Name: Zadanie supinacji gałki: półautomatyczna metoda oceny funkcji kończyn przednich u szczurów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 26 s
Description: Poznaj półautomatyczną metodę oceny supinacji u szczurów do badania funkcji kończyn przednich i uszkodzeń kortykospinalnych. To narzędzie zwiększa przepustowość, czułość i obiektywność pomiarów motorycznych.

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

To badanie zostało sfinansowane przez NIH-NINDS R03 NS091737.

Ten protokół opisuje przygotowanie zadania i ustalenie warunków życia i karmienia, a także szkolenie zwierząt, testowanie zwierząt po urazach i analizowanie danych dotyczących zachowania. Opisano również cztery etapy szkolenia zwierząt: przyzwyczajenie, kojarzenie nagrody, trening przeciwwagi i trening do kryterium kąta skrętu. Wszystkie eksperymenty na zwierzętach zostały zatwierdzone przez IACUC z Weill Cornell Medicine i University of Texas w Dallas.
1. Konfiguracja zadania
<ol>
	<li>Zaprojektuj pudełko behawioralne wykonane z przezroczystego tworzywa sztucznego o wymiarach 150 mm szerokości, 200 mm długości i 250 mm wysokości. 
	UWAGA: Tutaj prostokątny otwór ma 14,2 mm szerokości i 25,4 mm wysokości. Gałka manipulandum o średnicy 9,5 mm wykonana jest z metakrylanu i posiada dwa ograniczniki, które ograniczają supinację do mniej niż 100°. Każdy z tych parametrów został przetestowany i zoptymalizowany pod kątem deficytów opisanych w sekcji wyników. Pole behawioralne i manipulandum są pokazane w <silna klasa="xfig">Rysunek 1A.</li>
	<li>Podłącz skrzynkę mikrokontrolera do komputera. Do każdego komputera można podłączyć do czterech obudów mikrokontrolerów.</li>
	<li>Aby rozpocząć zadanie, użyj oprogramowania sterującego (Rysunek 1C).
	<ol>
		<li>Wybierz urządzenie z pokrętłem do sterowania. Wprowadź nazwę tematu w polu "Temat". Wybierz etap do treningu z menu rozwijanego "Etap". 
		UWAGA: Etapy dyktują trzy parametry dla każdej próby: "Okno trafienia", "Próg trafienia" i "Próg początkowy". Trafienie definiuje się jako osiągnięcie kąta kryterium w określonym czasie. "Okno trafienia" odnosi się do czasu przyznanego zwierzęciu na rozpoczęcie próby i osiągnięcie kąta kryterialnego. "Próg trafienia" to kąt krytyczny dla udanej próby. "Próg początkowy" to kąt kryterialny, pod którym należy zainicjować okno próbne i trafienie; Oznacza to początek tury. Więcej informacji na temat etapów można znaleźć poniżej w sekcji "Szkolenie zwierząt".</li>
		<li>Kliknij "Start", aby rozpocząć sesję treningową. Kliknij "Nakarm", aby ręcznie nakarmić zwierzę i "Stop", aby zatrzymać sesję treningową. 
		UWAGA: Aby utrzymać zainteresowanie zadaniem, należy stosować karmienie ręczne, które jest szczegółowo opisane w rozdziale 3. Po zatrzymaniu sesji dane sesji zostaną zapisane na dysku C:.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Warunki życia i żywienia
<ol>
	<li>Użyj dorosłych samic szczurów Sprague Dawley (175-200 g). Szczury domowe razem w standardowych klatkach z odwróconym cyklem 12 godzin ciemności / 12 godzin światła. Wykonuj wszystkie treningi i testy podczas cyklu ciemności przy przyciemnionych światłach. 
	UWAGA: Samice szczurów są używane, ponieważ są łatwiejsze do wyszkolenia 21. W tym przypadku użyto Sprague-Dawley, ponieważ jest to powszechny szczep stosowany w treningu motorycznym i jest to dominujący szczep dla osób transgenicznych. Jednak biorąc pod uwagę regulowany charakter zadania (przeciwwaga, kryterium kąta skrętu, odległość od pokrętła i samo pokrętło), można je łatwo dostosować do różnych szczepów i większych (np. samców) lub mniejszych (np. Wistar) szczurów.</li>
	<li>Przez pierwsze 5 dni badania podawaj szczurom pełne koryto wraz z kompletnymi pod względem odżywczym granulkami o smaku czekoladowym przez pięć dni. Po piątym dniu szczury ograniczają pokarm do 85% ich normalnej krzywej wagi.</li>
	<li>Po rozpoczęciu ograniczania jedzenia nakarm szczury 7,5 g granulek czekolady (dostosuj w górę lub w dół, aby utrzymać 85% wagi dostosowanej do wieku) przez cały trening. Jeśli szczury nie otrzymały 7,5 g granulek czekolady podczas sesji treningowych, po ostatniej sesji uzupełnij ją standardową karmą. 
	UWAGA: Karmienie w weekendy odbywa się ad libitum ze standardową karmą do niedzieli wieczorem, a następnie pozbawia się jedzenia przez noc. Podczas wykonywania operacji lub innych inwazyjnych interwencji, należy pozwolić na jedzenie ad libitum co najmniej trzy dni przed, a następnie przez trzy dni po zabiegu (w zależności od czasu rekonwalescencji) przed ponownym nałożeniem na szczury ograniczenia żywieniowego.</li>
</ol>
3. Procedura treningowa
UWAGA: Przegląd procedury treningowej jest pokazany w Rysunek 3A. W całym protokole trenuj szczury dwa razy dziennie, raz rano i raz po południu. Odczekaj co najmniej 3 godziny po sesji porannej przed rozpoczęciem sesji popołudniowej.
<ol>
	<li>Habituacja 
	Uwaga: Celem habituacji jest zapoznanie szczura z pudełkiem testowym i obsługą.
	<ol>
		<li>Całkowicie wsuń pokrętło, naciskając strzałki w dół na automatycznym pozycjonerze.</li>
		<li>Umieść szczura w pudełku behawioralnym na 15 minut.</li>
		<li>Po 15 minutach w pudełku dotykaj każdego szczura w rękach przez co najmniej pięć minut, aby zapoznać szczura z eksperymentatorem.</li>
		<li>Powtarzaj to przez pięć dni.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Stowarzyszenie Reward Association 
	UWAGA: Celem jest wytrenowanie szczura, aby kojarzył przekręcanie gałki z nagrodą w postaci jedzenia. Spodziewaj się, że poświęcisz całą sesję trwającą 30 minut na zadanie podczas etapu szkolenia z nagrodą.
	<ol>
		<li>Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "K1: Kształtowanie pokrętła - bez koła pasowego" 
		UWAGA: Spowoduje to ustawienie odległości manipulandum od przysłony na 0.0 cm, "Init. Thresh." przy 3°, "HIT Thresh." przy 5 stopniach i "HIT Window" przy 2 s. Pozwala to na karmienie szczura tak długo, jak długo szczur przekręci pokrętło o więcej niż 3 stopnie. "Okno trafienia" pozostanie na poziomie 2 s przez cały trening.</li>
		<li>Umieść szczura w polu behawioralnym i naciśnij "Start", aby rozpocząć sesję.</li>
		<li>Zapoznaj szczura z korytem z nagrodami, dozując 2-3 granulki na raz i stukając w bok pudełka, w którym znajduje się koryto z nagrodami. Dozuj granulki za pomocą przycisku podajnika ręcznego.</li>
		<li>Gdy szczur pozna lokalizację nagrody, ręcznie dozuj 1 granulkę, gdy szczur znajdzie się przed otworem.</li>
		<li>Gdy szczur przesunie się do otworu w oczekiwaniu na nagrodę w postaci granulki, kondycjonuj szczura do interakcji z manipulandum.
		<ol>
			<li>Zachęć szczura do zaangażowania, umieszczając 45 mg granulki żywności w pobliżu manipulandum lub nakładając pył granulowany bezpośrednio na manipulandum, pozwalając mu sięgnąć i chwycić go. Jeśli szczur odsunie się od otworu, dotknij pola w pobliżu manipulandum, aby przekierować jego uwagę. 
			UWAGA: Jeśli szczur dotknął gałki sięgającą łapą, program nakarmi szczura. Wszelkie interakcje, które nie obejmują używania łap (np. gryzienie, węszenie manipulandum) są nieprawidłowe i nie powinny być nagradzane.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Gdy szczur zacznie dotykać gałki żądaną łapą i będzie nagradzany 10 razy z rzędu w odległości 0,0 cm, użyj strzałki w dół na automatycznym pozycjonerze (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 1A), aby cofnąć manipulandum o 0,25 cm. Powtarzaj to w odstępach co 0,25 cm, aż manipulandum znajdzie się w odległości 1,25 cm od otworu.</li>
		<li>Naciśnij "Stop" po 30 minutach, aby zakończyć sesję.</li>
		<li>Kontynuuj kojarzenie nagrody, aż szczur supinuje manipulandum żądaną łapą w odległości 1,25 cm od otworu (<silna klasa = "xfig">Ryc. 1B).</li>
		<li>Gdy szczur zakończy 2 kolejne sesje supinacji manipulandum i odzyskania nagrody w postaci granulki, rozpocznij trening z przeciwwagą.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Trening przeciwwagi w celu wytrenowania szczurów do supinacji przeciwwagi 6 g.
	<ol>
		<li>Umieść przeciwwagę 3 g na manipulandum, przymocowując łącznik na końcu przeciwwagi do punktu mocowania w kształcie litery L na manipulandum. Przełóż cięciwę przeciwwagi przez koło pasowe, aż przeciwwaga będzie swobodnie zwisać.</li>
		<li>Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "K2: Kształtowanie pokrętła - koło pasowe" 
		UWAGA: Spowoduje to ustawienie odległości manipulandum od przysłony na 1.25 cm, "Init. Thresh." pod kątem 3°, a "HIT Thresh." pod kątem 5 stopni. Od tego momentu odległość manipulandum pozostanie na poziomie 1,25 cm.</li>
		<li>Umieść szczura w polu behawioralnym i naciśnij "Start", aby rozpocząć sesję.</li>
		<li>Naciśnij "Stop" po 100+ udanych próbach. Gdy szczur zakończy 2 kolejne sesje 100+ udanych prób, zwiększ wagę o 1 g po zakończeniu sesji. Zwiększaj wagę z 3 g do 6 g w kolejnych sesjach.</li>
		<li>Przejdź do kroku 3.4 po 2 kolejnych sesjach supinacji przy 6 g i 100+ udanych próbach. 
		UWAGA: Potrzeba średnio 6 sesji (3 dni), aby zwiększyć wagę od 3 g do 6 g. Począwszy od treningu z przeciwwagą, konieczne jest, aby prawidłowy ruch supinacji był nagradzany, a nieprawidłowy ruch supinacji był kształtowany. Aby uzyskać wizualny przewodnik i wyjaśnienie dotyczące prawidłowej i nieprawidłowej formy supinacji, zapoznaj się z Rysunek 2.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Trening do linii bazowej 
	UWAGA: Pamiętaj, aby nadal kształtować prawidłowy ruch supinacyjny. Ponownie, zapoznaj się z Rysunek 2, aby uzyskać wizualny przewodnik po prawidłowym/nieprawidłowym ruchu supinacji i jak złagodzić nieprawidłową supinację. Wytrenuj szczury do supinacji do kryteriów wyjściowych; W tym przypadku jest to 75 stopni z przeciwwagą 6 g przy wskaźniku sukcesu 75% lub wyższym.
	<ol>
		<li>Umieść przeciwwagę 6 g na manipulandum.</li>
		<li>Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "KSB4: Median treningu pokrętła 75 max." 
		UWAGA: Spowoduje to ustawienie opcji "Init. Thresh." przy 5°, "Próg HIT Minimum" przy 15° i "Próg HIT Maximum" przy 75°. Nazywa się to etapem treningu "adaptacyjnego", co oznacza, że próg będzie wzrastał wraz z poprawą wydajności szczura. W przypadku etapu "KSB4" próg jest najpierw ustawiany na końcowy próg poprzedniej sesji. Jeśli na tym etapie nie została uruchomiona żadna poprzednia sesja, próg jest ustawiany na minimum progowe wynoszące 15 stopni. Po pierwszych 10 próbach sesji próg jest obliczany jako mediana kątów piku w poprzednich 10 próbach. W związku z tym próg jest inny dla każdej próby i zależy od wyników szczura w poprzednich próbach.</li>
		<li>Przerwij sesję po 30 minutach.</li>
		<li>Kontynuuj trening przy użyciu etapu adaptacyjnego, aż średni kąt szczytowy wyniesie 75 stopni lub więcej. Następnie przejdź do kroku 3.5. Zwykle dzieje się to po około 10 dniach lub 20 sesjach.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ocena wyjściowa w celu zarejestrowania czterech kolejnych linii bazowych
	<ol>
		<li>Umieść przeciwwagę 6 g na manipulandum.</li>
		<li>Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw scenę na "K27: 75 stopni". Spowoduje to ustawienie opcji "Init. Thresh." pod kątem 5° i "Próg trafienia pod kątem 75°.</li>
		<li>Naciśnij "Stop" po 30 minutach lub 100 próbach, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej, aby zakończyć sesję.</li>
		<li>Kontynuuj, aż pojawią się cztery kolejne linie bazowe ze wskaźnikiem powodzenia 75% lub wyższym.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Ocena po urazie
<ol>
	<li>Otwórz oprogramowanie i wprowadź nazwę szczura. Ustaw etap na ten sam etap statyczny, co testy podstawowe przed urazem. Spowoduje to zachowanie tych samych parametrów, które są używane dla linii bazowej.</li>
	<li>Naciśnij "Start" i uruchom sesję do 30 min. 
	UWAGA: Uczestnictwo może być niskie po kontuzji. Można temu zaradzić, używając przycisku ręcznego karmienia lub umieszczając granulkę nagrody w pobliżu manipulandum, aby zachęcić szczura do zaangażowania się w manipulandum.</li>
	<li>Powtarzaj badania raz w tygodniu w odstępach tygodniowych, aż do osiągnięcia pożądanej długości oceny po urazie. 
	UWAGA: Tutaj co tydzień przez sześć tygodni oceniamy wydajność po kontuzji.</li>
</ol>
5. Analizuj dane
UWAGA: Dane są zapisywane w domyślnej lokalizacji na dysku C: komputera. Dane są przechwytywane z częstotliwością 100 Hz w oknie trafienia i przechowywane w formacie binarnym. W tym przypadku dane zostały przeanalizowane za pomocą niestandardowego programu o nazwie Dexterity. Wyślij e-mail do dr Jasona Carmela, aby uzyskać dostęp do tego bezpłatnego oprogramowania.
<ol>
	<li>Otwórz Zręczność i kliknij "Standardowy".</li>
	<li>Zlokalizuj katalog, w którym znajdują się dane rat i wybierz żądany folder.</li>
	<li>Po wybraniu katalogu wybierz szczury do analizy.</li>
	<li>Kliknij "Zachowaj" lub "Odrzuć", aby zachować lub odrzucić pliki, które są niekompletne lub nie zawierają żadnych danych. 
	UWAGA: Zdarzają się sytuacje, w których sesje są rozpoczynane przy użyciu niewłaściwych parametrów i etapu trenowania, a mimo że są natychmiast zatrzymywane, plik jest nadal tworzony. Ten plik musi zostać odrzucony podczas analizy. Zdarzają się również przypadki, zwłaszcza dotkliwe po zranieniu, kiedy zwierzę nie przeprowadza żadnych prób z powodu urazu lub przeprowadza bardzo mało prób. W przypadku tych sesji należy zachować plik, ponieważ jest on reprezentacją ich wydajności. Gdy przechowywany jest plik, w którym nie ma udanych prób, NaN jest umieszczany w odpowiednim miejscu dla zmiennych obliczeniowych.</li>
	<li>Wybierz, czy chcesz dodać adnotację do eksperymentu teraz, czy później; jeśli wybrana jest opcja "Dodaj adnotację teraz", otworzy się nowe okno. Wpisz "Nazwa eksperymentu", "Nazwy grup", "Dane zdarzenia" i "Łączna liczba tygodni" w eksperymencie.</li>
	<li>Przypisywanie tematów do grupy.</li>
	<li>Wprowadź liczbę sesji danych w każdym tygodniu lub punkcie czasowym. Oddziel sesje wejściowe spacją i upewnij się, że nie wstawiłeś spacji po ostatniej liczbie, tj. (1 1 1 1).</li>
	<li>Wprowadź etykiety punktów czasowych. Oddziel etykiety wejściowe spacją i upewnij się, że nie wstawiłeś spacji po ostatniej etykiecie, tj. (Pre Wk1, Wk2, Wk3).</li>
	<li>Wybierz, kiedy zdarzenie miało miejsce; pojawi się opcja zapisania sesji analizy. Kliknij "Tak", aby zapisać sesję analizy.</li>
	<li>Pojawi się przegląd danych z adnotacjami i bez adnotacji. Daje to możliwość wykreślenia danych.</li>
	<li>W przypadku danych bez adnotacji kliknij "Temat wykresu", aby wykreślić pojedynczy temat lub "Tematy wykresu", aby wykreślić wszystkie obiekty na tym samym wykresie.</li>
	<li>Aby wyświetlić analizę z adnotacjami, kliknij przycisk "Drukuj", aby narysować eksperyment.</li>
	<li>Zarówno w przypadku adnotacji, jak i bez adnotacji, kliknij strzałkę listy rozwijanej, aby wyświetlić listę zmiennych do wykreślenia. Kliknij zmienną, aby wyświetlić wykres.</li>
	<li>Kliknij przycisk eksportuj, aby wyeksportować wykres i/lub dane skojarzone z wykresem.</li>
</ol>

<ol><li>Anderson, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Targeting+recovery%3A+priorities+of+the+spinal+cord-injured+population%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurotraum%22%5BJournal%5D)">Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population.</a> J Neurotraum. 21 (10), 1371-1383 (2004).</li>
<li>Martin, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Systems+neurobiology+of+restorative+neurology+and+future+directions+for+repair+of+the+damaged+motor+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Neurol+Neurosur%22%5BJournal%5D)">Systems neurobiology of restorative neurology and future directions for repair of the damaged motor systems.</a> Clin Neurol Neurosur. 114 (5), 515-523 (2012).</li>
<li>Lemon, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Descending+pathways+in+motor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Annu+Rev+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Descending pathways in motor control.</a> Annu Rev Neurosci. 31, 195-218 (2008).</li>
<li>Feng, W., Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Corticospinal+tract+lesion+load%3A+An+imaging+biomarker+for+stroke+motor+outcomes%5BTitle%5D)+AND+%22Ann+Neurol%22%5BJournal%5D)">Corticospinal tract lesion load: An imaging biomarker for stroke motor outcomes.</a> Ann Neurol. 78 (6), 860-870 (2015).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Pellis, S. M., Gorny, B. P., Pellis, V. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+impairments+in+reaching+and+the+movements+of+compensation+in+rats+with+motor+cortex+lesions%3A+an+endpoint%2C+videorecording%2C+and+movement+notation+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">The impairments in reaching and the movements of compensation in rats with motor cortex lesions: an endpoint, videorecording, and movement notation analysis.</a> Behav Brain Res. 42 (1), 77-91 (1991).</li>
<li>Irvine, K. A., Ferguson, A. R., Mitchell, K. D., Beattie, S. B., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+method+for+assessing+proximal+and+distal+forelimb+function+in+the+rat%3A+the+Irvine%2C+Beatties+and+Bresnahan+%28IBB%29+forelimb+scale%5BTitle%5D)+AND+%22J+Vis+Exp%22%5BJournal%5D)">A novel method for assessing proximal and distal forelimb function in the rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) forelimb scale.</a> J Vis Exp. (46), (2010).</li>
<li>Allred, R. P., Adkins, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+vermicelli+handling+test%3A+a+simple+quantitative+measure+of+dexterous+forepaw+function+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">The vermicelli handling test: a simple quantitative measure of dexterous forepaw function in rats.</a> J Neurosci Meth. 170 (2), 229-244 (2008).</li>
<li>Sindhurakar, A., Butensky, S. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+test+of+rat+forelimb+supination+quantifies+motor+function+loss+and+recovery+after+corticospinal+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">An automated test of rat forelimb supination quantifies motor function loss and recovery after corticospinal injury.</a> Neurorehab Neural Re. 31 (2), 122-132 (2017).</li>
<li>Carmel, J. B., Kim, S., Brus-Ramer, M., Martin, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feed-forward+control+of+preshaping+in+the+rat+is+mediated+by+the+corticospinal+tract%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Feed-forward control of preshaping in the rat is mediated by the corticospinal tract.</a> Eur J Neurosci. 32 (10), 1678-1685 (2010).</li>
<li>Meyers, E., Sindhurakar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+supination+assessment+task%3A+An+automated+method+for+quantifying+forelimb+rotational+function+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">The supination assessment task: An automated method for quantifying forelimb rotational function in rats.</a> J Neurosci Meth. 266, 11-20 (2016).</li>
<li>Gomez-Marin, A., Paton, J. J., Kampff, A. R., Costa, R. M., Mainen, Z. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Big+behavioral+data%3A+psychology%2C+ethology+and+the+foundations+of+neuroscience%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Big behavioral data: psychology, ethology and the foundations of neuroscience.</a> Nat Neurosci. 17 (11), 1455-1462 (2014).</li>
<li>Wong, C. C., Ramanathan, D. S., Gulati, T., Won, S. J., Ganguly, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+behavioral+box+to+assess+forelimb+function+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">An automated behavioral box to assess forelimb function in rats.</a> J Neurosci Meth. 246, 30-37 (2015).</li>
<li>Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+cortex+stroke+impairs+individual+digit+movement+in+skilled+reaching+by+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Eur+J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Motor cortex stroke impairs individual digit movement in skilled reaching by the rat.</a> Eur J Neurosci. 28 (2), 311-322 (2008).</li>
<li>Ellens, D. J., Gaidica, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+automated+rat+single+pellet+reaching+system+with+high-speed+video+capture%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">An automated rat single pellet reaching system with high-speed video capture.</a> J Neurosci Meth. 271, 119-127 (2016).</li>
<li>Lai, S., Panarese, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+kinematic+characterization+of+reaching+impairments+in+mice+after+a+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Neurorehab+Neural+Re%22%5BJournal%5D)">Quantitative kinematic characterization of reaching impairments in mice after a stroke.</a> Neurorehab Neural Re. 29 (4), 382-392 (2015).</li>
<li>Molina-Luna, K., Hertler, B., Buitrago, M. M., Luft, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+learning+transiently+changes+cortical+somatotopy%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Motor learning transiently changes cortical somatotopy.</a> Neuroimage. 40 (4), 1748-1754 (2008).</li>
<li>Ballermann, M., Tompkins, G., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Skilled+forelimb+reaching+for+pasta+guided+by+tactile+input+in+the+rat+as+measured+by+accuracy%2C+spatial+adjustments%2C+and+force%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Skilled forelimb reaching for pasta guided by tactile input in the rat as measured by accuracy, spatial adjustments, and force.</a> Behav Brain Res. 109 (1), 49-57 (2000).</li>
<li>Vigaru, B. C., Lambercy, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+robotic+platform+to+assess%2C+guide+and+perturb+rat+forelimb+movements%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Neural+Syst+Rehabil+Eng%22%5BJournal%5D)">A robotic platform to assess, guide and perturb rat forelimb movements.</a> IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 21 (5), 796-805 (2013).</li>
<li>Martin, J. H., Choy, M., Pullman, S., Meng, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Corticospinal+system+development+depends+on+motor+experience%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Corticospinal system development depends on motor experience.</a> J Neurosci. 24 (9), 2122-2132 (2004).</li>
<li>Murgia, A., Kyberd, P. J., Chappell, P. H., Light, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Marker+placement+to+describe+the+wrist+movements+during+activities+of+daily+living+in+cyclical+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Clin+Biomech%22%5BJournal%5D)">Marker placement to describe the wrist movements during activities of daily living in cyclical tasks.</a> Clin Biomech. 19 (3), 248-254 (2004).</li>
<li>Simpson, J., Kelly, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+whether+there+are+sex+differences+in+certain+behavioural+and+neurochemical+parameters+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">An investigation of whether there are sex differences in certain behavioural and neurochemical parameters in the rat.</a> Behav Brain Res. 229 (1), 289-300 (2012).</li>
<li>Hays, S. A., Khodaparast, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+isometric+pull+task%3A+a+novel+automated+method+for+quantifying+forelimb+force+generation+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Meth%22%5BJournal%5D)">The isometric pull task: a novel automated method for quantifying forelimb force generation in rats.</a> J Neurosci Meth. 212 (2), 329-337 (2013).</li>
</ol>

Dr Rennaker i dr Sloan są właścicielami firmy Vulintus Inc., która produkuje sprzęt opisany w tej publikacji. Brak zadeklarowanych konfliktów interesów w odniesieniu do pozostałych autorów.

Zadanie supinacji gałki ocenia supinację kończyn przednich u szczurów przy użyciu metod ilościowych i półautomatycznych. Aby osiągnąć te punkty końcowe, wiele parametrów zaprojektowanych dla tego zadania, w tym wyrównanie pokrętła, konstrukcja manipulandum i kryteria trenowania, było iterowanych przez kilka lat. Aby wyrównać pokrętło, eksperymentowaliśmy z trzema różnymi ustawieniami pokrętła w odniesieniu do przysłony: lewa strona pokrętła wyrównana z lewą stroną przysłony, pokrętło wyśrodkowane w otworze i prawa strona pokrętła wyrównana z prawą stroną przysłony. Zdecydowaliśmy się na to, że prawa strona gałki jest wyrównana z prawą stroną otworu, ponieważ w ten sposób powstały szczury, które były szkolone w jak najkrótszym czasie i które supinowały z minimalnymi mechanizmami kompensacyjnymi, w szczególności interferencją ze strony lewej łapy.
Jeśli chodzi o konstrukcję manipulandum, zmieniliśmy kilka cech konstrukcyjnych, aby zmaksymalizować skręcanie kończyną przednią i zminimalizować użycie ciała. Dodatkowo przeskalowaliśmy trudność zadania do stopnia nasilenia przewidywanego deficytu. Po piramidotomii supinacja jest ruchem, który jest najsilniej dotknięty, ale upośledzenie jest nadal stosunkowo subtelne. W związku z tym wytrenowaliśmy szczury do wyższego kryterium wyjściowego (75°), aby upewnić się, że po urazie zaobserwowano duże deficyty. W przypadku zmian korowych, które są bardziej upośledzające, próg 60 stopni przy 7,5 g był wystarczający, aby wykazać znaczny deficyt po urazie. Dodatkowe parametry, które zostały zoptymalizowane za pomocą podejścia prób i błędów, obejmują rozmiar przysłony, odległość pokrętła od przysłony i okno czasowe, aby uzyskać udaną próbę.
W całym protokole treningowym jest kilka krytycznych punktów, które wymagają starannego nadzoru. Podczas treningu do linii bazowej z powodzeniem zastosowano metodę progowania adaptacyjnego do trenowania szczurów do 75 ° 10. Jednak szczury mogą ustabilizować się pod kątem szczytu mniejszym niż 75°; Wydajność pozostaje taka sama po 4-5 sesjach. Aby poprawić wydajność, można zastosować próg statyczny. Próg statyczny odnosi się do progu pozostającego na ustalonym poziomie, który jest niezależny od wydajności szczurów, w przeciwieństwie do progu adaptacyjnego, który zmienia się w zależności od ostatnich wyników. Jeśli szczur ustabilizuje się podczas treningu adaptacyjnego, eksperymentator powinien zmienić próg na statyczny. Etapy treningu statycznego wahają się od 20 do 70 stopni w krokach co 10°. (Etap K28 - K33). Wybierz etap statyczny na podstawie średniego kąta szczytu szczura w poprzednich 2 sesjach. Na przykład, jeśli szczur ma średnio 45°, wybierz statyczny stage na 50 stopni (K31). Wszystkie etapy statyczne ustawiają "Init. Thresh." pod kątem 5°. Podczas treningu, jeśli szczur straci motywację, ręcznie nakarm szczura, jeśli supinuje blisko, ale nie powyżej progu.
Ponadto podczas oceny wyjściowej około 5% szczurów cofa się o 5 - 10 ° w kącie supinacji i 5 - 10% w wskaźniku sukcesu między sesjami. Jeśli tak się stanie, a szczur nie odzyska średniego kąta szczytowego 75° po 3-4 sesjach, zmniejsz etap statyczny do 10 stopni od aktualnego średniego kąta szczura przed powrotem do kroku 3.5. Ważne jest, aby nie wprowadzać szczura ponownie do etapów adaptacyjnych po umieszczeniu go na etapach treningu statycznego.
Istnieją pewne ograniczenia tego zadania. Po ustaleniu nieprawidłowej pozycji chwytania, zmiana zachowania chwytania (ryc. 2) może być trudna. Dlatego ważne jest wczesne wykrycie i korekta. Aby skorygować chwyt szczura, przysłonę można zmienić, zawężając rozmiar otworu w kierunku poziomym i/lub pionowym; Zazwyczaj przyklejamy szklany slajd do krawędzi przysłony, która wymaga regulacji. U większości szczurów poprawia to ich formę chwytania, ponieważ zmusza je do chwytania manipulandum w określony sposób. To z kolei poprawia ich zdolność do prawidłowej supinacji.
Oprócz tego wyzwania, szczury mogą rozwinąć mechanizmy kompensacyjne do supinacji. Należą do nich użycie głowy do wspomagania kończyny przedniej w supinacji; obniżenie stawu łokciowego i barkowego w celu przekręcenia pokrętła; Używając lewej łapy, aby obrócić pokrętło lub popchnąć sięgającą łapę w dół. Wszystkie te zachowania można wykorzystać do pomyślnego wykonania zadania. Jak wspomniano powyżej, zachowania związane z chwytem można skorygować, manipulując przysłoną. Mechanizmy kompensacyjne poza zasięgiem wymagają jednak aktywnego udziału eksperymentatora, aby nie nagradzać zachowań kompensacyjnych. Po urazie zaobserwowaliśmy, że szczury podejmują kilka prób, aby ustawić łapę we właściwej pozycji przed supinacją. Chociaż nie przeanalizowaliśmy, które elementy zadania mogą przyczyniać się do utraty supinacji, mogą to być między innymi utrata dokładnego chwytu i upośledzona modulacja siły.
Półautomatyczne zadanie supinacji zajmuje średnio 20 ± 5 dni, aby wyszkolić szczury do stanu wyjściowego, a 25% zwierząt nie jest w stanie wyszkolić w tym zadaniu. Do skrócenia czasu szkolenia przyczynia się fakt, że nie wybraliśmy szczurów o naturalnych preferencjach, ale zamiast tego zmusiliśmy wszystkie zwierzęta do używania prawych łap, jak to jest powszechne w większości testów sięgających. Nie próbowaliśmy używać szczurów o lewej preferencji, ale byłoby to interesujące badanie eksploracyjne, aby najpierw zidentyfikować preferencje łapy, a następnie wytrenować dominującą łapę. Aby to uwzględnić, musielibyśmy odwrócić orientację drzwi, aby otwór był odwrócony; Można to łatwo zrobić.
W porównaniu z tradycyjnymi zadaniami, takimi jak IBB lub sięganie pojedynczą kulką, zadanie supinacji ilościowo i obiektywnie mierzy dotarcie kończyn przednich. Wykazuje wrażliwość na ciężkie urazy (uszkodzenie kory mózgowej) i subtelne urazy (piramidotomia), a procedura treningowa może być modyfikowana w zależności od ciężkości modelu urazu. Ponieważ jest półautomatyczny, zadanie pozwala eksperymentatorowi trenować wiele szczurów jednocześnie, w zależności od etapu szkolenia. To znacznie poprawia produktywność eksperymentatora i przepustowość szczurów. Zadanie jest niezawodne i powtarzalne między szczurami. Tworząc przewodnik rozwiązywania problemów (Rysunek 2) dla eksperymentatorów, do których mogą się odwoływać podczas protokołu treningowego, ustandaryzowaliśmy kilka nieprawidłowych zachowań, a także rozwiązania, aby je naprawić. Wreszcie, zadanie oferuje intuicyjny sposób analizy dużych ilości danych i daje eksperymentatorowi możliwość głębszego zagłębienia się w kinetykę supinacji.
W przyszłości będziemy wykorzystywać półautomatyczne zadanie supinacji jako platformę do oceny rodzaju, dawki i czasu rehabilitacji. Nasze laboratorium interesuje się wpływem stymulacji na poprawę funkcjonowania po urazie. Ponadto interesuje nas, w jaki sposób terapie, które stymulują naprawę neuronów lub poprawiają przewodnictwo nerwowe i komunikację, mogą wpływać na rehabilitację. Jesteśmy również zainteresowani modyfikacją zadania, aby było zgodne z elektrofizjologią, abyśmy mogli badać uczenie się motoryczne; Szczury z nasadkami na głowę rutynowo wykonują to zadanie, a dodanie komutatora do nagrywania lub stymulacji byłoby proste. Zadanie, zgodnie z opisem, jest przeznaczone dla szczurów, ale są też laboratoria eksperymentujące z wykorzystaniem myszy do tego zadania. Ogólnie rzecz biorąc, zadanie to może być wykorzystane do oceny funkcji kończyn przednich u gryzoni w wielu różnych modelach urazów i stanach chorobowych, a także do oceny strategii rehabilitacji. W przyszłości będziemy nadal ulepszać zadanie, wprowadzając ulepszenia, które pomogą zmniejszyć liczbę nieprawidłowych zachowań i poprawić wskaźnik przyswajania zadań oraz czas szkolenia.

Utrata zręczności po urazie lub chorobie układu nerwowego znacznie obniża niezależność i jakość życia osób dotkniętych chorobą 1,2,3,4. W związku z tym zręczność jest ważną miarą wyników dla zrozumienia nauki o naprawie i rehabilitacji neuronów, a także podstaw neuronalnej kontroli ruchu i uczenia się motorycznego. Tradycyjnie, zadania manualne, takie jak sięganie pojedynczych granulek, manipulacja makaronem i skala kończyn przednich Irvine, Beatties i Bresnahan (IBB) były używane do oceny zręczności u zwierząt, w szczególności gryzoni 5,6,7. Zadania te zostały spopularyzowane ze względu na minimalny czas ich przyswajania. Mają one jednak charakter jakościowy, są pracochłonne dla eksperymentatora, a czasami niewrażliwe na upośledzenie funkcjonalne po urazie z subtelnymi deficytami 5,7,8,9. Te ograniczenia tradycyjnych zadań pobudziły rozwój bardziej ilościowych pomiarów funkcji motorycznych u zwierząt, w szczególności sięgania kończynami przednimi.
Automatyzacja zadań ma kilka zalet, a mianowicie obiektywność, zwiększoną przepustowość i skrócony czas analizy. Nowe zautomatyzowane zadania zapewniają bardziej czułą miarę oceny zręczności po urazie niż konwencjonalne zadania 8,10. Ponadto pozwalają na adaptacyjny trening i testy, które dostosowują trudność treningu i testowania do wydajności zwierzęcia. Wreszcie, zautomatyzowane zadania generują duże ilości danych, co ma dwie zalety. Po pierwsze, wzrost ilości danych zarówno w ramach badania, jak i liczby badań zwiększa moc statystyczną badania. Po drugie, daje neuronaukowcom większy zestaw danych, na podstawie których mogą dokładniej badać uczenie się, trening i kompensację motoryczną poprzez analizę informacji kinetycznych i kinematycznych 11.
Kilka grup próbowało zautomatyzować tradycyjne zadania. Kamery o dużej prędkości mogą być używane do zbierania danych kinematycznych z zadań takich jak zadanie docierania do pojedynczej kulki 12. Alaverdashvili i Wishaw użyli szybkich kamer do uchwycenia ruchów sięgających i przeanalizowania ruchów cyfr za pomocą oprogramowania do pomiaru ruchu klatka po klatce Peak Motus 13. Jednak to oprogramowanie nie identyfikuje cyfr za pomocą wizji komputerowej, ale zamiast tego wymaga od eksperymentatora digitalizacji ruchomych punktów za pomocą kursora. Dodatkowo, niektóre zadania zostały wykorzystane w połączeniu z karmnikami i klatkami, aby zautomatyzować proces trenowania 14,15,16.
Inne grupy używały czujników siły, jak również szybkich kamer, aby ocenić przestrzenne dopasowania i siłę w umiejętnym sięganiu kończynami przednimi za pomocą manipulacji makaronem, podczas gdy inne zaprojektowały zadania do rejestrowania bardziej złożonych ruchów 17. Jednym z takich zadań jest zadanie polegające na wyciąganiu i ciągnięciu, które wykorzystuje urządzenie robotyczne o trzech stopniach swobody do rejestrowania płaskich i obrotowych ruchów kończyn przednich szczura 18. Ma to swoje zalety w postaci możliwości pomiaru kinetyki ruchów, ale przy wzroście złożoności i kosztów.
Tutaj demonstrujemy półautomatyczne zadanie kończyn przednich, które mierzy supinację u szczurów 8. Supinacja kończyn przednich to obrót łapy od dłoni w dół do dłoni w górę. Supinacja jest zarówno doskonałym markerem funkcji dróg korowo-rdzeniowych, jak i klinicznie istotnym ruchem u ludzi, który jest wymagany do codziennych czynności życiowych 8,19,20. Ponadto supinacja jest bardzo wrażliwa na urazy i inaktywację, zwłaszcza w porównaniu z pojedynczym granulem osiągającym 8. Zadanie supinacji, opracowane we współpracy między Burke Medical Research Institute i Uniwersytetem Teksańskim w Dallas, mierzy ruch obrotowy w płaszczyźnie poziomej 8,10. Szczury umieszcza się w pudełku behawioralnym (<silna klasa="xfig">Ryc. 1A) i szkoli się je do wykonywania trzech ruchów (<silna klasa="xfig">Ryc. 1B): sięgaj przez prostokątny otwór; chwyć kuliste manipulandum; supinować pod wyznaczonym kątem.
Zadanie zachowania jest kontrolowane przez oprogramowanie komputerowe (Rysunek 1C). Oprogramowanie sterujące wysyła instrukcje do mikrokontrolera, który jest podłączony do automatycznego pozycjonera, enkodera optycznego, głośnika i zasilacza. Mikrokontroler i jego połączenia peryferyjne są określane jako skrzynka mikrokontrolera. Informacje przepływają z enkodera optycznego do mikrokontrolera, następnie do komputera, a następnie z powrotem do mikrokontrolera. Jeśli oprogramowanie sterujące zasygnalizowało mikrokontrolerowi, że próba zakończyła się sukcesem, mikrokontroler uruchamia podajnik w celu dozowania granulki. Na początku każdej sesji oprogramowanie sterujące przekazuje informacje o stoliku do mikrokontrolera, który kieruje autopozycjonerem ustawienie pokrętła w określonej odległości stolika od apertury. Automatyczny pozycjoner może być również obsługiwany ręcznie za pomocą strzałek znajdujących się na autopozycjonerze. Enkoder optyczny rejestruje dane z częstotliwością 100 Hz i mierzy zmiany kąta. Wszystkie dane są przechowywane w formacie binarnym.
Eksperymentator wykorzystuje sekwencyjne etapy treningu w oprogramowaniu, aby wytrenować szczura od przyzwyczajenia do supinacji pod wcześniej określonym kątem i wskaźnikiem sukcesu. Podczas habituacji gałka manipulandum jest umieszczana w okienku apertury bez żadnej przeciwwagi. Po tygodniu ściśle nadzorowanego treningu szczur kojarzy gałkę z nagrodą i zaczyna samodzielnie obracać gałkę. Gdy szczur jest w stanie obracać się niezależnie, pokrętło jest cofane do 1,25 cm w krokach co 0,25 cm, aż szczur będzie mógł obracać się niezależnie o 1,25 cm. Następnie przeciwwagę dodaje się w odstępach co 1 g od 3 g do 6 g. Zautomatyzowane etapy treningu uczą zwierzę do supinacji pokrętła pod kątem 6 g do 75 stopni. Ten etap szkolenia jest w dużej mierze bez nadzoru; Gdy szczury przyjmą zadanie w odpowiedniej formie (omówione poniżej), kontynuują prawidłową supinację. Trening jest zakończony, gdy szczury supinują pod kątem 75 stopni ze wskaźnikiem sukcesu (współczynnikiem trafień) wynoszącym 75% 8. W tym miejscu opisujemy typowy protokół treningowy i przedstawiamy rozwiązania typowych problemów, z którymi się spotkaliśmy. Pokazujemy postęp reprezentatywnych szczurów, którym się powiodło i którym nie powiodło się za pomocą protokołu treningowego i pokazujemy, że zadanie można zmodyfikować, aby wykazać upośledzenie funkcjonalne z subtelnymi lub poważniejszymi deficytami.

<table><tbody><tr><td>Klatka podstawowa - model szczura</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Kontroler</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Moduł zachowania</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>Supination Task, metakrylan Podwójne pokrętła stop</td></tr><tr><td>Dozownik pelletu - 45mg</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Autopozycjoner</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>45 mg, smak czekoladowy, 50 000/pudełko</td><td>Bio-Serv</td><td>F0299</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Stacja robocza HP Z230 Tower</td><td>Stacja robocza HP</td> N<td>/A</td> Intel <td>Xeon CPU E3-1225 v3 @ 3,20 GHz, 16 GB pamięci RAM, 1 TB HDD. Minimalne wymagania: 8 GB pamięci RAM, procesor wielordzeniowy</td></tr><tr><td>Dexterity Burke</td><td>Medical Research Institute</td><td></td><td>Oprogramowanie Matlab do analizy danych</td></tr><tr><td>Enviropak</td><td>WF Fisher and Son</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr></tbody></table>

zadanie supinacji gałki: półautomatyczna metoda oceny funkcji kończyn przednich u szczurów

The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

Zadania, które dokładnie mierzą zręczność w modelach zwierzęcych, są kluczowe dla zrozumienia funkcji ręki. Obecne zadania behawioralne szczurów, które mierzą zręczność, w dużej mierze wykorzystują analizę wideo sięgania lub manipulacji jedzeniem. Chociaż zadania te są łatwe do wdrożenia i są solidne w różnych modelach chorób, są one subiektywne i pracochłonne dla eksperymentatora. Automatyzacja tradycyjnych zadań lub tworzenie nowych zautomatyzowanych zadań może sprawić, że zadania będą bardziej wydajne, obiektywne i ilościowe. Ponieważ szczury są mniej zręczne niż naczelne, uszkodzenie ośrodkowego układu nerwowego (OUN) powoduje bardziej subtelne deficyty zręczności, jednak supinacja jest silnie zaburzona u gryzoni i ma kluczowe znaczenie dla funkcji ręki u naczelnych. Dlatego zaprojektowaliśmy półautomatyczne zadanie, które mierzy supinację kończyn przednich u szczurów. Szczury są szkolone, aby sięgać i chwytać manipulandum w kształcie gałki oraz obracać manipulandum w supinacji, aby otrzymać nagrodę. Szczury mogą zdobyć tę umiejętność w ciągu 20 ± 5 dni. Podczas gdy wczesna część szkolenia jest ściśle nadzorowana, większość szkolenia odbywa się bez bezpośredniego nadzoru. Zadanie niezawodnie i powtarzalnie rejestruje subtelne deficyty po urazie i pokazuje regenerację funkcjonalną, która dokładnie odzwierciedla kliniczne krzywe rekonwalescencji. Analiza danych odbywa się za pomocą specjalistycznego oprogramowania za pośrednictwem graficznego interfejsu użytkownika, który został zaprojektowany tak, aby był intuicyjny. Podajemy również rozwiązania typowych problemów napotykanych podczas treningu i pokazujemy, że drobne korekty zachowania na wczesnym etapie treningu powodują niezawodne nabycie supinacji. W ten sposób zadanie supinacji gałki zapewnia wydajną i ilościową ocenę ruchu krytycznego dla zręczności u szczurów.

Na wczesnym etapie treningu eksperymentator poświęca więcej czasu na kształtowanie zachowania szczura. W miarę jak szczury zaczynają kojarzyć supinację z nagrodą, czas bezpośredniej pracy z zwierzęciem ulega skróceniu (Rysunek 3A). Podczas habituacji, kojarzenia nagrody i treningu z przeciwwagą, pełny czas sesji (30 min) jest poświęcony na wykonanie zadania. Jednak po tym, jak szczur opanuje supinację z obciążeniem 6 g, czas poświęcony na zadanie stopniowo zmniejsza się do około 15 min, wraz ze zwiększaniem się kąta supinacji u szczura. Ostatecznie, gdy szczur osiągnie poziom bazowy, czas pracy nad zadaniem jest minimalny; eksperymentator musi jedynie umieścić szczura w boksie behawioralnym i uruchomić program. Maksymalna liczba szczurów, z którymi eksperymentator może pracować jednocześnie, wynosi dwa podczas kojarzenia nagrody, cztery podczas treningu z przeciwwagą i treningu do poziomu bazowego oraz tyle, ile jest dostępnych boksów podczas oceny bazowej i testowania po urazie. Średnio 75% szczurów (n = 56) opanowuje zadanie.
Po tym, jak szczur powiązał supinację z nagrodą, następuje pozytywna progresja kąta supinacji u zwierzęcia (Rycina 3B). Na Rycynie 3B widać, że między 3. a 7. dniem szczur przeszedł z przeciwwagi 3 g na 6 g. Po treningu z przeciwwagą nastąpił krótki okres treningu adaptacyjnego od 7. do 9. dnia, podczas którego supinacja zwiększyła się z 26 do 30 stopni. Ze względu na niewielkie zmiany, od 9. do 18. dnia zastosowano próg statyczny. W tym okresie szczur stopniowo zwiększył zakres supinacji z 30 stopni do 75 stopni w ciągu 8 dni. W trakcie treningu występuje zmienność między dniami, w szczególności w 12. i 14. dniu. Ogólnie jednak widoczny jest trend wzrostowy kąta supinacji. Pod koniec 17. dnia po habituacji szczur zarejestrował pierwszą wartość bazową, a po czterech kolejnych sesjach zakończył ocenę bazową. Od habituacji do rejestracji czwartej wartości bazowej protokół treningowy trwa średnio 20 ± 5 dni.
Podczas gdy obserwowanie idealnego postępu w protokole treningowym jest istotne, równie ważne jest przeanalizowanie nieudanego przebiegu (Rysunek 4). Na Rysunku 4A pomarańczowa linia przedstawia szczura, który pomyślnie ukończył protokół, niebieska linia przedstawia szczura, który nie ukończył zadania, a szare linie przedstawiają kolejnych sześć szczurów, które odniosły sukces. Szczury, które ukończyły protokół, osiągnęły poziom bazowy w 15 ± 0,6 dnia (n = 7). Reprezentatywny szczur, który ukończył zadanie, stosuje chwyt na godzinie 1, natomiast szczur, który nie ukończył zadania, stosuje chwyt na godzinie 3. Oba szczury powiązały pokrętło z nagrodą w ciągu 2 dni. Ponadto oba szczury wykazują podobny postęp kąta supinacji (Rysunek 4A) w ciągu pierwszych czterech dni po dodaniu przeciwwagi. Jednak po tym punkcie szczur, który ukończył zadanie, zaczyna odróżniać się od szczura, który nie ukończył zadania. Wynika to z faktu, że chwyt szczura, który nie ukończył zadania, nie mógł zostać skorygowany przed tym momentem (patrz Rysunek 2).
W przypadku szczura, który odniósł sukces, obserwuje się gwałtowny wzrost kąta supinacji, który zaczyna stabilizować się między 50 a 60 stopniami, a następnie ponownie wykazuje stały wzrost w kierunku 75 stopni. Jednak w przypadku szczura, który nie odniósł sukcesu, wzrost kąta supinacji jest bardziej stopniowy. Gdy szczur osiąga plateau w okolicy 20 stopni, jest on stymulowany do dalszej supinacji, lecz ostatecznie traci zainteresowanie zadaniem, nawet przy ręcznym karmieniu, a kąt supinacji gwałtownie spada około 15. dnia po habituacji. Mimo lekkiej poprawy po 17. dniu po habituacji, szczur ma trudności z osiągnięciem supinacji powyżej 25 stopni. Jeśli szczur nie osiągnął wartości bazowej do 20. dnia, uznaje się go za nieudanego i wyklucza z badania.
Oprócz kąta supinacji można przeprowadzić wizualną inspekcję przebiegów supinacji (Rysunek 4B-D) dla szczura, który odniósł sukces, oraz tego, któremu się nie udało. Podczas wizualnej inspekcji zwracamy uwagę na kilka charakterystyk przebiegu: nachylenie linii, latencję oraz liczbę pików w oknie czasowym próby. Nachylenie linii oblicza się jako pochodną krzywej między momentem rozpoczęcia a szczytem krzywej. Latencję oblicza się jako czas pomiędzy rozpoczęciem próby a momentem przekroczenia przez krzywą progu trafienia. Na koniec piki oblicza się, wykorzystując pochodną do znalezienia lokalnych maksimów w oknie próby. Wcześniej ustaliliśmy, że nachylenie linii, czyli prędkość, jest wiarygodną miarą kinetyki supinacji i wykazuje czułość na subtelne deficyty 8.
W pierwszej jednej trzeciej treningu po rozpoczęciu supinacji z obciążeniem 6 g (Rycyna 4B), szczur odnoszący sukces (Rycyna 4B1) wykazuje pojedynczą falę z pikiem w pobliżu 20 stopni, podczas gdy szczur nieodnoszący sukcesu (Rycyna 4B2) wykazuje podwójny obrót, czyli dwa piki, z pierwszym pikiem w pobliżu 10 stopni i drugim pikiem w pobliżu 5 stopni. W środkowej jednej trzeciej treningu (Rycyna 4C), szczur odnoszący sukces (Rycyna 4C1) wykazuje wzrost kąta piku z 20 stopni do 50 stopni z bardziej zdefiniowaną krzywą pojedynczego piku. Tymczasem szczur nieodnoszący sukcesu (Rycyna 4C2) wykazuje jedynie niewielki wzrost kąta piku do 20 stopni, ale poprawił formę; obecnie wykonuje już tylko pojedynczy obrót. Do końcowej jednej trzeciej treningu (Rycyna 4D), szczur odnoszący sukces (Rycyna 4D1) wykazuje bardzo wyraźną pojedynczą falę z pikiem około 65°, w przeciwieństwie do szczura nieodnoszącego sukcesu (Rycyna 4D2) z kątem piku 20 stopni, ale teraz z dodatkowym pikiem 15° w 2 s. Jest to kolejny dobry wskaźnik tego, że wraz ze wzrostem trudności treningu szczur nie był w stanie skorygować chwytu na godzinie 3, a w konsekwencji nie był w stanie prawidłowo wykonać supinacji. Nawet gdyby ten szczur nie został wykluczony z badania i ostatecznie byłby w stanie osiągnąć do 75 stopni, pozostałyby pytania, czy była to prawdziwa supinacja, czy supinacja z kompensacją.
Na koniec, zadanie supinacji pozwala wykryć upośledzenie funkcjonalne po wielu rodzajach urazów, w tym po uszkodzeniu cięciowym drogi korowo-rdzeniowej, głównej ścieżki ruchów dowolnych u ludzi, oraz po uszkodzeniu kory ruchowej przedniej kończyny wykonanym za pomocą iniekcji endoteliny (Rycina 5) 8,10,22. Szczury w grupie piramidotomii (fioletowy, n = 8) były szkolone w supinacji co najmniej 75° przy obciążeniu 6 g ze skutecznością 75% lub wyższą, natomiast szczury w grupie uszkodzenia kory (zielony, n = 10) były szkolone w supinacji 60° przy 7,5 g ze skutecznością 75% lub wyższą. Szczury w obu grupach wykazały gwałtowny spadek skuteczności po urazie (Rycina 5A). Skuteczność szczurów w grupie piramidotomii spadła z 90% ± 2% do 14% ± 8%. Skuteczność szczurów z uszkodzeniem kory spadła z 76% ± 1% do 10% ± 3%. Do 6. tygodnia obie grupy nadal wykazywały upośledzenie: grupa piramidotomii osiągnęła 34% ± 11%, podczas gdy grupa z uszkodzeniem kory pozostała na poziomie 16% ± 7%. Jeśli chodzi o kąt supinacji, obie grupy wykazały spadek w porównaniu okresu przed i po urazie (Rycina 5B). Ze względu na różne kryteria bazowe kątów supinacji, grupa piramidotomii miała wyższy kąt supinacji przed urazem (85° ± 2,9°) niż grupa z uszkodzeniem kory (67° ± 0,52°). W grupie piramidotomii wartość ta spadła do 38° ± 10°, natomiast w grupie z uszkodzeniem kory do 27° ± 2,9°.
<img alt="Schemat urządzenia do supinacji z etapami zadania dla szczura i interfejsem oprogramowania sterującego zadaniem do badania behawioralnego." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Opis zadania supinacji. (A) Szczur zostaje umieszczony w pleksiglasowej klatce z otworem, przez który sięga i chwyta pokrętło, które musi zostać obrócone w supinacji. Pokrętło posiada dwa ograniczniki zapobiegające kątom supinacji większym niż 100°. Pokrętło posiada również bloczek z przeciwwagą, co wytwarza moment obrotowy, który szczur musi pokonać, aby wykonać supinację. Pokrętło jest połączone z enkoderem optycznym, który mierzy kąt z dokładnością do 0,25°. Ten enkoder optyczny jest połączony z mikrokontrolerem, który z kolei jest połączony z komputerem sterującym zadaniem. Komputer wysyła sygnał do mikrokontrolera, kiedy należy uruchomić informację zwrotną w formie dźwięku i podać pelet z podajnika w przypadku spełnienia kryterium sukcesu. Mikrokontroler steruje również automatycznym pozycjonerem, którego pozycja między 0 a 1,25 cm jest określana przez etap treningu ustawiony przez komputer. (B) Szczur wykonuje zadanie w trzech kolejnych ruchach: sięganiu przez otwór, chwycaniu pokrętła chwytem siłowym w pozycji na godzinie 1:00 oraz supinacji. (C) Zadanie supinacji pokrętła jest sterowane za pomocą oprogramowania kontrolnego. Eksperymentator wprowadza imię badanego osobnika i wybiera etap treningu, a program ustawia odpowiadające temu parametry. Wykres pojedynczej udanej próby supinacji pokazano na niebiesko, natomiast sekwencję udanych i nieudanych prób pokazano odpowiednio na zielono i czerwono. Próba jest oznaczana przez oprogramowanie jako udana, jeśli kąt supinacji przekracza próg trafienia w zdefiniowanym oknie czasowym, natomiast próba jest oznaczana jako nieudana w przeciwnym razie. Ten program steruje jedną klatką. Na jednym komputerze można uruchomić jednocześnie cztery programy. Rycina została zmodyfikowana na podstawie pracy Sindhurakar et al., 2017, Neurorehabilitation and Neural Repair8. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56341/56341fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Tabela metod chwytania i manipulacji łapą; pozycje chwytu i rozwiązania dla badania suprowacji zwierząt." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Ruchy suprowacji. Schematy i opisy typowych prawidłowych oraz nieprawidłowych ruchów suprowacji występujących podczas protokołu treningowego. Prawidłowe ruchy umożliwiają rzeczywistą suprowację, podczas gdy nieprawidłowe ruchy obejmują mechanizmy kompensacyjne, które mogą uniemożliwiać rzeczywistą suprowację. Uwzględniono sugerowane rozwiązania w celu skorygowania nieprawidłowych ruchów. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56341/56341fig2large.jpg" target="_blank">Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Oś czasu i wykres wpływu treningu obciążeniowego na kąty supinacji w ciągu 20 dni; badanie behawioralne." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Protokół treningowy. (A) Standardowa oś czasu. Przewidziano pięć okresów treningowych trwających łącznie około 25 dni: habituacja (5 d), asocjacja z nagrodą (1 – 3 d), trening obciążeniowy (3 – 4 d), trening do poziomu bazowego (8 – 12 d) oraz ocena poziomu bazowego (2 – 4 d). Wzór linii na osi czasu określa czas, jaki eksperymentator musi poświęcić na zadanie podczas każdej sesji. Wraz z postępem protokołu treningowego czas poświęcony na zadanie ulega skróceniu. (B) Ogólna progresja zdolności szczura do supinacji od etapu asocjacji z nagrodą do oceny poziomu bazowego. Ogólnie obserwuje się pozytywną liniową progresję szczura w kierunku poziomu bazowego, jednak widoczna jest zmienność wyników szczura w całym protokole treningowym. Po treningu obciążeniowym następuje okres treningu adaptacyjnego, w którym próg kąta supinacji jest zmieniany, aby dopasować go do wyników szczura. Po treningu adaptacyjnym stosowany jest paradygmat statycznego progowania, aż szczur osiągnie poziom bazowy. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56341/56341fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykresy analizy stopnia supinacji; czas vs. stopnie; wyniki pomyślne vs. niepomyślne; dane eksperymentalne." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Pomyślne i niepomyślne nabycie umiejętności w zadaniu. (A) Progresja kąta supinacji w trakcie protokołu treningowego dla ośmiu szczurów, w tym siedmiu pomyślnych i jednego niepomyślnego. Jeden reprezentatywny szczur, który osiągnął kryterium bazowe (pomyślny, pomarańczowy), oraz jeden szczur niepomyślny (niebieski) zostały wykorzystane w dalszych studiach przypadków. W ciągu pierwszych siedmiu dni treningu po habituacji zarówno szczur pomyślny, jak i niepomyślny wykazały podobny postęp w kącie supinacji. W 11. dniu po habituacji szczur pomyślny supinował o 55°, podczas gdy szczur niepomyślny supinował o 25°. Po 15. dniu po habituacji u szczura pomyślnego odnotowano silną progresję wzrostową, natomiast u szczura niepomyślnego nastąpił spadek wydajności. W ostatniej trzeciej części treningu po habituacji u szczura niepomyślnego nastąpił plateau na poziomie 30°, podczas gdy szczur pomyślny supinował o 80°. (B) Średni przebieg fali (czarna linia) z 95% przedziałem ufności (pomarańczowy dla pomyślnych, niebieski dla niepomyślnych) dla pierwszej trzeciej części treningu po dodaniu przeciwobciążenia 6 g. (B1) Szczur pomyślny – pojedynczy szczyt w okolicach 20°. (B2) Szczur niepomyślny – podwójny szczyt z maksimum globalnym 10°. (C) Średni przebieg fali (czarna linia) z 95% przedziałem ufności (pomarańczowy dla pomyślnych, niebieski dla niepomyślnych) dla drugiej trzeciej części treningu po dodaniu przeciwobciążenia 6 g. (C1) Szczur pomyślny – pojedynczy szczyt przy 45°. (C2) Szczur niepomyślny – poprawiona forma z pojedynczym szczytem w pobliżu 20°. (D) Średni przebieg fali (czarna linia) z 95% przedziałem ufności (pomarańczowy dla pomyślnych, niebieski dla niepomyślnych) dla ostatniej trzeciej części treningu po dodaniu przeciwobciążenia 6 g. (D1) Szczur pomyślny – wyraźny pojedynczy szczyt przy 65°. (D2) Szczur niepomyślny – podwójny szczyt z maksimum globalnym przy 20°. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56341/56341fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Pyramidotomia a uszkodzenie korowe; współczynniki sukcesu, wykresy analizy supinacji, wyniki śledzone w tygodniach." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 5"> 
Rycina 5: Wrażliwość zadania na różne modele urazów. Szczury w grupie pyramidotomii (kolor fioletowy, n = 8) były trenowane do supinacji o kąt 75° przy obciążeniu 6 g ze współczynnikiem sukcesu 75% lub wyższym, natomiast szczury w grupie uszkodzenia korowego (kolor zielony, n = 10) były trenowane do supinacji o kąt 60° przy 6 g ze współczynnikiem 75% lub wyższym. Przedstawione dane to średnia ± błąd standardowy. (A) Współczynnik sukcesu dla uszkodzenia w wyniku pyramidotomii w porównaniu do uszkodzenia korowego. Oba modele urazów wykazały gwałtowny spadek współczynnika sukcesu z okresu przed urazem do okresu po urazie (tydzień 1). Współczynnik sukcesu dla pyramidotomii spadł z 0.90 ± 0.02 do 0.14 ± 0.08, podczas gdy współczynnik sukcesu dla uszkodzenia korowego spadł z 0.76 ± 0.01. (B) Kąt supinacji dla pyramidotomii w porównaniu do uszkodzenia korowego. Obie grupy wykazały spadek z okresu przed urazem do okresu po urazie: w grupie pyramidotomii spadek wyniósł do 38.2° ± 10.1°, podczas gdy w grupie uszkodzenia korowego spadek wyniósł do 27.1° ± 2.9°. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56341/56341fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

Ten manuskrypt opisuje półautomatyczne zadanie, które kwantyfikuje supinację u szczurów. Szczury sięgają, chwytają i supinują kuliste manipulandum. Szczur jest nagradzany śrutem, jeśli kąt skrętu przekroczy kryterium ustawione przez użytkownika. To zadanie zwiększa przepustowość, wrażliwość na urazy i obiektywizm w porównaniu z tradycyjnymi zadaniami.

Zadanie supinacji gałki: półautomatyczna metoda oceny funkcji kończyn przednich u szczurów

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity ...

Ogólnym celem tego zadania behawioralnego jest wyszkolenie szczurów w obracaniu gałki od dłoni w dół do dłoni w górę, co nazywa się supinacją. To narzędzie służy do testowania funkcji układu motorycznego przed i po urazie lub interwencji. Opracowaliśmy to zadanie, aby przetestować funkcję korowo-rdzeniową u szczurów.Odkryliśmy, że zadanie supinacji gałki jest bardziej wrażliwe na uraz korowo-rdzeniowy niż obecne zadania zręcznościowe, takie jak sięganie po śrut. To zadanie jest częściowo zautomatyzowane, dzięki czemu jest ilościowe, obiektywne i ma wysoką przepustowość. Określając ilościowo supinację, zadanie mierzy klinicznie ważny ruch, który ocenia ważną ścieżkę neuronalną.Procedurę zademonstruje Thelma Bethea, kierownik naszego laboratorium i technik badawczy. Przez cały czas trwania protokołu trenuj szczury dwa razy dziennie, raz rano i raz po południu, z co najmniej godzinnymi przerwami między sesjami. Zacznij od przyzwyczajenia szczurów, aby zapoznać je z pudełkiem testowym i obsługą.Najpierw skonfiguruj pudełko. Całkowicie wsuń pokrętło, naciskając strzałki w dół na automatycznym pozycjonerze. Następnie umieść szczura w pudełku behawioralnym na 15 minut.Po 15 minutach dotykaj każdego szczura ręcznie przez co najmniej pięć minut, aby zapoznać szczura z eksperymentatorem. Powtarzaj to przez pięć dni przed kontynuacją eksperymentu. Kolejnym etapem jest stworzenie stowarzyszenia z nagrodą.Celem jest wytrenowanie szczura, aby kojarzył przekręcanie gałki z nagrodą w postaci jedzenia. Najpierw otwórz oprogramowanie i wprowadź identyfikację szczura w polu Nazwa, a następnie ustaw scenę na K1: Knob Shaping No Pulley. Pozwala to na karmienie szczura, o ile przekręci pokrętło o więcej niż trzy stopnie podczas dwusekundowych okien nagród.Następnie umieść szczura w polu behawioralnym i naciśnij Start, aby rozpocząć sesję. Zapoznaj szczura z korytem z nagrodami, ręcznie dozując dwie lub trzy granulki i stukając w bok pudełka, w którym znajduje się koryto z nagrodami. Gdy szczur pozna lokalizację nagrody, ręcznie dozuj granulkę tylko wtedy, gdy szczur porusza się przed otworem.Spowoduje to skojarzenie nagrody z przysłoną. Gdy szczur niezawodnie przesunie się do otworu w oczekiwaniu na granulkę nagrody, kondycjonuj szczura do interakcji z manipulandum. Zachęć szczura do zaangażowania się w niego, umieszczając w pobliżu 45-miligramową kulkę.Jeśli to nie zadziała, nałóż pył granulowany bezpośrednio na manipulandum. Jeśli szczur odsunie się od otworu, dotknij pola w pobliżu manipulandum, aby przekierować jego uwagę. Nagradzaj szczura tylko wtedy, gdy dotknie gałki rękami, a nie wtedy, gdy ugryzie lub dotknie nosa manipulandum.Gdy szczur zdobędzie 10 kolejnych nagród, użyj strzałki w dół na automatycznym pozycjonerze, aby cofnąć manipulandum o 0,25 centymetra. Kontynuuj zmianę położenia manipulandum w krokach co 0,25 centymetra, aż znajdzie się w odległości 1,25 centymetra od otworu. Jest to ostateczny cel kojarzenia nagrody, a gdy szczur zrobi to w dwóch kolejnych sesjach, przechodzi do treningu z przeciwwagą.Po pół godzinie treningu zakończ sesję, naciskając Stop w oprogramowaniu. Aby przygotować się do treningu z przeciwwagą, zacznij od umieszczenia trzygramowej przeciwwagi na manipulandum w punkcie mocowania w kształcie litery L. Następnie przełóż cięciwę przeciwwagi przez koło pasowe, aż przeciwwaga będzie swobodnie zwisać.Aby uruchomić sesję, najpierw otwórz oprogramowanie, wprowadź imię szczura i ustaw scenę na K2: Knob Shaping Pulley. To sprawia, że manipulandum znajduje się 1,25 centymetra od otworu. Następnie włóż szczura do pudełka behawioralnego i naciśnij Start w oprogramowaniu, aby rozpocząć sesję.Po 100 lub więcej udanych próbach zakończ sesję, naciskając przycisk Stop w oprogramowaniu. Gdy szczur zakończy dwie kolejne sesje z ponad 100 udanymi próbami, zwiększ masę przeciwwagi o jeden gram w następnej sesji. Postępując zgodnie z tym programem, stopniowo zwiększaj wagę do sześciu gramów w ciągu średnio sześciu sesji.Podczas tego treningu konieczne jest, aby prawidłowy ruch supinacyjny został nagrodzony, a nieprawidłowy ruch supinacyjny został ukształtowany. Kształtowanie ruchu supinacji jest kontynuowane również w treningu podstawowym. Podczas korygowania zachowania supinacyjnego należy ręcznie ograniczyć ruch manipulandum i nagradzać dobre zachowanie supinacji, nawet jeśli się nie powiedzie, naciskając przycisk Feed na oprogramowaniu.W tym momencie wytrenuj szczury, aby supinowały do kryteriów podstawowych, które w tym przypadku polegają na obróceniu pokrętła o 75 stopni z sześciogramową przeciwwagą ze wskaźnikiem sukcesu 75% lub większym. Po ustawieniu przeciwwagi należy skorzystać z opcji KSB4:Knob Training Median 75 Max w oprogramowaniu. Spowoduje to ustawienie początkowego progu na pięć stopni.Ustawia minimalny próg trafienia na 15 stopni i ustawia maksymalny próg trafienia na 75 stopni. Oprogramowanie automatycznie zwiększy minimalny próg obracania pokrętła w oparciu o tożsamość szczura i jego przeszłe wyniki, więc wkład użytkownika jest w tym momencie zminimalizowany. Po 30 minutach przerwij sesję.Po około 10 dniach lub 20 sesjach większość szczurów kończy etap adaptacyjny i jest w stanie przekręcić pokrętło do średniego kąta szczytowego 75 stopni lub większego. Po zakończeniu treningu podstawowego przejdź szczura do następnej fazy treningu, która jest obsługiwana przez etap oprogramowania K27:75 Degrees. Aby zakończyć sesje na tym etapie, naciśnij stop po 30 minutach lub 100 próbach, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej.Utrzymuj każdego szczura na tym etapie szkolenia, dopóki nie będzie w stanie ukończyć czterech kolejnych linii bazowych ze wskaźnikiem sukcesu 75% lub wyższym. Wytrenowany szczur może być następnie wykorzystany do eksperymentalnych manipulacji, wykorzystując to zadanie jako miarę funkcji kończyn przednich. Z puli 56 szczurów 75% nabyło początkowe zadanie.Ten etap obejmował najbardziej praktyczne szkolenie. Następnie szczury przeszły do używania sześciogramowej przeciwwagi w siódmym dniu, a następnie spędziły 10 dni ucząc się obracać gałką z ogólną tendencją wzrostową kąta supinacji. Do 17 dnia większość szczurów odnotowała swoją pierwszą linię wyjściową, a jeśli szczur nie osiągnął wartości wyjściowej do 20 dnia, był usuwany z badania.Szczur, któremu się nie powiodło, może wykazywać postęp przez kilka dni, ale nie będzie w stanie awansować z grupą, ponieważ nie pracuje z prawidłowym chwytem. W pierwszej trzeciej części treningu szczur może zacząć supinować, ale forma falowa jego działania może ujawnić, że wykonuje dwie tury, podczas gdy szczury, które odniosły sukces, potrzebują tylko jednego. W środkowej jednej trzeciej treningu normalny wzrost kąta piku od 20 do 50 stopni, który wiąże się ze zdefiniowaną krzywą pojedynczego szczytu, może wykazywać tylko marginalny wzrost kąta szczytowego u szczurów, które nie potrafią prawidłowo supinować.W ostatniej trzeciej części treningu powinna pojawić się bardzo wyraźna forma pojedynczej fali; Jednak szczur, któremu się nie powiodło, może wykazywać kąt piku znacznie poniżej wymaganego kryterium sukcesu, oprócz wielu szczytów. Szczur, któremu się nie powiodło, może w końcu nauczyć się zadania, ale może to również zrobić z kompensacją bez supinacji, co sprawia, że szczur nie jest wskazany do stosowania w dalszych badaniach. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak trenować szczury do wykonywania supinacji kończyn przednich na początku badania i rozwiązywania problemów z nieprawidłowymi ruchami supinacji.Pamiętaj, aby zachować czujność i spostrzegawczość, podczas gdy szczury uczą się supinacji. Korygowanie zachowań supinacyjnych na wczesnym etapie ma kluczowe znaczenie dla powodzenia tej procedury treningowej. Ogólnie rzecz biorąc, procedura ma być efektywna czasowo.Gdy szczury osiągną linię bazową, eksperymentator musi tylko umieścić szczura w pudełku, uruchomić oprogramowanie, a następnie usunąć szczura po zakończeniu sesji. Oprócz tego filmu na naszej stronie internetowej laboratorium dostępnych jest kilka zasobów. Dziękuję i życzę powodzenia w eksperymentach.

the-knob-supination-task-semi-automated-method-for-assessing-forelimb

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Testy manipulacji Vermicelli i Capellini służące do oceny sprawności przednich łap wykorzystują naturalną skłonność gryzoni do manipulowania produktami spożywczymi za pomocą precyzyjnych ruchów przednich łap i palców. Zwierzęta są nagrywane podczas manipulowania krótkimi nitkami surowego, suchego makaronu. Odtwarzanie wideo w zwolnionym tempie umożliwia ilościową ocenę korekt ułożenia przednich łap.

Testy manipulacji nitkami vermicelli i capellini: proste ilościowe pomiary sprawności chwytnej przedniej łapy u szczurów i myszy

W niniejszej pracy opiszemy test behawioralny dla gryzoni, który pozwala wykryć powrót funkcji zarówno proksymalnych, jak i dystalnych części przedniej kończyny, w tym ruchów palców, podczas naturalnie występującego zachowania, które nie wymaga intensywnego treningu ani deprywacji w celu zwiększenia motywacji.

Nowa metoda oceny funkcji proksymalnej i dystalnej kończyny przedniej u szczura: skala kończyny przedniej Irvine'a, Beattiesa i Bresnahana (IBB)

Ponieważ sprawność manualna jest domeną głównie naczelnych, w badaniach nad małpami makakami opracowano zadania behawioralne. Cztery zadania dotyczące sięgania i chwytania, mierzące siłę oraz zdolność manipulacji dłonią, pozwalają na ustalenie stopnia regeneracji funkcjonalnej po uszkodzeniu ośrodkowego układu nerwowego oraz na przetestowanie efektów zastosowanego leczenia.

Behawioralna ocena sprawności manualnej u naczelnych innych niż człowiek

Opisano trzy nowe testy behawioralne (zmiana kroku kończyny przedniej, test niestabilności postawy, test obchodzenia się z makaronem) do oceny funkcji kończyn przednich po urazie rdzenia kręgowego w odcinku szyjnym u gryzoni.

Ocena funkcji kończyn przednich po jednostronnym SCI szyjki macicy za pomocą nowych zadań: zmiana kroku kończyny, niestabilność postawy i obchodzenie się z makaronem

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

Przedstawiamy protokół do stworzenia modelu masywnego krwotoku pontine u szczura poprzez podwójne wstrzyknięcie krwi autologicznej.

Masywny krwotok mostowy przez podwójne wstrzyknięcie krwi autologicznej

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

Poznaj półautomatyczną metodę oceny supinacji u szczurów do badania funkcji kończyn przednich i uszkodzeń kortykospinalnych. To narzędzie zwiększa przepustowość, czułość i obiektywność pomiarów motorycznych.

Zadanie supinacji gałki: półautomatyczna metoda oceny funkcji kończyn przednich u szczurów

Przeglądaj więcej filmów