Badaj uczenie się umiejętności motorycznych poprzez zadania sięgania pojedynczymi granulkami u myszy
4 marca 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.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie wprowadza zadanie sięgania po pojedynczy granulat, zaprojektowane w celu oceny uczenia się i pamięci umiejętności kończyn przednich u myszy. Zadanie to pozwala ocenić precyzję skoordynowanych ruchów poprzez uporczywą praktykę.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Psychologia behawioralna
- Uczenie motoryczne
Wprowadzenie
- Zadanie sięgania po pojedynczy granulat jest modelem behawioralnym służącym do badania umiejętności motorycznych.
- Myszy są szkolone w pobieraniu granulatu pokarmowego przy użyciu preferowanej kończyny przedniej.
- Zadanie to umożliwia ocenę uczenia się motorycznego oraz formowania pamięci.
- Zrozumienie tych procesów może dostarczyć informacji na temat zmian w mózgu podczas nabywania umiejętności.
Cel badania
- Ocena uczenia się i pamięci w zakresie umiejętności motorycznych u myszy.
- Ustanowienie wiarygodnego paradygmatu behawioralnego do badania uczenia się motorycznego.
- Ocena wpływu systematycznego treningu na precyzję ruchów.
Zastosowane metody
- Myszy są oswajane z komorą treningową i pelletem pokarmowym.
- Pellet pokarmowy umieszcza się w zasięgu łapy, aby określić preferowaną kończynę przednią.
- Myszy są trenowane w zadaniu sięgania po pojedynczy pellet.
- Suma poprawnych prób sięgnięcia preferowaną łapą jest rejestrowana.
Główne wyniki
- Trening poprawia precyzję ruchów skoordynowanych.
- Wydajność jest mierzona liczbą udanych prób sięgnięcia.
- Wyniki wskazują na istotną naukę i retencję pamięci w zadaniach motorycznych.
- Zmiany behawioralne odzwierciedlają zachodzące w mózgu adaptacje podczas procesu uczenia się.
Wnioski
- Utrwalona praktyka zwiększa precyzję umiejętności motorycznych u myszy.
- Zadanie sięgania po pojedynczą pelletkę jest skuteczne w badaniu uczenia się motorycznego.
- Model ten może pomóc w wyjaśnieniu mechanizmów neuronalnych nabywania umiejętności.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla Przemysłu
Ilościowe paradygmaty behawioralne, takie jak zadanie sięgania po pojedynczą pelletkę, umożliwiają rygorystyczną ocenę uczenia motorycznego i pamięci w modelach przedklinicznych, wspierając walidację celu i ograniczanie ryzyka mechanistycznego w procesach neurobiologicznych. Podejście to dostarcza powtarzalnych, mierzalnych wyników, które stanowią podstawę wczesnego odkrywania i badań translacyjnych nad funkcjami motorycznymi oraz chorobami neurologicznymi. Znormalizowane testy behawioralne są kluczowe dla selekcji portfela projektów oraz zwiększenia pewności predykcyjnej w procesie odkrywania leków działających na OUN.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Umożliwia weryfikację hipotez dotyczących uczenia się motorycznego oraz udziału szlaków neuronalnych w układach istotnych dla przebiegu chorób.
- Wspiera funkcjonalną walidację celów poprzez powiązanie wyników behawioralnych z mechanizmami molekularnymi i anatomicznymi.
- Ułatwia ograniczanie ryzyka mechanistycznego poprzez ilościowe określanie krzywych uczenia się i plateau wydajności.
Przesiewy i opracowywanie testów
- Zapewnia zwalidowaną platformę behawioralną do oceny wpływu interwencji genetycznych lub farmakologicznych na nabywanie umiejętności motorycznych.
- Dostarcza zestandaryzowane, ilościowe odczyty (dokładność, prędkość, wskaźnik sukcesu) umożliwiające porównywanie wyników między badaniami.
- Umożliwia reprodukowalne warunki analizy dzięki kontrolowanemu środowisku i standaryzacji protokołu.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Zgadza przedkliniczne wyniki behawioralne z translacyjnymi biomarkerami funkcji motorycznych.
- Zapewnia ciągłość od etapu odkrycia po walidację przedkliniczną, umożliwiając podłużną ocenę uczenia się i pamięci.
- Zmniejsza ryzyko translacyjne poprzez modelowanie istotnych dla choroby deficytów motorycznych oraz odpowiedzi na terapię.
Integracja potoku i przepływu pracy
Ten paradygmat behawioralny wpisuje się w kontinuum od wczesnego etapu odkrywania do badań przedklinicznych, stanowiąc pomost między identyfikacją celu molekularnego a funkcjonalną walidacją in vivo.
- Biologia odkrywcza: Ilościowe określanie uczenia się i pamięci motorycznej w celu testowania hipotez dotyczących funkcjonowania obwodów neuronalnych.
- Przesiewanie: Zapewnienie powtarzalnych, ilościowych punktów końcowych zachowania do oceny potencjalnych interwencji.
- Analityka: Umożliwienie statystycznego porównania parametrów wydajności pomiędzy grupami eksperymentalnymi i punktami czasowymi.
- Badania translacyjne: Modelowanie istotnych dla choroby zaburzeń motorycznych oraz efektów terapeutycznych in vivo.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Służy jako zestandaryzowana, skalowalna platforma dla różnorodnych portfeli z zakresu neurobiologii i ośrodkowego układu nerwowego (CNS).
Wpływ operacyjny i przedsiębiorczy
- Wartość naukowa: Zwiększa pewność prognostyczną i redukuje niejednoznaczność mechanistyczną w walidacji celów terapeutycznych w OUN.
- Wartość operacyjna: Sprzyja standaryzacji, powtarzalności i skalowalności badań w ramach różnych zespołów.
- Wartość strategiczna: Wspiera podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu badań (go/no-go) oraz alokację kapitału poprzez dostarczanie wiarygodnych danych behawioralnych.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia priorytetyzację programów CNS z uwzględnieniem ryzyka w oparciu o wyniki funkcjonalne.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymaga doświadczenia w zakresie neuronauki behawioralnej i pracy ze zwierzętami.
- Wymaga specjalistycznych komór treningowych, narzędzi do oceny oraz infrastruktury do analizy danych.
- Wymaga ścisłej standaryzacji protokołu w celu zapewnienia powtarzalności wyników pomiędzy różnymi operatorami i ośrodkami.
- Może wymagać adaptacji dla różnych tło genetycznych lub modeli chorobowych.
- Wydajność może być wpływana przez zmienne środowiskowe oraz stan zdrowia zwierząt, co wymaga uważnego monitorowania.
