허혈성 뇌졸중의 마우스 모델에서 감각 운동 피질 손상 후 보상 사지 사용과 운동 기능의 학습 행동 평가
2014년 7월 10일
마우스 모델은 행동 신경 과학 연구에서 점점 인기를 얻고 있습니다. 모델이 발전함에 따라 마우스에 특정한 민감한 행동 조치를 개발하는 것이 중요합니다. 이 프로토콜은 뇌졸중의 마우스 모델에 사용하기 위한 숙련된 운동 작업인 Pasta Matrix Reaching Task를 설명합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 보상적 사지 사용과 뇌졸중의 마우스 모델의 행동 효과를 평가하는 것입니다. 이것은, 먼저 형성 절차 동안에 마우스가 어느 한쪽 팔다리로 도달할 수 있도록 함으로써 바람직한 도달 사지를 결정함으로써 달성된다. 두 번째 단계는 파스타 매트릭스 도달 작업에서 선호하는 도달 팔다리만 훈련하여 운동 기술을 확립하는 것입니다.
다음으로, 보상적 사지 사용은 파스타 매트릭스에서 영향을 덜 받는 팔다리를 사용하도록 쥐를 훈련시켜 학습합니다. 선호하는 도달 사지와 반대되는 편측성 허혈성 손상 후 4일 후에 시작되는 작업에 도달합니다. 마지막 단계는 뇌졸중에 영향을 받은 사지의 기능적 결과에 영향을 덜 받은 사지 훈련의 효과를 평가하는 것입니다.
궁극적으로, 영향을 받은 사지의 손상된 기능적 결과는 며칠간의 테스트에 걸쳐 성공적인 도달 횟수의 감소로 입증됩니다. 이 방법은 기능적 결과에 대한 행동 중재의 함의를 포함하여 기본 뇌졸중 연구의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 생쥐에게 이 고도로 숙련된 작업을 가르치는 데 걸리는 시간과 환자 때문에 어려움을 겪을 것입니다.
장점은 이 테스트의 민감도가 다른 감각 운동 테스트의 민감도를 능가한다는 것입니다. 생쥐에서. 면도날을 사용하여 조리되지 않은 CAPI 파스타 조각을 자르는 것으로 절차를 시작합니다.
다음으로 파스타 매트릭스에 파스타 조각을 놓습니다. 쥐를 5분에서 10분씩 3회 실험하면서 각각 파스타 매트릭스를 앞에 놓고 파스타 몇 조각을 바닥에 놓고 먹을 수 있도록 쥐를 시험실에 넣어 도달 범위를 형성합니다. 거주 훈련에서와 같이 쥐를 전체 파스타 매트릭스가 앞에 있는 테스트 챔버에 놓습니다.
각 팔다리의 리치 수를 기록하고 오른쪽 및 왼쪽 팔다리의 리치 수를 표시합니다. 따로따로. 리치를 리치 조리개를 통한 팔다리의 확장으로 정의하여 손목이 챔버의 평면을 끊어 4개의 발이 챔버 외부에서 보이도록 합니다. 모양을 만드는 동안 손이 파스타를 향하거나 접촉할 필요는 없습니다.
마우스를 챔버에서 최대 10 도달 또는 10분 중 발생하는 시간으로 제한합니다. 첫째, 마우스가 도달하도록 유도합니다. 손이 닿는 구멍을 통해 챔버 바로 안에 파스타 여러 조각을 잡습니다.
쥐가 냄새를 맡거나 무는 것과 같이 관심을 보일 때 파스타 조각을 그려서 후퇴하는 파스타 조각을 쫓도록 격려합니다. 쥐가 마른 파스타에 관심을 보이지 않으면 따뜻한 물 한 컵에 파스타 조각을 넣어 더 맛있게 만듭니다. 성형 세션은 사지 선호도를 결정하는 데에도 사용됩니다.
마우스가 단일 팔다리로 일일 도달 거리의 최소 70%를 나타내는 경우 해당 4개의 팔다리가 선호되는 팔다리로 정의됩니다. 매트릭스가 반쯤 찬 상태로 테스트 챔버에 마우스를 놓습니다. 선호하는 팔다리와 반대쪽 기질의 부호만 채워 선호하는 팔다리로만 도달하도록 마우스를 훈련시킵니다.
이 훈련 단계에서는 영향을 덜 받는 팔다리에 해당하는 매트릭스 부분을 채우지 않은 상태로 두어 이 팔다리로 도달 시도를 하지 않도록 합니다. 하루에 한 번, 15분 또는 100회의 리치 교육 세션을 실시하여 마우스가 파스타 조각을 목표로 삼고 부수는 방법을 성공적으로 배울 수 있도록 도와줍니다. 초기 훈련 세션 동안, 파스타 조각이 매트릭스 안에 있는 동안 다른 파스타 조각을 의도한 도달 목표에 수직으로 가볍게 잡고 약간의 압력을 가합니다.
이 소량의 지원은 얇은 파스타를 안정화하는 데 도움이 되며 마우스가 더 쉽게 잡을 수 있습니다. 성공적으로 도달하려면 마우스가 조리개를 통해 도달해야 합니다. 파스타 한 조각을 잡고 파스타 조각을 부수고 매트릭스에서 제거합니다.
최대 100개까지의 총 도달 횟수와 성공적으로 깨진 파스타 조각의 수와 위치를 기록합니다. 이 절차에서. 운동 피질에 허혈성 모욕이 있은 후 4일 후부터 덜 영향을 받는 사지를 훈련시키고, 선호하는 도달 사지와 반대쪽입니다.
수술 전 도달 훈련과 마찬가지로 하루에 한 번, 15분 또는 100회의 도달 훈련 세션을 실시합니다. 영향을 덜 받는 사지 훈련의 첫 주 동안 파스타의 첫 번째 열을 제거합니다. 영향을 받은 팔다리에 대한 조기 도달 시도가 성공하지 못하도록 하려면 절반이 채워진 매트릭스가 앞에 있는 도달 챔버에 마우스를 놓습니다.
매트릭스의 채워진 절반이 수술 전에 채워진 절반과 반대 방향인지 확인하여 마우스가 이제 영향을 덜 받은 팔다리에 도달하도록 합니다. 그렇게 하기 위해 도달 구멍을 통해 이 팔다리의 확장을 강화하여 영향을 덜 받는 팔다리로 손을 뻗도록 격려합니다. 쥐가 훈련 처음 며칠 동안 덜 영향을받은 팔다리를 뻗을 때, 도달 챔버의 바닥에 작은 파스타 조각을 놓습니다.
리치의 성공 여부와 상관없이, 영향을 덜 받은 팔다리로 이루어진 리치만 총 100개의 리치에 포함됩니다. 영향을 받은 팔다리를 사용한 은밀한 시도를 총 도달 횟수에 계산하지 마십시오. 그런 다음 영향을 덜 받은 사지 훈련의 첫 7일 후 파스타의 가장 내측 수직 열을 매트릭스에 되돌려 총 도달 횟수, 성공적으로 부러진 파스타 조각의 수와 위치를 기록하여 뇌졸중에 영향을 받은 사지의 기능 회복에 대한 덜 영향을 받은 사지의 보상 사용이 미치는 영향을 확인합니다.
PMRT에서 영향을 받은 사지의 성능을 테스트합니다. 영향을 덜 받는 팔다리 훈련을 따릅니다. 매트릭스를 수술 전 교육 절차와 동일한 방향으로 챔버 앞에 놓습니다.
이를 통해 생쥐는 이제 뇌졸중에 영향을 받은 사지 기록, 총 도달 횟수, 성공적으로 부서진 파스타 조각의 수와 위치를 사용하여 뇌졸중 전 성능 수준과 비교할 수 있습니다. 여기에 표시된 것은 선호하는 사지 반대편에 있는 감각 운동 피질의 일방성 허혈성 모욕 전후에 마우스의 영향을 받은 사지와의 대표적인 도달 패턴입니다. anterior는 마우스 앞에 점점 더 멀리 위치한 파스타 조각을 나타내고 lateral은 마우스 측면에 점점 더 많이 위치한 파스타 조각을 나타냅니다.
수술 후 며칠 동안의 훈련에 걸쳐 영향을 받은 사지의 대표적인 패턴 변화가 여기에 나와 있습니다. 이 그래프는 감각 운동 피질의 일측성 허혈성 모욕 후 15일 동안 영향을 덜 받은 사지의 PMRT 훈련에서 영향을 덜 받은 사지 훈련이 영향을 받은 사지의 성능에 어떤 영향을 미치는지에 대한 대표적인 예를 보여줍니다. 이 절차를 시도하는 동안 영향을 받은 사지의 기능적 결과를 손상시키고 성공적인 회복을 저해합니다. 형성 단계에서 생쥐가 너무 많이 손을 뻗도록 하여 생쥐를 과도하게 훈련시키지 않도록 하는 것이 중요합니다.
그렇지 않으면 학습 곡선이 이 테스트의 초기 학습 단계를 정확하게 반영하지 못합니다. 이 절차를 따릅니다. 면역조직화학(immunohistochemistry), 피질 매핑(cortical mapping) 및 생체 내 이미징(in vivo imaging)을 포함한 다른 방법을 사용하여 신경 해부학에 대한 행동 중재의 영향에 관한 다른 질문을 조사할 수 있습니다.
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개요
이 프로토콜은 뇌졸중 마우스 모델용으로 설계된 기술적인 운동 과제인 파스타 매트릭스 도달 과제를 설명합니다. 일측 허혈성 손상 후 보상적 팔다리 사용의 행동 효과를 평가하는 것을 목표로 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 행동 신경과학
- 뇌졸중 모델
- 운동 기술 평가
배경
- 행동 신경과학 연구에 마우스 모델은 필수적입니다.
- 민감한 행동 측정을 개발하는 것이 정확한 평가에 중요합니다.
- 파스타 매트릭스 도달 과제는 마우스를 위해 특별히 설계되었습니다.
- 이 과제는 뇌졸중 후 팔다리 사용의 영향을 평가합니다.
연구 목적
- 마우스의 선호하는 도달 팔다리를 결정합니다.
- 선호하는 팔다리를 사용하여 운동 기술을 확립합니다.
- 파스타 매트릭스에서 보상적 팔다리 사용을 가르칩니다.
사용된 방법
- 선호하는 도달 팔다리를 식별하는 형성 절차.
- 파스타 매트릭스 도달 과제에서 선호하는 팔다리를 훈련합니다.
- 뇌졸중 후 덜 영향을 받은 팔다리를 훈련합니다.
- 뇌졸중 영향을 받은 팔다리의 기능적 결과를 평가합니다.
주요 결과
- 보상적 팔다리 훈련은 회복 결과에 영향을 줄 수 있습니다.
- 행동 측정은 뇌졸중 후 운동 기능에 대한 통찰력을 제공합니다.
- 이 프로토콜은 팔다리 사용의 상세한 평가를 가능하게 합니다.
결론
- 파스타 매트릭스 도달 과제는 뇌졸중 회복 연구에 효과적입니다.
- 팔다리 사용을 이해하면 재활 전략에 정보를 제공할 수 있습니다.
- 마우스 모델은 행동 신경과학을 탐구하는 데 가치가 있습니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
This protocol provides a sensitive behavioral assay for evaluating motor skill learning and compensatory limb use in preclinical stroke models. It enables researchers to quantify functional outcomes and assess the impact of rehabilitative training strategies on recovery trajectories. The approach supports target validation and mechanistic de-risking in neurotherapeutic development by linking behavioral interventions to motor function recovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses regarding limb-specific motor recovery post-injury.
- Operational Value: Supports functional target validation through quantitative measurement of skilled reaching behavior.
- Predictive Value: Facilitates preclinical model selection by identifying compounds that modulate compensatory use and promote true functional restoration.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Generates standardized, quantifiable output data on successful reaches and limb preference for compound screening.
- Reproducibility: Offers a low-cost, scalable platform for longitudinal assessment of motor skill acquisition and degradation.
- Screening Utility: Enables reliable evaluation of pharmacological or rehabilitative interventions on motor recovery in disease-relevant systems.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Models human clinical phenomena such as learned non-use and compensatory strategies following upper extremity injury.
- Mechanistic De-risking: Permits exploration of neural mechanisms supporting behavioral recovery when combined with neuroanatomical tools.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by revealing whether interventions promote genuine recovery or maladaptive compensation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into the discovery continuum from early target validation through preclinical efficacy testing, enabling iterative assessment of motor function across study phases.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on neural circuits involved in motor skill learning and limb use preference following cortical injury.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative readouts on reaching success and error patterns to compare experimental conditions.
- Analytics: Provides longitudinal data on reach frequency, success rate, and spatial distribution to enable statistical comparison across groups.
- Translational Research: Connects behavioral outcomes to preclinical validity by modeling human-like compensatory strategies post-stroke.
- Enterprise Reuse: Represents a reusable behavioral platform applicable across multiple neurotherapeutic programs and injury models.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in motor recovery assays by reducing ambiguity between true restoration and compensatory behavior.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility across laboratories through clearly defined reaching criteria and training parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by identifying ineffective interventions early, reducing late-stage failure due to lack of true functional recovery.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of candidates based on their ability to promote authentic motor restoration rather than behavioral substitution.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent handling, behavioral neuroscience, and skilled motor task training.
- Dependent on consistent apparatus setup, including pasta matrix preparation and reaching aperture calibration.
- Necessitates cross-team standardization in defining reaches, scoring success, and managing training duration to avoid overtraining artifacts.
- Involves adaptation considerations when translating to different injury models or species, particularly in defining preferred limb use.
- Limited by the time-intensive nature of training, which may affect throughput in large-scale screening campaigns.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
1:30
Habituation and Shaping the Reach
3:10
Reaching Training
4:21
Less-affected Limb Training
5:51
Reaching Analysis of the Affected Limb
6:26
Results: Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke
7:19
Conclusion
