De knop supinatie Task: Een semi-geautomatiseerde methode voor de beoordeling van de voorpoot functie bij ratten
28 september 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 waarmee supinatie bij ratten wordt gekwantificeerd, waarbij ze een bolvormig manipulandum bereiken, vastpakken en supineren. Deze taak verhoogt de doorvoersnelheid, de gevoeligheid voor letsel en de objectiviteit in vergelijking met traditionele methoden.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Gedragsanalyse
- Beoordeling van de motorische functie
Achtergrond
- De taak beoordeelt de functie van het motorische systeem bij ratten.
- Deze is ontworpen om de corticospinale functie vóór en na interventies te evalueren.
- Huidige behendigheidstaken zijn minder gevoelig voor corticospinale letsels.
- Supinatie is een klinisch belangrijke beweging die de integriteit van de neurale banen weerspiegelt.
Doel van de studie
- Het ontwikkelen van een kwantitatieve en objectieve methode voor het beoordelen van de motorische functie bij ratten.
- Het verbeteren van de sensitiviteit bij het detecteren van corticospinale letsels.
- Het vaststellen van een high-throughput gedragstaak voor onderzoeksapplicaties.
Gebruikte methoden
- Ratten worden getraind om een knop van handpalm naar beneden naar handpalm naar boven te draaien.
- De training omvat een beloningsassociatie met voedselpellets.
- Sessies worden twee keer per dag uitgevoerd volgens specifieke trainingsprotocollen.
- Het gedrag wordt gekwantificeerd met behulp van software om prestatiegegevens bij te houden.
Belangrijkste resultaten
- 75% van de ratten heeft de initiële taak succesvol aangeleerd.
- De ratten vertoonden een trend van verbetering in de supersonicatiewinkels gedurende de trainingsdagen.
- De meeste ratten bereikten de baseline-prestatiecriteria tegen dag 17.
- De trainingsmethoden bleken effectief bij het vormen van het gewenste motorische gedrag.
Conclusies
- De knop-supinatietaak is een betrouwbare maatstaf voor de functie van de voorpoten.
- Deze methode verbetert de beoordeling van corticospinale letsels in onderzoek.
- Toekomstige studies kunnen deze taak gebruiken voor diverse experimentele manipulaties.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Kwantitatieve beoordeling van de supulatie van de voorpoten bij ratten vult een kritisch gat in de preklinische evaluatie van de motorische functie, waardoor objectieve meting van behendigheidsdefecten en herstel mogelijk wordt. De semi-geautomatiseerde taak voor knop-supinatie verhoogt het voorspellend vertrouwen voor translationele studies die zich richten op corticospinale banen. Deze aanpak ondersteunt een robuuste portfolio-triage door reproduceerbare high-throughput data te leveren over functionele uitkomsten die relevant zijn voor CNS-letselmodellen.
Strategische toepassingen in biofarmaceutische R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Maakt onderzoek naar de functie van het corticospinale pad mogelijk via kwantificeerbare gedragsmatige uitkomsten.
- Ondersteunt biologische risicoreductie door het detecteren van subtiele motorische tekorten die niet door traditionele taken worden vastgelegd.
- Vergemakkelijkt voorspellend vertrouwen in studies naar target engagement en functioneel herstel.
Screening & Assay-ontwikkeling
- Biedt een gevalideerde, semi-geautomatiseerde gedragstest voor de reproduceerbare meting van de behendigheid van de voorpoten.
- Levert gestandaardiseerde, kwantitatieve resultaten die geschikt zijn voor het screenen van verbindingen of interventies.
- Maakt schaalbare evaluatie met een hoge doorvoer van de motorische functie over verschillende cohorten mogelijk.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Lijnt preklinische motorische beoordelingen uit met klinisch relevante herstelcurven.
- Ondersteunt de continuïteit van ontdekking tot preklinische validatie in CNS-letselmodellen.
- Verbetert risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling door het verschaffen van objectieve functionele eindpunten.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze semi-geautomatiseerde taak is geïntegreerd in het continuüm van ontdekking tot preklinisch onderzoek voor onderzoek naar het centraal zenuwstelsel en de motorische functies, en vormt de brug tussen vroege targetvalidatie en translationele beoordeling van resultaten.
- Discovery Biology: Kwantificeert hypothese-gestuurde veranderingen in de motorische functie na letsel of interventie.
- Screening: Biedt reproduceerbare, software-gestuurde resultaten voor het vergelijken van de effectiviteit van interventies.
- Analytics: Levert hoekgebaseerde, kwantitatieve metingen van afhankelijke variabelen voor statistische analyse.
- Translationeel Onderzoek: Weerspiegelt klinische hersteltrajecten, wat de translationele relevantie vergroot.
- Bedrijfsbrede Hergebruik: Creëert een herbruikbaar gedragsplatform voor diverse studies naar het centrale zenuwstelsel en de motoriek.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen en vermindert mechanistische ambiguïteit in studies naar motorische functies.
- Operationele waarde: Standardiseert training en meting, waardoor de subjectiviteit van de experimentator wordt geminimaliseerd.
- Strategische waarde: Maakt robuuste go/no-go-beslissingen en kapitaalefficiënte onderzoeksontwerpen mogelijk.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering van CNS- en motorische functieprogramma's.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in gedragstraining bij knaagdieren en modellen voor letsel aan het centraal zenuwstelsel.
- Toegang tot semi-geautomatiseerde hardware en gespecialiseerde analysesoftware is noodzakelijk.
- Vereist standaardisatie van trainingsprotocollen en datainterpretatie tussen verschillende teams.
- Aanpasbaar aan diverse rattenstammen en letselparadigma's door middel van protocolwijzigingen.
- Afhankelijk van vroege correctie van gedragsfouten voor een betrouwbare data-acquisitie.
