Behavioral Beurteilung der manuellen Geschicklichkeit in nicht-menschlichen Primaten

Summary

Als manuelle Geschicklichkeit ist ein Vorrecht vor allem von Primaten, haben Verhaltensstörungen Aufgaben in Makaken-Affen entwickelt. Vier zu erreichen und zu begreifen prehension Aufgaben-, Mess-Handmanipulation Fähigkeit und Kraft, erlauben die funktionelle Erholung nach einer Läsion des zentralen Nervensystems zu schaffen und die Wirkung einer Behandlung zu testen.

Abstract

Das kortikospinale (CS)-Darm-Trakt ist die anatomische Unterstützung der exquisite Motors Fähigkeit, geschickt zu manipulieren kleine Gegenstände, ein Vorrecht, vor allem von Primaten ^1. Im Falle einer Läsion, die die CS-Projektionssystem an ihrem Ursprung (Läsion der motorischen kortikalen Arealen) oder entlang der Flugbahn (Halsmarkes Läsion), gibt es einen dramatischen Verlust der manuellen Geschicklichkeit (Hand Lähmung), wie in einigen Tetraplegie oder gelähmte Patienten gesehen . Zwar gibt es einige spontane funktionelle Erholung nach Läsion, bleibt es sehr begrenzt in der Erwachsenen. Verschiedene therapeutische Strategien werden derzeit vorgeschlagen (z. B. Zelltherapie, Neutralisierung von inhibitorischen Axonwachstum Moleküle, die Anwendung von Wachstumsfaktoren, etc), die meist in Nagetieren entwickelt. Doch bevor die klinische Anwendung ist es oft empfehlenswert, um die Machbarkeit, Wirksamkeit und Sicherheit der Behandlung in nicht-menschlichen Primaten zu testen. Dies gilt insbesondere, wenn das Ziel ist es, manuelle Geschicklichkeit nach der Wiederherstellungeine Läsion des zentralen Nervensystems, wie die Organisation des motorischen Systems von Nagetieren ist anders als die Primaten ^1,2. Makaken sind hier als ein geeignetes Modell, um Verhaltensänderungen manuelle Geschicklichkeit in Primaten zu quantifizieren, um die Defizite, die sich aus Läsion des motorischen Kortex oder Halsmarkes zum Beispiel messen das Ausmaß der spontanen funktionellen Erholung, und wenn eine Behandlung angewendet wird reflektiert dargestellt, zu bewerten wie viel es kann Verbesserung der funktionellen Erholung.

Die Beurteilung des Verhaltens der manuellen Geschicklichkeit ist auf vier verschiedene, komplementäre, zu erreichen und zu begreifen manuellen Aufgaben (Einsatz von Präzisions-Griff, um Pellets zu erfassen), erfordern eine erste Ausbildung der erwachsenen Makaken basiert. Die Vorbereitung der Tiere nachgewiesen wird, sowie die Positionierung in Bezug auf die Verhaltens-Set-up. Die Leistung eines typischen Affe ist für jede Aufgabe dargestellt. Die Erfassung und Analyse der relevanten Parameter reflektiert präzise Hand ManipulationTION, sowie die Kontrolle von Kraft, werden erläutert und demonstriert mit repräsentativen Ergebnissen. Diese Daten werden dann in einen breiteren Kontext gestellt, die zeigen, wie die Verhaltensdaten ausgenutzt werden, um die Auswirkungen einer Querschnittlähmung oder einer Läsion des motorischen Kortex und in welchem ​​Umfang eine Behandlung kann die spontane funktionelle Wiederherstellung zu verbessern, indem untersucht werden verschiedene Gruppen von Affen (behandelt versus Schein zum Beispiel behandelt). Vorteile und Grenzen der Verhaltens-Tests werden diskutiert. Die vorliegende verhaltenstherapeutischen Ansatz steht im Einklang mit früheren Berichten betont die Relevanz der nicht-menschlichen Primaten-Modell im Rahmen von Erkrankungen des Nervensystems ^2,3.

Protocol

Die allgemeine Systematik des Experiments ist in Abbildung 1 dargestellt.

1. Tierische Vorbereitung und Übergabe an den Verhaltens-Labor

1. Im Labor bereiten die Verhaltens-Set-up: füllen die Vertiefungen der verschiedenen Test-Boards (Tests 1 bis 3 unten) mit den Pellets, die als Belohnung dienen während des Verhaltenstests.
2. Übertragen Sie die Affen aus der Gruppe Gehäuse Raum in eine Transfer-Käfig. Der Affe ist ausgebildet, um einen Tunnel den Zugang zu den Primaten Stuhl, mit anschließender Positionierung des Kopfes geben. Der Affe das Gewicht gemessen wird, vor der Übertragung in die Primatenstuhl an das Labor.

2. Test 1: Modifizierte Brinkman Bord

1. Dieser Test, verändert und angepasst aus früheren Berichten ^4,5, ist die grundlegende Verhaltensänderungen Aufgabe Referenz, die auf jeder Verhaltens-Sitzung durchgeführt werden. Initiieren Sie die Video-Aufnahme mit der Digitalkamera über den Set-up (Möglichkeit auch für 2 Erw. Ortzusätzliche Kameras, eine auf jeder Seite des Brettes) und platzieren Sie den Affen vor dem Brinkman Bord.
2. Öffnen Sie zum Beispiel das rechte Fenster auf der Primatenstuhl um den Zugriff auf die rechte Hand zu geben. Mit der rechten Hand, ruft der Affe das Essen Pellets aus dem 50 Slots (25 vertikale und 25 horizontale).
3. Nach Abschluß der Prüfung, in der Nähe des rechten Fensters und Nachfüllen der Vorstand mit Pellets.
4. Öffnen Sie im linken Fenster und wiederholen Sie den Test für die linke Hand.
5. Reward das Tier am Ende des Tests mit ein paar Rosinen oder Mandeln, ein Verfahren, bei dem Ende jeder Prüfung wiederholt werden, um die Motivation während der gesamten täglichen Sitzung aufrecht zu erhalten.

Weitere Informationen: Drei digitale Videokameras eingesetzt werden, um die Reihenfolge für die Off-line-Verarbeitung aufnehmen, übereinander gelegten Brett und eine auf jeder Seite des Brettes (um genau zu beurteilen die Lage der Finger während der Durchführung der Erfassung). Innerhalb der gleichen täglichen Sitzung, the Affen durchführen können andere Aufgabe (entweder Aufgabe 2, und / oder Aufgabe 3 und / oder Aufgabe 4; unter den verschiedenen Tagen der Woche verteilt werden). Für den Test 1, wenn der Affe begann mit der rechten Hand an Tag 1, mit der linken Hand an Tag 2 und so weiter beginnen.

6. Optional: Während der Test durchgeführt oben mit einer oder der anderen Seite getrennt ermöglicht den Vergleich der Leistung der linken Hand die rechte Hand (die "dominanten Hand" zu identifizieren), ist es auch in einem frühen Stadium der Ausbildung möglich, den Affen führen Sie die Aufgabe mit beiden Händen gleichzeitig. Wenn einerseits ist häufiger als die anderen, um Pellets zu erfassen verwendet, dann kann es als das "bevorzugte Hand" betrachtet werden.

3. Test 2: Brinkman-Box (mit und ohne visuelle Kontrolle)

1. Die Brinkman-Box besteht aus 20 Bohrlöchern (10 vertikale und 10 horizontale). Wie um zu testen, 1 verglichen, hat der Affe die Hand in einem begrenzten Raum zu kontrollieren, mit reduzierten Freiheitsgraden, um die Präzision durchführenGriff Bewegung. Füllen Sie das Board mit Pellets und schließen Sie die obere Facette der Box, um erste Durchführung des Tests in Abwesenheit von visueller Kontrolle (unter Berufung auf taktile Exploration).
2. Legen Sie die Affen vor der Brinkman-Box. Öffnen Sie im linken Fenster des Primas Stuhl auf der linken in Abwesenheit von visuellen Kontrollen unterzogen. Der Affe versucht, die 20 Pellets abzurufen, während die Sequenz von einer Digitalkamera unter den Kasten gelegt aufgezeichnet wird.
3. Schließen Sie das linke Fenster des Primas Stuhl. Füllen Sie die Platine mit Pellets. Öffnen Sie im rechten Fenster des Primas Stuhl. Der Affe wiederholt den Test mit der rechten Hand in Abwesenheit von visuellen Kontrolle. Schließen Sie das Fenster rechts des Primas Stuhl.
4. Um die Fähigkeit zu Pellets in der Brinkman-Box greifen unter visueller Kontrolle, öffnen Sie die obere Facette der Box.
5. Füllen Sie den Kasten mit Pellets und der Affe führt den Test mit der rechten Hand.
6. Schließen Sie das Fenster rechts des Primas Stuhl. Füllen Sie den Kasten mit Pellets. Öffnen Sie im linken Fenster des Primas Stuhl. Der Affe führt den Test mit der linken hand.Repeat Schritt 2.5.

4. Test 3: Rotating Brinkman Bord

1. Dieser Test ist vergleichbar mit der Brinkman Bord Aufgabe (Test 1), es sei denn, dass das Board sich dreht, zwingt der Affe auf die Verschiebung des Vorstandes in einem (im Uhrzeigersinn) oder andere (gegen den Uhrzeigersinn) in Richtung zu antizipieren. Füllen Sie das Board mit Pellets. Die Sequenz wird mit einer digitalen Kamera über dem Set-up (Möglichkeit auch 2 zusätzliche Kameras, eine auf jeder Seite Platz) platziert aufgezeichnet.
2. Öffnen Sie im rechten Fenster des Primas Stuhl. Der Affe fragt die Pellets aus den 32 Brunnen, auf vier konzentrischen Reihen verteilt, während das Board im Uhrzeigersinn dreht.
3. Schließen Sie das rechte Fenster. Füllen Sie die Platine mit Pellets.
4. Öffnen Sie im linken Fenster des Primas Stuhl. Der Affe führt den Test wie in 4.2 mit der linken Hand.
5. Wiederholen Sie die Punkte von 4,2 bis 4,4, während das Board is gegen den Uhrzeigersinn drehen (eine Hand nach der anderen). Wiederholen Sie Schritt 2,5.

5. Test 4: Reach und begreifen Schublade Aufgabe

1. So kombinieren prehension Fähigkeit mit der Fähigkeit, Kraft zu erzeugen, diesen Test (abgeleitet von früheren Versionen ^6-11) war so, dass der Affe auf einer Schublade durch Ausüben zunächst eine Greifkraft auf den Knopf der Schublade offen konzipierte, gefolgt von einer Last Kraft, um die Schublade zu öffnen, die den Zugang zu einem Pellet in die Schublade gelegt. Das Pellet wird mit der gleichen Hand abgerufen werden, während die Schublade offen bleibt, wieder mit der Präzision Griff. Eine digitale Kamera ist auf der Oberseite der Schublade gelegt, um die Prüfungen für die off-line Kontrolle über die Daten (z. B. Erkennung von fehlerhaften Versuchen) aufnehmen.
2. Öffnen Sie im rechten Fenster des Primas Stuhl. Der Affe führt 10 Studien an jedem der 5 verschiedenen Ebenen des Widerstandes, mit der rechten Hand (mindestens 5 richtigen Studien für jeden Widerstand Ebene).
3. Wiederholen Sie den Test (50 Versuche) mit the der linken Hand. Wiederholen Sie Schritt 2,5.

Weitere Informationen: Auf der nächsten Verhaltensstörungen täglichen Sitzung abwechselnd die Hand, mit dem das Tier hat den Test zunächst auf der vorherigen Sitzung.

6. End of Behavioral-Sitzung

1. Nach Abschluss der Tests an diesem Tag vorgesehen, Futter und Belohnung der Affe mit Lebensmitteln zusätzlich zu den Pellets während des Tests erhalten. In der Regel erhält der Affe Getreide und Früchten.
2. Der Affe ist die Gruppenhaltung Raum mit den Kumpels zurück.

Die genaue zeitliche Abfolge der verschiedenen Tests durchgeführt wird, auf das Protokoll der Schriftform.

7. Repräsentative Ergebnisse

Die vier Verhaltenstests oben dargestellt (Abbildung 1) wurden ausgiebig in unserem Labor im Rahmen des Studiums an der Untersuchung der funktionellen Erholung von Läsion des zervikalen Rückenmarks richtet (Fi verwendetgure 2A) oder des motorischen Kortex (Abbildung 2B), in Abwesenheit oder in Anwesenheit einer Behandlung angewendet, um die spontane Heilung ^12-19 erhöhen.

I) der Partitur durch die Anzahl der Pellets durch den Affen in den ersten 30 Sekunden abgerufen werden, getrennt für die vertikalen Schlitze gezählt gegeben: Für Test 1 (geändert Brinkman board), ist die Analyse von zwei Parametern ab (Abb. 3 und 4A) konzentriert und die horizontale Schlitze (durch die Wiedergabe off-line aufgezeichneten Videosequenz); ii) die Kontaktzeit (CT), als die Zeit (Dauer) der Kontakt zwischen den Fingern und das Pellet definiert (siehe auch Abbildung 6, unten Serie von Bildern ). Es ist das Zeitintervall zwischen dem Einsetzen der ersten Finger (in der Regel mit dem Zeigefinger) in den Schlitz an der Pellet-Touch und dem Beginn des Abrufs des Pellets aus dem Brunnen. Das Zeitintervall wird durch die Wiedergabe Frame für Frame der Videosequenz gemessen. Die CT ist für die ersten fünf vertic gemessenal-Steckplätze und die ersten fünf horizontale Schlitze von den Affen ^16-18 ab. Die Kurven der Partitur zeigen die Erstausbildung Phase der Pre-Läsion Plateau, den dramatischen Rückgang der Partitur (in der Regel auf Null) unmittelbar nach der Läsion, die progressive (spontan) die funktionelle Erholung nach der post-Läsion Plateau. Die funktionelle Erholung ist in% durch das Verhältnis der mittleren post-Bewertung der Schädigungen am Plateau durch den Median pre-Läsion-Score (Plateau) unterteilt ausgedrückt ^* 100 (Abb. 3 und 4A). Für die CT, als ein Anstieg spiegelt ein Defizit, ist die funktionelle Erholung in% ausgedrückt das Verhältnis der mittleren Pre-Läsion CT (Plateau) durch den Median post-Läsion CT am Plateau ^* 100 geteilt. Die Wirkung der Behandlungen nach Läsion zeigte basierend auf dem Test-1, sind ausführlich in früheren Berichten aus diesem Laboratorium ^14,15,17 dargestellt. Eine weitere Analyse kann die Frage nach der Strategie-Adresse, besuchte nämlich die zeitliche Abfolge von Slots durch die monkey (Abbildung 4B).

Für Test 2 (Brinkman-Box), obwohl die Partitur kann auch wie in Test 1 hergestellt werden, ist ein aussagekräftiger Parameter der "total time", als das Zeitintervall zwischen dem Pflücken der Pellets in den ersten Slot und die Kommissionierung von definierten das Pellet in den letzten (20 ^{th)-Steckplatz} (Abbildung 5). Eine funktionelle Erholung kann berechnet und ausgedrückt in%. Es wird anhand der mittleren gesamten Zeit pre-Läsion (Plateau nach dem Training Phase) durch die mediane Gesamtzeit post-Läsion am Plateau ^* 100 geteilt.

Für Test 3 (rotierende Brinkman board), obwohl die Partitur kann auch wie oben (Versuch 1) festgestellt werden, ist ein empfindlicher Parameter der Einwirkzeit (CT, wie vorstehend definiert in Test 1), für die ersten zehn Slots gemessen (Abbildung 6 ).

Für Test 4 (. Zu erreichen und zu begreifen Schublade Aufgabe), das Set-up comprises mehreren Detektoren, Aufnahme diskrete Ereignisse wie Studie Einleitung (die Hand unterbricht einen Lichtstrahl vor dem Panel platziert), Hand am Knopf, Einsetzen der Schublade ziehen, das Ende der Schublade öffnen, Hand in den Steckplatz (Pick-in-Zeit ), von Hand Rückzug aus dem Steckplatz (Pick-out). Kraftaufnehmer auf dem Knopf lassen Messung der Greifkraft (ausgeübt durch den Daumen und Zeigefinger drücken auf den Knopf) und die Lastkraft (ausgeübt, um die Schublade, auf verschiedenen Ebenen der Widerstand auf die Schublade öffnen verhängt entgegenzuwirken pull). Die verschiedenen Ebenen des Widerstandes gegen die Öffnung der Schublade wurden durch Änderung der Stromstärke angewendet, um eine rotative elektromagnetischen Motor an der Rückseite der Schublade erhalten. Das Set-up ist so konzipiert, eine Widerstandskraft parallel zur Ausrichtung der Öffnung der Schublade gelten. Detaillierte Regelung der Schublade Set-up ist auf Anfrage erhältlich, um den entsprechenden Autor. Alle diese Daten sind mit dem Interface eine gesammeltend Software Spike 2 und angezeigt, wie in Abbildung 7 dargestellt.

Wie bereits ausgewiesen1 ^4,15, stellen diese Aufgaben der Verhaltensebene Basis zu untersuchen, ob die spontane Genesung von einer Verletzung des Halsmarks mit einer spezifischen Behandlung zu fördern axonale Regeneration (Abbildung 8) soll gesteigert werden kann.

Der Abruf der Gäste und die Kontaktzeit Parameter spiegeln unterschiedliche Komponenten der manuellen Geschicklichkeit: die erste umfasst die gesamte Motor-Sequenz (Erreichen, Greifen, Zurückziehen der Hand, den Transport der Pellets in den Mund), während die zweite konzentriert sich auf das Greifen Phase nur. Diese beiden Parameter sind besonders präzise und komplementäre für die modifizierte und der rotierenden Brinkman Bord Aufgaben. Während der Partitur steht weitgehend redundante Informationen in diesen beiden Aufgaben, bietet die Kontaktzeit im Gegensatz weitere aufgabenspezifische Informationen aufgrund derVariabilität des Slots "Positionen in der rotierenden Brinkman Bord Aufgabe, im Hinblick auf ihre statische Position in der modifizierten Brinkman Bord Aufgabe gegenüber. Die Brinkman box Aufgabe unterscheidet sich von den beiden oben genannten Aufgaben, wie die Freiheitsgrade der Bewegungen mit der Hand durch den geschlossenen Raum sind begrenzt. In der Folge spielen die Positionen der verschiedenen Slots auf dem Board innerhalb der Brinkman-Box eine wichtige Rolle im Hinblick auf die Schwierigkeit, die manuelle Ergreifen aufgrund der Dürftigkeit der Box durchführen. Zum Beispiel stört das Greifen mit der Hand aus den Schlitzen auf der rechten Seite der Box befindet sich mit der rechten Seitenwand.

Folglich würde die Bewertung von Retrieval-Score auf 30 Sekunden, wie im modifizierten Brinkman Bord voreingenommen abhängig von der Position der Steckplätze tatsächlich besucht von den Affen während dieser beschränkten Zeitraum, was eine wesentliche Variabilität von einer Sitzung zur anderen sein. Aus diesem Grund ist es eher angebracht, involve alle Steckplätze (n = 20) und damit die Parameter Gesamtzeit gewählt wurde. In der modifizierten Brinkman Bord, war die gesamte Zeit nicht berücksichtigt, da der Affe kann in einigen Fällen verlieren die Motivation (zB post-Läsion) aufgrund der großen Anzahl von Slots durchgeführt werden (n = 50). Entlang derselben Linie, würde die Analyse der Kontaktzeit implizieren, alle Schlitze der Brinkman-Box in Betracht ziehen (wobei nur die ersten fünf Slots in der modifizierten Brinkman Bord wie die Position des ausgewählten Slots galten wenig, wenn keine Einfluss auf diese Parameter). Daher wird für die Brinkman-Box, empfehlen wir in einem ersten Ansatz für die gesamte Zeit zu bestimmen, wie es wurde beobachtet, dass eine hoch relevante und informative Parameter sein, zumindest in unseren Studien mit Affen, die einer motorischen Kortex Läsion (keine Daten verfügbar Rückenmark verletzten Affen). Dennoch kann die Kontaktzeit für die Brinkman-Box betrachtet werden, sondern in einem zweiten Schritt auch alle zwanzig Slots, getrennt allerdingsfür die horizontale und vertikale Schlitze (nicht dargestellt).

Abbildung 1. Gesamtkonzept des Experiments. Das Tier ist aus der Tierhaltung in den Primatenstuhl übertragen, dann auf der Verhaltensebene Labor transportiert. Auf jeder täglich Sitzung führt der Affe den Test 1. Am zweiten Tag, der Affe führt dann test 2 und / oder Test 3 und / oder Test 4. Einige Affen (besonders motiviert) können alle Tests auf dem gleichen Tag durchgeführt werden soll. Lebensmittel Pellets (als Belohnung) wurden von getrockneten Bananen oder Glucose Pulver, das in einer runden Form von ca. 4 mm im Durchmesser komprimiert wird. In allen unseren Verhaltens-Tests verwenden wir staubfreie Pellets Präzision (45 mg) von BIOSERV, One 8th Street, Suite One, Frenchtown, NJ 08825, USA zur Verfügung gestellt.

Die Dimension der modifizierten Brinkman Bord ist 240mm lang und 140 mm breit, während die Dimension des Slots ist 15 mm lang, 8 mm wide und 6 mm tief. Der Durchmesser der Platine in die rotative Brinkman Board ist 114 mm.

. Abbildung 2 Representative (chirurgische) Läsion des Halsmarks (Panel A; modifiziert nach ¹⁵⁾ und (chemische) Läsion des motorischen Kortex (Panel B; modifiziert nach ^16), von den entsprechenden histologischen Schnitten abgeleitet, für SMI-32 Färbung verarbeitet . Die maximale Ausdehnung des Halsmarkes Läsion aus aufeinanderfolgenden Sagittalschnitten des Rückenmarks (Panel A) wieder aufgebaut worden, während das Ausmaß und die Position des motorischen Kortex Läsion aus aufeinanderfolgenden Frontalschnitten des Gehirns und neu positioniert auf einem rekonstruiert Seitenansicht des entsprechenden Hirnhälfte (roter Punkt in Panel B). Die Halsmarkes Läsion resultierte aus einer Durchtrennung mit einer Operation Klinge auf der Ebene C7-C8, was zu einer sub-Hemisektion unterbrechen einseitig die wichtigsten CS-Darm-Trakt Komponentennente im dorsolateralen Funiculus, oberhalb der Motoneuronen steuern Handmuskeln ^14,15,20. Die permanente kortikale Läsion wurde durch Infusion von Ibotensäure ^13,16,17 produziert an den Standorten für die Hand-Darstellung bereits etablierten Verwendung intrakortikale Mikrostimulation (ICMS, siehe ^16,21,22). Die kortikale Läsion Gebiet erscheint als eine abrupte Unterbrechung des SMI-32-Färbung von Neuronen in Schichten III und V in der rostralen Bank des Sulcus centralis (mit der gestrichelten Linie in Abb. B abgegrenzt).

Abbildung 3. Repräsentative Daten aus dem modifizierten Brinkman Bord Aufgabe (Test 1) von einem Affen, die einer Läsion des Rückenmarks (wie in Abbildung 2A dargestellt) durchgeführt abgeleitet. Die Grafik zeigt das Ergebnis (Ordinate), getrennt für die vertikale Schlitze (blaue Symbole) und die horizontale Schlitze (rote Symbole). Die gelben Symbole sind für die Summe dervertikale und horizontale Werte auf einem bestimmten täglichen Sitzung. In der Abszisse ist die Zeit für die aufeinander folgenden Tagen der Verhaltens-Sessions. Die vertikale gestrichelte rote Linie (Tag 0) ist der Tag, an dem die Läsion durchgeführt wurde. Drei verschiedene Zeiträume werden hervorgehoben: die erste (schwarz gestrichelte Linie) entspricht der Einarbeitungszeit, die zweite (blaue gestrichelte Linie) auf dem Plateau der Leistung vor der Verletzung, und die dritte (grüne gestrichelte Linie) auf dem Plateau des erholt Leistung. Daten aus ¹⁵ geändert.

Abbildung 4A. Wie in Abbildung 3 (Test 1), sondern in einen Affen unterzogen, um eine Läsion des motorischen Kortex (wie in Abbildung 2B dargestellt). Die Grafiken zeigen die Partitur (Panel A; gleichen Konventionen wie in Abbildung 3) und die Kontaktzeit (CT; Panel B)-Daten. In der Abszisse ist die Zeit fürdie aufeinander folgenden Tagen der Verhaltens-Sessions. Die vertikale gestrichelte rote Linie (Tag 0) ist der Tag, an dem die Läsion durchgeführt wurde. In Panel B, entspricht jeder Punkt, um den Zeitpunkt der Berührung zwischen dem Finger und das Pellet in einem Schlitz (5 Versuche pro Orientierung für jede Sitzung, die graue Balken stellt den Medianwert). Beachten Sie, dass für die Studien, in denen das Tier nicht durchführen könnte die Aufgabe (unmittelbar nach der Verletzung), der CT als gesättigte Wert bei 5 Sekunden erscheint. Daten ab ^16,17 modifiziert.

4B. Analyse der Strategie in der modifizierten Brinkman Bord Aufgabe mit der kontraläsionalen Hand ausgeführt, bevor Läsion des motorischen Kortex (Pre), während der Erholungsphase (Recovery) und post-Läsion am Plateau (Post) angenommen. Die Farbe der einzelnen Slot zeigt die Reihenfolge der Slots durch den Affen in einer Sitzung (der erste Slot besucht wird durch die dunkelsten Blau und den letzten Slot besucht von den dunkelsten rot dargestellt) besucht. Hinweis that pre-Läsion, begann der Affe auf der linken Seite des Brettes und gescannt systematisch nach rechts. Während der Erholungsphase wurde die Reihenfolge geändert. Am Plateau post-Läsion hat die Strategie pre-Läsion wieder erschienen (systematische Scannen von links nach rechts).

Abbildung 5. Repräsentative Daten aus der Brinkman-Box (Test 2) ableiten, ein Affe die Aufgabe ausgeführt wird unter visueller Kontrolle. Die Ordinate ist die gesamte Zeit benötigt, um die 20 Brunnen entlang der täglichen Sitzungen (Abszisse), vor und nach einer Läsion des motorischen Kortex (vertikale gestrichelte Linie) durchgeführt leer. Die Abmessungen des zugängliche Volumen innerhalb der Box sind 1360 cm ³ (120mm ^* 110mm ^* 103mm). Hinweis einer ersten Phase der Ausbildung, durch eine größere Variabilität der gesamten Zeit von einer Sitzung zur nächsten gekennzeichnet. Unmittelbar nach der kortikalen Läsionen, dieAffe war nicht in der Lage, die Aufgabe (Datenpunkte bei 200 Sekunden gesättigt) durchzuführen. Der p-Wert ist statistisch signifikant für den Unterschied zwischen den mittleren gesamten Zeit pre-Läsion (Mitte der horizontalen grauen Rechteck auf der linken Seite) und die mediane Gesamtzeit post-Läsion in den letzten Sitzungen (Mitte der horizontalen grauen Rechteck auf der rechten ). Der Anteil der funktionellen Erholung ist 89,6%, während das Volumen des motorischen Kortex Läsionen betrug 41,8 mm ^3. Daten aus ¹⁹ geändert.

Abbildung 6. Repräsentative Ergebnisse (top beiden Grafiken) aus der rotative Brinkman Bord Aufgabe (Test 3) abgeleitet, mit Darstellung der Kontaktzeit gemessen pre-Läsion und post-Läsion, mit dem gleichen Konventionen wie in Abbildung 4A (Panel B), für einen Affen, die einer Läsion des motorischen Kortex (Daten aus ¹⁷ modifiziert). Die obere Grafik ist für ein im Uhrzeigersinn ("Cl") ro zung der Bord, während die untere Grafik ist für ein gegen den Uhrzeigersinn ("C-Cl") Drehung des Boards. Die beiden vertikalen grauen Pfeile zeigen an, dass die Kontaktzeit unendlich lange in wenigen Sitzungen wurde sofort nach der Verletzung, wie der Affe war nicht in der Lage, die Aufgabe mit der kontraläsionalen Hand durchzuführen. Die Reihe der Bilder an der Unterseite der Figur zeigen die Methode, um die Kontaktzeit (gilt für beide die modifizierte Brinkman Bord und der rotierenden Brinkman board) zu messen. Die linke Bild zeigt die Hand nähert sich dem Steckplatz mit der Pellet (100 ms vor dem Kontakt zwischen dem Zeigefinger und dem Pellet). Die nächsten Frame auf der rechten Seite entspricht der Zeit, Point of Contact (0 ms). Dann kontaktieren Sie ist definiert als die Zeitspanne (in ms) läuft bis zum Erreichen des Rahmens (ganz rechts), entsprechend dem Zeitpunkt, an dem die Pellets aus dem Steckplatz heraus genommen wird definiert. Die Kontaktzeit ist dabei 240 ms.

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Abbildung 7. Repräsentative Daten aus einer Session durch einen Affen auf die Reichweite und begreifen Schublade Aufgabe (Test 4) durchgeführt abgeleitet.

Panel A: Rohdaten, die drei Parameter online erfasst während einer einzigen Studie: Lastkraft in rot, Greifkraft in blau und Verschiebung der Schublade in grün. Mehrere Marker wurden auch bei der Aufgabe übernommen: Kommissionierung Zeit entspricht der Zeit der Belohnung zu erfassen, vollständig geöffnet, um die vollständige Öffnung der Schublade und Knopf touch (tch), um den Zeitpunkt, wenn das Tier zuerst berührt den Knopf. Für die Analyse wurden sieben Cursor an kritischen Zeitpunkten in der Entfaltung Aufgabe (z. B. 3 grauen Cursor auf den unteren drei horizontale Linien) gelegt: 1) Zeit, um die Berührung des Knopfes durch das Tier eingesperrt, 2) Beginn der Griffkraft; 3) maximale Griffkraft, 4) Beginn der Lastkraft; 5) maximale Belastung Kraft; 6) Zeit gesperrt, wenn die Schublade vollständig geöffnet ist; 7) Zeit, um die Kommissionierung Zeit gesperrt.

Panel B: Darstellung der quantitativen Ergebnisse für zwei Parameter während der Aufgabe erfasst: der Griff (Kraft verwendet, um den Knopf zwischen dem Zeigefinger und dem Daumen zu begreifen) und der Last (Kraft verwendet, um die Schublade zu öffnen) in zwei Diagramme: der Maximalwert (Grafik links) und der Wert der Steigung (von der Entstehung bis zur max;. Abbildung rechts).

Vier von den fünf unterschiedlichen relativen Niveaus des Widerstands wurden hier dargestellt: R0 (0 Newton), R3 (1,4 N), R5 (2,75 N) bis R7 (5 N). Der Knopf der Schublade hat eine dreieckige und flache Form. Die Basis des Dreiecks an der Schublade Maßnahmen 20mm und oben (15 mm von der Basis) besteht aus einer kreisförmigen Kontur von 7 mm Durchmesser. Die Schublade selbst hat folgende Abmessungen: Länge = 50 mm, Breite = 27 mm und Höhe = 45mm.

Abbildung 8. Reminder (modifiziert nach ¹⁵⁾ von der Nutzung der Verhaltenstest 1, um die mögliche Wirkung einer Behandlung (anti-Nogo-A Antikörper) auf die funktionelle Erholung von Halsmarkes Läsion zu untersuchen. Für beide Partituren und Einwirkzeit, sowie für beide Slot Orientierungen, die Gruppe der Kontroll-Antikörper Affen behandelt (blaue Symbole, n = 6) erholt manuelle Geschicklichkeit weniger gut als die Gruppe der anti-Nogo-A Antikörper behandelten Affen (rote Symbole ; n = 7), insbesondere für große Volumen der Läsion. Die 2 Gruppen unterscheiden sich signifikant mit p = 0,035 (Panel A), p = 0,022 (Panel B), p = 0,035 (Panel C) und p = 0,008 (Panel D).

Discussion

Obwohl die vorliegende Verhaltensstörungen Aufgaben wurden bisher in unserem Labor im Rahmen von Studien zu den Läsion des Halsmarks oder Läsion des motorischen Kortex mit dem Ziel, verschiedene Behandlungen Test berücksichtigt werden (siehe ^14,15,17 und http:/ / www.unifr.ch / Neuro / Rouiller > select "Forschung" in der oberen Leiste Menü, dann> "Motor-System"> "Erholung nach Läsion"), können sie auch eine breitere Anwendung, wie manuelle Geschicklichkeit ist auch ein Aspekt zu prüfen in anderen Pathologien, wie zB Parkinson-Krankheit (MPTP-Affen) oder bei der sensorischen de-afferentation beeinflussen Propriozeption und / oder den Tastsinn (vor allem der Test 2 in Abwesenheit von visuellen Kontrolle).

Die Verhaltenstests hier vorgeschlagene geeignet sind, die motorische Kontrolle der distalen Bewegungen der vorderen Gliedmaßen zu untersuchen, wie es in manueller Geschicklichkeit beteiligt. Die Spezifität des Tests wird durch demonstriertdas Fehlen des Defizits (außer für ein paar Tage) im Falle einer Läsion, die nicht beeinträchtigt relevanten Komponenten des Leitsystems: in der Tat, im Falle einer Läsion platziert mehr caudal als die Motoneuronen steuern Handmuskeln, gab es kein Defizit. Die Relevanz der Test 1 kann durch den Vergleich auf Video-Sequenzen zu zwei Zeitpunkten der Post-Läsion Recovery-Kurve, die durch eine Verbesserung der funktionellen Erholung von 25% abweichen, möglicherweise im Zusammenhang mit einer Zelltherapie ^{17 Gewinner} gewürdigt werden.

Trotz der anfänglichen, relativ kurze Einarbeitungsphase zu Beginn (Dauer in der Regel 2-3 Monate), sind die Verhaltenstests hier vorgeschlagene relativ "natürlich" und einfach, da im Vergleich zu komplexen (z. B. bedingt) Aufgaben, für die die Ausbildung der Affen kann fast ein Jahr oder mehr. Die positive Verstärkung auf feste Nahrung, die weniger empfindlich auf die ethischen Standpunkt aus als Wasser Deprivation beruht, in der Regel in mehr com verwendetkomplexe Aufgaben ^23. Es gibt keine Notwendigkeit, den Affen aus der Nahrung zu entziehen, um stabile und konsistente Ergebnisse zu erhalten. Die Pellets während der Auftragsausführung sind die ersten Zugriff auf das Essen auf den Tag des Verhaltens Sitzung (unter der Annahme, dass die Affen nicht in der vorhergehenden Nacht zu essen, aber zusätzliche Nahrung kann bis zum Ende des Nachmittags des vorhergehenden Tages gegeben werden) . Entscheidend ist, dass jeder Affe der Verhaltensebene Sitzung zur gleichen Zeit des Tages, sowie Wahrung der gleichen Reihenfolge zwischen den verschiedenen Affen bilden eine Gruppe in dem Gehäuse Platz führt. Wie die Affen, die auf externe störende Ereignisse sind, sollte die Verhaltens-Aufgaben in Anwesenheit von Hintergrundmusik durchgeführt werden, Maskierung potenzielle störende Geräusche aus benachbarten Räumen oder Laboratorien. Entscheidend ist, dass während der gesamten Dauer des Experiments (von der Erstausbildung bis zum letzten Tag experimentellen Sitzung, über einen Zeitraum von mehreren Monaten, wenn nicht Jahre), ist eine bestimmte Affentäglich unter der Aufsicht des gleichen Versuchsleiter platziert.

Die vorliegende Verhaltenstests, seit mehreren Jahren in unserem Labor verwendet werden, um manuelle Geschicklichkeit zu quantifizieren, sind zu einem gewissen Grad vergleichbar mit anderen Tests der manuellen Geschicklichkeit vor kurzem in der Literatur ^24-28 berichtet. Es besteht jedoch ein dringender Bedarf an Tests in verschiedenen Labors (zum besseren Vergleich), die ein vorläufiges Ziel des vorliegenden Berichts ist zu standardisieren. Auf Nachfrage, erläutert die genauen Eigenschaften des Set-ups hier für Tests 1-4 durch den entsprechenden Autor zur Verfügung gestellt werden können, um sie zu replizieren. Über das Thema der regenerativen Medizin (Wiederherstellung nach Läsion des Rückenmarks oder Hirnrinde) kann die vorliegende Palette von Tests geeignet sein, in normalen, nicht-menschlichen Primaten Entwicklungsfragen (z. B. zeitliche Verlauf der motorischen Entwicklung von geschickten Bewegungen)-Adresse, zu untersuchen, Lateralisierung Aspekte (Hand Präferenz / Dominanz) und zu entschlüsseln evolutionären Fragen comparing die motorischen Fähigkeiten der verschiedenen Arten von Primaten, einschließlich des Menschen. Beachten Sie jedoch, dass die Abmessungen der Geräte gemäß den Ziffern "Größe (Dicke und Länge) der Primaten sollten angepasst werden, da es die Aufgabe die Leistung beeinflussen können. In der vorliegenden Studie wurden die Tests auf macaca fascicularis Affen reicht von 2,5 bis 8 Jahre alt und wiegen zwischen 2,5 und 8 kg. Die Länge des Zeigefingers (first, um die Pellets zu manipulieren) reicht von 32 bis 35 mm, während der Umfang des distalen Phalanx (Spitze) des Zeigefingers wurde zwischen 22 und 25 mm bei den Affen in unseren Studien eingeschlossen. Wie in den vorangegangenen Experimenten getestet, sind die gleichen Greifen Tests für Macaca Mulattin als gut.

Alle Experimente wurden in Übereinstimmung mit dem Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren (1996) durchgeführt und vom lokalen (schweizerischen) Veterinärbehörden. Alle experimentellen Verfahren auf der Affens, sowie die Haftbedingungen in der Tierhaltung, wurden im Detail in den jüngsten Berichten aus unserem Labor beschrieben: siehe Referenzen 12-18.