Investigação dos processos de aprendizagem motora habilidade com uma Robotic Manipulandum

O objetivo geral do treinamento de ratos nesta tarefa de alcance envolvendo um manipulando robótico é investigar os processos subjacentes ao aprendizado de habilidades motoras e à recuperação da função motora. Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo da neurociência comportamental, especificamente relacionadas aos mecanismos subjacentes à aprendizagem motora e à formação da memória, bem como à perda e recuperação da função após danos cerebrais ou derrames. A principal vantagem desta técnica é que o treinamento dos ratos e essa análise é fácil de realizar e que é mais objetiva do que outras tarefas convencionais de alcance de pellets únicos.

Além disso, o manipulando robótico permite uma melhor análise da cinemática. Na preparação, sempre permita que ratos recém-adquiridos se habituem às suas novas gaiolas domésticas por pelo menos uma semana antes de treiná-los. Durante esse tempo, manuseie os ratos regularmente e alimente-os com pellets de recompensa usados para o protocolo de treinamento.

Para iniciar o processo de treinamento, primeiro passe dois ou três dias habituando os ratos à gaiola de teste. A primeira tarefa é treinar os ratos para simplesmente tocar a alça esférica através da janela da gaiola e, em seguida, mover-se para o lado oposto da gaiola e recuperar uma recompensa alimentar. Primeiro, ajuste as configurações do software para que a alça fique localizada fora da janela do compartimento de teste.

Agora, coloque o rato na gaiola de treinamento e segure uma bolinha perto da alça. Direcione a atenção do rato batendo na gaiola conforme necessário. Continue solicitando que o rato pegue a alça dessa maneira até que ele alcance independentemente a janela da gaiola e toque a alça ou o pellet de comida.

Em seguida, execute a sessão até que 100 toques tenham sido concluídos ou até que 60 minutos tenham decorrido, o que ocorrer primeiro. Continue treinando o rato diariamente até que ele complete 100 toques em 30 minutos em dois dias consecutivos. Isso geralmente ocorre nas duas primeiras sessões.

Uma vez obtida essa proficiência, prossiga diretamente com o próximo paradigma de treinamento. Os ratos podem ter um desempenho muito mais rápido nesta tarefa do que os critérios definidos, mas é importante não treiná-los demais, pois isso pode resultar em superconsolidação do comportamento e sufocar a modelagem do comportamento até o objetivo final. O próximo desafio é que os ratos aprendam a etapa intermediária de estender a mão e puxar a alça.

Tal como acontece com o treinamento de toque de recompensa, é importante não treinar demais, pois o objetivo final é fazer a transição para o próximo estágio do treinamento. Primeiro, ajuste a configuração do software para que o robô posicione a alça a 18 milímetros da janela no início de cada tentativa. A alça deve ser puxada pelo menos 10 milímetros sem interrupção para um teste bem-sucedido.

Não há restrições laterais ao movimento de tração. Em seguida, execute as sessões como antes, com 100 tentativas ou 60 minutos marcando seus términos. Se um rato não estiver alcançando o suficiente para realizar a tarefa, molde o comportamento correto segurando uma pelota com uma pinça perto do cabo.

Se um rato parece perder o interesse em puxar a alça, bata na gaiola ou dispense uma bolinha. Determine a preferência da pata do rato em suas primeiras 20 tentativas de puxar a alça. Basta escolher a pata que é usada com mais frequência como a pata dominante.

A maioria dos ratos mostrará uma forte preferência e usou uma pata em pelo menos 80% dos ensaios. Uma vez que uma pata dominante é notada, ajuste a posição da alça lateralmente para favorecer esta pata. Alinhe a alça com a borda da janela e mantenha-a nesta posição para todas as sessões futuras com este rato.

Continue treinando a tarefa até que o rato atinja um desempenho de platô ou execute a tarefa 100 vezes em 30 minutos em dois dias consecutivos. Normalmente, são necessárias apenas duas sessões antes de prosseguir para a tração reta. O estágio final do treinamento é ensinar os ratos a puxar a alça diretamente para obter uma recompensa.

Altere os parâmetros no software para que um movimento de tração que se desvie em mais de dois milímetros da linha média seja considerado uma falha. Como de costume, cada sessão deve ser executada até que 100 tentativas sejam concluídas ou 60 minutos tenham se passado. Continue treinando os ratos nesta tarefa até que seu nível de habilidade atinja um platô ou até que os ratos excedam um critério definido.

Usando ratos Long-Evans machos de 10 a 12 semanas de idade, três técnicas de treinamento diferentes foram comparadas ao longo de 22 dias de treinamento. Cada grupo recebeu treinamento de toque de recompensa. Então os parâmetros mudaram.

Em um grupo, FP, ratos foram treinados para puxar a alça do robô sem quaisquer restrições laterais. No próximo grupo, SP1, os ratos foram treinados para puxar a alça sem se desviar mais de dois milímetros da linha média, mas não receberam nenhuma sessão de treinamento de puxada livre. No grupo final, SP2, os ratos receberam exatamente duas sessões de treinamento de tração livre e, em seguida, fizeram a transição para o treinamento de tração reta.

É importante ressaltar para o SP2 que a alça foi mantida alinhada perto de uma borda da janela, resultando em uma tarefa mais desafiadora. Essa condição pode ocorrer por acidente se o robô não estiver consistentemente alinhado à gaiola pelo operador. Possivelmente devido a esse desafio adicional, a taxa de sucesso da tarefa para ratos SP1 se estabilizou mais cedo do que para ratos SP2.

Ao longo das sessões, o movimento da alça melhorou da primeira para a última sessão. Os dados mostrados são de um rato representativo do grupo SP2. Da mesma forma, a velocidade de tração tornou-se mais regular da primeira à última sessão, indicando que um movimento mais estável foi aprendido.

Esses dados também são de um rato SP2 representativo. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como executar uma tarefa automatizada de alcance qualificado e dos fatores que podem afetar seus resultados. Como mostramos, pequenas alterações no padrão de treinamento afetarão o desempenho do animal.

Portanto, ao tentar este procedimento, é importante manter todas as condições consistentes para cada animal, como a localização da alça.