Badaj uczenie się umiejętności motorycznych poprzez zadania sięgania pojedynczymi granulkami u myszy
March 4th, 2014
Wytrwała praktyka poprawia precyzję skoordynowanych ruchów. Tutaj wprowadzamy zadanie sięgania pojedynczymi kulkami, które ma na celu ocenę uczenia się i zapamiętywania umiejętności kończyn przednich u myszy.
Ogólnym celem tej procedury jest wyszkolenie myszy z umiejętnościami motorycznymi specyficznymi dla czterech M. Zapewnia to dobry model behawioralny do oceny uczenia się motorycznego i pamięci. U myszy pierwszym krokiem jest umożliwienie myszom zapoznania się z komorą treningową i granulkami pokarmowymi.
Następnie granulki pokarmowe umieszcza się w zasięgu szczeliny kształtującej, a po okresie formowania określa się preferowaną kończynę używaną do pobierania. Myszy są szkolone za pomocą zadania sięgania po pojedynczą pastylkę i rejestrowana jest liczba prawidłowych uderzeń preferowaną łapą. Ostatecznie protokół ten zapewnia paradygmat behawioralny do badania zmian w mózgu na wielu poziomach podczas uczenia się motorycznego i tworzenia pamięci.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie neurobiologii, takie jak to, w jaki sposób uczenie się motoryczne koreluje z plastycznością strukturalną i zmianami molekularnymi w mózgu myszy oraz jak różne choroby neurologiczne zaburzają umiejętności motoryczne w celu uzyskania najlepszych wyników. Wykonaj to zadanie w cichym miejscu, z dala od hałasu i zakłóceń. Specjalnie wykonana przezroczysta komora treningowa z pleksi, która zawiera trzy pionowe szczeliny, służy do kształtowania i treningu.
Jedna szczelina znajduje się na krawędzi formującej, a dwie szczeliny znajdują się na przeciwległej krawędzi treningowej, aby utrzymać nasiona prosa na miejscu podczas sesji formowania, zbudowane z pochylonej tacy z trzech szklanych szkiełek. Podczas treningów wykorzystywana jest platforma gastronomiczna. Wgłębienia po lewej i prawej stronie platformy utrzymują nasiona prosa na miejscu.
Te wgłębienia odpowiadają lewej i prawej szczelinie w komorze treningowej myszy i są używane do treningu dominanty dla limów. Inne przedmioty, które warto mieć pod ręką podczas zabiegu, to kleszcze, waga i stoper. Dwa dni przed rozpoczęciem procedury modelowania karma ogranicza zwierzęta do utrzymania zmniejszonej masy ciała o około 90% wartości wyjściowej w pierwszym dniu.
Umieść dwie myszy w komorze treningowej w tym samym czasie i pozwól im się przyzwyczaić. Umieść około 20 milionów nasion na mysz w komorze i pozwól myszom eksplorować przez 20 minut. Następnego dnia umieść zwierzęta indywidualnie w komorach i podaj każdemu z nich około 20 milionów nasion następnego dnia.
Krawędź kształtująca służy do określenia dominacji kończyny. Umieść pojedynczą szczelinę komory skierowaną w dół. Następnie dociśnij tackę na żywność wypełnioną nasionami prosa do przedniej ściany komory treningowej.
Gdy będziesz gotowy, umieść pojedynczą mysz w komorze. Pozwól zwierzęciu pobrać nasiona przez szczelinę treningową i zapisz for użyte do pobrania. Okres kształtowania uważa się za zakończony, gdy spełnione są dwa kryteria.
Najpierw mysz przeprowadza 20 prób dotarcia w ciągu 20 minut. Po drugie, ponad 70% tych zasięgów wykonuje się za pomocą jednej czterokończyny. Jeśli mysz używa języka, aby wprowadzić nasiona do komory, przesuń lekko tacę do tyłu, aby zachęcić do sięgania czterema kończynami.
Jeśli mysz nie może dokończyć kształtowania w ciągu tygodnia, upuść ją z eksperymentu Aby rozpocząć sesję treningową, skonfiguruj komorę treningową z podwójną szczeliną skierowaną w dół. Gdy będą gotowe, umieść myszy pojedynczo w klatce. Umieść pojedyncze nasiona na platformie pokarmowej w divot odpowiadającym preferowanej łapie określonej w okresie kształtowania.
Gdy ziarno znajdzie się na miejscu, obserwuj zachowanie myszy podczas sięgania i oceń wyniki. Sukces jest osiągany, gdy mysz sięga preferowaną łapą, pobiera i zjada nasiono. Zdobądź kroplę, gdy mysz sięga preferowaną łapą, chwyta nasiono, ale upuszcza je przed włożeniem do pyska.
Jeśli mysz sięgnie po ziarno preferowaną łapą, ale albo go nie trafi, albo strąci je z płytki trzymającej, jest ona oceniana jako niepowodzenie. Mysz może sięgać nawet wtedy, gdy na platformie z jedzeniem nie ma nasion. Są one uważane za próżno i nie są wliczane do nich.
Całkowita liczba prób dotarcia na próżno dociera do myszy trenujących, aby wróciły na drugi koniec komory treningowej przed umieszczeniem następnego nasiona. Jeśli mysz sięga niepreferowaną łapą, te zasięgi są uważane za zasięgi przeciwstawne i nie są wliczane do całkowitej liczby zasięgów. Trenuj myszy codziennie przez 30 prób dotarcia do preferowanej kończyny lub 20 minut, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej.
Po codziennej sesji treningowej umieść myszy z powrotem w ich domowej klatce. Masa ciała myszy powinna być ściśle monitorowana podczas eksperymentów. Utrata masy ciała pojedynczej myszy podczas deprywacji, kształtowania i treningu jest pokazana tutaj.
Wyniki te pokazują, że średni wskaźnik sukcesu poprawia się w okresie treningu, podobnie jak średnia szybkość sukcesu. Wskaźniki sukcesu dla myszy w kształcie overów i myszy nieuczącej się są tutaj wykreślone. Ten wykres porównuje wydajność motoryczną wstępnie wyszkolonych i niedoświadczonych dorosłych myszy podczas czterodniowego okresu przekwalifikowania.
Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o standaryzacji warunków testowania na zwierzętach. Można to osiągnąć poprzez zminimalizowanie zakłóceń środowiskowych, posiadanie tego samego trenera, obsługę tej samej myszy i trening o tych samych godzinach w ciągu dnia przez cały czas trwania eksperymentów.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Przegląd
To badanie wprowadza zadanie zdobywania pojedynczej kuleczki, zaprojektowane w celu oceny uczenia się umiejętności i pamięci kończyn przednich u myszy. Zadanie ocenia precyzję skoordynowanych ruchów poprzez uporczywą praktykę.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauka
- Psychologia behawioralna
- Uczenie się motoryczne
Tło
- Zadanie zdobywania pojedynczej kuleczki jest modelem behawioralnym do badania umiejętności motorycznych.
- Myszy są trenowane do pobierania kuleczek pokarmu za pomocą preferowanej kończyny przedniej.
- To zadanie pozwala na ocenę uczenia się motorycznego i tworzenia pamięci.
- Rozumienie tych procesów może dostarczyć wglądu w zmiany w mózgu podczas nabywania umiejętności.
Cel badania
- Ocenienie uczenia się i pamięci umiejętności motorycznych u myszy.
- Ustanowienie wiarygodnego paradygmatu behawioralnego do badania uczenia się motorycznego.
- Ocenienie wpływu uporczywej praktyki na precyzję ruchów.
Stosowane metody
- Myszy są zapoznawane z komorą treningową i kuleczki pokarmu.
- Kulki pokarmu są umieszczane w zasięgu, aby określić preferowaną kończynę przednią.
- Myszy są trenowane za pomocą zadania zdobywania pojedynczej kuleczki.
- Rejestrowana jest liczba poprawnych chwytów preferowaną łapą.
Główne wyniki
- Trening poprawia precyzję skoordynowanych ruchów.
- Wyniki są mierzone poprzez liczbę udanych chwytów.
- Wyniki wskazują na znaczące uczenie się i utrzymanie pamięci w zadaniach motorycznych.
- Zmiany behawioralne odzwierciedlają podstawowe adaptacje mózgu podczas uczenia się.
Wnioski
- Uporczywa praktyka poprawia precyzję umiejętności motorycznych u myszy.
- Zadanie zdobywania pojedynczej kuleczki jest skuteczne w badaniu uczenia się motorycznego.
- Ten model może pomóc w wyjaśnieniu mechanizmów neuronalnych nabywania umiejętności.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Quantitative behavioral paradigms like the single-pellet reaching task enable rigorous assessment of motor learning and memory in preclinical models, supporting target validation and mechanistic de-risking in neurobiology pipelines. This approach provides reproducible, measurable outputs that inform early discovery and translational research on motor function and neurological disease. Standardized behavioral assays are critical for portfolio triage and predictive confidence in CNS drug discovery.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of motor learning hypotheses and neural pathway involvement in disease-relevant systems.
- Supports functional target validation by linking behavioral outputs to molecular and anatomical mechanisms.
- Facilitates mechanistic de-risking by quantifying learning curves and performance plateaus.
Screening & Assay Development
- Provides a validated behavioral platform for assessing genetic or pharmacological interventions on motor skill acquisition.
- Delivers standardized, quantitative readouts (accuracy, speed, success rate) for cross-study comparison.
- Enables reproducible assay conditions through controlled environment and protocol standardization.
Translational & Preclinical Research
- Aligns preclinical behavioral outputs with translational biomarkers of motor function.
- Supports continuity from discovery through preclinical validation by enabling longitudinal assessment of learning and memory.
- Reduces translational risk by modeling disease-relevant motor deficits and therapeutic response.
Pipeline & Workflow Integration
This behavioral paradigm fits within the early discovery to preclinical continuum, providing a bridge between molecular target identification and in vivo functional validation.
- Discovery Biology: Quantifies motor learning and memory to test hypotheses about neural circuit function.
- Screening: Offers reproducible, quantitative behavioral endpoints for evaluating candidate interventions.
- Analytics: Enables statistical comparison of performance metrics across experimental groups and timepoints.
- Translational Research: Models disease-relevant motor impairments and therapeutic effects in vivo.
- Enterprise Reuse: Serves as a standardized, scalable platform for diverse neurobiology and CNS portfolios.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in CNS target validation.
- Operational Value: Promotes standardization, reproducibility, and scalability across studies and teams.
- Strategic Value: Informs go/no-go decisions and capital allocation by providing robust behavioral data.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of CNS programs based on functional outcomes.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and animal handling.
- Needs specialized training chambers, scoring tools, and data analysis infrastructure.
- Demands strict protocol standardization to ensure reproducibility across operators and sites.
- May require adaptation for different genetic backgrounds or disease models.
- Performance can be influenced by environmental variables and animal health, necessitating careful monitoring.
