Zadanie supinacji gałki: półautomatyczna metoda oceny funkcji kończyn przednich u szczurów

Podsumowanie

Ten manuskrypt opisuje półautomatyczne zadanie, które kwantyfikuje supinację u szczurów. Szczury sięgają, chwytają i supinują kuliste manipulandum. Szczur jest nagradzany śrutem, jeśli kąt skrętu przekroczy kryterium ustawione przez użytkownika. To zadanie zwiększa przepustowość, wrażliwość na urazy i obiektywizm w porównaniu z tradycyjnymi zadaniami.

Streszczenie

Zadania, które dokładnie mierzą zręczność w modelach zwierzęcych, są kluczowe dla zrozumienia funkcji ręki. Obecne zadania behawioralne szczurów, które mierzą zręczność, w dużej mierze wykorzystują analizę wideo sięgania lub manipulacji jedzeniem. Chociaż zadania te są łatwe do wdrożenia i są solidne w różnych modelach chorób, są one subiektywne i pracochłonne dla eksperymentatora. Automatyzacja tradycyjnych zadań lub tworzenie nowych zautomatyzowanych zadań może sprawić, że zadania będą bardziej wydajne, obiektywne i ilościowe. Ponieważ szczury są mniej zręczne niż naczelne, uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego (OUN) powoduje bardziej subtelne deficyty zręczności, jednak supinacja jest silnie zaburzona u gryzoni i ma kluczowe znaczenie dla funkcji ręki u naczelnych. Dlatego zaprojektowaliśmy półautomatyczne zadanie, które mierzy supinację kończyn przednich u szczurów. Szczury są szkolone, aby sięgać i chwytać manipulandum w kształcie gałki oraz obracać manipulandum w supinacji, aby otrzymać nagrodę. Szczury mogą zdobyć tę umiejętność w ciągu 20 ± 5 dni. Podczas gdy wczesna część szkolenia jest ściśle nadzorowana, większość szkolenia odbywa się bez bezpośredniego nadzoru. Zadanie niezawodnie i powtarzalnie rejestruje subtelne deficyty po urazie i pokazuje regenerację funkcjonalną, która dokładnie odzwierciedla kliniczne krzywe rekonwalescencji. Analiza danych odbywa się za pomocą specjalistycznego oprogramowania za pośrednictwem graficznego interfejsu użytkownika, który został zaprojektowany tak, aby był intuicyjny. Podajemy również rozwiązania typowych problemów napotykanych podczas treningu i pokazujemy, że drobne korekty zachowania na wczesnym etapie treningu powodują niezawodne nabycie supinacji. W ten sposób zadanie supinacji gałki zapewnia wydajną i ilościową ocenę ruchu krytycznego dla zręczności u szczurów.

Wprowadzenie

Utrata zręczności po urazie lub chorobie układu nerwowego znacznie obniża niezależność i jakość życia osób dotkniętych chorobą 1^,2,3,4. W związku z tym zręczność jest ważną miarą wyników dla zrozumienia nauki o naprawie i rehabilitacji neuronów, a także podstaw neuronalnej kontroli ruchu i uczenia się motorycznego. Tradycyjnie, zadania manualne, takie jak sięganie pojedynczych granulek, manipulacja makaronem i skala kończyn przednich Irvine, Beatties i Bresnahan (IBB) były używane do oceny zręczności u zwierząt, w szczególności gryzoni ^5,6,7. Zadania te zostały spopularyzowane ze względu na minimalny czas ich przyswajania. Mają one jednak charakter jakościowy, są pracochłonne dla eksperymentatora, a czasami niewrażliwe na upośledzenie funkcjonalne po urazie z subtelnymi deficytami ^5,7,8,9. Te ograniczenia tradycyjnych zadań pobudziły rozwój bardziej ilościowych pomiarów funkcji motorycznych u zwierząt, w szczególności sięgania kończynami przednimi.

Automatyzacja zadań ma kilka zalet, a mianowicie obiektywność, zwiększoną przepustowość i skrócony czas analizy. Nowe zautomatyzowane zadania zapewniają bardziej czułą miarę oceny zręczności po urazie niż konwencjonalne zadania ^8,10. Ponadto pozwalają na adaptacyjny trening i testy, które dostosowują trudność treningu i testowania do wydajności zwierzęcia. Wreszcie, zautomatyzowane zadania generują duże ilości danych, co ma dwie zalety. Po pierwsze, wzrost ilości danych zarówno w ramach badania, jak i liczby badań zwiększa moc statystyczną badania. Po drugie, daje neuronaukowcom większy zestaw danych, na podstawie których mogą dokładniej badać uczenie się, trening i kompensację motoryczną poprzez analizę informacji kinetycznych i kinematycznych ¹¹.

Kilka grup próbowało zautomatyzować tradycyjne zadania. Kamery o dużej prędkości mogą być używane do zbierania danych kinematycznych z zadań takich jak zadanie docierania do pojedynczej kulki ¹². Alaverdashvili i Wishaw użyli szybkich kamer do uchwycenia ruchów sięgających i przeanalizowania ruchów cyfr za pomocą oprogramowania do pomiaru ruchu klatka po klatce Peak Motus ¹³. Jednak to oprogramowanie nie identyfikuje cyfr za pomocą wizji komputerowej, ale zamiast tego wymaga od eksperymentatora digitalizacji ruchomych punktów za pomocą kursora. Dodatkowo, niektóre zadania zostały wykorzystane w połączeniu z karmnikami i klatkami, aby zautomatyzować proces trenowania ^14,15,16.

Inne grupy używały czujników siły, jak również szybkich kamer, aby ocenić przestrzenne dopasowania i siłę w umiejętnym sięganiu kończynami przednimi za pomocą manipulacji makaronem, podczas gdy inne zaprojektowały zadania do rejestrowania bardziej złożonych ruchów ¹⁷. Jednym z takich zadań jest zadanie polegające na wyciąganiu i ciągnięciu, które wykorzystuje urządzenie robotyczne o trzech stopniach swobody do rejestrowania płaskich i obrotowych ruchów kończyn przednich szczura ¹⁸. Ma to swoje zalety w postaci możliwości pomiaru kinetyki ruchów, ale przy wzroście złożoności i kosztów.

Tutaj demonstrujemy półautomatyczne zadanie kończyn przednich, które mierzy supinację u szczurów ⁸. Supinacja kończyn przednich to obrót łapy od dłoni w dół do dłoni w górę. Supinacja jest zarówno doskonałym markerem funkcji dróg korowo-rdzeniowych, jak i klinicznie istotnym ruchem u ludzi, który jest wymagany do codziennych czynności życiowych ^8,19,20. Ponadto supinacja jest bardzo wrażliwa na urazy i inaktywację, zwłaszcza w porównaniu z pojedynczym granulem osiągającym ⁸. Zadanie supinacji, opracowane we współpracy między Burke Medical Research Institute i Uniwersytetem Teksańskim w Dallas, mierzy ruch obrotowy w płaszczyźnie poziomej ^8,10. Szczury umieszcza się w pudełku behawioralnym (Ryc. 1A) i szkoli się je do wykonywania trzech ruchów (Ryc. 1B): sięgaj przez prostokątny otwór; chwyć kuliste manipulandum; supinować pod wyznaczonym kątem.

Zadanie zachowania jest kontrolowane przez oprogramowanie komputerowe (Rysunek 1C). Oprogramowanie sterujące wysyła instrukcje do mikrokontrolera, który jest podłączony do automatycznego pozycjonera, enkodera optycznego, głośnika i zasilacza. Mikrokontroler i jego połączenia peryferyjne są określane jako skrzynka mikrokontrolera. Informacje przepływają z enkodera optycznego do mikrokontrolera, następnie do komputera, a następnie z powrotem do mikrokontrolera. Jeśli oprogramowanie sterujące zasygnalizowało mikrokontrolerowi, że próba zakończyła się sukcesem, mikrokontroler uruchamia podajnik w celu dozowania granulki. Na początku każdej sesji oprogramowanie sterujące przekazuje informacje o stoliku do mikrokontrolera, który kieruje autopozycjonerem ustawienie pokrętła w określonej odległości stolika od apertury. Automatyczny pozycjoner może być również obsługiwany ręcznie za pomocą strzałek znajdujących się na autopozycjonerze. Enkoder optyczny rejestruje dane z częstotliwością 100 Hz i mierzy zmiany kąta. Wszystkie dane są przechowywane w formacie binarnym.

Eksperymentator wykorzystuje sekwencyjne etapy treningu w oprogramowaniu, aby wytrenować szczura od przyzwyczajenia do supinacji pod wcześniej określonym kątem i wskaźnikiem sukcesu. Podczas habituacji gałka manipulandum jest umieszczana w okienku apertury bez żadnej przeciwwagi. Po tygodniu ściśle nadzorowanego treningu szczur kojarzy gałkę z nagrodą i zaczyna samodzielnie obracać gałkę. Gdy szczur jest w stanie obracać się niezależnie, pokrętło jest cofane do 1,25 cm w krokach co 0,25 cm, aż szczur będzie mógł obracać się niezależnie o 1,25 cm. Następnie przeciwwagę dodaje się w odstępach co 1 g od 3 g do 6 g. Zautomatyzowane etapy treningu uczą zwierzę do supinacji pokrętła pod kątem 6 g do 75 stopni. Ten etap szkolenia jest w dużej mierze bez nadzoru; Gdy szczury przyjmą zadanie w odpowiedniej formie (omówione poniżej), kontynuują prawidłową supinację. Trening jest zakończony, gdy szczury supinują pod kątem 75 stopni ze wskaźnikiem sukcesu (współczynnikiem trafień) wynoszącym 75% ⁸. W tym miejscu opisujemy typowy protokół treningowy i przedstawiamy rozwiązania typowych problemów, z którymi się spotkaliśmy. Pokazujemy postęp reprezentatywnych szczurów, którym się powiodło i którym nie powiodło się za pomocą protokołu treningowego i pokazujemy, że zadanie można zmodyfikować, aby wykazać upośledzenie funkcjonalne z subtelnymi lub poważniejszymi deficytami.

Protokół

Ten protokół opisuje przygotowanie zadania i ustalenie warunków życia i karmienia, a także szkolenie zwierząt, testowanie zwierząt po urazach i analizowanie danych dotyczących zachowania. Opisano również cztery etapy szkolenia zwierząt: przyzwyczajenie, kojarzenie nagrody, trening przeciwwagi i trening do kryterium kąta skrętu. Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez IACUC z Weill Cornell Medicine i University of Texas w Dallas.

1. Konfiguracja zadania

1. Zaprojektuj pudełko behawioralne wykonane z przezroczystego tworzywa sztucznego o wymiarach 150 mm szerokości, 200 mm długości i 250 mm wysokości.
   UWAGA: Tutaj prostokątny otwór ma 14,2 mm szerokości i 25,4 mm wysokości. Gałka manipulandum o średnicy 9,5 mm wykonana jest z metakrylanu i posiada dwa ograniczniki, które ograniczają supinację do mniej niż 100°. Każdy z tych parametrów został przetestowany i zoptymalizowany pod kątem deficytów opisanych w sekcji wyników. Pole behawioralne i manipulandum są pokazane w Rysunek 1A.
2. Podłącz skrzynkę mikrokontrolera do komputera. Do każdego komputera można podłączyć do czterech obudów mikrokontrolerów.
3. Aby rozpocząć zadanie, użyj oprogramowania sterującego (Rysunek 1C).
   1. Wybierz urządzenie z pokrętłem do sterowania. Wprowadź nazwę tematu w polu "Temat". Wybierz etap do treningu z menu rozwijanego "Etap".
      UWAGA: Etapy dyktują trzy parametry dla każdej próby: "Okno trafienia", "Próg trafienia" i "Próg początkowy". Trafienie definiuje się jako osiągnięcie kąta kryterium w określonym czasie. "Okno trafienia" odnosi się do czasu przyznanego zwierzęciu na rozpoczęcie próby i osiągnięcie kąta kryterialnego. "Próg trafienia" to kąt krytyczny dla udanej próby. "Próg początkowy" to kąt kryterialny, pod którym należy zainicjować okno próbne i trafienie; Oznacza to początek tury. Więcej informacji na temat etapów można znaleźć poniżej w sekcji "Szkolenie zwierząt".
   2. Kliknij "Start", aby rozpocząć sesję treningową. Kliknij "Nakarm", aby ręcznie nakarmić zwierzę i "Stop", aby zatrzymać sesję treningową.
      UWAGA: Aby utrzymać zainteresowanie zadaniem, należy stosować karmienie ręczne, które jest szczegółowo opisane w rozdziale 3. Po zatrzymaniu sesji dane sesji zostaną zapisane na dysku C:.

2. Warunki życia i żywienia

1. Użyj dorosłych samic szczurów Sprague Dawley (175-200 g). Szczury domowe razem w standardowych klatkach z odwróconym cyklem 12 godzin ciemności / 12 godzin światła. Wykonuj wszystkie treningi i testy podczas cyklu ciemności przy przyciemnionych światłach.
   UWAGA: Samice szczurów są używane, ponieważ są łatwiejsze do wyszkolenia ²¹. W tym przypadku użyto Sprague-Dawley, ponieważ jest to powszechny szczep stosowany w treningu motorycznym i jest to dominujący szczep dla osób transgenicznych. Jednak biorąc pod uwagę regulowany charakter zadania (przeciwwaga, kryterium kąta skrętu, odległość od pokrętła i samo pokrętło), można je łatwo dostosować do różnych szczepów i większych (np. samców) lub mniejszych (np. Wistar) szczurów.
2. Przez pierwsze 5 dni badania podawaj szczurom pełne koryto wraz z kompletnymi pod względem odżywczym granulkami o smaku czekoladowym przez pięć dni. Po piątym dniu szczury ograniczają pokarm do 85% ich normalnej krzywej wagi.
3. Po rozpoczęciu ograniczania jedzenia nakarm szczury 7,5 g granulek czekolady (dostosuj w górę lub w dół, aby utrzymać 85% wagi dostosowanej do wieku) przez cały trening. Jeśli szczury nie otrzymały 7,5 g granulek czekolady podczas sesji treningowych, po ostatniej sesji uzupełnij ją standardową karmą.
   UWAGA: Karmienie w weekendy odbywa się ad libitum ze standardową karmą do niedzieli wieczorem, a następnie pozbawia się jedzenia przez noc. Podczas wykonywania operacji lub innych inwazyjnych interwencji, należy pozwolić na jedzenie ad libitum co najmniej trzy dni przed, a następnie przez trzy dni po zabiegu (w zależności od czasu rekonwalescencji) przed ponownym nałożeniem na szczury ograniczenia żywieniowego.

3. Procedura treningowa

UWAGA: Przegląd procedury treningowej jest pokazany w Rysunek 3A. W całym protokole trenuj szczury dwa razy dziennie, raz rano i raz po południu. Odczekaj co najmniej 3 godziny po sesji porannej przed rozpoczęciem sesji popołudniowej.

1. Habituacja
   Uwaga: Celem habituacji jest zapoznanie szczura z pudełkiem testowym i obsługą.
   1. Całkowicie wsuń pokrętło, naciskając strzałki w dół na automatycznym pozycjonerze.
   2. Umieść szczura w pudełku behawioralnym na 15 minut.
   3. Po 15 minutach w pudełku dotykaj każdego szczura w rękach przez co najmniej pięć minut, aby zapoznać szczura z eksperymentatorem.
   4. Powtarzaj to przez pięć dni.
2. Stowarzyszenie Reward Association
   UWAGA: Celem jest wytrenowanie szczura, aby kojarzył przekręcanie gałki z nagrodą w postaci jedzenia. Spodziewaj się, że poświęcisz całą sesję trwającą 30 minut na zadanie podczas etapu szkolenia z nagrodą.
   1. Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "K1: Kształtowanie pokrętła - bez koła pasowego"
      UWAGA: Spowoduje to ustawienie odległości manipulandum od przysłony na 0.0 cm, "Init. Thresh." przy 3°, "HIT Thresh." przy 5 stopniach i "HIT Window" przy 2 s. Pozwala to na karmienie szczura tak długo, jak długo szczur przekręci pokrętło o więcej niż 3 stopnie. "Okno trafienia" pozostanie na poziomie 2 s przez cały trening.
   2. Umieść szczura w polu behawioralnym i naciśnij "Start", aby rozpocząć sesję.
   3. Zapoznaj szczura z korytem z nagrodami, dozując 2-3 granulki na raz i stukając w bok pudełka, w którym znajduje się koryto z nagrodami. Dozuj granulki za pomocą przycisku podajnika ręcznego.
   4. Gdy szczur pozna lokalizację nagrody, ręcznie dozuj 1 granulkę, gdy szczur znajdzie się przed otworem.
   5. Gdy szczur przesunie się do otworu w oczekiwaniu na nagrodę w postaci granulki, kondycjonuj szczura do interakcji z manipulandum.
      1. Zachęć szczura do zaangażowania, umieszczając 45 mg granulki żywności w pobliżu manipulandum lub nakładając pył granulowany bezpośrednio na manipulandum, pozwalając mu sięgnąć i chwycić go. Jeśli szczur odsunie się od otworu, dotknij pola w pobliżu manipulandum, aby przekierować jego uwagę.
         UWAGA: Jeśli szczur dotknął gałki sięgającą łapą, program nakarmi szczura. Wszelkie interakcje, które nie obejmują używania łap (np. gryzienie, węszenie manipulandum) są nieprawidłowe i nie powinny być nagradzane.
   6. Gdy szczur zacznie dotykać gałki żądaną łapą i będzie nagradzany 10 razy z rzędu w odległości 0,0 cm, użyj strzałki w dół na automatycznym pozycjonerze (Rysunek 1A), aby cofnąć manipulandum o 0,25 cm. Powtarzaj to w odstępach co 0,25 cm, aż manipulandum znajdzie się w odległości 1,25 cm od otworu.
   7. Naciśnij "Stop" po 30 minutach, aby zakończyć sesję.
   8. Kontynuuj kojarzenie nagrody, aż szczur supinuje manipulandum żądaną łapą w odległości 1,25 cm od otworu (Ryc. 1B).
   9. Gdy szczur zakończy 2 kolejne sesje supinacji manipulandum i odzyskania nagrody w postaci granulki, rozpocznij trening z przeciwwagą.
3. Trening przeciwwagi w celu wytrenowania szczurów do supinacji przeciwwagi 6 g.
   1. Umieść przeciwwagę 3 g na manipulandum, przymocowując łącznik na końcu przeciwwagi do punktu mocowania w kształcie litery L na manipulandum. Przełóż cięciwę przeciwwagi przez koło pasowe, aż przeciwwaga będzie swobodnie zwisać.
   2. Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "K2: Kształtowanie pokrętła - koło pasowe"
      UWAGA: Spowoduje to ustawienie odległości manipulandum od przysłony na 1.25 cm, "Init. Thresh." pod kątem 3°, a "HIT Thresh." pod kątem 5 stopni. Od tego momentu odległość manipulandum pozostanie na poziomie 1,25 cm.
   3. Umieść szczura w polu behawioralnym i naciśnij "Start", aby rozpocząć sesję.
   4. Naciśnij "Stop" po 100+ udanych próbach. Gdy szczur zakończy 2 kolejne sesje 100+ udanych prób, zwiększ wagę o 1 g po zakończeniu sesji. Zwiększaj wagę z 3 g do 6 g w kolejnych sesjach.
   5. Przejdź do kroku 3.4 po 2 kolejnych sesjach supinacji przy 6 g i 100+ udanych próbach.
      UWAGA: Potrzeba średnio 6 sesji (3 dni), aby zwiększyć wagę od 3 g do 6 g. Począwszy od treningu z przeciwwagą, konieczne jest, aby prawidłowy ruch supinacji był nagradzany, a nieprawidłowy ruch supinacji był kształtowany. Aby uzyskać wizualny przewodnik i wyjaśnienie dotyczące prawidłowej i nieprawidłowej formy supinacji, zapoznaj się z Rysunek 2.
4. Trening do linii bazowej
   UWAGA: Pamiętaj, aby nadal kształtować prawidłowy ruch supinacyjny. Ponownie, zapoznaj się z Rysunek 2, aby uzyskać wizualny przewodnik po prawidłowym/nieprawidłowym ruchu supinacji i jak złagodzić nieprawidłową supinację. Wytrenuj szczury do supinacji do kryteriów wyjściowych; W tym przypadku jest to 75 stopni z przeciwwagą 6 g przy wskaźniku sukcesu 75% lub wyższym.
   1. Umieść przeciwwagę 6 g na manipulandum.
   2. Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "KSB4: Median treningu pokrętła 75 max."
      UWAGA: Spowoduje to ustawienie opcji "Init. Thresh." przy 5°, "Próg HIT Minimum" przy 15° i "Próg HIT Maximum" przy 75°. Nazywa się to etapem treningu "adaptacyjnego", co oznacza, że próg będzie wzrastał wraz z poprawą wydajności szczura. W przypadku etapu "KSB4" próg jest najpierw ustawiany na końcowy próg poprzedniej sesji. Jeśli na tym etapie nie została uruchomiona żadna poprzednia sesja, próg jest ustawiany na minimum progowe wynoszące 15 stopni. Po pierwszych 10 próbach sesji próg jest obliczany jako mediana kątów piku w poprzednich 10 próbach. W związku z tym próg jest inny dla każdej próby i zależy od wyników szczura w poprzednich próbach.
   3. Przerwij sesję po 30 minutach.
   4. Kontynuuj trening przy użyciu etapu adaptacyjnego, aż średni kąt szczytowy wyniesie 75 stopni lub więcej. Następnie przejdź do kroku 3.5. Zwykle dzieje się to po około 10 dniach lub 20 sesjach.
5. Ocena wyjściowa w celu zarejestrowania czterech kolejnych linii bazowych
   1. Umieść przeciwwagę 6 g na manipulandum.
   2. Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "K27: 75 stopni". Spowoduje to ustawienie opcji "Init. Thresh." pod kątem 5° i "Próg trafienia pod kątem 75°.
   3. Naciśnij "Stop" po 30 minutach lub 100 próbach, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej, aby zakończyć sesję.
   4. Kontynuuj, aż pojawią się cztery kolejne linie bazowe ze wskaźnikiem powodzenia 75% lub wyższym.

4. Ocena po urazie

1. Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw etap na ten sam etap statyczny, co testy podstawowe przed urazem. Spowoduje to zachowanie tych samych parametrów, które są używane dla linii bazowej.
2. Naciśnij "Start" i uruchom sesję do 30 min.
   UWAGA: Uczestnictwo może być niskie po kontuzji. Można temu zaradzić, używając przycisku ręcznego karmienia lub umieszczając granulkę nagrody w pobliżu manipulandum, aby zachęcić szczura do zaangażowania się w manipulandum.
3. Powtarzaj badania raz w tygodniu w odstępach tygodniowych, aż do osiągnięcia pożądanej długości oceny po urazie.
   UWAGA: Tutaj co tydzień przez sześć tygodni oceniamy wydajność po kontuzji.

5. Analizuj dane

UWAGA: Dane są zapisywane w domyślnej lokalizacji na dysku C: komputera. Dane są przechwytywane z częstotliwością 100 Hz w oknie trafienia i przechowywane w formacie binarnym. W tym przypadku dane zostały przeanalizowane za pomocą niestandardowego programu o nazwie Dexterity. Wyślij e-mail do dr Jasona Carmela, aby uzyskać dostęp do tego bezpłatnego oprogramowania.

1. Otwórz Zręczność i kliknij "Standardowy".
2. Zlokalizuj katalog, w którym znajdują się dane rat i wybierz żądany folder.
3. Po wybraniu katalogu wybierz szczury do analizy.
4. Kliknij "Zachowaj" lub "Odrzuć", aby zachować lub odrzucić pliki, które są niekompletne lub nie zawierają żadnych danych.
   UWAGA: Zdarzają się sytuacje, w których sesje są rozpoczynane przy użyciu niewłaściwych parametrów i etapu trenowania, a mimo że są natychmiast zatrzymywane, plik jest nadal tworzony. Ten plik musi zostać odrzucony podczas analizy. Zdarzają się również przypadki, zwłaszcza dotkliwe po zranieniu, kiedy zwierzę nie przeprowadza żadnych prób z powodu urazu lub przeprowadza bardzo mało prób. W przypadku tych sesji należy zachować plik, ponieważ jest on reprezentacją ich wydajności. Gdy przechowywany jest plik, w którym nie ma udanych prób, NaN jest umieszczany w odpowiednim miejscu dla zmiennych obliczeniowych.
5. Wybierz, czy chcesz dodać adnotację do eksperymentu teraz, czy później; jeśli wybrana jest opcja "Dodaj adnotację teraz", otworzy się nowe okno. Wpisz "Nazwa eksperymentu", "Nazwy grup", "Dane zdarzenia" i "Łączna liczba tygodni" w eksperymencie.
6. Przypisywanie tematów do grupy.
7. Wprowadź liczbę sesji danych w każdym tygodniu lub punkcie czasowym. Oddziel sesje wejściowe spacją i upewnij się, że nie wstawiłeś spacji po ostatniej liczbie, tj. (1 1 1 1).
8. Wprowadź etykiety punktów czasowych. Oddziel etykiety wejściowe spacją i upewnij się, że nie wstawiłeś spacji po ostatniej etykiecie, tj. (Pre Wk1, Wk2, Wk3).
9. Wybierz, kiedy zdarzenie miało miejsce; pojawi się opcja zapisania sesji analizy. Kliknij "Tak", aby zapisać sesję analizy.
10. Pojawi się przegląd danych z adnotacjami i bez adnotacji. Daje to możliwość wykreślenia danych.
11. W przypadku danych bez adnotacji kliknij "Temat wykresu", aby wykreślić pojedynczy temat lub "Tematy wykresu", aby wykreślić wszystkie obiekty na tym samym wykresie.
12. Aby wyświetlić analizę z adnotacjami, kliknij przycisk "Drukuj", aby narysować eksperyment.
13. Zarówno w przypadku adnotacji, jak i bez adnotacji, kliknij strzałkę listy rozwijanej, aby wyświetlić listę zmiennych do wykreślenia. Kliknij zmienną, aby wyświetlić wykres.
14. Kliknij przycisk eksportuj, aby wyeksportować wykres i/lub dane skojarzone z wykresem.

Wyniki

Na początku treningu eksperymentator spędza więcej czasu na kształtowaniu zachowania szczurów. Ponieważ szczury kojarzą supinację szczura z nagrodą, czas rąk na ręce maleje (Rysunek 3A). Podczas habituacji, kojarzenia nagrody i treningu z przeciwwagą cała długość sesji (30 minut) jest poświęcana na zadanie. Jednak po tym, jak szczur supinuje z ciężarem 6 g, czas wykonania zadania stopniowo skraca się do około 15 minut wraz ze wzrostem kąta supinacji szczura. Wreszcie, gdy szczur osiągnie linię bazową, czas na zadanie jest minimalny; Eksperymentator musi tylko umieścić szczura w pudełku behawioralnym i uruchomić program. Maksymalna liczba szczurów, z którymi eksperymentator może pracować jednocześnie, to dwa szczury podczas kojarzenia nagrody, cztery szczury podczas treningu z przeciwwagą i treningu do linii wyjściowej oraz tyle szczurów, ile jest pudełek podczas oceny wyjściowej i testów po urazie. Średnio 75% szczurów (n = 56) nabywa zadanie.

Po tym, jak szczur skojarzył supinację z nagrodą, następuje pozytywna progresja kąta supinacji szczura (Rysunek 3B). W Rysunek 3B, szczur przeszedł od 3 g do 6 g przeciwwagi od 3 do 7 dnia. Po treningu z przeciwwagą nastąpił krótki okres treningu adaptacyjnego od 7 do 9 dnia, podczas którego supinacja wzrosła z 26 do 30 stopni. Ponieważ nie było wielu zmian, od 9 do 18 dnia zastosowano statyczny próg. W tym okresie szczur stale wzrastał z 30 stopni do 75 stopni w ciągu 8 dni. Podczas treningu występuje zmienność z dnia na dzień, w szczególności w dniach 12 i 14. Ale ogólnie rzecz biorąc, istnieje tendencja wzrostowa kąta supinacji. Pod koniec 17 dnia po habituacji szczur zarejestrował swoją pierwszą linię wyjściową, a cztery sesje później zakończył ocenę wyjściową. Od przyzwyczajenia do zarejestrowania czwartej linii bazowej, protokół treningowy trwa średnio od 20 ± 5 dni.

Podczas gdy oglądanie idealnego postępu w protokole treningowym jest ważne, równie ważne jest obserwowanie nieudanego postępu (Rysunek 4). W Rysunek 4A, pomarańczowa linia pokazuje szczura, który pomyślnie ukończył protokół, niebieska linia pokazuje szczura, któremu się nie powiodło, a szare linie pokazują kolejne sześć szczurów, którym się to udało. Szczury, które odniosły sukces, osiągnęły wartość wyjściową w ciągu 15 ± 0,6 dnia (n = 7). Reprezentatywny szczur, któremu się udało, używa chwytu na godzinie 1, podczas gdy szczur, któremu się nie powiodło, używa chwytu na godzinie 3. Oba szczury kojarzą gałkę z nagrodą za 2 dni. Ponadto oba szczury wykazują podobny progresję kąta supinacji (Rysunek 4A) w ciągu pierwszych czterech dni po dodaniu przeciwwagi. Jednak po tym momencie szczur, któremu się powiodło, zaczyna odrywać się od szczura, któremu się nie powiodło. Dzieje się tak dlatego, że nieudany chwyt szczura nie był w stanie zostać skorygowany przed tym momentem (patrz Rysunek 2).

U szczura, któremu się powiodło, następuje gwałtowny wzrost kąta supinacji, który zaczyna się stabilizować między 50 a 60 stopniami, ale potem wraca do bardziej stabilnego wznoszenia się w kierunku 75 stopni. Jednak w przypadku szczura, któremu się nie powiodło, następuje bardziej stopniowy wzrost kąta supinacji. Gdy szczur osiąga plateau około 20 stopni, szczur jest zmuszany do większej supinacji, ale w końcu traci zainteresowanie zadaniem, nawet przy ręcznym karmieniu, a kąt supinacji gwałtownie spada około 15 dnia po przyzwyczajeniu. Podczas gdy po 17 dniu po przyzwyczajeniu następuje niewielka rekonwalescencja, szczur ma trudności z supinacją o więcej niż 25 stopni. Jeśli szczur nie osiągnął wartości wyjściowej do 20 dnia, uznajemy tego szczura za nieudanego i usuwamy go z badania.

Oprócz kąta supinacji, można przeprowadzić wizualną inspekcję przebiegów supinacji (Rysunek 4B-D) dla szczura, któremu się powiodło i nie powiodło. Przeprowadzając oględziny, zwracamy uwagę na kilka charakterystyk przebiegu: nachylenie linii, opóźnienie i liczbę szczytów w oknie czasowym próby. Nachylenie linii oblicza się jako pochodną krzywej między początkiem krzywej a szczytem krzywej. Opóźnienie oblicza się jako czas między rozpoczęciem próby a przekroczeniem przez krzywą progu trafienia. Na koniec piki są obliczane przy użyciu pochodnej w celu znalezienia lokalnych maksimów w oknie próbnym. Wcześniej odkryliśmy, że nachylenie linii, czyli prędkość, jest solidną miarą kinetyki supinacji i jest wrażliwe na subtelny deficyt ⁸.

W pierwszej trzeciej części treningu po rozpoczęciu supinacji przy użyciu 6 g (Rysunek 4B), zwycięski szczur (Rysunek 4B1) pokazuje pojedynczy przebieg ze szczytem bliskim 20 stopni, podczas gdy nieudany szczur (Rysunek 4B2) pokazuje podwójny zakręt lub dwa szczyty, z których pierwszy ma około 10 stopni, a drugi szczyt znajduje się w pobliżu 5 stopni. W środkowej jednej trzeciej treningu (Rysunek 4C), zwycięski szczur (Rysunek 4C1) wykazuje wzrost kąta piku z 20 stopni do 50 stopni z bardziej zdefiniowaną, pojedynczą krzywą szczytu. Szczur, któremu się nie powiodło (Rysunek 4C2), tymczasem wykazuje tylko marginalny wzrost kąta szczytowego do 20 stopni, ale poprawił swoją formę; Teraz wykorzystuje tylko jedną turę. W ostatniej trzeciej części treningu (Rysunek 4D), zwycięski szczur (Rysunek 4D1) wykazuje bardzo wyraźny pojedynczy przebieg ze szczytem około 65°, w przeciwieństwie do nieudanego szczura (Rysunek 4D2) z kątem szczytu 20 stopni, ale teraz z dodatkowym szczytem w 2 s 15°. Jest to kolejny dobry wskaźnik, że wraz ze wzrostem trudności treningu, szczur nie był w stanie skorygować swojego chwytu na godzinie 3, a co za tym idzie, nie był w stanie prawidłowo supinować. Nawet jeśli ten szczur nie został wykluczony z badania i ostatecznie mógł wykonać do 75 stopni, pozostałyby pytania o to, czy była to prawdziwa supinacja czy supinacja z kompensacją.

Na koniec, zadanie supinacji wykrywa upośledzenie funkcjonalne po wielu rodzajach urazów, w tym przecięciu drogi korowo-rdzeniowej, głównej ścieżce dobrowolnego przemieszczania się u ludzi, oraz uszkodzeniu kory ruchowej kończyn przednich wykonanym za pomocą zastrzyków z endoteliny (Rysunek 5) ^8,10,22. Szczury w grupie piramidotomii (fioletowy, n = 8) były szkolone do supinacji co najmniej 75° przy 6 g ze wskaźnikiem sukcesu 75% lub wyższym, podczas gdy szczury w grupie zmian korowych (zielony, n = 10) były szkolone do supinacji pod kątem 60° przy 7,5 g przy 75% lub więcej. Szczury w obu grupach wykazały gwałtowny spadek wskaźnika sukcesu po urazie (Ryc. 5A). Wskaźnik sukcesu u szczurów w grupie piramidotomii zmniejszył się z 90% ± 2% do 14% ± 8%. Wskaźnik sukcesu u szczurów ze zmianą korową zmniejszył się z 76% ± 1% do 10% ± 3%. Do 6 tygodnia obie grupy były nadal upośledzone: grupa piramidotomii wynosiła 34% ± 11%, podczas gdy grupa ze zmianami korowymi pozostała na poziomie 16% ± 7%. Jeśli chodzi o kąt supinacji, obie grupy wykazują spadek od stanu przed urazem do stanu po urazie (Rysunek 5B). Ze względu na różne kryteria wyjściowych kątów supinacji, grupa piramidotomii miała wyższy kąt supinacji przed urazem (85° ± 2,9°) niż grupa ze zmianami korowymi (67° ± 0,52°). Grupa piramidotomii zmniejszyła się do 38° ± 10°, podczas gdy grupa zmian korowych zmniejszyła się do 27° ± 2,9°.

Rysunek 1: Opis zadania supinacji. (A) Szczur jest umieszczony w pudełku z pleksiglasu z otworem, przez który sięga i chwyta gałkę, którą musi być obracany w supinacji. Pokrętło posiada dwa ograniczniki, aby zapobiec kątom supinacji większym niż 100°. Pokrętło posiada również koło pasowe z przeciwwagą; Wytwarza to moment obrotowy, który szczur musi pokonać, aby się supinować. Pokrętło jest podłączone do enkodera optycznego, który mierzy kąt z dokładnością do 0,25°. Ten enkoder optyczny jest podłączony do mikrokontrolera, który z kolei jest podłączony do komputera sterującego zadaniem. Komputer sygnalizuje mikrokontrolerowi, kiedy należy wyzwolić audio-sprzężenie zwrotne i dozować granulat z podajnika, jeśli zostanie osiągnięte kryterium sukcesu. Mikrokontroler steruje również automatycznym pozycjonerem, którego położenie w zakresie od 0 do 1,25 cm podyktowane jest ustawionym przez komputer stopniem treningowym. (B) Szczur wykonuje to zadanie w trzech następujących po sobie ruchach: sięganiu przez otwór, chwytaniu gałki za pomocą uchwytu mocnego znajdującego się na godzinie 1 i supinacji. (C) Zadanie supinacji pokrętła jest kontrolowane przez oprogramowanie sterujące. Eksperymentator wprowadza imię i nazwisko osoby badanej i wybiera etap treningu, podczas gdy program ustawia odpowiednie parametry. Przebieg pojedynczej udanej próby supinacji jest pokazany na niebiesko, podczas gdy sekwencja udanych i nieudanych prób jest pokazana odpowiednio na zielono i czerwono. Próba jest oznaczona jako udana przez oprogramowanie sterujące, jeśli kąt supinacji jest większy niż próg trafienia w zdefiniowanym oknie czasowym, podczas gdy próba jest oznaczona jako nieudana, jeśli tak się nie stanie. Ten program steruje jednym pudełkiem. Na jednym komputerze można uruchomić jednocześnie cztery programy. Ten rysunek został zmodyfikowany na podstawie Sindhurakar et al., 2017, Neurorehabilitation and Neural Repair⁸. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Ruchy supinacyjne. Schematy i opisy najczęstszych prawidłowych i nieprawidłowych ruchów supinacyjnych napotkanych podczas protokołu treningowego. Prawidłowe ruchy pozwalają na prawdziwą supinację, podczas gdy nieprawidłowe ruchy obejmują mechanizmy kompensacyjne, które mogą uniemożliwić prawdziwą supinację. Dołączone są sugerowane rozwiązania w celu skorygowania nieprawidłowych ruchów. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Protokół treningowy. (A) Standardowy harmonogram. Istnieje pięć okresów treningu trwających łącznie około 25 dni: przyzwyczajenie (5 dni), skojarzenie nagrody (1 - 3 d), trening siłowy (3 - 4 dni), trening do linii wyjściowej (8 - 12 dni) i ocena wyjściowa (2 - 4 dni). Wzór linii na osi czasu wyznacza czas wymagany od eksperymentatora, aby poświęcić go na zadanie podczas każdej sesji. Wraz z postępem protokołu treningowego skraca się czas realizacji zadania. (B) Ogólny postęp zdolności szczura do supinacji od asocjacji nagrody do oceny wyjściowej. Ogólnie rzecz biorąc, istnieje pozytywna progresja liniowa szczura w kierunku wartości wyjściowej, ale jak zaobserwowano, występuje zmienność w wydajności szczura w całym protokole treningowym. Po treningu siłowym następuje okres treningu adaptacyjnego, w którym próg kąta supinacji jest zmieniany, aby dopasować go do wydajności szczura. Po tym adaptacyjnym treningu następuje statyczny paradygmat progowania, dopóki szczur nie osiągnie poziomu wyjściowego. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4: Udane i nieudane przejęcie zadania. (A) Progresja kąta supinacji w całym protokole treningowym dla ośmiu szczurów, siedmiu udanych i jednego nieudanego. Jeden reprezentatywny szczur, który spełnia kryterium wyjściowe (zakończony sukcesem, pomarańczowy) i jeden szczur, któremu nie udzielono sukcesu (niebieski), są dalej wykorzystywane jako studia przypadków. W ciągu pierwszych siedmiu dni treningu po habituacji zarówno szczur, któremu się powiodło, jak i nie odniósł sukcesu, wykazywał podobny postęp w zakresie kąta supinacji. W 11 dniu po habituacji szczur, któremu się powiodło, supinował pod kątem 55°, podczas gdy szczur, któremu się nie powiodło, supinował pod kątem 25°. Po 15 dniu po habituacji szczur, któremu się powiodło, wykazał silny postęp w górę, podczas gdy szczur, któremu się nie udało, pogorszył swoją wydajność. W ostatniej jednej trzeciej treningu po habituacji, szczur, któremu się nie powiodło, ustabilizował się pod kątem 30°, podczas gdy szczur, któremu się powiodło, supinował pod kątem 80°. (B) Średni przebieg (linia) z 95% przedziałem ufności (pomarańczowy oznacza udany, niebieski nieudany) dla pierwszej trzeciej części treningu po dodaniu 6 g przeciwwagi. (B1) Udany szczur - pojedynczy szczyt około 20 °. (B2) Nieudany szczur - podwójny szczyt z globalnym maksimum 10 °. (C) Średni przebieg (linia) z 95% przedziałem ufności (pomarańczowy oznacza udany, niebieski nieudany) dla drugiej trzeciej części treningu po dodaniu 6 g przeciwwagi. Panie przewodniczący, panie i panowie! Udany szczur - pojedynczy szczyt pod kątem 45°. Panie przewodniczący, panie i panowie! Szczur, któremu się nie powiodło - ulepszona forma z pojedynczym szczytem w pobliżu 20°. (D) Średni przebieg (linia) z 95% przedziałem ufności (pomarańczowy oznacza udany, niebieski nieudany) dla ostatniej trzeciej części treningu po dodaniu 6 g przeciwwagi. (D1) Udany szczur - wyraźny pojedynczy szczyt pod kątem 65 °. (D2) Nieudany szczur - podwójny szczyt z globalnym maksimum pod kątem 20°. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5: Wrażliwość zadania na różne modele urazów. Szczury w grupie piramidotomii (fioletowy, n = 8) były szkolone do supinacji pod kątem 75° przy 6 g z powodzeniem 75% lub wyższym, podczas gdy szczury w grupie zmian korowych (zielony, n = 10) były szkolone do supinacji pod kątem 60° przy 6 g przy 75% lub więcej. Przedstawione dane są średnimi ± błędem standardowym. (A) Wskaźnik powodzenia w przypadku zmiany piramidotomii w porównaniu ze zmianą korową. Oba modele urazów wykazały gwałtowny spadek wskaźnika sukcesu przed i po urazie (tydzień 1). Wskaźnik powodzenia piramidotomii zmniejszył się z 0,90 ± 0,02 do 0,14 ± 0,08, podczas gdy wskaźnik powodzenia w przypadku zmiany korowej zmniejszył się z 0,76 ± 0,01. (B) Kąt supinacji w piramidotomii a uszkodzenie kory mózgowej. Obie grupy wykazały spadek od stanu przed do po urazie: grupa piramidotomii zmniejszyła się do 38,2° ± 10,1°, podczas gdy grupa ze zmianą korową zmniejszyła się do 27,1° ± 2,9°. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Dyskusja

Zadanie supinacji gałki ocenia supinację kończyn przednich u szczurów przy użyciu metod ilościowych i półautomatycznych. Aby osiągnąć te punkty końcowe, wiele parametrów zaprojektowanych dla tego zadania, w tym wyrównanie pokrętła, konstrukcja manipulandum i kryteria trenowania, było iterowanych przez kilka lat. Aby wyrównać pokrętło, eksperymentowaliśmy z trzema różnymi ustawieniami pokrętła w odniesieniu do przysłony: lewa strona pokrętła wyrównana z lewą stroną przysłony, pokrętło wyśrodkowane w otworze i prawa strona pokrętła wyrównana z prawą stroną przysłony. Zdecydowaliśmy się na to, że prawa strona gałki jest wyrównana z prawą stroną otworu, ponieważ w ten sposób powstały szczury, które były szkolone w jak najkrótszym czasie i które supinowały z minimalnymi mechanizmami kompensacyjnymi, w szczególności interferencją ze strony lewej łapy.

Jeśli chodzi o konstrukcję manipulandum, zmieniliśmy kilka cech konstrukcyjnych, aby zmaksymalizować skręcanie kończyną przednią i zminimalizować użycie ciała. Dodatkowo przeskalowaliśmy trudność zadania do stopnia nasilenia przewidywanego deficytu. Po piramidotomii supinacja jest ruchem, który jest najsilniej dotknięty, ale upośledzenie jest nadal stosunkowo subtelne. W związku z tym wytrenowaliśmy szczury do wyższego kryterium wyjściowego (75°), aby upewnić się, że po urazie zaobserwowano duże deficyty. W przypadku zmian korowych, które są bardziej upośledzające, próg 60 stopni przy 7,5 g był wystarczający, aby wykazać znaczny deficyt po urazie. Dodatkowe parametry, które zostały zoptymalizowane za pomocą podejścia prób i błędów, obejmują rozmiar przysłony, odległość pokrętła od przysłony i okno czasowe, aby uzyskać udaną próbę.

W całym protokole treningowym jest kilka krytycznych punktów, które wymagają starannego nadzoru. Podczas treningu do linii bazowej z powodzeniem zastosowano metodę progowania adaptacyjnego do trenowania szczurów do 75 ^{° 10}. Jednak szczury mogą ustabilizować się pod kątem szczytu mniejszym niż 75°; Wydajność pozostaje taka sama po 4-5 sesjach. Aby poprawić wydajność, można zastosować próg statyczny. Próg statyczny odnosi się do progu pozostającego na ustalonym poziomie, który jest niezależny od wydajności szczurów, w przeciwieństwie do progu adaptacyjnego, który zmienia się w zależności od ostatnich wyników. Jeśli szczur ustabilizuje się podczas treningu adaptacyjnego, eksperymentator powinien zmienić próg na statyczny. Etapy treningu statycznego wahają się od 20 do 70 stopni w krokach co 10°. (Etap K28 - K33). Wybierz etap statyczny na podstawie średniego kąta szczytu szczura w poprzednich 2 sesjach. Na przykład, jeśli szczur ma średnio 45°, wybierz statyczny stage na 50 stopni (K31). Wszystkie etapy statyczne ustawiają "Init. Thresh." pod kątem 5°. Podczas treningu, jeśli szczur straci motywację, ręcznie nakarm szczura, jeśli supinuje blisko, ale nie powyżej progu.

Ponadto podczas oceny wyjściowej około 5% szczurów cofa się o 5 - 10 ° w kącie supinacji i 5 - 10% w wskaźniku sukcesu między sesjami. Jeśli tak się stanie, a szczur nie odzyska średniego kąta szczytowego 75° po 3-4 sesjach, zmniejsz etap statyczny do 10 stopni od aktualnego średniego kąta szczura przed powrotem do kroku 3.5. Ważne jest, aby nie wprowadzać szczura ponownie do etapów adaptacyjnych po umieszczeniu go na etapach treningu statycznego.

Istnieją pewne ograniczenia tego zadania. Po ustaleniu nieprawidłowej pozycji chwytania, zmiana zachowania chwytania (ryc. 2) może być trudna. Dlatego ważne jest wczesne wykrycie i korekta. Aby skorygować chwyt szczura, przysłonę można zmienić, zawężając rozmiar otworu w kierunku poziomym i/lub pionowym; Zazwyczaj przyklejamy szklany slajd do krawędzi przysłony, która wymaga regulacji. U większości szczurów poprawia to ich formę chwytania, ponieważ zmusza je do chwytania manipulandum w określony sposób. To z kolei poprawia ich zdolność do prawidłowej supinacji.

Oprócz tego wyzwania, szczury mogą rozwinąć mechanizmy kompensacyjne do supinacji. Należą do nich użycie głowy do wspomagania kończyny przedniej w supinacji; obniżenie stawu łokciowego i barkowego w celu przekręcenia pokrętła; Używając lewej łapy, aby obrócić pokrętło lub popchnąć sięgającą łapę w dół. Wszystkie te zachowania można wykorzystać do pomyślnego wykonania zadania. Jak wspomniano powyżej, zachowania związane z chwytem można skorygować, manipulując przysłoną. Mechanizmy kompensacyjne poza zasięgiem wymagają jednak aktywnego udziału eksperymentatora, aby nie nagradzać zachowań kompensacyjnych. Po urazie zaobserwowaliśmy, że szczury podejmują kilka prób, aby ustawić łapę we właściwej pozycji przed supinacją. Chociaż nie przeanalizowaliśmy, które elementy zadania mogą przyczyniać się do utraty supinacji, mogą to być między innymi utrata dokładnego chwytu i upośledzona modulacja siły.

Półautomatyczne zadanie supinacji zajmuje średnio 20 ± 5 dni, aby wyszkolić szczury do stanu wyjściowego, a 25% zwierząt nie jest w stanie wyszkolić w tym zadaniu. Do skrócenia czasu szkolenia przyczynia się fakt, że nie wybraliśmy szczurów o naturalnych preferencjach, ale zamiast tego zmusiliśmy wszystkie zwierzęta do używania prawych łap, jak to jest powszechne w większości testów sięgających. Nie próbowaliśmy używać szczurów o lewej preferencji, ale byłoby to interesujące badanie eksploracyjne, aby najpierw zidentyfikować preferencje łapy, a następnie wytrenować dominującą łapę. Aby to uwzględnić, musielibyśmy odwrócić orientację drzwi, aby otwór był odwrócony; Można to łatwo zrobić.

W porównaniu z tradycyjnymi zadaniami, takimi jak IBB lub sięganie pojedynczą kulką, zadanie supinacji ilościowo i obiektywnie mierzy dotarcie kończyn przednich. Wykazuje wrażliwość na ciężkie urazy (uszkodzenie kory mózgowej) i subtelne urazy (piramidotomia), a procedura treningowa może być modyfikowana w zależności od ciężkości modelu urazu. Ponieważ jest półautomatyczny, zadanie pozwala eksperymentatorowi trenować wiele szczurów jednocześnie, w zależności od etapu szkolenia. To znacznie poprawia produktywność eksperymentatora i przepustowość szczurów. Zadanie jest niezawodne i powtarzalne między szczurami. Tworząc przewodnik rozwiązywania problemów (Rysunek 2) dla eksperymentatorów, do których mogą się odwoływać podczas protokołu treningowego, ustandaryzowaliśmy kilka nieprawidłowych zachowań, a także rozwiązania, aby je naprawić. Wreszcie, zadanie oferuje intuicyjny sposób analizy dużych ilości danych i daje eksperymentatorowi możliwość głębszego zagłębienia się w kinetykę supinacji.

W przyszłości będziemy wykorzystywać półautomatyczne zadanie supinacji jako platformę do oceny rodzaju, dawki i czasu rehabilitacji. Nasze laboratorium interesuje się wpływem stymulacji na poprawę funkcjonowania po urazie. Ponadto interesuje nas, w jaki sposób terapie, które stymulują naprawę neuronów lub poprawiają przewodnictwo nerwowe i komunikację, mogą wpływać na rehabilitację. Jesteśmy również zainteresowani modyfikacją zadania, aby było zgodne z elektrofizjologią, abyśmy mogli badać uczenie się motoryczne; Szczury z nasadkami na głowę rutynowo wykonują to zadanie, a dodanie komutatora do nagrywania lub stymulacji byłoby proste. Zadanie, zgodnie z opisem, jest przeznaczone dla szczurów, ale są też laboratoria eksperymentujące z wykorzystaniem myszy do tego zadania. Ogólnie rzecz biorąc, zadanie to może być wykorzystane do oceny funkcji kończyn przednich u gryzoni w wielu różnych modelach urazów i stanach chorobowych, a także do oceny strategii rehabilitacji. W przyszłości będziemy nadal ulepszać zadanie, wprowadzając ulepszenia, które pomogą zmniejszyć liczbę nieprawidłowych zachowań i poprawić wskaźnik przyswajania zadań oraz czas szkolenia.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Klatka podstawowa - model szczura	Vulintus	MotoTrak Rat System	N/A
Kontroler	Vulintus	MotoTrak Rat System	N/A
Moduł zachowania	Vulintus	MotoTrak Rat System	Supination Task, metakrylan Podwójne pokrętła stop
Dozownik pelletu - 45mg	Vulintus	MotoTrak Rat System	N/A
Autopozycjoner	Vulintus	MotoTrak Rat System	N/A
45 mg, smak czekoladowy, 50 000/pudełko	Bio-Serv	F0299	N/A
Stacja robocza HP Z230 Tower	Stacja robocza HP	/A	Xeon CPU E3-1225 v3 @ 3,20 GHz, 16 GB pamięci RAM, 1 TB HDD. Minimalne wymagania: 8 GB pamięci RAM, procesor wielordzeniowy
Dexterity Burke	Medical Research Institute		Oprogramowanie Matlab do analizy danych
Enviropak	WF Fisher and Son	N/A	N/A