ヒト以外の霊長類における手先の器用さの行動評価

この手順の全体的な目標は、マカザルの手先の器用さを定量的に評価することです。これは、最初にサルを動物にストレスを与えることなく霊長類の椅子に移すことによって達成されます。手順の次のステップは、サルが精密グリップを使用して50個の小さなオブジェクトを収集しなければならないリーチアンドグリップタスクで、各ハンドの手動パフォーマンスを毎日測定することです。

その後、行動評価を補完するために、他の3つの手動の器用さのタスクが実行されます。手順の最後のステップは、4つのテストで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。最終的には、中枢神経系の病変後の運動障害と、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 定量的分析から導き出された行動パラメータの変化の経時的経過を通じて

手法の主な利点は、臨床スコアリングなど、評価者間の大きな変動にさらされますが、個人間の変動が適度で真に定量的で信頼性が高いことです。この方法は、病変や神経変性疾患後の中枢神経系の可塑性再編成の根底にあるメカニズムなど、行動神経科学分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。この技術の意味するところは、治療にまで及び、非ヒト霊長類は、治療戦略が最初に開発された臨床応用の前に必須のステップであることが多いため、中枢神経系の病変後の神経再生および/または置換の戦略を促進する。

げっ歯類では、非ヒト霊長類は、手先の器用さなどの霊長類に特有の特許試験機能であり、有害な二次的影響の可能性を観察するのには不適当です。動物のトレーニングステップは習得が難しく、非常に再現性よく実行する必要があるため、この方法を視覚的にデモンストレーションすることが重要です。こんにちは、スイスのフライバーグ大学の神経生理学教授であるエリック・イェです。

この手順は、Ab博士、Lin博士、どちらも独立した研究者であり、私の研究室のポスドクであり、3人の博士課程の学生であり、Zandra、Julie Vidor、Pauline Chatanの3人の実験者によって実証されます。行動テストの前に、実験室で行動セットアップを準備します。さまざまなテストボードのウェルに、テスト中の報酬として機能する食品ペレットを充填します。

次に、サルをグループハウジングルームからトランスファーケージに移します。サルは、霊長類の椅子へのアクセスを与えるトンネルに入るように訓練されており、その後の頭の位置で、サルの体重を測定します。最後に、霊長類の椅子に座っているサルを実験室に移します。

修正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参照の基本的な行動課題です。オフライン処理のシーケンスを記録するために、3台のデジタルビデオカメラが使用され、1台はボードの上に1台、ボードの両側に1台あります。まず、3台のカメラでビデオ録画を開始します。

猿を瀬戸際板の前に置きます。霊長類の椅子の右側の窓を開けて、右手にアクセスできるようにします。テストの完了後、サルは右手を使用して50スロットから餌のペレットを回収します。

右手の場合は、右側のウィンドウを閉じて、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、左手のテストを繰り返します。テストの最後に、動物にいくつかの乾燥レーズンまたはアーモンドを報酬として

この手順は、毎日のセッション全体でモチベーションを維持するために、各テストの最後に繰り返されます。この手順の最も難しい側面は、サルの規則的で再現性のある行動を得ることです。これは、特定のサルに同じ実験者を使用し、1日の同じ時間にテストセッションを実施するなど、高度に標準化された反復的な手順を採用することによって達成されます。

ブリンクマンボックスは、20ウェル、10垂直、10水平で構成されています。テスト1と比較すると。猿は、精密なグリップ動作を実行するために、自由度が狭くなった限られたスペースで手を制御する必要があります。

ボードにペレットを充填した後、最初にテストを実施するために、ボックスの上部ファセットを閉じます。視覚的な制御がないため、触覚的な探索に頼っている場合は、ボックスの下に置かれているデジタルカメラの電源を入れます。猿を瀬戸際人の箱の前に置きます。

霊長類の椅子の左の窓を開けて左手をテストします 視覚的な制御がない場合、サルが20個のペレットを取り戻そうとすると、シーケンスはボックスの下のカメラによって記録されます。次に、霊長類の椅子の左側の窓を閉じます。ボードにペレットを補充してから、霊長類の椅子の右側の窓を開けます。

猿は右手でテストを繰り返します。目視制御がない場合、目視制御なしのテストが完了したら、ボックスの上部ファセットを開いてペレットをつかむ能力をテストします。目視管理下の瀬戸際ボックスで、箱にペレットを補充し、サルに右手でテストを実行させます。

右手での試験が終了したら、霊長類の椅子の右窓を閉じます。箱にペレットを補充した後、霊長類の椅子の左側の窓を開けて、サルにテストを実行させます。左手で回転するブリンクマンボードには、32個のウェルが4つの同心円状の列に分散されています。

このテストは、ボードが回転しているため、サルが時計回りまたは反時計回りの方向にボードの変位を予測することを余儀なくされる点を除いて、修正ブリンクマンボードテストに匹敵します。ボードにペレットを入れます。シーケンスは、セットアップの上に配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、霊長類の椅子の右側の窓を開きます。猿は、ボードが時計回りに回転している間、右手で32の井戸からペレットを回収します。左手をテストするには、右側のウィンドウを閉じ、ボードにペレットを補充し、霊長類の椅子の左側のウィンドウを開きます。

猿は左手でタスクを繰り返します。最後に、各ハンドのテストは、ボードが回転している間に示したのと同じ方法で実行されます。反時計回りに、リーチと把握の描画タスクは、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ています。

ドロワーの上部にはデジタルカメラが置かれており、データのオフライン制御のための試行を記録します。他のさまざまな検出器は、指がウェルに入ったときやペレットがウェルから引き出されたとき、手がノブに触れる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、霊長類の椅子の右側の窓を開きます。

猿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 トリガーを使用して、オフライン処理の試行を同期できます。サルは、最初に引き出しのノブにグリップ力を加え、次に引き出しを開くための負荷力を加えて引き出しを開け、引き出しの中に置かれたペレットにアクセスできるようにする必要があります。

引き出しが開いている間、ペレットは同じ手で回収されます。又。精密グリップを使用して、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。右手を使用して、セットアップのアナログボタンを使用して、テスト後の抵抗のレベルを選択できます。

右手が完成です。テストの完了後、左手でさまざまな抵抗レベルでテストを繰り返し、その日に見た餌と猿に食べ物を与えます。テスト中に受け取ったペレットに加えて、通常、サルは食後にシリアルと果物を受け取り、サルはグループハウジングルームに戻されます。

このビデオで示されている4つの行動テストは、頸髄または運動皮質の病変からの機能回復を調査する研究で使用されます。テスト1である修正ブリンクマンボードの自発的回復を強化するために適用される処理がない場合、分析は2つのパラメータに焦点を当てます。最初のパラメータは、サルが30秒間に回収したペレットの数によって与えられるスコアであり、垂直スロットと水平スロットで別々にカウントされます。

第2のパラメータは、ペレットに触れるためにスロットに第1の指を挿入してから、ウェルからペレットが回収されるまでの時間間隔として定義される接触時間です。この一連の写真に示されているように、左端の写真はペレットの入ったスロットに手が近づいているところを示しています。右側の次のフレームは、接触の時間点に対応します。

右端のフレームは、ペレットがスロットから取り出される時点に対応します。したがって、接触時間は 240 ミリ秒です。この例では、次に、運動皮質の病変を受けたサルが行う修正ブリンクマンボードタスクから導出された代表的なデータを示す。

時間は、ビヘイビアセッションの連続した日です。縦の赤い破線は、病変が行われた日です。スコアのグラフは、初期トレーニングフェーズ、病変前のプラトー、病変直後のスコアの劇的な低下、そして最後に、病変後のプラトーに向けた漸進的な機能回復を示しています。

機能回復は、プラトーでの病変後スコアの中央値をプレレギオンスコアの中央値で割った比率であり、これは 59% ここで示されているこの例では、接触時間データです。これらのグラフでは、各黒い点は、1つのスロットで指とペレットが接触した時間に対応しています。各セッションでは、オリエンテーションごとに5回の試行がありました。

最初の5つはサルが各向きで試みたもので、灰色のバーは中央値を表しています。CTの増加は赤字を反映しているため、機能回復は、プラトーでの病変前CTの中央値と病変後CTの中央値で割った比率であり、これは約28%であり、この図はテスト2から得られた代表的なデータを示しており、視覚的な制御下でタスクを実行するサルの瀬戸際ボックスでは、より意味のあるパラメータは、ペレットのピッキング間の時間間隔として定義される合計時間です最初のスロットとペレットのピッキング。最後のスロットでは、病変前の合計時間の中央値と病変後の合計時間の中央値との間に統計的に有意な差が観察されました。

最後のセッションでは、機能回復は89.6%と計算されましたテスト3では、回転するブリンクマンボードの敏感なパラメータは、最初の10スロットで測定された接触時間です。これらの2つのグラフは、運動皮質の病変を受けたサルから導き出されます。上のグラフは時計回りの回転、下のグラフはボードの反時計回りの回転です。

2つの縦の灰色の矢印は、サルが進行した病変の手でタスクを実行できなかったため、病変の直後の数回のセッションで接触時間が無限に長かったことを示しています。この最終図は、テスト4で1匹のサルが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おり、リーチアンドグラップドロータスクパネルAは、1回の試行負荷力でオンラインで取得した3つのパラメータに対応する生データを赤、握力を青、引き出しの変位を緑で示しています。また、タスク中にいくつかのマーカーが取得されたのは、動物が最初に引き出しの全開口まで全開でノブに触れた時点に対応し、ピッキング時間は分析のための報酬把持の時間に

7つのカーソルは展開タスクの重要な時間ポイントに配置され、握力、最大把持力、負荷力の開始、引き出しが完全に開いているときにロックされた最大負荷力時間、ピッキング時間にロックされた時間によってノブのタッチにロックされた時間。パネルBは、リーチ&グリップドロワータスク中に記録された2つのパラメータ、グリップ力と負荷力の定量的結果を表しています。左のグラフは最大値を示し、右のグラフは開始から最大値までの傾き値を示しています。

抵抗の5つの異なる相対レベルのうちの4つがここに示されていますこの手順に続いて、追加の質問に答えるために、精密グリップによる把持をサルがどのように実行できるかについての定性的で詳細な観察など、さらなる分析を検討することができます。例えば、病変からの機能回復中に同じフィン運動目標を達成するための置換の戦略の出現。このビデオを見れば、ヒト以外の霊長類の手先の器用さを、運動パラメータのパレットに対処する4つの行動テストに基づいて定量的に評価する方法を十分に理解できるはずです。

人間以外の霊長類と仕事をすることは、アーティストとして非常に重要であり、倫理的にも敏感であることを忘れないでください。したがって、たとえば、噛まれないようにサルと直接接触しないようにしたり、この手順を実行するときは動物福祉を確保したりするなどの予防策を常に講じる必要があります。