל מופחת, כמו גם הצלחות מופחתות בכל הקערות. באימות זה כמשימה מוטורית עדינה במכרסמים, יש לו פוטנציאל עתידי לחקור הזדקנות נורמלית ומודלים פרה-קליניים של מחלות ניווניות, כולל אלצהיימר, כאשר הפתולוגיה והתסמינים מופיעים עם הזמן.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הוכח כי התפקוד המוטורי נפגע אצל אנשים עם דמנציה עקב מחלת אלצהיימר (AD) או תת-סוגים אחרים (למשל, דמנציה עם גופי לוי). חוזק האחיזה ומהירות ההליכה יכולים להבחין בין מבוגרים לקויים קוגניטיביתולא לקויים 1,2, אך אינם יכולים בהכרח להבדיל בין תת-סוגים שונים של דמנציה (כלומר, ספציפיות נמוכה)1,2. לפיכך, ממשיך להיות צורך בכלי אבחון חדשים לדמנציה מוקדמת, אולי בשילוב עם למידת מכונה, להערכת דפוסים מורכבים וקשרים בין התנהגות למצב מחלה 3,4. מודלים של בעלי חיים הם בעלי ערך לחקירת ההתקדמות של מחלות נוירודגנרטיביות כדי להציע תובנות לגבי הופעת מחלה מוקדמת, מתאמים התנהגותיים ושילוב למידת מכונה בצינורות ניתוח כדי להבחין בין חומרה להצגה 5,6,7.

שיטות התנהגות חדשות בבני אדם זיהו משימות הכוללות מיומנויות מוטוריות עדינות יחד עם עיבוד קוגניטיבי, כמו יכולת חזותית-מרחבית ותפקוד ניהולי 8,9,10. לדוגמה, מטלה תפקודית בגפיים העליונות יכולה לעקוב אחר דפוסים של ניוון עצבי ויכולה להבחין בין ליקוי קוגניטיבי קל (MCI) לבין AD. במשימה זו, בני אדם מעבירים שעועית גולמית (שתיים בכל פעם) מכוס ביתית מרכזית לכוס מטרה באמצעות כף. שלב המשימה בו נרכשים שעועית עם הכף מראה אסוציאציות חזקות יותר לקוגניציה (באופן ספציפי, זיכרון חזותי-מרחבי) מאשר השלב בו השעועית מועברת לכוס המטרה11,12. כאשר הכפית נכנסת לכוס, היא עלולה להפריע לשעועית בכוס, כלומר תנועות המשתתף עלולות להקשות על המשימה. יתר על כן, ככל שהניסוי מתקדם ומספר הפולים בכוס הביתית יורד, המשימה הופכת לקשה יותר (כלומר, הזמן לרכוש את השעועית עם הכפית גדל)13. הוכח כי משימה זו קשורה לפתולוגיה ספציפית למחלת אלצהיימר (עמילואיד)9,14 וניוון עצבי (ניוון היפוקמפוס)10,15, מה שמצביע על כך שביצועיה עשויים להיות תלויים במעגלים עצביים ובתהליכים התנהגותיים המושפעים בשלב מוקדם של תהליך המחלה. ידוע כי ייזום תנועה, תכנון, ביצוע ותיקון תנועה נשלטים על ידי רשת מגוונת החוצה את המוח, כולל קליפת המוח המוטורית, כאשר גופי תאים של נוירונים מוטוריים עליונים הממוקמים בקליפת המוח מסונכרנים על נוירונים מוטוריים תחתונים בחוט השדרה16. נוירונים מוטוריים נמוכים אלה מתקשרים ישירות עם השרירים כדי לשלוט בתנועה בצומת העצבי-שרירי. מסלולים עולים נושאים מידע חושי מהפריפריה לחוט השדרה, בעוד שמסלולים יורדים בתוך המוח מעבירים מידע כיווני לגבי איך והיכן לחזור לשרירים17,18. הבנת האופן שבו מסלולים אלה מושפעים באופן סלקטיבי מפתולוגיה של אלצהיימר היא קריטית להבנת התקדמות המחלה, במיוחד מכיוון שמודלים גנטיים של בעלי חיים, כולל עכבר 3xTg-AD וחולדת TgF344-AD, שימשו בעבר לחקר האופן שבו גנים של אלצהיימר משפיעים על תנועה, קואורדינציה וליקויים מוטוריים אחרים 19,20,21. בדרך כלל, משימות אלה מתמקדות בליקויים מוטוריים גסים הקשורים לתנועת כל הגוף, אך ליקויים מוטוריים בבני אדם משתנים הרבה יותר, שיכולים להיות קשים לזיהוי במכרסמים22. לכן יש צורך במשימות חדשות כדי לגשר על הפער בין מודלים אנושיים ובעלי חיים כדי ללכוד את השונות הזו.

אזור אחד במוח המעורב בדרך כלל בליקויים מוטוריים ורעידות הוא המוח הקטן23. המוח הקטן הוא מווסת משמעותי של תנועות מדויקות ומתואמות ופועל כמעבד של מידע חושי כדי לספק משוב דרך מסלולים יורדים כדי לתקן ולהתאים את התנועה הרצונית הזו24,25. חשוב לציין כי ניוון המוח הקטן זוהה אצל אנשים עם אלצהיימר, אך בניגוד לאזורים אחרים כמו ההיפוקמפוס, שקיעת עמילואיד מוגברת במוח הקטן אינה בקורלציה עם ניוון מוגבר26. בעוד שהתקדמות הפתולוגיה של אלצהיימר שונה במוח הקטן, ישנם קשרים דו-כיווניים רב-סינפטיים בין המוח הקטן להיפוקמפוס שככל הנראה מופרעים ב-27,28,29 לספירה. יש לציין כי ישנם קשרים תפקודיים בין המוח הקטן להיפוקמפוס, שכן ליקויי זיכרון תועדו כמתרחשים לאחר כריתת גידול מוחי 30,31,32,33,34,35,36,37. במכרסמים, תאי מקום בהיפוקמפוס מופרעים עם הפרעה מוחית38. ליקויים חופפים אלה בזיכרון, חברותיות ושליטה מוטורית מדגישים את החשיבות של חשיפת שינויים מוקדמים פוטנציאליים במסלולים מוטוריים המתרחשים לפני ירידה קוגניטיבית 30,31,38,39. עם יישום מטלות מוטוריות עדינות במחקר מוקדם של אלצהיימר, אנו עשויים להתחיל לעצב מחדש את ההבנה המסורתית של אלצהיימר כהפרעה קוגניטיבית פשוטה ולהפנות את מאמצי האבחון לשינויים מוטוריים מוקדמים שעשויים לנבא את התקדמות המחלה ועשויים להיות ניתנים להבחנה רבה יותר בין אנשים מזדקנים לקויים קוגניטיבית ובלתי לקויים.

כדי להבין כיצד התנהגות מוטורית עדינה יכולה להעיד על שינויים במבנה המוח, נוצרה ונבדקה גרסת מכרסמים של המטלה האנושית שתוארה לעיל. משימת מכרסמים זו נקראה KINEMAT (משימת יכולת מוטורית KINEmatic), והיא חורגת ממשימות הגעה קודמות הדורשות אחזור של כדור בודד מהדום או גרם מדרגות והניקוד הפשטני יותר כתוצאה ממיקום עקבי של כדורים בכל שלבי המשימה 40,41,42,43,44,45,46, 47,48. משימת הגעה מוטורית עדינה זו כוללת שיטות ניקוד חדשות, קערות עם קשיים שונים ותכונות הפרעה עצמית כדי לחקות את המקבילה האנושית, עם תנועת גלולה והתאמות אסטרטגיית משתתפים לאחר מכן מרכזיות בעיצוב. משימה זו משתמשת בכלי למידת מכונה, Social LEAP Estimates Animal Positions (SLEAP) ו-keypoint-MoSeq49,50, המאפשרים מדידה כמותית ובלתי משוחדת של יכולת מוטורית עדינה והתנהגויות הגעה. בעוד שמודלים חישוביים בולטים אחרים פותחו למשימות הגעה מיומנות במכרסמים 44,45,51, keypoint-MoSeq מבטל רעש כדי לאפשר כימות מדויק של תנועה ותנוחות אחיזה50. ביצועי המשימות ואסטרטגיית הלמידה המוטורית שוחזרו באמצעות מצלמת ראיית מכונה בעלת ביצועים גבוהים בחולדות טיפוסיות ומופרעות מוטורית באמצעות Harmaline52. הרמלין מפעיל יתר על המידה את גרעין הזיתים התחתון ומשבש את תפקוד המוח הקטן באמצעות סיבי טיפוס גלוטמטרגיים53,54. בנוסף, נבדקה יכולת מוטוריקה עדינה בתת-קבוצה של חולדות TgF344-AD. לפיכך, היה צפוי שמטלת המוטוריקה העדינה תמצא ליקויים מדידים בחולדות שטופלו בהרמלין ובחולדות TgF344-AD ביחס לעמיתיהם הטיפוסיים כהוכחת רעיון. פרוטוקול זה מתאר את בניית המשימה המוטורית העדינה, אילוף וניסוי בעלי חיים, וכימות התנהגות הגעה באמצעות SLEAP ו-keypoint-MoSeq.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כל השיטות המתוארות כאן אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של אוניברסיטת אריזונה סטייט.

1. תכנון ובניית החדר

  1. הכן את הלוחות האקריליים השקופים. סכמות הקופסה ממוקמות בכתובת https://github.com/verpeutlab/ADFineMotorTask. חותכים לוחות אקריליק שקופים למידות הבאות (כל הלוחות בעובי 1 ס"מ):
    1. גזרו שני לוחות צד: 26 ס"מ × 22 ס"מ.
    2. גזרו פנל עליון: 27 ס"מ × 12 ס"מ.
    3. גזרו את הפאנל התחתון הראשון: 26 ס"מ על 10 ס"מ
    4. גזרו את הפאנל התחתון השני: 26 ס"מ על 11 ס"מ
    5. חיתוך לוח קדמי: 20 ס"מ × 11 ס"מ.
    6. גזרו פנל אחורי: 20 ס"מ על 12 ס"מ
    7. גזרו חריץ בלוח הקדמי (140 מ"מ על 12 מ"מ). מקם את החריץ במרכז, כשהקצה התחתון שלו מיושר עם החלק התחתון של הפאנל.
    8. גזרו חריץ פנימי: 1 ס"מ. בקצוות הפנימיים של לוחות הצד, צור שקע או חריץ כדי לאפשר לפאנל הקדמי להחליק פנימה והחוצה בצורה מאובטחת.
      הערה: אם תכונת ההזזה אינה נדרשת, ייתכן שהלוח הקדמי מודבק לצמיתות כדי לפשט את הבנייה.
    9. קדחו חורים במרווחים שווים (קוטר 5 מ"מ) לתוך הפאנל התחתון השני כדי לאפשר לכדורים ליפול דרכם אם נופלים. רווח את החורים במרחק של 1 ס"מ זה מזה בתבנית רשת.
  2. הרכיבו את החדר עם דבק (איור 1A).
    הערה: השתמש בדבק חזק ושקוף שתוכנן במפורש לחומרים אקריליים.
    1. לוחות צד: מרחו קו רציף של דבק לאורך שולי הפאנל התחתון. מקם את לוחות הצד בצורה אנכית ולחץ בחוזקה. אפשר לדבק להתרפא לפי הוראות הייצור.
    2. לוח אחורי: מרחו דבק על הקצוות האחוריים של הפנלים הצדדיים והתחתונים. מקם את הלוח האחורי ולחץ אותו למקומו.
    3. פנל עליון: מרחו דבק על הקצוות העליונים של הפנלים הצדדיים והאחוריים. מקם את הפאנל העליון ולחץ בחוזקה.
    4. פאנל קדמי: החלק בזהירות את הפאנל הקדמי לתוך החריצים בלוחות הצדדיים, הבטח התאמה צמודה אך חלקה, או מרח דבק לאורך קצוות הפאנל הקדמי והדק אותו לצדדים, למעלה ולתחתונים.
      1. בדוק את תנועת הפאנל וודא שהוא מיושר במדויק עם שאר החדר.
  3. תאורת הגדרה
    1. מקם את אור האינפרא אדום (IR) בקצה הנגדי של תא הבדיקה, המצביע לכיוון החדר. הניחו דף נייר בנייה לבן על גבי החדר כדי להחזיר את האור כלפי מטה.
      הערה: תאורה היא קריטית למעקב נכון, וכל ההקלטות צריכות להתבצע באור IR בחדר חשוך.
  4. הכן את קערת האימון.
    1. ייצרו את קערת האימון ברדיוס של 31 מ"מ והרחבה של 32 מ"מ באמצעות מדפסת תלת מימד. STL file זמין ב-https://github.com/verpeutlab/ADFineMotorTask (איור 1B: למעלה)
    2. חבר את קערת האימון לתחתית החדר ישירות מול החריץ. מקם את הקערה כך שהקצה העליון שלה יהיה בערך מעל גובה העיניים של החולדה בתוך החדר, באמצעות מעמד תומך, כגון גוש עץ.
  5. הכינו את קערות הבדיקה (איור 1B: אמצע ותחתון).
    1. הדפס את הקערות באמצעות קבצי STL המצורפים. שני עיצובי קערות נפרדים מסופקים: "רגיל-פחות" ו"פלינקו". (https://github.com/verpeutlab/ADFineMotorTask)
      1. בדוק את הדיוק והעמידות הממדיים (מידות: 50 מ"מ עומק x 40 מ"מ רוחב).

2. חומרת מחשב ומצלמה

  1. השתמש בחצובה כדי להרכיב את המצלמה בצורה מאובטחת.
  2. מקם את המצלמה במרחק של כ-15-20 ס"מ מהפאנל הקדמי של החדר.
    1. כוונן את הגובה והזווית של החצובה כך שהמצלמה תלכוד תצוגה איזומטרית של 45° הן של החריץ והן של הקערה.
      הערה: ודא ששדה הראייה של המצלמה מקיף את כף החולדה ואת טווח ההגעה המלא, את החריץ ואת קערת האימון או הבדיקה. בדוק זוויות ומרחקים שונים במידת הצורך כדי להשיג נראות אופטימלית.
  3. הורד תוכנה להתאמה למצלמה להקלטות התנהגותיות (https://www.teledynevisionsolutions.com/products/spinnaker-sdk) ופתח את התוכנה כדי להשתמש במצלמה כדי להקליט התנהגות.
    1. השתמש בהגדרות המצלמה הבאות: מצב רכישה: רציף, קצב פריימים: 216 הרץ, מצב חשיפה: מתוזמן, חשיפה אוטומטית: כבוי, זמן חשיפה: 4430 מיקרון, הגברה אוטומטית: כבוי, הגברה: 16.85 dB, גמא: 0.8.
    2. הגדרות ההקלטה הן כדלקמן: סוג קובץ H264, קצב סיביות של 5 מיליון (5,000,000).
    3. כדי להקליט במשך 10 דקות, הזן 130,000 פריימים והשתמש במצב סטרימינג כדי לשמור.
      הערה: מומלץ להשתמש במכשיר ייעודי עם זיכרון RAM של 16 GB לפחות ובכונן קשיח פנימי של 1 TB לאחסון נתונים.

figure-protocol-1
איור 1: סכמטי של משימת המוטוריקה העדינה. (A) ייצוג מצויר של מטלת המוטוריקה העדינה שבה חולדה מושיטה יד דרך חריץ כדי להשיג כדור סוכר. תפוצות נרשמות לניתוח למידת מכונה. ישנן שלוש קערות נפרדות בשימוש: קערת אימון (למטה משמאל), קערה (תחתונה אמצעית) רגילה/פחות, וקערת פלינקו (מימין למטה) עם מכשולים מוקפים בעיגול אדום. (B) סכמות של עיצוב כל קערה, כולל קערת אימון (עליונה), קערה רגילה/פחות (אמצעית) וקערת פלינקו. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

3. הכנת בעלי חיים

  1. צמד (לפחות) חולדות פישר 344 CDF (זכר ונקבה, >גיל 3 חודשים) במחזור אור/חושך הפוך כדי לאפשר בדיקה מתי בעלי החיים פעילים ביותר.
  2. שקלו את כל המכרסמים שבוע לפני תחילת ההתרגלות וספקו ~30 גרם מזון למכרסם במשקל של מעל 300 גרם ו~15 גרם למכרסם 100-300 גרם כדי לשמור על בעלי חיים ב-90% ממשקל הגוף.
    1. שקלו מדי יום את החולדות והתאימו את המזון בהתאם, הפחיתו את כמות המזון המסופקת ב-1-2 גרם ליום עד שהמכרסם יגיע ל-90% ממשקל הגוף. טיפול יומיומי יעזור גם להרגיל את בעלי החיים לנסיין.
    2. לאורך ההרגלה והבדיקה, המשך בהליך זה, התאם את המזון ב +/- 0.5 גרם כאשר המשקל יורד מתחת לסף או עולה עליו.
    3. במהלך הבדיקה, שקלו בעלי חיים לפני תחילת המשימה, ולאחר מכן ספקו מזון שהוקצה מיד עם החזרה לכלוב לאחר השלמת המשימה.
      הערה: כל ירידה פתאומית במשקל (>15%) במשך 1-2 ימים עלולה להצביע על בעיה בסיסית, ויש להתייעץ עם וטרינר.

4. התרגלות (יומיים)

  1. הפעל את נורית ה-IR, המצלמה והמחשב.
  2. הניחו את קערת האימון עם הכדורים בחריץ הפתיחה, וודאו שקצה הקערה משתרע מעט לתוך המכשיר (כ-2 ס"מ בתחילה).
  3. העבירו את הכלובים לחדר הבדיקות ואפשרו לחולדות להתאקלם למשך 5 דקות.
  4. יום 1: הוסיפו חולדות בזוגות לתא ואפשרו להן לחקור במשך 20 דקות. הניחו 3-5 כדורי סוכר בכלוב הביתי לאחר הבדיקה כדי לאפשר לחולדות להכיר את הכדורים.
    הערה: גודל גלולה של 45 מ"ג מאפשר שליפת כדור בודד.
  5. נקה את החדר עם מגבון חיטוי בין חולדות. בסוף היום יש לרסס באתנול לחיטוי.
  6. יום 2: הרגיל מכרסמים בנפרד למכשיר באותו הליך (20 דקות). אם מכרסמים נראים מפוחדים או נמנעים מהחלק הקדמי של המכשיר והקערה, המשיכו להתרגל עד שהתנהגות זו תיפתר. המשיכו לתת כדורים כפינוקים בכלוב הביתי (3-5 כדורים).
    1. כדי לעודד היכרות וגישה לקערה, הזיזו את הצינור המוארך רחוק יותר לתוך תריס המכשיר בהדרגה במהלך ההתרגלות, והזיזו את הקצה 0.5 ס"מ בכל פעם קרוב יותר למכרסם כדי להקל על ההגעה.
      הערה: יש לבצע הרגל, בדיקה ואימון באותו מקום תחת תאורה אדומה כדי למנוע את ההשפעה של סביבה חדשה.

5. עיצוב (10 ימים)

  1. הפעל את נורית ה-IR, המצלמה והמחשב.
  2. העבירו כלובים לחדר ואפשרו לחולדות להתאקלם למשך 5 דקות.
  3. בעזרת קערת האימון, ספקו 1-5 כדורים לאורך הארכה, כאשר הארכה ממוקמת במלואה בתוך המכשיר ביום הראשון. אלף בעלי חיים במפגשים של 10 דקות. הקלטה במהלך העיצוב היא אופציונלית.
    הערה: כדי להכיר למכרסמים את הכדורים, חשוב לספק כמה כדורי סוכר בתוך המנגנון עצמו כדי להפחית את הסלידה מהכדורים בקערה. סביר להניח שמכרסמים יאכלו את הכדורים בתוך המנגנון מכיוון שהם ניתנים להשגה בקלות ויזהו את הכדורים הללו בקערה. חשוב להרגיל אותם לפנות לכיוון הנכון של המכשיר ולהרגיל לגעת בקערה.
  4. בימי האימון הבאים, התחל למשוך את הארכת הקערה מהמכשיר. זה ידרוש ממכרסמים להתקרב לפתח המכשיר בחזית ולעודד אינטראקציה עם הרחבה ממש מחוץ למנגנון.
    1. העיצוב מאפשר מיקום ספציפי של כדורים. לדוגמה, הניחו את הכדורים בקצה הקערה הקרובה ביותר למכרסם והתרחקו בהדרגה כדי לעודד את המכרסם להושיט יד מחוץ למנגנון.
  5. ככל שמכרסמים מרגישים יותר בנוח לקחת כדורים מקצה התוספות, גם אם רק דרך הפה, מתחילים להכניס כדורים דרך הפינצטה כדי לעודד התנהגות הגעה.
    1. החזיקו כדור אחד בפינצטה ממש מחוץ למכשיר, ואפשרו למכרסמים פשוט לגעת בפינצטה. תגמלו מיד את ההתנהגות הזו כדי לעודד הגעה נוספת.
    2. ככל שמכרסמים נעשים נוחים יותר לגעת בפינצטה, אפשרו להם להגיע קצת יותר רחוק מהמנגנון כדי לגעת או לתפוס את הכדור על ידי החזקת הפינצטה קצת יותר רחוק מפתח המנגנון.
      הערה: רשמו הערות על כל התנהגויות בעלי החיים, במיוחד אם בעלי חיים מפחדים מהקערה או לא מגיעים. בעלי חיים אלה עשויים להזדקק לימי עיצוב נוספים.
  6. ברגע שמכרסמים מגיעים ברציפות ובאופן עצמאי למשך 3 ימים לפחות (איור 2A), עוברים לקערה הפשוטה עד ליצירת התנהגות (הגעה רציפה למשך 3 ימים עם לפחות 10 הגעות עצמאיות ביום).
    1. כאשר מכניסים את המכרסמים לקערה הרגילה, וודאו שהקערה מלאה ככל האפשר בכדורים כדי שהמכרסמים יוכלו לדמיין את הכדורים מעל צד הקערה.
      הערה: ייתכן שיידרש עידוד הגעה באמצעות פינצטה בשלב זה.
  7. נקה את החדר עם מגבון חיטוי בין חולדות. בסוף היום יש לרסס באתנול לחיטוי.

6. התכוננו לבדיקה:

  1. הבדיקה הושלמה על פני 9 ימים (איור 2A), כאשר כל מכרסם מבצע 3 ניסויים בכל קערה, כאשר כל ניסוי של 10 דקות מתרחש בימים עוקבים.
    הערה: הבדיקה מתבצעת בצורה הטובה ביותר בבוקר.
  2. בכל יום של בדיקה, שקלו את החולדות. לאחר השלמת הבדיקה, החולדות נשארות בכלובים ביתיים למשך 30-60 דקות לפני הבדיקה, מכיוון ששקילה עלולה לגרום ללחץ ולעכב התנהגות הגעה.
  3. הפעל את המחשב והגדר את הקערה. חבר את המצלמה והאור. פתח את תוכנת ההקלטה והתאם את הגדרות המצלמה כמתואר בסעיף 2 של הפרוטוקול.
    הערה: מומלץ להקליט לפחות 200 פריימים לשנייה (fps) כדי ללכוד את כל תנועות הכפות.
  4. יישר את הקערה במסגרת המצלמה ודמיין אותה בתוכנת ההקלטה על ידי לחיצה על כפתור ההפעלה. הנח את הקערה עם המכשיר והמצלמה בזווית של 45 מעלות לצד הקערה.
    1. הזז את המצלמה כדי ללכוד את הושטת היד ישירות חזיתית כדי לחקור את תנועת הספרות ותנועת כף היד, כמו גם את התנועה הקשורה לגובה כף היד מעל הקערה במהלך ההושטה.
    2. הנח את המצלמה ישירות בניצב לקערה כדי ללכוד את תנועת היד והזרוע אל הקערה וממנה, אך לא מיקום ספרות או פרטים על התנהגות אחיזה.
      הערה: למרות שזווית של 45° מומלצת כדי ללכוד תנועה לאורך מישורי x, y ו-z, תצורות אחרות עשויות ללכוד מידע בקלות רבה יותר עבור המחקר הרצוי.

7. בדיקה (9 ימים)

  1. הניחו את החולדות בחדר להתרגל למשך שעה.
  2. הניחו את הקערה הראשונה על משטח הקערה, ואבטחו אותה בשעווה דנטלית. ודא שהחלק הקדמי של הקערה צמוד וממורכז עם פתח המכשיר.
  3. תן שם לקובץ הווידאו בתוך Spinview עם מספר זיהוי החולדה, תאריך ההקלטה ושעת ההקלטה.
  4. הנח את החולדה במנגנון. סגור את המכסה והניח את הקרטון הלבן מעל כדי להסיט את האור.
  5. בשלב זה, בדוק שוב את זווית המצלמה כדי לוודא שהסצנה המתאימה מצולמת והתאם את הקערה אם היא לא ממורכזת.
  6. יוצקים את הכמות הנכונה של כדורים לקערה ולוחצים על התחל הקלטה.
    יום 1-3 קערה רגילה: ~100 כדורים
    יום 4-6 קערה פחות: ~50 כדורים
    יום 7-9 קערת פלינקו: ~50 כדורים
  7. הישאר בחדר לאורך כל הבדיקה כדי לנטר באופן רציף את החולדה, לרשום הערות על הגעה לביצועים והתנהגות ולהוסיף כדורים לפי הצורך כדי לשמור על הכמות הנכונה.
    1. עבור הקערה הרגילה, ודא שמכרסמים יכולים לראות כדורים מעבר לקצה הקערה ושתמיד ניתן להשיג כדורים (כלומר, מילוי הקערה לאורך כל הניסוי כאשר הכדורים פוחתים, הכדורים מונחים בשכבות).
    2. לקערת פחות: בדוק שהכדורים אינם נערמים זה על זה ויש מקום בין הכדורים, מה שמאפשר להם להתפזר כאשר החולדה מנסה להגיע.
    3. לקערת Plinko: ודא שיש מספיק כדורים כדי להיות נגישים בין חסימות.
  8. החזירו את בעל החיים לכלוב הביתי שלו וספקו לו את המזון שהוקצב. נקה את החדר עם מגבון חיטוי בין חולדות.
  9. בסוף היום יש לרסס באתנול כדי לחטא את כל החדר כדי להתכונן ליום המחרת.
    הערה: אם בודקים מכרסמים זכרים ונקבות כאחד, הקפידו לאזן את המינים עם כמה נקבות וכמה זכרים שנבדקו מוקדם יותר בבוקר, ותערובת דומה נבדקה מאוחר יותר. שמור על סדר הבודקים לאורך כל הניסוי.

figure-protocol-2
איור 2: אימון ובדיקה של חולדות שמבצעות את מטלת המוטוריקה העדינה. (A) ציר הזמן של הניסוי. החולדות הורגלו למנגנון במשך יומיים ולאחר מכן עברו הליכי עיצוב במשך 10 ימים. בעלי חיים נבדקו ליכולת מוטוריקה עדינה בכל שלוש הקערות במשך שלושה ימים בכל קערה. לאחר מכן, בעלי חיים הוזרקו עם הרמלין ונבדקו מחדש על כל קערה במשך שלושה ימים. (B) חולדות (n = 6) עברו שתי קערות שונות (קערת אימון ורגילה) במהלך תהליכי עיצוב, וסוג הקערה הוחלף ביום החמישי כדי לשפר את טווח ההגעה. הייתה עלייה משמעותית בעיצוב במשך 10 ימים כדי להגיע לקריטריונים (F(9, 45) = 13.5, p < 0.001). הפס האפור מציין את המעבר בין קערת האימון המקורית לזרם הצינור המוארך. (C) עבור בדיקת כל שלוש הקערות, היה הבדל משמעותי בסך כל ההגשות לאורך 9 ימי הבדיקה (F(8, 32) = 3.74, p = 0.003). הערה: חולדה 2 הוסרה לאחר העיצוב. קערת פלינקו הביאה להבדלים מובהקים בין קערת לס (p = 0.001) לקערה רגילה (p = 0.027). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

8. מידול שיבוש מוטוריקה עדינה באמצעות הרמלין

הערה: כדי לזהות את ההשפעות של הפרעות מוטוריות על המוטוריקה העדינה והביצועים במטלה המוטורית העדינה, הוזרק לחולדות הרמלין (10 מ"ג/ק"ג), אלקלואיד β-קרבולין המהווה מעכב הפיך של מונואמין אוקסידאז-A ומכוון לזית הנחות 52,55,56,57. הרמלין במודלים של מכרסמים משפיע על היציבה ושיווי המשקל, מגביל את הקואורדינציה המוטורית העדינה וגורם להפרעה מוטורית בגפיים העליונות.

  1. שקלו את החולדות כדי לחשב את מינון ההרמלין המתאים.
  2. אפשר לחולדות להתרגל לחדר הבדיקה למשך שעה.
  3. הפעל את המחשב והגדר את הקערה. חבר את המצלמה והאור. פתח את תוכנת ההקלטה והתאם את הגדרות המצלמה כמתואר בסעיף 2 של הפרוטוקול.
  4. הזרקת מכרסמים עם הרמלין (10 מ"ג/ק"ג, i.p.).
  5. לאחר 15 דקות, שפכו את הכדורים לקערה המתאימה והתחילו להקליט. בדוק את החולדה על כל קערה במשך 3 ימים.
    יום 1 קערה רגילה: ~100 כדורים
    יום 2 קערה פחות: ~50 כדורים
    יום 3 קערת פלינקו: ~50 כדורים
    הערה: עקוב אחר מקום ההזרקה לאיתור חריגות, כולל גירוי בעור, התנהגויות כואבות, אטקסיה, היפותרמיה ושינויי יציבה עד 3 שעות לאחר ההזרקה. לאחר 3 שעות, המשך לעקוב אחר כל שינוי בהתנהגות, כולל חביון לאכילה או שתייה, או כל רעד שיורי.

9. ניתוח וידאו באמצעות למידת מכונה

הערה: לאחר איסוף נתונים והקלטת וידאו, הגעות נספרו באופן ידני וקיבלו ניקוד כדלקמן: הצלחה (אחזור וצריכה של גלולה), טיפות (מאחזר את הגלולה אך מפיל את הגלולה לפני הצריכה), כישלון (לא ניתן לאחזר גלולה). נתונים אלה שימשו כנתוני אמת קרקעית לניתוח למידת מכונה.

  1. באמצעות קוד Python מותאם אישית ב-https://github.com/verpeutlab/ADFineMotorTask, נערכו השוואות בין בעלי חיים שטופלו ב-Baseline ו-Harmaline כדי לזהות שינויים בביצועי ההגעה (איור 3, איור 4, איור 5 ואיור 6).
  2. כדי לנתח קינמטיקה משותפת של התנהגות הגעה, כולל מסלול הגעה, קונפורמציה ומיקום כפות רגליים, ושינויים באסטרטגיית ההגעה על פני סוגי הקערה השונים, השתמש בתוכנת למידת המכונה החינמית והקוד הפתוח Social LEAP Estimates Animal Pose (SLEAP) (ראה https://sleap.ai/ להסבר נרחב יותר ומדריך צעד אחר צעד לשימוש בתוכנת הקוד הפתוח49).
    הערה: ניתן להוריד את SLEAP49 בשעה https://github.com/talmolab/sleap.
  3. פתח פרויקט חדש והוסף 3 סרטונים של משימת ההגעה.
  4. צור שלד המורכב מ-15 צמתים: זרוע עליונה אחת, פרק כף יד אחד, מרכז כף יד אחד, 4 בסיסים, 4 מפרקי אצבעות ו-4 צמתים בקצות האצבעות (הורד את השלד ב-https://github.com/verpeutlab/ADFineMotorTask).
  5. הוסף קצוות בין הצמתים כך שהזרוע העליונה תתחבר לפרק כף היד, ואז למרכז כף היד. ממרכז כף היד, חברו את צמתי הבסיס, מפרק האצבעות וקצות האצבעות כך שמרכז כף היד הוא תמיד הצומת ההתחלתי (איור 7A).
  6. סמן מינימום של 50 פריימים לפני אימון הריצה. כאן אפשר לאמן מודל חדש או להשתמש במודלים עבור ממורכז ומרכזי ב-github: https://github.com/verpeutlab/ADFineMotorTask.
  7. לאחר אימון המודל, פתח סרטון חדש והפעל מסקנה: trackin.match: greedy, n_instances:1, tracking.clean_instance_count: 1, tracking.target_instance_count: 1, tracking.pre_cull_to_target: 1.
    הערה: ניתן להפעיל הסקה כקובץ Script של bash באשכול מקומי. סרטוני וידאו במעקב עשויים לדרוש הגהה (ראה https://sleap.ai/ הוראות הגהה).
  8. כדי לנתח עוד יותר את הצמתים ולהבין את ההבדלים בין הקבוצות בקינמטיקה משותפת, השתמש ב-keypoint החינמי והקוד הפתוח-MoSeq50 (ראה https://github.com/dattalab/keypoint-moseq לפרטים על הורדה והוראות שימוש).
  9. צור הברות בדידות של התנהגות באמצעות keypoint-MoSeq50 (איור 7B). בצע ניתוח נוסף כדי למפות את תדירות המעבר, ההסתברות והשינויים בתדירות המעברים בין תנאי הרמלין לתנאי הבסיס לקערה (איור 7C, D). ראה https://github.com/verpeutlab/ADFineMotorTask לקוד ניתוח.

figure-protocol-3
איור 3: שינויים בהושטת יד בין קערות וטיפול. (A) עבור בדיקות בסיס (n = 5), בכל 3 הקערות, היה הבדל משמעותי בסך הטווח (H(df) = 8.48, p = 0.014, Kruskal-Wallis), כאשר יותר הגעות התרחשו עם סוג קערת Plinko (p = 0.011, מבחן דאן פוסט-הוק עם תיקון בונפרוני). (B) הפרעה בהרמלין (n = 5) לא גרמה להבדלים בין סוגי הקערות. שגיאות מדווחות כ-S.E.M. *p <-0.05. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-4
איור 4: השוואת ביצועים בין תנאים ובין סוגי קערות. (A) היה הבדל משמעותי בקערה (F(2) = 5.78, p = 0.007) ובתוצאה (F(2) = 3.92, p = 0.029) במהלך בדיקות הבסיס. ניסיונות ההגעה גדלו ככל שסוג הקערה נעשה קשה יותר, אם כי טווח ההגעה צומצם מקו הבסיס על פני כל הקערות במצב הרמלין. (B) לא נמצאו הבדלים בחולדות שטופלו בהרמלין בספירת טווח הגעה בין קערות. (C) היה הבדל משמעותי בתוצאות (F(2) = 2.07, p < 0.001) במהלך מבחן הבסיס כאשר נותח לפי ביצועים. (D) לא נמצאו הבדלים בחולדות שטופלו בהרמלין מבחינת ביצועי הקערה או התוצאה. שגיאות מדווחות כ-S.E.M . אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-5
איור 5: השוואה בין תנאי בסיס להרמלין. (A) לא היו הבדלים בהצלחה בביצועים בין התנאים. (B) עבור ספירת כשלים, היה הבדל משמעותי בין תנאי בסיס והרמלין (H(df) = 4.85, p = 0.028, Kruskal-Wallis) עם השפעה משמעותית שנמצאה במצב הרמלין (p = 0.028, מבחן דאן פוסט-הוק עם תיקון בונפרוני). שגיאות מדווחות כ-S.E.M . אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-6
איור 6: שיעורי למידה והגעה. (A) לחיות הרמלין היה קצב למידה מופרע בהשוואה למצב הבסיס (t-stat = 2.833, p = 0.022). (B) עבור סך כל ההגעות לדקה, הייתה אינטראקציה משמעותית בין קערה (פחות) ומצב (הרמלין) (F(1,5) = 9.83, p = 0.002, מודל ליניארי מעורב) וקערה (plinko) ומצב (הרמלין) (F(1,5) = 22.67, p < 0.001, מודל ליניארי מעורב). הרמלין הפחיתה את סך ההגעות לדקה בכל סוגי הקערות (פחות: p = 0.01, Plinko: p < 0.001) בהשוואה לקו הבסיס. השגיאות מדווחות כ- S.E.M. *p < 0.05, ***p < 0.001. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-7
איור 7: למידת מכונה מזהה תנוחות ייחודיות ואסטרטגיית משימה. (A) מיקומי צמתים על כף החולדה שמסומנים באמצעות SLEAP. (B) דוגמאות להברות שזוהו על ידי keypoint-MoSeq במהלך ההגעה. (ג) מטריצה של תדרי מעבר ביגרם בין הברות עוקבות. הסתברויות המעבר מנורמלות על ידי ספירת הביגרמות הכוללת. (D) גרף מעבר המשווה הבדלי מעבר בהברה בין הרמלין לקו הבסיס. צמתים בגרף מייצגים הברות, והקצוות מציינים מעברים ביניהם. קצוות בולטים יותר מציינים מעברי הברה עם תדרים גבוהים יותר. חיבורים אדומים מצביעים על מעבר מווסת כלפי מעלה, בעוד שחיבור כחול מצביע על מעבר מווסת כלפי מטה בבעלי חיים שטופלו בהרמלין. עיגולים אדומים מצביעים על שימוש מווסת יותר, בעוד עיגול כחול מציין שימוש מווסת כלפי מטה של ההברה המצוינת בבעלי חיים שטופלו בהרמלין. זוגות הברות עם תדירות נמוכה מ-0.005 לא נכללו. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

לאחר שהחולדות הגיעו להגבלת מזון של 90% ממשקל הגוף, הן הורגלו לתא למשך יומיים, ולאחר מכן עברו הליכי עיצוב במשך 1-2 שבועות. מספר ההישגים המוצלחים, הנפילות והכושלים נמדד על ידי צופה מיומן עיוור לכל מצב. במהלך 9 ימים (Baseline), חולדות נבדקו ליכולת מוטורית עדינה ב-3 תצורות קערה שונות (Plain, Less ו-Plinko). לאחר מכן, אותן חולדות (n = 5 לקבוצה, 1 הוסר לאחר עיצוב קערת אימון עקב מחלה) הוזרקו עם הרמלין (10 מ"ג/ק"ג, i.p.) פעם ביום במשך 3 ימים כדי לקבוע שינויים ביכולת ההגעה, האסטרטגיה והביצועים (<...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הגעה למשימות עבור מכרסמים מוגבלת בדרך כלל לכדורים בודדים ואינה כוללת חסימות או מאפיינים של הפרעה עצמית, שהם מאבקים נפוצים עבור חולים עם פתולוגיה ניוונית. השיטה המוצגת כאן, המשתמשת הן במשימה מחודשת של הגעה לכדורים והן בלמידת מכונה, יכולה לזהות הן קואורדינציה והן אסטרטגיה באמצעות ניתוח תכונות תנוחה ומעברים, בנוסף לתנועות ספרות בודדות. המשימה המוטורית העדינה שנוצרה כאן זיהתה קואורדינציה ואסטרטגיה באמצעות ניתוח תנוחות ומעברים בין תנוחות. משימת הגעה טיפוסית כוללת בדרך כלל מדף שעליו מונח פרס מ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים מצהירים שאין אינטרסים פיננסיים מתחרים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

עבודה זו נתמכה על ידי המכון לחקר בריאות הנפש, המכון לחקר מדעי החברה, המחלקה למדעי הבריאות של אריזונה [ADHS14-052688], משרד הבריאות ושירותי האנוש של ארה"ב, המכונים הלאומיים לבריאות [P30AG019610], תוכנית העמיתים של המרכז לחקר מחלת האלצהיימר של אריזונה, קונסורציום האלצהיימר של אריזונה ופרס ננסי אייזנברג לחוקר סגל זוטר. הדמויות נוצרו באמצעות Biorender.com. ברצוננו להודות לנלסון ימאדה, אקאש קופפראוואלי וז'אן קמאו על הסיוע בעיצוב.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
חומר להדפסת תלת-ממדאמזון (פתיחה)B07PGY2JP1פילמנט PLA 1.75 מ"מ PLA מדפסת תלת-ממד, דיוק ממדי +/- 0.03 מ"מ
מצלמהאדמונד אופטיקסBFS-U3-13Y3M-C1.3 MP, מונו, 170 FPS, ON Semi PYTHON 1300 x2
כבלי מצלמהאדמונד אופטיקסACC-01-2300כבל USB 3.1, 3 מטר, Type-A ל-Micro-B (נעילה)
עדשת מצלמהמעבדות תורMVL5WAעדשת ראיית מכונה 4.5 מ"מ EFL, f/1.4, פורמט 1/2"
חיבור מצלמה לחצובהאדמונד אופטיקס88-210חיבור למצלמה לחצובה
מגבוני ניקויאמזון (סאני-בד)B00KMZ7KMOAF3 חומר ניקוי חיטוי משטח עם ניחוח עדין של מיכל 160 Ct P13872
מחשבדלדיוקIntel Core i7-13700 @ 2.1 GHz, NVIDIA T1000 8 GB, זיכרון RAM 16GB
אור אינפרא אדוםאמזון (סרליום)B0BJFDBT44תאורה IR למצלמה 48 LED, תאורה IR אורות ראיית לילה עמידה לאינפרא-אדום לאבטחה מצלמת אבטחה              
דבק פאנלאמזון (Sdintar)B0B1DLRPNZדבק זכוכית
פלקסיגלסאמזון (TOOLINHAND  ארה"ב)B0BRJ1L8TR12 & פעמים; גיליונות אקריליק/פלקסגלס יצוקים שקופים בגודל 12 אינץ' - שקופים בגודל 1/8" עבה (3 מ"מ) 
פייתון  קרן התוכנה של פייתוןפייתון 3.7
ספינוויוטלדיין טכנולוגיותגרסה 3.1.0.79 
כדורי סוכר (45 מ"ג)ביוסרבF002345 מ"ג, 50,000 ללא טעם לקופסה; מרכיבים: סוכרוז, דקסטרוז, מגנזיום סטיאראט, סידן סיליקט, שמן מינרלי
חצובהאמזון (YOUYI)B086PYJF9Dחצובת מצלמת רשת שולחן גמיש של אמזון
פינצטהכלי המדע המדויק11064-07איריס פורספס
שעווהאמזון (אורתומכניקה)B00FKDC0UUGenuine Orthowax 

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Hooyman, A., Malek-Ahmadi, M., Fauth, E. B., Schaefer, S. Y. Challenging the relationship of grip strength with cognitive status in older adults. Int J Geriatr Psychiatry. 36 (3), 433-442 (2021).
  2. Hooyman, A., et al. Remote, unsupervised functional motor task evaluation in older adults across the United States using the MindCrowd electronic cohort. Dev Neuropsychol. 46 (6), 435-446 (2021).
  3. Chudzik, A., Śledzianowski, A., Przybyszewski, A. W. Machine learning and digital biomarkers can detect early stages of neurodegenerative diseases. Sensors (Basel). 24 (5), 1572(2024).
  4. Félix, J. P., do Nascimento, H. A. D., Guimarães, N. N. Investigation of machine learning techniques to aid in the diagnosis of neurodegenerative diseases. Anais Estendidos do XXIV Simpósio Brasileiro de Computação Aplicada à Saúde (SBCAS). 2024, 115-120 (2024).
  5. Sabbagh, J. J., Kinney, J. W., Cummings, J. L. Alzheimer's disease biomarkers in animal models: closing the translational gap. Am J Neurodegener Dis. 2 (2), 108-120 (2013).
  6. Borchelt, D. R. Inherited neurodegenerative diseases and transgenic models. Lab Anim Sci. 48 (6), 604-610 (1998).
  7. Burré, J., Sharma, M. Cellular and small animal models of neurodegenerative diseases. J Vis Exp. (186), e64542(2022).
  8. Schaefer, S. Y., Hooyman, A., Duff, K. Using a timed motor task to predict one-year functional decline in amnestic mild cognitive impairment. J Alzheimer's Dis. 77 (1), 53-58 (2020).
  9. Schaefer, S. Y., et al. Improving prediction of amyloid deposition in mild cognitive impairment with a timed motor task. Am J Alzheimer's Dis Other Demen. 37, 15333175211048262(2022).
  10. Schaefer, S. Y., et al. Association between motor task performance and hippocampal atrophy across cognitively unimpaired, amnestic mild cognitive impairment, and Alzheimer's disease individuals. J Alzheimer's Dis. 85 (4), 1411-1417 (2022).
  11. Hooyman, A., Lingo VanGilder, J., Schaefer, S. Y. Mediation analysis of the effect of visuospatial memory on motor skill learning in older adults. J Motor Behav. 55 (1), 68-77 (2023).
  12. Hooyman, A., Wang, P., Schaefer, S. Y. Age-related differences in functional tool-use are due to changes in movement quality and not simply motor slowing. Exp Brain Res. 239 (5), 1617-1626 (2021).
  13. Schaefer, S. Y., Hengge, C. R. Testing the concurrent validity of a naturalistic upper extremity reaching task. Exp Brain Res. 234 (1), 229-240 (2016).
  14. Reed, A. M., et al. Examining the diagnostic accuracy of a novel performance-based test for Alzheimer's disease screening. J Prev Alzheimer's Dis. 11 (4), 903-907 (2024).
  15. Malek-Ahmadi, M., et al. Volumetric regional MRI and neuropsychological predictors of motor task variability in cognitively unimpaired, mild cognitive impairment, and probable Alzheimer's disease older adults. Exp Gerontol. 173, 112087(2023).
  16. Rawji, V., Rothwell, J. C., Jahanshahi, M. Motor control: response preparation, initiation, and inhibition. Cogn Syst Neurosci. , 379-397 (2024).
  17. Erzurumlu, R., Sengul, G., Ulupinar, E. Ascending and descending pathways of the spinal cord. Human Neuroanat. 215, 231(2024).
  18. Canedo, A. Primary motor cortex influences on the descending and ascending systems. Prog Neurobiol. 51 (3), 287-335 (1997).
  19. Castillo-Mariqueo, L., Pérez-García, M. J., Giménez-Llort, L. Modeling functional limitations, gait impairments, and muscle pathology in Alzheimer's disease: studies in the 3xTg-AD mice. Biomedicines. 9 (10), 1365(2021).
  20. Nyul-Toth, A., et al. Early manifestation of gait alterations in the Tg2576 mouse model of Alzheimer's disease. GeroScience. 43 (4), 1947-1957 (2021).
  21. Rutkowsky, J. M., et al. The impact of continuous and intermittent ketogenic diets on cognitive behavior, motor function, and blood lipids in TgF344-AD rats. Aging. 16 (7), 5811-5828 (2024).
  22. Wirths, O., Bayer, T. A. Motor impairment in Alzheimer's disease and transgenic Alzheimer's disease mouse models. Genes Brain Behav. 7 (s1), 1-5 (2008).
  23. Trujillo, P., Darby, R. R. The cerebellum as the central hub of a widespread network in essential tremor. Neurology. 101 (15), 639-640 (2023).
  24. Paulin, M. G. The role of the cerebellum in motor control and perception. Brain Behav Evol. 41 (1), 39-50 (1993).
  25. Ito, M. Mechanisms of motor learning in the cerebellum. Brain Res. 886 (1-2), 237-245 (2000).
  26. Jacobs, H. I. L., et al. The cerebellum in Alzheimer's disease: evaluating its role in cognitive decline. Brain. 141 (1), 37-47 (2018).
  27. Fouquet, C., et al. Complementary roles of the hippocampus and the dorsomedial striatum during spatial and sequence-based navigation behavior. PLoS One. 8 (6), e67232(2013).
  28. Rondi-Reig, L., et al. A liaison brought to light: cerebellum-hippocampus, partners for spatial cognition. Cerebellum. 21 (5), 826-837 (2022).
  29. Lefort, J. M., et al. Cerebellar contribution to spatial navigation: new insights into potential mechanisms. Cerebellum. 14 (1), 59-62 (2015).
  30. Badura, A., et al. Normal cognitive and social development require posterior cerebellar activity. eLife. 7, e36401(2018).
  31. Stoodley, C. J., et al. Altered cerebellar connectivity in autism and cerebellar-mediated rescue of autism-related behaviors in mice. Nat Neurosci. 20 (12), 1744-1751 (2017).
  32. Klibaite, U., et al. Deep phenotyping reveals movement phenotypes in mouse neurodevelopmental models. Mol Autism. 13 (1), 12(2022).
  33. van der Heijden, M. E. Converging and diverging cerebellar pathways for motor and social behaviors in mice. Cerebellum. 23 (5), 1754-1767 (2024).
  34. Gibson, J. M., et al. A critical period for development of cerebellar-mediated autism-relevant social behavior. J Neurosci. 42 (13), 2804-2822 (2022).
  35. Chao, O. Y., et al. Functional convergence of motor and social processes in lobule IV/V of the mouse cerebellum. Cerebellum. 20 (6), 836-852 (2021).
  36. Chao, O. Y., et al. Social memory deficit caused by dysregulation of the cerebellar vermis. Nat Commun. 14 (1), 6007(2023).
  37. Yu, W., Krook-Magnuson, E. Cognitive collaborations: bidirectional functional connectivity between the cerebellum and the hippocampus. Front Syst Neurosci. 9, 177(2015).
  38. Grossauer, S., et al. Behavioral disorders and cognitive impairment associated with cerebellar lesions. J Mol Psychiatry. 3 (1), 5(2015).
  39. Verpeut, J. L., Oostland, M. The significance of cerebellar contributions in early-life through aging. Front Comput Neurosci. 18, 1449364(2024).
  40. Montoya, C. P., et al. The "staircase test": a measure of independent forelimb reaching and grasping abilities in rats. J Neurosci Methods. 36 (2-3), 219-228 (1991).
  41. Bova, A., et al. Automated rat single-pellet reaching with 3-dimensional reconstruction of paw and digit trajectories. J Vis Exp. (149), e59979(2019).
  42. Chen, C. -C., Gilmore, A., Zuo, Y. Study motor skill learning by single-pellet reaching tasks in mice. J Vis Exp. (85), e51238(2014).
  43. Salameh, G., et al. The home-cage automated skilled reaching apparatus (HASRA): individualized training of group-housed mice in a single pellet reaching task. eNeuro. 7 (5), (2020).
  44. Becker, M. I., Person, A. L. Cerebellar control of reach kinematics for endpoint precision. Neuron. 103 (2), 335-348.e5 (2019).
  45. Whishaw, I. Q., Alaverdashvili, M., Kolb, B. The problem of relating plasticity and skilled reaching after motor cortex stroke in the rat. Behav Brain Res. 192 (1), 124-136 (2008).
  46. Klein, A., et al. The use of rodent skilled reaching as a translational model for investigating brain damage and disease. Neurosci Biobehav Rev. 36 (3), 1030-1042 (2012).
  47. Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (Mus musculus) after a focal motor cortex stroke. Stroke. 33 (7), 1869-1875 (2002).
  48. Whishaw, I. Q., et al. Proximal and distal impairments in rat forelimb use in reaching follow unilateral pyramidal tract lesions. Behav Brain Res. 56 (1), 59-78 (1993).
  49. Pereira, T. D., et al. SLEAP: a deep learning system for multi-animal pose tracking. Nat Methods. 19 (4), 486-495 (2022).
  50. Weinreb, C., et al. Keypoint-MoSeq: parsing behavior by linking point tracking to pose dynamics. Nat Methods. 21 (7), 1329-1339 (2024).
  51. Ryait, H., et al. Data-driven analyses of motor impairments in animal models of neurological disorders. PLoS Biol. 17 (11), e3000516(2019).
  52. Martin, F. C., et al. Harmaline-induced tremor as a potential preclinical screening method for essential tremor medications. Mov Disord. 20 (3), 298-305 (2005).
  53. Vrieler, N., et al. Variability and directionality of inferior olive neuron dendrites revealed by detailed 3D characterization of an extensive morphological library. Brain Struct Funct. 224 (4), 1677-1695 (2019).
  54. Lefler, Y., Yarom, Y., Uusisaari, M. Y. Cerebellar inhibitory input to the inferior olive decreases electrical coupling and blocks subthreshold oscillations. Neuron. 81 (6), 1389-1400 (2014).
  55. Khan, F. A., et al. Recent pharmacological developments in β-carboline alkaloid "harmaline.". Eur J Pharmacol. 721 (1-3), 391-394 (2013).
  56. Woodward, K., et al. Cerebello-thalamo-cortical network dynamics in the harmaline rodent model of essential tremor. Front Syst Neurosci. 16, 899446(2022).
  57. Guo, D., et al. In vivo calcium imaging in mouse inferior olive. J Vis Exp. (172), (2021).
  58. Zemmar, A., et al. Acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats. J Vis Exp. (100), e53010(2015).
  59. Lemke, S. M., et al. Information flow between motor cortex and striatum reverses during skill learning. Curr Biol. 34 (9), 1831-1843.e7 (2024).
  60. Pierre, P. J., et al. A behavioral characterization of the effects of food deprivation on food and nonfood object interaction: an investigation of the information-gathering functions of exploratory behavior. Physiol Behav. 72 (1-2), 189-197 (2001).
  61. Machado, A. S., et al. A quantitative framework for whole-body coordination reveals specific deficits in freely walking ataxic mice. eLife. 4, e07892(2015).
  62. Aljovic, A., et al. A deep learning-based toolbox for Automated Limb Motion Analysis (ALMA) in murine models of neurological disorders. Commun Biol. 5 (1), 131(2022).
  63. Sheppard, K., et al. Stride-level analysis of mouse open field behavior using deep-learning-based pose estimation. Cell Rep. 38 (2), 110231(2022).
  64. Kim, B., et al. Impact of motor task conditions on end-point kinematics and trunk movements during goal-directed arm reach. Sci Rep. 14 (1), 4520(2024).
  65. Sugioka, J., et al. Relationship between finger movement characteristics and brain voxel-based morphometry. PLoS One. 17 (10), e0269351(2022).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Fisher 344

מאמרים קשורים