Оценка квалифицированных Предениза в мышах с помощью авто-тренер

Краткое содержание

Полезный инструмент является методом оценки влияния обучения на моторику. К сожалению, большинство поведенческих оценок может быть трудоемким и / или дорогим. Мы описываем здесь роботизированный метод оценки мастерства предубежденности (досягаемости к захвату) у мышей.

Аннотация

Мы описываем метод введения наивных мышей в новую задачу пределения (досягаемости к захвату). Мыши размещаются по-познавательно в клетках с лобным слотом, что позволяет мыши, чтобы достичь из своей клетки и получить пищевые гранулы. Минимальное ограничение пищи используется для поощрения мышей для выполнения поиска пищи из слота. Как мыши начинают ассоциировать ближайшие к слот для пищи, гранулы вручную вытащил, чтобы стимулировать расширение и пронацион лапы, чтобы захватить и получить гранулы через лобной слот. Когда мыши начинают достигать для гранул, как они приходят в слот, поведенческие анализа могут быть выполнены путем измерения скорости, с которой они успешно понять и получить желаемые гранулы. Затем они знакомятся с авто-тренером, который автоматизирует как процесс предоставления пищевых гранул для мыши, чтобы понять, так и запись успешного и неудачного достижения и захвата попыток. Это позволяет осуществлять сбор данных для нескольких мышей с минимальными усилиями, которые по мере необходимости используются в экспериментальном анализе.

Введение

Методы экспериментального тестирования моторного мастерства до и после неврологических травм, а также модулировать сроки, количество и тип двигательной подготовки имеют важное значение для трансляционных исследований. За последнее десятилетие мыши, из-за сопутствующих легкость генетических манипуляций, стали популярной модельной системой, в которой для выяснения механизмов моторного обучения до и после травмы. Тем не менее, поведенческие анализы у мышей не были оптимизированы таким же образом, что такие assays были для других млекопитающих (особенно крыс). Кроме того, существуют важные различия между поведением мыши и крысы, которые настоятельно рекомендуют обучение двух видов в разных манерах^1,2.

Квалифицированные prehensile движения используют руку/лапу для того чтобы укладывать еду в рот, манипулировать предметом, или использовать инструмент. Действительно, достижение понять различные объекты в повседневной жизни является основной функцией верхних конечностей и достичь съесть акт является одной из форм предени, что многие млекопитающие используют. Многие из генетических, физиологических и анатомических изменений, лежащих в основе приобретения мастерства были четко определены в области³. При переводе доклинических результатов на клинические исходы необходим соответствующий тест, который является эффективным и воспроизводимым. Исследования грызунов и достижения человека показывают, что поведение предехождения аналогично у людей и у животных⁴. Соответственно, эти сходства позволяют предположить, что тестирование на предшение может служить в качестве трансляционной модели для исследования моторного обучения, а также нарушений и лечения заболеваний человека. Таким образом, оценка беременности у мышей может предложить мощный инструмент в трансляционных исследований, изучающих здоровье и болезни государств⁴.

К сожалению, задача по предубеждению у мышей, даже для небольших лабораторных условиях, может быть трудоемким и трудоемким. Чтобы облегчить эту проблему, мы описываем здесь автоматизированную версию задачи предения. Описанная задача требует мышей, чтобы продлить одну лапу через домашнюю клетку мыши лобной слот, процмездие расширенной лапы, захватить пищу гранулы вознаграждение, и тянуть гранулы обратно в клетку интерьердля для потребления. Полученные данные представляются либо как успех предусения, либо как неудача. Эта автоматизация успешно записывает данные и уменьшает бремя и время, с которымисследователи должны заниматься этой задачей.

Протокол

Все методы, описанные здесь, были одобрены ACUC (Комитет по уходу за животными и использованию) Университета Джонса Хопкинса.

1. Подготовка клеток мыши для использования

1. Создайте прорези отверстия с размерами 0,8 см в ширину и 7 см высотой от основания в передней части каждой клетки, как показано на рисунке 1. Этот слот служит отверстием, через которое животное достигнет.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Авто-тренер был разработан для использования со стандартными размерами клетки мыши (как показано на рисунке 1) поставляется большинством поставщиков животных исследований. Кроме того, авто-тренер будет легко поддерживать другие клетки типов.
2. Внутри каждой отдельной клетки, добавить платформу, прилегающую к слоту, чтобы мышей стоять и достичь представленных гранул. Убедитесь, что платформа расположена над полом помета клетки, приблизительно 3 см в высоту. Используйте блюда Петри, прикрепленные с суперклеем и увенчанные металлическим листом примерно 10 см х 15 см, однако, любой плоской поверхности достаточно большой для мыши, чтобы стоять на руку, чтобы достичь от воли достаточно.
3. Создайте вертикальную выемку через середину передней части клетки размером 0,8 см в поперечнике и 7 см в высоту, что позволит мыши достичь лапы из клетки.
4. Из тонкого листа металла (толщиной около 2 мм) вырезать ворота клетки в прямоугольники размером 5 см х 10 см, чтобы служить в качестве равномерного отверстия, через который животное должен достичь.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Мыши могут жевать пластиковые клетки, которые изменят размер отверстия. Мышь будет достигать через этот 0,8 см слот, когда металлические ворота клетки помещается над прорези открытия клетки во время тестирования с помощью ленты, сохраняя эффективную ширину слота между клетками.
5. Обложка каждого слота клетки с лентой, когда его мышь не тестируется, чтобы предотвратить мусор от изгнаны из клетки.

2. Введение мышей к достигаемому движению

1. Запишите стартовый вес каждой мыши и вычислите 85% от этого значения, чтобы найти свой вес цели, округляя до 20 г, если результат меньше. Дайте им режим кормления, чтобы привести их, а затем сохранить эту цель веса.
   1. Дайте каждой мыши 2,5 г гранул в первый день и обратите внимание на любые изменения в их весе 24 ч позже.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Взвешивание мышей один раз в день и ожидать падения веса 0,25-1 г в день.
   2. Изменение ежедневного корма каждой мыши по мере необходимости, на основе этого первоначального изменения и текущих изменений в весе каждой мыши, с тем чтобы вызвать постепенную потерю веса (менее 0,8 г потерял в день), а затем сохранить в результате цель веса. Варится от трех до шести 500 мг гранул (1,5 до 3,0 г) в день, чтобы быть эффективным.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Мыши остаются на этой диете, чтобы сохранить свой вес цели на протяжении всего протокола.
2. Когда мышь достигла своей цели вес, ввести каждую мышь к концепции подходит к закрытой слот для дополнительных пищевых гранул. Начните тренировку, разместив 45 мг гранул на поверхности гранул, непосредственно перед слотом, и позвольте каждой мыши получить его. Большинство мышей будет принимать к этому механизму кормления в течение 1-2 дней.
3. После того, как мышь связывает открытый слот с кормлением, поощрять их к достижению с лапой, а не рот.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Это самый сложный шаг, принимая 1-2 дней, и прививать контрпродуктивное поведение у мышей по ошибке очень легко; пожалуйста, обратитесь к разделу обсуждения для получения дополнительной информации и консультаций.
   1. Используя пару пинцета, удерживайте гранулы в том же положении, что мышь извлекла гранулы ранее. Как мышь начинает кусаться за гранулы, вытащить его примерно на полсантиметра, так что гранулы находится вне досягаемости его рта.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Мышь на своей цели вес будет пытаться получить вне досягаемости гранулы. Всякий раз, когда мышь протягивает лапу через слот, укрепить это поведение, позволяя ему съесть гранулы. Некоторые мыши могут проявлять предпочтение одной лапы над другой, когда расширение для производства продуктов питания.
   2. Хотя это и не имеет значения для экспериментов, запись ли левая или правая лапа является предпочтительным. Это потенциально может позволить более высокие общие показатели успеха в поведенческом анализе; в качестве альтернативы, устранить переменную, заставляя каждую мышь достичь с той же лапой.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Лучшие результаты получены, если мыши используют свои предпочтительные лапы.
   3. Как каждая мышь ассоциируется расширение лапу с едой гранулы, дальнейшее укрепление этого поведения, удерживая гранулы в ответ на попытки получить гранулы с ртом и языком. Мыши начнут соблюдать эту договоренность в течение 2-3 дней.
   4. Завершить введение желаемой лапы достижения поведения, поместив 45 мг гранулы чуть менее 1 см от внешнего края ворот клетки, таким образом, что левая или правая точка гранулы (будь то вправо или влево от клетки слот от следователя 'С точки зрения, соответственно) является касательной к линии, простирающейся прямо из края слота ворот клетки. Разрешить мыши, чтобы попытаться получить гранулы, будучи бдительными, чтобы удалить гранулы и предотвратить его потребление, если мышь должна попытаться каким-то другим методом, чем расширение лапы.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Когда мышь последовательно расширяет лапу, чтобы захватить на и может коснуться предусмотренных гранул, он готов к тестированию с помощью авто-тренер описано ниже и связанных поведенческих анализов. Время от наивных интродукций до подготовки будет варьироваться между мышами; если есть отстающие, для понимания которого уходят более двух недель, они должны быть исключены из набора данных.

3. Использование авто-тренера

ПРИМЕЧАНИЕ: Пожалуйста, смотрите рисунок 1-3 и раздел обсуждения для полного описания оборудования, программного обеспечения и физических действий авто-тренера.

1. Подготовка к тренировке.
   1. Калибровать датчик гранул приманки. Нажмите на стрелку Run в интерфейсе LabVIEW и обратите внимание на датчик гранул приманки, считывающий как с гранулами, так и без него. Нажмите кнопку "Стоп", чтобы остановить этот тестовый запуск и изменить цель датчика гранул приманки на значение между этими двумя показаниями(рисунок 3 и таблица 2). Большинство условий освещения обеспечивают чтение между 1 и 4.
   2. Поместите модифицированную клетку мыши на авто-тренер(рисунок 2). Прикрепите ворота клетки (рисунок 1) и выровняйте гранулы к краю слота, как в ручной процедуре.
2. Запустите тренировку мыши с помощью интерфейса LabVIEW.
   1. Входная информация, необходимая для записи данных о учебной сессии(рисунок 3 и таблица 2).
      1. Нажмите поле мыши ID и введите имя файла каждой тренировки с помощью клавиатуры компьютера.
      2. Нажмите на Total Pellets, чтобы распределить во время регулярного поля, чтобы контролировать, сколько гранул распределяется для одного эксперимента (обычно 20 - 30). Чтобы сделать это, нажмите вверх и вниз стрелки или введомили номер с помощью клавиатуры компьютера.
      3. Нажмите на поле Пауза после пеллетного номера, чтобы установить 5-ю паузу после того, как указанный гранулы будут удалены с доски для дайвинга. Чтобы сделать это, нажмите вверх и вниз стрелки или введомили номер с помощью клавиатуры компьютера.
      4. Нажмите поле Длина паузы, чтобы установить паузу между временем, когда гранулы удаляются с доски для дайвинга, и временем, когда новый гранулы отпускаются. Чтобы сделать это, нажмите вверх и вниз стрелки или введать номер с помощью клавиатуры компьютера
         ПРИМЕЧАНИЕ: Обычно 1 с является подходящим временем паузы. Если мыши беспокоятся после того, как каждый гранулы распределяются, желательно увеличить длину паузы с помощью поля Длина паузы до 5 с.
      5. Вручную запишите расстояние, на котором гранулы помещаются в поле расстояния досягаемости. Чтобы сделать это, нажмите вверх и вниз стрелки или введать номер с помощью клавиатуры компьютера
         ПРИМЕЧАНИЕ: Размер разгонных и временных массивов подвергается отладке и может быть проигнорирован.
      6. Нажмите поле Folder to Contain Logs, чтобы выбрать местоположение файла для сохранения собранных данных.
      7. После заполнения информационных полей нажмите кнопку Run, чтобы начать тренировку. Авто-тренер будет распределять отдельные гранулы и отслеживать ли они попадают через воронку, пока общее количество гранул было обойтись, и последние гранулы либо были извлечены или упали на мышь. Программа автоматически останавливается в этой точке. При необходимости его также можно остановить преждевременно, нажав на кнопку «Стоп».
   2. После того, как программное обеспечение настроено, место домашней клетке мыши для тестирования на пьедестале и наблюдать за мышью, так что вы могли бы оценить ли мышь действительно научились пытаться требуемого романа достижения поведения. Нажав кнопку Run, позвольте мыши исследовать слот и его новое, незнакомое окружение.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Подобно когда знакомя мышей к схеме достижения, ожидать, что некоторые мыши, чтобы быть более совместимыми, чем другие. Мыши, которые поняли концепцию должны попытаться достичь в течение 5-10 минут и будет ассоциировать движение авто-тренер с представленными гранулы, как, когда они связывают обнаружили слот с пищей на начальных этапах этого протокола.

Результаты

В целом, рекомендуется, чтобы каждая тренировка состояла из около 20-30 испытаний, которые могут быть установлены пользователем, автоматически запускаться авто-тренером и сохранены в одном файле журнала за сеанс и мышь. Каждое испытание может быть запущено последовательно, сразу после другого, с 2-5 с паузы. Мыши, обученные на автотренере, демонстрируют повышение мастерства в течение 10 тренировок.

Чтобы сравнить полезность авто...

Обсуждение

Наш авто-тренер оценивает досягаемость передних конечностей (предубеждение) в автоматическом режиме. Для достижения этой конечной точки, многие параметры, предназначенные для мыши предежья задача, в том числе размещение гранул, размер гранул, и критерии обучения, были итерированы в течение нескольких лет и адаптированы из предыдущих протоколов^{2,5 ,6}. Продвижение здесь автоматизация задачи с помощью робота, который позволяет дом...

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье

Имя	Компания	Каталожный номер	Комментарии
ABS Filament	Custom 3D-Printed	N/A	используется для держателя гранул, рамы, кронштейна и воронки
ABS Sheet	McMaster-Carr	8586K581	толщина 3/8 дюйма; используется для платформенных компонентов, позиционирования стоек направляющих и основания
Adruino Mini	Adruino	A000087	версия nano также совместима, а также другие подобные микроконтроллеры
Настольная регулируемая высота Позиционирующая подставка	McMaster-Carr	9967T43	грузоподъемность 35 фунтов
Прозрачная акриловая круглая труба	McMaster-Carr	8532K14	ID 3/8
"Low-Carbon  Стальная проволока	McMaster-Carr	8855K14	0.148"
диаметр дозатора гранул	Lafayette Инструмент: Neuroscience	80209-45	со сменным колесом размера гранул 45 мг и дополнительной подставкой
Доска для прерывания фотопрерывателя	SparkFun	BOB-09322 ROHS	разработан для Sharp GP1A57HRJ00F
Reflective Object Sensor	Fairchild Semiconductor	QRD1113	фототранзисторным выходом
Сервомотор	SparkFun	S8213	универсальный металлический редуктор (микроразмер)
Передающий фотопрерыватель	Острый	GP1A57HRJ00F	зазор: 10 мм, щель: 1,8 мм