Studie Motor Ervaring Leren door Single-pellet bereiken Taken in Muizen

Samenvatting

Bestendige praktijk verbetert de precisie van gecoördineerde bewegingen. Hier introduceren we een pellet bereiken taak die is ontworpen om het leren en het geheugen van de voorpoot deskundigen in muizen te evalueren.

Samenvatting

Het bereiken van en het ophalen van objecten vereist nauwkeurige en gecoördineerde motorische bewegingen in de voorpoot. Wanneer muizen herhaaldelijk zijn opgeleid om te begrijpen en voedsel beloningen gepositioneerd op een specifieke locatie, hun motorische prestaties (gedefinieerd als nauwkeurigheid en snelheid) verbetert geleidelijk in de tijd, en plateaus te halen na aanhoudende training. Zodra een dergelijk verstrekkende vaardigheid wordt beheerst, heeft de verdere handhaving niet constant oefening nodig. Hier introduceren we een single-pellet bereiken taak om de aanschaf en het onderhoud van geschoolde voorpoot bewegingen in muizen te bestuderen. In deze video, beschrijven we eerst het gedrag van muizen die vaak worden aangetroffen in het leren en geheugen paradigma, en dan bespreken hoe deze gedragingen categoriseren en kwantificeren van de waargenomen resultaten. Gecombineerd met de muis genetica, kan dit paradigma worden gebruikt als een gedrags-platform om de anatomische onderbouwing, fysiologische eigenschappen en moleculaire mechanismen van leren en geheugen te verkennen.

Inleiding

Inzicht in de mechanismen van leren en geheugen is een van de grootste uitdagingen in de neurowetenschappen. In het motorische systeem, is het verwerven van nieuwe motorische vaardigheden met de praktijk vaak aangeduid als motorisch leren, terwijl het behoud van eerder geleerde motorische vaardigheden wordt beschouwd als motor geheugen ^1. Het leren van een nieuwe motorische vaardigheid wordt meestal weerspiegeld in verbetering van de gewenste motorische prestaties in de tijd, tot een punt wanneer de motorische vaardigheden ofwel geperfectioneerd of tevredenheid consistent. Voor de meeste gevallen, kan de verworven motor geheugen blijven voor een lange tijd, zelfs zonder praktijk. Bij de mens, neuroimaging studies met behulp van positron emissie tomografie (PET) en functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) hebben aangetoond dat de primaire motorische cortex (M1) activiteit veranderingen tijdens de acquisitie fase van motorische vaardigheden leren ^2-4, en tijdelijke storing van M1-activiteit door lage frequentie transcraniële magnetische stimulatie leidt tot significantly verstoord behoud van motor gedragsmatige verbetering ^5. Evenzo voorpoot-opleiding in ratten induceert functionele en anatomische plasticiteit in de M1, geïllustreerd door de toename van zowel c-fos als synapsvorm / neuron verhouding in het M1 contralateraal van de getrainde voorpoot tijdens de late fase van motorische leren ^6. Bovendien is een vergelijkbare training paradigma versterkt ook laag 2/3 horizontale verbindingen in de contralaterale M1 overeenkomt met de getrainde voorpoot, wat resulteert in verminderde lange termijn potentiëring (LTP) en verbeterde lange termijn depressie (LTD) na ratten verwerven van de taken ^7. Dergelijke synaptische modificatie is echter niet waargenomen bij de M1 corticale gebieden overeenkomen met ongetrainde voorpoot of achterpoten ^8. Als alternatief, wanneer de M1 is beschadigd door een beroerte, zijn er dramatische tekorten in voorpoot specifieke motorische vaardigheden ^9. Terwijl de meeste van de motor gedrags studies zijn uitgevoerd op mensen, apens, en ratten ^2-8,10-17, muizen uitgegroeid tot een aantrekkelijk model systeem vanwege zijn krachtige genetica en lage kosten.

Hier presenteren we een voorpoot specifieke motorische vaardigheden leren paradigma: een single-pellet bereiken taak. In dit paradigma worden muizen getraind om hun voorpoten te breiden door een smalle spleet te begrijpen en op te halen voedsel pellets (gierst zaden) geplaatst op een vaste locatie, een gedrag analoog aan het leren boogschieten, dart-gooien, en schieten basketballen bij de mens. Dit bereiken taak is gewijzigd van afgelopen rat studies die hebben aangetoond soortgelijke resultaten tussen muizen en ratten ^18. Met behulp van twee-foton transcraniële beeldvorming, heeft ons vorige werk tijdens deze training de dynamiek van dendritische stekels (postsynaptische structuren voor de meerderheid prikkelende synapsen) in de tijd gevolgd. We vonden dat een enkele training geleid tot een snelle opkomst van nieuwe dendritische stekels op piramidale neuronen in de motorische cortex contralateraal van de getrainde voorpoot. Subsequent opleiding van hetzelfde bereiken taak bij voorkeur gestabiliseerd deze-learning geïnduceerde stekels, die bleef lang na de training beëindigd ^19. Bovendien stekels die bleek tijdens herhalingen van het bereiken taak neiging te clusteren langs dendrieten, terwijl stekels gevormd tijdens tandem uitvoering van het bereiken van de taak en een andere voorpoot-specifieke motorische taak (dwz de pasta handling taak) niet clusteren ^20.

In de huidige video beschrijven we stap voor stap het instellen van deze gedragsproblemen paradigma van de eerste onthouden van voedsel te vormen, en sensomotorische training. We hebben ook de gemeenschappelijke gedrag van muizen beschrijven tijdens het proces van het uitvoeren van deze gedrags paradigma en hoe deze gedragingen worden gecategoriseerd en geanalyseerd. Tot slot bespreken we de voorzorgsmaatregelen die nodig zijn om een ​​dergelijk leerparadigma oefenen en de onderwerpen die tijdens de data-analyses kunnen worden aangetroffen.

Protocol

Experimenten in dit manuscript beschreven werden uitgevoerd in overeenstemming met de uiteengezet door de Universiteit van Californië, Santa Cruz Institutional Animal Care en gebruik Comite richtlijnen en voorschriften.

1. Setup (zie ook Materials List)

1. Gebruik gierst zaden als voedsel pellets.
2. Gebruik een op maat gemaakte heldere plexiglas training kamer (20 cm hoog, 15 cm diep en 8,5 cm breed, gemeten van buiten, met de dikte van het plexiglas 0,5 cm) dat drie verticale sleuven (een sleuf op 'vormgeven' edge bevat, en twee sleuven aan de tegenovergestelde 'training' edge). De verticale sleuven moet 0,5 cm breed en 13 cm hoog en te vinden op de voorwand van de box: in het midden, aan de linkerkant en aan de rechterkant (figuur 1A).
3. Gebruik een gekantelde tray om de zaden gebruikt tijdens het vormgeven sessies houden. De lade kan op maat worden gemaakt van drie glaasjes (Figuur 1B).
4. Prepare een levensmiddel platform (8,5 cm lang, 4,4 cm breed en 0,9 cm hoog). Dit voedsel platform is aan de voorzijde (met uitzicht op de trainer) van de opleiding kamer is opgesteld tijdens trainingen. Er zijn twee graszode sleuven op het voedsel platform voor positionering zaden, een sleuf aan de linkerkant, en de andere sleuf aan de rechterkant. De graszoden zijn 0,3 cm van de lange zijde, en 2,4 cm van de breedte (figuur 1C). De linker en rechter graszode sleuven corresponderen met de linker en rechter gleuf in de muis training kamer en wordt gebruikt voor de opleiding van dominante voorpoten. Het doel van het hebben van deze graszode slots is dat het zaad steeds op dezelfde plaats voor elke bereiken poging wordt geplaatst.
5. Tijdens sessies in de hand een tang, weegschaal, en stopwatch.

2. Het onthouden van voedsel (2 dagen)

1. Weeg elke muis een basislijn lichaamsgewicht te krijgen voordat het onthouden van voedsel.
2. Food-beperken muizen gedurende 2 dagen om lichaamsgewicht te initiërenverlies. Als algemeen uitgangspunt, zijn muizen die 0,1 g voedsel per 1 gram lichaamsgewicht per dag (bijvoorbeeld een muis met een gewicht van 15 g, beginnen we meestal met 1,5 g van voedsel). Pas de hoeveelheid voedsel basis van het basis lichaamsgewicht, de snelheid van gewichtsverlies, geslacht en leeftijd van de muizen. Terwijl het lichaamsgewicht mag een beetje meer afnemen in de vormgeving fase, zoals verminderd lichaamsgewicht (dwz ~ 90% van de oorspronkelijke basislijn gewicht) moet de gehele opleiding (Figuren 2A en 2B) gehandhaafd. De hoeveelheid voedsel nodig de muis lichaamsgewicht is grotendeels hetzelfde als gebruikt in restrictie hoeveelheid.

3. Shaping (3-7 dagen)

1. Groep habitat acclimatisatie (Dag 1): Plaats twee muizen in de opleiding kamer tegelijk. Plaats ongeveer 20 zaden / muis in de kamer voor hun consumptie. Laat de muizen om te verblijven in de kamer gedurende 20 minuten en zet ze terug in hun huiskooi.
2. Individuele leefgebied acclimatisatie (Dag 2): Het zelfde opstelling als in stap 3.1, maar plaats muizen in de opleiding kamer individueel. Het doel van groeps-en individuele leefgebied acclimatisatie aan de muizen vertrouwd met zowel de training kamer en de gierst zaden krijgen.
3. Bepaling van de voorpoot dominantie (dag 3 en later): Plaats de enkelvoudige spleet kant van de opleiding kamer naar beneden (figuur 1D). Vul het voedsel lade met zaden. Druk de eetbak tegen de voorwand van de training kamer om de zaden toegankelijk voor de muis toe. Plaats muizen in de kooi afzonderlijk. Als ze voldoende geïnteresseerd in de zaden op de eetbak, zouden ze ploegen door de gleuf om het zaad binnen te krijgen. Zij zullen dan halen de zaden en verbruiken ze. 'Shaping' wordt beschouwd als voltooid wanneer beide van de volgende criteria wordt voldaan: 1) de muis voert 20 bereiken pogingen binnen 20 min, en 2) meer dan 70% bereikt zijn performed met een voorpoot.

Opmerkingen:

1. Als de muis gebruikt zijn tong om de zaden te krijgen in de kamer, breng de lade terug uit de gleuf iets. De toename reikafstand ontmoedigt de muis om de tong om zaad te verkrijgen en als zodanig de voorpoot bereiken.
2. Als de muis niet kan afmaken vormgeven binnen een week, zet het uit het experiment.

4. Training (8 + dagen)

1. Breng het dubbele-spleet kant van de opleiding kamer naar beneden (figuur 1E).
2. Plaats de muizen in de kooi afzonderlijk. Zet individuele zaden op de voedsel-platform in de graszode die overeenkomt met de gewenste poot (dwz voor de rechtshandige muis, gebruik de gleuf aan de rechterkant van de muis).
3. Observeer muis bereiken gedrag en scoren volgens de volgende categorieën:
   1. Succes: De muis komt met voorkeur poot, grepen en retrieves het zaad, en voedt het in zijn mond.
   2. Drop: De muis komt met voorkeur poot, grijpt het zaad, maar laat het voordat u het in zijn mond.
   3. Fail: De muis komt met voorkeur poot richting van het zaad, maar het ofwel mist het zaad of klopt het af van de montageplaat.
4. Train de muizen voor 30 bereiken pogingen op de preferente ledemaat of 20 min (wat het eerst komt) per dag.
5. Leg de muizen terug naar hun kooi na de training en zorgen dagelijks voedsel quantum.

Opmerkingen:

1. In sommige gevallen, muizen bereiken, zelfs wanneer er geen zaad geplaatst op het eten platform. Dergelijke bereikt worden beschouwd als "in-vergeefs bereikt 'en worden niet meegeteld het totale aantal pogingen bereiken. Om "in-vergeefs bereikt" te ontmoedigen, trein muizen terug naar het andere einde van de training kamer lopen alvorens de volgende zaad. Een soortgelijke strategie werd toegepast bij rattens voor een vergelijkbare gedragstaak ^21. Muizen soms ook bereiken met nonpreferred poot in de aanwezigheid van het zaad. Deze bereikt worden beschouwd als 'contralaterale bereikt' en tellen niet mee voor het totaal aantal bereikt niet.
2. Gedragsproblemen schommelingen als gevolg van de schommelingen in de circadiane ritme te beperken, voeren alle vormgeving en trainingen op hetzelfde tijdstip van de dag, gewoon overdag voor muizen.
3. Gedragsproblemen variëren door verschillende trainers te vermijden, zorg ervoor dat dezelfde persoon traint dezelfde muizen gedurende het experiment.
4. Aandacht van muizen is van cruciaal belang voor deze gedragstest. Train muizen in een aparte, rustige ruimte om milieu-verstoring te minimaliseren.
5. Muizen kunnen worden getraind met meer dan 30 bereikte dagelijks (bijv. 50 bereikt). Verhoging van het aantal pogingen te bereiken maakt het mogelijk gedragsverbetering binnen dezelfde trainingssessie onderzoeken.

5. Dateen kwantificering

Er zijn vele manieren om muisgedrag kwantificeren volgende training. Twee meest straight-forward analyses zijn:

1. Slagingspercentage = succesvol bereikt over de totale bereiken pogingen, gepresenteerd als percentages. Drop en mislukkingen kunnen worden uitgezet op dezelfde manier.
2. Snelheid van het succes = aantal geslaagde pogingen gedeeld door tijd, gepresenteerd als succesvolle uithoeken per minuut. In de meeste gevallen, de snelheid van het succes blijft toenemen, zelfs wanneer het succes bereikt het plateau.

Resultaten

Leercurve:

Beheersing van een motorische vaardigheid vereist vaak bestendige praktijk in de tijd. Een typische gemiddelde leercurve bestaat uit twee fasen: een eerste acquisitie fase waarin de kans op succes verbetert geleidelijk, en een latere consolidatie fase waarin het slagingspercentage het plateau (figuur 2C) bereikt. Opgemerkt de leercurve van individuele muizen variëren, verschillende muizen nemen verschillende aantallen dagen naar het plateau niveau, en de individuele ...

Discussie

Belang van het vormgeven fase:

Door de toegenomen bezorgdheid van zich in een onbekende omgeving, is het meestal moeilijk muizen worden getraind in een nieuwe omgeving ^21,22. Daarom is het doel van de vormgeving is om muizen vertrouwd te maken met de opleiding kamer, de trainer (dwz hun angst te verminderen), en de eisen die taak (dwz zaad als voedselbron te identificeren). Een ander doel van de vormen is om de gewenste onderdelen van individuele muizen bepalen toek...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Trainingskamer in duidelijke acrylbox			Voor afmetingen, zie Figuur 1A
Kantelen bakje voor vormgeving			Op maat gemaakt van glazen platen, zie Figuur 1B
Voedselplatform voor training			Voor afmetingen, zie Figuur 1C
Millietzaden			Gefilterd uit “Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food” (All Living Things)
Pincet			Voor het plaatsen van de zaden
Een weegschaal			Voor dagelijkse lichaamsgewicht meting
Een stopwatch			Voor tijdmeting tijdens vormgeving/trainingssessies