Name: ラットでのタスクに到達高精度熟練前肢の取得 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-22T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 59 s
Description: 学ぶラットの高精度熟練前肢到達タスク取得法。セッション内・間の学習段階を解析し、複雑な運動学習の理解を深める。行動神経科学の研究に有用です。

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この作品は、スイス国立科学財団（助成31003A-149315から1 MESおよびAZにグラントIZK0Z3-150809に）、AZハイジデメトリアデス財団に 、欧州研究会議（ &#39;Nogorise&#39;）をMESするとの補助金によって賄われていましたクリストファーとダナ·リーブ財団（CDRF）。

全ての実験は、カントンチューリッヒ、スイスの獣医局のガイドラインに従って行いました。 1.動物の取り扱いおよび馴化<ol><li>動物の取り扱い 注：5日実験開始前に、毎日のステップ1.1.1を実行します。 <ol><li>行動実験では、実験者に動物を慣らします。毎日の動物当たり10〜15分を持続セッションを処理しています。各動物のセッションの後にボックスを清掃してください。 <ol><li>最初は、動物が実験に慣れになることを探求し、臭いできるようにケージに実験者の手を置きます。 </li><li>次に、静かにさらに習熟を可能にするフロントと後足の間、ラットの体をつかんで安全な方法で実験者の手で動物を持ち上げます。 </li></ol></li><li>絶食前のベースライン体重を得るために、毎日、各動物を秤量します。 </li></オール&gt; </li><li>装置馴化·食品ファミリア<ol><li>絶食前のベースライン体重を得るために、毎日、各動物を秤量します。 </li><li>標準的な実験食の事前研修の先頭に3日前、ラットを奪う食べ物を開始します。 （食品の10グラムで開始、 例えば、200グラムの重さのラット）ラット日あたりの食品1グラムあたりの体重の0.05グラムを与えます。毎日体重を監視することにより、一日あたり10％以上減少しないために体重を確認してください。 <ol><li>いくつかの動物は1ケージに保持されている場合は、支配的なラットは少ない支配的なもの以上のものを食べることができます。動物は減少の体重場合、動物を別々の代わりにグループ給餌を養います。水を自由に与えます。 </li></ol></li><li>把持装置でラットを知らせるために、（ 図1）トレーニングボックスに動物を配置します。食物ペレットを動物に習熟するためにスリット開口部に近​​接してトレーニング箱に入れ、砂糖ペレットを持っています。このSTを実行します3日間毎日EP 10-15分。 </li></ol></li></ol> 2.事前トレーニングや運動スキル学習<ol><li>事前トレーニング<ol><li>ある日習熟した後、トレーニングボックスに動物を配置し、それが動物の舌によって達することができるように、スリット開口部に近​​接したペレットを配置します。プレトレーニング中に自分の前肢でペレットを取り出し、動物を除外 注：この段階で、舌でペレットの取得が重要と選択の通常動物の方法です。運動技能の学習の最初の日が学習到達タスクの適切な監視を可能にするためにまで、ペレットは前肢で把握いかなる場合でなければなりません。プレトレーニング中に前肢を有するペレット検索は除外基準であり、ほとんどの場合に観察されません。 </li><li>ケージの後方に実行して、スリット開口に戻るか、バックステップとして、次の食品ペレットを受信するために、自身の軸を好転するか、ラットを教えます舌。動物は、ケージを探る後方に実行して、スリット開口部に戻すための時間を確保します。動物は正しくタスクを実行しない場合は、ゆっくりケージの端部背面にタップして、動物の注意をキャッチするために鉗子を使用しています。動物が背面になると、静かにスリット開口に動物を導くために、ケージの前面にタップします。 注：動物が定義された標準値に達すると（ 例えば、15分未満で舌50の成功ペレット回収の）は、動物が運動技能の学習段階の資格。 1日目と事前研修の2には、学習者がすでに非学習者と区別することができます。非学習者は、この段階での研究から除外することができます。これは、運動学習ステップ（2.2）中に非学習者の高い数を有する確率を低下させます。 </li><li>プレトレーニング中、食品は、標準的な実験用飼料でラットを奪います。水を自由に与えます。研究を通して毎日の体重を監視します。行います雌雄ラットを訓練するために同じ部屋を使用していません。動物のための穏やかで、ノイズのない環境を確保します。 </li></ol></li><li>足の好みや運動スキル学習の決意<ol><li>運動技能の学習の最初のセッション中に、ポストにウィンドウの前のスライドを交換してください。動物がその舌でペレットに達するだけに達すると動きを把握正確な前肢によってそれを取得できないように約1.5cm離れた後のウィンドウから砂糖ペレットを配置します。 <ol><li>動物が舌で消費をしようとしながら、静かにペレットを動物の口の近くにペレットを持参し、後退させるように鉗子を使用し、前肢によってペレットの取得を強制します。動物が前足を伸ばし、ペレットを把握するまで繰り返し、このタスクを実行します。 </li></ol></li><li>窓の開口部の中心ポストを配置します。足の嗜好を判断するには、慎重に訓練日の最初の10試行REACの1の70％以上を観測興試みは（ すなわち、10のうち7）は同じ前肢で実行する必要があります。これが達成されない場合、70％の閾値に達するまで、10の試験の別のラウンドを続けます。 </li><li>足の嗜好決意した後、好適な前肢に向けてポストをシフトし、窓の開口部の境界に中央揃えます。好適な足の位置合わせは、ポストが（ 図1B、C）に到達するための最適な角度を可能にするために、それぞれの足に反してシフトしていることを意味します。 </li><li>成功したように、動物に提示新しいペレットとして定義されて裁判を、分類（ペレットを取り出し、食べて、把握に達する）、（ポストからペレットをノック）ドロップ（、把握に到達し、検索時にペレットを失う）か、失敗します。あなたのシート内のすべての裁判を書き留め、実験後のデータを分析します。 </li><li>試験の定義された数（ 例えば、150）または各動物の最大時間（ 例えば、1時間）からなる1日1回のセッションを行います。 </li><li>精度と微調整を調査運動の最初の試みの分析を使用して。最初の試みは、個々の移動部品の崩壊、ためらいまたは反復することなく、単一のモノリシック運動のペレットの把握によって定義されます。慎重にラットによってそれぞれ把握を観察します。 <ol><li>ラットの躊躇やリーチ中に引っ込むか、正しくペレットを把握するために、いくつかの試験をしようとすると、成功ではなく、最初の試みとして、それぞれの裁判に注意してください。動物が正常に単一のモノリシックリーチでペレットを把握した場合、あなたのシートに別の列で成功した最初の試みとして、各試行を書き留め。 </li></ol></li><li>運動技能学習中は、食べ物は、標準的な実験用飼料でラットを奪います。水を自由に与えます。研究を通して毎日の体重を監視します。 </li></ol></li></ol>

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</ol>

著者は開示するものは何もありません

。本研究で示したパラダイムは、Buitrago ら 18から適応、主に二つの側面でのパラダイム17に到達し 、古典的な単一のペレットとは異なるされています。 まず、セッション内の改善を検討することは、毎日の平均値で表さ遅い学習コンポーネントに比べて高速な学習コンポーネントの調査などの情報を異なるレベルを提供することができ、一日以内に学んだ課題の分析は（ 図3を参照してくださいことができますおよび4）。第二に、ここで紹介する行動パラダイムは、運動技能のタスクの難しさと複雑さの度合いを増加させます。動物は、その体を再編成することを強制し、前各ペレットの取得に向きに達しています。これは、同じ角度から、単純な反復運動の実行を防止し、深遠な空間配向を必要とします。また、ペレットは目の前に配置される薄い垂直柱から取り出されますEケージとは、このように成功した検索のための正確な把握を必要とし、動物に向けてペレットの引き上げ単純防止ペレットの直径...

移動制御は、中枢神経系（CNS）の主要機能です。 MotricityはCNS機能の主な測定可能な出力や個人が外部世界と対話するための主要な可能性です。運動機能の原理および運動課題の学習は現在、神経科学における大きな課題の一つである根底にあるメカニズムを理解します。 、形態学的生理学的および分子の変化は、新たな運動課題の取得時発見されました。例えば、形状やシナプスの数は、熟練した運動トレーニング1-5に応じて変化し、シナプスの機械の機能的変化は、運動学習の後に観察されました。シナプス応答は、同じ動物の訓練を受けていない半球に、または訓練を受けていない動物からの応答6,7と比較して、訓練を受けた運動野の前肢を表現領域の接続に高かったです。電気生理学的観察はまた、長期増強（LTP）と長期を提案しますメカニズムなど-term抑圧（LTD）は、新しい運動技能の学習中に行われ、LTPとLTD飽和の制限国境の間に形成されるシナプス動作の範囲は、8修正されていること。さらに、その活動マーカーおよび可塑性は、C-FOS、GAP-43、またはBDNFなどの分子を促進するだけでなく、可塑性は、学習に関連する神経可塑性9-16のためのNogo-ディスプレイ調節的役割のような分子を阻害することが示されています。 運動学習のメカニズムのより良い理解に向けたこれらの進歩は、新しい運動技能、 例えば、熟練した前肢は、到達の取得の正確な制御を可能にする行動パラダイムを使用して達成することができます。唯一の適切な構造の行動タスクは、学習と各タスクの実行時に発生する相関の変化を監視し、キャプチャすることができます。ここでは、視覚的に熟練した前肢の修正版を実証しますBuitrago ら 17提示パラダイムから適合ラットにおける単一のペレット到達タスクでは、いくつかのセッションを超える高速な学習コンポーネントおよび一次取得を表す（セッション内）毎日のトレーニングセッション内での移動獲得の分析だけでなく、熟練した運動学習を可能にします（セッション間の）学習したタスク18の遅い学習コンポーネントとメンテナンスを表します。まず、ラットをそれぞれ把握した後、それらの軸を中心に回転するので、次のペレット到達する前に自分の体を再編成し、更新するために訓練されている。重要なことに、この行動パラダイムが原因には2つの機能は運動技能タスクの難しさと複雑さの度合いを増加させます体の向き、同じ角度からの一定の動きの実行を防止することができます。次に、ペレットをケージの前面に配置された垂直ポストから取り出されます。によるポストの小径に、ペレットが容易に成功した検索およびpの正確な把握を必要とキックオフすることができますreventing単純な動物に向けてペレットを引っ張ります。 このような複雑な行動試験は、運動学習のメカニズムをより深く洞察することができます。マウスと比較して、ラットは、複雑な行動タスクのその性能に優れ、本研究で提示されるような複雑なパラダイムのためにこのように適しています。ラット19,20のために利用可能な増加の遺伝的可能性を考慮すると、遺伝子操作、イメージングおよび生理学的な技術と正確かつ十分に制御行動試験方法の組み合わせは、より良い運動学習および記憶の神経生物学的基礎を理解するための強力なツールボックスを表します。

<table><tbody><tr><td>トレーニングボックス</td><td></td><td></td><td>自作</td></tr><tr><td>台座</td><td></td><td></td><td>自作</td></tr><tr><td>シュガーペレット</td><td>TSEシステムズインターナショナルグループ</td><td></td><td>45 mg ダストレス精密ペレット</td></tr><tr><td>スプレイグ ドーリー ラット</td><td></td><td></td><td>5-6週齢 オス</td></tr><tr><td>ノートパソコン</td><td>ヒューレットパッカード</td><td></td><td></td></tr><tr><td>ストップウォッチ</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>鉗子</td><td>ファインサイエンスツール(FST)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Excel</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prism</td><td>GraphPad</td><td></td><td></td></tr><tr><td>体重計</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>カウンター</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

ラットでのタスクに到達高精度熟練前肢の取得

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

運動は、中枢神経系機能の主要な測定可能な出力です。運動学習と実行の詳細な分析を可能にする行動パラダイムを開発することは、運動機能の根底にある原理とプロセスを理解するために非常に重要です。ここでは、高速学習コンポーネントと一次獲得を表すトレーニングの毎日のセッション(セッション内)内で運動獲得を研究するパラダイムと、遅い学習コンポーネントと学習タスクの統合を表すいくつかのトレーニングセッション(セッション間)での熟練した運動学習を研究するパラダイムを示します。この行動パラダイムは、2つの特徴により、運動技能課題の難易度と複雑さを増します:まず、動物は各ペレット回収の前に体を再調整し、新たな向きを強制し、同じ角度からの動きの実行を防ぎます。次に、ペレットの直径と一致する垂直ポストからペレットをつかみ、ケージの前に配置します。そのためには、ペレットの回収を成功させるためには正確な把握が必要であり、したがって、ペレットが動物に向かって簡単に引っ張られるのを防ぎます。新しい遺伝学、イメージング、電気生理学的技術と組み合わせることで、この行動法は、運動学習と記憶の形態学的、解剖学的、分子的基盤を理解するのに役立ちます。

成功した運動技能の獲得のみ一貫した練習によって達成されます。すべての側面を慎重に検討にもかかわらず、いくつかのラットは、タスク（ 図2）を習得することができません。これらの「非学習者は &#39;のいずれかの実験を開始してからペレット検索のいくつかまたは存在しない試みをもたらす動機を欠いているか、一般的に連続して試行の失敗につながるペレットに手を伸ばすに興味を失います。これとは対照的に、いくつかの動物は早計で得られた積極的なオーバー動機付け行動を示し、失敗につながる試みを把握殺到しました。失敗した学習者の第3のグループは、高い成功率で始まり、停滞、さらには学習曲線の減少につながる重要な改善をしないそれらの動物です。 成功した運動技能の学習は、2つのフェーズで構成されています。高速学習コンポーネントは、通常、セッション内運動トレーニング（の最初の日以内に観察され、一次取得を表します。 <strong&gt;いくつかの反復的なトレーニングセッションを介して、図3）と、熟練した運動学習（学習したタスクの遅い学習コンポーネントと統合を表す、 <strong...

ラットにおける高精度の熟練した前肢到達課題の獲得を分析するためのパラダイムが提示されます。

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

本手順の全体的な目的は、複雑な4肢到達タスクの習得を研究し、セッション内学習とセッション間学習という2つの段階を分析することです。これは、まず動物に実験者と学習環境に慣れさせることで達成されます。次のステップでは、ラットが舌で餌ペレットを回収する前に、自らの体を再調整することを学習させます。次に、ラットは台座の上に置かれた砂糖ペレットを4肢でどのように掴むかを学習します。好んで使用する前肢が決定すると、トレーニング期間中にペレットを掴む際のアクセス角度を最適化するために台座を移動させます。各試行は、成功、落下、または失敗としてスコア付けされます。この手法の、古典的なシングルペレットリーチングタスクのような既存の手法に対する主な利点は、運動学習の難易度を高めることで、より複雑な外来性の動作の調査が可能になることです。個々の手順を視覚的に確認し、音声とテキストで理解することは、原稿の記述のみでは説明が困難な各ステップをより完全に理解するために不可欠です。実験に向けた動物の準備として、実験開始前の少なくとも5日間、1頭につき10分から15分程度のハンドリングを毎日行ってください。この機会に、体重測定も併せて実施してください。ラットを最初に扱う際は、まずケージの中に手を入れた状態で、動物に慣れさせてください。その後、安全な方法で動物をそっと持ち上げます。絶食前に各個体を計量し、基準となる体重を記録します。慣らし期間中の事前トレーニング開始3日前から、絶食プロトコルを開始します。ラットには、体重1gあたり0.05gの標準飼料のみを与えます。水については、毎日制限なく与えてください。食事制限期間中、各ラットの体重減少が10%を超えないように注意してください。複数の個体を1つのケージで飼育する場合、優位な個体がすべての餌を食べてしまわないよう、個別に給餌する必要があると考えられます。ラットを把握装置に慣れさせるため、プリトレーニング開始前の5日間、1回10〜15分間のセッションを毎日行い、トレーニングボックスに入れておいてください。また、動物に匂いと味に慣れさせるため、トレーニングボックスの中にペレットを数粒入れておきます。最後に、各個体への曝露の間に、必ずトレーニングボックスを清掃してください。雄ラットと雌ラットのトレーニングは、別の部屋で行う必要があります。トレーニングルームは、穏やかで静かな環境である必要があります。できれば、同一の試験に雄ラットと雌ラットを混在させないでください。ラットがトレーニングボックスに慣れた後、事前トレーニングを開始します。各ラットをボックスに戻し、動物が舌で届くように、スリット開口部の前のスライド上に砂糖ペレットを置きます。次に、ラットに、ケージの後方まで走ってから次のペレットを得るためにスリット開口部に戻るか、あるいは後退してその場で方向転換し、別のペレットを得るように学習させます。このタスクの実行中は、ラットにケージ内を探索させてください。ラットが適切に探索しない場合は、ピンセットでケージの後方を軽く叩いて注意を引いてください。ラットがケージの後方に移動したら、今度はケージの前方を軽く叩いて注意を引いてください。スリットの開口部に戻ります。このステップには忍耐が必要です。この段階では舌による回収が極めて重要であり、通常、動物が好んで行う方法です。事前訓練期間中、ペレット回収の試行を行います。除外基準として、ラットが特定の時間枠内に一定回数のタスクを実行できた場合を「タスクを習得した」と定義します（例：15分以内に50回のペレット回収）。基準を満たすまで、各ラットを1日最大1時間トレーニングします。通常、学習不能なラットは事前訓練開始から数日以内に特定できます。これらの個体は、事前訓練の段階で研究から除外してください。ラットを絶食させ続けることが重要です。水は自由に飲める状態にし、体重を毎日モニタリングしてください。タスク学習のために、トレーニングボックス前のスライドをペデスタルに交換します。次に、ペレットを台座の上に置きます。台座は窓から1.5 centimeters離して配置し、舌では届かず、前肢でしか届かないようにします。動物にペレットの掴み方を教えるため、ピンセットを用いてペレットをラットの口元まで近づけ、その後、引き戻します。ラットが舌を伸ばして舐めようとしたら、体が伸びるまでこの方法で刺激を与え続けます。ペレットを掴むために前肢を使用します。最初の10回のリーチ試行の間、利き前肢を判定するために、台座をスリット開口部の中央に配置します。最初の10回の試行のうち7回以上が同一の前肢で行われた場合、その前肢を利き前肢と見なします。この基準に達しない場合は、利き前肢が明確に示されるまで、以降の10回ごとの試行ブロックで判定を継続します。10回の試行ブロック間で好みの維持を確認する必要があります。通常、これは好みの決定後に行われます。ペデスタルを好みの肢とは反対側の窓の縁に移動させ、動物がパレットにアクセスしやすい角度を確保します。好みの肢を用いて、ペレットの提示ごとに「成功」、「落下」または「失敗」としてスコアを記録します。ドロップとは、把握に成功した後にそれを落とした場合を指します。成功は、ラットがペレットの把握に成功し、それを口まで運んで最終的に食べた場合に定義されます。1日1セッション実施してください。試行回数の制限と時間制限を用いて、セッション時間を定義します。例えば、ペレットの把握回数が150回に達したか、または1時間が経過したかのいずれか早い方でセッションを終了します。精度および微調整の能力は、ラットが最初の試行でペレットを回収できたかの成功率を分析することで判断できます。初回試行での成功は、ラットが単一の流動的な動作を行った場合にのみ認められます。個々の動作構成要素に中断、ためらい、または繰り返しがない成功例については、常に記録してください。運動技能学習の間は、ラットへの絶食を継続させることが重要です。事前トレーニング時と同様に、水へのアクセスを制限せず、毎日ラットの体重を測定してください。多くのラットはタスクを習得しますが、中には習得できない個体もあり、それらはモチベーションが低いか、興味を失っている可能性があります。失敗が重なると、焦りや攻撃性が強まり、タスクの学習が困難になる場合があります。また、初期には成功を示すものの、その後改善能力を失ったり、成功率が低下したりするラットも存在します。成功は2つのフェーズで定義できます。通常、最初のトレーニングセッションでは、一次習得を表す初期の急速な学習成分が観察されます。第2相は熟練した運動学習で構成されており、これにはより多くの時間を要し、数回のセッションにわたって学習したタスクが定着することを表しています。ラットがこのレベルの学習を達成するまでに要する日数は個体によって異なるため、平均曲線は完全な平滑線にはなりません。運動学習が成功したことのもう一つの指標として、運動計画の微調整が見られます。各トレーニングセッションにおいて、全成功回数に対する1回目の試行でのペレット回収率を算出することで、この種の運動学習を測定できます。この手順を行う際は、常に冷静さを保ち、セッション中に快適で騒音のない環境を提供し、体重をモニタリングしながら動物の食事制限を行うことが重要です。この手順は、特定の薬剤による処置、さまざまなイメージング技術、電気生理学、または遺伝子改変などの他の手法と組み合わせて実施することが可能です。これらの多数の実験的組み合わせは、運動学習をより深く理解するための優れた基盤となります。

acquisition-of-a-high-precision-skilled-forelimb-reaching-task-in-rats

Research

JoVE Journal

Behavior

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学ぶラットの高精度熟練前肢到達タスク取得法。セッション内・間の学習段階を解析し、複雑な運動学習の理解を深める。行動神経科学の研究に有用です。

ラットでのタスクに到達高精度熟練前肢の取得

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