Name: ヒト以外の霊長類における手先の器用さの行動評価 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min
Description: 学ぶマカクザルにおける手先の器用さの定量的行動評価法。精密グリップによる到達・把握課題を用いて、中枢神経系損傷後の運動機能回復を測定し、治療戦略の開発に貢献する信頼性の高い手法です。

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著者は、教授MEシュワブ、博士P.フロイント博士A. Wyssさん、博士S.バシル、博士A.ミール、博士J.ブロッホ、博士JF黒髪、博士J.に感謝したいと思いますAebischer、博士A.メーサーロシュ、以前の実験と解析への貢献のための博士V. Goetschman。実験的なセットアップはアンドレガイヤール、バーナードAebischerとローランMonneyすることにより構築した。ヨーゼフCorpataux、ローラン偉そうとジャックメイラード：動物施設では、サルは、プロの動物の世話の監督下に置かれた。ヴェロニクモレ（またウェブマスター）、フランソワーズティンゲリー、クリスティン配達夫、モニカBennefeld、クリスティマルティとジョーゼットフィッシャー：行動テストと分析データのほか、組織は、検査技師の非常に貴重な貢献を行った。この作品は、いいえ31〜61857.00、310000から110005、31003A - 132465（EMR）、310030から118357、31003A - 10406​​1（TW）、310030を許可しない、スイス国立科学財団によってサポートされていました-120411（ABS）、PZ00P3_121646（ES）、ノバルティス財団、&quot;神経可塑性と修復&quot;に関する研究の能力のナショナルセンター（NCCR）。

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利害の衝突は宣言されません。

現在の行動のタスクは、様々な治療法をテストすることを目的と頚髄の病変にまたは運動野の病変に関連した研究の文脈でこれまでに我々の研究室で検討されているが（14,15,17および参照してください<a href="http://www.unifr.ch/neuro/rouiller">http:/を/ www.unifr.ch /神経/ rouiller</a> &gt;その後、トップバーメニューの&quot;研究&quot;を選択&gt;&quot;モーターシステム&quot;&gt;&quot;損傷後の回復&quot;）手先の器用さも側面であるとして、彼らはまた、広範なアプリケーションがあるかもしれませんそのようなパーキンソン病（MPTPのサル）など、感覚脱afferentation影響を与える固有感覚および/ ​​またはタッチの感覚（特に視覚的なコントロールがない場合のテスト2）の場合は他の病態で検討すること。 手先の器用さに関係するとしてここで提案する行動テストは、前肢の遠位の動きのモータ制御を調査するために適しています。テストの特異性はによって示されている制御システムの関連コンポーネントを損なわない病変の場合に赤字の不在（​​2日間を除く）：確かに、病変の場合には、手の筋肉を制御する運動ニューロンよりも尾側に配置、何赤字はありませんでした。テスト1の適切さは、おそらく細胞療法の治療17に関連して、25％の機能回復の強化によって異なるポスト病変の回復曲線の2つの時点、で撮影したビデオシーケンスを比較することによって理解することができます。 初めにいくつかの初期の、比較的短い訓練の段階（一般的には2-3ヶ月持続する）のにもかかわらず、ここで提案する行動テストは、複雑な（例えば、条件付きの）タスクに比べて、相対的に&quot;自然&quot;と分かりやすいですそのために猿の訓練ほぼ一年以上かかることがあります。正の強化は、通常よりcomに使用される水の欠乏よりも倫理的観点について、機密性の低い固体の食品、、に基づいているプレックスは、タスク23。安定的かつ一貫性のある結果を得るために食べ物からサルを剥奪する必要はありません。作業中に受信したペレットは、行動のセッション（ただし、追加の食べ物は、前日の午後の終わりまで与えることができる猿が先行する夜の間に食べることはないと仮定すると）の日の食べ物への最初のアクセスを表します。それは、それぞれのサルの行動の日の同じ時間でセッションだけでなく、住宅室内のグループを形成する別のサルの間に同一の順序を尊重して行うことが重要です。サルは、外部の妨害事象に敏感であるため、行動のタスクは、隣接する部屋や研究室からの潜在的な外乱ノイズをマスクする、バックグラウンドミュージックの存在下で実施されるべきである。与えられたサルは、実験の全期間中（最大最後の日々の実験的なセッションへの最初の訓練から、数ヶ月の期間ではない年な場合）することが重要それである同じ実験者の監督の下で毎日置いた。 手先の器用さを定量化するために我々の研究室で数年前から使用されて現在の行動テストでは、、最近、24から28まで文献で ​​報告されている手先の器用さの他のテストに匹敵ある程度です。本報告書の暫定的な目標ですが、異なる研究室間のテストを（より良い比較のため）、標準化する重大な必要性は、しかしある。オンデマンドで、試験1〜4のここに示すようなセットアップは、それらを複製するために、対応する著者により提供することができるの詳細な特性。再生医療（脊髄または大脳皮質の病変からの回復）の問題を超えて、テストの現在のパレットが調査する、通常のヒト以外の霊長類の発達の問題（器用な動きの運動発達の例：時間の経過）に対処するために適している側性化の局面（手の嗜好/優位性）とcによって解読進化の質問へ人間の被験者を含む霊長類の異なる種の運動機能をomparing。それは、タスクのパフォーマンスに影響を与える可能性があるため、装置の寸法は、霊長類の数字&quot;のサイズ（太さと長さ）に応じて適応されるべきであることに注意してください。本研究では、テストは2.5から8歳までと、2.5〜8キロの重さ、カニクイザル猿で実施されました。人差し指の末節骨（先端）の周りは、私たちの研究に含まれているサルで22および25 mmの間であったのに対し、人差し指の長さ（ペレットを操作するために最初に使用）32〜35 mmまでの範囲、。以前の実験でテストとして、同じ把持テストは同様にアカゲザルに適しています。 全ての実験は、 実験動物の管理と利用 （1996年） のためにガイドにしたがって実施し、現地（スイス）の獣医当局によって承認された。猿上のすべての実験手順のだけでなく、動物施設における拘禁の条件は、我々の研究室から最近のレポートで詳細に記述された：リファレンス12-18を参照してください。

ヒト以外の霊長類における手先の器用さの行動評価

Behavioral Assessment of Manual Dexterity in Non-Human Primates

皮質脊髄（CS）管は巧みに、小さなオブジェクトを操作するために絶妙な運動能力、主に霊長類1の特権の解剖学的なサポートです。その起源（モーター皮質領域の病変）で、またはその軌道（頸髄病変）に沿って、CSの投影システムに影響を与える病変の場合には、などのいくつかの四肢麻痺や片麻痺の患者に見られる手先の器用さの劇的な損失（手の麻痺が）、ある。このような病変の後、いくつかの自発的な機能回復があるが、それは成人では非常に限られている。様々な治療戦略は、現在提案されている（例えば、細胞治療、抑制性軸索成長の分子の中和、成長因子などのアプリケーション）、主にげっ歯類で開発されている。しかし、臨床応用する前に、それはしばしば、ヒト以外の霊長類における治療の実現可能性、有効性、およびセキュリティをテストすることをお勧めします。目標は、後の手先の器用さを復元するとき、これは特にそうです中枢神経系の病変は、げっ歯類の運動系の組織としての霊長類1,2のものとは異なっている。マカクザルは、例えば運動野や頚髄の病変から生じる赤字を反映するために、霊長類で手先の器用さを定量化するために適切な行動のモデルとして、ここで図示されている、自発的な機能回復の程度と、治療が適用される場合、評価を測定するどれだけそれが機能回復を高めることができます。 手先の器用さの行動評価は、大人のマカクザルの初期トレーニングが必要な4つの別個の、補完的な、達すると把握手動タスク（ペレットを把握するために精度のグリップを使用する）、に基づいています。動物の準備が実証だけでなく、セットアップの行動に関しては、位置決めされる。典型的なサルのパフォーマンスは、各タスクのために示されています。正確な手のマニピュレータを反映し、関連するパラメータの収集と分析るだけでなく、力の制御は、説明と代表的な結果で実証されています。これらのデータは、行動データが脊髄損傷のや運動野の病変の影響を調査し、治療が比較することにより、自発的機能回復を高めることがどの程度に悪用される方法を示す、より広い文脈で、配置されていますサルの異なるグループ（例えば治療を偽対扱わ）。行動テストの利点と制限について説明します。現在の行動のアプローチは、神経系の疾患2,3の文脈における非ヒト霊長類モデルの適切さを強調する以前の報告に沿ったものです。

手先の器用さは、主に霊長類の特権であるため、行動タスクはマカクザルで開発されている。 4つは手の操作能力や力を測定、把握のタスクを達成し、把握、中枢神経系の損傷後の機能回復を確立するために、治療の効果をテストすることができます。

皮質脊髄（CS）路は、小さな物体を巧みに操るという優れた運動能力を解剖学的に支える経路であり、これは主に...の特権です。

本手順の全体的な目的は、マカクザルの手先の器用さを定量的に評価することです。まず、動物にストレスを与えないように、霊長類用チェアにサルを移動させます。次に、精密把持（precision grip）を用いて50個の小さな物体を回収させる「リーチ・アンド・グラスプ課題」を行い、各手の操作性能を毎日測定します。その後、行動評価を補完するために、さらに3つの手先の器用さを測定するタスクを実施します。本手順の最終ステップは、4つのテスト中に収集されたビデオシーケンスに基づいてパフォーマンスを分析することです。最終的に、中枢神経系の損傷後の運動機能欠損と、定量分析から得られた行動パラメータの変化の時間経過による、その後の機能回復の程度を示す結果を得ることができます。評価者間で大きなばらつきが生じやすい臨床スコアリングなどの既存の手法に対する本手法の主な利点は、真に定量的であり、個人間のばらつきが中程度に抑えられた信頼性の高いものである点にあります。この手法は、病変や神経変性疾患後の中枢神経系の可塑的再編成の基盤となるメカニズムなど、行動神経科学分野における重要な疑問の解決に寄与します。また、治療戦略を臨床応用する前には非ヒト霊長類での検証が不可欠なステップとなることが多いため、本手法の意義は、中枢神経系病変後の神経再生の促進や代替戦略などの治療法へと広がります。齧歯類において、非ヒト霊長類は、手先の器用さなど霊長類に特有の機能を試験するための特許的な機能を有していますが、起こりうる有害な二次的影響を観察するには適していません。動物のトレーニング手順は習得が困難であり、非常に再現性高く実行される必要があるため、本手法を視覚的に提示することが極めて重要です。こんにちは、私はスイスのフライベルク大学で神経生理学の教授を務めているエリック・イェです。本手順は、独立研究者であるDr.AbとDr.Lin、私の研究室のポストドクターであるDr.Melanie Keer、および3名の博士課程学生であるZandra、Julie Vidor、Pauline Chatanの複数の実験者によって実演されます。行動テストの前に、ラボ内で行動試験のセットアップを準備します。テスト中の報酬として使用するフードペレットを、各テストボードのウェルに充填します。次に、サルをグループ飼育室から搬送ケージへ移動させます。サルは、霊長類用チェアへと続くトンネルに入り、その後頭部を固定するよう訓練されています。サルの体重を測定してください。最後に、霊長類用チェアに乗せたサルを実験室へ搬送します。改良型ブリンクマンボードテストは、すべての行動セッションで実施される基本となる参照行動課題である。オフライン処理のために、ボード上方に1台、ボードの両側に各1台の計3台のデジタルビデオカメラを使用して一連の動作を記録する。まず、3台のカメラでビデオ録画を開始する。サルをブリンクマンボードの前に配置します。霊長類用チェアの右側の窓を開け、右手が届くようにします。テスト終了後、サルは右手を用いて50個のスロットから餌のペレットを回収します。右手については、右側のウィンドウを閉じ、ボードにペレットを補充します。次に、左側のウィンドウを開き、左手についても同様にテストを繰り返します。テストの終了後、乾燥レーズンまたはアーモンドを数粒与えて動物に報酬を与えます。1日のセッション全体を通してモチベーションを維持するため、この手順を各テストの最後に繰り返します。この手順で最も困難な点は、サルに定型的かつ再現性のある行動をさせることです。これは、特定のサルに対して常に同じ実験者が担当し、毎日同じ時間帯にテストセッションを行うなど、高度に標準化された反復的な手順を採用することで実現されます。Brinkmanボックスは、垂直方向に10個、水平方向に10個の計20個のウェルで構成されています。テスト1と比較して、サルは自由度が制限された限定的な空間内で手を制御し、精密把握動作を行う必要があります。ボードにペレットを満たした後、テストを開始するためにボックスの上部面を閉じます。視覚的な制御を排除し、触覚的な探索に依存させるため、ボックスの下に配置したデジタルカメラの電源を入れます。サルをブリンクマンボックスの前に配置します。霊長類用チェアの左側の窓を開き、左手をテストします。視覚的制御がない状態で、サルが20個のペレットを取り出そうとする際のシーケンスを、ボックス下のカメラで記録します。次に、霊長類用チェアの左側の窓を閉じます。ボードにペレットを補充し、その後、霊長類用チェアの右側の窓を開きます。サルは右手でテストを繰り返します。視覚的制御がない状態で、視覚的制御なしのテストが完了したら、ボックスの上面を開けてペレットを把握する能力をテストします。視覚的制御下のブリンクマンボックスでは、ボックスにペレットを補充し、サルに右手でテストを行わせます。右手のテストが完了したら、霊長類用チェアの右側の窓を閉じます。ペレットをボックスに補充した後、霊長類用チェアの左側の窓を開け、サルにテストを行わせます。左手を用いて操作する回転式ブリンクマンボードには、4つの同心円状の列に配置された32個のウェルがあります。本テストは、改良型ブリンクマンボードテストと同様のものですが、ボードが回転するため、サルはボードが時計回りまたは反時計方向に移動することを予測しなければならない点が異なります。ボードにペレットを満たします。一連の動作は、装置の上方に設置されたデジタルカメラで記録されます。テストを開始するには、霊長類用チェアの右側の窓を開けます。ボードが時計回りに回転している間に、サルは右手で32個のウェルからペレットを回収します。左手のテストを行う場合は、右側の窓を閉じ、ボードにペレットを補充してから、霊長類用チェアの左側の窓を開きます。サルは左手で同様のタスクを繰り返します。最後に、ボードが回転している間に、先ほどと同様の手順で各手のテストを行います。反時計回りに、リーチおよび把持描画タスクは、理解能力と力を生成する能力を組み合わせるように設計されました。データのオフライン制御のために、デジタルカメラをドロワーの上に設置して試行を記録します。その他のさまざまな検出器を用いて、指がウェルに入った時に手がノブに触れた時や、ペレットがウェルから取り出された時などの個別のイベントを記録します。テストを開始するには、霊長類用チェアの右側の窓を開けてください。サルの手が引き出しのノブに近づくと、光線が遮断されます。このソフトトリガーは、オフライン処理のために試行を同期させるために使用できます。サルは、まず引き出しのノブにグリップ力を加え、続いて引き出しを開けるための負荷力をかけることで引き出しを開け、内部に配置されたペレットを入手する必要があります。引き出しが開いている間に、同じ手でペレットを回収します。同様に、精密把握を用いて、サルは5つの異なる抵抗レベルのそれぞれで10回の試行を行います。右手を用いて装置上のアナログボタンを操作することで、テスト後に抵抗レベルを選択できます。右手での試験が完了したら、左手を用いて異なる抵抗レベルで同様の試験を繰り返します。その日の試験がすべて完了した後、サルに餌を与えて報酬を与えます。通常、試験中に得られるペレットに加えて、シリアルや果物が与えられます。食後、サルをグループ飼育室に戻します。このビデオで実演する4つの行動テストは、頸髄または運動皮質の損傷からの機能回復を調査する研究に使用されます。テスト1である修正ブリンクマンボード（modified brinkman board）において、自然回復を促進するための治療を適用した場合および適用しなかった場合について、解析は2つのパラメーターに焦点を当てます。1つ目のパラメーターは、サルが30秒間に回収したペレットの数によるスコアであり、垂直スロットと水平スロットで個別にカウントされます。2番目のパラメータは接触時間であり、これは1本目の指がスロットに挿入されてペレットに触れた時点から、ペレットをウェルから回収し始めた時点までの時間間隔として定義されます。この一連の写真に示すように、一番左の写真では手がペレットの入ったスロットに近づいています。その右隣のフレームは、接触した時点に対応しています。一番右のフレームは、ペレットがスロットから取り出された時点に対応しています。したがって、接触時間は240 millisecondsとなります。次に、運動皮質に病変を設けたサルによって実施された、修正版ブリンクマンボード課題から得られた代表的なデータを示します。時間は行動セッションの連続した日数を示しています。垂直の赤い破線は病変処置を行った日です。スコアのグラフは、初期訓練段階、病変前のプラトー、病変直後のスコアの急激な低下、そして最終的に病変後のプラトーに向けた段階的な機能回復を示しています。機能回復率は、プラトーに達した後の損傷後スコアの中央値を、損傷前スコアの中央値で除した比率であり、本例では59%となります。ここに示したのは接触時間のデータです。これらのグラフにおいて、各黒点は、1つのスロットにおける指とペレットの接触時間に対応しています。各セッションにつき、方向ごとに5回の試行が行われました。それぞれの方向に対して、サルが最初に試みた5回の試行を示しており、灰色のバーは中央値を表しています。CTの増加は欠損を反映するため、機能回復は、病変前のCTの中央値をプラトー期の病変後のCTの中央値で除した比率となり、これは約28%です。この図は、視覚制御下でタスクを遂行したサルにおけるBrinkmanボックスを用いたテスト2から得られた代表的なデータを示しています。ここでは、最初のスロットでペレットを拾い上げてから最後のスロットでペレットを拾い上げるまでの時間間隔として定義される「総時間」が、より有意義なパラメータとなります。病変前の総時間の中央値と病変後の総時間の中央値との間に、統計的に有意な差が認められました。直近のセッションにおいて、機能回復率は89.6%と算出されました。テスト3では、回転式ブリンクマンボードの感度パラメータとして、最初の10スロットで測定された接触時間が用いられます。これら2つのグラフは、運動皮質に病変を設けたサルのデータから得られたものです。上のグラフはボードの時計回り回転、下のグラフは反時計回り回転の結果を示しています。2本の垂直な灰色の矢印は、病変直後のいくつかのセッションにおいて、サルが対側手でタスクを遂行できなかったため、接触時間が無限に長かったことを示しています。この最後の図は、1頭のサルがテスト4（リーチおよび把持による引き出しタスク）で行ったセッションから得られた代表的なデータを示しています。パネルAは、1回の試行中にオンラインで取得された3つのパラメータ、すなわち荷重（赤）、把持力（青）、および引き出しの変位（緑）に対応する生データを示しています。また、タスク中にいくつかのマーカーも取得されました。knob touchは動物が最初にノブに触れた時点に、full openは引き出しが完全に開いた時点に、そしてpicking timeは報酬を把持した時点に対応し、解析に使用されました。展開タスクにおける重要な時点に7つのカーソルが配置されました。これらは、動物によるノブへの接触、グリップ力の開始、最大グリップ力、負荷力の開始、最大負荷力、引き出しが完全に開いた時点、およびピックアップ時点に時間的に同期させています。パネルBは、リーチ・アンド・グラスプ引き出しタスク中に記録された2つのパラメータ、すなわちグリップ力と負荷力の定量的な結果を示しています。左のグラフは最大値を、右のグラフは開始から最大値までの傾きを示しています。ここでは、5つの異なる相対的な抵抗レベルのうち4つを示しています。この手順に続いて、さらなる疑問に答えるため、例えば猿がどのように精密把持（precision grip）を行えるかという詳細な定性的観察などの追加解析を検討することができます。例として、病変からの機能回復過程において、同一の微細運動目標を達成するための代償戦略の出現などが挙げられます。このビデオを視聴することで、一連の運動パラメータを扱う4つの行動テストに基づき、非ヒト霊長類における手先の器用さを定量的に評価する方法を十分に理解できるはずです。非ヒト霊長類を用いた研究は非常に困難であり、倫理的な配慮も必要であることに留意してください。したがって、本手順の実施に際しては、例えば噛みつきを避けるためにサルとの直接的な接触を防ぐなどの予防策を講じるとともに、動物福祉を常に確保する必要があります。

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神経科学

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