Ocena zręczności przy osiąganiu zadań

Zadania sięgające są wykorzystywane w dziedzinie neuronauki behawioralnej do oceny zręczności kończyn przednich i uczenia się motorycznego. Zwierzęta są zmotywowane do sięgania po apetyczne nagrody w postaci jedzenia, takich jak makaron czy nasiona. Celowanie, chwytanie, łamanie i aportowanie to niektóre z nowych umiejętności, które zwierzęta nabywają i doskonalą podczas nauki tych zadań.

Ten film omawia powody, dla których neuronaukowcy behawioralni badają umiejętne docieranie i omawia protokół przeprowadzania eksperymentów z docieraniem. Wreszcie, film dokona również przeglądu niektórych konkretnych eksperymentów behawioralnych obejmujących umiejętne użycie kończyn przednich w różnych modelach uszkodzenia mózgu.

Zanim przejdziemy do protokołu zadań docierających, porozmawiajmy o użyciu kończyn przednich, czyli o tym, co mierzą zadania związane z docieraniem. Gryzonie mają niezwykle zręczne przednie łapy, których używają w sposób podobny do tego, jak używamy rąk. Zadania sięgające pozwalają naukowcom obserwować, w jaki sposób gryzonie używają łap do chwytania i aportowania kawałków jedzenia. Zapewnia to wymierną miarę zręczności przedniej łapy.

Zadania te wymagają, aby zwierzęta nauczyły się nowych sekwencji ruchów, takich jak zgięcie i prostowanie, pronacja i supinacja oraz rotacja.

To uczenie się motoryczne jest związane z aktywacją określonych obszarów mózgu. Sygnały neuronalne dla motoryki dużej, jak i drobnej są inicjowane w obszarach motorycznych składających się z pierwotnej kory ruchowej i przedruchowej i wysyłane przez rdzeń kręgowy do odpowiednich mięśni, które wytwarzają pożądane ruchy.

Gryzonie są dobrym modelem do translacyjnych badań motorycznych, ponieważ ich układ ruchowy jest zorganizowany podobnie do ludzkiego. Uszkodzenia tych obszarów motorycznych zaburzają posługiwanie się rękami u ludzi i używaniem przedniej łapy u gryzoni, przy czym te ostatnie można zmierzyć za pomocą zadań sięgających.

Skoro już wiesz, dlaczego naukowcy używają zadań sięgających, zobaczmy, jak przeprowadza się te badania. Przed badaniem zwierzęta powinny być dotykane i wystawione na działanie aparatury i nagród w postaci pokarmu, aby ograniczyć reakcje na stres i strach. Zazwyczaj zwierzęta są karmione ograniczoną dietą, z jedzeniem podawanym na koniec codziennych sesji treningowych. Gwarantuje to, że zwierzęta nie są nasycone w czasie testu.

Zadania związane z dotarciem odbywają się w specjalnie zaprojektowanej komorze, która posiada trzy szczeliny. Porozmawiajmy o zadaniu polegającym na tym, że gryzonie sięgają po nasiona. W tego typu eksperymencie centralna szczelina służy do określenia preferencji kończyny i proces ten nazywa się kształtowaniem. W tym celu myszy mogą sięgać po nasiona obiema kończynami ograniczoną liczbę razy podczas jednej sesji. Sesje modelowania są przeprowadzane codziennie, aż zwierzęta będą wykazywać przedretensyjne sięganie jedną kończyną w 70% przypadków. Następnie ich preferowana kończyna jest trenowana do umiejętnego sięgania po pojedyncze nasiona umieszczone w wgłębieniach do bocznych szczelin na etapie docierania. Każda próba dotarcia do celu jest oceniana jako udana, spadkowa lub nieudana. Trening docierania musi być prowadzony przez wiele dni, aby zwierzęta nauczyły się tego zadania. Myszy zazwyczaj osiągają plateau w ciągu kilku dni.

W przypadkach, gdy zwierzęta są szkolone do sięgania po makaron, a nie po nasiona, eksperymentator wykorzystuje tylko środkową szczelinę zarówno do treningu, jak i testowania. Matryca makaronu, plastikowy blok z otworami wywierconymi na całej głębokości, jest wypełniany suchym makaronem i umieszczany przed komorą. Preferowaną kończynę określa się, pozwalając myszom sięgać obiema kończynami. Następnie trening odbywa się poprzez wypełnienie tylko połowy macierzy przeciwnej do preferowanej kończyny. Rejestrowana jest liczba i lokalizacja kawałków makaronu połamanych podczas jednej sesji. W ciągu kilku tygodni myszy uczą się oczyszczać większe i bardziej odległe części macierzy.

Teraz, gdy zapoznaliśmy się z podstawowym protokołem testowania użycia kończyn przednich, omówmy kilka aktualnych eksperymentów z wykorzystaniem tych zadań.

Zachowania związane z dosięgiem są znacznie upośledzone po udarze, a rodzaj treningu rehabilitacyjnego może wpływać na to, jak dobrze kończyna dotknięta udarem odzyskuje funkcję. Naukowcy wykazali, że w mysim modelu udaru, trening kompensacyjny z kończyną nieparetyczną lub "dobrą" upośledza zdolność kończyny niedowładnej lub "złej" do odzyskania zdolności dotarcia. Jednak bezpośredni trening kończyny niedowładnej powoduje poprawę w czasie po udarze.

Oprócz testów docierania istnieją inne testy używania kończyn przednich przez gryzonie, takie jak testy obchodzenia się z makaronem lub płatkami zbożowymi, które dostarczają różnych, bardziej zróżnicowanych miar zręczności kończyn przednich. Po udarze gryzonie wykazują deficyty w ruchach łap używanych do obchodzenia się z makaronem podczas jedzenia. W modelu urazu rdzenia kręgowego wzorce obchodzenia się ze zbożem, w tym kontakt z przednią łapą, ruchy nadgarstka i kontakt z palcami, są zmienione.

Podobnie jak w przypadku zadań sięgania u gryzoni, zmodyfikowana tablica Brinkmana może być używana do testowania zręczności rąk u naczelnych innych niż ludzie. W tym teście małpy chwytają granulki jedzenia umieszczone w otworach na pochylonej desce. Po urazie rdzenia kręgowego, który upośledza korzystanie z jednej ręki, liczba kulek pobranych przez chorą rękę zmniejsza się i nie poprawia się z czasem. Natomiast po udarze w korze ruchowej liczba granulek pobranych przez chorą rękę początkowo maleje, ale z czasem ulega poprawie.

Właśnie obejrzałeś wprowadzenie JoVE do zadań sięgających. Ten film obejmował zasady i korelaty neuronalne związane z umiejętnym używaniem kończyn przednich, ogólny protokół przeprowadzania testów docierania oraz niektóre eksperymenty wykorzystujące ocenę zręczności kończyn przednich w modelach urazów mózgu lub rdzenia kręgowego. Jak zawsze, dziękujemy za oglądanie!