הפיכה Deactivations קירור-induced ללמוד תרומות קורטיקלית מכשול זיכרון של החתול הליכה
11 בדצמבר 2017
ומכניקה מורכבות בסביבות נטורליסטי הדורשים תיאום זהיר של הגפיים כולל אזורים של קליפת הקודקוד. הפרוטוקול הבא המתאר את השימוש הפיך קירור-induced הביטול כדי להדגים את התפקיד של אזור הקודקוד 5 ב מונחה זיכרון ממכשולים של החתול הליכה.
המטרה הכוללת של השימוש בנטרול המושרה על ידי קירור במחקר זה היא להעריך את התרומות בקליפת המוח לזיכרון מכשולים אצל החתול המהלך. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום השליטה התנועה, כגון האם קליפת המוח הקודקודית מעורבת בהימנעות ממכשולים מונחי זיכרון. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא היכולת להפוך את ההשבתה.
זה מאפשר לכל בעל חיים לשמש כשליטה בפני עצמו. כדי להתחיל, בנה את המנגנון המוצג כאן כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה. לאחר מכן, הנח את החיה על מכשיר הבדיקה תוך כדי לבישת רתמת הבדיקה, כדי להתאקלם בהתקנה.
כיוון רצועה זה מאפשר לבעל החיים ללכת לאורך החלק המרכזי של המכשיר ללא כל מתח, ובכך מעודד את החיה להישאר בתוך חלק זה של המנגנון. הצבת גבולות כאלה מועילה בעבודה עם נבדק נע. הניחו מזון רך על משטח המזון ולאחר מכן הניחו את החיה על השביל, ואפשרו לה לאכול מהפלטפורמה.
ודא שהחיה נוחה לטיפול, כולל מקרים שבהם יש להעביר את החיה לאזור ההתחלה של השביל. על מנת להעריך זיכרון מכשולים חזותיים, הרם את המכשול על השביל והנח את הפלטפורמה בצד הרחוק של המכשול. לאחר מכן הציבו את החיה באזור ההתחלה של השביל ואפשרו לבעל החיים להתקרב למזון, לדרוך מעל המכשול רק עם רגליו הקדמיות כדי לאכול מהפלטפורמה.
כאשר בעל החיים ממשיך לאכול, הורד את המכשול כך שהוא יתיישר עם השביל כדי למנוע קלט חזותי או מישוש נוסף. לאחר תקופת עיכוב משתנה, הזיזו את המזון שוב קדימה כדי לעודד את החיה לחזור ללכת. בצע גם ניסויים בהם המכשול נעדר על מנת למנוע התרגלות למכשול ופיתוח תגובת הימנעות נלמדת.
התבונן בדריכת רגל אחורית בניסויים נוכחים וחסרי מכשולים כדי לאמת התנהגויות תנועתיות אופייניות וזיכרון מכשולים חזותי שלם לפני הקירור. ודא שהחיה יכולה לעבור את המכשול ללא מגע וכי הדריכה של כל ארבע הרגליים מוגברת משמעותית בניסויים נוכחים במכשולים בהשוואה לניסויים ללא מכשולים. כדי להעריך זיכרון מכשול מישוש, התחל בכך שתוודא שהמכשול לא מורם על השביל.
לאחר מכן הניחו את החיה בתחילת השביל ואפשרו לה ללכת לעבר פלטפורמת המזון הממוקמת בצד הרחוק של חריץ המכשול. בזמן שהחיה אוכלת, הרם את המכשול אל השביל שמתחת לצלחת המזון, ומנע כל קלט חזותי של המכשול. לאחר מכן הזיזו את האוכל קדימה.
כאשר המזון מועבר קדימה, החיה צריכה ליצור קשר עם המכשול עם רגליה הקדמיות לפני שהיא דורכת עליו. אפשרו לבעל החיים להמשיך לאכול תוך כדי מעבר למכשול בין רגליהם הקדמיות והאחוריות. במהלך תקופה זו, הורד את המכשול כך שהוא יתיישר עם השביל כדי למנוע קלט חזותי או מישוש נוסף.
לאחר תקופת עיכוב משתנה, הזיזו את המזון שוב קדימה כדי לעודד את החיה לחזור ללכת. בניסויים ללא מכשול מישוש, בקשו מהחיה להתקרב ולאכול מפלטפורמת המזון. עם זאת, הרם והורד את המכשול לפני הזזת המזון קדימה בעיכוב משתנה.
בצע ניסויים שבהם המכשול נעדר ולא מתרחש מגע ברגל הקדמית, כדי למנוע התרגלות לנוכחות המכשול או התפתחות תגובת הימנעות נלמדת. התבונן בדריכת הרגל האחורית בניסויים נוכחים וחסרי מכשול כדי לאמת התנהגויות תנועתיות תקינות וזיכרון מכשולים תקין לפני תחילת קירור קליפת המוח. כדי לנטרל אזורים נפרדים במוח ולהעריך את תרומתם להימנעות ממכשולים מונחי זיכרון, השתל CryoLoops באופן דו-צדדי על אזורים 5 ו-7 בהתאם להליכים כירורגיים שדווחו בעבר כמתואר בפרוטוקול הטקסט הנלווה.
לפני הבדיקה, הכינו את מעגל הקירור על ידי שילוב של 200 מיליליטר מתנול עם 500 סמ"ק קרח יבש ליצירת אמבט קרח. חבר את צינור היניקה ממאגר המתנול למשאבה. חבר את צינור הזרימה שעובר לאמבט הקרח לצד השני של המשאבה.
חבר את קצוות הצינורות ל-CryoLoop דמה וודא שהקצוות מתאימים היטב מעל צינורות הכניסה והיציאה כדי להשלים את מעגל הקירור. לאחר מכן, חבר את תקע הצמד התרמי למדחום דיגיטלי לניטור טמפרטורה רציף. ודא שאורך כבל זה והצינור מספיקים כדי להגיע לראש החיה כאשר הם מחוברים.
לאחר מכן הפעל את משאבת הבוכנה באמצעות המתג וודא שכל החיבורים צמודים ואין נזילות. ודא שהגדרת המשאבה, אורך הצינור בתוך אמבט הקרח ואורך הצינור מאמבט הקרח ללולאות הדמה הם אופטימליים כך שטמפרטורת הדמה של CryoLoop יכולה להגיע למצב יציב מתחת ל-5 מעלות צלזיוס. לאחר שתהיה מרוצה מההגדרה הראשונית, כבה את המשאבה והסר את ה-CryoLoop הדמה.
הנח את החיה על מכשיר הבדיקה וחגר את הרתמה. לאחר מכן אבטח את הרצועה וחבר את הרצועה. לאחר מכן, הסר את מכסה המגן של ה-CryoLoop המושתל כדי לחשוף את צינורות הכניסה והיציאה.
התקן את קצוות הצינורות בצורה הדוקה מעל צינורות הכניסה והיציאה של ה-CryoLoop, וחבר את תקע הצמד התרמי למדחום הדיגיטלי. התחל את מפגש הבדיקה בניסוי זיכרון מכשולים חזותי או מישושי. לאחר הבדיקה הראשונית, המשיכו בניסויים נוספים מכל ארבעת הסוגים באופן אקראי.
לאחר מכן, הפעל את משאבת הבוכנה והמתן דקה עד שתיים עד שה-CryoLoop יגיע לטמפרטורה של שלוש מעלות צלזיוס. לאחר מכן הפעל בלוק מגניב של ניסויים. במהלך הניסויים, ודא שהטמפרטורה של ה-CryoLoop נשמרת סביב שלוש מעלות צלזיוס.
לאחר מכן כבה את משאבת הבוכנה והמתן עד שה-CryoLoop יחזור לטמפרטורה המקורית שלו. הפעל בלוק חימום אחרון של ניסויים לאחר כיבוי משאבת הבוכנה. בסיום הבדיקה ההתנהגותית, הסר את הצינור מצינורות הכניסה והיציאה וודא שמכסי המגן מוחלפים.
היו מודעים לשאריות מתנול שעלולות לטפטף מקצות הצינורות ועלולות לגרות את בעל החיים. הסר את הרצועה והרתמה ולאחר מכן החזיר את החיה למושבה. לבסוף, השתמש בחותך צינורות כדי לקצץ את קצות הצינור כדי למנוע חיבורים דולפים ביום הבדיקה הבא.
כאשר אזור חמש במוח החתול מקורר דו-צדדית, דריכת הרגל האחורית נחלשה משמעותית בניסויי המכשול הן עבור הרגליים האחוריות המובילות והן עבור הרגליים האחוריות האחוריות. גובה השיא של הרגליים הקדמיות בניסויים הנוכחיים של המכשול וכל הרגליים בניסויים ללא מכשול לא הושפעו מהשבתה של אזור חמש. באופן דומה, גובה השיא של כל רגל בניסויים של נוכחות מכשול או היעדר מכשול לא היה שונה מהמצב החם כאשר אזור 7 הושבת.
בהשוואה לתנאים חמים ומקוררים באזור שבע, מרווח המדרגות הופחת במדרגה האחורית המובילה ובמדרגת הרגל האחורית הנגררת למצב מקורר באזור חמש. בנוסף, מסלול המדרגות של הרגל האחורית הנגררת הושפע מהשבתה באזור חמש מכיוון שהשיא התרחש לפני המכשול, בניגוד לדריכה הן בתנאים חמים והן בתנאי קירור באזור שבע. בזמן ניסיון הליך זה, חשוב לזכור לעקוב אחר הטמפרטורה של לולאות הקירור לאורך כל הניסוי כדי להבטיח השבתה נכונה.
לאחר צפייה בסרטון זה אתה אמור להבין היטב כיצד להשבית באופן הפיך אזורים בקליפת המוח עם קירור אצל בעל חיים מתנהג.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה בוחן את תפקידו של קורטקס הפריאטלי (הקליפה הפריאטלית) בהימנעות ממכשולים המונחית על ידי זיכרון במהלך התניידות בחתולים. באמצעות דה-אקטיבציה הפיכה המושרה על ידי קירור, המחקר שואף להבהיר כיצד אזור מוחי זה תורם לקואורדינציה של תנועות מורכבות.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום המדע
- מדעי המוח
- ביולוגיה התנהגותית
- בקרת תנועה
רקע
- הבנת המנגנונים העצביים העומדים מאחורי הימנעות ממכשולים היא קריטית להבנת תהליכי התניידות.
- מקובל להניח כי לקליפת המוח הפריאטלית (parietal cortex) יש תפקיד משמעותי במודעות מרחבית ובתכנון תנועה.
- טכניקות קירור הפיכות מאפשרות ביטול פעילות מבוקר של אזורי מוח ספציפיים.
- שיטה זו מאפשרת לחוקרים להעריך את התרומה של קליפת המוח הפריאטלית תוך מזעור השונות.
מטרת המחקר
- לבחון את המעורבות של הקורטקס הפריאטלי (קליפת המוח הקודקודית) בהימנעות ממכשולים המונחית על ידי זיכרון.
- לקבוע כיצד תרומות קורטיקליות משפיעות על התנהגות לוקומוטורית בחתולים.
- להשתמש בשיטה המאפשרת דה-אקטיבציה הפיכה, ובכך לספק הבנה ברורה יותר של תפקודים עצביים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- בניית מכשיר בדיקה ייעודי למחקרי התניידות.
- יישום קירור הפיך להשבתה של אזור פריאטלי 5.
- תצפית על התנהגות החתול ההולך בתגובה למכשולים.
- השוואת הביצועים לפני ואחרי ההשבתה להערכת פעולות המונחות על ידי זיכרון.
תוצאות עיקריות
- הקורטקס הפריאטלי (קליפת המוח הקודקודית) קריטי להימנעות מוצלחת ממכשולים המונחית על ידי זיכרון.
- קירור הפיך הדגים ביעילות את תפקידה של אזור 5 בבקרה על התנועה (locomotor control).
- התוצאות מעידות כי דה-אקטיבציה הובילה לליקויים משמעותיים בניווט סביב מכשולים.
- הממצאים תומכים בהשערה שהקורטקס הפריאטלי משלב מידע תחושתי ומוטורי לצורך תכנון תנועה.
מסקנות
- מחקר זה מדגיש את התפקיד החיוני של קליפת המוח הפריאטלית (parietal cortex) בתיאום תנועה מורכבת.
- קירור הפיך הוא טכניקה בעלת ערך לחקר תפקודי קליפת המוח בנבדקים חיים.
- מחקרים עתידיים עשויים לבחון השלכות נוספות להבנת הבקרת התנועה במינים אחרים.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
קירור קורטיקלי הפיך בבעלי חיים בעמידה מאפשר בחינה מדויקת, בתוך אותו נבדק, של תרומתן של אזורי מוח למשימות סנסורי-מוטוריות מורכבות. גישה זו מספקת הפחתת סיכונים מכניסטית לאישוש יעדים במעגלים עצביים העומדים בבסיס התניידות המודרכת על ידי זיכרון, ובכך תומכת בביטחון חיזוי בנקודות מפנה מוקדמות של הגילוי. ההפיכות של השיטה ותוצרי ההתנהגות הכמותיים מקלים על מיון יעיל של פורטפוליו למטרות נוירוביולוגיות.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופרמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר בדיקה ישירה של נחיצות אזורים קורטיקליים בהתנהגויות מוטוריות המונחות על ידי זיכרון.
- תומך בהסרת סיכונים פונקציונלית של מטרות עצביות המעורבות באינטגרציה סנסורי-מוטורית.
- מספק בקרות בתוך אותו בעל חיים לחיזוק הביטחון בתיקוף המטרה.
- מקל על בדיקת השערות מכניסטיות לגבי תרומתם של מעגלים עצביים.
סריקה ופיתוח בדיקות
- מבסס פרדיגמות התנהגותיות מתוקפות לכימות הסתגלות לוקומוטורית.
- מספק מדידות כמותיות וניתנות לשחזור של גובה הצעד והמסלול.
- תומך בסטנדרטיזציה של הבדיקה לצורך השוואות בין תנאים שונים ובין בעלי חיים שונים.
- מאפשר סריקה של התערבויות המכוונות למודולציה קורטיקלית של התנועה.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- מתאימה פלטי התנהגות למודלים של ליקויים מוטוריים הרלוונטיים למחלה.
- מספקת רצף מגילוי מנגנונים עצביים ועד לתיקוף פרה-קליני של נקודות קצה של תפקוד מוטורי.
- מנחה קידום מותאם-סיכון של אסטרטגיות טיפול נוירולוגיות המכוונות למעגלים קורטיקליים.
- תומכת בהפחתת סיכונים חזויה עבור פיתוח ביומרקרים תרגומיים בהפרעות מוטוריות.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
פרוטוקול דה-אקטיבציה הפיך זה משתלב ברצף שבין שלב הגילוי לשלב הפרה-קליני לצורך תיקוף של מטרות נוירוביולוגיות והפחתת סיכונים מכניסטיים.
- ביולוגיה של הגילוי: מאפשרת בדיקה מונחית-השערות של תרומות קליפת המוח לתנועה המודרכת על ידי זיכרון.
- סריקה: מספקת בדיקות התנהגותיות כמותיות וסטנדרטיות להערכת התערבויות.
- אנליטיקה: מייצרת נתוני גובה מדרגה ומסלול להשוואה סטטיסטית בין תנאים ניסיוניים.
- מחקר תרגומי: מגשרת בין ממצאים מכניסטיים למודלים פרה-קליניים של ליקויים מוטוריים.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמה רב-פעמית להערכה של מטרות עצביות מגוונות בבקרה סנסורי-מוטורית.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי בתפקוד של מטרה עצבית ומפחית עמימות מכנית.
- ערך תפעולי: מספק בדיקות התנהגותיות סטנדרטיות, הניתנות לשחזור ובנייות (scalable).
- ערך אסטרטגי: משפר את קבלת החלטות ה-go/no-go ואת יעילות ההון על ידי הבהרת הרלוונטיות של המטרה בשלב מוקדם.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכון של מטרות נוירוביולוגיות להמשך קידום.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בהשתלה נוירוכירורגית ובמדעי המוח ההתנהגותיים.
- מחייב בקרה מדויקת של הטמפרטורה וניטור רציף של מכשיר הקירור.
- מצריך סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולים התנהגותיים וניתוח נתונים.
- התאמה למינים או למודלים אחרים עשויה לדרוש אופטימיזציה של הפרוטוקול.
- טיפול וניטור קפדניים של בעלי החיים חיוניים להבטחת רווחתם ושל תקינות הנתונים.
שאלות נפוצות בנושא ביו-פארמה
Chapters in this video
0:05
Title
0:37
Training Procedures
1:29
Behavioral Training and Testing of Visual Obstacle Memory
2:51
Behavioral Training and Testing of Tactile Obstacle Memory
4:34
Experimental Setup for Cortical Cooling
6:13
Behavioral Testing During Cortical Cooling
8:01
Results: Reversibe, Cooling-induced Deactivation of Parietal Area 5 Results in Obstacle Memory deficits
9:14
Conclusion
