Name: Monitorowanie uczenia się motorycznego małego i asocjacyjnego u myszy za pomocą drabiny Erasmusa (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-12-15T14:20:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: Poznaj metodę oceny uczenia się motorycznego u myszy za pomocą drabiny Erasmusa. To zautomatyzowane, nieinwazyjne podejście umożliwia precyzyjną analizę zachowań motorycznych i plastyczności nerwowej.

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

Dziękujemy technikowi audiowizualnemu i producentowi wideo Rebece De las Heras Ponce, a także głównemu weterynarzowi Gonzalo Moreno del Val, za nadzór nad dobrymi praktykami podczas eksperymentów na myszach. Praca została sfinansowana z grantów z GVA Excellence Program (2022/8) i Hiszpańskiej Agencji Badawczej (PID2022143237OB-I00) dla Isabel Pérez-Otaño.

W obecnym badaniu wykorzystano dorosłe (2-3 miesiące) myszy C57BL/6J obu płci. Zwierzęta trzymano w pomieszczeniach od dwóch do pięciu sztuk w klatce z dostępem ad libitum do pożywienia i wody w jednostce zwierzęcej pod obserwacją i utrzymywano w środowisku o kontrolowanej temperaturze przez 12-godzinny cykl ciemności/światła. Wszystkie procedury zostały przeprowadzone zgodnie z przepisami europejskimi i hiszpańskimi (2010/63/UE; RD 53/2013) i zostały zatwierdzone przez Komisję Etyki Generalitat Valenciana oraz Komisję ds. Dobrostanu Zwierząt Universidad Miguel Hernández.
1. Konfiguracja pokoju behawioralnego
<ol>
	<li>Zarezerwuj pokój do testów behawioralnych każdego dnia o tej samej porze i ustal listę i kolejność myszy, które mają być używane, a także ustalenia dotyczące ich hostingu.</li>
	<li>Trzymaj myszy eksperymentalne poza pomieszczeniem testowym, aby nie słyszały dźwięków sprężarki powietrza i dźwięków drabiny Erasmusa, gdy nie są testowane.</li>
	<li>Sprawdź, czy wszystkie elementy systemu Erasmus Ladder są sprawne i gotowe do użycia: router sieciowy, komputer z oprogramowaniem (patrz tabela materiałów), sprężarka powietrza, dwie skrzynki bramkowe oraz drabinka z prawidłowo ustawionymi szczeblami.</li>
	<li>Dokładnie wyczyść bramki, drabinę i szczeble wodą po każdym zwierzęciu oraz wodą i 70% etanolem na koniec każdego dnia treningowego.</li>
</ol>
2. Protokół testu behawioralnego
<ol>
	<li>Utwórz eksperyment i wprowadź protokół do oprogramowania (rysunek uzupełniający S1).
	<ol>
		<li>Włącz oprogramowanie.</li>
		<li>Aby utworzyć eksperyment, wybierz pozycję Plik | Nowy eksperyment | Nowy lub Skonfigurowany | Protokół eksperymentu. 
		UWAGA: Domyślny protokół, zastosowany w tym badaniu, nosi nazwę EMC i został zaprojektowany w Centrum Medycznym Uniwersytetu Erazma w Rotterdamie.</li>
		<li>Nadaj eksperymentowi nazwę i kliknij przycisk OK.</li>
		<li>Sprawdź, czy wybrany domyślny protokół EMC składa się z 4 dni sesji bez zakłóceń (42 próby bez zakłóceń dziennie) i 4 dni sesji prowokacyjnych (42 codzienne próby mieszane: niezakłócone, tylko CS (ton), tylko US (przeszkoda), Sparowane (przeszkoda ogłaszana dźwiękiem) (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1B). W prawym panelu bocznym sprawdź również sygnał świetlny (maksymalny czas trwania 3 s), sygnał powietrzny (maksymalny czas trwania 45 s) i wiatr w plecy (Tak we wszystkich typach prób), używany do zachęcania myszy do przekroczenia drabiny, a także sygnał dźwiękowy (250 ms, Tak tylko w próbach tylko CS i sparowanych).</li>
		<li>Aby utworzyć inny protokół, wybierz pozycję Konfiguracja | Protokół eksperymentu | Nowość | Od podstaw lub skopiuj z protokołu EMC i po prostu go zmodyfikuj, edytując wiersze tabeli związane z liczbą sesji (dni eksperymentu) oraz liczbą i rodzajem prób dziennie. 
		UWAGA: Czas odpoczynku, rodzaj i aktywacja sygnałów, czas trwania, intensywność i interwał można również dostosować do pytań eksperymentalnych.</li>
		<li>Aby otworzyć listę sesji i nazwać tematy, wybierz kolejno opcje Ustawienia | Lista sesji.</li>
		<li>Kliknij Dodaj tematy i zmienne.</li>
		<li>Wprowadź każdy konkretny identyfikator myszy, datę urodzenia, płeć, genotyp i odpowiednie kategorie, postępując zgodnie z uporządkowaną listą myszy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rozpocznij sesję (rysunek uzupełniający S2).
	<ol>
		<li>Przed rozpoczęciem sprawdź, czy oprogramowanie jest otwarte, a następnie włącz drabinę.</li>
		<li>Sprawdź, czy sprężarka powietrza jest podłączona i włączona.</li>
		<li>Aby otworzyć okno Akwizycja, otwórz utworzony eksperyment.</li>
		<li>Wybierz opcję Akwizycja | Otwórz akwizycję.</li>
		<li>Umieść mysz z identyfikatorem wskazanym przez oprogramowanie w polu bramki startowej (po prawej stronie drabinki).</li>
		<li>Wybierz identyfikator myszy, który ma zostać pobrany w pierwszej sesji.</li>
		<li>Kliknij Rozpocznij pobieranie.</li>
		<li>Naciśnij 3 razy pokrętło menu czerwonej drabiny. Sprawdź, czy sesja rozpoczyna się i automatycznie kontroluje i rejestruje ruchy myszy do końca ostatniej próby sesji.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zakończ sesję.
	<ol>
		<li>Sprawdź, czy po zakończeniu 42. próby na wyświetlaczu pojawią się komunikaty Wysyłanie danych i Pozyskane.</li>
		<li>Umieść mysz z powrotem w klatce domowej.</li>
		<li>Wyczyść drabinę i skrzynki bramek.</li>
		<li>Umieść następną mysz i powtórz czynności od kroku 2.2.6.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonuj wybrany rodzaj sesji codziennie aż do końca protokołu. Powtarzaj kroki 2.2 i 2.3 każdego dnia zgodnie z wybranym protokołem.</li>
	<li>Eksportuj dane (rysunek uzupełniający S2).
	<ol>
		<li>Aby zwizualizować zarejestrowane dane, wybierz z menu Analiza, Statystyki próbne, Statystyki sesji oraz Statystyka i wykresy grupy. 
		UWAGA: Dane można pobrać w formie arkusza kalkulacyjnego z danymi dla poszczególnych badań i średnimi z tych samych typów badań w ramach sesji. Sesje można również filtrować według zmiennych wybranych do konkretnej analizy.</li>
		<li>Kliknij przycisk Eksportuj w prawym górnym rogu, wybierając format pliku (arkusz kalkulacyjny) i lokalizację folderu.</li>
		<li>Kliknij prawym przyciskiem myszy automatycznie wygenerowane wykresy i wybierz Zapisz do pliku jako *.jpg.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Analiza danych
UWAGA: Lista parametrów jest automatycznie mierzona przez Erasmus Ladder na podstawie natychmiastowego zapisu aktywności czujników dotykowych. Do analizy parametry wyjściowe wybrane przez użytkownika są organizowane i przetwarzane w arkuszach kalkulacyjnych. Wraz z wykresami generowanymi przez oprogramowanie, użytkownicy mogą generować wykresy za pomocą wybranego oprogramowania do tworzenia wykresów, aby wizualizować określone zmiany różnych parametrów w sesjach.
<ol>
	<li>Wybierz określone parametry, aby przeanalizować podstawową motywację lub stany lękowe, reakcje sensoryczne, sprawność motoryczną i uczenie się motoryczne w ciągu pierwszych 4 dni.
	<ol>
		<li>Wybierz i wykreśl parametry kontrolne, w tym czas odpoczynku w polu bramkowym i czas wyjścia z pola bramkowego po okresie odpoczynku w odpowiedzi na sygnały świetlne i powietrzne (<silna klasa="xfig">Rysunek 2A). 
		UWAGA: Czas odpoczynku lub reakcja na sygnały są względnie stałe u myszy WT. Inne parametry, takie jak częstotliwość wyjść, są w zasadzie nieistotne u myszy WT - zwierzęta rzadko opuszczają boks odpoczynku bez wskazówek lub wracają raz do drabiny, co skutkuje częstotliwością wychodzenia równą 1 na próbę. Jeśli zwierzę wyjdzie przed zastosowaniem wskazówek, aktywuje się przepływ powietrza, zmuszając mysz do powrotu do pola bramkowego; Nie jest to liczone jako wersja próbna przez oprogramowanie.</li>
		<li>Wybierz i wykreśl czas na drabince po wskazówkach, mierzony jako czas spędzony na przechodzeniu przez drabinę po opuszczeniu pola bramki przez mysz (<silna klasa="xfig">Rysunek 2B). 
		UWAGA: Regresja nieliniowa potęgowa jest solidną metodą oceny uczenia się. Współczynniki Pearsona lub Spearmana (R) będą miarą tego, czy dopasowanie danych jest dobre (wartości R bliskie jeden, gdy zwierzęta uczą się/poprawiają w trakcie sesji; Wartości R bliskie 0 oznaczają, że dane są stałe, a myszy się nie uczą).</li>
		<li>Wybierz i wykreśl parametry wzorca krokowego, takie jak procent prób z błędnymi krokami, jako czuły parametr uczenia się (<silna klasa="xfig">Rysunek 2C).
		<ol>
			<li>Zdefiniuj prawidłowy krok jako stopień z wysokiego szczebla na inny wysoki szczebel (H-H), niezależnie od długości stopnia. Typy stopni, które obejmują niższy szczebel, należy traktować jako błędy.</li>
			<li>Podziel poprawne kroki i pomyłki na krótkie i długie, kroki w tył i skoki w zależności od długości i kierunkowości kroku między wciśniętymi szczeblami (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 1A).</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wybierz i wykreśl konkretne parametry, aby ocenić zakłócone uczenie motoryczne (badania tylko w USA) i uczenie się asocjacyjne (próby w parach) w ciągu ostatnich 4 dni.
	<ol>
		<li>Wybierz i narysuj czas na drabince po wskazówkach (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 3).</li>
		<li>Wybierz i wykreśl procent prób z błędnymi krokami (<silna klasa="xfig">Rysunek 4A).</li>
		<li>Wybierz i wykreśl czasy kroku przed i po perturbacji, zdefiniowane jako różnica precyzji ms między aktywacją szczebli tuż przed (krok kontrolny) i po przeszkodzie (stopień dostosowany) po tej samej stronie drabiny (<silna klasa="xfig">Rysunek 4B). 
		UWAGA: Należy przeprowadzić analizę czasów przed i po perturbacji, aby porównać dane w każdym typie sesji. Parametr mierzy zdolność myszy do przewidywania i pokonywania przeszkód podczas uczenia się asocjacyjnego.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Analizuj dane za pomocą dedykowanego oprogramowania statystycznego (np. SigmaPlot). Wykonaj analizę regresji nieliniowej mocy danych zebranych z tego samego typu badania we wszystkich sesjach, aby bardziej efektywnie opisać proces uczenia się i użyj dwukierunkowej ANOVA powtarzanych miar (RM) do porównania typów badań.</li>
</ol>

Automated Assessment of Fine Motor Performance in Mice Using the Erasmus Ladder

<ol><li>Brooks, S. P., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tests+to+assess+motor+phenotype+in+mice%3A+a+user%27s+guide%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Rev.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Tests to assess motor phenotype in mice: a user's guide.</a> Nat. Rev. Neurosci. 10 (7), 519-529 (2009).</li>
<li>Noldus. , https://www.noldus.com/erasmusladder (2023).</li>
<li>Cupido, A., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Detecting+cerebellar+phenotypes+with+the+Erasmus+ladder%5B%5D%22">Detecting cerebellar phenotypes with the Erasmus ladder[dissertation]</a>. , Erasmus University Rotterdam PhD dissertation. (2009).</li>
<li>Van Der Giessen, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+olivary+electrical+coupling+in+cerebellar+motor+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Role of olivary electrical coupling in cerebellar motor learning.</a> Neuron. 58 (4), 599-612 (2008).</li>
<li>Vinueza Veloz, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+effect+of+an+mGluR5+inhibitor+on+procedural+memory+and+avoidance+discrimination+impairments+in+Fmr1+KO+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Genes+Brain+Behav%22%5BJournal%5D)">The effect of an mGluR5 inhibitor on procedural memory and avoidance discrimination impairments in Fmr1 KO mice.</a> Genes Brain Behav. 11 (3), 325-331 (2012).</li>
<li>Vinueza Veloz, M. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebellar+control+of+gait+and+interlimb+coordination%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Struct.+Funct%22%5BJournal%5D)">Cerebellar control of gait and interlimb coordination.</a> Brain Struct. Funct. 220 (6), 3513-3536 (2015).</li>
<li>Sathyanesan, A., Kundu, S., Abbah, J., Gallo, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neonatal+brain+injury+causes+cerebellar+learning+deficits+and+Purkinje+cell+dysfunction%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Neonatal brain injury causes cerebellar learning deficits and Purkinje cell dysfunction.</a> Nat. Commun. 9 (1), 3235(2018).</li>
<li>Sathyanesan, A., Gallo, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cerebellar+contribution+to+locomotor+behavior%3A+A+neurodevelopmental+perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Learn+Mem%22%5BJournal%5D)">Cerebellar contribution to locomotor behavior: A neurodevelopmental perspective.</a> Neurobiol. Learn Mem. 165, 106861(2019).</li>
<li>McKenzie, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+skill+learning+requires+active+central+myelination%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Motor skill learning requires active central myelination.</a> Science. 346 (6207), 318-322 (2014).</li>
<li>Xiao, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rapid+production+of+new+oligodendrocytes+is+required+in+the+earliest+stages+of+motor-skill+learning%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Rapid production of new oligodendrocytes is required in the earliest stages of motor-skill learning.</a> Nat. Neurosci. 19 (9), 1210-1217 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

Drabina Erasmusa oferuje wiele korzyści w zakresie oceny fenotypu motorycznego, wykraczające poza obecne podejścia. Testy są łatwe do przeprowadzenia, zautomatyzowane, powtarzalne i pozwalają badaczom oceniać różne aspekty zachowań motorycznych oddzielnie przy użyciu jednej kohorty myszy. W obecnym badaniu odtwarzalność pozwoliła na wygenerowanie solidnych danych na niewielkiej liczbie myszy WT, wykorzystując cechy urządzenia, projekt eksperymentalny i metody analizy. Na przykład, w porównaniu z tradycyjnymi testami chod...

Opracowano różne testy do oceny fenotypów motorycznych u myszy. Każdy test dostarcza informacji na temat określonego aspektu zachowania motorycznego1. Na przykład test w otwartym polu informuje o ogólnej lokomocji i stanie lękowym; badania koordynacji i równowagi przy użyciu rotarod i belki kroczącej; Analiza śladów stóp dotyczy chodu; bieżnia lub koło do biegania podczas wymuszonych lub dobrowolnych ćwiczeń fizycznych; A złożone koło polega na nauce umiejętności motorycznych. Aby przeanalizować fenotypy motoryczne myszy, badacze muszą wykonywać te testy sekwencyjnie, co wiąże się z dużo czasu i wysiłku, a często także z kilkoma kohortami zwierząt. Jeśli informacje znajdują się na poziomie komórkowym lub obwodów, badacz zwykle decyduje się na test, który monitoruje powiązany aspekt i na tej podstawie podąża. Brakuje jednak paradygmatów, które dyskryminują różne aspekty zachowań motorycznych w sposób zautomatyzowany.
Ten artykuł opisuje protokół korzystania z Erasmus Ladder2,3, systemu, który pozwala na kompleksową ocenę różnych cech motorycznych u myszy. Główne zalety to powtarzalność i czułość metody, a także zdolność do miareczkowania trudności motorycznych i oddzielania deficytów w sprawności motorycznej od upośledzonego asocjacyjnego uczenia się motorycznego. Główny element składa się z poziomej drabiny z naprzemiennie wysokimi (H) i niskimi (L) szczeblami, wyposażonymi w czujniki dotykowe, które wykrywają położenie myszy na drabinie. Drabina wykonana jest z 2 x 37 szczebli (L, 6 mm; H, 12 mm) oddalone od siebie o 15 mm i ustawione naprzemiennie od lewej i prawej z odstępami 30 mm (<silna klasa="xfig">Rysunek 1A). Szczeble można przesuwać pojedynczo, aby generować różne poziomy trudności, czyli tworzyć przeszkodę (podnosząc wysokie szczeble o 18 mm). W połączeniu z automatycznym systemem rejestracji i kojarzeniem modyfikacji wzorca szczebli z bodźcami sensorycznymi, drabinka Erasmusa przeprowadza testy w zakresie uczenia się motoryki małej i adaptacji sprawności motorycznej w odpowiedzi na wyzwania środowiskowe (pojawienie się wyższego szczebla w celu symulacji przeszkody, bodziec bezwarunkowy [US]) lub skojarzenie z bodźcami sensorycznymi (ton, bodziec warunkowy [CS]). Testowanie obejmuje dwie odrębne fazy, z których każda ocenia poprawę sprawności motorycznej w ciągu 4 dni, podczas których myszy przechodzą sesję 42 kolejnych prób dziennie. W początkowej fazie myszy są szkolone w poruszaniu się po drabinie, aby ocenić "dobre" lub "wykwalifikowane" uczenie się motoryczne. Druga faza składa się z prób przeplatanych, w których na drodze poruszającego się zwierzęcia pojawia się przeszkoda w postaci wyższego szczebla. Zaburzenie może być nieoczekiwane w przypadku oceny "trudnego" uczenia się motorycznego (próby tylko w USA) lub ogłoszone tonem słuchowym w celu oceny "asocjacyjnego" uczenia się motorycznego (próby w parach).
Drabina Erasmusa została opracowana stosunkowo niedawno2,3. Nie był szeroko stosowany, ponieważ konfiguracja i optymalizacja protokołu wymagała skoncentrowanego wysiłku i została specjalnie zaprojektowana do oceny zależnego od móżdżku uczenia się asocjacyjnego bez szczegółowego badania jego potencjału do ujawniania innych deficytów motorycznych. Do tej pory został potwierdzony pod kątem jego zdolności do ujawniania subtelnych zaburzeń motorycznych związanych z dysfunkcją móżdżku u myszy3,4,5,6,7,8. Na przykład myszy z nokautem connexin36 (Cx36), u których połączenia szczelinowe są upośledzone w neuronach oliwkowych, wykazują deficyty zapłonu z powodu braku sprzężenia elektrotonicznego, ale fenotyp motoryczny był trudny do określenia. Testy z wykorzystaniem drabiny Erasmusa sugerowały, że rola dolnych neuronów oliwkowych w zadaniu uczenia się motorycznego móżdżku polega na kodowaniu precyzyjnego kodowania czasowego bodźców i ułatwianiu zależnych od uczenia się reakcji na nieoczekiwane zdarzenia3,4. Mysz z nokautem rybonukleoproteiny 1 (Fmr1) z łamliwym chromosomem X Messenger, model zespołu łamliwego chromosomu X (FXS), wykazuje dobrze znane upośledzenie poznawcze wraz z łagodniejszymi defektami w tworzeniu pamięci proceduralnej. Nokauty Fmr1 nie wykazały znaczących różnic w czasie kroków, błędnych krokach w próbie lub poprawie sprawności motorycznej w porównaniu z sesjami w drabinie Erasmusa, ale nie dostosowały swojego wzorca chodu do nagle pojawiającej się przeszkody w porównaniu z ich rodzeństwem z miotu typu dzikiego (WT), potwierdzając specyficzne deficyty pamięci proceduralnej i asocjacyjnej3,5. Co więcej, specyficzne dla komórek myszy zmutowane linie z defektami funkcji móżdżku, w tym upośledzoną wydajnością komórek Purkinjego, wzmocnieniem i wyjściem interneuronów warstwy molekularnej lub komórek ziarnistych, wykazywały problemy w koordynacji ruchowej ze zmienionym nabywaniem efektywnych wzorców kroków i liczbą kroków podejmowanych w celu przekroczenia drabiny6. Uszkodzenie mózgu u noworodka powoduje deficyty uczenia się móżdżku i dysfunkcję komórek Purkinjego, które można również wykryć za pomocą Erasmus Ladder7,8.
W tym filmie prezentujemy obszerny przewodnik krok po kroku, który szczegółowo opisuje konfigurację pokoju behawioralnego, protokół testu behawioralnego i późniejszą analizę danych. Ten raport został opracowany tak, aby był dostępny i przyjazny dla użytkownika i został zaprojektowany specjalnie po to, aby pomóc nowicjuszom. Protokół ten zapewnia wgląd w różne fazy treningu motorycznego i oczekiwane wzorce motoryczne, które przyjmują myszy. Wreszcie, w artykule zaproponowano systematyczny przepływ pracy do analizy danych przy użyciu potężnego podejścia regresji nieliniowej, wraz z cennymi zaleceniami i sugestiami dotyczącymi adaptacji i zastosowania protokołu w innych kontekstach badawczych.

<table><tbody><tr><td>Myszy C57BL/6J (Mus musculus)</td><td>Charles Rivers</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Erasmus Ladder</td><td>Noldus, Wageningen, Holandia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie Erasmus Ladder 2.0</td><td>Noldus, Wageningen, Holandia</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie Excel</td><td>Microsoft&nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Oprogramowanie Sigmaplot</td><td>Systat Software, Inc.</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

monitorowanie uczenia się motorycznego małego i asocjacyjnego u myszy za pomocą drabiny erasmusa

Monitoring Fine and Associative Motor Learning in Mice Using the Erasmus Ladder

Zachowanie jest kształtowane przez działania, a działania wymagają umiejętności motorycznych, takich jak siła, koordynacja i nauka. Żadne z zachowań niezbędnych do podtrzymania życia nie byłoby możliwe bez zdolności do przechodzenia z jednej pozycji do drugiej. Niestety, zdolności motoryczne mogą być zagrożone w wielu chorobach. Dlatego badanie mechanizmów funkcji motorycznych na poziomie komórkowym, molekularnym i obwodowym, a także zrozumienie objawów, przyczyn i progresji zaburzeń motorycznych, ma kluczowe znaczenie dla opracowania skutecznych metod leczenia. W tym celu często wykorzystuje się modele mysie.
Ten artykuł opisuje protokół, który pozwala na monitorowanie różnych aspektów sprawności motorycznej i uczenia się u myszy za pomocą zautomatyzowanego narzędzia o nazwie Erasmus Ladder. Test składa się z dwóch faz: fazy początkowej, w której myszy są szkolone do poruszania się po poziomej drabinie zbudowanej z nieregularnych szczebli ("uczenie się motoryczne"), oraz drugiej fazy, w której na drodze poruszającego się zwierzęcia pojawia się przeszkoda. Zaburzenia mogą być nieoczekiwane ("wyzwanie w uczeniu się motorycznym") lub poprzedzone tonem słuchowym ("asocjacyjne uczenie się motoryczne"). Zadanie jest łatwe do wykonania i jest w pełni wspierane przez zautomatyzowane oprogramowanie.
Ten raport pokazuje, jak różne odczyty z testu, analizowane za pomocą czułych metod statystycznych, pozwalają na dokładne monitorowanie zdolności motorycznych myszy przy użyciu małej kohorty myszy. Sugerujemy, że metoda będzie bardzo czuła do oceny adaptacji motorycznych napędzanych modyfikacjami środowiska, a także subtelnych deficytów motorycznych we wczesnym stadium u zmutowanych myszy z upośledzonymi funkcjami motorycznymi.

Urządzenie drabina Erasmusa, jego konfiguracja oraz zastosowany protokół przedstawiono na Rysunku 1. Protokół składa się z czterech sesji niezakłóconych i czterech sesji z wyzwaniem (po 42 próbach każda). Każda próba stanowi jedno przejście po drabinie między początkowym a końcowym polem celu. Na początku sesji mysz umieszcza się w jednym z pól startowych. Po upływie określonego czasu 15 ± 5 s (stan „odpoczynku”) zapala się światło (bodziec 1, maksymalnie przez 3 s). Następnie stosowany jest...

Ten artykuł przedstawia protokół, który pozwala na nieinwazyjną i automatyczną ocenę sprawności motorycznej, a także adaptacyjne i asocjacyjne uczenie się motoryczne w przypadku wyzwań, przy użyciu urządzenia zwanego Drabiną Erasmusa. Trudność zadania można dostosować w celu wykrycia upośledzenia motorycznego w zakresie od dużego do subtelnego stopnia.

Monitorowanie uczenia się motorycznego małego i asocjacyjnego u myszy za pomocą drabiny Erasmusa

Behavior is shaped by actions, and actions necessitate motor skills such as strength, coordination, and learning. None of the behaviors essential for ...

W laboratorium badamy plastyczność mózgu. Jednym z naszych celów jest zidentyfikowanie obwodów i mechanizmów neuronalnych, które są zaangażowane i zrozumienie, co jest nie tak w chorobie, abyśmy mogli znaleźć odpowiednie cele dla interwencji, których brakuje. Jedną z naszych krytycznych potrzeb jest posiadanie solidnych protokołów treningowych do oceny, wywoływania plastyczności i oceny wpływu manipulacji genetycznych na zdrowe myszy i modele chorób.Obecne badania wymagają czułych, wszechstronnych i automatycznych technik oceny zachowania myszy. Interesuje nas głównie uczenie się motoryczno-behawioralne, a tradycyjne testy wymagają sekwencyjnej implementacji, co pochłania znaczną ilość czasu i środków. Ponadto tradycyjne testy nie zawsze mają wystarczającą dokładność.Jednak Erasmus Ladder umożliwia uczenie się motoryczne, przyszłe wyjaśnienie i analizę w jednej zautomatyzowanej konfiguracji. Podczas gdy istniejące paradygmaty często koncentrują się na konkretnych aspektach zachowań motorycznych, nasze podejście ma na celu rozróżnienie między uczeniem się motorycznym, wyzwaniem uczenia się motorycznym i asocjacyjnym uczeniem się motorycznym w sposób zautomatyzowany i nieinwazyjny, wypełniając lukę w obecnych metodologiach. Testy są łatwe do przeprowadzenia, zautomatyzowane, powtarzalne i pozwalają naukowcom badać różne aspekty zachowań motorycznych oddzielnie przy użyciu jednej kohorty myszy.Automatyczne oprogramowanie i regulowane parametry informują o precyzji zbierania i analizy danych, a także o wszechstronności i dostosowaniu protokołu do pytania naukowego. Nasze laboratorium skupi się na dalszym udoskonalaniu protokołów Erasmus Ladder, łącząc techniki komórkowe i molekularne w celu zbadania adaptacji motorycznej i leżących u jej podstaw mechanizmów neuronalnych. W szczególności jeden z naszych projektów koncentruje się na plastyczności mieliny, zjawisku wywoływanym podczas złożonego uczenia się umiejętności motorycznych, które może pomóc w znalezieniu leków dla pacjentów z chorobą demielinizacyjną.Aby rozpocząć, umieść myszy eksperymentalne poza pomieszczeniem testowym. W pomieszczeniu testowym upewnij się, że wszystkie elementy systemu Erasmus Ladder, w tym router sieciowy, komputer z niezbędnym oprogramowaniem, sprężarka powietrza, dwie skrzynki na bramki oraz drabina ze wszystkimi jej szczeblami, są gotowe do użycia. Włącz oprogramowanie ErasmusLadder.Aby utworzyć protokół eksperymentu, wybierz pozycję Plik, a następnie pozycję Nowy eksperyment. Kliknij Plik, a następnie Nowy. Nadaj eksperymentowi nazwę i kliknij przycisk OK. Następnie sprawdź, czy domyślny protokół EMC składa się z czterech dni niezakłóconych sesji z 42 niezakłóconymi próbami dziennie oraz czterech dni sesji prowokacyjnych z 42 codziennymi próbami mieszanymi, w tym niezakłóconym bodźcem warunkowym lub tonem tylko CS, bodźcem bezwarunkowym lub przeszkodą tylko US, sparowaną przeszkodą ogłaszaną dźwiękiem.W panelu po prawej stronie ustaw wskazówkę świetlną, wskazówkę powietrza i wiatr w ogonie, które są używane do zachęcania myszy do przekroczenia drabiny, a także ton. Aby utworzyć inny protokół, wybierz pozycję Konfiguracja, a następnie pozycję Protokół eksperymentu, a następnie wybierz pozycję Nowy. Teraz, od podstaw lub skopiuj z protokołu EMC, edytuj wiersze tabeli związane z liczbą sesji oraz liczbą i rodzajem prób na dzień.Aby otworzyć listę sesji i nazwać tematy, w obszarze Ustawienia kliknij pozycję Lista sesji. Następnie kliknij Dodaj tematy i zmienne. Wprowadź każdy konkretny identyfikator myszy, datę urodzenia, płeć, genotyp i odpowiednie kategorie zgodnie z uporządkowaną listą myszy.Przed rozpoczęciem sesji włącz drabinę. Upewnij się, że sprężarka powietrza jest podłączona i włączona. Otwórz wcześniej utworzony protokół eksperymentu, a następnie w oknie Pozyskiwanie wybierz pozycję Otwórz pozyskiwanie.Umieść mysz z identyfikatorem wskazanym przez oprogramowanie w polu bramki startowej. Wybierz identyfikator myszy, który chcesz pobrać w pierwszej sesji i kliknij Rozpocznij akwizycję. Naciśnij trzy razy czerwone pokrętło menu drabiny, aby rozpocząć sesję.Monitoruj początek sesji i śledź ruchy myszy aż do ostatniej próby sesji. Po zakończeniu 42. próby upewnij się, że na wyświetlaczu pojawiają się komunikaty Wysyłanie danych i Pozyskane. Następnie przywróć mysz do klatki domowej i wyczyść drabinę oraz skrzynki na bramki.Aby zwizualizować zarejestrowane dane, z menu Analiza wybierz opcje Statystyka próby, Statystyki sesji oraz Statystyka grupy i wykresy. Kliknij przycisk Eksportuj. Następnie wybierz format pliku jako arkusz kalkulacyjny i lokalizację folderu.Kliknij prawym przyciskiem myszy automatycznie wygenerowane wykresy i wybierz Zapisz do pliku jako png. Otwórz zapisany arkusz kalkulacyjny i wybierz parametry do oceny podstawowej motywacji, stanów lękowych, reakcji sensorycznych, sprawności motorycznej i uczenia się motorycznego w ciągu pierwszych czterech dni. Wybierz i wykreśl parametry kontrolne, w tym czas odpoczynku w polu bramkowym i czas opuszczenia pola bramkowego po okresie odpoczynku w odpowiedzi na światło w ich wskazówkach.Wybierz i wykreśl czas spędzony na drabinie po kijach, mierzony jako czas spędzony na przechodzeniu przez drabinę po opuszczeniu pola bramki. Wybierz i wykreśl parametry wzorca krokowego, w tym procent prób z błędnymi krokami, jako wskaźnik wrażliwości uczenia się. Następnie wybierz parametry do oceny zakłóconego uczenia się motorycznego w próbach tylko w USA i uczenia się asocjacyjnego w próbach sparowanych w ciągu ostatnich czterech dni.Wybierz i narysuj czas na drabince po wskazówkach. Następnie wykreśl procent prób z błędami. Na koniec wykreśl czasy kroku przed i po perturbacji, definiując milisekundową różnicę precyzji między aktywacją szczebla przed i za przeszkodą po tej samej stronie drabiny.U myszy typu dzikiego czas odpoczynku i reakcje na sygnał świetlny pozostawały spójne od pierwszego do czwartego dnia. Jednak czas reakcji na sygnał radiowy wykazał niewielki spadek między pierwszym a drugim dniem. Czas potrzebny na przejście przez drabinę wykazał znaczną krzywą uczenia się.Pomyłki podczas przechodzenia przez drabinę zmniejszyły się w ciągu pierwszego do czwartego dnia w sesjach bez zakłóceń. Wydajność myszy poprawiła się od piątego do ósmego dnia, co dało znaczną krzywą uczenia się w sesjach tylko w USA. W próbach uczenia się asocjacyjnego z przeszkodą sparowaną z dźwiękiem, myszy kończyły sesje szybciej niż w badaniach tylko w USA.W próbach kontrolnych z prezentacjami tylko tonalnymi zaobserwowano istotną krzywą uczenia się przypominającą sesję bez zakłóceń. Odsetek badań z błędami pozostał stały w badaniach przeprowadzonych wyłącznie w badaniach prowadzonych w Stanach Zjednoczonych, natomiast w badaniach sparowanych znacznie się zmniejszył. Zauważalną różnicę między czasami kroku przed i po perturbacji zaobserwowano w badaniach tylko w USA, ale nie w próbach sparowanych, co wskazuje na szybsze uczenie się w celu pokonania przeszkody w sparowanych próbach.

monitoring-fine-associative-motor-learning-mice-using-erasmus

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Zadanie chodzenia po szczeblach drabiny jest nowym testem służącym do oceny umiejętności chodzenia oraz pomiaru precyzji stawiania kończyn przednich i tylnych, kroku oraz koordynacji między конечноściami.

Zadanie chodzenia po szczeblach drabiny: system punktacji i jego praktyczne zastosowanie.

Przedstawiono protokoły dla dwóch uznanych zadań koordynacji ruchowej: rotarod z przyspieszeniem oraz poprzecznej belki, a także dwóch testów opracowanych niedawno w Oxfordzie: prętów statycznych i równoległych drążków. Testy te pozwalają wykryć zaburzenia motoryczne, które mogą być istotne same w sobie, a także mogą stanowić zmienne w badaniach nad innymi obszarami zachowania.

Pomiar koordynacji ruchowej u myszy

Zaproponowano w pełni zautomatyzowany protokół warunkowania działania gryzoni. Protokół opiera się na precyzyjnej kontroli czasowej zdarzeń behawioralnych w celu zbadania zakresu, w jakim ta kontrola wpływa na aktywność neuronalną leżącą u podstaw integracji sensomotorycznej i eksperymentów kontroli poznawczej.

W pełni zautomatyzowany protokół kondycjonowania gryzoni do eksperymentów z integracją sensomotoryczną i kontrolą poznawczą

Wytrwała praktyka poprawia precyzję skoordynowanych ruchów. Tutaj wprowadzamy zadanie sięgania pojedynczymi kulkami, które ma na celu ocenę uczenia się i zapamiętywania umiejętności kończyn przednich u myszy.

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

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

Obecne badanie miało na celu zautomatyzowanie kwantyfikacji deficytów motorycznych u szczurów. Wstępny model oceny ocenia utratę motoryczną wynikającą z implantacji mikroelektrody wewnątrzkorowej w korze ruchowej. Informujemy o rozwoju i wykorzystaniu algorytmu śledzenia za pomocą łatwego do adaptacji, prostego i łatwo dostępnego oprogramowania do kodowania.

Nowatorski system śledzenia funkcji motorycznych pojedynczego zwierzęcia za pomocą prostego, łatwo dostępnego oprogramowania

Opracowaliśmy pojedynczą platformę do śledzenia zachowań zwierząt podczas dwóch zadań związanych z nauką asocjacyjną zależnych od włókien wspinaczkowych. Niedroga konstrukcja umożliwia integrację z eksperymentami optogenetycznymi lub obrazowymi ukierunkowanymi na aktywność móżdżku związaną ze wspinaniem się włókien.

Elastyczna platforma do monitorowania sensorycznego uczenia się asocjacyjnego zależnego od móżdżku

Tutaj prezentujemy uproszczoną konfigurację sprzętu i oprogramowania open-source do badania uczenia przestrzennego myszy za pomocą wirtualnej rzeczywistości (VR). System ten wyświetla wirtualną ścieżkę liniową do myszy z ograniczeniem głowy działającej na kole, wykorzystując sieć mikrokontrolerów i komputer jednopłytkowy z łatwym w użyciu pakietem oprogramowania graficznego Python.

System rzeczywistości wirtualnej typu open source do pomiaru uczenia się przestrzennego u myszy z unieruchomioną głową

Tutaj prezentujemy protokół dla opracowanego ostatnio wszechstronnego testu zachowania, testu belki drabiny. Test ten ma tę zaletę, że wykrywa subtelną ataksję móżdżkową spowodowaną defektem działania hormonów tarczycy w ośrodkowym układzie nerwowym w porównaniu z konwencjonalnymi testami behawioralnymi oceniającymi sprawność motoryczną.

Wszechstronna, behawioralna metoda badania wpływu hormonów tarczycy na funkcjonowanie móżdżku

Ten artykuł przedstawia protokół realizacji wysoce translacyjnej i niezależnie sprawdzonej koncepcji mysiej jednostki uderzenia (mSU) u myszy o dużym skoku. Zapewnia również ustandaryzowany protokół wykonywania ogniskowej eksperymentalnej skali udaru u myszy, która ocenia deficyty ogniskowe udaru wykryte nawet długotrwale.

Protokół jednostki udaru myszy ze standaryzowaną punktacją neurologiczną do translacyjnych badań udarów myszy

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 metodę oceny uczenia się motorycznego u myszy za pomocą drabiny Erasmusa. To zautomatyzowane, nieinwazyjne podejście umożliwia precyzyjną analizę zachowań motorycznych i plastyczności nerwowej.

Monitorowanie uczenia się motorycznego małego i asocjacyjnego u myszy za pomocą drabiny Erasmusa

Przeglądaj więcej filmów