Мониторинг обучения мелкой и ассоциативной моторики у мышей с помощью лестницы Эразма
December 15th, 2023
В этой статье представлен протокол, который позволяет проводить неинвазивную и автоматизированную оценку мелкой моторики, а также адаптивное и ассоциативное моторное обучение при выполнении задач с помощью устройства под названием Erasmus Ladder. Сложность задачи может быть титрована для выявления двигательных нарушений в диапазоне от основных до незначительных степеней.
В лаборатории мы изучаем пластичность мозга. Одна из наших целей состоит в том, чтобы идентифицировать нейронные цепи и механизмы, которые задействованы, и понять, что не так при заболевании, чтобы мы могли найти подходящие мишени для вмешательств, которых не хватает. Одной из наших насущных потребностей является наличие надежных протоколов обучения для оценки, индукции пластичности и оценки влияния генетических манипуляций на здоровых мышах и в моделях заболеваний.
Современные исследования требуют чувствительных, универсальных и автоматических методов оценки поведения мышей. Нас в основном интересует моторно-поведенческое обучение, а традиционные тесты требуют последовательного внедрения, что отнимает значительное время и ресурсы. Кроме того, традиционные тесты не всегда обладают достаточной точностью.
Тем не менее, Erasmus Ladder позволяет изучать моторику, объяснять и анализировать ее в одной автоматизированной установке. В то время как существующие парадигмы часто фокусируются на конкретных аспектах двигательного поведения, наш подход направлен на то, чтобы различать обучение мелкой моторикой, бросать вызов моторному обучению и ассоциативное моторное обучение автоматизированным и неинвазивным способом, заполняя пробел в существующих методологиях. Тестирование легко проводить, оно автоматизировано, воспроизводимо и позволяет исследователям изучать различные аспекты моторного поведения по отдельности, используя одну когорту мышей.
Автоматическое программное обеспечение и настраиваемые параметры сообщают о точности сбора и анализа данных, а также об универсальности и настройке протокола в соответствии с научным вопросом. Наша лаборатория сосредоточится на дальнейшем совершенствовании протоколов Erasmus Ladder, сочетая клеточные и молекулярные методы для исследования двигательной адаптации и лежащих в ее основе нейронных механизмов. В частности, один из наших проектов посвящен пластичности миелина, феномену, запускаемому во время обучения сложным двигательным навыкам, который может помочь в поиске лекарств для пациентов с дисмиелинизирующей болезнью.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
Эта статья представляет протокол для оценки тонкой моторной производительности и моторного обучения с использованием Erasmus Ladder в неинвазивный, автоматизированный способ. Основное внимание уделяется оценке различных аспектов моторного поведения и пониманию подлежащих нейронных механизмов как в здоровых, так и в больных моделях.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Моторное обучение
- Поведенческая оценка
Фон
- Исследует пластичность мозга и нейронные цепи, участвующие в моторной функции.
- Существующие методы недостаточно чувствительны и требуют больших затрат времени и ресурсов.
- Erasmus Ladder позволяет более эффективную и точную оценку моторного обучения.
- Фокус на пластичности миелина в связи со сложным обучением моторным навыкам.
Цель исследования
- Создать автоматизированный протокол для оценки моторной производительности у мышей.
- Дифференцировать типы моторного обучения в упрощенной манере.
- Предоставить надежный фреймворк, который можно адаптировать для различных экспериментальных нужд.
Используемые методы
- Платформа Erasmus Ladder используется для неинвазивной оценки моторной производительности.
- Мышей проверяют на оценку обучения моторным навыкам и ассоциативного обучения.
- Множество экспериментальных протоколов можно настроить в зависимости от исследовательских нужд.
- Сбор и анализ данных автоматизированы для повышения точности.
Основные результаты
- Показали значительные кривые обучения в моторной производительности с течением времени.
- Отмечено уменьшение количества ошибок при переходе по лестнице, что указывает на улучшенное обучение.
- Вариации производительности были отмечены в невооруженных и вызовных испытаниях, подчеркивая адаптивность.
- Результаты предполагают, что Erasmus Ladder является эффективным инструментом для изучения моторного обучения как в здоровых, так и в болезненных состояниях.
Выводы
- Этот протокол демонстрирует значительное продвижение в изучении тонких моторных поведений.
- Методология в конечном итоге может помочь в понимании нейронных механизмов, лежащих в основе моторного обучения и дисфункции при заболеваниях.
- Поощряет дальнейшие исследования, позволяя разнообразные экспериментальные дизайны в рамках единой структуры.
Часто задаваемые вопросы
Executive Industry Relevance
Quantitative monitoring of fine and associative motor learning in mouse models is critical for de-risking early-stage neuroscience portfolios and validating disease-relevant mechanisms. The Erasmus Ladder platform enables sensitive, automated assessment of motor adaptation, supporting translational continuity from discovery to preclinical research. This capability enhances predictive confidence in target validation and mechanistic studies of motor dysfunction.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables precise interrogation of neural circuits underlying motor learning and adaptation.
- Supports functional target validation by distinguishing fine, challenged, and associative motor learning phenotypes.
- Facilitates mechanistic de-risking in genetically modified or disease-model mice.
- Provides quantitative endpoints for hypothesis-driven portfolio triage.
Screening & Assay Development
- Delivers standardized, reproducible behavioral assays for motor performance and learning.
- Automated data acquisition and analysis streamline assay development and reduce operator bias.
- Generates quantitative outputs such as misstep rates and step timing for reliable compound or genetic intervention evaluation.
- Enables scalable screening of motor phenotypes across small cohorts.
Translational & Preclinical Research
- Aligns behavioral outputs with disease-relevant motor deficits for translational biomarker development.
- Supports continuity from cellular and molecular studies to in vivo functional validation.
- Enables early detection of subtle motor impairments in preclinical models.
- Provides risk-adjusted data for advancing therapeutic hypotheses targeting motor dysfunction.
Pipeline & Workflow Integration
The Erasmus Ladder assay integrates into the discovery-to-preclinical continuum by providing robust, quantitative behavioral endpoints for motor learning and adaptation in mouse models.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification for motor function and plasticity.
- Screening: Offers reproducible, quantitative readouts for assay readiness and intervention assessment.
- Analytics: Enables sensitive statistical analysis of motor performance, learning curves, and adaptation metrics.
- Translational Research: Bridges mechanistic findings to disease-relevant behavioral phenotypes.
- Enterprise Reuse: Provides a customizable, automated platform adaptable across diverse neuroscience and motor disorder programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in motor learning studies.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and throughput via automation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making and capital efficiency by enabling early detection of functional deficits.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of neuroscience and motor disorder assets.
Implementation Considerations
- Requires expertise in behavioral neuroscience and statistical data analysis.
- Needs access to the Erasmus Ladder system and compatible data acquisition software.
- Demands cross-team standardization of protocols and data interpretation criteria.
- Adaptable to various mouse genotypes and disease models with protocol customization.
- Sample size and cohort selection must be optimized to ensure statistical power and minimize variability.
