リバーシブルの冷却誘起 Deactivations 歩行猫障害メモリへの皮質の貢献を研究するには
2017年12月11日
手足の注意深い調整を要求される自然主義的な環境での複雑な運動には、頭頂の皮質の領域が含まれます。次のプロトコルでは、歩行の猫の記憶誘導性障害物回避の頭頂領域 5 の役割を示す可逆冷却誘起非アクティブ化の使用について説明します。
この研究で冷却誘発性不活性化を使用する全体的な目標は、歩く猫の障害物記憶に対する皮質の寄与を評価することです。この方法は、頭頂葉が記憶誘導型障害物回避に関与しているかどうかなど、自発運動制御の分野における重要な質問に答えるのに役立ちます。この手法の主な利点は、非アクティブ化を元に戻すことができることです。
これにより、各動物は独自の制御として機能することができます。まず、付属のテキストプロトコルで説明されているように、ここに示す装置を構築します。次に、動物を試験ハーネスを装着した状態で動物を試験装置に載せ、動物をセットアップに順応させます。
このリーシュの向きにより、動物は張力をかけずに装置の中央部分に沿って歩くことができ、したがって、動物が装置のこの部分内に留まるように促します。このような境界を設定することは、動いている被験者を扱うときに役立ちます。フードプラットフォームに柔らかい食べ物を置き、動物を歩道に置き、プラットフォームから食事をできるようにします。
動物を歩道のスタートエリアに移動させる必要がある場合を含め、動物が快適に取り扱いていることを確認してください。視覚的な障害物の記憶を評価するには、障害物を歩道に持ち上げ、プラットフォームを障害物の向こう側に置きます。次に、動物を歩道のスタートエリアに置き、動物が食べ物に近づくのを許可し、前足だけで障害物を乗り越えてプラットフォームから食事をします。
動物が食べ続けるときは、障害物を下げて歩道と同じ高さになるようにし、それ以上の視覚的または触覚的な入力を防ぎます。可変遅延時間の後、動物が歩行を再開するように促すために、食物を再び前方に動かします。また、障害物への慣れと学習回避反応の発達を防ぐために、障害物がない場合でも試行を実行します。
障害物の存在と障害物の有無の試行で後肢のステッピングを観察して、冷却前の典型的な運動行動と無傷の視覚障害記憶を確認します。動物が接触せずに障害物を乗り越えることができること、および障害物がない場合の試行と比較して、障害物が存在する試験では4本の脚すべてのステップが有意に上昇することを確認します。触覚障害の記憶を評価するには、まず障害物が歩道に浮かび上がっていないことを確認することから始めます。
次に、動物を歩道の始点に置き、障害物スロットの向こう側に置かれたフードプラットフォームに向かって歩くのを待ちます。動物が食べるときは、障害物をフード皿の下の通路に持ち上げて、障害物の視覚的な入力を防ぎます。次に、食べ物を前に動かします。
食べ物が前方に移動すると、動物は障害物を乗り越える前に前足で障害物に接触する必要があります。動物が前足と後ろ足の間の障害物にまたがりながら食事を続けるのを許します。この間、障害物を下げて歩道と同じ高さになるようにし、それ以上の視覚的または触覚的な入力を防ぎます。
可変遅延時間の後、動物が歩行を再開するように促すために、食べ物をもう一度前方に移動します。触覚障害のない試行では、動物に近づいてフードプラットフォームから食べさせます。ただし、フードを可変遅延で前進させる前に、障害物を上げ下げしてください。
障害物がなく、前足の接触が発生しない場所で試行を行い、障害物の存在に慣れたり、学習した回避反応が発達したりするのを防ぎます。障害の有無の試行で後肢のステップを観察して、皮質冷却を開始する前に、正常な自発運動行動と無傷の障害物記憶を確認します。脳の離散的な領域を不活性化し、記憶誘導型障害物回避への寄与を評価するために、添付のテキストプロトコルに記載されているように、以前に報告された外科的処置に従って、領域5および7にCryoLoopsを両側に埋め込みます。
試験に先立ち、200ミリリットルのメタノールと500ccのドライアイスを組み合わせて冷却回路を準備し、氷浴を形成します。メタノールリザーバーからのインテークチューブをポンプに接続します。アイスバスに通じるアウトフローチューブをポンプの反対側に接続します。
チューブの端をダミーのCryoLoopに接続し、端が入口チューブと出口チューブにぴったりと収まることを確認して、冷却回路を完成させます。次に、熱電対プラグをデジタル温度計に取り付けて、継続的な温度監視を行います。このケーブルとチューブの長さが、接続時に動物の頭に到達するのに十分であることを確認してください。
次に、スイッチを使用してピストンポンプをオンにし、すべての接続がぴったりと密着しており、漏れがないことを確認します。ポンプの設定、アイスバス内のチューブの長さ、およびアイスバスからダミーループまでのチューブの長さが最適であり、ダミーのCryoLoop温度が摂氏5度未満の定常状態に達することができることを確認してください。初期設定に満足したら、ポンプのスイッチを切り、ダミーのCryoLoopを取り外します。
動物を試験装置に置き、ハーネスを締めます。次に、ストラップを固定し、リードを取り付けます。次に、埋め込まれたCryoLoopの保護キャップを取り外して、インレットチューブとアウトレットチューブを露出させます。
チューブの端をCryoLoopの入口チューブと出口チューブにぴったりと取り付け、熱電対プラグをデジタル温度計に接続します。テストセッションは、視覚的または触覚的な障害物記憶の試行から開始します。最初のテストの後、4 種類すべての追加の試行をランダムに行います。
次に、ピストンポンプのスイッチを入れ、CryoLoopが摂氏3度の温度に達するまで1〜2分待ちます。次に、試行のクールなブロックを実行します。試験中は、CryoLoopの温度が摂氏約3度に維持されていることを確認してください。
次に、ピストンポンプのスイッチを切り、CryoLoopが元の温度に戻るのを待ちます。ピストンポンプのスイッチを切った後、トライアルの最終再温化ブロックを実行します。動作テストが終了したら、インレットチューブとアウトレットチューブからチューブを取り外し、保護キャップが交換されていることを確認します。
チューブの端から滴り落ちる可能性のある残留メタノールに注意し、動物を刺激する可能性があります。リードとハーネスを取り外してから、動物をコロニーに戻します。最後に、チューブカッターを使用してチューブの端をトリミングし、次のテスト日に接続部が漏れないようにします。
ネコの脳の領域5が両側に冷却されると、後肢のステッピングは、前肢と後肢の両方に対する障害物存在試験で有意に減衰した。障害物が存在する試行における前脚のピークステップ高さと、障害物のない試行のすべての脚は、エリア5の非アクティブ化の影響を受けませんでした。同様に、障害物が存在する試行または障害物がない試行のいずれにおいても、区間のピークステップ高さは、エリア7が非アクティブ化されたときの暖かい条件と変わらなかった。
温冷状態とエリア7冷却状態の両方と比較して、エリア5冷却条件では、前足ステップと後足ステップでステップクリアランスが減少しました。さらに、後足のステップ軌道は、ウォームコンディションとエリア7の冷却条件の両方でのステップとは異なり、ピークが障害物の前に発生したため、エリア5の非アクティブ化の影響を受けました。この手順を試行する際は、実験全体を通して冷却ループの温度を監視して、適切に非アクティブ化することを忘れないでください。
このビデオを見た後、行動する動物の冷却を伴う皮質の領域を可逆的に非アクティブ化する方法をよく理解しているはずです。
完全なトランスクリプトを表示し、数千本の科学動画にアクセス
概要
この研究は、猫の移動中の記憶誘導障害物回避における頭頂皮質の役割を調査します。可逆的な冷却誘導脱活性化を使用して、この脳領域が複雑な動きの調整にどのように寄与するかを明らかにすることを目的としています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 行動生物学
- 運動制御
背景
- 障害物回避の背後にある神経メカニズムを理解することは、運動に関する洞察を得るために重要です。
- 頭頂皮質は空間認識と動きの計画において重要な役割を果たしていると考えられています。
- 可逆的な冷却技術により、特定の脳領域を制御された脱活性化させることができます。
- この方法により、研究者は変動を最小限に抑えながら頭頂皮質の寄与を評価することができます。
研究の目的
- 記憶誘導障害物回避における頭頂皮質の関与を評価すること。
- 皮質の寄与が猫の運動行動にどのように影響するかを判断すること。
- 可逆的な脱活性化を可能にする手法を用いて、神経機能のより明確な理解を得ること。
使用した方法
- 運動研究のための特殊な試験装置の構築。
- 頭頂葉5番目の領域を脱活性化するための可逆的な冷却の適用。
- 障害物に対する歩行中の猫の行動の観察。
- 脱活性化前後のパフォーマンスを比較して記憶誘導行動を評価すること。
主要な結果
- 頭頂皮質は成功した記憶誘導障害物回避に不可欠です。
- 可逆的な冷却は、運動制御における5番目の領域の役割を効果的に実証しました。
- 結果は、脱活性化が障害物回避の重大な障害につながったことを示しています。
- 結果は、頭頂皮質が動きの計画のために感覚情報と運動情報を統合するという仮説を支持しています。
結論
- この研究は、複雑な運動を調整する上で頭頂皮質が果たす重要な役割を強調しています。
- 可逆的な冷却は生きた被験体の皮質機能を研究する上で価値ある技術です。
- 将来の研究では、他の種における運動制御の理解へのさらなる影響を探ることができます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Reversible cortical cooling in behaving animals enables precise, within-subject interrogation of brain region contributions to complex sensorimotor tasks. This approach provides mechanistic de-risking for target validation in neural circuits underlying memory-guided locomotion, supporting predictive confidence at early discovery inflection points. The method's reversibility and quantitative behavioral outputs facilitate robust portfolio triage for neurobiological targets.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct testing of cortical region necessity in memory-guided motor behaviors.
- Supports functional de-risking of neural targets implicated in sensorimotor integration.
- Provides within-animal controls to strengthen target validation confidence.
- Facilitates mechanistic hypothesis testing for neural circuit contributions.
Screening & Assay Development
- Establishes validated behavioral paradigms for quantifying locomotor adaptation.
- Delivers reproducible, quantitative step height and trajectory measurements.
- Supports assay standardization for cross-condition and cross-animal comparisons.
- Enables screening of interventions targeting cortical modulation of movement.
Translational & Preclinical Research
- Aligns behavioral outputs with disease-relevant motor impairment models.
- Provides continuity from neural mechanism discovery to preclinical validation of motor function endpoints.
- Informs risk-adjusted advancement of neurotherapeutic strategies targeting cortical circuits.
- Supports predictive de-risking for translational biomarker development in motor disorders.
Pipeline & Workflow Integration
This reversible deactivation protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum for neurobiological target validation and mechanistic de-risking.
- Discovery Biology: Enables hypothesis-driven testing of cortical contributions to memory-guided movement.
- Screening: Provides standardized, quantitative behavioral assays for intervention assessment.
- Analytics: Generates step height and trajectory data for statistical comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Bridges mechanistic findings to preclinical models of motor dysfunction.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for evaluating diverse neural targets in sensorimotor control.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in neural target function and reduces mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable behavioral assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by clarifying target relevance early.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neurobiological targets for advancement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurosurgical implantation and behavioral neuroscience.
- Demands precise temperature control and continuous monitoring of cooling apparatus.
- Necessitates cross-team standardization of behavioral protocols and data analysis.
- Adaptation to other species or models may require protocol optimization.
- Careful handling and monitoring of animals are essential to ensure welfare and data integrity.
Biopharma FAQs
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
