הערכת מיומנות בהגעה למשימות
הגעה למשימות מועסקות במדעי המוח ההתנהגותיים כדי לחקור למידה מוטורית ומיומנות. בדומה לידיים אנושיות, למכרסמים יש חבטות מיומנים, הנחוצות לביצוע תנועות מ…
הגעה למשימות משמשות בתחום מדעי המוח ההתנהגותיים להערכת מיומנות ולמידה מוטורית. לבעלי חיים יש מוטיבציה להגיע לתגמולי מזון מעוררי תיאבון, כגון פסטה או זרעים. מכוון, אחיזה, שבירה ואחזור הם כמה מיומנויות חדשניות שבעלי חיים רוכשים ומשכללים תוך כדי לימוד משימות אלה.
סרטון זה מכסה את הסיבות לכך שמדעני מוח התנהגותיים חוקרים יכולת להגיע, ודן בפרוטוקול לעריכת ניסויים. לבסוף, הסרטון יבחן גם כמה ניסויים התנהגותיים ספציפיים הכוללים שימוש מיומן במודלים שונים של פגיעה מוחית.
לפני שנקפוץ לפרוטוקול המשימה המתקבל, בואו נדבר על שימוש מראש, וזה מה שמדידת ההגעה למשימות. למכרסמים יש חבטות מיומנות ביותר, שבהן הם משתמשים בדרכים דומות לאופן שבו אנו משתמשים בידיים שלנו. הגעה למשימות מאפשרת למדענים להתבונן כיצד מכרסמים משתמשים ברגליים שלהם כדי לתפוס ולאחזר חתיכות מזון. זה מספק מידה ניתנת לכימות של מיומנות פורפא.
משימות אלה דורשות שבעלי חיים ילמדו רצפים חדשים של תנועות, כגון כיפוף והרחבה, פרונציה וסופינציה וסיבוב.
למידה מוטורית זו קשורה להפעלה של אזורים ספציפיים במוח. אותות עצביים עבור ברוטו, כמו גם מיומנויות מוטוריות עדינות הם יזם באזורים מוטוריים המורכבים קורטיז מוטוריים ראשוניים premotor, ונשלחים דרך חוט השדרה לשרירים המתאימים, אשר מייצרים את התנועות הרצויות.
מכרסמים הם מודל טוב למחקרי מוטוריים תרגומיים מכיוון שהמערכת המוטורית שלהם מאורגנת באופן דומה לזה של בני אדם. נזק לאזורים מוטוריים אלה פוגע בשימוש ביד אצל אנשים, ולהשתמש במכרסמים, שהאחרון שבהם ניתן למדוד באמצעות הגעה למשימות.
מכיוון שכעת אתם יודעים מדוע מדענים משתמשים בהגעה למשימות, בואו נראה כיצד המחקרים האלה נעשים. לפני הבדיקות, יש לטפל בבעלי חיים ולהיחשף למנגנון ולתגמולי המזון, על מנת להגביל את תגובות הלחץ והפחד. בדרך כלל, בעלי חיים מקבלים תזונה מוגבלת, עם מזון המסופק בסוף אימונים להגיע היומי. זה מבטיח כי בעלי החיים אינם sated בזמן הבדיקות.
הגעה למשימות מתבצעת בחדר שתוכנן במיוחד עם שלושה חריצים. בואו נדבר על המשימה מעורבים מכרסמים להגיע לזרעים. עבור סוג זה של ניסוי, החריץ המרכזי משמש כדי לקבוע את העדפת הגפיים ותהליך זה נקרא עיצוב. על מנת לעשות זאת, עכברים רשאים להגיע זרעים עם שתי הגפיים עבור מספר מוגבל של פעמים בפגישה אחת. מפגשי עיצוב נערכים מדי יום עד שבעלי חיים מפגינים הגעה מוקדמת עם איבר אחד 70% מהזמן. לאחר מכן, האיבר המועדף עליהם מאומן להגיע במיומנות לזרעים בודדים שהונחו בצלילות עבור החתכים הצדדיים על הבמה המגיעה. כל ניסיון להגיע הוא ציון כהצלחה, טיפה, או להיכשל. הגעה לאימון חייבת להתבצע על פני ימים רבים על מנת שבעלי החיים ילמדו את המשימה. עכברים בדרך כלל מגיעים לרמה בתוך כמה ימים.
במקרים שבהם בעלי חיים מאומנים להגיע לפסטה ולא זרעים, הנסיין משתמש רק את החריץ המרכזי עבור שניהם, אימון ובדיקות. מטריצת הפסטה, גוש פלסטיק עם חורים שנקדחו לאורך כל העומק, מלאה בפסטה יבשה ומונחת מול התא. האיבר המועדף נקבע על ידי מתן אפשרות לעכברים להגיע עם שתי הגפיים. לאחר מכן, האימון מתבצע על ידי מילוי רק חצי המטריצה מול האיבר המועדף. המספר והמיקום של חתיכות פסטה שבורות לכל מפגש מגיע נרשם. במהלך מספר שבועות, עכברים לומדים לנקות חלקים גדולים ורחוקים יותר של המטריצה.
כעת, לאחר שבדקנו את הפרוטוקול הבסיסי לבדיקת שימוש מבחן, בואו נדון בכמה ניסויים נוכחיים באמצעות משימות אלה.
הגעה להתנהגויות נפגעת באופן משמעותי לאחר שבץ וסוג האימון השיקומי יכול להשפיע על מידת תפקודו של האיבר המושפע משבץ. כאן, מדענים מראים כי במודל עכבר של שבץ, אימון מפצה עם הגפה הלא פרקטית או "הטובה" פוגע ביכולת של איבר paretic או "רע" להחזיר את היכולת להגיע. עם זאת, אימון ישיר של הגפה הפרוטית גורם לשיפורים לאורך זמן לאחר שבץ.
מלבד הגעה לבדיקות, ישנן בדיקות אחרות של שימוש מראש במכרסמים, כגון פסטה או בדיקות טיפול בדגנים המספקות מדדים שונים ומגוונים יותר של מיומנות עילית. לאחר שבץ, מכרסמים מראים ליקויים בתנועות כפות הרגליים המשמשות לטיפול בפסטה במהלך אכילה. במודל של פגיעה בחוט השדרה, משתנים דפוסי הטיפול בדגנים, כולל מגע פורה, תנועות פרק כף היד ומגע ספרותי.
בדומה להגעה למשימות במכרסמים, לוח ברינקמן שונה יכול לשמש כדי לבחון מיומנות יד בפרימטים שאינם אנושיים. במבחן זה, קופים תופסים כדורי מזון המונחים בחורים על לוח זוויתי. בעקבות פגיעה בחוט השדרה הפוגעת בשימוש בזרוע אחת, מספר הכדורים שאוחזרו על ידי היד המושפעת פוחת ואינו משתפר עם הזמן. לעומת זאת, לאחר שבץ בקליפת המוח המוטורית, מספר הכדורים שאוחזרו על ידי היד המושפעת יורד בתחילה, אך משתפר עם הזמן.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב להגעה למשימות. וידאו זה כיסה את העקרונות ואת הקורלציה העצבית הקשורים לשימוש מיומן מראש, הפרוטוקול הכללי של ביצוע בדיקות הגעה, וכמה ניסויים באמצעות הערכת מיומנות מראש במודלים פגיעה במוח או בחוט השדרה. כמו תמיד, תודה שצפית!
הגעה למשימות משמשות בתחום מדעי המוח ההתנהגותיים להערכת מיומנות ולמידה מוטורית. לבעלי חיים יש מוטיבציה להגיע לתגמולי מזון מעוררי תיאבון, כגון פסטה או זרעים. מכוון, אחיזה, שבירה ואחזור הם כמה מיומנויות חדשניות שבעלי חיים רוכשים ומשכללים תוך כדי לימוד משימות אלה.
סרטון זה מכסה את הסיבות לכך שמדעני מוח התנהגותיים חוקרים יכולת להגיע, ודן בפרוטוקול לעריכת ניסויים. לבסוף, הסרטון יבחן גם כמה ניסויים התנהגותיים ספציפיים הכוללים שימוש מיומן במודלים שונים של פגיעה מוחית.
לפני שנקפוץ לפרוטוקול המשימה המתקבל, בואו נדבר על שימוש מראש, וזה מה שמדידת ההגעה למשימות. למכרסמים יש חבטות מיומנות ביותר, שבהן הם משתמשים בדרכים דומות לאופן שבו אנו משתמשים בידיים שלנו. הגעה למשימות מאפשרת למדענים להתבונן כיצד מכרסמים משתמשים ברגליים שלהם כדי לתפוס ולאחזר חתיכות מזון. זה מספק מידה ניתנת לכימות של מיומנות פורפא.
משימות אלה דורשות שבעלי חיים ילמדו רצפים חדשים של תנועות, כגון כיפוף והרחבה, פרונציה וסופינציה וסיבוב.
למידה מוטורית זו קשורה להפעלה של אזורים ספציפיים במוח. אותות עצביים עבור ברוטו, כמו גם מיומנויות מוטוריות עדינות הם יזם באזורים מוטוריים המורכבים קורטיז מוטוריים ראשוניים premotor, ונשלחים דרך חוט השדרה לשרירים המתאימים, אשר מייצרים את התנועות הרצויות.
מכרסמים הם מודל טוב למחקרי מוטוריים תרגומיים מכיוון שהמערכת המוטורית שלהם מאורגנת באופן דומה לזה של בני אדם. נזק לאזורים מוטוריים אלה פוגע בשימוש ביד אצל אנשים, ולהשתמש במכרסמים, שהאחרון שבהם ניתן למדוד באמצעות הגעה למשימות.
מכיוון שכעת אתם יודעים מדוע מדענים משתמשים בהגעה למשימות, בואו נראה כיצד המחקרים האלה נעשים. לפני הבדיקות, יש לטפל בבעלי חיים ולהיחשף למנגנון ולתגמולי המזון, על מנת להגביל את תגובות הלחץ והפחד. בדרך כלל, בעלי חיים מקבלים תזונה מוגבלת, עם מזון המסופק בסוף אימונים להגיע היומי. זה מבטיח כי בעלי החיים אינם sated בזמן הבדיקות.
הגעה למשימות מתבצעת בחדר שתוכנן במיוחד עם שלושה חריצים. בואו נדבר על המשימה מעורבים מכרסמים להגיע לזרעים. עבור סוג זה של ניסוי, החריץ המרכזי משמש כדי לקבוע את העדפת הגפיים ותהליך זה נקרא עיצוב. על מנת לעשות זאת, עכברים רשאים להגיע זרעים עם שתי הגפיים עבור מספר מוגבל של פעמים בפגישה אחת. מפגשי עיצוב נערכים מדי יום עד שבעלי חיים מפגינים הגעה מוקדמת עם איבר אחד 70% מהזמן. לאחר מכן, האיבר המועדף עליהם מאומן להגיע במיומנות לזרעים בודדים שהונחו בצלילות עבור החתכים הצדדיים על הבמה המגיעה. כל ניסיון להגיע הוא ציון כהצלחה, טיפה, או להיכשל. הגעה לאימון חייבת להתבצע על פני ימים רבים על מנת שבעלי החיים ילמדו את המשימה. עכברים בדרך כלל מגיעים לרמה בתוך כמה ימים.
במקרים שבהם בעלי חיים מאומנים להגיע לפסטה ולא זרעים, הנסיין משתמש רק את החריץ המרכזי עבור שניהם, אימון ובדיקות. מטריצת הפסטה, גוש פלסטיק עם חורים שנקדחו לאורך כל העומק, מלאה בפסטה יבשה ומונחת מול התא. האיבר המועדף נקבע על ידי מתן אפשרות לעכברים להגיע עם שתי הגפיים. לאחר מכן, האימון מתבצע על ידי מילוי רק חצי המטריצה מול האיבר המועדף. המספר והמיקום של חתיכות פסטה שבורות לכל מפגש מגיע נרשם. במהלך מספר שבועות, עכברים לומדים לנקות חלקים גדולים ורחוקים יותר של המטריצה.
כעת, לאחר שבדקנו את הפרוטוקול הבסיסי לבדיקת שימוש מבחן, בואו נדון בכמה ניסויים נוכחיים באמצעות משימות אלה.
הגעה להתנהגויות נפגעת באופן משמעותי לאחר שבץ וסוג האימון השיקומי יכול להשפיע על מידת תפקודו של האיבר המושפע משבץ. כאן, מדענים מראים כי במודל עכבר של שבץ, אימון מפצה עם הגפה הלא פרקטית או "הטובה" פוגע ביכולת של איבר paretic או "רע" להחזיר את היכולת להגיע. עם זאת, אימון ישיר של הגפה הפרוטית גורם לשיפורים לאורך זמן לאחר שבץ.
מלבד הגעה לבדיקות, ישנן בדיקות אחרות של שימוש מראש במכרסמים, כגון פסטה או בדיקות טיפול בדגנים המספקות מדדים שונים ומגוונים יותר של מיומנות עילית. לאחר שבץ, מכרסמים מראים ליקויים בתנועות כפות הרגליים המשמשות לטיפול בפסטה במהלך אכילה. במודל של פגיעה בחוט השדרה, משתנים דפוסי הטיפול בדגנים, כולל מגע פורה, תנועות פרק כף היד ומגע ספרותי.
בדומה להגעה למשימות במכרסמים, לוח ברינקמן שונה יכול לשמש כדי לבחון מיומנות יד בפרימטים שאינם אנושיים. במבחן זה, קופים תופסים כדורי מזון המונחים בחורים על לוח זוויתי. בעקבות פגיעה בחוט השדרה הפוגעת בשימוש בזרוע אחת, מספר הכדורים שאוחזרו על ידי היד המושפעת פוחת ואינו משתפר עם הזמן. לעומת זאת, לאחר שבץ בקליפת המוח המוטורית, מספר הכדורים שאוחזרו על ידי היד המושפעת יורד בתחילה, אך משתפר עם הזמן.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב להגעה למשימות. וידאו זה כיסה את העקרונות ואת הקורלציה העצבית הקשורים לשימוש מיומן מראש, הפרוטוקול הכללי של ביצוע בדיקות הגעה, וכמה ניסויים באמצעות הערכת מיומנות מראש במודלים פגיעה במוח או בחוט השדרה. כמו תמיד, תודה שצפית!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why do behavioral neuroscientists use reaching tasks to study motor function?
Reaching tasks provide a quantifiable measure of forepaw dexterity in rodents, allowing scientists to observe how animals grasp and retrieve food pieces. These tasks measure motor learning and the acquisition of novel movement sequences like flexion, extension, pronation, and supination. Since rodents' motor systems are organized similarly to humans', reaching tasks enable translational research on how brain damage affects motor control in both species.
Q2: What preparation steps are necessary before conducting a reaching task experiment?
Animals should be handled and exposed to the apparatus and food rewards to limit stress and fear responses. Rodents are typically maintained on a restricted diet, with food provided only at the end of daily training sessions. This ensures animals are motivated and not sated during testing, optimizing their performance and engagement with the reaching task.
Q3: How does the shaping process work in seed-based reaching tasks?
Shaping determines limb preference by allowing mice to reach for seeds with both limbs for a limited number of times per session. Daily shaping sessions continue until animals exhibit preferential reaching with one limb 70% of the time. Once preference is established, the preferred limb is trained to skillfully reach for individual seeds placed in divets on the side slits of the reaching stage.
Q4: What is the difference between pasta and seed-based reaching protocols?
Seed-based tasks use three slits to determine limb preference and train the preferred limb on individual seeds. Pasta-based tasks use only the central slit for both training and testing, with a plastic matrix filled with dry pasta. Mice learn to clear larger and more distant portions of the matrix over weeks, with experimenters recording the number and location of pasta pieces broken per session.
Q5: How does direct training of the affected limb compare to compensatory training after stroke?
In mouse stroke models, compensatory training with the non-paretic limb actually impairs the paretic limb's ability to regain reaching function. Conversely, directly training the paretic limb results in measurable improvements over time. This finding demonstrates that targeted rehabilitation of the injured limb is more effective than relying on the unaffected limb for recovery.
Q6: How do spinal cord injuries and strokes differently affect forelimb dexterity in animal models?
After spinal cord injury, rodents show altered cereal handling patterns including changes in forepaw contact, wrist movements, and digit contact. In non-human primates with spinal cord injury, pellet retrieval by the affected hand decreases and does not improve over time. However, after motor cortex stroke, pellet retrieval initially decreases but improves over time, suggesting different recovery mechanisms between injury types.
Q7: What neural pathways control the motor movements required for skilled reaching?
Neural signals for gross and fine motor skills originate in motor areas consisting of primary motor and premotor cortices. These signals travel via the spinal cord to appropriate muscles, producing desired movements. Damage to these motor areas disrupts hand use in humans and forepaw use in rodents, which can be measured and assessed using reaching tasks.