Acquisizione di un alta precisione specializzata arti anteriori Raggiungere Task in Rats

Sommario

Viene presentato un paradigma per analizzare l'acquisizione di un compito di raggiungimento degli arti anteriori ad alta precisione nei ratti.

Abstract

I movimenti sono il principale output misurabile della funzione del sistema nervoso centrale. Lo sviluppo di paradigmi comportamentali che consentano un'analisi dettagliata dell'apprendimento e dell'esecuzione motoria è di fondamentale importanza per comprendere i principi e i processi che sono alla base della funzione motoria. Qui presentiamo un paradigma per studiare l'acquisizione del movimento all'interno di una sessione giornaliera di allenamento (all'interno della sessione) che rappresenta la componente di apprendimento rapido e l'acquisizione primaria, nonché l'apprendimento motorio qualificato in diverse sessioni di allenamento (tra le sessioni) che rappresenta la componente di apprendimento lento e il consolidamento del compito appreso. Questo paradigma comportamentale aumenta il grado di difficoltà e complessità del compito di abilità motoria a causa di due caratteristiche: in primo luogo, l'animale riallinea il suo corpo prima di ogni recupero di pallini, costringendo a un rinnovato orientamento e impedendo l'esecuzione del movimento dalla stessa angolazione. In secondo luogo, i pellet vengono afferrati da un palo verticale che corrisponde al diametro del pellet e viene posizionato davanti alla gabbia. Ciò richiede una presa precisa per il corretto recupero del pellet e quindi impedisce il semplice traino del pellet verso l'animale. In combinazione con nuove tecnologie genetiche, di imaging ed elettrofisiologiche, questo metodo comportamentale aiuterà a comprendere le basi morfologiche, anatomiche e molecolari dell'apprendimento motorio e della memoria.

Introduzione

Controllo del movimento è una funzione fondamentale del sistema nervoso centrale (CNS). Motricità è il principale uscita misurabile della funzione CNS e la principale possibilità per gli individui di interagire con il mondo esterno. Comprendere i principi di funzionamento del motore e dei meccanismi che sono alla base l'apprendimento di un compito motorio è attualmente una delle grandi sfide nel campo delle neuroscienze. Cambiamenti morfologici, fisiologici e molecolari sono stati trovati al momento dell'acquisto di un nuovo compito motorio. Ad esempio, la forma e il numero di sinapsi cambiano in risposta alla formazione qualificata motore ^1-5, e cambiamenti funzionali della macchina sinaptica sono stati osservati dopo apprendimento motorio. Risposte sinaptiche erano più elevati nei collegamenti della regione forelimb rappresenta della corteccia motoria addestrato rispetto all'emisfero inesperto dello stesso animale o risposte da animali non allenati ^6,7. Osservazioni elettrofisiologiche suggeriscono anche che il potenziamento a lungo termine (LTP) e lungadepressione-termine (LTD) come meccanismi si svolgono durante l'apprendimento di una nuova abilità motoria, e che il raggio d'azione sinaptica, che è definito tra i confini limitanti di LTP e LTD saturazione, viene modificato ^8. Inoltre, è stato dimostrato che i marker di attività e plasticità che promuovono molecole come c-fos, GAP-43, o BDNF ma anche plasticità molecole inibitrici, come Nogo-A di visualizzazione ruoli normativi per l'apprendimento correlati neuronali plasticità ^9-16.

Questi progressi verso una migliore comprensione dei meccanismi alla base dell'apprendimento motorio potrebbe essere raggiunto solo con l'uso di paradigmi comportamentali che permettono un controllo preciso della acquisizione di una nuova capacità motorie, ad esempio, abile zampa anteriore portata. Solo un compito comportamentale ben strutturata permette di monitorare e catturare i cambiamenti che si verificano correlative su apprendimento e l'esecuzione dei rispettivi compiti. Qui mostriamo visivamente una versione modificata del forelimb qualificatisingolo-pellet compito di raggiungere nei ratti adattati da Buitrago et al. ¹⁷ Il paradigma presentato consente l'analisi dell'acquisizione movimento all'interno di una sessione di allenamento al giorno (entro sessione) che rappresenta la componente di apprendimento veloce e acquisizione primaria così come l'apprendimento motorio qualificato in diverse sessioni (tra-session) che rappresenta la componente di apprendimento lenta e manutenzione del compito imparato ^18. È importante sottolineare che questo paradigma comportamentale aumenta il grado di difficoltà e la complessità del compito abilità motoria a causa di due caratteristiche: in primo luogo, i ratti sono addestrati a girare intorno al proprio asse dopo ogni comprensione e quindi di riallineare il proprio corpo prima del prossimo pellet portata e rinnovare l'orientamento del corpo, impedendo l'esecuzione costante movimento dalla stessa angolazione. In secondo luogo, pellets vengono recuperati da un palo verticale posto davanti alla gabbia. A causa del piccolo diametro del palo, pellet possono essere facilmente dato il via richiede una comprensione precisa per il recupero di successo e preventing semplice trazione del pellet verso l'animale.

Tale test comportamentali complesso permette una maggiore comprensione dei meccanismi alla base dell'apprendimento motorio. Rispetto ai topi, ratti sono superiori nella loro esecuzione dei compiti comportamentali complessi e quindi più adatto per paradigmi complessi come presentato in questo studio. Considerando le crescenti possibilità genetici disponibili per i ratti ^19,20, la combinazione di metodi di analisi comportamentale precisi e ben controllati con manipolazioni genetiche, l'imaging e tecniche fisiologiche rappresenta una potente cassetta degli attrezzi per capire meglio le basi neurobiologiche di apprendimento motorio e della memoria.

Protocollo

Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti in conformità con le linee guida del veterinario del Cantone di Zurigo, Svizzera.

1. Manipolazione di animali e assuefazione

1. Manipolazione di animali
   Nota: 5 giorni prima dell'inizio dell'esperimento, eseguire il passaggio 1.1.1 giornaliera.
   1. Per gli esperimenti comportamentali, abituare gli animali allo sperimentatore. Hanno quotidiana gestione sessioni della durata di 10-15 minuti per ogni animale. Pulire la scatola dopo la sessione di ogni animale.
      1. Inizialmente, mettere la mano dello sperimentatore in una gabbia che permette all'animale di esplorare e sentire l'odore di diventare familiarizzato con lo sperimentatore.
      2. Successivamente, sollevare delicatamente l'animale con la mano dello sperimentatore in modo sicuro afferrando il corpo del topo tra le zampe anteriori e posteriori che consentano una ulteriore familiarizzazione.
   2. Pesare ogni animale al giorno per ottenere un peso corporeo di base prima di privazione di cibo.
2. Apparato assuefazione e familiarizzazione alimentare
   1. Pesare ogni animale al giorno per ottenere un peso corporeo di base prima di privazione di cibo.
   2. Inizia cibo privando ratti 3 giorni prima l'inizio del pre-allenamento su una dieta standard di laboratorio. Dare ratti 0,05 g di alimento per 1 g di peso corporeo al giorno (per esempio, un ratto peso 200 g, iniziare con 10 g di cibo). Assicurarsi peso corporeo di non diminuire di più del 10% al giorno monitorando peso corporeo al giorno.
      1. Se più animali vengono tenuti in una gabbia, i ratti dominanti possono mangiare più di quelli meno dominanti. Nel caso in cui il peso di un animale diminuisce, nutrire l'animale separatamente invece di gruppo di alimentazione. Dare acqua ad libitum.
   3. Per conoscere il topo con l'apparato di presa, collocare l'animale nella scatola di formazione (Figura 1). Avere pellets zucchero immessi nella casella di formazione in prossimità dell'apertura della fessura per conoscere l'animale con i pellet cibo. Eseguire questo step 10-15 minuti al giorno per 3 giorni.

2. Pre-allenamento e abilità di apprendimento Motor

1. Pre-training
   1. Un giorno dopo familiarizzazione, posizionare l'animale nella scatola formazione e posizionare il pellet strettamente per l'apertura a fessura in modo che possa essere raggiunto dalla linguetta dell'animale. Escludere gli animali che recuperano pellet con loro arti anteriori durante la pre-formazione
      Nota: In questa fase, il recupero pellet con la lingua è cruciale e solito metodo dell'animale di scelta. Pellet devono essere in nessun caso colto con la zampa anteriore fino al primo giorno di apprendimento delle capacità motorie per consentire un adeguato monitoraggio del compito di raggiungere imparato. Recupero pellet con la zampa anteriore durante la pre-formazione è un criterio di esclusione e in molti casi non osservate.
   2. Insegna il ratto o correre sul retro della gabbia e tornare alla apertura a fessura o passo indietro e girare attorno al proprio asse per ricevere il cibo successiva pellet conla lingua. Attendere che l'animale per esplorare la gabbia, eseguire verso la parte posteriore e tornare alla apertura a fessura. Se l'animale non esegue correttamente il compito, utilizzare una pinza a picchiettare delicatamente sul retro fine della gabbia e catturare l'attenzione dell'animale. Una volta che l'animale è sul retro, toccare delicatamente nella parte anteriore della gabbia per guidare l'animale per l'apertura a fessura.
      Nota: Una volta che l'animale raggiunge un valore standard (ad esempio, 50 recuperi pellet di successo con la lingua in meno di 15 minuti), l'animale si qualifica per la fase di apprendimento delle capacità motorie. Il giorno 1 e 2 di pre-formazione, gli studenti possono già essere distinti da non discenti. Non gli studenti possono essere esclusi dallo studio in questa fase. Questo diminuisce la probabilità di avere un alto numero di non studenti durante la fase di apprendimento del motore (2.2).
   3. Durante la pre-formazione, cibo privare i ratti su una dieta standard di laboratorio. Dare acqua ad libitum. Monitorare peso corporeo al giorno nel corso dello studio. FareNon usare lo stesso spazio per allenarsi ratti maschi e femmine. Garantire un ambiente tranquillo e privo di rumore per l'animale.
2. Determinazione del Preference Paw e Skill Learning Motor
   1. Durante la prima sessione di apprendimento delle capacità motorie, sostituire la diapositiva davanti alla finestra con un post. Posizionare il pellet zucchero circa 1,5 cm di distanza dalla finestra sul montante in modo che l'animale non può raggiungere il pellet con la lingua ma solo recuperare da un forelimb preciso di raggiungere e afferrare il movimento.
      1. Per applicare il recupero pellet dalla zampa anteriore, utilizzare una pinza per portare delicatamente il pellet vicino alla bocca dell'animale e ritirare il pellet mentre l'animale tenta consumo con la lingua. Effettuare questa operazione ripetutamente fino a quando l'animale si allunga la zampa anteriore e afferra un pellet.
   2. Posizionare il montante centrale per l'apertura della finestra. Per determinare la zampa preferenza, osservare con attenzione le prime 10 prove in giornata di formazione 1. Più del 70% del REACtentativi hing (cioè 7 su 10) devono essere eseguiti con la stessa arti anteriori. Se ciò non viene raggiunto, proseguire con un altro ciclo di 10 prove fino al raggiungimento della soglia del 70%.
   3. Dopo la determinazione della zampa preferenza, spostare la posta verso la zampa anteriore preferito e allineare centrale al confine con l'apertura della finestra. Allineamento paw preferita significa il post viene spostato contrario alla rispettiva zampa per consentire un angolo ottimale per raggiungere (Figura 1B, C).
   4. Classificare un processo, definito come un nuovo pellet presentato all'animale, come successo (raggiungere, afferrare, recuperare e mangiare il pellet), goccia (raggiungere, afferrare e perdere pellet durante il recupero) o non (battere pellet il palo). Annota ogni prova nel foglio e analizzare i dati dopo l'esperimento.
   5. Effettuare una sessione giornaliera costituito da un numero definito di prove (ad esempio, 150) o un tempo massimo (ad esempio, 1 ora) per ciascun animale.
   6. Indagare precisione e messa a puntodel movimento utilizzando prima analisi tentativo. Un primo tentativo è definita afferrando il precipitato in un unico movimento monolitico senza interruzioni, esitazione o ripetizione di singoli componenti del movimento. Osservare attentamente ogni presa dal topo.
      1. Se il ratto esita o si ritrae durante una portata o tenta diverse prove di cogliere correttamente la pallina, annotare il relativo processo come il successo, ma non è il primo tentativo. Se l'animale afferra con successo il pellet in un'unica portata monolitico, annotare il relativo processo come successo il primo tentativo in una colonna separata nel foglio.
   7. Durante l'apprendimento delle capacità motorie, cibo privare i ratti su una dieta standard di laboratorio. Dare acqua ad libitum. Monitorare peso corporeo al giorno nel corso dello studio.

Risultati

Acquisizione di abilità motoria di successo si ottiene solo attraverso la pratica costante. Nonostante un attento esame di tutti gli aspetti, alcuni ratti riescono a imparare il compito (Figura 2). Questi "non discenti o mancanza di motivazione conseguente pochi o assenti tentativi di recupero pellet dall'inizio dell'esperimento o in generale perdono interesse nel raggiungere per il pellet che portano alla riuscita continuamente tentativi. Al contrario, alcuni animali mostrano un comportame...

Discussione

Il paradigma mostrato in questo studio è adattato da Buitrago et al ¹⁸ e differisce dal classico singolo pellet raggiungendo paradigma ¹⁷ principalmente in due aspetti.:

In primo luogo, lo studio miglioramento entro sessione permette l'analisi del compito imparato in un solo giorno, che può fornire un diverso livello di informazioni, come ricerca del componente di apprendimento veloce rispetto al componente di apprendimento lenta rappresentati dai valori me...

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Scatola
Piedistallo			sé Pellet
zucchero fatti da sé TSE	Systems Intl. Gruppo		45 mg pellet di precisione senza polvere
Ratti Sprague Dawley maschi			di 5-6 settimane Computer
portatile	Cronometro
Forcipe	Strumenti per le scienze fini (FST)
Excel	Microsoft
Prism	GraphPad
Bilancia
Contatore