De knop supinatie Task: Een semi-geautomatiseerde methode voor de beoordeling van de voorpoot functie bij ratten
September 28th, 2017
Dit manuscript wordt beschreven van een semi-geautomatiseerde taak die supinatie bij ratten kwantificeert. Ratten bereiken, begrijpen en een sferische manipulandum supinate. De rat wordt beloond met een pellet overschrijdt de beurt hoek een criterium dat door de gebruiker ingesteld. Deze taak verhoogt de doorvoer, gevoeligheid voor schade, en objectiviteit ten opzichte van traditionele taken.
Het algemene doel van deze gedragstaak is om ratten te trainen om een knop te draaien van palm naar omlaag naar palm naar boven, genoemd supinatie. Deze tool wordt gebruikt om de motorische functie vóór en na een verwonding of interventie te testen. We ontwikkelden deze taak om de corticospinale functie bij ratten te testen.
We ontdekten dat de knop-supinatieftaak gevoeliger is voor corticospinale verwondingen dan huidige taken van behendigheid, zoals pelletbereiken. Deze taak is semi-geautomatiseerd, waardoor deze kwantitatief, objectief en met hoge doorvoer is. Door supinatie te kwantificeren, meet de taak een klinisch belangrijke beweging die een belangrijke neurale route beoordeelt.
De procedure zal worden gedemonstreerd door Thelma Bethea, onze labmanager en een onderzoekstechnicus. Train de ratten gedurende het protocol twee keer per dag, één keer 's ochtends en één keer 's middags, met minimaal uren tussen de sessies. Begin met het wennen van de ratten om de rat vertrouwd te maken met de testbox en met de omgang.
Stel eerst de box in. Trek het knopapparaat volledig terug door op de neerwaartse pijltoets op de auto-positioner te drukken. Plaats vervolgens de rat 15 minuten in de gedragsbox.
Na 15 minuten, behandel elke rat minimaal vijf minuten met de hand om de rat vertrouwd te maken met de onderzoeker. Herhaal dit gedurende vijf dagen voordat u het experiment voortzet. De volgende fase is het creëren van een beloningsassociatie.
Het doel is om de rat te trainen om het draaien van de knop te associëren met een voedselbeloning. Open eerst de software en voer de identificatie van de rat in onder Naam, stel vervolgens de fase in op K1:Knop Shaping Geen Poelie. Dit stelt de rat in staat om te worden gevoed zolang het de knop meer dan drie graden draait tijdens twee seconden lange beloningsvensters.
Plaats vervolgens de rat in de gedragsbox en druk op Start om de sessie te beginnen. Maak de rat vertrouwd met de beloningsgoot door handmatig twee of drie pellets uit te delen en op de zijkant van de box te tikken waar de beloningsgoot zich bevindt. Zodra de rat de beloningslocatie kent, deel alleen handmatig een pellet uit wanneer de rat voor de opening beweegt.
Dit zal de beloning associëren met de opening. Zodra de rat op betrouwbare wijze naar de opening beweegt in afwachting van een beloningspellet, conditioneert u de rat om met het manipulandum te interageren. Stimuleer de rat om ermee te communiceren door een 45 milligram pellet in de buurt te plaatsen.
Als dit niet werkt, breng dan pelletpoeder rechtstreeks op het manipulandum aan. Als de rat zich van de opening verwijdert, tik dan op de doos in de buurt van het manipulandum om de aandacht te heroriënteren. Beloon de rat alleen wanneer het de knop met zijn handen aanraakt, niet wanneer het op het manipulandum bijt of neust.
Zodra de rat 10 opeenvolgende beloningen heeft gekregen, gebruik de neerwaartse pijltoets op de auto-positioner om het manipulandum met 0,25 centimeter terug te trekken. Blijf het manipulandum opnieuw positioneren met incrementen van 0,25 centimeter tot het 1,25 centimeter van de opening verwijderd is. Dit is het uiteindelijke doel van beloningsassociatie, en zodra een rat dit in twee opeenvolgende sessies doet, ga je verder met contragewichttraining.
Na een half uur trainen, beëindig de sessie door Stop in de software in te drukken. Om contragewichttraining op te zetten, begint u met het plaatsen van een contragewicht van drie gram op het manipulandum op het L-vormige bevestigingspunt. Voer vervolgens de contragewichtsnaar door de poelie totdat het contragewicht vrij hangt.
Om de sessie uit te voeren, opent u eerst de software, voert u de naam van de rat in en stelt u de fase in op K2:Knop Shaping Poelie. Dit plaatst het manipulandum 1,25 centimeter van de opening. Plaats vervolgens de rat in de gedragsbox en druk in de software op Start om de sessie te beginnen.
Na 100 of meer succesvolle proeven, beëindig de sessie door Stop in de software in te drukken. Zodra de rat twee opeenvolgende sessies heeft voltooid met meer dan 100 succesvolle proeven, verhoogt u de massa van het contragewicht met één gram in de volgende sessie. Volg dit programma en verhoog het gewicht geleidelijk tot zes gram gedurende gemiddeld zes sessies.
Tijdens deze training is het essentieel dat de juiste supinatiebeweging wordt beloond en dat een onjuiste supinatiebeweging wordt gevormd. Het vormgeven van de supinatiebeweging gaat door tot in de basislijntraining. Bij het corrigeren van supinatiegedrag, beperkt u handmatig de beweging van het manipulandum en beloont u goed supinatiegedrag, zelfs als het onsuccesvol is, door op de Feed-knop in de software te drukken.
Op dit punt traint u de ratten om te supineren naar de basislijncriteria, wat in dit geval betekent dat de knop 75 graden wordt gedraaid met een contragewicht van zes gram bij een succespercentage van 75% of hoger. Nadat u het contragewicht hebt ingesteld, gebruikt u de KSB4:Knop Training Mediaan 75 Max optie in de software. Dit stelt de initiële drempel in op vijf graden.
Het stelt de minimumdrempel voor een hit in op 15 graden en stelt de maximale drempel voor een hit in op 75 graden. De software verhoogt automatisch de minimale drempel voor het draaien van de knop op basis van de identiteit van de rat en zijn eerdere prestaties, dus de gebruikersinvoer is op dit punt geminimaliseerd. Stop na 30 minuten met de sessie.
Na ongeveer 10 dagen of 20 sessies, voltooien de meeste ratten de adaptieve fase en kunnen ze de knop draaien tot een gemiddelde piekhoek van 75 graden of meer. Zodra de basislijntraining is voltooid, gaat u verder met de volgende trainingsfase, die wordt afgehandeld door de softwarefase K27:75 Graden. Om sessies in deze fase te beëindigen, drukt u op stop na 30 minuten of 100 proeven, wat eerst komt.
Houd elke rat in dit trainingsstadium totdat deze
Overzicht
Dit manuscript beschrijft een semi-geautomatiseerde taak die supinatie bij ratten kwantificeert, waarbij ze een sferische manipulandum bereiken, grijpen en supineren. Deze taak verbetert de doorvoer, gevoeligheid voor letsels en objectiviteit in vergelijking met traditionele methoden.
Belangrijkste onderdeel van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Gedragsanalyse
- Motorische functiebeoordeling
Achtergrond
- De taak beoordeelt de motorische systeemfunctie bij ratten.
- Het is ontworpen om de corticospinale functie vóór en na interventies te evalueren.
- Huidige dexteriteitstaken zijn minder gevoelig voor corticospinale letsels.
- Supination is een klinisch belangrijke beweging die de integriteit van neurale paden weerspiegelt.
Doel van het onderzoek
- Om een kwantitatieve en objectieve methode te ontwikkelen voor het beoordelen van de motorische functie van ratten.
- Om de gevoeligheid in het detecteren van corticospinale letsels te verbeteren.
- Om een hoogdoorvoer gedragstaak voor onderzoekstoepassingen te vestigen.
Gebruikte methoden
- Ratten worden getraind om een knop van palm naar palm om te draaien.
- Training omvat beloningsassociatie met voerpellets.
- Sessies worden twee keer per dag uitgevoerd met specifieke trainingsprotocollen.
- Gedrag wordt gekwantificeerd met behulp van software om prestatiemetrieken bij te houden.
Belangrijkste resultaten
- 75% van de ratten verwierf de initiële taak met succes.
- Ratten vertoonden een trend in het verbeteren van supinatiehoeken gedurende de trainingsdagen.
- De meeste ratten bereikten de basisprestatiecriteria tegen dag 17.
- Trainingsmethoden bleken effectief in het vormgeven van gewenste motorische gedragingen.
Conclusies
- De knop supinatie taak is een betrouwbare maatstaf voor voorpootfunctie.
- Deze methode verbetert de beoordeling van corticospinale letsels in onderzoek.
- Toekomstige studies kunnen deze taak gebruiken voor verschillende experimentele manipulaties.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Quantitative assessment of forelimb supination in rats addresses a critical gap in preclinical motor function evaluation, enabling objective measurement of dexterity deficits and recovery. The semi-automated knob supination task increases predictive confidence for translational studies targeting corticospinal pathways. This approach supports robust portfolio triage by providing reproducible, high-throughput data on functional outcomes relevant to CNS injury models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of corticospinal pathway function through quantifiable behavioral outputs.
- Supports biological de-risking by detecting subtle motor deficits not captured by traditional tasks.
- Facilitates predictive confidence in target engagement and functional recovery studies.
Screening & Assay Development
- Provides a validated, semi-automated behavioral assay for reproducible measurement of forelimb dexterity.
- Delivers standardized, quantitative outputs suitable for compound or intervention screening.
- Enables scalable, high-throughput evaluation of motor function across cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical motor assessments with clinically relevant recovery curves.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation in CNS injury models.
- Improves risk-adjusted advancement decisions by providing objective functional endpoints.
Pipeline & Workflow Integration
This semi-automated task integrates into the discovery-to-preclinical continuum for CNS and motor function research, bridging early target validation and translational outcome assessment.
- Discovery Biology: Quantifies hypothesis-driven changes in motor function following injury or intervention.
- Screening: Offers reproducible, software-driven readouts for comparing intervention efficacy.
- Analytics: Provides angle-based, quantitative dependent variable measurements for statistical analysis.
- Translational Research: Mirrors clinical recovery trajectories, enhancing translational relevance.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable behavioral platform for diverse CNS and motor studies.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in motor function studies.
- Operational Value: Standardizes training and measurement, minimizing experimenter subjectivity.
- Strategic Value: Enables robust go/no-go decisions and capital-efficient study designs.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of CNS and motor function programs.
Implementation Considerations
- Requires expertise in rodent behavioral training and CNS injury models.
- Needs access to semi-automated hardware and specialized analysis software.
- Demands cross-team standardization of training protocols and data interpretation.
- Adaptable to various rat strains and injury paradigms with protocol adjustments.
- Dependent on early correction of behavioral errors for reliable data acquisition.
