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Behavior

चूहे में एकल गोली पहुँचना कार्य से सीखना अध्ययन मोटर कौशल

doi: 10.3791/51238 Published: March 4, 2014

Summary

लगातार अभ्यास समन्वित आंदोलनों की शुद्धता में सुधार. यहाँ हम चूहों में सीखने और forelimb के स्मृति कौशल का आकलन करने के लिए बनाया गया है जो एक एकल गोली तक पहुँचने कार्य, परिचय.

Abstract

के लिए पहुँचना और पुन: प्राप्त वस्तुओं forelimb में सटीक और समन्वित मोटर आंदोलनों की आवश्यकता होती है. चूहों बार बार समझ और लगातार प्रशिक्षण के बाद भोजन एक विशिष्ट स्थान पर तैनात पुरस्कार, (सटीकता और गति के रूप में परिभाषित) अपनी मोटर प्रदर्शन समय के साथ उत्तरोत्तर सुधार, और पठारों को पुनः प्राप्त करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है. ऐसे में पहुँचने के कौशल में महारत हासिल होने के बाद इसकी आगे रखरखाव निरंतर अभ्यास की आवश्यकता नहीं है. यहाँ हम चूहों में कुशल forelimb आंदोलनों के अधिग्रहण और रखरखाव का अध्ययन करने के लिए एक एकल गोली तक पहुँचने कार्य परिचय. इस वीडियो में, हम पहले आमतौर पर यह सीखने और स्मृति प्रतिमान में सामना कर रहे हैं कि चूहों के व्यवहार का वर्णन है, और उसके बाद इन कार्यों को श्रेणीबद्ध करने और मनाया परिणाम यों के लिए चर्चा. माउस आनुवंशिकी के साथ संयुक्त, यह प्रतिमान संरचनात्मक आधार, शारीरिक गुण, और सीखने और स्मृति के आणविक तंत्र का पता लगाने के लिए एक व्यवहार मंच के रूप में उपयोग किया जा सकता है.

Introduction

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अंतर्निहित तंत्र को सीखने और स्मृति को समझना तंत्रिका विज्ञान में सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक है. पहले से सीखा मोटर कौशल की अवधारण मोटर स्मृति 1 के रूप में माना जाता है, जबकि मोटर प्रणाली में, अभ्यास के साथ उपन्यास मोटर कौशल के अधिग्रहण अक्सर, मोटर सीखने के रूप में जाना जाता है. एक नई मोटर कौशल सीखना आमतौर पर समय के साथ वांछित मोटर प्रदर्शन के सुधार में परिलक्षित होता है मोटर कौशल सिद्ध या संतोषजनक ढंग से संगत है या तो एक बात है जब तक. अधिकांश मामलों के लिए अधिग्रहण कर लिया मोटर स्मृति भी अभ्यास के अभाव में, समय की एक लंबी अवधि के लिए जारी रहती है सकते हैं. मनुष्यों में, पोजीट्रान एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) और कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) का उपयोग न्यूरोइमेजिंग अध्ययन है कि 2-4 सीखने मोटर कौशल के अधिग्रहण के चरण के दौरान प्राथमिक मोटर प्रांतस्था (एम 1) गतिविधि में परिवर्तन, और एम 1 गतिविधि का अस्थायी हस्तक्षेप से पता चला है कम आवृत्ति transcranial चुंबकीय उत्तेजना signi की ओर जाता हैficantly मोटर व्यवहार में सुधार 5 की अवधारण खलल डाल दिया. इसी तरह, चूहों में forelimb विशेष प्रशिक्षण 6 सीखने मोटर कौशल की देर चरण के दौरान प्रशिक्षित forelimb एम 1 contralateral में सी FOS गतिविधि और synapse / न्यूरॉन अनुपात दोनों की वृद्धि के उदाहरण, एम 1 में कार्यात्मक और संरचनात्मक plasticity लाती है. इसके अलावा, एक समान प्रशिक्षण प्रतिमान भी चूहों कार्यों 7 के अधिग्रहण के बाद कम दीर्घकालिक potentiation (LTP) और बढ़ाया दीर्घकालिक अवसाद (लिमिटेड) में जिसके परिणामस्वरूप, परत प्रशिक्षित forelimb को इसी contralateral एम 1 में 2/3 क्षैतिज कनेक्शन को मजबूत. इस तरह synaptic संशोधन, तथापि, अप्रशिक्षित forelimb या hindlimbs 8 को इसी एम 1 cortical क्षेत्रों में नहीं मनाया जाता है. एम 1 स्ट्रोक के माध्यम से क्षतिग्रस्त है जब वैकल्पिक रूप से, forelimb विशिष्ट मोटर कौशल 9 में नाटकीय तत्वों की कमी कर रहे हैं. मोटर व्यवहार के अध्ययन के सबसे मनुष्य, बंदर पर आयोजित किया गया है, जबकिएस, और चूहों 2-8,10-17, चूहों की वजह से अपनी शक्तिशाली आनुवंशिकी और कम लागत का एक आकर्षक मॉडल प्रणाली हो जाते हैं.

एक एकल गोली तक पहुँचने कार्य: यहाँ हम एक forelimb विशिष्ट मोटर कौशल सीखने प्रतिमान प्रस्तुत करते हैं. इस प्रतिमान में, चूहों एक निश्चित स्थान, तीरंदाजी, डार्ट फेंक, और मानव में शूटिंग basketballs सीखने के अनुरूप व्यवहार पर तैनात भोजन छर्रों (बाजरा बीज) समझ और वापस लाने के लिए एक संकीर्ण भट्ठा के माध्यम से उनके forelimbs विस्तार करने के लिए प्रशिक्षित किया जाता है. इस तक पहुंचने कार्य चूहों और चूहों 18 के बीच इसी तरह के परिणाम से पता चला है कि पिछले चूहे अध्ययन से संशोधित किया गया है. दो photon transcranial इमेजिंग का प्रयोग, हमारे पिछले काम में इस प्रशिक्षण के दौरान समय के साथ वृक्ष के समान spines (बहुमत उत्तेजक synapses के लिए postsynaptic संरचनाओं) की गतिशीलता का पालन किया है. हम एक भी प्रशिक्षण सत्र प्रशिक्षित forelimb के लिए मोटर प्रांतस्था contralateral में पिरामिड न्यूरॉन्स पर नए वृक्ष के समान spines के तेजी से उभरने के लिए नेतृत्व किया. एसएक ही पहुँचने के कार्य की ubsequent प्रशिक्षण preferentially प्रशिक्षण 19 को समाप्त कर लंबे समय के बाद भी कायम है, जो इन लर्निंग प्रेरित कांटा स्थिर हो. कार्य तक पहुँचने का मिलकर निष्पादन और (पास्ता से निपटने कार्य आईई) एक और forelimb विशेष मोटर कार्य के दौरान गठित कांटा 20 क्लस्टर नहीं किया था, जबकि इसके अलावा, कार्य तक पहुँचने के repetitions के दौरान उभरा कि कांटा, डेन्ड्राइट साथ क्लस्टर के लिए जाती थी.

वर्तमान वीडियो में, हम प्रारंभिक भोजन के अभाव से आकार देने के लिए, कदम दर कदम इस व्यवहार प्रतिमान की स्थापना का वर्णन है, और मोटर ट्रेनिंग के लिए. हम भी इस व्यवहार प्रतिमान को क्रियान्वित करने की प्रक्रिया के दौरान चूहों के सामान्य व्यवहार का वर्णन है, और कैसे इन कार्यों में वर्गीकृत और विश्लेषण कर रहे हैं. अंत में, हम इस तरह के एक सीखने प्रतिमान का अभ्यास करने के लिए जरूरी एहतियाती उपाय और डेटा का विश्लेषण के दौरान सामना किया जा सकता है कि मुद्दों पर चर्चा की.

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Protocol

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इस पांडुलिपि में वर्णित प्रयोगों कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, सांता क्रूज़ संस्थागत पशु की देखभाल और उपयोग समिति द्वारा निर्धारित दिशा निर्देशों और नियमों के अनुसार में प्रदर्शन किया गया.

1. सेटअप (भी सामग्री सूची देखें)

  1. भोजन छर्रों के रूप में बाजरा बीज का प्रयोग करें.
  2. तीन ऊर्ध्वाधर slits ('को आकार देने' किनारे पर एक भट्ठा होता है कि एक कस्टम निर्मित स्पष्ट Plexiglas प्रशिक्षण कक्ष (Plexiglas 0.5 सेमी की मोटाई के साथ, बाहर से मापा, 15 सेमी गहरी, 20 सेमी लंबा, और 8.5 सेमी चौड़ा) का उपयोग करें, और विपरीत 'प्रशिक्षण' किनारे पर दो slits). ऊर्ध्वाधर slits 0.5 सेमी चौड़ा और 13 सेमी लंबा और बॉक्स के सामने दीवार पर स्थित होना चाहिए: केंद्र में, बाईं ओर, और सही पक्ष (चित्रा 1 ए) पर.
  3. आकार देने सत्र के दौरान इस्तेमाल के बीज रखने के लिए एक झुका ट्रे का प्रयोग करें. ट्रे तीन गिलास स्लाइड (चित्रा 1 बी) से कस्टम बनाया जा सकता है.
  4. Prepaएक खाद्य मंच फिर से (8.5 सेमी, लंबे 4.4 सेमी चौड़ा, और 0.9 सेमी लंबा). यह खाद्य मंच प्रशिक्षण सत्र के दौरान प्रशिक्षण कक्ष की (ट्रेनर का सामना करना पड़) सामने पक्ष में रखा गया है. स्थिति बीज, बाईं तरफ एक स्लॉट, और सही दिशा में अन्य स्लॉट के लिए खाद्य मंच पर दो divot स्लॉट्स कर रहे हैं. divots लंबे किनारे से 0.3 सेमी, और चौड़ाई धार (चित्रा 1C) से 2.4 सेमी हैं. बाएँ और दाएँ divot स्लॉट्स माउस प्रशिक्षण कक्ष में छोड़ दिया और सही भट्ठा के अनुरूप और प्रमुख forelimbs के प्रशिक्षण के लिए उपयोग किया जाता है. इन divot स्लॉट्स होने के उद्देश्य बीज प्रत्येक पहुँचने के प्रयास के लिए एक ही स्थान पर लगातार रखा गया है कि यह सुनिश्चित करने के लिए है.
  5. सत्र के हाथ में एक संदंश की जोड़ी, तराजू, और स्टॉपवॉच है के दौरान.

2. खाद्य के अभाव (2 दिन)

  1. भोजन के अभाव से पहले एक आधारभूत वजन प्राप्त करने के लिए प्रत्येक माउस वजन.
  2. वजन आरंभ करने के लिए 2 दिनों के लिए चूहों खाद्य प्रतिबंधितनुकसान. एक सामान्य प्रारंभिक बिंदु के रूप में, चूहों प्रति दिन भोजन 1 ग्राम प्रति bodyweight (जैसे 15 ग्राम वजन एक माउस, हम आम तौर पर भोजन की 1.5 ग्राम के साथ शुरू) के 0.1 ग्राम दिया जाता है. आधारभूत वजन, वजन घटाने, लिंग, और चूहों की उम्र की दर के आधार पर भोजन की राशि को समायोजित करें. वजन को आकार देने के चरण के दौरान एक छोटे से अधिक कमी जारी कर सकते हैं, जैसे कि कम शरीर के वजन (यानी ~ मूल आधारभूत वजन के 90%) प्रशिक्षण (आंकड़े 2A और 2 बी) में रखा जाना चाहिए. माउस के शरीर के वजन को बनाए रखने के लिए जरूरी भोजन की राशि आमतौर पर प्रतिबंध में प्रयोग किया जाता राशि के रूप में ही है.

3. आकार देने (3-7 दिन)

  1. समूह वास अभ्यस्त दिवस (1): एक ही समय में प्रशिक्षण कक्ष में दो चूहों रखो. उनके उपभोग के लिए कक्ष के अंदर लगभग 20 बीज / माउस रखें. चूहों 20 मिनट के लिए सदन में रहते हैं और फिर उनके घर में उन्हें वापस डाल करने की अनुमतिपिंजरे.
  2. व्यक्तिगत वास acclimatization (2 दिन): अलग - अलग प्रशिक्षण चेंबर में 3.1 कदम के रूप में ही सेटअप है, लेकिन जगह चूहों. समूह और व्यक्तिगत वास अभ्यस्त का उद्देश्य प्रशिक्षण कक्ष और बाजरा बीज दोनों से परिचित चूहों को मिल रहा है.
  3. Forelimb प्रभुत्व का निर्धारण (बाद में 3 दिन और): नीचे की ओर (चित्रा -1) का सामना करना पड़ प्रशिक्षण कक्ष के एक भट्ठा की ओर रखें. बीज के साथ भोजन की थाली भरें. खाद्य माउस को बीज सुलभ अनुमति देने के लिए प्रशिक्षण कक्ष के सामने दीवार के खिलाफ ट्रे दबाएँ. अलग - अलग पिंजरे में चूहों रखें. वे भोजन की थाली पर स्थित बीज में पर्याप्त रुचि रखते हैं, वे अंदर बीज प्राप्त करने के लिए भट्ठा के माध्यम से हल होगा. वे तो बीज लेने और उन्हें भस्म हो जाएगा. निम्नलिखित मानदंडों में से दोनों को मिले हैं जब 'को आकार देने' समाप्त माना जाता है: 1) माउस 20 मिनट के भीतर 20 तक पहुंचने के प्रयास का आयोजन करता है, और 2) अधिक से अधिक 70% तक पहुँच पी रहे हैंएक forelimb साथ erformed.

नोट:

  1. माउस चेंबर में बीज प्राप्त करने के लिए अपनी जीभ का उपयोग करता है, तो थोड़ा भट्ठा से वापस ट्रे चाल है. तक पहुँचने दूरी में वृद्धि बीज प्राप्त करने के लिए अपनी जीभ का उपयोग करने के लिए माउस को हतोत्साहित और इसलिए अपनी forelimb तक पहुंचने की सुविधा.
  2. माउस एक सप्ताह के भीतर आकार देने खत्म नहीं कर सकते, तो प्रयोग से ड्रॉप.

4. ट्रेनिंग (8 दिन)

  1. नीचे की ओर (चित्रा 1E) का सामना करना पड़ प्रशिक्षण कक्ष की डबल भट्ठा की ओर रखें.
  2. अलग - अलग पिंजरे में चूहों रखें. (यानी दाएं हाथ माउस के लिए, माउस के सही पक्ष पर भट्ठा उपयोग) पसंदीदा पंजा करने के लिए इसी divot में खाद्य मंच पर व्यक्तिगत बीज डाल दिया.
  3. माउस तक पहुँचने के व्यवहार का निरीक्षण और निम्नलिखित श्रेणियों के अनुसार स्कोर:
    1. सफलता: माउस पसंदीदा पंजा, grasps और आर के साथ पहुंचता हैबीज etrieves, और उसके मुंह में खिलाती है.
    2. ड्रॉप: माउस, वरीय पंजा साथ पहुँचता बीज grasps, लेकिन अपने मुंह में डालने से पहले चला जाता है.
    3. असफल: माउस बीज की ओर वरीय पंजा के साथ पहुंचता है, लेकिन यह बीज याद करते हैं या पकड़े थाली से यह बंद दस्तक देता है या तो.
  4. दिन प्रति वरीय अंग या (जो भी पहले हो) 20 मिनट पर 30 तक पहुंचने के प्रयास के लिए चूहों को प्रशिक्षित करना.
  5. प्रशिक्षण के बाद वापस अपने घर पिंजरे में चूहों प्लेस और दैनिक भोजन क्वांटम प्रदान करते हैं.

नोट:

  1. कुछ मामलों में, चूहों खाद्य मंच पर रखा कोई बीज नहीं है, तब भी जब तक पहुँचते हैं. इस तरह पहुंचता है "में व्यर्थ पहुंचता है" माना जाता है और पहुँचने के प्रयास की कुल संख्या की ओर नहीं गिने जाते हैं. "में व्यर्थ पहुंचता है" को हतोत्साहित करने के लिए, रेल चूहों अगले बीज रखने से पहले वापस प्रशिक्षण कक्ष के दूसरे छोर से चलने के लिए. ऐसा ही एक रणनीति चूहे में इस्तेमाल किया गया हैएक समान व्यवहार कार्य 21 के लिए है. चूहे कभी कभी भी बीज की उपस्थिति में nonpreferred पंजा के साथ पहुंच. ये पहुंचता 'contralateral पहुंचता' माना जाता है और या तो पहुंचता की कुल संख्या की ओर गिनती नहीं है.
  2. , Circadian ताल में उतार चढ़ाव की वजह से व्यवहार विविधताओं सीमा चूहों के लिए सामान्य जागने घंटे के दौरान दिन का ही समय में सभी को आकार देने और प्रशिक्षण सत्र को करने के लिए.
  3. कारण अलग प्रशिक्षकों को व्यवहार परिवर्तन से बचने के लिए, एक ही व्यक्ति प्रयोग भर में एक ही चूहों गाड़ियों सुनिश्चित करें.
  4. चूहों का ध्यान इस व्यवहार परीक्षण के लिए महत्वपूर्ण है. पर्यावरण गड़बड़ी को कम करने के लिए एक अलग और शांत कमरे में चूहों को प्रशिक्षित करना.
  5. चूहे 30 से अधिक के साथ प्रशिक्षित किया जा सकता है दैनिक (जैसे 50 तक पहुँचता है) तक पहुँचता है. तक पहुँचने के प्रयासों की संख्या बढ़ाने से यह संभव ही प्रशिक्षण सत्र के भीतर व्यवहार में सुधार की जांच करने के लिए बनाता है.

5. Datएक मात्रा

प्रशिक्षण के बाद माउस व्यवहार यों तो कई तरीके हैं. दो सबसे सीधे आगे विश्लेषण कर रहे हैं:

  1. सफलता की दर = प्रतिशत के रूप में प्रस्तुत कुल तक पहुँचने के प्रयास में सफल पहुँचता है,. ड्रॉप और असफलता की दर एक ही रास्ता साजिश रची जा सकता है.
  2. समय से विभाजित सफल प्रयास की सफलता के = संख्या की गति प्रति मिनट के रूप में सफल पहुंचता प्रस्तुत किया. सफलता दर पठार उपलब्ध हो जाता है, तब भी जब ज्यादातर मामलों में, सफलता की गति को बढ़ाने के लिए जारी है.

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Representative Results

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सीखने की अवस्था:

एक मोटर कौशल की महारत अक्सर समय के साथ लगातार अभ्यास की आवश्यकता है. एक ठेठ औसतन सीखने की अवस्था दो चरणों से बना है: सफलता की दर उत्तरोत्तर सुधार, और सफलता दर पठार (चित्रा -2) तक पहुँच जाता है जब एक बाद समेकन चरण एक प्रारंभिक अधिग्रहण चरण के दौरान जो. विभिन्न चूहों पठार स्तर तक पहुंचने के लिए दिनों की संख्या अलग ले, और व्यक्तिगत सीखने घटता आमतौर पर औसत एक के रूप में चिकनी के रूप में नहीं कर रहे हैं, यह व्यक्तिगत चूहों के सीखने घटता भिन्न हो ध्यान दिया जाना चाहिए. तक पहुँचने कौशल के माउस के सुधार पेश करने के लिए एक और रास्ता तक पहुँचने गति के खातों लेने के साथ ही सटीकता से समग्र मोटर प्रदर्शन को दर्शाता है जो सफलता की गति है. माउस अपने पठार सफलता दर (चित्रा 2 डी) पर पहुँचने के बाद सामान्य में, सफलता की गति में सुधार रहता है.

व्यक्तिगत परिवर्तन के अलावाप्रदर्शन की है, कुछ चूहों कार्य (चित्रा 2 ई) जानने के लिए असफल. ये "nonlearners" आमतौर पर आरंभिक प्रयास बीज के लिए तक पहुँचने के लिए बना है, लेकिन अज्ञात कारणों से दोहराए प्रशिक्षण के बावजूद खराब प्रदर्शन करते हैं. लगातार प्रयास विफल रहा और 6-8 दिनों के बाद तक पहुँचने रोक के बाद वे आम तौर पर बीज के लिए पहुंचने में रुचि खो देते हैं. इसके विपरीत, कुछ चूहों के ऊपर के आकार का (चित्रा 2 ई) कर रहे हैं. इन पर आकृति चूहों आमतौर पर एक बहुत ही उच्च सफलता दर (> 40%) के साथ शुरू, और निरंतर प्रशिक्षण के साथ मोटर प्रदर्शन में (प्रशिक्षण के पहले दिन की तुलना में सफलता की दर में यानी 15% की वृद्धि) महत्वपूर्ण सुधार नहीं बनाते हैं. उनके सीखने घटता अपेक्षाकृत सपाट रहने, या भी निरंतर प्रशिक्षण के साथ कम हो सकती है.

मोटर स्मृति:

हमारे पिछले डेटा एक मोटर कुशल आंदोलन दोहराए अभ्यास के माध्यम से महारत हासिल है एक बार, यह मोटर स्मृति और आगे व्यावहारिक के एक फार्म के रूप में जमा किया जा सकता है सुझाव दिया है किCES इसके रखरखाव 19 के लिए आवश्यक नहीं हैं. इस मोटर स्मृति चूहों की सफलता दर के पठार स्तर पर पहुंच गया, और एक विस्तारित आराम की अवधि (जैसे एक कुछ महीने) के बाद उनके प्रदर्शन जांचना करने के बाद प्रशिक्षण रोक से मापा जा सकता है. Retrained चूहों आमतौर पर पहले प्रशिक्षण के अंत में मनाया के रूप में तुलनीय सफलता दर के साथ शुरू, और बाद के दिनों में उच्च सफलता दर बनाए रखने के लिए. इसके विपरीत, उम्र से मिलान भोले चूहों आमतौर पर काफी कम सफलता दर के साथ शुरू और उत्तरोत्तर अभ्यास 19 (चित्रा 2 एफ) के साथ अपने प्रदर्शन को बेहतर. पुनर्प्रशिक्षण के प्रारंभ से पहले भोजन के अभाव (2 दिन) की आवश्यकता है, वहीं पहले से प्रशिक्षित चूहों देगी आवश्यक नहीं है.

चित्रा 1
माउस प्रशिक्षण के चित्रा 1. डिजाइनचैंबर. संकेत आयामों के साथ प्रशिक्षण कक्ष के ए एक तस्वीर. बी एक साथ चिपके और आकार देने के चैंबर के सामने रखा तीन स्लाइड से बना आकार देने बीज ट्रे, की एक तस्वीर. बाजरा बीज के एक ढेर बीज ट्रे. सी. प्रशिक्षण कक्ष के सामने रखा प्रशिक्षण, के लिए भोजन की थाली की एक तस्वीर के गर्त में रखा जाता है. एक बाजरा बीज सही forelimb प्रशिक्षण से मेल खाती है (तीर द्वारा उठाई) divot पर रखा गया है. आयाम और divot का स्थान तस्वीर. डी. आकार देने चैंबर के एक कार्टून ड्राइंग में संकेत कर रहे हैं. प्रशिक्षण कक्ष के एकल भट्ठा पक्ष अधोमुख रखा गया है. बीज मध्य भट्ठा और चूहों के सामने रखा जाता है प्रशिक्षण कक्ष की. ई. एक कार्टून ड्राइंग बीज हल करने के लिए दोनों पंजे का उपयोग कर सकते हैं. प्रशिक्षण कक्ष की डबल भट्ठा पक्ष अधोमुख रखा गया है. एक बीज कक्ष के सामने भोजन की थाली पर रखा गया हैलिट पसंदीदा अंग (इस मामले में, सही forelimb) के लिए इसी. (डी और ई, जू एट अल. 19 से संशोधित). बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2
चित्रा 2. प्रयोगात्मक डिजाइन के माउस एकल गोली के प्रतिनिधि परिणाम कार्यों तक पहुंच गया. ए एक सामान्य समय. बी वजन (एस) को आकार देने के भोजन के अभाव (एफ) के दौरान एक माउस के लिए हानि, और प्रशिक्षण (टी). सी का एक उदाहरण . औसत सफलता दरों प्रशिक्षण के दौरान समय के साथ सुधार (n = 39). सी में प्रस्तुत चूहों के एक ही समूह से सफलता के डी. औसत गति. ई. सफलता की दरएक से अधिक के आकार का माउस के लिए प्रशिक्षण और एक nonlearning माउस दौरान (जू एट अल. 19 से संशोधित) 4 दिवसीय प्रशिक्षण के दौरान pretrained (एन = 14) और भोले (एन = 10) वयस्क चूहों की. एफ मोटर प्रदर्शन. सभी डेटा, SEM मतलब ± के रूप में प्रस्तुत कर रहे हैं ***, पी 0.001 <. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

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Discussion

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आकार देने चरण का महत्व:

चूहों एक उपन्यास वातावरण 21,22 में प्रशिक्षित किए जाने के लिए क्योंकि एक अज्ञात वातावरण में किया जा रहा से वृद्धि की चिंता की, यह आमतौर पर मुश्किल होता है. इसलिए, आकार देने के लक्ष्य के प्रशिक्षण कक्ष के साथ चूहों परिचित है, ट्रेनर (यानी उनकी चिंता का स्तर कम), और कार्य की आवश्यकताओं (यानी खाद्य स्रोत के रूप में बीज की पहचान करने के लिए). आकार देने की एक और लक्ष्य के भविष्य के प्रशिक्षण के लिए व्यक्तिगत चूहों की पसंदीदा अंग निर्धारित करने के लिए है. यह झूठा में सफलता दर की नहीं है या थोड़ा बाद में सुधार में जिसके परिणामस्वरूप, प्रारंभिक शिक्षा चरण में सफलता दर फुलाना होगा जो अवांछित "तक पहुँचने के अभ्यास सत्र", उपलब्ध करा सकता है के रूप में आकार देने के दौरान यह चूहों के ऊपर के आकार नहीं कर रहे हैं कि महत्वपूर्ण है बाद में (चित्रा 2 ई) प्रशिक्षण. इन मामलों में, बल्कि बस पिंजरे में बीज जुताई और फिर से अधिक के आकार का भोजन करने के लिए इसे उठा सेचूहों पहले से ही आकार देने के चरण के दौरान पहुँचने के कौशल विकसित करना शुरू कर दिया. अधिक आकार देने सीमित करने के लिए एक ही रास्ता देने सत्र के दौरान गहरी निगरानी है. से अधिक के आकार का चूहों डेटा विश्लेषण से बाहर रखा जाना चाहिए. दूसरी ओर, यह चूहों के तहत आकार नहीं कर रहे हैं कि समान रूप से महत्वपूर्ण है. माउस खाद्य स्रोत के रूप में बाजरा बीज को नहीं पहचानता है, तो माउस कार्य की आवश्यकता के साथ अपरिचित है, तो, माउस भी चिंतित है और / या, यह प्रशिक्षण सत्र के दौरान कठिनाइयों का अनुभव होगा और संभावना है कि एक nonlearner के रूप में खत्म हो जाएगा (चित्रा 2 ई, भी नीचे "nonlearners" देखें).

उचित नियंत्रण लागू करना:

जुड़े परिवर्तन तक पहुँचने विशेष मोटर सीखने की वजह से कर रहे हैं या नहीं, यह निर्धारित करने के लिए, यह नियंत्रण के विभिन्न रूपों को लागू करने के लिए महत्वपूर्ण है. कई नियंत्रण किया जा सकता है: 1) सामान्य नियंत्रण समूह: इस समूह में, चूहों प्रशिक्षण या आकार देने का अनुभव नहीं है, लेकिन खाद्य प्रतिबंध,खाद्य इनाम (बीज), और हैंडलिंग. 2) को आकार देने नियंत्रण समूह: इस समूह अनुभव ऊपर वर्णित के रूप में आकार देने की अवधि (प्रोटोकॉल देखें) में चूहों, लेकिन वे बाद में प्रशिक्षित नहीं हैं. इसके बजाय, वे 20 मिनट के लिए प्रशिक्षण पिंजरे में रखा गया है और लगभग 20 बीज / माउस के साथ प्रदान की जाती हैं. आकार देने नियंत्रण समूह को आकार देने की अवधि का अनुभव रुचि मस्तिष्क क्षेत्रों में किसी भी plasticity के कारण निर्धारित करने के लिए उपयोगी है. 3) गतिविधि नियंत्रण समूह: इस समूह में, चूहों प्रशिक्षण अवधि के दौरान छोड़कर प्रशिक्षित चूहों के रूप में बिल्कुल एक ही परिस्थितियों का अनुभव, बीज हमेशा तक पहुँचने सीमा के बाहर रखा है या ट्रेनर द्वारा आयोजित किया जाता है. इसलिए, forelimb मांसपेशियों की गतिविधि को प्रशिक्षित चूहों के समान है, लेकिन गतिविधि नियंत्रण समूह में चूहों, प्रशिक्षित चूहों के विपरीत, तक पहुँचने कौशल हासिल नहीं है. निरंतर पहुँचने के प्रयास को बढ़ावा देने के लिए, बीज समय समय पर पहुँचने के भट्ठा से प्रशिक्षण कक्ष में गिरा रहे हैं, और चूहों के ऊपर ले जाएगाखपत के लिए eeds. गतिविधि नियंत्रण के अधिकांश प्रशिक्षण के 6-8 दिनों के बाद तक पहुंचने दे.

Nonlearners:

जबकि दूसरों को नहीं कुछ चूहों जानें क्यों यह अनिश्चित है. अपने अनुभवों से अटकलें, इन nonlearners के कुछ पंजा वरीयता के गलत निर्णय से हो सकता है, इस प्रकार कुशल आंदोलन का अधिग्रहण nondominant अंग प्रशिक्षण आड़े आती है. यह इन चूहों अभी तक परीक्षण के वातावरण के साथ सहज नहीं कार्य की आवश्यकता पर स्पष्ट नहीं कर रहे हैं, और / या के लिए नीचे आकार देने, इन nonlearners के लिए जिम्मेदार है कि यह भी संभव है. अन्य संभावित कारणों दूसरों परिदृश्य या तो जिससे सीखने की प्रक्रिया कठिन है, जिससे भूख स्तर और भोजन के लिए तक पहुँचने के लिए बाधा प्रेरणा की कमी हुई पर नतीजा होगा, जिसमें पर्याप्त नहीं वजन खो दिया हो सकता है, बहुत तेजी से और / या बहुत ज्यादा वजन घटाने वजन खोने शामिल . कारणों के बावजूद, इन nonlearners अधिग्रहण न ही पहुँचने के कौशल मास्टर, और treate हो सकता है नहीं हैजैसा कि ऊपर उल्लेख नियंत्रण के विभिन्न प्रकार के पूरक नियंत्रण समूह की एक और प्रकार, के रूप में डी.

मोटर सीखने और स्मृति के लिए circuitry:

कई मस्तिष्क क्षेत्रों मोटर सीखने में शामिल होने के लिए पहचान की गई है. प्राथमिक मोटर प्रांतस्था 6,7,19,23 के अलावा, इस तरह के पर्याप्त नाइग्रा और उदर tegmental क्षेत्र 16,24, striatum 25, और हिप्पोकैम्पस 26 के रूप में कई अन्य मस्तिष्क क्षेत्रों में भी एक बीज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए सुझाव दिया गया है कार्य यहां शुरू की पहुँच रहा है. इसलिए, कार्य पहुँचने के एकल बीज मोटर सीखने के साथ जुड़े कृंतक मस्तिष्क के कई भेदभावपूर्ण क्षेत्रों का अध्ययन करने के लिए उपयोगी हो सकता है. इसके अलावा, अन्य मोटर कार्य, मोटर निष्पादन की अपनी ही temporospatial पैटर्न के साथ प्रत्येक, साथ ही शामिल मस्तिष्क मैक्रो / microstructures की एक बहुतायत है. उदाहरण के लिए, त्वरित rotarod striatum और hippocam दोनों में लंबे समय तक मोटर स्मृति अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया गया हैचल पहिया कार्य पृष्ठीय striatum 30 के समुचित कार्य पर निर्भर करता है, जबकि मवाद 27, देरी आंख झपकी कंडीशनिंग प्रतिक्रिया, मुख्य रूप से सेरिबैलम 28,29 द्वारा मध्यस्थता है जो निहित प्रक्रियात्मक मोटर सीखने संलग्न है. यहां तक कि प्रांतस्था में synapse पुनर्गठन प्रेरित कि मोटर कार्यों के लिए (यानी Capellini हैंडलिंग कार्य और एकल गोली तक पहुँचने कार्य), synapses के विभिन्न सेट विभिन्न कार्यों 19 में शामिल होने की संभावना हैं. इस तरह के डेटा प्रत्येक मोटर कार्य अलग मस्तिष्क क्षेत्रों, neuronal आबादी और synapse सेट भर्ती द्वारा, अपनी विशिष्ट तंत्रिका कोडिंग सकता है. उचित प्रयोगों अलग मस्तिष्क संरचना और मोटर सर्किट का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए.

संक्षेप में, हम चूहों में एकल गोली पहुँचने के कार्य को करने के लिए पर एक विस्तृत प्रोटोकॉल पेश किया है. यह विश्वसनीय और वैध प्रोटोकॉल द्वि अध्ययन में रुचि रखते हैं, जो भविष्य के शोधकर्ताओं के लिए उपयोगी हो जाएगामोटर सीखने और स्मृति गठन के साथ जुड़े माउस मस्तिष्क के कई भेदभावपूर्ण क्षेत्रों में ochemical, संरचनात्मक, शारीरिक और आनुवंशिक परिवर्तन.

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Disclosures

लेखक ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा.

Acknowledgments

इस काम YZ के लिए मानसिक स्वास्थ्य के राष्ट्रीय संस्थान से अनुदान (1R01MH094449-01A1) द्वारा समर्थित है

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Training chamber in clear acrylic box For dimensions, see Figure 1A
Tilted tray for shaping Custom-made from glass slides, see Figure 1B
Food platform for training For dimensions, see Figure 1C
Millet seeds  Filtered from “Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food” (All Living Things)
Forceps For placing the seeds
A weighing scale For daily body weight measurement
A stopwatch For time measurement during shaping/training sessions

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References

  1. Schmidt, R. A. Motor Learning Principles for Physical Therapy. Foundations for Physical Therapy. Contemporary Management of Motor Control Problems, Proceedings of the II STEP Conference. Alexandria, VA. 49-63 (1991).
  2. Honda, M., Deiber, M. P., Ibanez, V., Pascual-Leone, A., Zhuang, P., Hallett, M. Dynamic cortical involvement in implicit and explicit motor sequence learning. A PET study. Brain. 121, 2159-2173 (1998).
  3. Karni, A., Meyer, G., Jezzard, P., Adams, M. M., Turner, R., Ungerleider, L. G. Functional MRI evidence for adult motor cortex plasticity during motor skill learning. Nature. 377, 155-158 (1995).
  4. Karni, A., et al. The acquisition of skilled motor performance: fast and slow experience-driven changes in primary motor cortex. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 95, 861-868 (1998).
  5. Muellbacher, W., et al. Early consolidation in human primary motor cortex. Nature. 415, 640-644 (2002).
  6. Kleim, J. A., Hogg, T. M., VandenBerg, P. M., Cooper, N. R., Bruneau, R., Remple, M. Cortical synaptogenesis and motor map reorganization occur during late, but not early, phase of motor skill learning. J. Neurosci. 24, 628-633 (2004).
  7. Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Donoghue, J. P. Learning-induced LTP in neocortex. Science. 290, 533-536 (2000).
  8. Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Hess, G., Donoghue, J. P. Strengthening of horizontal cortical connections following skill learning. Nat. Neurosci. 1, 230-234 (1998).
  9. Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (Mus musculus) after a focal motor cortex stroke. Stroke J. Cereb. Circ. 33, 1869-1875 (2002).
  10. Huang, V. S., Haith, A., Mazzoni, P., Krakauer, J. W. Rethinking motor learning and savings in adaptation paradigms: model-free memory for successful actions combines with internal models. Neuron. 70, 787-801 (2011).
  11. Smith, M. A., Ghazizadeh, A., Shadmehr, R. Interacting adaptive processes with different timescales underlie short-term motor learning. PLoS Biol. 4, (2006).
  12. Pavlides, C., Miyashita, E., Asanuma, H. Projection from the sensory to the motor cortex is important in learning motor skills in the monkey. J. Neurophysiol. 70, 733-741 (1993).
  13. Paz, R., Boraud, T., Natan, C., Bergman, H., Vaadia, E. Preparatory activity in motor cortex reflects learning of local visuomotor skills. Nat. Neurosci. 6, 882-890 (2003).
  14. Paz, R., Vaadia, E. Learning-induced improvement in encoding and decoding of specific movement directions by neurons in the primary motor cortex. PLoS Biol. 2, (2004).
  15. Plautz, E. J., Milliken, G. W., Nudo, R. J. Effects of repetitive motor training on movement representations in adult squirrel monkeys: role of use versus learning. Neurobiol. Learn. Mem. 74, 27-55 (2000).
  16. Hosp, J. A., Pekanovic, A., Rioult-Pedotti, M. S., Luft, A. R. Dopaminergic projections from midbrain to primary motor cortex mediate motor skill learning. J. Neurosci. 31, 2481-2487 (2011).
  17. Adkins, D. L., Boychuk, J., Remple, M. S., Kleim, J. A. Motor training induces experience-specific patterns of plasticity across motor cortex and spinal cord. 101, 1776-1782 (2006).
  18. Whishaw, I. Q. An endpoint, descriptive, and kinematic comparison of skilled reaching in mice (Mus musculus) with rats (Rattus norvegicus). Behav. Brain Res. 78, 101-111 (1996).
  19. Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462, 915-919 (2009).
  20. Fu, M., Yu, X., Lu, J., Zuo, Y. Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo. Nature. 483, 92-95 (2012).
  21. Whishaw, I. Q., Whishaw, P., Gorny, B. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a movement rating scale. J .Vis. Exp. (2008).
  22. Bailey, K. R., Crawley, J. N. Anxiety-Related Behavior in Mice. In Buccafusco JJ (Ed.) Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. Chapter 5, 2nd ed. CRC Press. Raton, FL. (2009).
  23. Yu, X., Zuo, Y. Spine plasticity in the motor cortex. Curr. Opin. Neurobiol. 21, 169-174 (2011).
  24. Qian, Y., Chen, M., Forssberg, H., Diaz Heijtz, R. Genetic variation in dopamine-related gene expression influences motor skill learning in mice. Genes Brain Behav. 12, 604-614 (2013).
  25. MacLellan, C. L., Gyawali, S., Colbourne, F. Skilled reaching impairments follow intrastriatal hemorrhagic stroke in rats. Behav. Brain Res. 175, 82-89 (2006).
  26. Hong, S. M., et al. Reduced hippocampal neurogenesis and skill reaching performance in adult Emx1 mutant mice. Exp. Neurol. 206, 24-32 (2007).
  27. Bureau, G., Carrier, M., Lebel, M., Cyr, M. Intrastriatal inhibition of extracellular signal-regulated kinases impaired the consolidation phase of motor skill learning. Neurobiol. Learn. Mem. 94, 107-115 (2010).
  28. McCormick, D. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F. Neuronal responses of the rabbit brainstem during performance of the classically conditioned nictitating membrane (NM)/eyelid response. Brain Res. 271, 73-88 (1983).
  29. Molinari, M., et al. Cerebellum and procedural learning: evidence from focal cerebellar lesions. Brain. 120, 1753-1762 (1997).
  30. Willuhn, I., Steiner, H. Motor-skill learning in a novel running-wheel task is dependent on D1 dopamine receptors in the striatum. Neuroscience. 153, 249-258 (2008).
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Chen, C. C., Gilmore, A., Zuo, Y. Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice. J. Vis. Exp. (85), e51238, doi:10.3791/51238 (2014).More

Chen, C. C., Gilmore, A., Zuo, Y. Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice. J. Vis. Exp. (85), e51238, doi:10.3791/51238 (2014).

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