Name: Badaj uczenie się umiejętności motorycznych poprzez zadania sięgania pojedynczymi granulkami u myszy (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-03-04T17:05:00.000+00:00
Duration: 6 min 4 s
Description: Poznaj zadanie sięgania pojedynczymi granulkami do oceny uczenia się umiejętności motorycznych i pamięci u myszy. Ta metoda pozwala badać zmiany neuronalne podczas akwizycji zdolności ruchowych.

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

Ta praca jest wspierana przez grant (1R01MH094449-01A1) od Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego dla Y.Z.

Eksperymenty opisane w tym manuskrypcie zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi i przepisami określonymi przez University of California, Santa Cruz Institutional Animal Care and Use Committee.
1. Ustawienia (zobacz również listę materiałów)
<ol>
	<li>Użyj nasion prosa jako granulek spożywczych.</li>
	<li>Użyj specjalnie wykonanej przezroczystej komory treningowej z pleksiglasu (20 cm wysokości, 15 cm głębokości i 8,5 cm szerokości, mierzonej od zewnątrz, przy grubości pleksiglasu 0,5 cm), która zawiera trzy pionowe szczeliny (jedna szczelina na krawędzi "kształtującej" i dwie szczeliny na przeciwległej krawędzi "treningowej"). Pionowe szczeliny powinny mieć 0,5 cm szerokości i 13 cm wysokości i znajdować się na przedniej ścianie pudełka: pośrodku, po lewej stronie i po prawej stronie (Rysunek 1A).</li>
	<li>Użyj przechylonej tacy, aby pomieścić nasiona używane podczas sesji modelowania. Taca może być wykonana na zamówienie z trzech szklanych szkiełek (rysunek 1B).</li>
	<li>Przygotuj platformę spożywczą (8,5 cm długości, 4,4 cm szerokości i 0,9 cm wysokości). Ta platforma żywieniowa jest umieszczana w przedniej stronie (przodem do trenera) komory treningowej podczas sesji treningowych. Na platformie spożywczej znajdują się dwa otwory na wgłębienia do umieszczania nasion, jedno miejsce po lewej stronie, a drugie po prawej stronie. Wgłębienia znajdują się 0,3 cm od długiej krawędzi i 2,4 cm od szerokości krawędzi (Rysunek 1C). Lewa i prawa szczelina divot odpowiadają lewej i prawej szczelinie w komorze treningowej myszy i służą do treningu dominujących kończyn przednich. Celem posiadania tych slotów divot jest zapewnienie, że ziarno jest umieszczane konsekwentnie w tym samym miejscu przy każdej próbie dotarcia.</li>
	<li>Podczas sesji miej w ręku kleszcze, wagę i stoper.</li>
</ol>
2. Deprywacja żywności (2 dni)
<ol>
	<li>Zważ każdą mysz, aby uzyskać wyjściową masę ciała przed pozbawieniem pokarmu.</li>
	<li>Myszy z ograniczeniem jedzenia przez 2 dni, aby rozpocząć utratę masy ciała. Jako ogólny punkt wyjścia myszom podaje się 0,1 g pokarmu na 1 g masy ciała dziennie (np. mysz ważąca 15 g, zwykle zaczynamy od 1,5 g jedzenia). Dostosuj ilość pokarmu w oparciu o wyjściową masę ciała, tempo utraty wagi, płeć i wiek myszy. Podczas gdy masa ciała może nadal nieco spadać w fazie kształtowania, taka zmniejszona masa ciała (tj. ~90% pierwotnej masy wyjściowej) powinna być utrzymywana przez cały trening (rysunki 2A i 2B). Ilość pokarmu niezbędna do utrzymania masy ciała myszy jest zazwyczaj taka sama, jak ilość użyta w ograniczeniu.</li>
</ol>
3. Kształtowanie (3-7 dni)
<ol>
	<li>Grupowa aklimatyzacja siedliskowa (Dzień 1): Umieść dwie myszy w komorze treningowej w tym samym czasie. Umieść około 20 nasion/myszy w komorze do ich spożycia. Pozwól myszom pozostać w komorze przez 20 minut, a następnie włóż je z powrotem do klatki domowej.</li>
	<li>Indywidualna aklimatyzacja siedliska (dzień 2): Taka sama konfiguracja jak w kroku 3.1, ale umieść myszy w komorze treningowej indywidualnie. Celem grupowej i indywidualnej aklimatyzacji siedliskowej jest zapoznanie myszy zarówno z komorą treningową, jak i nasionami prosa.</li>
	<li>Określenie dominacji kończyn przednich (dzień 3 i później): Umieść pojedynczą szczelinę w komorze treningowej skierowaną w dół (ryc. 1D). Napełnij tacę na żywność nasionami. Dociśnij tacę na żywność do przedniej ściany komory treningowej, aby umożliwić myszowi dostęp do nasion. Umieść myszy w klatce pojedynczo. Jeśli są wystarczająco zainteresowani nasionami znajdującymi się na tacy z jedzeniem, przeorują szczelinę, aby dostać się do środka. Następnie podniosą nasiona i skonsumują je. "Kształtowanie" uważa się za zakończone, gdy spełnione są oba poniższe kryteria: 1) mysz przeprowadza 20 prób dotarcia w ciągu 20 minut, oraz 2) ponad 70% dosięgów jest wykonywanych jedną kończyną przednią.</li>
</ol>
Uwagi:
<ol>
	<li>Jeśli mysz używa języka, aby wprowadzić nasiona do komory, lekko odsuń tacę od szczeliny. Zwiększenie odległości sięgania zniechęca mysz do używania języka do pozyskiwania nasion, a tym samym ułatwia sięganie kończynami przednimi.</li>
	<li>Jeśli mysz nie może dokończyć kształtowania w ciągu tygodnia, usuń ją z eksperymentu.</li>
</ol>
4. Szkolenie (8+ dni)
<ol>
	<li>Umieść stronę komory treningowej z podwójną szczeliną skierowaną w dół (Rysunek 1E).</li>
	<li>Umieść myszy w klatce pojedynczo. Umieść pojedyncze nasiona na platformie pokarmowej w wgłębieniu odpowiadającym preferowanej łapie (tj. w przypadku myszy praworęcznej użyj szczeliny po prawej stronie myszy).</li>
	<li>Obserwuj zachowanie myszy podczas sięgania i oceniaj według następujących kategorii:
	<ol>
		<li>Sukces: Mysz sięga preferowaną łapą, chwyta i pobiera nasiono, a następnie wkłada je do pyska.</li>
		<li>Upuść: Mysz sięga preferowaną łapą, chwyta nasiono, ale upuszcza je przed włożeniem do pyska.</li>
		<li>Niepowodzenie: Mysz sięga preferowaną łapą w kierunku nasiona, ale albo nie trafia w nasiono, albo strąca je z talerza trzymającego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Trenuj myszy przez 30 prób dotarcia na preferowaną kończynę lub 20 minut (w zależności od tego, co nastąpi wcześniej) dziennie.</li>
	<li>Po treningu umieść myszy z powrotem w ich domowej klatce i dostarczaj im codzienną ilość pokarmu.</li>
</ol>
Uwagi:
<ol>
	<li>W niektórych przypadkach myszy docierają nawet wtedy, gdy na platformie pokarmowej nie ma nasion. Takie zasięgi są traktowane jako "zasięgi bezskuteczne" i nie są wliczane do łącznej liczby prób dotarcia. Aby zniechęcić do "próżnego sięgania", wytrenuj myszy, aby wracały na drugi koniec komory treningowej przed umieszczeniem następnego nasiona. Podobną strategię zastosowano u szczurów do podobnego zadania behawioralnego. Myszy czasami sięgają również niepreferowaną łapą w obecności nasion. Zasięgi te są uznawane za "zasięgi kontralateralne" i również nie wliczają się do całkowitej liczby zasięgów.</li>
	<li>Aby ograniczyć różnice w zachowaniu spowodowane wahaniami rytmu okołodobowego, wykonuj wszystkie sesje kształtowania i treningu o tej samej porze dnia, w normalnych godzinach czuwania dla myszy.</li>
	<li>Aby uniknąć różnic w zachowaniu spowodowanych przez różnych trenerów, upewnij się, że ta sama osoba trenuje te same myszy przez cały eksperyment.</li>
	<li>Uwaga myszy ma kluczowe znaczenie dla tego testu behawioralnego. Trenuj myszy w oddzielnym i cichym pomieszczeniu, aby zminimalizować zakłócenia środowiskowe.</li>
	<li>Myszy można trenować za pomocą więcej niż 30 zasięgów dziennie (np. 50 zasięgów). Zwiększenie liczby prób dotarcia umożliwia zbadanie poprawy zachowania w ramach tej samej sesji treningowej.</li>
</ol>
5. Kwantyfikacja danych
Istnieje wiele sposobów na ilościowe określenie zachowania myszy po treningu. Dwie najprostsze analizy to:
<ol>
	<li>Wskaźnik sukcesu = udane zasięgi w stosunku do całkowitej liczby prób dotarcia, przedstawione w procentach. Współczynniki upadków i awarii można wykreślić w ten sam sposób.</li>
	<li>Szybkość sukcesu = liczba udanych prób podzielona przez czas, przedstawiona jako udane osiągnięcia na minutę. W większości przypadków szybkość sukcesu nadal rośnie, nawet jeśli wskaźnik sukcesu osiąga plateau.</li>
</ol>

<ol><li>Schmidt, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+Learning+Principles+for+Physical+Therapy%5BTitle%5D)+AND+%22Foundations+for+Physical+Therapy.+Contemporary+Management+of+Motor+Control+Problems%2C+Proceedings+of+the+II+STEP+Conference%22%5BJournal%5D)">Motor Learning Principles for Physical Therapy.</a> Foundations for Physical Therapy. Contemporary Management of Motor Control Problems, Proceedings of the II STEP Conference. , Alexandria, VA. 49-63 (1991).</li>
<li>Honda, M., Deiber, M. P., Ibanez, V., Pascual-Leone, A., Zhuang, P., Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+cortical+involvement+in+implicit+and+explicit+motor+sequence+learning.+A+PET+study.%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Dynamic cortical involvement in implicit and explicit motor sequence learning. A PET study.</a> Brain. 121, 2159-2173 (1998).</li>
<li>Karni, A., Meyer, G., Jezzard, P., Adams, M. M., Turner, R., Ungerleider, L. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+evidence+for+adult+motor+cortex+plasticity+during+motor+skill+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Functional MRI evidence for adult motor cortex plasticity during motor skill learning.</a> Nature. 377, 155-158 (1995).</li>
<li>Karni, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+acquisition+of+skilled+motor+performance%3A+fast+and+slow+experience-driven+changes+in+primary+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">The acquisition of skilled motor performance: fast and slow experience-driven changes in primary motor cortex.</a> Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 95, 861-868 (1998).</li>
<li>Muellbacher, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Early+consolidation+in+human+primary+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Early consolidation in human primary motor cortex.</a> Nature. 415, 640-644 (2002).</li>
<li>Kleim, J. A., Hogg, T. M., VandenBerg, P. M., Cooper, N. R., Bruneau, R., Remple, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+synaptogenesis+and+motor+map+reorganization+occur+during+late%2C+but+not+early%2C+phase+of+motor+skill+learning%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Cortical synaptogenesis and motor map reorganization occur during late, but not early, phase of motor skill learning.</a> J. Neurosci. 24, 628-633 (2004).</li>
<li>Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Donoghue, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning-induced+LTP+in+neocortex%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Learning-induced LTP in neocortex.</a> Science. 290, 533-536 (2000).</li>
<li>Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Hess, G., Donoghue, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Strengthening+of+horizontal+cortical+connections+following+skill+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Strengthening of horizontal cortical connections following skill learning.</a> Nat. Neurosci. 1, 230-234 (1998).</li>
<li>Farr, T. D., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+and+qualitative+impairments+in+skilled+reaching+in+the+mouse+%28Mus+musculus%29+after+a+focal+motor+cortex+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke+J.+Cereb.+Circ%22%5BJournal%5D)">Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (Mus musculus) after a focal motor cortex stroke.</a> Stroke J. Cereb. Circ. 33, 1869-1875 (2002).</li>
<li>Huang, V. S., Haith, A., Mazzoni, P., Krakauer, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rethinking+motor+learning+and+savings+in+adaptation+paradigms%3A+model-free+memory+for+successful+actions+combines+with+internal+models%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Rethinking motor learning and savings in adaptation paradigms: model-free memory for successful actions combines with internal models.</a> Neuron. 70, 787-801 (2011).</li>
<li>Smith, M. A., Ghazizadeh, A., Shadmehr, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interacting+adaptive+processes+with+different+timescales+underlie+short-term+motor+learning%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">Interacting adaptive processes with different timescales underlie short-term motor learning.</a> PLoS Biol. 4, (2006).</li>
<li>Pavlides, C., Miyashita, E., Asanuma, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Projection+from+the+sensory+to+the+motor+cortex+is+important+in+learning+motor+skills+in+the+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Projection from the sensory to the motor cortex is important in learning motor skills in the monkey.</a> J. Neurophysiol. 70, 733-741 (1993).</li>
<li>Paz, R., Boraud, T., Natan, C., Bergman, H., Vaadia, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparatory+activity+in+motor+cortex+reflects+learning+of+local+visuomotor+skills%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Preparatory activity in motor cortex reflects learning of local visuomotor skills.</a> Nat. Neurosci. 6, 882-890 (2003).</li>
<li>Paz, R., Vaadia, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Learning-induced+improvement+in+encoding+and+decoding+of+specific+movement+directions+by+neurons+in+the+primary+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+Biol%22%5BJournal%5D)">Learning-induced improvement in encoding and decoding of specific movement directions by neurons in the primary motor cortex.</a> PLoS Biol. 2, (2004).</li>
<li>Plautz, E. J., Milliken, G. W., Nudo, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+repetitive+motor+training+on+movement+representations+in+adult+squirrel+monkeys%3A+role+of+use+versus+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Learn.+Mem%22%5BJournal%5D)">Effects of repetitive motor training on movement representations in adult squirrel monkeys: role of use versus learning.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 74, 27-55 (2000).</li>
<li>Hosp, J. A., Pekanovic, A., Rioult-Pedotti, M. S., Luft, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dopaminergic+projections+from+midbrain+to+primary+motor+cortex+mediate+motor+skill+learning%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Dopaminergic projections from midbrain to primary motor cortex mediate motor skill learning.</a> J. Neurosci. 31, 2481-2487 (2011).</li>
<li>Adkins, D. L., Boychuk, J., Remple, M. S., Kleim, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+training+induces+experience-specific+patterns+of+plasticity+across+motor+cortex+and+spinal+cord%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Motor training induces experience-specific patterns of plasticity across motor cortex and spinal cord.</a> 101, 1776-1782 (2006).</li>
<li>Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+endpoint%2C+descriptive%2C+and+kinematic+comparison+of+skilled+reaching+in+mice+%28Mus+musculus%29+with+rats+%28Rattus+norvegicus%29%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">An endpoint, descriptive, and kinematic comparison of skilled reaching in mice (Mus musculus) with rats (Rattus norvegicus).</a> Behav. Brain Res. 78, 101-111 (1996).</li>
<li>Xu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+formation+and+selective+stabilization+of+synapses+for+enduring+motor+memories%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories.</a> Nature. 462, 915-919 (2009).</li>
<li>Fu, M., Yu, X., Lu, J., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Repetitive+motor+learning+induces+coordinated+formation+of+clustered+dendritic+spines+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo.</a> Nature. 483, 92-95 (2012).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Whishaw, P., Gorny, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+structure+of+skilled+forelimb+reaching+in+the+rat%3A+a+movement+rating+scale%5BTitle%5D)+AND+%22J+.Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a movement rating scale.</a> J .Vis. Exp. , (2008).</li>
<li>Bailey, K. R., Crawley, J. N. Anxiety-Related Behavior in Mice. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBailey%2C+KR+%22In+Buccafusco+JJ+%28Ed.%29+Methods+of+Behavior+Analysis+in+Neuroscience.+Chapter+5%2C+2nd+ed%22">In Buccafusco JJ (Ed.) Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. Chapter 5, 2nd ed</a>. , CRC Press. Raton, FL. (2009).</li>
<li>Yu, X., Zuo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spine+plasticity+in+the+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Curr.+Opin.+Neurobiol%22%5BJournal%5D)">Spine plasticity in the motor cortex.</a> Curr. Opin. Neurobiol. 21, 169-174 (2011).</li>
<li>Qian, Y., Chen, M., Forssberg, H., Diaz Heijtz, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+variation+in+dopamine-related+gene+expression+influences+motor+skill+learning+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Genes+Brain+Behav%22%5BJournal%5D)">Genetic variation in dopamine-related gene expression influences motor skill learning in mice.</a> Genes Brain Behav. 12, 604-614 (2013).</li>
<li>MacLellan, C. L., Gyawali, S., Colbourne, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skilled+reaching+impairments+follow+intrastriatal+hemorrhagic+stroke+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behav.+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Skilled reaching impairments follow intrastriatal hemorrhagic stroke in rats.</a> Behav. Brain Res. 175, 82-89 (2006).</li>
<li>Hong, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+hippocampal+neurogenesis+and+skill+reaching+performance+in+adult+Emx1+mutant+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Reduced hippocampal neurogenesis and skill reaching performance in adult Emx1 mutant mice.</a> Exp. Neurol. 206, 24-32 (2007).</li>
<li>Bureau, G., Carrier, M., Lebel, M., Cyr, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrastriatal+inhibition+of+extracellular+signal-regulated+kinases+impaired+the+consolidation+phase+of+motor+skill+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Learn.+Mem%22%5BJournal%5D)">Intrastriatal inhibition of extracellular signal-regulated kinases impaired the consolidation phase of motor skill learning.</a> Neurobiol. Learn. Mem. 94, 107-115 (2010).</li>
<li>McCormick, D. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuronal+responses+of+the+rabbit+brainstem+during+performance+of+the+classically+conditioned+nictitating+membrane+%28NM%29%2Feyelid+response%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Neuronal responses of the rabbit brainstem during performance of the classically conditioned nictitating membrane (NM)/eyelid response.</a> Brain Res. 271, 73-88 (1983).</li>
<li>Molinari, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebellum+and+procedural+learning%3A+evidence+from+focal+cerebellar+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Cerebellum and procedural learning: evidence from focal cerebellar lesions.</a> Brain. 120, 1753-1762 (1997).</li>
<li>Willuhn, I., Steiner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor-skill+learning+in+a+novel+running-wheel+task+is+dependent+on+D1+dopamine+receptors+in+the+striatum%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Motor-skill learning in a novel running-wheel task is dependent on D1 dopamine receptors in the striatum.</a> Neuroscience. 153, 249-258 (2008).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Znaczenie fazy kształtowania:
Ze względu na zwiększony lęk związany z przebywaniem w nieznanym środowisku, myszom zwykle trudno jest wyszkolić się w nowym środowisku21,22. Dlatego celem kształtowania jest zapoznanie myszy z komorą treningową, trenerem (tj. zmniejszenie ich poziomu lęku) oraz wymaganiami zadaniowymi (tj. zidentyfikowanie nasion jako źródła pożywienia). Kolejnym celem kształtowania jest określenie preferowanych kończyn poszczególnych myszy do przyszłego...

Zrozumienie mechanizmów leżących u podstaw uczenia się i pamięci jest jednym z największych wyzwań w neurobiologii. W układzie motorycznym nabywanie nowych umiejętności motorycznych wraz z praktyką jest często określane jako uczenie się motoryczne, podczas gdy zachowanie wcześniej nabytych umiejętności motorycznych jest uważaneza pamięć motoryczną1. Uczenie się nowej umiejętności motorycznej zwykle odzwierciedla się w poprawie pożądanej sprawności motorycznej w czasie, aż do momentu, gdy umiejętność motoryczna jest albo doskonalona, albo zadowalająco spójna. W większości przypadków nabyta pamięć motoryczna może utrzymywać się przez długi czas, nawet przy braku praktyki. U ludzi badania neuroobrazowe z wykorzystaniem pozytonowej tomografii emisyjnej (PET) i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) wykazały, że aktywność pierwotnej kory ruchowej (M1) zmienia się podczas fazy nabywania umiejętności motorycznych2-4, a tymczasowa interferencja aktywności M1 przez przezczaszkową stymulację magnetyczną o niskiej częstotliwości prowadzi do znacznego zakłócenia utrzymania poprawy zachowania motorycznego5. Podobnie, trening specyficzny dla kończyn przednich u szczurów indukuje plastyczność funkcjonalną i anatomiczną w M1, czego przykładem jest wzrost zarówno aktywności c-fos, jak i stosunku synaps / neuronów w M1 po przeciwnej stronie do wytrenowanej kończyny przedniej w późnej fazie uczenia się umiejętności motorycznych6. Co więcej, podobny paradygmat treningowy wzmacnia również poziome połączenia warstwy 2/3 w przeciwległym M1 odpowiadającym wytrenowanej kończynie przedniej, co skutkuje zmniejszonym długoterminowym wzmocnieniem (LTP) i zwiększoną długoterminową depresją (LTD) po tym, jak szczury przyswoią sobie zadania7. Takiej modyfikacji synaptycznej nie obserwuje się jednak w obszarach korowych M1 odpowiadających niewyćwiczonym kończynom przednim lub tylnym8. Alternatywnie, gdy M1 jest uszkodzony w wyniku udaru, występują dramatyczne braki w umiejętnościach motorycznych kończyn przednich9. Podczas gdy większość badań behawioralnych przeprowadzono na ludziach, małpach i szczurachw wieku 2-8,10-17 lat, myszy stają się atrakcyjnym systemem modelowym ze względu na potężną genetykę i niski koszt.
Tutaj prezentujemy specyficzny paradygmat uczenia się umiejętności motorycznych kończyn przednich: zadanie sięgania pojedynczym kulką. W tym paradygmacie myszy są szkolone do wysuwania przednich kończyn przez wąską szczelinę, aby chwytać i pobierać granulki pokarmu (nasiona prosa) umieszczone w ustalonym miejscu, zachowanie analogiczne do nauki łucznictwa, rzucania strzałkami i strzelania do koszykówki u ludzi. To zadanie docierania zostało zmodyfikowane w porównaniu z poprzednimi badaniami na szczurach, które wykazały podobne wyniki między myszami i szczurami18. Korzystając z dwufotonowego obrazowania przezczaszkowego, nasza poprzednia praca śledziła dynamikę kolców dendrytycznych (struktur postsynaptycznych dla większości synaps pobudzających) w czasie podczas tego treningu. Odkryliśmy, że pojedyncza sesja treningowa doprowadziła do szybkiego pojawienia się nowych kolców dendrytycznych na neuronach piramidowych w korze ruchowej przeciwlegle do wytrenowanej kończyny przedniej. Późniejsze ćwiczenie tego samego zadania sięgania preferencyjnie stabilizowało te indukowane uczeniem się kolce, które utrzymywały się długopo zakończeniu treningu. Co więcej, kolce, które pojawiły się podczas powtarzania zadania sięgania, miały tendencję do grupowania się wzdłuż dendrytów, podczas gdy kolce powstałe podczas tandemowego wykonywania zadania sięgania i innego zadania motorycznego specyficznego dla kończyn przednich (tj. zadania obchodzenia się z makaronem) nie skupiały się20.
W tym filmie opisujemy krok po kroku konfigurację tego paradygmatu behawioralnego, od początkowej deprywacji jedzenia, przez kształtowanie sylwetki, aż po trening motoryczny. Opisujemy również typowe zachowania myszy podczas procesu realizacji tego paradygmatu behawioralnego oraz sposób, w jaki te zachowania są kategoryzowane i analizowane. Na koniec omawiamy środki ostrożności potrzebne do przećwiczenia takiego paradygmatu uczenia się oraz problemy, które można napotkać podczas analiz danych.

<table><tbody><tr><td>Komora treningowa w przezroczystym pudełku</td><td></td><td></td> akrylowym <td>Aby zapoznać się z wymiarami, patrz <mocny>Rysunek 1A</mocny></td></tr><tr><td>Pochylona taca do kształtowania</td><td></td><td></td><td>Wykonana na zamówienie ze szklanych szkiełek, patrz <mocny>Rysunek 1B</td></tr><tr><td>Platforma spożywcza do treningu</td><td></td><td></td><td>Aby zapoznać się z wymiarami, patrz <silny>Rysunek 1C</mocny></td></tr><tr><td>Nasiona prosa&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Filtrowane od " Pokarm dla dzikich ptaków Mieszanka gołębi i przepiórek Pokarm dla dzikich ptaków" (Wszystkie żywe istoty)</td></tr><tr><td>Kleszcze</td><td></td><td></td><td>Do umieszczania nasion</td></tr><tr><td>Waga</td><td></td><td></td><td>Do codziennego pomiaru masy ciała</td></tr><tr><td>Stoper</td><td></td><td></td><td>Do pomiaru czasu podczas sesji modelowania/treningu</td></tr></tbody></table>

badaj uczenie się umiejętności motorycznych poprzez zadania sięgania pojedynczymi granulkami u myszy

Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Sięganie po przedmioty i aportowanie ich wymaga precyzyjnych i skoordynowanych ruchów motorycznych kończyny przedniej. Kiedy myszy są wielokrotnie szkolone w chwytaniu i aportowaniu nagród w postaci pożywienia umieszczonych w określonym miejscu, ich sprawność motoryczna (zdefiniowana jako dokładność i szybkość) poprawia się stopniowo w czasie i utrzymuje się na stałym poziomie po wytrwałym treningu. Po opanowaniu takiej umiejętności sięgania, jej dalsze utrzymywanie nie wymaga ciągłej praktyki. Tutaj wprowadzamy zadanie sięgania pojedynczą kulką, aby zbadać nabywanie i utrzymywanie wykwalifikowanych ruchów kończyn przednich u myszy. W tym filmie najpierw opiszemy zachowania myszy, które są powszechnie spotykane w tym paradygmacie uczenia się i pamięci, a następnie omówimy, jak kategoryzować te zachowania i określić ilościowo obserwowane wyniki. W połączeniu z genetyką myszy, paradygmat ten może być wykorzystany jako platforma behawioralna do badania anatomicznych podstaw, właściwości fizjologicznych oraz molekularnych mechanizmów uczenia się i pamięci.

Krzywa uczenia się:
Opanowanie umiejętności motorycznej często wymaga długotrwałego treningu. Typowa średnia krzywa uczenia się składa się z dwóch faz: początkowej fazy nabywania, podczas której wskaźnik sukcesu stopniowo rośnie, oraz późniejszej fazy konsolidacji, w której wskaźnik sukcesu osiąga poziom plateau (Ryc. 2C). Należy zauważyć, że krzywe uczenia się poszczególnych myszy różnią się od siebie; różne myszy potrzebują różnej liczby dni na osiągnięcie poziomu plateau, a in...

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.

Badaj uczenie się umiejętności motorycznych poprzez zadania sięgania pojedynczymi granulkami u myszy

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest przeszkolenie myszy w zakresie specyficznej umiejętności motorycznej w czterech M. Stanowi to dobry model behawioralny do oceny uczenia się motorycznego oraz pamięci. W przypadku myszy pierwszym krokiem jest umożliwienie im zapoznania się z komorą treningową oraz granulkami pokarmowymi.Następnie granulki pokarmu umieszcza się w zasięgu szczeliny kształtującej, a po okresie kształtowania określa się kończynę preferowaną do ich pobierania. Myszy są trenowane w zadaniu sięgania po pojedynczą granulkę, a liczba poprawnych prób sięgania preferowaną łapą jest rejestrowana. Ostatecznie protokół ten dostarcza paradygmatu behawioralnego do badania zmian w mózgu na wielu poziomach podczas uczenia się motorycznego i formowania pamięci.Metoda ta może pomóc w uzyskaniu odpowiedzi na kluczowe pytania z dziedziny neuronauki, takie jak korelacja uczenia się motorycznego z plastycznością strukturalną i zmianami molekularnymi w mózgu myszy oraz wpływ różnych chorób neurologicznych na precyzyjne umiejętności motoryczne. Aby uzyskać najlepsze wyniki, należy przeprowadzić to zadanie w cichym miejscu, z dala od hałasu i rozpraszaczy. Do kształtowania i treningu wykorzystywana jest wykonana na zamówienie, przezroczysta komora treningowa z pleksiglasu, zawierająca trzy pionowe szczeliny.Jedna szczelina znajduje się na krawędzi kształtującej, a dwie szczeliny na przeciwległej krawędzi treningowej, aby utrzymać ziarna prosa na miejscu podczas sesji kształtowania; skonstruowano nachyloną tackę z trzech szkiełek przedmiotowych. Podczas sesji treningowych wykorzystywana jest platforma z pokarmem. Zagłębienia po lewej i prawej stronie platformy utrzymują ziarno prosa na miejscu.W wgłębienia te odpowiadają lewej i prawej szczelinie w komorze treningowej dla myszy i są one wykorzystywane do treningu dominacji kończyn przednich. Innymi przedmiotami przydatnymi podczas procedury są pęseta, waga oraz stoper. Na dwa dni przed rozpoczęciem procedury kształtowania należy wprowadzić ograniczenie pokarmowe zwierząt, aby utrzymać zredukowaną masę ciała na poziomie około 90% masy wyjściowej w pierwszym dniu.Umieszczono dwie myszy w komorze treningowej w tym samym czasie i pozwolono im na habituację. Do wnętrza komory wsypano około 20 mil nasion na mysz i pozwolono zwierzętom na eksplorację przez 20 minut. Następnego dnia zwierzęta umieszczono w komorach indywidualnie, zapewniając każdemu z nich około 20 mil nasion.Krawędź kształtująca służy do określenia dominacji kończyny. Umieść komorę stroną z pojedynczą szczeliną skierowaną w dół. Następnie dociśnij tacę z jedzeniem wypełnioną ziarnami prosa do przedniej ścianki komory treningowej.Po przygotowaniu umieść jedną mysz w komorze. Pozwól zwierzęciu wydobyć nasiono przez szczelinę treningową i zarejestruj czas potrzebny na jego wydobycie. Okres kształtowania uznaje się za zakończony po spełnieniu dwóch kryteriów.W pierwszym etapie mysz wykonuje 20 prób sięgania w ciągu 20 minut. Po drugie, ponad 70% tych prób musi zostać wykonanych jedną kończyną przednią. Jeśli mysz używa języka, aby przesunąć nasiona do komory, należy lekko odsunąć tacę, aby zachęcić do sięgania kończyną przednią.Jeśli mysz nie ukończy etapu kształtowania w ciągu tygodnia, należy ją wykluczyć z eksperymentu. Aby rozpocząć sesję treningową, należy ustawić komorę treningową z podwójną szczeliną skierowaną w dół. Po przygotowaniu należy umieścić myszy pojedynczo w klatce. Na platformie z pokarmem należy umieścić pojedyncze nasiona w wgłębieniu odpowiadającym preferowanej łapie, ustalonej podczas okresu kształtowania.Po umieszczeniu nasiona należy obserwować zachowanie myszy podczas sięgania i ocenić wyniki. Sukces odnotowuje się, gdy mysz sięga preferowaną łapą, pobiera i zjada nasiono. Upuszczenie odnotowuje się, gdy mysz sięga preferowaną łapą, chwyta nasiono, ale upuszcza je przed włożeniem do pyska.Jeśli mysz sięga po ziarno preferowaną łapą, ale chybi lub zrzuci je z płytki utrzymującej, uznaje się to za niepowodzenie. Mysz może próbować sięgnąć po pokarm nawet wtedy, gdy na platformie z jedzeniem nie znajduje się ziarno. Takie próby są uznawane za sięganie na próżno i nie są wliczane do wyników.Całkowita liczba prób sięgania, które należy zniechęcić, zmusza myszy w trakcie treningu do powrotu na przeciwległy koniec komory treningowej przed umieszczeniem kolejnego nasiona. Jeśli mysz sięga niepreferowaną łapą, próby te są uznawane za sięgania kontralateralne i nie są wliczane do całkowitej liczby sięgań. Trenuj myszy codziennie przez 30 prób sięgania preferowaną kończyną lub przez 20 minut, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej.Po codziennej sesji treningowej należy umieścić myszy z powrotem w ich klatkach domowych. Masę ciała myszy należy ściśle monitorować przez cały okres trwania eksperymentów. Przedstawiono tutaj spadek masy ciała pojedynczej myszy podczas kształtowania i treningu z wykorzystaniem deprywacji pokarmowej.Wyniki te pokazują, że w okresie treningowym wzrasta zarówno średni wskaźnik sukcesu, jak i średnia szybkość jego osiągnięcia. Przedstawiono tutaj wskaźniki sukcesu dla myszy o kształcie overs oraz myszy nieuczącej się. Wykres ten porównuje sprawność motoryczną wyszkolonych i naiwnych myszy dorosłych podczas czterodniowego okresu ponownego treningu.Podczas przeprowadzania tej procedury ważne jest, aby ustandaryzować warunki testowania zwierząt. Można to osiągnąć poprzez minimalizację zaburzeń środowiskowych, zapewnienie tego samego trenera, obsługę tej samej myszy oraz przeprowadzanie treningów o tych samych godzinach w ciągu dnia w trakcie całych eksperymentów.

study-motor-skill-learning-by-single-pellet-reaching-tasks-in-mice

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Badanie nauki umiejętności motorycznych poprzez zadania pojedynczego chwytania pelletu u myszy

Uczenie się nowych powiązań bodziec-reakcja angażuje szeroki zakres procesów neuronalnych, które ostatecznie znajdują odzwierciedlenie w zmianie wydajności skoków poszczególnych neuronów. Tutaj opisujemy protokół behawioralny pozwalający na ciągłą rejestrację aktywności pojedynczego neuronu, podczas gdy zwierzęta nabywają, wygaszają i ponownie nabywają warunkową reakcję w ciągu jednej sesji eksperymentalnej.

Rejestrowanie potencjałów czynnościowych pojedynczych neuronów od swobodnie poruszających się gołębi na trzech etapach uczenia się

Modele mysie stają się coraz bardziej popularne w badaniach neuronauki behawioralnej.  Wraz z postępem modeli ważne jest, aby opracowywać czułe miary behawioralne specyficzne dla myszy.  Protokół ten opisuje Zadanie Sięgania Matrycy Makaronu, które jest wykwalifikowanym zadaniem motorycznym do stosowania w mysich modelach udaru.

Kompensacyjne użytkowanie kończyn i behawioralna ocena uczenia się umiejętności motorycznych po urazie kory sensomotorycznej w mysim modelu udaru niedokrwiennego

Paradygmat jest prezentowany w celu analizy nabywania u szczurów umiejętności sięgania kończynami przednimi do bardzo precyzyjnego dosięgnięcia.

Zdobycie wysoce precyzyjnego zadania dosięgania kończyn przednich u szczurów

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

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

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

Obecny protokół opisuje, jak korzystać z bezprzewodowej optogenetyki w połączeniu z szybką wideografią w jednym zadaniu typu "sięgnij do uchwytu" w celu scharakteryzowania obwodów neuronowych zaangażowanych w realizację umiejętnego zachowania motorycznego u swobodnie poruszających się myszy.

In vivo (in vivo) Bezprzewodowa kontrola optogenetyczna wykwalifikowanych zachowań motorycznych

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

Zadania behawioralne, które pozwalają na ocenę zdolności percepcyjnych i sensomotorycznych w populacji ogólnej (tj. nie-muzykach) są przedstawione. Synchronizacja stukania palcami w rytm bodźców słuchowych i wykrywanie nieprawidłowości rytmicznych pozwala na wykrycie zaburzeń rytmu.

Odkrywanie głuchoty rytmu: wykrywanie zaburzeń rytmu za pomocą zsynchronizowanych zadań stukania palcami i percepcyjnego pomiaru czasu

Poznaj zadanie sięgania pojedynczymi granulkami do oceny uczenia się umiejętności motorycznych i pamięci u myszy. Ta metoda pozwala badać zmiany neuronalne podczas akwizycji zdolności ruchowych.

Badaj uczenie się umiejętności motorycznych poprzez zadania sięgania pojedynczymi granulkami u myszy

Przeglądaj więcej filmów