Name: Behawioralna ocena zręczności manualnej u naczelnych innych niż ludzie (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-11-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min
Description: Poznaj metody ilościowej oceny zręczności manualnej u makaków poprzez zadania chwytania i precyzyjnego uchwytu. Technika ta pozwala badać deficyty motoryczne oraz procesy regeneracji ośrodkowego układu nerwowego.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy pragną podziękować prof. M.E. Schwab, dr. P. Freund, dr. A. Wyss, dr. S. Bashir, dr. A. Mir, dr. J. Bloch, dr. J.F. Brunet, dr. J. Aebischer, dr. A. Meszaros oraz dr. V. Goetschman za wkład w poprzednie eksperymenty i analizy. Układy eksperymentalne zostały skonstruowane przez André Gaillarda, Bernarda Aebischera i Laurent Monneya. W zoologicznym ośrodku doświadczalnym małpy znajdowały się pod nadzorem profesjonalnych opiekunów zwierząt: Josefa Corpataux, Laurent Bossy i Jacques Maillard. Testy behawioralne i analiza danych, a także badania histologiczne, zostały przeprowadzone przy niezwykle cennej pomocy techników laboratoryjnych: Véronique Moret (pełniącej również funkcję webmastera), Françoise Tinguely, Christine Roulin, Monica Bennefeld, Christiane Marti i Georgette Fischer. Praca ta była wspierana przez Szwajcarską Narodową Fundację Naukową (Swiss National Science Foundation) w ramach grantów nr 31-61857.00, 310000-110005, 31003A-132465 (EMR), 310030-118357, 31003A-104061 (TW), 310030-120411 (ABS), PZ00P3_121646 (ES), Fundację Novartis oraz Narodowe Centrum Kompetencji w Badaniach (NCCR) w zakresie „Plastyczności i regeneracji neuronalnej”.

<ol><li>Lemon, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Descending+pathways+in+motor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Annu.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Descending pathways in motor control.</a> Annu. Rev. Neurosci. 31, 195-218 (2008).</li>
<li>Courtine, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Can+experiments+in+nonhuman+primates+expedite+the+translation+of+treatments+for+spinal+cord+injury+in+humans%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Med%22%5BJournal%5D)">Can experiments in nonhuman primates expedite the translation of treatments for spinal cord injury in humans?</a> Nat. Med. 13, 561-566 (2007).</li>
<li>Capitanio, J. P., Emborg, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contributions+of+non-human+primates+to+neuroscience+research%5BTitle%5D)+AND+%22Lancet%22%5BJournal%5D)">Contributions of non-human primates to neuroscience research.</a> Lancet. 371, 1126-1135 (2008).</li>
<li>Brinkman, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Supplementary+motor+area+of+the+monkey%27s+cerebral+cortex%3A+short-+and+long-term+deficits+after+unilateral+ablation+and+the+effects+of+subsequent+callosal+section%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Supplementary motor area of the monkey's cerebral cortex: short- and long-term deficits after unilateral ablation and the effects of subsequent callosal section.</a> J. Neurosci. 4, 918-929 (1984).</li>
<li>Brinkman, J., Kuypers, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebral+control+of+contralateral+and+ipsilateral+arm%2C+hand+and+finger+movements+in+the+split-brain+rhesus+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Cerebral control of contralateral and ipsilateral arm, hand and finger movements in the split-brain rhesus monkey.</a> Brain. , 653-674 (1973).</li>
<li>Kazennikov, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temporal+structure+of+a+bimanual+goal-directed+movement+sequence+in+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Temporal structure of a bimanual goal-directed movement sequence in monkeys.</a> Eur. J. Neurosci. 6, 203-210 (1994).</li>
<li>Kazennikov, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+activity+of+supplementary+and+primary+motor+areas+in+monkeys+and+its+relation+to+bimanual+and+unimanual+movement+sequences%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural activity of supplementary and primary motor areas in monkeys and its relation to bimanual and unimanual movement sequences.</a> Neuroscience. 89, 661-674 (1999).</li>
<li>Kermadi, I., Liu, Y., Tempini, A., Rouiller, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+reversible+inactivation+of+the+supplementary+motor+area+%28SMA%29+on+unimanual+grasp+and+bimanual+pull+and+grasp+performance+in+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens.+Mot.+Res%22%5BJournal%5D)">Effects of reversible inactivation of the supplementary motor area (SMA) on unimanual grasp and bimanual pull and grasp performance in monkeys.</a> Somatosens. Mot. Res. 14, 268-280 (1997).</li>
<li>Kermadi, I., Liu, Y., Tempini, A., Calciati, E., Rouiller, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+activity+in+the+primate+supplementary+motor+area+and+the+primary+motor+cortex+in+relation+to+spatio-temporal+bimanual+coordination%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosens.+Mot.+Res%22%5BJournal%5D)">Neuronal activity in the primate supplementary motor area and the primary motor cortex in relation to spatio-temporal bimanual coordination.</a> Somatosens. Mot. Res. 15, 287-308 (1998).</li>
<li>Kermadi, I., Liu, Y., Rouiller, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+bimanual+motor+actions+involve+the+dorsal+premotor+%28PMd%29%2C+cingulate+%28CMA%29+and+posterior+parietal+%28PPC%29+cortices%3F+Comparison+with+primary+and+supplementary+motor+cortical+areas%5BTitle%5D)+AND+%22Somatosensory+and+Motor+Research%22%5BJournal%5D)">Do bimanual motor actions involve the dorsal premotor (PMd), cingulate (CMA) and posterior parietal (PPC) cortices? Comparison with primary and supplementary motor cortical areas.</a> Somatosensory and Motor Research. 17, 255-271 (2000).</li>
<li>Wannier, T., Liu, J., Morel, A., Jouffrais, C., Rouiller, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+activity+in+primate+striatum+and+pallidum+related+to+bimanual+motor+actions%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroReport%22%5BJournal%5D)">Neuronal activity in primate striatum and pallidum related to bimanual motor actions.</a> NeuroReport. 13, 143-147 (2002).</li>
<li>Rouiller, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dexterity+in+adult+monkeys+following+early+lesion+of+the+motor+cortical+hand+area%3A+the+role+of+cortex+adjacent+to+the+lesion%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Dexterity in adult monkeys following early lesion of the motor cortical hand area: the role of cortex adjacent to the lesion.</a> Eur. J. Neurosci. 10, 729-740 (1998).</li>
<li>Liu, Y., Rouiller, E. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanisms+of+recovery+of+dexterity+following+unilateral+lesion+of+the+sensorimotor+cortex+in+adult+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Brain.+Res%22%5BJournal%5D)">Mechanisms of recovery of dexterity following unilateral lesion of the sensorimotor cortex in adult monkeys.</a> Exp. Brain. Res. 128, 149-159 (1999).</li>
<li>Freund, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nogo-A-specific+antibody+treatment+enhances+sprouting+and+functional+recovery+after+cervical+lesion+in+adult+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Nature.+Med%22%5BJournal%5D)">Nogo-A-specific antibody treatment enhances sprouting and functional recovery after cervical lesion in adult primates.</a> Nature. Med. 12, 790-792 (2006).</li>
<li>Freund, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Anti-Nogo-A+antibody+treatment+promotes+recovery+of+manual+dexterity+after+unilateral+cervical+lesion+in+adult+primates--re-examination+and+extension+of+behavioral+data%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Anti-Nogo-A antibody treatment promotes recovery of manual dexterity after unilateral cervical lesion in adult primates--re-examination and extension of behavioral data.</a> Eur. J. Neurosci. 29, 983-996 (2009).</li>
<li>Kaeser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Unilateral+Motor+Cortex+Lesion+on+Ipsilesional+Hand%27s+Reach+and+Grasp+Performance+in+Monkeys%3A+Relationship+With+Recovery+in+the+Contralesional+Hand%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Effects of Unilateral Motor Cortex Lesion on Ipsilesional Hand's Reach and Grasp Performance in Monkeys: Relationship With Recovery in the Contralesional Hand.</a> J. Neurophysiol. 103, 1603-1645 (2010).</li>
<li>Kaeser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autologous+adult+cortical+cell+transplantation+enhances+functional+recovery+following+unilateral+lesion+of+motor+cortex+in+primates%3A+a+pilot+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Autologous adult cortical cell transplantation enhances functional recovery following unilateral lesion of motor cortex in primates: a pilot study.</a> Neurosurgery. 68, 1405-1417 (2011).</li>
<li>Bashir, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Short-term+effects+of+unilateral+lesion+of+the+primary+motor+cortex+%28M1%29+on+Ipsilesional+hand+dexterity+in+adult+macaque+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Structure+and+Function%22%5BJournal%5D)">Short-term effects of unilateral lesion of the primary motor cortex (M1) on Ipsilesional hand dexterity in adult macaque monkeys.</a> Brain Structure and Function. , Forthcoming (2011).</li>
<li>Hamadjida, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+anti-Nogo-A+treatment+on+the+reorganization+of+callosal+connectivity+of+the+premotor+cortical+areas+following+unilateral+lesion+of+primary+motor+cortex+%28M1%29+in+adult+macaque+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Influence of anti-Nogo-A treatment on the reorganization of callosal connectivity of the premotor cortical areas following unilateral lesion of primary motor cortex (M1) in adult macaque monkeys.</a> , Forthcoming (2011).</li>
<li>Jenny, A. B., Inukai, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Principles+of+motor+organization+of+the+monkey+cervical+spinal+cord%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Principles of motor organization of the monkey cervical spinal cord.</a> J. Neurosci. 3, 567-575 (1983).</li>
<li>Schmidlin, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progressive+plastic+changes+in+the+hand+representation+of+the+primary+motor+cortex+parallel+incomplete+recovery+from+a+unilateral+section+of+the+corticospinal+tract+at+cervical+level+in+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Progressive plastic changes in the hand representation of the primary motor cortex parallel incomplete recovery from a unilateral section of the corticospinal tract at cervical level in monkeys.</a> Brain Research. 1017, 172-183 (2004).</li>
<li>Schmidlin, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduction+of+the+hand+representation+in+the+ipsilateral+primary+motor+cortex+following+unilateral+section+of+the+corticospinal+tract+at+cervical+level+in+monkeys%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Reduction of the hand representation in the ipsilateral primary motor cortex following unilateral section of the corticospinal tract at cervical level in monkeys.</a> BMC Neuroscience. 6, 56-56 (2005).</li>
<li>Prescott, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refinement+of+the+use+of+food+and+fluid+control+as+motivational+tools+for+macaques+used+in+behavioural+neuroscience+research%3A+report+of+a+Working+Group+of+the+NC3Rs%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Methods%22%5BJournal%5D)">Refinement of the use of food and fluid control as motivational tools for macaques used in behavioural neuroscience research: report of a Working Group of the NC3Rs.</a> J. Neurosci. Methods. 193, 167-188 (2010).</li>
<li>Darling, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Volumetric+effects+of+motor+cortex+injury+on+recovery+of+dexterous+movements%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Volumetric effects of motor cortex injury on recovery of dexterous movements.</a> Exp. Neurol. 220, 90-108 (2009).</li>
<li>Darling, W. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Minimal+forced+use+without+constraint+stimulates+spontaneous+use+of+the+impaired+upper+extremity+following+motor+cortex+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Brain.+Res%22%5BJournal%5D)">Minimal forced use without constraint stimulates spontaneous use of the impaired upper extremity following motor cortex injury.</a> Exp. Brain. Res. 202, 529-542 (2010).</li>
<li>McNeal, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+long-term+reorganization+of+the+corticospinal+projection+from+the+supplementary+motor+cortex+following+recovery+from+lateral+motor+cortex+injury%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Selective long-term reorganization of the corticospinal projection from the supplementary motor cortex following recovery from lateral motor cortex injury.</a> J. Comp. Neurol. 518, 586-621 (2010).</li>
<li>Nishimura, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Time-dependent+central+compensatory+mechanisms+of+finger+dexterity+after+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Time-dependent central compensatory mechanisms of finger dexterity after spinal cord injury.</a> Science. 318, 1150-1155 (2007).</li>
<li>Pizzimenti, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measurement+of+reaching+kinematics+and+prehensile+dexterity+in+nonhuman+primates%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Measurement of reaching kinematics and prehensile dexterity in nonhuman primates.</a> J. Neurophysiol. 98, 1015-1029 (2007).</li>
</ol>

Brak zadeklarowanych konfliktów interesów.

Choć dotychczas w naszym laboratorium opisane zadania behawioralne były rozważane w kontekście badań związanych z uszkodzeniem rdzenia szyjnego lub uszkodzeniem kory ruchowej w celu przetestowania różnych metod leczenia (patrz14,15,17 oraz <a href="http://www.unifr.ch/neuro/rouiller">http://www.unifr.ch/neuro/rouiller</a> &gt;wybierz „research” w górnym menu, następnie &gt; „motor system” &gt; „recovery after lesion”), mogą one mieć również szersze zastosowanie, ponieważ sprawność manualna jest aspektem istotnym w innych patologiach, takich jak choroba Parkinsona (małpy z modelem MPTP) lub w przypadku deafferentacji sensorycznej wpływającej na propriocepcję i/lub zmysł dotyku (szczególnie test 2 w warunkach braku kontroli wzrokowej).
Zaproponowane tutaj testy behawioralne są odpowiednie do badania kontroli motorycznej ruchów dystalnych kończyny przedniej, zaangażowanych w zręczność manualną. Specyficzność testów jest wykazana przez brak deficytów (z wyjątkiem kilku pierwszych dni) w przypadku uszkodzenia, które nie upośledza istotnych komponentów systemu kontroli: rzeczywiście, w przypadku uszkodzenia zlokalizowanego bardziej kudalnie niż motoneurony kontrolujące mięśnie dłoni, nie stwierdzono deficytu. Trafność testu 1 można ocenić, porównując sekwencje wideo zarejestrowane w dwóch punktach czasowych krzywej regeneracji po uszkodzeniu, które różnią się zwiększeniem regeneracji funkcjonalnej o 25%, co może być związane z zastosowaniem terapii komórkowej17.
Pomimo początkowej, stosunkowo krótkiej fazy treningowej na początku (trwającej zazwyczaj 2-3 miesiące), proponowane tutaj testy behawioralne są względnie „naturalne” i proste w porównaniu do złożonych zadań (np. warunkowych), w przypadku których trening małpy może trwać prawie rok lub dłużej. Wzmocnienie pozytywne opiera się na stałym pokarmie, co jest mniej kontrowersyjne z punktu widzenia etycznego niż deprywacja wody, zazwyczaj stosowana w bardziej złożonych zadaniach23. Nie ma potrzeby pozbawiania małp pożywienia w celu uzyskania stabilnych i spójnych wyników. Pelet otrzymywany podczas zadań stanowi pierwszy dostęp do pokarmu w dniu sesji behawioralnej (zakładając, że małpa nie je w ciągu poprzedniej nocy; jednak dodatkowy pokarm może być podawany do końca popołudnia dnia poprzedniego). Kluczowe jest, aby każda małpa przechodziła sesję behawioralną o tej samej porze dnia, z zachowaniem tej samej kolejności sekwencyjnej pomiędzy poszczególnymi małpami tworzącymi grupę w pomieszczeniu mieszkalnym. Ponieważ małpy są wrażliwe na zewnętrzne zdarzenia rozpraszające, zadania behawioralne powinny być przeprowadzane przy muzyce w tle, która maskuje potencjalny hałas dobiegający z sąsiednich pomieszczeń lub laboratoriów. Niezwykle ważne jest, aby przez cały czas trwania eksperymentu (od początkowego treningu aż do ostatniej codziennej sesji eksperymentalnej, co może trwać kilka miesięcy, a nawet lat), dana małpa znajdowała się każdego dnia pod nadzorem tego samego eksperymentatora.
Przedstawione testy behawioralne, stosowane od kilku lat w naszym laboratorium do ilościowej oceny sprawności manualnej, są w pewnym stopniu porównywalne z innymi testami sprawności manualnej opisanymi niedawno w literaturze24-28. Istnieje jednak kluczowa potrzeba standaryzacji testów pomiędzy różnymi laboratoriami (w celu lepszego porównania wyników), co stanowi wstępny cel niniejszego raportu. Na żądanie autor korespondencyjny może udostępnić szczegółowe specyfikacje zestawów ilustrujących testy 1-4, aby umożliwić ich replikację. Poza zagadnieniami medycyny regeneracyjnej (powrót do sprawności po uszkodzeniu rdzenia kręgowego lub kory mózgowej), obecny zestaw testów może być odpowiedni do badania kwestii rozwojowych u normalnych naczelnych innych niż ludzie (np. przebieg czasowy rozwoju motorycznego precyzyjnych ruchów), badania aspektów lateralizacji (preferencja/dominacja ręki) oraz rozstrzygania kwestii ewolucyjnych poprzez porównywanie zdolności motorycznych różnych gatunków naczelnych, w tym ludzi. Należy jednak pamiętać, że wymiary aparatury powinny zostać dostosowane do rozmiaru palców (grubości i długości) danego gatunku naczelnych, ponieważ może to wpływać na wyniki wykonywanych zadań. W niniejszym badaniu testy przeprowadzono na małpach macaca fascicularis w wieku od 2,5 do 8 lat i o masie od 2,5 do 8 kg. Długość palca wskazującego (wykorzystywanego w pierwszej kolejności do manipulowania granulkami) wynosiła od 32 do 35 mm, natomiast obwód paliczka dystalnego (koniuszka) palca wskazującego u małp objętych badaniem wynosił od 22 do 25 mm. Jak wykazano w poprzednich eksperymentach, te same testy chwytania są odpowiednie również dla macaca mulatta.
Wszystkie eksperymenty zostały przeprowadzone zgodnie z Guide for the Care and Use of Laboratory Animals (1996) i zatwierdzone przez lokalne (szwajcarskie) organy weterynaryjne. Wszystkie procedury eksperymentalne przeprowadzone na małpach, jak również warunki utrzymania w zwierzęciu, zostały szczegółowo opisane w ostatnich raportach naszego laboratorium: patrz odniesienia 12-18.

behawioralna ocena sprawności manualnej u naczelnych innych niż człowiek

Behavioral Assessment of Manual Dexterity in Non-Human Primates

Droga korowo-rdzeniowa (CS) stanowi anatomiczne podłoże wyjątkowej zdolności motorycznej do sprawnego manipulowania małymi przedmiotami, co jest prerogatywą głównie naczelnych1. W przypadku uszkodzenia wpływającego na układ projekcyjny CS w miejscu jego początku (uszkodzenie korowych obszarów motorycznych) lub wzdłuż jego przebiegu (uszkodzenie rdzenia szyjnego), dochodzi do drastycznej utraty sprawności manualnej (paraliżu dłoni), co obserwuje się u niektórych pacjentów z tetraplegią lub hemiplegią. Chociaż po takim uszkodzeniu następuje pewna spontaniczna regeneracja funkcjonalna, u dorosłych pozostaje ona bardzo ograniczona. Obecnie proponuje się różne strategie terapeutyczne (np. terapię komórkową, neutralizację inhibitorowych cząsteczek wzrostu aksonów, aplikację czynników wzrostu itp.), które są rozwijane głównie na gryzoniach. Jednak przed zastosowaniem klinicznym często zaleca się przetestowanie wykonalności, skuteczności i bezpieczeństwa leczenia na naczelnych innych niż człowiek. Jest to szczególnie istotne, gdy celem jest przywrócenie sprawności manualnej po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego, ponieważ organizacja układu motorycznego gryzoni różni się od organizacji u naczelnych1,2. Małpy makaki są tutaj przedstawione jako odpowiedni model behawioralny do ilościowej oceny sprawności manualnej u naczelnych, aby odzwierciedlić deficyty wynikające np. z uszkodzenia kory motorycznej lub rdzenia szyjnego, zmierzyć zakres spontanicznej regeneracji funkcjonalnej oraz, w przypadku zastosowania leczenia, ocenić, w jakim stopniu może ono wzmocnić tę regenerację.
Behawioralna ocena sprawności manualnej opiera się na czterech odrębnych, komplementarnych zadaniach polegających na sięganiu i chwytaniu (wykorzystanie chwytu precyzyjnego do chwytania peletu), co wymaga wstępnego przeszkolenia dorosłych małp z rodzaju makak. Zaprezentowano przygotowanie zwierząt, a także ich pozycjonowanie względem zestawu behawioralnego. Dla każdego zadania zilustrowano wyniki typowej małpy. Wyjaśniono i zademonstrowano na reprezentatywnych wynikach gromadzenie i analizę odpowiednich parametrów odzwierciedlających precyzyjną manipulację ręką oraz kontrolę siły. Dane te osadzono następnie w szerszym kontekście, pokazując, w jaki sposób dane behawioralne mogą być wykorzystane do zbadania wpływu uszkodzenia rdzenia kręgowego lub uszkodzenia kory ruchowej oraz w jakim stopniu leczenie może usprawnić spontaniczną regenerację funkcjonalną poprzez porównanie różnych grup małp (na przykład leczonych w stosunku do grupy kontrolnej poddanej zabiegowi pozorowanemu). Omówiono zalety i ograniczenia testów behawioralnych. Przedstawione podejście behawioralne jest zgodne z wcześniejszymi doniesieniami podkreślającymi zasadność stosowania modelu naczelnych niebędących ludźmi w kontekście chorób układu nerwowego2,3.

Ponieważ sprawność manualna jest domeną głównie naczelnych, w badaniach nad małpami makakami opracowano zadania behawioralne. Cztery zadania dotyczące sięgania i chwytania, mierzące siłę oraz zdolność manipulacji dłonią, pozwalają na ustalenie stopnia regeneracji funkcjonalnej po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego oraz na przetestowanie efektów zastosowanego leczenia.

Behawioralna ocena sprawności manualnej u naczelnych innych niż człowiek

Droga korowo-rdzeniowa (CS) stanowi anatomiczne podłoże wyrafinowanej zdolności motorycznej do zręcznego manipulowania małymi przedmiotami, co jest prerogatywą głównie...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest ilościowa ocena sprawności manualnej małp z rodzaju Macaca. Jest to realizowane poprzez najpierw beztstresowe przeniesienie zwierzęcia do krzesła dla naczelnych. Kolejnym krokiem procedury jest codzienny pomiar sprawności manualnej każdej dłoni w zadaniu polegającym na sięganiu i chwytaniu, w którym małpa musi zebrać 50 małych obiektów, wykorzystując chwyt precyzyjny.Następnie, w celu uzupełnienia oceny behawioralnej, wykonuje się trzy inne zadania sprawdzające zręczność manualną. Ostatnim krokiem procedury jest analiza wyników w oparciu o sekwencje wideo zarejestrowane podczas czterech testów. W rezultacie można uzyskać dane wykazujące deficyty motoryczne po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego oraz zakres późniejszego powrotu do sprawności funkcjonalnej poprzez analizę zmian parametrów behawioralnych w czasie, wynikających z analizy ilościowej.Główną zaletą tej techniki w porównaniu z naszymi istniejącymi metodami, takimi jak skale ocen klinicznych, które zresztą wykazują dużą zmienność między obserwatorami, jest to, że jest ona w pełni ilościowa i niezawodna, przy umiarkowanej zmienności międzyosobniczej. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie neuronauki behawioralnej, takie jak mechanizmy leżące u podłoża plastycznej reorganizacji ośrodkowego układu nerwowego po uszkodzeniu lub w przebiegu choroby neurodegeneracyjnej. Zastosowania tej techniki rozciągają się na obszar terapii, promując regenerację neuronalną oraz strategie substytucyjne po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego, ponieważ badania na naczelnych często stanowią niezbędny etap przed zastosowaniem klinicznym początkowo opracowanej strategii terapeutycznej.U gryzoni, małpy niedoszłe są wykorzystywane do testowania funkcji specyficznych dla naczelnych, takich jak sprawność manualna, co jest nieodpowiednie do obserwacji możliwych szkodliwych efektów wtórnych. Wizualna demonstracja tej metody jest kluczowa, ponieważ etapy szkolenia zwierząt są trudne do opanowania i muszą być wykonywane w sposób wysoce powtarzalny. Witam, nazywam się Eric Ye, jestem profesorem neurofizjologii na Uniwersytecie Fryburga w Szwajcarii.Procedura zostanie zademonstrowana przez kilku eksperymentatorów: dr Ab i dr Lin, którzy są niezależnymi badaczami, dr Melanie Keer, postdok z mojego laboratorium, oraz trzech doktorantów: Zandrę, Julie Vidor i Pauline Chatan. Przed przystąpieniem do testów behawioralnych należy przygotować zestaw behawioralny w laboratorium. Wypełnij otwory w poszczególnych tablicach testowych granulkami pokarmowymi, które służą jako nagroda podczas testów.Następnie przenieś małpę z pomieszczenia zbiorowego do klatki transportowej. Małpa jest przeszkolona w wchodzeniu do tunelu zapewniającego dostęp do krzesła dla naczelnych z późniejszym ustawieniem głowy; zmierz masę ciała małpy. Na koniec przenieś małpę w krześle dla naczelnych do laboratorium.Zmodyfikowany test tablicy Brinkmana to podstawowe zadanie behawioralne referencyjne, które należy przeprowadzić w każdej sesji behawioralnej. Do rejestracji sekwencji w celu późniejszego przetwarzania offline wykorzystuje się trzy cyfrowe kamery wideo: jedną powyżej tablicy oraz po jednej z każdej strony tablicy. Aby rozpocząć, uruchom nagrywanie wideo za pomocą trzech kamer.Umieść małpę przed tablicą Brinkmana. Otwórz prawe okno w krześle dla naczelnych, aby umożliwić dostęp do prawej ręki. Po zakończeniu testu małpa za pomocą prawej ręki wyjmie granulki pokarmowe z 50 szczelin.W przypadku prawej łapy należy zamknąć prawe okienko i ponownie wypełnić płytkę peletem. Następnie należy otworzyć lewe okienko i powtórzyć test dla lewej łapy. Po zakończeniu testu należy nagrodzić zwierzę kilkoma suszonymi rodzynkami lub migdałem.Procedurę tę powtarza się po każdym teście, aby utrzymać motywację podczas całej codziennej sesji. Najtrudniejszym aspektem tej procedury jest uzyskanie regularnego i powtarzalnego zachowania u małp. Osiąga się to poprzez przyjęcie wysoce zestandaryzowanej i powtarzalnej procedury, takiej jak wyznaczenie tego samego eksperymentatora dla danej małpy oraz przeprowadzanie sesji testowej o tej samej porze dnia.Pudełko Brinkmana składa się z 20 otworów, 10 pionowych i 10 poziomych. W porównaniu do testu pierwszego, małpa musi kontrolować dłoń w ograniczonej przestrzeni z zredukowaną liczbą stopni swobody, aby wykonać ruch chwytu precyzyjnego.Po wypełnieniu płyty peletami, zamknij górną ściankę pudełka, aby w pierwszej kolejności przeprowadzić test. W warunkach braku kontroli wzrokowej, opierając się tym samym na eksploracji dotykowej, włącz kamerę cyfrową umieszczoną pod pudełkiem. Umieść małpę przed pudełkiem Brinkmana.Otwórz lewe okno krzesła dla naczelnych, aby przetestować lewą rękę. W przypadku braku kontroli wizualnej, gdy małpa próbuje wydobyć 20 granulek, sekwencja jest rejestrowana przez kamerę znajdującą się pod pudełkiem. Następnie zamknij lewe okno krzesła dla naczelnych. Uzupełnij granulki na platformie, a następnie otwórz prawe okno krzesła dla naczelnych.Małpa powtórzy test prawą ręką. W przypadku braku kontroli wzrokowej, po zakończeniu testów bez kontroli wzrokowej, należy otworzyć górną ściankę pudełka, aby sprawdzić zdolność chwytania peletek. W pudełku Brinkmana pod kontrolą wzrokową należy ponownie napełnić pudełko peletkami i pozwolić małpie przeprowadzić test przy użyciu prawej ręki.Po zakończeniu testu prawej ręki zamknij prawe okno krzesła dla naczelnych. Po ponownym napełnieniu pojemnika granulkami otwórz lewe okno krzesła dla naczelnych i pozwól małpie wykonać test. W przypadku użycia lewej ręki, obrotowa tablica Brinkmana posiada 32 dołki rozmieszczone w czterech koncentrycznych rzędach.Test ten jest porównywalny z zmodyfikowanym testem tablicy Brinkmana, z tą różnicą, że tablica obraca się, co zmusza małpę do przewidywania przesunięcia tablicy w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Wypełnij tablicę pelletami. Sekwencja jest rejestrowana za pomocą kamery cyfrowej umieszczonej nad zestawem.Aby rozpocząć test, otwórz prawe okno krzesła dla naczelnych. Małpa będzie wyciągać granulki z 32 otworów prawą ręką podczas obracania się tarczy zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Aby przetestować lewą rękę, zamknij prawe okno, ponownie napełnij tarczę granulkami i otwórz lewe okno krzesła dla naczelnych.Małpa powtarza zadanie lewą ręką. Na koniec test dla każdej ręki jest przeprowadzany w ten sam sposób, jak pokazano przed chwilą, podczas gdy tablica obraca się przeciwnie do ruchu wskazówek zegara; zadanie polegające na sięganiu i chwytaniu zostało zaprojektowane tak, aby połączyć zdolność rozumienia z możliwością generowania siły.Aparat cyfrowy umieszczono na górnej części szuflady, aby rejestrować próby do późniejszej weryfikacji danych. Różne inne detektory rejestrują dyskretne zdarzenia, takie jak dotknięcie gałki przez dłoń, włożenie palca do otworu oraz wyciągnięcie peletu z otworu. Aby rozpocząć test, należy otworzyć prawe okno krzesła dla naczelnych.Wiązka światła zostaje przerwana w momencie, gdy dłoń małpy zbliża się do uchwytu szuflady. Ten miękki wyzwalacz może zostać wykorzystany do synchronizacji próby podczas przetwarzania offline. Małpa musi otworzyć szufladę, najpierw przykładając siłę chwytu do uchwytu szuflady, a następnie siłę obciążenia w celu jej otwarcia, co zapewnia dostęp do peletu umieszczonego wewnątrz szuflady.Podczas gdy szuflada pozostaje otwarta, granulka jest wyjmowana tą samą ręką. Ponownie. Używając chwytu precyzyjnego, małpa wykona 10 prób na każdym z pięciu różnych poziomów oporu. Za pomocą prawej ręi przycisk analogowy w układzie pozwala na wybór poziomu oporu po teście.Procedura dla prawej ręki jest zakończona. Powtórz badanie dla lewej ręki przy różnych poziomach oporu; po zakończeniu wszystkich zaplanowanych na dany dzień testów nakarm małpę i nagródz ją jedzeniem. Oprócz peletu otrzymywanego podczas testów, małpa zazwyczaj otrzymuje zboża i owoce; po jedzeniu małpa jest wracana do pomieszczenia z grupowym zakwaterowaniem.Cztery testy behawioralne zaprezentowane w tym filmie są wykorzystywane w badaniach nad funkcjonalnym powrotem do sprawności po uszkodzeniu szyjnego odcinka rdzenia kręgowego lub kory ruchowej. W przypadku braku lub zastosowania leczenia mającego na celu wzmocnienie spontanicznej regeneracji w pierwszym teście, czyli zmodyfikowanej tablicy Brinkmana, analiza skupia się na dwóch parametrach. Pierwszym parametrem jest wynik określony przez liczbę granulek odzyskanych przez małpę w ciągu 30 sekund, liczony oddzielnie dla szczelin pionowych i poziomych.Drugim parametrem jest czas kontaktu, zdefiniowany jako odstęp czasu między włożeniem pierwszego palca do szczeliny w celu dotknięcia pelletu a rozpoczęciem wyjmowania pelletu z dołka. Jak pokazano na tej serii zdjęć, najbardziej wysunięte na lewo zdjęcie przedstawia dłoń zbliżającą się do szczeliny zawierającej pellet. Kolejna klatka po prawej odpowiada momentowi kontaktu.Klatka znajdująca się najbardziej po prawej stronie odpowiada momentowi czasowemu, w którym pelet jest wyjmowany z otworu. Zatem czas kontaktu wynosi 240 milisekund. W tym przykładzie poniżej przedstawiono reprezentatywne dane pochodzące z zmodyfikowanego zadania z tablicą Brinkmana, wykonanego przez małpę z uszkodzeniem kory ruchowej.Oś czasu obejmuje kolejne dni sesji behawioralnych. Pionowa, czerwona przerywana linia oznacza dzień, w którym wykonano uszkodzenie. Wykres wyników obrazuje początkową fazę treningu, plateau przed uszkodzeniem, gwałtowny spadek wyników bezpośrednio po uszkodzeniu, a na koniec stopniową regenerację funkcjonalną prowadzącą do plateau po uszkodzeniu.Odzyskanie funkcjonalne jest stosunkiem mediany wyniku po uszkodzeniu w punkcie plateau do mediany wyniku przed uszkodzeniem, co w tym przypadku wynosi 59%. Przedstawione tutaj dane dotyczą czasu kontaktu. Na tych wykresach każda czarna kropka odpowiada czasowi kontaktu palca z peletem w jednym slocie. W każdej sesji przeprowadzono pięć prób dla każdej orientacji.Pięć pierwszych prób wykonanych przez małpę dla każdej orientacji, a szary słupek reprezentuje wartość medianową. Ponieważ wzrost CT odzwierciedla deficyt, regeneracja funkcjonalna jest stosunkiem mediany CT przed uszkodzeniem do mediany CT po uszkodzeniu w fazie plateau, co wynosi około 28%. Ten wykres przedstawia reprezentatywne dane pochodzące z testu drugiego, pudełka Brinkmana dla małpy wykonującej zadanie pod kontrolą wizualną. Tutaj bardziej istotnym parametrem jest całkowity czas, zdefiniowany jako odstęp czasu między pobraniem granulki z pierwszego otworu a pobraniem granulki z ostatniego otworu. Zaobserwowano statystycznie istotną różnicę między medianą całkowitego czasu przed uszkodzeniem a medianą całkowitego czasu po uszkodzeniu.W ostatnich sesjach obliczoną wartość powrotu funkcjonalnego wyniosła 89,6%. W przypadku trzeciego testu, przy użyciu obrotowej tablicy Brinkmana, czułym parametrem jest czas kontaktu mierzony dla pierwszych 10 szczelin. Te dwa wykresy pochodzą od małpy, u której wykonano uszkodzenie kory ruchowej. Górny wykres przedstawia obrót tablicy zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a dolny wykres – obrót przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.Dwie pionowe szare strzałki wskazują, że w kilku sesjach bezpośrednio po uszkodzeniu czas kontaktu był nieskończenie długi, ponieważ małpa nie była w stanie wykonać zadania kontralateralną ręką. Ta końcowa rycina przedstawia reprezentatywne dane pochodzące z sesji przeprowadzonej przez jedną małpę w teście czwartym, zadaniu sięgania i chwytania szuflady; panel A przedstawia surowe dane odpowiadające trzem parametrom pozyskiwanym online podczas pojedynczego powtórzenia: sile obciążenia na czerwono, sile chwytu na niebiesko oraz przesunięciu szuflady na zielono. Podczas zadania zarejestrowano również kilka znaczników: dotknięcie gałki odpowiada momentowi, w którym zwierzę po raz pierwszy dotyka gałki, pełne otwarcie – pełnemu otwarciu szuflady, a czas pobrania – momentowi chwycenia nagrody do analizy.Siedem kursorów umieszczono w krytycznych punktach czasowych zadania wysuwania szuflady, zsynchronizowanych z momentem dotknięcia gałki przez zwierzę, początkiem siły chwytu, maksymalną siłą chwytu, początkiem siły obciążenia, maksymalną siłą obciążenia (zsynchronizowaną z momentem pełnego otwarcia szuflady) oraz z czasem pobrania przedmiotu. Panel B przedstawia wyniki ilościowe dla dwóch parametrów rejestrowanych podczas zadania sięgania i chwytania szuflady: siły chwytu oraz siły obciążenia. Wykres po lewej stronie przedstawia wartość maksymalną, a wykres po prawej wartość nachylenia od momentu rozpoczęcia do wartości maksymalnej.Przedstawiono tutaj cztery z pięciu różnych względnych poziomów oporności. Po wykonaniu tej procedury można rozważyć dalszą analizę, taką jak jakościowa, szczegółowa obserwacja sposobu, w jaki małpa wykonuje chwyt precyzyjny, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania. Przykładem może być pojawienie się strategii substytucyjnych w celu osiągnięcia tego samego celu motorycznego w czasie funkcjonalnego powrotu do sprawności po uszkodzeniu. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś mieć dobrą wiedzę na temat tego, jak ilościowo oceniać zręczność manualną u naczelnych innych niż człowiek, w oparciu o cztery testy behawioralne obejmujące zestaw parametrów motorycznych.Należy pamiętać, że praca z naczelnymi niebędącymi ludźmi może być niezwykle ryzykowna i jest kwestią etycznie wrażliwą. Dlatego podczas wykonywania tej procedury zawsze należy zachować środki ostrożności, takie jak zapobieganie bezpośredniemu kontaktowi z małpami w celu uniknięcia pogryzień oraz zapewnienie dobrostanu zwierząt.

behavioral-assessment-of-manual-dexterity-in-non-human-primates

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Ocena zachowań związanych z zręcznością manualną u naczelnych innych niż ludzie

Testy manipulacji Vermicelli i Capellini służące do oceny sprawności przednich łap wykorzystują naturalną skłonność gryzoni do manipulowania produktami spożywczymi za pomocą precyzyjnych ruchów przednich łap i palców. Zwierzęta są nagrywane podczas manipulowania krótkimi nitkami surowego, suchego makaronu. Odtwarzanie wideo w zwolnionym tempie umożliwia ilościową ocenę korekt ułożenia przednich łap.

Testy manipulacji nitkami vermicelli i capellini: proste ilościowe pomiary sprawności chwytnej przedniej łapy u szczurów i myszy

Zdolność do oceny funkcji wykonawczych, takich jak elastyczność behawioralna u szczurów, jest przydatna do badania neurobiologii funkcji poznawczych zarówno u nienaruszonych zwierząt, jak i w modelach chorób. W tym miejscu opisujemy zautomatyzowane zadania do oceny zmiany strategii i odwróconego uczenia się, które są szczególnie wrażliwe na zakłócenia w sieciach kory przedczołowej.

Procedury instrumentalne do oceny elastyczności behawioralnej u szczurów

Fagot &amp; Paleressompoulle1 opublikowali urządzenie do automatycznego uczenia się (ALDM) przeznaczone do testowania indywidualnych zdolności poznawczych u małp żyjących na półwolnym wybiegu. Głównym celem naszego protokołu jest wykorzystanie sieci jednostek testowych ALDM do badania poznania społecznego u naczelnych innych niż ludzie.

Ocena poznania społecznego u naczelnych innych niż ludzie przy użyciu sieci skomputeryzowanych systemów testowych urządzeń do automatycznego uczenia się (ALDM)

Przedstawiono paradygmat do treningu i analizy zautomatyzowanego zadania umiejętnego sięgania u szczurów. Analiza prób ciągnięcia ujawnia wyraźne podprocesy uczenia się motorycznego.

Badanie procesów uczenia się umiejętności motorycznych za pomocą manipulandum robotycznego

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.

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

Metoda oceny wpływu treningu na zdolności motoryczne jest użytecznym narzędziem. Niestety, większość ocen behawioralnych może być pracochłonna i/lub kosztowna. Opisujemy tutaj robotyczną metodę oceny umiejętności chwytania (sięgania do chwytania) u myszy.

Ocena umiejętnego chwytu u myszy za pomocą automatycznego trenażera

Prezentowany tutaj jest protokół budowy automatycznego urządzenia, które prowadzi małpę do wykonania elastycznego zadania polegającego na sięganiu i chwytaniu. Aparat łączy w sobie urządzenie translacyjne 3D i stół obrotowy w celu prezentacji wielu obiektów w dowolnej pozycji w przestrzeni 3D.

Projektowanie i wykorzystanie aparatu do prezentacji chwytalnych obiektów w przestrzeni roboczej 3D

Umiejętne sięganie gryzoni jest powszechnie używane do nauki zręczności, ale wymaga znacznego czasu i wysiłku do wykonania zadania i przeanalizowania zachowania. Opisujemy zautomatyzowaną wersję umiejętnego docierania ze śledzeniem ruchu i trójwymiarową rekonstrukcją trajektorii zasięgu.

Zautomatyzowane sięganie pojedynczych śruin szczura z 3-wymiarową rekonstrukcją trajektorii łap i palców

Ten artykuł przedstawia protokół, który pozwala na nieinwazyjną i automatyczną ocenę sprawności motorycznej, a także adaptacyjne i asocjacyjne uczenie się motoryczne w przypadku wyzwań, przy użyciu urządzenia zwanego Drabiną Erasmusa. Trudność zadania można dostosować w celu wykrycia upośledzenia motorycznego w zakresie od dużego do subtelnego stopnia.

Monitorowanie uczenia się motorycznego małego i asocjacyjnego u myszy za pomocą drabiny Erasmusa

Obecne badanie opisuje test zachowania motorycznego do analizy deficytów motorycznych w modelach gryzoni, w tym szczura TgF344-AD, z wykorzystaniem uczenia maszynowego.

Zadanie motoryczne w celu badania kinematyki stawów w przedklinicznym modelu chorób neurodegeneracyjnych

Poznaj metody ilościowej oceny zręczności manualnej u makaków poprzez zadania chwytania i precyzyjnego uchwytu. Technika ta pozwala badać deficyty motoryczne oraz procesy regeneracji ośrodkowego układu nerwowego.

Behawioralna ocena sprawności manualnej u naczelnych innych niż człowiek

Przeglądaj więcej filmów