방법 논문

숙련 된 앞다리가 쥐에서 작업을 도달하는 고정밀의 취득

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DOI:

10.3791/53010

⸱

2015년 6월 22일

 ,  ,  ,  , 
1Brain Research Institute, University of Zurich, 2Department of Biology and Department of Health Sciences and Technology, ETH Zurich, 3Clinical Neurorehabilitation, Department of Neurology, University of Zurich & University Hospital Zurich

* These authors contributed equally

이 논문에서

요약

쥐에서 고정밀 숙련 된 앞다리 도달 작업의 획득을 분석하기위한 패러다임이 제시됩니다.

초록

움직임은 중추 신경계 기능의 주요 측정 가능한 출력입니다. 운동 학습과 실행에 대한 상세한 분석을 가능하게 하는 행동 패러다임을 개발하는 것은 운동 기능의 기초가 되는 원리와 과정을 이해하기 위해 매우 중요합니다. 여기에서 우리는 빠른 학습 구성 요소와 기본 습득을 나타내는 일일 훈련 세션(세션 내) 내에서 움직임 습득을 연구하는 패러다임과 느린 학습 구성 요소와 학습된 작업의 통합을 나타내는 여러 훈련 세션(세션 간)에 걸친 숙련된 운동 학습을 연구하는 패러다임을 제시합니다. 이 행동 패러다임은 두 가지 특징으로 인해 운동 기술 과제의 난이도와 복잡성을 증가시킵니다: 첫째, 동물은 각 펠릿을 회수하기 전에 몸을 재정렬하여 새로운 방향을 강요하고 동일한 각도에서 움직임 실행을 방지합니다. 둘째, 펠릿의 직경과 일치하는 수직 기둥에서 펠릿을 잡고 케이지 앞에 놓습니다. 이를 위해서는 성공적인 펠릿 회수를 위해 정확한 파악이 필요하며, 따라서 펠릿이 동물 쪽으로 단순히 당겨지는 것을 방지할 수 있습니다. 새로운 유전학, 이미징 및 전기 생리학 기술과 함께 이 행동 방법은 운동 학습 및 기억의 형태학적, 해부학적, 분자적 토대를 이해하는 데 도움이 될 것입니다.

서론

이동 제어는 중추 신경계 (CNS)의 핵심 기능이다. Motricity은 CNS 기능의 주요 측정 출력과 개인이 외부 세계와 상호 작용하기위한 메인 가능성이다. 운동 기능의 원리 및 모터 태스크의 학습은 신경 과학 큰 과제 중 하나이며 기초 메커니즘을 이해. , 형태 학적 생리 학적 및 분자 변화는 새로운 모터 작업의 인수에 발견되었다. 예를 들어, 모양 및 시냅스의 수는 당업자 모터 훈련 1-5에 응답하여 변경하고, 시냅스 기계의 기능 변화는 운동 학습 후에 관찰 하였다. 시냅스 응답은 같은 동물이나 훈련받지 않은 동물 6,7의 응답에 익숙하지 않은 반구에 비해 훈련 운동 피질의 앞다리-대표하는 지역의 연결에서 더 높았다. 전기 생리 관찰은 또한 장기 강화 (LTP) 및 장기 제안메커니즘 같은 -TERM 우울증 (주) 새로운 모터 기술의 학습 동안 자리를 차지할 및 LTP 및 회사 포화의 제한 국경 사이에 정의되어 시냅스 작업의 범위 것을, 8 수정됩니다. 또한,은 등 학습과 관련된 신경 가소성 9-16에 대한 노고 디스플레이 규제 역할로 C-FOS, GAP-43, 또는 BDNF뿐만 아니라 소성 억제 분자로 분자를 촉진하는 활성 마커 및 소성을 보였다.

운동 학습을 기본 메커니즘을 더 잘 이해 향해 이러한 발전은 새로운 모터의 기술, 예를 들어, 당업자는 광범위한 앞다리의 취득의 정밀한 제어를 허용 행동 패러다임의 사용으로 달성 될 수있다. 만 잘 구조화 된 행동 작업을 모니터링하고 학습과 각 작업의 실행시 발생하는 상호 변경을 캡처 할 수 있습니다. 여기서 우리는 시각적 숙련 앞다리의 수정 된 버전을 보여Buitrago 등. 17 제시된 패러다임에서 적응 쥐 단일 펠렛에 도달하는 작업은 여러 세션을 통해 빠른 학습 요소 및 기본 인수를 나타내는 (내 세션) 매일 훈련 세션 내에서 이동 인수의 분석뿐만 아니라 숙련 된 운동 학습을 할 수 있습니다 (사이 세션) 학습 된 작업 (18)의 느린 학습 요소 및 유지 보수를 나타내는. 첫째, 쥐가 각 이해 한 후 자신의 축을 중심으로 설정하고, 따라서 다음 펠릿에 도달하기 전에 자신의 몸을 재편성하고 갱신 훈련 : 중요한 것은,이 행동 패러다임으로 인해 두 기능은 모터 기술 작업의 어려움과 복잡성의 정도를 증가 신체 방향, 동일 각도에서 일정한 운동 실행 방지한다. 둘째, 펠릿은 케이지의 전면에 배치 된 수직 기둥에서 검색됩니다. 때문에 게시물의 작은 직경, 펠릿은 쉽게 성공적인 검색 및 페이지에 대한 정확한 이해를 필요로 쫓겨 될 수있다reventing 간단한 동물을 향해 펠렛의 당기.

이러한 복잡한 행동 테스트는 운동 학습의 기초가되는 메커니즘에 대한 깊은 통찰력을 할 수 있습니다. 본 연구에서 제시된 쥐에 비해 쥐 복잡한 행동 작업의 성능이 우수하므로 더 적합 복잡한 패러다임에 대한 것입니다. 래트 19, 20에 대한 증가하는 유전자를 사용할 가능성 고려 유전 조작, 촬상 생리 기술에 정밀하고 잘 제어 된 행동 테스트 방법의 조합이 더 나은 모터 학습 및 기억의 신경 생물학적 기초를 이해하는 강력한 도구를 나타낸다.

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프로토콜

모든 실험은 캔톤 취리히, 스위스의 수의학 사무소의 지침에 따라 수행되었다.

1. 동물 취급 및 요법 이니

  1. 동물 취급
    참고 : 5 일 이전에 실험의 시작, 매일 1.1.1 단계를 수행합니다.
    1. 행동 실험을 위해, 실험 동물에 익숙해. 매일 동물 당 10 ~ 15 분 지속 세션을 처리했다. 각 동물의 세션 후 상자를 청소합니다.
      1. 처음 탐험 동물을 허용하는 케이지에 실험자의 손을 배치하고 실험에 익숙하게하는 냄새.
      2. 다음, 부드럽게 더 익숙해 수 있도록 전면과 뒷발 사이에 쥐의 몸을 잡고 안전한 방식으로 실험자의 손으로 동물을 올립니다.
    2. 음식 박탈 전에 기준 체중을 얻기 위해 매일 각 동물의 무게를.
  2. 장치 요법 이니 및 식품 친숙
    1. 음식 박탈 전에 기준 체중을 얻기 위해 매일 각 동물의 무게를.
    2. 표준 실험실 다이어트에 대한 사전 교육 시작 3 일 전에 쥐를 박탈 음식을 시작합니다. (예를 들어, 쥐 200g, 음식의 10g로 시작 무게) 쥐에게 하루에 1g의 체중 당 음식의 0.05 g을 얻었다. 매일 체중을 모니터링하여 하루에 10 % 이상 감소하지 않도록 체중을 확인합니다.
      1. 여러 동물이 하나의 케이지에서 개최하는 경우, 지배적 인 쥐 덜 지배적 인 것보다 더 많은 것을 먹을 수있다. 경우 동물 감소의 체중을에서, 대신 그룹 먹이의 별도 동물을 먹이. 임의 량의 물을 준다.
    3. 파지 장치와 쥐를 익히려면, (그림 1) 교육 상자에 동물을 배치합니다. 식품 알약과 동물을 익숙하게 슬릿 개구에 근접 훈련 상자에 넣고 설탕 알갱이가 있습니다. 이 일을 수행EP 3 일간 10 ~ 15 분 매일.

2. 사전 교육 및 모터 스킬 학습

  1. 사전 교육
    1. 하루 숙지 후 훈련 박스로 동물을 배치하고 동물의 혀에 의해 도달 될 수 있도록 슬릿 개구에 가깝게 배치 펠릿. 사전 훈련 도중 자신의 앞다리와 알약을 검색 동물 제외
      참고 :이 단계에서, 혀 펠릿 검색이 중요한 선택의 보통 동물의 방법입니다. 모터 기술 학습의 첫 번째 날이 학습에 도달 작업의 적절한 모니터링을 허용 할 때까지 펠렛은 앞다리로 파악 어떠한 경우에 있어야합니다. 사전 훈련 중 앞다리와 펠렛 검색이 제외 기준이며, 관찰되지 대부분의 경우입니다.
    2. 케이지의 뒤쪽으로 실행하고 슬릿 개구로 돌아가거나 뒤로 물러나와 함께 다음 음식 펠렛을 받기 위해 자신의 축을 턴어라운드 중 쥐를 가르쳐혀. 케이지를 탐험 뒤쪽으로 실행하고 슬릿 개방으로 돌아가려면 동물을위한 시간을 허용합니다. 동물이 제대로 작업을 실행하지 않는 경우, 부드럽게 케이지의 최종 뒷면 누르고 동물의 관심을 잡기 위해 집게를 사용합니다. 동물 후면되면 부드럽게 슬릿 개구에 동물을 안내 케이지 앞쪽 탭.
      주 : 동물 정의 기준치에 도달하면 (예, 15 분 미만에 50 혀 성공적인 검색 시간이 펠릿), 동물 모터 스킬 학습 단계 자격. 1 일 및 사전 훈련 2에서, 학습자가 이미 비 학습자 구별 될 수있다. 비 학습자는이 단계에서의 연구에서 제외 될 수있다. 이것은 운동 학습 단계 (2.2) 중에 비 학습자 높은 번호를 갖는 확률을 감소시킨다.
    3. 사전 훈련 기간 동안, 음식은 표준 실험실 다이어트에 쥐를 박탈. 임의 량의 물을 준다. 연구를 통해 매일 체중을 모니터링합니다. 수행하지 남성과 여성의 쥐를 훈련 같은 방을 사용합니다. 동물을위한 조용하고 잡음이없는 환경을 확인합니다.
  2. 발 환경 설정 및 모터 기술 학습의 결정
    1. 모터 기술 학습의 첫 번째 세션 동안, 게시물 창 앞의 슬라이드를 교체합니다. 동물이 혀와 펠렛에 도달 만에 도달과 움직임을 파악 정확한 앞다리하여 검색 할 수 있도록 약 1.5 cm 떨어진 게시물에 창에서 설탕 펠렛을 놓습니다.
      1. 동물이 혀와 소비를 시도하면서 부드럽게 펠렛을 동물의 입에 가까이 펠렛을 가져오고 철회 집게를 사용, 앞다리에 의해 펠렛 검색을 적용합니다. 동물의 앞다리을 뻗어 펠렛을 파악 될 때까지 반복적으로이 작업을 수행합니다.
    2. 창 개구부의 중심이 게시물을 놓습니다. 발 환경 설정을 확인하려면, 조심스럽게 훈련 날에 REAC의 1. 70 % 이상을 처음 10 시련을 관찰힝 시도 (즉, 10 명 중 7) 같은 앞다리으로 실행해야합니다. 이 달성되지 않는 경우 70 %의 임계 값에 도달 할 때까지, 실험 10의 또 다른 라운드를 계속.
    3. 발 환경 결정 후, 선호 앞다리으로 게시물을 이동하고 창 개구부의 테두리에 중앙에 맞 춥니 다. 선호하는 발 정렬 포스트 (그림 1B, C)에 도달하기위한 최적의 각도를 할 수 있도록 각각의 발에 반대로 이동을 의미합니다.
    4. 성공적으로 (포스트 오프 펠렛을 노크) (도달 파악, 검색하고 펠렛을 먹고), 드롭 (REACH, 이해 및 검색하는 동안 펠렛을 잃게) 또는 실패로, 동물에 관한 새로운 펠릿으로 정의 재판을 분류. 당신의 시트에있는 모든 시험을 참고 실험 후 데이터를 분석 할 수 있습니다.
    5. 실험의 정의 된 횟수 (예, 150) 또는 각각의 동물에 대한 최대 시간 (예, 1 시간)로 이루어진 하나의 세션을 매일 수행한다.
    6. 정밀하고 미세 조정을 조사운동의 첫 번째 시도 분석을 사용. 첫 번째 시도는 중단, 망설임이나 개별 운동 성분의 반복없이 단일 모 놀리 운동 펠릿 파지에 의해 정의된다. 조심스럽게 쥐에 의해 각각의 이해를 관찰합니다.
      1. 쥐가 주저하거나 범위 동안 후퇴하거나 제대로 펠렛을 파악하기 위해 여러 실험을 시도 할 경우, 각각의 성공으로 재판하지만 첫 번째 시도를 확인합니다. 동물이 성공적으로 단일 모 놀리 식 범위에서 펠렛을 파악 경우, 시트에 별도의 열에서 성공적으로 첫 번째 시도로서 각각의 재판을 확인합니다.
    7. 모터 기술 학습하는 동안, 음식은 표준 실험실 다이어트에 쥐를 박탈. 임의 량의 물을 준다. 연구를 통해 매일 체중을 모니터링합니다.

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결과

성공적인 모터 기술 습득은 일관된 연습을 통해 달성된다. 모든 측면을 충분히 고려에도 불구하고, 일부 쥐 작업 (그림 2) 학습하지 못한다. 이러한 '비 학습자'중 실험의 시작부터 펠릿 검색의 몇 결석 시도의 결과로 의욕이 부족하거나 일반적으로 지속적으로 시도를 실패로 이어지는 펠릿에 도달에 대한 관심을 잃게됩니다. 반면, 일부 동물 overhasty의 결과로 적극적인 이상 동기 부여 동작을 보여 실패로 이어질 시도를 파악 돌진했다. 성공하지 못한 학습자의 세 번째 그룹은 높은 성공률로 시작하고 정체 또는 학습 곡선을 감소로 이어지는 상당한 개선을하지 않는 동물이다.

성공적인 모터 기술 학습은 두 단계로 구성 빠른 학습 구성 요소는 일반적으로 내 세션 모터 훈련 (첫 날 내에서 관찰 차 인수를 나타내는; 여러 반복적 인 훈련을 통해 그림 3)과 숙련 된 운동 학습 (학습 된 작업의 속도가 느린 학습 요소 및 통...

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토론

. 본 연구에서 나타난 패러다임은 Buitrago 등 (18)에서 적응 주로 두 가지 측면에서 패러다임 (17)에 도달하는 고전적인 단일 펠렛 차이가있다 :

먼저, 내부 세션 개선 공부 이러한 평균 값으로 표현 느린 학습 컴포넌트에 비해 빨리 학습 컴포넌트의 조사와 같은 정보의 다른 레벨을 제공 할 수있는 단일 일 이내에 학습 과제의 분석 (도 3 참조 허용 및 4). 둘째, 여기서 제시 행동 패러다임 모터 스킬 작업의 어려움과 복잡도를 증가시킨다. 동물 전에 각각의 펠릿 검색에 몸과 도달 방향을 재조정하도록 강요한다. 이 같은 각도에서 단순 반복적 인 운동의 실행을 방지하고 깊은 공간 방향을 필요로한다. 또한, 펠릿은 일의 앞에 배치 된 얇은 수직 기둥에서 검색E 케이지 따라서 성공적인 검색을위한 정확한 이해를 필요로하고, 동물을 향해 펠릿 당기는 간단한 방지...

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공개 사항

저자는 공개할 것이 없습니다

감사의 글

이 작품은 스위스 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (부여 31003A-149315-1 MES 및 AZ에 부여 IZK0Z3-150809에), AZ 하이디 Demetriades 재단, 유럽 연구위원회 ( 'Nogorise')를 MES하고의 보조금에 의해 투자되었다 크리스토퍼와 다나 리브 재단​​ (CDRF).

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
훈련 상자자체 제작
받침대자체 제작
설탕 펠릿TSE 시스템 국제 그룹45 mg 먼지없는 정밀 펠릿
Sprague Dawley 쥐5-6 주 된 남성
노트북 컴퓨터Hewlett Packard
스톱 워치
집게Fine Science Tools (FST)Excel,
Microsoft
PrismGraphPad
체중계
카운터

참고문헌

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