Odwracalne dezaktywacje wywołane chłodzeniem w celu zbadania wkładu kory mózgowej w pamięć przeszkód u chodzącego kota
11 grudnia 2017
Złożona lokomocja w naturalnym środowisku, wymagająca starannej koordynacji kończyn, obejmuje obszary kory ciemieniowej. Poniższy protokół opisuje zastosowanie odwracalnej dezaktywacji wywołanej chłodzeniem w celu zademonstrowania roli obszaru ciemieniowego 5 w sterowanym pamięciowo unikaniu przeszkód u chodzącego kota.
Ogólnym celem zastosowania dezaktywacji wywołanych chłodzeniem w tym badaniu jest ocena wkładu kory mózgowej w pamięć przeszkód u chodzącego kota. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie kontroli lokomotorycznej, takie jak to, czy kora ciemieniowa jest zaangażowana w unikanie przeszkód pod kontrolą pamięci. Główną zaletą tej techniki jest możliwość odwrócenia dezaktywacji.
Dzięki temu każde zwierzę może służyć jako osobna kontrola. Aby rozpocząć, skonstruuj pokazane tutaj urządzenie zgodnie z opisem w dołączonym protokole tekstowym. Następnie umieść zwierzę na aparaturze testowej podczas noszenia uprzęży testowej, aby zaaklimatyzować zwierzę do ustawienia.
Ta orientacja smyczy pozwala zwierzęciu chodzić wzdłuż środkowej części aparatu bez żadnego napięcia, zachęcając w ten sposób zwierzę do pozostania w tej części aparatu. Ustalenie takich granic jest pomocne podczas pracy z poruszającym się obiektem testowym. Umieść miękkie jedzenie na platformie żywnościowej, a następnie połóż zwierzę na chodniku, pozwalając mu jeść z platformy.
Upewnij się, że zwierzę czuje się komfortowo w obsłudze, w tym w sytuacjach, gdy zwierzę musi zostać przeniesione do obszaru początkowego chodnika. Aby ocenić wizualną pamięć przeszkód, podnieś przeszkodę na chodnik i umieść platformę po drugiej stronie przeszkody. Następnie ustaw zwierzę w początkowej części chodnika i pozwól zwierzęciu podejść do jedzenia, przechodząc przez przeszkodę tylko przednimi łapami, aby jeść z platformy.
Gdy zwierzę kontynuuje jedzenie, opuść przeszkodę tak, aby zrównała się z chodnikiem, aby zapobiec dalszym bodźcom wizualnym lub dotykowym. Po zmiennym okresie opóźnienia ponownie przesuń karmę do przodu, aby zachęcić zwierzę do wznowienia chodzenia. Wykonuj również próby, w których przeszkoda jest nieobecna, aby zapobiec przyzwyczajeniu się do przeszkody i rozwojowi wyuczonej reakcji unikania.
Obserwuj chodzenie tylnych nóg w próbach z przeszkodami obecnymi i nieobecnymi, aby zweryfikować typowe zachowania lokomotoryczne i nienaruszoną pamięć wzrokową przeszkód przed schłodzeniem. Upewnij się, że zwierzę jest w stanie pokonać przeszkodę bez kontaktu i że stąpanie na wszystkich czterech nogach jest znacznie podwyższone w próbach z udziałem przeszkód w porównaniu z próbami bez przeszkód. Aby ocenić dotykową pamięć przeszkód, zacznij od upewnienia się, że przeszkoda nie została podniesiona na chodnik.
Następnie umieść zwierzę na początku chodnika i pozwól mu iść w kierunku platformy żywieniowej umieszczonej po drugiej stronie szczeliny na przeszkody. Gdy zwierzę je, podnieś przeszkodę na chodnik pod miską z jedzeniem, zapobiegając jakiemukolwiek wizualnemu wprowadzeniu przeszkody. Następnie przesuń jedzenie do przodu.
Gdy pokarm jest przesuwany do przodu, zwierzę powinno zetknąć się z przeszkodą przednimi łapami, zanim ją pokona. Pozwól zwierzęciu kontynuować jedzenie, siedząc okrakiem na przeszkodzie między przednimi i tylnymi łapami. W tym czasie opuść przeszkodę tak, aby zrównała się z chodnikiem, aby zapobiec dalszym odbiorom wizualnym lub dotykowym.
Po zmiennym okresie opóźnienia ponownie przesuń karmę do przodu, aby zachęcić zwierzę do wznowienia chodzenia. W próbach z brakiem przeszkód dotykowych pozwól zwierzęciu podejść i jeść z platformy pokarmowej. Należy jednak podnieść i opuścić przeszkodę przed przesunięciem żywności do przodu ze zmiennym opóźnieniem.
Wykonaj próby, gdy przeszkoda jest nieobecna i nie dochodzi do kontaktu z przednią nogą, aby zapobiec przyzwyczajeniu się do obecności przeszkody lub rozwojowi wyuczonej reakcji unikania. Obserwuj stąpanie tylnej nogi w próbach obecności i braku przeszkody, aby zweryfikować normalne zachowania lokomotoryczne i nienaruszoną pamięć przeszkód przed rozpoczęciem chłodzenia kory mózgowej. Aby dezaktywować odrębne obszary mózgu i ocenić ich wkład w unikanie przeszkód pod wpływem pamięci, należy wszczepić CryoLoops obustronnie w obszarach piątym i siódmym zgodnie z wcześniej opisanymi procedurami chirurgicznymi, jak opisano w dołączonym protokole tekstowym.
Przed badaniem przygotuj obieg chłodzący, łącząc 200 mililitrów metanolu z 500 cm3 suchego lodu, aby utworzyć łaźnię lodową. Podłączyć rurkę wlotową ze zbiornika metanolu do pompy. Podłącz rurkę odpływową biegnącą do łaźni lodowej po drugiej stronie pompy.
Podłącz końcówki przewodów do atrapy CryoLoop i upewnij się, że końce ściśle przylegają do rurek wlotowych i wylotowych, aby zakończyć obwód chłodzenia. Następnie podłącz wtyczkę termopary do termometru cyfrowego w celu ciągłego monitorowania temperatury. Upewnij się, że długość tego i rurki jest wystarczająca, aby dotrzeć do głowy zwierzęcia po podłączeniu.
Następnie włącz pompę tłokową za pomocą przełącznika i sprawdź, czy wszystkie połączenia są dobrze dopasowane i czy nie ma wycieków. Upewnij się, że ustawienie pompy, długość rurki wewnątrz łaźni lodowej oraz długość rurki od łaźni lodowej do atrap pętli są optymalne, tak aby temperatura atrapy CryoLoop mogła osiągnąć stan stały poniżej 5 stopni Celsjusza. Po uzyskaniu satysfakcji z początkowej konfiguracji wyłącz pompę i wyjmij atrapę CryoLoop.
Umieść zwierzę na aparaturze badawczej i zapnij uprząż. Następnie zabezpiecz pasek i przypnij smycz. Następnie zdejmij nasadkę ochronną z wszczepionego CryoLoop, aby odsłonić rurki wlotowe i wylotowe.
Dopasuj końcówki rurki ściśle do rurek wlotowych i wylotowych CryoLoop i podłącz wtyczkę termopary do termometru cyfrowego. Rozpocznij sesję testową od wizualnej lub dotykowej próby pamięci przeszkód. Po wstępnym teście wykonaj dodatkowe próby wszystkich czterech typów w sposób losowy.
Następnie włącz pompę tłokową i odczekaj od jednej do dwóch minut, aż CryoLoop osiągnie temperaturę trzech stopni Celsjusza. Następnie uruchom fajny blok prób. Podczas prób upewnij się, że temperatura CryoLoop jest utrzymywana na poziomie około trzech stopni Celsjusza.
Następnie wyłącz pompę tłokową i poczekaj, aż CryoLoop powróci do swojej pierwotnej temperatury. Uruchom ostatni blok prób rozgrzewania po wyłączeniu pompy tłokowej. Po zakończeniu testów behawioralnych wyjmij rurkę z rurek wlotowych i wylotowych i upewnij się, że nasadki ochronne zostały wymienione.
Należy zwrócić uwagę na resztki metanolu, które mogą kapać z końcówek przewodów i mogą podrażniać zwierzę. Zdejmij smycz i uprząż, a następnie zwróć zwierzę do kolonii. Na koniec użyj obcinaka do rur, aby przyciąć końce rur, aby zapobiec nieszczelnym połączeniom w następnym dniu testu.
Gdy obszar piąty mózgu kota jest obustronnie chłodzony, stąpanie tylnych nóg zostało znacznie osłabione w próbach z przeszkodami zarówno dla przednich, jak i tylnych nóg. Szczytowa wysokość kroku kończyn przednich w próbach z przeszkodami i wszystkie nogi w próbach z nieobecnością przeszkód nie uległy zmianie w obszarze piątym. Podobnie, szczytowa wysokość kroku dla dowolnej nogi w próbach z przeszkodą lub bez przeszkód nie różniła się od ciepłych warunków, gdy obszar siódmy był dezaktywowany.
W porównaniu zarówno z ciepłymi warunkami, jak i w warunkach chłodzenia obszaru siódmego, prześwit stopnia został zmniejszony w stopniu prowadzącym tylnej nogi i w tylnym stopniu tylnej nogi w warunkach chłodzonych w obszarze piątym. Dodatkowo, trajektoria kroku tylnej nogi została zakłócona przez dezaktywację obszaru piątego, ponieważ szczyt nastąpił przed przeszkodą, w przeciwieństwie do wchodzenia zarówno w ciepłych, jak i schłodzonych warunkach obszaru siódmego. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o monitorowaniu temperatury pętli chłodzących przez cały czas trwania eksperymentu, aby zapewnić prawidłową dezaktywację.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak odwracalnie dezaktywować obszary kory mózgowej za pomocą chłodzenia u zachowującego się zwierzęcia.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Niniejsze badanie dotyczy roli kory czołowej w unikaniu przeszkód opartych na pamięci podczas poruszania się kotów. Dzięki zastosowaniu odwracalnej dezaktywacji indukowanej chłodzeniem, badania mają na celu wyjaśnienie, w jaki sposób ta część mózgu przyczynia się do złożonej koordynacji ruchowej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Biologia behawioralna
- Kontrola ruchowa
Tło
- Zrozumienie mechanizmów nerwowych leżących u podstaw unikania przeszkód jest kluczowe dla wnikliwej analizy poruszania się.
- Uważa się, że kora czołowa odgrywa istotną rolę w świadomości przestrzennej i planowaniu ruchów.
- Techniki odwracalnego chłodzenia umożliwiają kontrolowane dezaktywowanie określonych obszarów mózgu.
- Ta metoda pozwala badaczom ocenić wkład kory czołowej, minimalizując różnorodność.
Cel badania
- Ocenianie udziału kory czołowej w unikaniu przeszkód opartych na pamięci.
- Określenie, w jaki sposób wkład kory wpływa na zachowanie ruchowe kotów.
- Wykorzystanie metody, która umożliwia odwracalną dezaktywację, zapewniając jaśniejsze zrozumienie funkcji nerwowych.
Stosowane metody
- Konstrukcja specjalistycznego urządzenia testowego do badań nad poruszaniem się.
- Zastosowanie odwracalnego chłodzenia do dezaktywacji obszaru czołowego 5.
- Obserwacja zachowania chodzącego kota w reakcji na przeszkody.
- Porównanie wydajności przed i po dezaktywacji w celu oceny działań opartych na pamięci.
Główne wyniki
- Kora czołowa jest kluczowa dla udanego unikania przeszkód opartego na pamięci.
- Odwracalne chłodzenie skutecznie wykazało rolę obszaru 5 w kontroli ruchowej.
- Wyniki wskazują, że dezaktywacja prowadziła do znaczących upośledzeń w nawigacji po przeszkodach.
- Odnalaziska potwierdzają hipotezę, że kora czołowa integruje informacje sensoryczne i motoryczne dla planowania ruchów.
Wnioski
- To badanie podkreśla istotną rolę kory czołowej w koordynacji złożonego poruszania się.
- Odwracalne chłodzenie jest cenną techniką do badania funkcji korowych u żywych podmiotów.
- Przyszłe badania mogą eksplorować dalsze implikacje dla zrozumienia kontroli ruchowej u innych gatunków.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Reversible cortical cooling in behaving animals enables precise, within-subject interrogation of brain region contributions to complex sensorimotor tasks. This approach provides mechanistic de-risking for target validation in neural circuits underlying memory-guided locomotion, supporting predictive confidence at early discovery inflection points. The method's reversibility and quantitative behavioral outputs facilitate robust portfolio triage for neurobiological targets.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables direct testing of cortical region necessity in memory-guided motor behaviors.
- Supports functional de-risking of neural targets implicated in sensorimotor integration.
- Provides within-animal controls to strengthen target validation confidence.
- Facilitates mechanistic hypothesis testing for neural circuit contributions.
Screening & Assay Development
- Establishes validated behavioral paradigms for quantifying locomotor adaptation.
- Delivers reproducible, quantitative step height and trajectory measurements.
- Supports assay standardization for cross-condition and cross-animal comparisons.
- Enables screening of interventions targeting cortical modulation of movement.
Translational & Preclinical Research
- Aligns behavioral outputs with disease-relevant motor impairment models.
- Provides continuity from neural mechanism discovery to preclinical validation of motor function endpoints.
- Informs risk-adjusted advancement of neurotherapeutic strategies targeting cortical circuits.
- Supports predictive de-risking for translational biomarker development in motor disorders.
Pipeline & Workflow Integration
This reversible deactivation protocol integrates into the discovery-to-preclinical continuum for neurobiological target validation and mechanistic de-risking.
- Discovery Biology: Enables hypothesis-driven testing of cortical contributions to memory-guided movement.
- Screening: Provides standardized, quantitative behavioral assays for intervention assessment.
- Analytics: Generates step height and trajectory data for statistical comparison across experimental conditions.
- Translational Research: Bridges mechanistic findings to preclinical models of motor dysfunction.
- Enterprise Reuse: Offers a reusable platform for evaluating diverse neural targets in sensorimotor control.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in neural target function and reduces mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Delivers standardized, reproducible, and scalable behavioral assays.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital efficiency by clarifying target relevance early.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of neurobiological targets for advancement.
Implementation Considerations
- Requires expertise in neurosurgical implantation and behavioral neuroscience.
- Demands precise temperature control and continuous monitoring of cooling apparatus.
- Necessitates cross-team standardization of behavioral protocols and data analysis.
- Adaptation to other species or models may require protocol optimization.
- Careful handling and monitoring of animals are essential to ensure welfare and data integrity.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Title
0:37
Training Procedures
1:29
Behavioral Training and Testing of Visual Obstacle Memory
2:51
Behavioral Training and Testing of Tactile Obstacle Memory
4:34
Experimental Setup for Cortical Cooling
6:13
Behavioral Testing During Cortical Cooling
8:01
Results: Reversibe, Cooling-induced Deactivation of Parietal Area 5 Results in Obstacle Memory deficits
9:14
Conclusion
