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Neuroscience

Les vermicelles et tests de manipulation Capellini: Simple mesures quantitatives de la fonction patte habile dans les rats et les souris

doi: 10.3791/2076 Published: July 21, 2010

Summary

Les vermicelles et des tests de dextérité Manipulation Capellini patte profiter de la tendance naturelle des rongeurs à manipuler les aliments en utilisant patte habile et mouvements chiffres. Les animaux sont filmés pendant la manipulation des brins courts de pâtes sèches non cuits. Lente lecture vidéo permet le mouvement pour la quantification des ajustements patte.

Abstract

Caractérisations précédentes du comportement des rongeurs alimentaires ont révélé qu'ils l'utilisation coordonnée des mouvements patte de manipuler morceaux d'aliments. Nous avons étendu sur ce travail pour développer une simple mesure quantitative de la dextérité patte qui est sensible aux troubles latéralisée et âge-dépendante des changements. Rongeurs patte habile et apprendre les mouvements chiffres de gérer des morceaux de pâtes fines, dont ils consomment avec enthousiasme. Nous avons précédemment décrit des méthodes pour quantifier la manipulation des rats et des vermicelles montré que les mesures sont très sensibles aux déficiences des membres antérieurs résultant de lésions ischémiques unilatérale, au milieu des occlusions artère cérébrale et unilatérale déplétion en dopamine du striatum [Allred, RP, Adkins, DL, Woodlee, MT, Maris, LC, Maldonado MA, Kane, JR, Schallert, T. & Jones, TA Le test de maniement vermicelles: une simple mesure quantitative de la fonction patte agile chez le rat.

Protocol

1. Préparation à l'apparition de tests

  1. Pâtes alimentaires non cuites pièces sont coupées à longueur à l'aide d'une lame de rasoir. Pour les rats, la marque Skinner vermicelles (1,5 mm de diamètre) est coupée à 7 cm de longueur. Pour les souris, DeCecco marque capellini les pâtes (1,0 mm de diamètre) est coupée à 2,6 cm de longueur (Fig. 1C). Parce que les marques de pâtes varient en texture et en diamètre, ce qui pourrait influencer de façon manipulation, il est recommandé que d'une seule source de pâtes être utilisé pour des tests répétés.
  2. Pour surmonter les réponses néophobe et à établir des compétences dans la manipulation, les animaux sont exposés à des morceaux de pâtes dans leur cage de la maison plusieurs fois dans la semaine avant le test. (Typiquement, 5-10 jours d'exposition, environ 4 pièces à chaque fois, est suffisante.)
  3. Si le test sera administré dans une autre chambre que la cage d'origine, ou si la cage est déplacé pour les essais, l'accoutumance à manger dans l'environnement de test est fourni. (Il prend généralement 3-5 sessions jusqu'en animaux sont facilement manger les pâtes dans cet environnement.)
  4. Même après les animaux avec impatience accepter les pâtes, ils peuvent soudainement devenir réticents quand une caméra est déplacée grande à côté de la zone d'essai. Il est utile de placer la caméra en face de l'environnement de test pour une ou plusieurs des séances d'habituation.
  5. Parce que la plupart des animaux agissent comme si les pâtes sont très agréables au goût, il n'est pas essentiel à la nourriture les restreindre avant le test. Cependant, l'élimination de la nourriture quelques heures avant ou pendant la nuit peut faciliter manger en face de l'expérimentateur et de la caméra et de s'assurer qu'ils ne sont pas rassasiés au temps de test.
  6. Briser le morceau de pâtes alimentaires au cours d'un essai invalide. Nous avons trouvé cette habitude est en grande partie évités si les animaux ne sont jamais donnés morceaux plus longs que ceux utilisés dans les tests.
  7. Pour les séances de tests, des morceaux de pâtes sont marqués avec un marqueur à pointe ultrafine à des intervalles spécifiques en utilisant un modèle papier cartonné (1,75 cm par incréments sur les vermicelles et 0,86 cm par incréments sur des brins Capellini). Cela facilite la visualisation du mouvement de la grève des pâtes en mangeant.

2. Test mis en place

  1. Les animaux doivent être testés dans la cage soit à domicile ou un autre appareil avec unmarred, murs clairs, et doivent être isolés de leur cagemates pendant la session de test.
  2. Bien que les rats peuvent être testés en temps réel par un expérimentateur pratiqué (Allred et al., 2008), la quantification est facilitée par l'enregistrement vidéo afin que les données peuvent être collectées pendant la lecture vidéo au ralenti. Nous n'avons pas trouvé il possible de quantifier de façon fiable des mouvements de la souris sans patte de lecture de mouvement vidéo lente en raison de la petite taille de leurs pattes et les mouvements rapides.
  3. Une caméra vidéo avec un taux de rafraîchissement élevé et le zoom adéquat est utilisé. Nous utilisons un appareil photo Canon XL1S avec un zoom 16X réglé à une vitesse d'obturation d'au moins 420 s-1 dans des conditions normales de lumière ambiante. L'utilisation d'un trépied sur roues avec une tête panoramique et inclinable facilite positionnement de la caméra.
  4. Rats généralement s'asseoir sur leur derrière pour manger les pâtes et les pattes sont plus facilement visualisés avec la caméra placée à peu près au niveau plancher de la chambre avec un léger angle vers le haut (figure 1A). Si les tests dans une cage avec des copeaux, l'enlèvement de quelques copeaux peuvent être utiles pour optimiser la vue.
  5. Souris tendance à pencher vers l'avant lors de manger des pâtes, en maintenant la pièce à plus d'un angle que les rats font. Ainsi, une chambre d'essai avec un sol ouvert est placé sur le dessus d'un miroir. La caméra est placée à un niveau légèrement plus élevé que le sol, et incliné vers le bas pour se concentrer sur la réflexion de la patte dans le miroir (Fig 1B). L'utilisation d'un miroir première surface améliore considérablement la clarté des pattes pour la lecture vidéo.
  6. Chaque bouchée de la pièce de pâtes est audible et, par conséquent, l'enregistrement audio est utile pour vérifier manger.

3. Administrer des essais de manipulation de pâtes

  1. Séances d'essais consistent en des essais séquentiels, avec un morceau de pâtes mangées par essai. Nous comptabilisons généralement les données d'essais 4-5 par le rat et essais 3-4 par la souris.
  2. Avant de filmer, un morceau de pâte est placée dans la chambre d'initier de manger et de se déplacer l'animal dans une vue de caméra approprié.
  3. Il est nécessaire pour que l'animal face à la caméra et de se concentrer et de zoomer suffisamment (~ 10-12x) pour afficher ajustements discrets avec les deux pattes de devant et tous les chiffres. Les jointures des deux pattes doivent être visibles. Au moins avec cet appareil, nous trouvons qu'il est utile d'utiliser les fonctions autofocus seulement avant le début du procès, à circonscrire la zone d'intérêt. Nous avons ensuite passer au point manuelle.
  4. Dès que l'animal et la caméra sont en position, le premier procès est entamé. Un morceau est tombé ou fait miroiter directement en face de l'animal et l'enregistrement est lancé avant de manger leur apparition.
  5. Par la suite, les essais sont donnés en succession immédiate. Il est conseillé de minimiser les délais entre les essais de sorte que les animaux ne s'éloignent pasà partir de la position de visualisation optimale.
  6. Essais dans lesquels les pattes sont considérés sur le côté ou dans lequel l'accent est perdu ne sont pas marqués.
  7. Les séances de test peut être répété sur plusieurs jours, par exemple, pour documenter pré-et post-traitement schémas temporels (par exemple, la récupération après une blessure du système nerveux central;. Allred et al, 2008).
  8. Un défi peut être obtenir des animaux de manger dans les positions souhaitées par rapport à la caméra. Il peut être nécessaire d'habituer les animaux timides caméra à la présence de la caméra pendant quelques minutes avant le test. Les animaux peuvent souvent être amenées à la position en abandonnant ou pendantes pâtes dans la région idéale. Elle peut exiger quelques morceaux pour accomplir cette position désirée, si le nombre de pièces données doit être minimisée pour éviter la satiété.
  9. Pour les tests séquentiels de plusieurs rats, nous avons trouvé commode de configurer un peu de leurs cages à un moment dans un cercle, avec la caméra sur un trépied roues au milieu. Un morceau est tombé dans une région idéale de chaque cage et la caméra, puis déplacé vers le rat qui commence à manger dans une position appropriée premier. Cela permet plus de temps pour l'lent (pour manger en position) des rats de s'habituer à la caméra et la présence expérimentateur et ils peuvent aussi être encouragés à consommer par les sons des rats mordre rapidement.

4. Analyse vidéo quantitative des ajustements patte et le temps de manger

  1. L'analyse des ajustements au cours patte manger est une simple mesure quantitative qui est sensible aux troubles du système nerveux central après lésion latéralisée chez le rat (Allred et al, 2008;. Whishaw & Coles, 1996; Whishaw et al, 1997.) Et au vieillissement des changements liés chez la souris (Tennant et al., 2009).
  2. La partie chiffrée de l'essai commence lorsque la pièce est d'abord placé les pâtes dans la bouche et se termine lorsque le dernier des pâtes est libéré de ses pattes et disparaît dans la bouche.
  3. Lecture vidéo est ralentie (~ 50% du temps réel), ou image par image avant est utilisé, si nécessaire, d'identifier les ajustements.
  4. Un ajustement est comptée chaque fois les versions patte et re-contacte le morceau pâtes, quand il ya reformation de la cale patte sur le morceau, ou quand il s'agit d'une extension-flexion ou d'abduction-adduction des chiffres (Fig. 2). Chaque réglage est enregistré séparément pour la patte gauche et à droite.
  5. Des ajustements sont pas comptés lors de la patte glisse à travers la pièce de pâtes avec aucun mouvement des chiffres ou le repositionnement de la cale patte. Les mouvements de la patte quand il n'est pas en contact avec la pièce de pâtes (à savoir, les mouvements à côté de la pièce) ne sont également pas comptés.
  6. Le temps de manger est également enregistré pour chaque essai, à commencer par l'apparition de manger et se terminant lorsque les pâtes disparaît dans la bouche. Nous enregistrons le temps l'utilisation des fonctions de lecture vidéo d'affichage, mais il peut aussi être enregistré avec un chronomètre lors de la lecture à vitesse normale.
  7. Si l'animal pauses pour manger, mais conserve une emprise sur le morceau, le temps de pause est soustraite de la durée totale. Une pause pour manger est évident soit par déplacement de la pièce sort de la bouche ou de la cessation de mordre audible.
  8. Le procès est omis de l'analyse, si pendant une partie de l'alimentation, la vue sur les pattes est obscurcie, ou si l'animal brise la pièce, parce que les morceaux plus courts modifient la manipulation de motifs.
  9. Certains rats et les souris constamment faire des ajustements plus avec une patte que l'autre. Pour unilatérale SNC modèles blessures, des déficiences latéralisée sont plus sensibles détectés si les blessures affectent la patte qui a fait plus de réglages en pré-test des blessures (Allred et al., 2008).
  10. Souris parfois tomber le morceau de pâtes au milieu du repas, et, après une courte pause, le ramasser et de continuer à manger. Ceci est plus fréquent dans le dernier essai de la journée, probablement due à la satiété et la perte partielle de se concentrer sur l'alimentation. Parce que ce n'est pas rare, même chez la souris intacte, nous ne sommes pas omettre ces essais. Cependant, le temps que le morceau est tombé est soustraite de la durée totale de manger.
  11. Chez les rats intacts, passant des morceaux est atypique et la reprise de l'alimentation est souvent très en retard ou absents. Ces essais sont exclues de l'analyse des ajustements et l'heure de manger.
  12. Ajustements avant l'apparition de manger ne sont pas comptés. Comportements de manipulation pré-manger sont affectés par les blessures du système nerveux central (par exemple, Whishaw et al, 1992;.. Whishaw et al, 1986), mais nous n'avons pas encore étendu les méthodes quantitatives pour les ajustements patte à cette période.
  13. Ces données peuvent être résumées comme suit: (a) le nombre moyen d'ajustements par patte par pièce, (b) le temps de manger à la moyenne par pièce et (c) le taux d'ajustements (ajustements / temps de manger).

5. L'analyse vidéo des modèles de gestion atypique

  1. Schémas de traitement atypique peut distinguer différents types de blessures SNC chez le rat (Allred et al., 2008) et recording ces comportements peuvent être utiles comme une analyse complémentaire.
  2. Manipulation modèles sont considérés comme atypiques, si elles sont rarement observées chez les animaux intacts. Animaux intacts généralement initier manger avec une patte, la "patte saisir", placée plus bas sur les pâtes, et la "patte guide» est alors placé près de l'embouchure (Fig. 3A, C). La même patte est généralement la patte saisir dans tous les essais. Rats pattes de position souvent très éloignés le long de la pâte au premier abord, et les déplacer ensemble en tant que pièce raccourcit. Souris généralement la position deux pattes près de la bouche, avec le saisir et guider les membres lieu près d'un autre, même au début du repas. Dans les deux espèces, les pattes se déplacer dans des positions plus symétriques, côte à côte ou avec des chiffres interposés, lorsque la pièce est très court (Fig. 3B, D). Les deux pattes sont utilisées en permanence pour guider, la détention ou l'avancement des pâtes lors de la consommation.
  3. Modèles atypiques en position de patte chez les rats et les souris comprennent: (a) placer les pattes ensemble, dans une cale symétrique, lorsque la pièce de pâtes est longue (plus de la moitié de la longueur initiale), (b) à défaut de déplacer les pattes dans les une position symétrique avant que la pièce est totalement consommé et (C) de commutation des positions du guide et des membres saisir au milieu du repas.
  4. Deux autres comportements atypiques chez les rats et les souris sont: (a) à défaut de communiquer avec le morceau de pâtes avec une patte pendant une période prolongée au cours de manger ("non-contact») et (b) en utilisant le bouche à tirer la pâte à travers la pattes pour les repositionner («bouche tirant").
  5. Deux comportements sont considérés comme atypiques pour les rats, mais sont typiques pour les souris: (a) une posture voûtée et (b) laisser tomber le morceau après avoir mangé des pâtes commence. Toutefois, la fréquence des chutes chez la souris peut augmenter après les dommages du SNC. Ainsi, nous enregistrons la fréquence baisse de deux espèces.
  6. Autres comportements atypiques ont été observées dans un rat modèle unilatéral dopamine striatale l'épuisement: (a) une "poigne de fer", où le membre est tenu en saisir une immobile, position rigide pendant le repas, (b) le mouvement répété de la patte Guide autour de la patte de saisir rigide, et (C) et inclinaison extrême de la tête comme les pâtes est incliné dans la bouche (Allred et al, 2008;. voir aussi Whishaw et al 1997)..
  7. Nous avons observé que des souris âgées font souvent des ajustements qui sont inefficaces pour déplacer les pâtes dans la bouche. Ainsi, des ajustements qui ne conduisent pas à un mouvement visible de la pièce les pâtes dans la bouche sont enregistrés séparément.
  8. Commutation le guide et les membres saisir, les échecs de contacter, de gouttes, et la bouche en tirant sont enregistrés par l'accident, alors que tous les autres comportements atypiques sont enregistrées une fois par essai.

6. Les résultats représentatifs

Les résultats de l'analyse vidéo devrait inclure le nombre d'ajustements de chaque patte par essai et le temps de manger des pâtes chaque morceau. Les résultats de rats avec des lésions corticales sensori-motrices ou d'ischémie cérébrale indiquent que les animaux font moins d'ajustements à la déficience (contra-à-lésion) un membre, un effet qui perdure depuis au moins un mois après la blessure. Unilatérale des résultats déplétion en dopamine dans les deux une diminution de réglages avec le membre controlatéral et une augmentation des ajustements avec le membre ipsilatéral (Allred et al., 2008). Les résultats de la souris montrent que les animaux âgés de plus de temps à manger les morceaux de pâtes, et faire des ajustements plus qui ne mènent à l'avancement des pâtes dans la bouche, par rapport à des souris adultes jeunes (Tennant et al., 2009). L'analyse de ces tests peuvent également inclure des observations des comportements de manipulation atypique. Dommages striatum et du Moyen-occlusion de l'artère cérébrale outre, abouti à une fréquence accrue des comportements alimentaires anormaux (Allred et al., 2008).

Figure 1
Figure 1. Posture de la manipulation de pâtes de (A) des rats et (B) des souris. Notez que les rats s'asseoir sur leurs hanches tandis que les souris intuition sur les pâtes, nécessitant le placement d'un miroir en dessous de la souris afin de voir les mouvements de la patte. (C) Exemples de morceaux de pâtes préparés pour les épreuves.

Figure 2
Figure 2. Un ajustement patte exemple de (AC) d'un rat et (DF) d'une souris. Le premier panneau montre l'animal avant l'ajustement, le panneau central montre le réglage patte, avec un astérisque indiquant la patte de réglage (s), et le dernier panneau montre le remplacement de la pièce de pâtes.

Figure 3
Figure 3. Guide et de saisir les positions des membres de rats et de souris lorsque la pâte est (A, C) de long et (B, D) court.

Discussion

Dans cette vidéo, nous montrons comment les vermicelles et tests de manipulation Capellini sont menées sur des rats et des souris, respectivement. Ces tests sont un moyen simple et quantitative pour étudier la fonction patte et chiffres chez les animaux normaux, après des dommages aux systèmes moteur du cerveau, ou lors du vieillissement. Analyse vidéo au ralenti de la patte et les mouvements de chiffres utilisés pour traiter des petits morceaux de pâtes crues permettre au chercheur de quantifier les ajustements apportés à chaque patte, ainsi que d'observer des comportements anormaux qui peuvent être observées à la suite des dommages du système nerveux central induite expérimentalement. Sessions de test peut être fait à plusieurs reprises sur des jours différents et la plupart des animaux achever tous les procès d'une séance de quelques minutes. Ainsi, le test est approprié pour l'incorporation dans une batterie de test plus important ou le design expérimental. Les tests peuvent également être utilisées dans les études de compétence de l'apprentissage moteur (Xu et al., 2009), mais ici nous présenter un protocole d'essai dans une évolution des compétences établies au fil du temps.

Actuellement, des tests qualifiés atteindre sont les tests les plus couramment utilisés de la fonction forelimb dextérité chez les rats (par exemple, Whishaw et al, 1986;. Ballermann et al, 2001;. Montoya et al, 1991.) Et des souris (Farr & Whishaw, 2002; Tennant & Jones, 2009; Baird et al, 2001).. Atteindre les tests permettent de tester isolée de chaque membre, tandis que la manipulation de pâtes est une tâche bimanuelle. Néanmoins, les tests sont similaires dans leur sensibilité aux déficiences fonctionnelles patte qualifiés et l'acquisition de compétences pour les deux tests implique la plasticité dans la représentation des membres antérieurs du cortex moteur (Xu et al., 2009). Dans notre expérience, les tests d'atteindre sont plus compliquées et laborieuses à effectuer et, pour certaines questions d'expérimentation, les tests présents peuvent fournir une alternative plus efficace. Toutefois, contrairement aux tests décrits ici, des tests qualifiés atteindre ont été en usage depuis des décennies (Peterson, 1934) et maintenant ils comprennent un ensemble polyvalent de mesures très sensibles et les paramètres de test (Ballermann et al, 2001;. Farr & Whishaw, 2002; Montoya et al, 1991;. Whishaw et al, 1992).. En revanche, les vermicelles et tests de manipulation Capellini s'étendent de caractérisations relativement récente sur le comportement de manipuler des aliments adroite de rats (Whishaw et Coles, 1996). Dans l'administration et l'analyse, ces tests pourraient sans doute être affiné et étendu, par exemple, à plus de quantifier précisément beaux modèles de mouvement et bimanuel chiffres et de quantifier les mouvements coordonnés de la langue, la bouche et la mâchoire.

Disclosures

Aucun conflit d'intérêt déclaré.

Acknowledgments

Les auteurs tiennent à remercier le Dr DeAnna Adkins, Dr Marty Woodlee, maris Cole, Mónica A. Maldonado, Jackie Kane, et le Dr Tim Schallert pour l'assistance à l'élaboration du test de maniement vermicelles, et Lu Chou pour l'aide au développement du Capellini Manipulation d'essai. Soutenu par des subventions du NIH-NINDS (NS05689) et le NIA des NIH (1F31AG034032-01).

References

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Les vermicelles et tests de manipulation Capellini: Simple mesures quantitatives de la fonction patte habile dans les rats et les souris
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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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