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Neuroscience

Die Vermicelli und Capellini Handhabung Tests: Einfache quantitative Maßnahmen der geschickten Vorderpfote Funktion bei Ratten und Mäusen

doi: 10.3791/2076 Published: July 21, 2010

Summary

Die Vermicelli und Capellini Handhabung Tests der Vorderpfote Geschicklichkeit nutzen die natürliche Neigung von Nagern auf Lebensmittel mit geschickten Vorderpfote und stellige Bewegungen zu manipulieren. Die Tiere werden auf Video aufgezeichnet beim Umgang kurze Stränge von rohem trockenen Nudeln. Slow motion Video-Wiedergabe ermöglicht die Quantifizierung der Vorderpfote Anpassungen.

Abstract

Vorherige Charakterisierungen von Nagetier Essverhalten haben gezeigt, dass sie verwenden Vorderpfote Bewegungen koordiniert werden, um Lebensmittel Stücke zu manipulieren. Wir haben auf dieser Arbeit erweitert, um eine einfache quantitative Messung der Vorderpfote Fingerfertigkeit, die empfindlich auf lateralisiert Beeinträchtigungen und altersabhängige Veränderungen zu entwickeln. Nagetiere zu lernen geschickte Vorderpfoten und stellige Bewegungen zu dünnen Nudeln Stücke, die sie eifrig konsumieren zu verwalten. Wir haben bereits Methoden zur Quantifizierung Fadennudeln Handling bei Ratten beschrieben und gezeigt, dass die Maßnahmen sehr empfindlich auf forelimb Wertminderungen aufgrund von einseitigen ischämische Läsionen, mittleren Hirnarterie Okklusionen und einseitige striatalen Dopamin-Abbau [Allred, RP, Adkins, DL, Woodlee, MT sind, Ehemänner, LC, Maldonado MA, Kane, JR, Schallert, T. & Jones, TA Die Vermicelli Handhabung Test: ein einfaches quantitatives Maß für geschickte Vorderpfoten Funktion bei Ratten.

Protocol

1. Vorbereitungen für den Beginn der Prüfung

  1. Teigwaren Stücke sind auf Länge mit einer Rasierklinge geschnitten. Für Ratten ist Skinner Marke Nudeln Pasta (1,5 mm Durchmesser) bis 7 cm Länge geschnitten. Bei Mäusen ist DeCecco Marke Capellini Nudeln (1,0 mm Durchmesser) auf 2,6 cm Länge (Abb. 1C) geschnitten. Weil Nudeln Marken in Textur und Durchmesser, was die Handhabung Weise beeinflussen könnten variieren, ist es empfehlenswert, eine einzige Quelle von Pasta für wiederholtes Testen verwendet werden.
  2. Zur Überwindung neophobic Reaktionen und Geschicklichkeit im Umgang zu schaffen, sind Tiere, die Pasta-Stücke in ihre Heimat Käfig mehrmals in den Wochen vor dem Test ausgesetzt. (In der Regel werden 5-10 Tagen nach der Exposition, etwa 4 Stück jedes Mal, ausreichend.)
  3. Wenn der Test wird in einer Kammer außer dem Hause Käfig verabreicht werden, oder wenn das Haus Käfig für die Prüfung, die Gewöhnung an das Essen in der Testumgebung bewegt wird zur Verfügung gestellt. (Es dauert in der Regel 3-5 Sitzungen bis Tieren gut essen Nudeln in diesem Umfeld.)
  4. Auch nach Tieren eifrig Pasta akzeptieren, können sie plötzlich zurückhaltend, wenn eine große Kamera neben dem Testgelände bewegt wird. Es ist hilfreich, um die Kamera vor der Testumgebung Platz für eine oder mehrere der Gewöhnung Sitzungen.
  5. Da die meisten Tiere, als ob die Pasta ist sehr schmackhaft zu handeln, ist es nicht wesentlich auf Nahrung beschränken sie vor dem Test. Allerdings Entfernung von Lebensmitteln ein paar Stunden vor oder über Nacht erleichtern kann essen vor dem Experimentator und Kamera und stellen Sie sicher, dass sie nicht auf den Test der Zeit gesättigt.
  6. Breaking the pasta Stück beim Essen ungültig einer Studie. Wir haben festgestellt, diese Gewohnheit weitgehend vermieden werden, wenn Tiere niemals Stück länger als die, die in den Tests verwendeten gegeben.
  7. Für die Testfahrten, Pasta Stücke mit einer ultrafeinen Spitze Marker in bestimmten Abständen mit einem Karton Vorlage (1,75 cm-Schritten auf Nudeln und 0,86 cm-Schritten auf Capellini Stränge) markiert. Dies erleichtert die Visualisierung der Bewegung der Pasta-Strang während des Essens.

2. Testen einrichten

  1. Die Tiere sollten entweder im eigenen Käfig oder ein anderes Gerät mit ungetrübt, klar Wänden getestet werden, und sollten von ihren cagemates während der Test-Session isoliert werden.
  2. Obwohl Ratten können in Echtzeit von einem geübten Experimentator (Allred et al., 2008) getestet werden, ist die Quantifizierung von Videoaufnahmen erleichtert, so dass Daten während der Zeitlupen-Wiedergabe von Videos gesammelt werden können. Wir haben nicht gefunden es möglich, zuverlässig zu quantifizieren Maus Vorderpfote Bewegungen ohne Zeitlupe Video-Wiedergabe aufgrund der geringen Größe ihrer Pfoten und schnelle Bewegungen.
  3. Ein Video-Kamera mit hoher Bildrate und angemessene Zoom verwendet wird. Wir verwenden einen Canon XL1S Kamera mit einem 16fach Zoom-Objektiv auf einen Verschlusszeit von mindestens 420 s-1 bei normaler Raumbeleuchtung Bedingungen. Die Verwendung eines Stativs auf Rädern mit einem Schwenk-und Neigekopf ermöglicht Positionierung der Kamera.
  4. Ratten in der Regel aufrecht sitzen auf ihren Hüften zu Pasta essen und die Pfoten sind am leichtesten mit der Kamera bei ca. Kammer Bodenhöhe mit einem leichten Winkel nach oben (Abb. 1A) positioniert angesehen. Wenn der Test in einem Käfig mit Spänen, kann die Entfernung von einigen Späne nützlich sein, um die Ansicht zu optimieren.
  5. Mäuse neigen nach vorne zu beugen während Nudeln essen, hält das Stück an mehr eines Winkels als Ratten zu tun. Somit ist eine Testkammer mit offenem Boden auf einem Spiegel platziert. Die Kamera ist auf einem etwas höheren Niveau als der Boden gelegt, und nach unten auf die Reflexion der Pfoten in den Spiegel (Abb. 1B) konzentrieren abgewinkelt. Die Verwendung von einer ersten Fläche Spiegel verbessert die Übersichtlichkeit der Pfoten für die Videowiedergabe.
  6. Jeder Biss der Pasta-Stück zu hören ist und damit Audio-Aufnahme können Sie überprüfen, essen ist.

3. Verwalten Pasta Umgang mit Studien

  1. Test-Sitzungen bestehen aus aufeinanderfolgenden Versuchen mit einem Pasta Stück pro Versuch gegessen. Wir typischerweise Datensatzdaten 4 bis 5 Versuche pro Ratte und 3-4 Versuche pro Maus.
  2. Vor Videoaufnahmen, ist ein Stück von Teigwaren in die Kammer zu essen zu initiieren und das Tier in eine geeignete Kamera-Ansicht bewegen kann.
  3. Es ist notwendig für das Tier in die Kamera blicken, um und um Fokus und Zoom ausreichend (~ 10-12X) zu diskreten Anpassungen mit beiden Vorderpfoten und alle Ziffern anzuzeigen. Die Knöchel der beiden Pfoten sollten sichtbar sein. Zumindest mit dieser Kamera finden wir es sinnvoll, Autofokus verfügt nur vor der Verhandlung Einsetzen verwenden, um in der Region von Interesse schmal. Wir anschließend auf manuelle Fokussierung wechseln.
  4. Sobald das Tier und die Kamera in Position sind, ist die erste Studie initiiert. Ein Stück herunter gefallen ist oder sich direkt vor dem Tier baumelte und die Aufnahme ist vor dem Essen Auftreten eingeleitet.
  5. Danach werden die Studien in unmittelbarer Folge gegeben. Es ist ratsam, Verzögerungen zwischen Studien zu minimieren, so dass die Tiere nicht weg tunvon der optimalen Sichtwinkel.
  6. Trials, in denen die Pfoten auf die Seite angesehen werden oder bei denen Fokus verloren werden nicht gewertet.
  7. Die Test-Sessions kann über Tage, z. B. wiederholt werden, um Vor-und Nachbehandlung zeitliche Muster (z. B. Wiederherstellung nach ZNS-Verletzung.; Allred et al, 2008) zu dokumentieren.
  8. Eine Herausforderung kann immer Tiere in gewünschten Positionen relativ zur Kamera zu essen. Es kann notwendig sein, um Kamera-scheue Tiere, die Anwesenheit der Kamera für ein paar Minuten vor dem Test zu gewöhnen. Tiere können oft in die Lage durch Herunterfallen oder baumelt Nudeln in die ideale Region gelockt werden. Sie kann verlangen, ein paar Stücke auf diese gewünschte Position zu erreichen, obwohl die Anzahl der Stücke gegeben sollte minimiert werden, um das Sättigungsgefühl zu vermeiden.
  9. Für sequenzielle Prüfung mehrerer Ratten haben wir festgestellt, es bequem, ein paar von ihren Käfigen in einer Zeit, in einem Kreis zu konfigurieren, mit der Kamera auf einem Stativ auf Rädern in der Mitte. Ein Stück ist in einer idealen Region jeden Käfig fallen gelassen und die Kamera dann nach der Ratte, dass das Essen in einer geeigneten Position beginnt zuerst. Dies ermöglicht mehr Zeit für die langsamer (um in Position zu essen) Ratten zu gewöhnen, um die Kamera und Experimentator Präsenz und sie können auch dazu angeregt, durch den beißenden Klängen der schneller Ratten essen.

4. Quantitative Videoanalyse Vorderpfote Anpassungen und Essen Zeit

  1. Die Analyse der Vorderpfote Anpassungen während des Essens ist eine einfache quantitative Maßnahme, die empfindlich auf lateralisiert Beeinträchtigungen nach ZNS-Verletzung in Ratten (Allred et al, 2008;. Whishaw & Coles, 1996; Whishaw et al, 1997.) Und altersbedingte Veränderungen in Mäusen (Tennant et al., 2009).
  2. Die quantifizierten Teil der Studie beginnt, wenn die Pasta Stück wird zunächst in den Mund genommen und endet, wenn der letzte der Nudeln aus den Pfoten ist freigegeben und verschwindet in den Mund.
  3. Video-Wiedergabe wird verlangsamt (~ 50% der real-time) oder Frame-by-Frame vorher verwendet wird, als benötigt wird, um Anpassungen zu identifizieren.
  4. Eine Anpassung wird gezählt jedes Mal die Pfote Pressemitteilungen und re-Kontakte der Pasta-Stück, wenn es Reformation der Pfote halten an dem Stück, oder wenn es eine Extension-Flexion oder Abduktion-Adduktion der Finger (Abb. 2). Jede Einstellung wird getrennt für die linke und rechte Pfote aufgenommen.
  5. Anpassungen werden nicht gezählt, wenn die Pfote gleitet über die Pasta Stück ohne Bewegung der Ziffern oder Neupositionierung der Pfote halten. Die Bewegungen der Pfote, wenn sie nicht in Kontakt mit der Pasta-Stück (dh Bewegungen neben dem Stück) sind ebenfalls nicht gezählt.
  6. Die Zeit zum Essen ist auch für jeden Versuch aufgezeichnet, beginnend mit dem Essen Auftreten und endet, wenn die Pasta verschwindet in den Mund. Wir Rekordzeit mit Hilfe von Video-Wiedergabe-Display verfügt, aber es kann auch mit einer Stoppuhr während der normalen Wiedergabegeschwindigkeit aufgezeichnet werden.
  7. Wenn das Tier Pausen in Essen, behält aber einen Einfluß auf das Stück, wird die Zeit angehalten von der Gesamtzeit abgezogen. Eine Pause in Essen zeigt sich entweder durch Bewegung des Werkstücks aus dem Mund oder eine Einstellung in hörbare beißen.
  8. Die Studie ist aus der Analyse ausgeschlossen, wenn während eines Teils des Essens, der Blick auf den Pfoten ist verdunkelt, oder wenn das Tier bricht das Stück, weil die kürzere Stücke Handhabung Muster zu verändern.
  9. Einige Ratten und Mäusen konsequent machen weitere Anpassungen mit einer Pfote als die andere. Für einseitige ZNS-Verletzung Modelle sind lateralisiert Beeinträchtigungen empfindlicher erkannt, wenn die Verletzungen der Pfote, dass weitere Anpassungen in der Vor-Verletzungen Prüfung (Allred et al., 2008) vorgenommen werden, wirken.
  10. Mäuse manchmal fallen die Nudeln Stück in der Mitte des Essens, und nach einer kurzen Pause, sie abholen und weiter essen. Dies ist am häufigsten in den letzten Versuch des Tages, möglicherweise aufgrund der teilweisen Sättigung und Verlust des Fokus auf das Essen. Da es sich um gemeinsame sogar in intakten Mäusen, wissen wir nicht weglassen diesen Studien. Allerdings ist die Zeit, die das Stück gefallen sich aus der Summe Fresszeit abgezogen.
  11. In intakten Ratten fallen Stücke ist atypisch und Wiederaufnahme in Essen ist oft sehr verzögert oder nicht vorhanden. Solche Studien werden aus der Analyse von Anpassungen und Essen Zeit weggelassen.
  12. Anpassungen vor dem Essen Auftreten werden nicht gezählt. Pre-eating Handhabung Verhaltensweisen sind durch ZNS Verletzungen (.. ZB Whishaw et al, 1992; Whishaw et al, 1986) betroffen, aber wir haben noch nicht die quantitative Methoden für die Vorderpfote Anpassungen diese Frist verlängert.
  13. Diese Daten können wie folgt zusammengefasst werden: (a) die durchschnittliche Anzahl von Anpassungen pro Pfote pro Stück, (b) der durchschnittliche Verzehr pro Stück und (c) die Rate der Anpassungen (Anpassungen / Essen Zeit).

5. Video-Analyse von atypischen Umgang mit Mustern

  1. Atypische Umgang mit Mustern können Sie zwischen verschiedenen ZNS-Verletzung Typen in Ratten (Allred et al., 2008) und recordi unterscheidenng dieses Verhalten kann nützlich sein, als eine ergänzende Analyse.
  2. Handhabung Muster gelten als atypisch, wenn sie selten in intakten Tieren beobachtet werden. Intakte Tiere in der Regel zu initiieren Essen mit einer Pfote, die "begreifen Pfote", stellte weiter unten auf der Pasta, und der "Führer Pfote" wird dann in der Nähe des Mundes (Abb. 3A, C) gelegt. Das gleiche Pfote ist in der Regel den Griff Pfote in allen Studien. Ratten oft Position Pfoten weit auseinander entlang der Länge der Pasta auf den ersten, und verschieben Sie sie zusammen als das Stück verkürzt. Mäuse typischerweise Position beiden Pfoten in der Nähe des Mundes, mit dem Griff und führen Gliedmaßen hielt dicht beieinander, auch zu Beginn des Essens. In beiden Arten, die Pfoten in mehr symmetrischen Positionen, Side-by-side oder mit Ziffern dazwischen, wenn das Stück ist sehr kurz (Abb. 3B, D) zu bewegen. Beide Pfoten sind ununterbrochen im Einsatz für die Führung, Halten oder Förderung der Pasta während des Essens.
  3. Atypische Muster in paw Position bei Ratten und Mäusen sind: (a.) platzieren die Pfoten zusammen, in einem symmetrischen halten, wenn die Pasta Stück ist lang (mehr als die Hälfte der ursprünglichen Länge), (b.) nicht die Pfoten in Bewegung eine symmetrische Position vor dem Stück vollständig verbraucht ist und (c.) Schaltstellungen der Führung und erfassen Glieder in der Mitte des Essens.
  4. Zwei weitere atypische Verhaltensweisen bei Ratten und Mäusen sind: (a.) nicht die Pasta Stück mit einer Pfote Kontakt für längere Zeit während des Essens ("Failure to contact") und (b.) mit dem Mund, um die Pasta durch die Pull- Pfoten, um sie neu zu positionieren ("Mund ziehen").
  5. Zwei Verhaltensweisen gelten als untypisch für Ratten, sind aber typisch für Mäuse: (a.) gekrümmte Haltung und (b.) fallen die Nudeln Stück nach dem Essen beginnt. Allerdings kann die Häufigkeit der Tropfen in Mäusen nach ZNS-Schäden zu erhöhen. So erfassen wir drop Frequenz in den beiden Spezies.
  6. Andere atypische Verhaltensweisen haben in einer Ratte einseitige striatalen Dopamin-Abbau-Modell gesehen: (a.) ein "eiserner Hand", wo der Griff des Körpers in einem unbeweglichen, starren Position wird während des Essens statt, (b.) wiederholte Bewegung der Führung paw rund um den starren Griff Pfote, und (c) und extreme Neigung des Kopfes, wie die Nudeln in den Mund ist abgewinkelt (Allred et al, 2008;. siehe auch Whishaw et al 1997)..
  7. Wir haben beobachtet, dass alte Mäuse häufig Anpassungen vornehmen, die unwirksam für die Bewegung der Nudeln in den Mund. So sind Einstellungen, die nicht in eine sichtbare Bewegung der Pasta-Stück in den Mund zu tun Ergebnis separat erfasst.
  8. Umschalten der Führung und erfassen Gliedmaßen, Ausfälle zu kontaktieren, Tropfen, und der Mund zieht sich pro Ereignis aufgezeichnet, während alle anderen atypischen Verhaltensweisen einmal pro Studie aufgenommen werden.

6. Repräsentative Ergebnisse

Die Ergebnisse aus der Videoanalyse sollte die Zahl der Einstellungen von jeder Pfote pro Versuch und die Zeit, jedes Stück Pasta essen. Die Ergebnisse aus Ratten mit sensomotorischen Kortex Läsionen oder zerebraler Ischämie zeigen, dass die Tiere weniger Anpassungen vornehmen mit der Beeinträchtigung (contra-to-Läsion) des Körpers, ein Effekt, der für mindestens einen Monat, nachdem die Verletzungen erträgt. Einseitige Dopaminverarmung führt sowohl zu einer Abnahme der Anpassungen mit dem kontralateralen Bein und eine Erhöhung der Einstellungen mit der ipsilateralen Extremität (Allred et al., 2008). Ergebnisse von Mäusen zeigen, dass ältere Tiere länger dauern, bis die Nudeln Stücke essen, und machen Sie mehr Einstellungen, die nicht in Weiterentwicklung der Pasta zu tun Ergebnis in den Mund, im Vergleich zu jungen erwachsenen Mäusen (Tennant et al., 2009). Die Auswertung dieser Tests können auch Beobachtungen von atypischen Handhabung Verhaltensweisen. Striatalen Schäden und mittleren Zerebralarterie zusätzlich zu einer erhöhten Häufigkeit von abnormen Essverhalten (Allred et al., 2008).

Abbildung 1
Abbildung 1. Pasta Handhabung Körperhaltung (A) und Ratten (B) Mäusen. Beachten Sie, dass die Ratten wieder sitzen auf ihren Hüften, während die Mäuse über die Nudeln Ahnung, erfordern die Platzierung von einem Spiegel unter der Maus, um paw Bewegungen zu sehen. (C) Beispiele für Nudeln Stücke für die Prüfung vorbereitet.

Abbildung 2
Abbildung 2. Ein Beispiel Vorderpfote Einstellung (AC) eine Ratte und (DF) eine Maus. Das erste Panel zeigt das Tier vor der Einstellung zeigt die Mitteltafel des Vorderpfote Einstellung, die mit einem Stern Angabe der Einstellung paw (s), und die letzte Tafel zeigt den Austausch über die Pasta Stück.

Abbildung 3
Abbildung 3. Guide und begreifen Gliedmaßen Positionen von Ratten und Mäusen, wenn die Nudeln (A, C) lang und (B, D) kurz.

Discussion

In diesem Video zeigen wir, wie die Vermicelli und Capellini Handhabung Tests an Ratten und Mäusen durchgeführt werden, bzw.. Diese Tests sind eine einfache, quantitative Weg zur Pfote und stellige Funktion in normalen Tieren zu studieren, nachdem Schäden an Motor-Systeme des Gehirns, oder während des Alterns. Slow-Motion-Video Analyse der Pfote und stellige Bewegungen verwendet, um kleine Stücke von Teigwaren verarbeiten lassen die Forscher auf die Anpassung mit jeder Pfote gemacht, ebenso wie zu beobachten abnorme Verhaltensweisen, die gesehen werden können folgende experimentell induzierten ZNS-Schäden zu quantifizieren. Testing-Sitzungen können wiederholt an verschiedenen Tagen durchgeführt werden und die meisten Tiere füllen Sie alle Studien eine Sitzung innerhalb von wenigen Minuten. Somit ist der Test geeignet für den Einbau in einen größeren Testbatterie oder experimentelles Design. Die Tests können auch in Studien zur motorischen Lernen (Xu et al., 2009), verwendet werden, aber hier präsentieren wir ein Protokoll zur Assay-Änderungen in einer etablierten Geschick über die Zeit.

Derzeit sind qualifizierte Erreichen Tests die am häufigsten verwendeten Tests geschickt forelimb Funktion bei Ratten (zB Whishaw et al, 1986;. Ballermann et al, 2001;. Montoya et al, 1991.) Und Mäusen (Farr & Whishaw, 2002; Tennant & Jones, 2009; Baird et al, 2001).. Erreichen Tests erlauben isolierten Prüfung der jedes Glied, während Pasta Handhabung ist eine bimanuelle Aufgabe. Dennoch sind die Tests ähnlich in ihrer Empfindlichkeit gegenüber Beeinträchtigungen in qualifizierten Vorderpfote Funktion und den Erwerb von Fertigkeiten für beide Tests beinhaltet Plastizität im Vorderbein Darstellung des motorischen Kortex (Xu et al., 2009). Nach unserer Erfahrung sind das Erreichen Tests komplizierter und mühsamer zu führen und für einige experimentelle Fragen, die vorliegenden Untersuchungen kann eine effizientere Alternative bieten. Im Gegensatz zu den hier beschriebenen Tests sind qualifizierte Erreichen Tests seit Jahrzehnten im Einsatz (Peterson, 1934) gewesen, und sie nun auch eine vielseitige Reihe von hochsensiblen Maßnahmen und Prüfparameter (Ballermann et al, 2001;. Farr & Whishaw, 2002; Montoya et al, 1991;. Whishaw et al, 1992).. Im Gegensatz dazu erweitern die Vermicelli und Capellini Handhabung Tests von relativ neuen Charakterisierungen der geschickte Umgang mit Lebensmitteln Verhalten von Ratten (Whishaw und Coles, 1996). In beiden Verwaltung und Analyse, könnten diese Tests ohne Zweifel weiter verfeinert und erweitert, zB um genauer zu quantifizieren feine Stelle und bimanuelle Bewegungsmuster und die koordinierte Bewegungen der Zunge, Mund-und Kieferbereich zu quantifizieren.

Disclosures

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Acknowledgments

Die Autoren bedanken sich bei Dr. DeAnna Adkins, Dr. Marty Woodlee, Cole Männer, Mónica A. Maldonado, Jackie Kane, und Dr. Tim Schallert für die Unterstützung bedanken bei der Entwicklung des Vermicelli Umgang mit Prüf-und Lu Chou für die Unterstützung bei der Entwicklung des Capellini Handhabung Test. Unterstützt durch Zuschüsse aus dem NIH-NINDS (NS05689) und NIH-NIA (1F31AG034032-01).

References

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Die Vermicelli und Capellini Handhabung Tests: Einfache quantitative Maßnahmen der geschickten Vorderpfote Funktion bei Ratten und Mäusen
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Cite this Article

Tennant, K. A., Asay, A. L., Allred, R. P., Ozburn, A. R., Kleim, J. A., Jones, T. A. The Vermicelli and Capellini Handling Tests: Simple quantitative measures of dexterous forepaw function in rats and mice. J. Vis. Exp. (41), e2076, doi:10.3791/2076 (2010).More

Tennant, K. A., Asay, A. L., Allred, R. P., Ozburn, A. R., Kleim, J. A., Jones, T. A. The Vermicelli and Capellini Handling Tests: Simple quantitative measures of dexterous forepaw function in rats and mice. J. Vis. Exp. (41), e2076, doi:10.3791/2076 (2010).

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