Introduction
이동 제어는 중추 신경계 (CNS)의 핵심 기능이다. Motricity은 CNS 기능의 주요 측정 출력과 개인이 외부 세계와 상호 작용하기위한 메인 가능성이다. 운동 기능의 원리 및 모터 태스크의 학습은 신경 과학 큰 과제 중 하나이며 기초 메커니즘을 이해. , 형태 학적 생리 학적 및 분자 변화는 새로운 모터 작업의 인수에 발견되었다. 예를 들어, 모양 및 시냅스의 수는 당업자 모터 훈련 1-5에 응답하여 변경하고, 시냅스 기계의 기능 변화는 운동 학습 후에 관찰 하였다. 시냅스 응답은 같은 동물이나 훈련받지 않은 동물 6,7의 응답에 익숙하지 않은 반구에 비해 훈련 운동 피질의 앞다리-대표하는 지역의 연결에서 더 높았다. 전기 생리 관찰은 또한 장기 강화 (LTP) 및 장기 제안메커니즘 같은 -TERM 우울증 (주) 새로운 모터 기술의 학습 동안 자리를 차지할 및 LTP 및 회사 포화의 제한 국경 사이에 정의되어 시냅스 작업의 범위 것을, 8 수정됩니다. 또한,은 등 학습과 관련된 신경 가소성 9-16에 대한 노고 디스플레이 규제 역할로 C-FOS, GAP-43, 또는 BDNF뿐만 아니라 소성 억제 분자로 분자를 촉진하는 활성 마커 및 소성을 보였다.
운동 학습을 기본 메커니즘을 더 잘 이해 향해 이러한 발전은 새로운 모터의 기술, 예를 들어, 당업자는 광범위한 앞다리의 취득의 정밀한 제어를 허용 행동 패러다임의 사용으로 달성 될 수있다. 만 잘 구조화 된 행동 작업을 모니터링하고 학습과 각 작업의 실행시 발생하는 상호 변경을 캡처 할 수 있습니다. 여기서 우리는 시각적 숙련 앞다리의 수정 된 버전을 보여Buitrago 등. 17 제시된 패러다임에서 적응 쥐 단일 펠렛에 도달하는 작업은 여러 세션을 통해 빠른 학습 요소 및 기본 인수를 나타내는 (내 세션) 매일 훈련 세션 내에서 이동 인수의 분석뿐만 아니라 숙련 된 운동 학습을 할 수 있습니다 (사이 세션) 학습 된 작업 (18)의 느린 학습 요소 및 유지 보수를 나타내는. 첫째, 쥐가 각 이해 한 후 자신의 축을 중심으로 설정하고, 따라서 다음 펠릿에 도달하기 전에 자신의 몸을 재편성하고 갱신 훈련 : 중요한 것은,이 행동 패러다임으로 인해 두 기능은 모터 기술 작업의 어려움과 복잡성의 정도를 증가 신체 방향, 동일 각도에서 일정한 운동 실행 방지한다. 둘째, 펠릿은 케이지의 전면에 배치 된 수직 기둥에서 검색됩니다. 때문에 게시물의 작은 직경, 펠릿은 쉽게 성공적인 검색 및 페이지에 대한 정확한 이해를 필요로 쫓겨 될 수있다reventing 간단한 동물을 향해 펠렛의 당기.
이러한 복잡한 행동 테스트는 운동 학습의 기초가되는 메커니즘에 대한 깊은 통찰력을 할 수 있습니다. 본 연구에서 제시된 쥐에 비해 쥐 복잡한 행동 작업의 성능이 우수하므로 더 적합 복잡한 패러다임에 대한 것입니다. 래트 19, 20에 대한 증가하는 유전자를 사용할 가능성 고려 유전 조작, 촬상 생리 기술에 정밀하고 잘 제어 된 행동 테스트 방법의 조합이 더 나은 모터 학습 및 기억의 신경 생물학적 기초를 이해하는 강력한 도구를 나타낸다.
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Protocol
모든 실험은 캔톤 취리히, 스위스의 수의학 사무소의 지침에 따라 수행되었다.
1. 동물 취급 및 요법 이니
- 동물 취급
참고 : 5 일 이전에 실험의 시작, 매일 1.1.1 단계를 수행합니다.- 행동 실험을 위해, 실험 동물에 익숙해. 매일 동물 당 10 ~ 15 분 지속 세션을 처리했다. 각 동물의 세션 후 상자를 청소합니다.
- 처음 탐험 동물을 허용하는 케이지에 실험자의 손을 배치하고 실험에 익숙하게하는 냄새.
- 다음, 부드럽게 더 익숙해 수 있도록 전면과 뒷발 사이에 쥐의 몸을 잡고 안전한 방식으로 실험자의 손으로 동물을 올립니다.
- 음식 박탈 전에 기준 체중을 얻기 위해 매일 각 동물의 무게를.
- 장치 요법 이니 및 식품 친숙
- 음식 박탈 전에 기준 체중을 얻기 위해 매일 각 동물의 무게를.
- 표준 실험실 다이어트에 대한 사전 교육 시작 3 일 전에 쥐를 박탈 음식을 시작합니다. (예를 들어, 쥐 200g, 음식의 10g로 시작 무게) 쥐에게 하루에 1g의 체중 당 음식의 0.05 g을 얻었다. 매일 체중을 모니터링하여 하루에 10 % 이상 감소하지 않도록 체중을 확인합니다.
- 여러 동물이 하나의 케이지에서 개최하는 경우, 지배적 인 쥐 덜 지배적 인 것보다 더 많은 것을 먹을 수있다. 경우 동물 감소의 체중을에서, 대신 그룹 먹이의 별도 동물을 먹이. 임의 량의 물을 준다.
- 파지 장치와 쥐를 익히려면, (그림 1) 교육 상자에 동물을 배치합니다. 식품 알약과 동물을 익숙하게 슬릿 개구에 근접 훈련 상자에 넣고 설탕 알갱이가 있습니다. 이 일을 수행EP 3 일간 10 ~ 15 분 매일.
2. 사전 교육 및 모터 스킬 학습
- 사전 교육
- 하루 숙지 후 훈련 박스로 동물을 배치하고 동물의 혀에 의해 도달 될 수 있도록 슬릿 개구에 가깝게 배치 펠릿. 사전 훈련 도중 자신의 앞다리와 알약을 검색 동물 제외
참고 :이 단계에서, 혀 펠릿 검색이 중요한 선택의 보통 동물의 방법입니다. 모터 기술 학습의 첫 번째 날이 학습에 도달 작업의 적절한 모니터링을 허용 할 때까지 펠렛은 앞다리로 파악 어떠한 경우에 있어야합니다. 사전 훈련 중 앞다리와 펠렛 검색이 제외 기준이며, 관찰되지 대부분의 경우입니다. - 케이지의 뒤쪽으로 실행하고 슬릿 개구로 돌아가거나 뒤로 물러나와 함께 다음 음식 펠렛을 받기 위해 자신의 축을 턴어라운드 중 쥐를 가르쳐혀. 케이지를 탐험 뒤쪽으로 실행하고 슬릿 개방으로 돌아가려면 동물을위한 시간을 허용합니다. 동물이 제대로 작업을 실행하지 않는 경우, 부드럽게 케이지의 최종 뒷면 누르고 동물의 관심을 잡기 위해 집게를 사용합니다. 동물 후면되면 부드럽게 슬릿 개구에 동물을 안내 케이지 앞쪽 탭.
주 : 동물 정의 기준치에 도달하면 (예, 15 분 미만에 50 혀 성공적인 검색 시간이 펠릿), 동물 모터 스킬 학습 단계 자격. 1 일 및 사전 훈련 2에서, 학습자가 이미 비 학습자 구별 될 수있다. 비 학습자는이 단계에서의 연구에서 제외 될 수있다. 이것은 운동 학습 단계 (2.2) 중에 비 학습자 높은 번호를 갖는 확률을 감소시킨다. - 사전 훈련 기간 동안, 음식은 표준 실험실 다이어트에 쥐를 박탈. 임의 량의 물을 준다. 연구를 통해 매일 체중을 모니터링합니다. 수행하지 남성과 여성의 쥐를 훈련 같은 방을 사용합니다. 동물을위한 조용하고 잡음이없는 환경을 확인합니다.
- 하루 숙지 후 훈련 박스로 동물을 배치하고 동물의 혀에 의해 도달 될 수 있도록 슬릿 개구에 가깝게 배치 펠릿. 사전 훈련 도중 자신의 앞다리와 알약을 검색 동물 제외
- 발 환경 설정 및 모터 기술 학습의 결정
- 모터 기술 학습의 첫 번째 세션 동안, 게시물 창 앞의 슬라이드를 교체합니다. 동물이 혀와 펠렛에 도달 만에 도달과 움직임을 파악 정확한 앞다리하여 검색 할 수 있도록 약 1.5 cm 떨어진 게시물에 창에서 설탕 펠렛을 놓습니다.
- 동물이 혀와 소비를 시도하면서 부드럽게 펠렛을 동물의 입에 가까이 펠렛을 가져오고 철회 집게를 사용, 앞다리에 의해 펠렛 검색을 적용합니다. 동물의 앞다리을 뻗어 펠렛을 파악 될 때까지 반복적으로이 작업을 수행합니다.
- 창 개구부의 중심이 게시물을 놓습니다. 발 환경 설정을 확인하려면, 조심스럽게 훈련 날에 REAC의 1. 70 % 이상을 처음 10 시련을 관찰힝 시도 (즉, 10 명 중 7) 같은 앞다리으로 실행해야합니다. 이 달성되지 않는 경우 70 %의 임계 값에 도달 할 때까지, 실험 10의 또 다른 라운드를 계속.
- 발 환경 결정 후, 선호 앞다리으로 게시물을 이동하고 창 개구부의 테두리에 중앙에 맞 춥니 다. 선호하는 발 정렬 포스트 (그림 1B, C)에 도달하기위한 최적의 각도를 할 수 있도록 각각의 발에 반대로 이동을 의미합니다.
- 성공적으로 (포스트 오프 펠렛을 노크) (도달 파악, 검색하고 펠렛을 먹고), 드롭 (REACH, 이해 및 검색하는 동안 펠렛을 잃게) 또는 실패로, 동물에 관한 새로운 펠릿으로 정의 재판을 분류. 당신의 시트에있는 모든 시험을 참고 실험 후 데이터를 분석 할 수 있습니다.
- 실험의 정의 된 횟수 (예, 150) 또는 각각의 동물에 대한 최대 시간 (예, 1 시간)로 이루어진 하나의 세션을 매일 수행한다.
- 정밀하고 미세 조정을 조사운동의 첫 번째 시도 분석을 사용. 첫 번째 시도는 중단, 망설임이나 개별 운동 성분의 반복없이 단일 모 놀리 운동 펠릿 파지에 의해 정의된다. 조심스럽게 쥐에 의해 각각의 이해를 관찰합니다.
- 쥐가 주저하거나 범위 동안 후퇴하거나 제대로 펠렛을 파악하기 위해 여러 실험을 시도 할 경우, 각각의 성공으로 재판하지만 첫 번째 시도를 확인합니다. 동물이 성공적으로 단일 모 놀리 식 범위에서 펠렛을 파악 경우, 시트에 별도의 열에서 성공적으로 첫 번째 시도로서 각각의 재판을 확인합니다.
- 모터 기술 학습하는 동안, 음식은 표준 실험실 다이어트에 쥐를 박탈. 임의 량의 물을 준다. 연구를 통해 매일 체중을 모니터링합니다.
- 모터 기술 학습의 첫 번째 세션 동안, 게시물 창 앞의 슬라이드를 교체합니다. 동물이 혀와 펠렛에 도달 만에 도달과 움직임을 파악 정확한 앞다리하여 검색 할 수 있도록 약 1.5 cm 떨어진 게시물에 창에서 설탕 펠렛을 놓습니다.
- 행동 실험을 위해, 실험 동물에 익숙해. 매일 동물 당 10 ~ 15 분 지속 세션을 처리했다. 각 동물의 세션 후 상자를 청소합니다.
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Representative Results
성공적인 모터 기술 습득은 일관된 연습을 통해 달성된다. 모든 측면을 충분히 고려에도 불구하고, 일부 쥐 작업 (그림 2) 학습하지 못한다. 이러한 '비 학습자'중 실험의 시작부터 펠릿 검색의 몇 결석 시도의 결과로 의욕이 부족하거나 일반적으로 지속적으로 시도를 실패로 이어지는 펠릿에 도달에 대한 관심을 잃게됩니다. 반면, 일부 동물 overhasty의 결과로 적극적인 이상 동기 부여 동작을 보여 실패로 이어질 시도를 파악 돌진했다. 성공하지 못한 학습자의 세 번째 그룹은 높은 성공률로 시작하고 정체 또는 학습 곡선을 감소로 이어지는 상당한 개선을하지 않는 동물이다.
성공적인 모터 기술 학습은 두 단계로 구성 빠른 학습 구성 요소는 일반적으로 내 세션 모터 훈련 (첫 날 내에서 관찰 차 인수를 나타내는;
매일 각 세션 (세션 내 분석) 중 성능을 분석하기 위해, 25 시험으로 시험 빈들의 전체 수를 분할 (예를 들어, 150 시험 6 빈들). 실험 후에, 각각의 날에 시험의 총 수에 의해, 각 bin에 성공 회수를 나누어 각 빈 성공적 파지 펠릿의 비율을 계산한다.
그것은 모터 기술 습득 개별 동물에 따라 다를 수 있다는 것을 고려해야한다. 다른 래트 대지 레벨에 도달하기 위해 상이한 수의 일을 필요로한다. 따라서, 개인의 학습 곡선은 보통이다LY 평균 학습 곡선처럼 부드러운 없습니다.
성공적인 운동 학습의 또 다른 표현은 미세 조정 운동 학습의 분석이다. 이러한 측면을 평가하기 위해, 우리는 성공적으로 측정 펠릿에 비해 주저하거나 중단하지 않고 모 놀리 식 운동 (그림 5) 중 첫 번째 시도에서 파악 펠릿의 수를 측정 하였다.
그림 2의 예 - 5 6 일에 걸쳐 150 파악 펠릿 / 일의 학습 곡선을 보여줍니다. 1 일 모터 학습의 첫 날을 의미한다.
그림 1 : 쥐 훈련 상자의 디자인 (A) 각각의 치수 훈련 상자.. 상자 안에 손실 된 펠렛의 검색을 방지하기 위해, 교육 실의 바닥은 금속 막대 만든다 ,이를 통해 펠릿 가을 잃었다. (B) 슬릿 열기 및 게시물의보기를 닫습니다. 슬릿 개방에 중앙 정렬 된 게시물의 위치를합니다. (C)의 예는 쥐 성공적 슬릿 개구를 통해 펠릿 파지. 이동 후 위치와 (이 경우 오른쪽) 동물의 기본 앞다리쪽으로 결과 각도를합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 2 :. 육일의 과정을 통해 모터 기술의 성공적인 인수를 나타내지 않았다 동물의 예 성공률은 더 훈련에 더 개선으로 20 %를 침체.
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도 3 : 동일 예의 일 이내 분석 성공률은 단일 세션에 걸쳐 매일 운동 학습의 개선을 도시 25 펠렛 6 빈들로 분할되어도 4에 도시 된 바와 같이. 도 4를도 4뿐만 아니라 비교하여 1, 2 일 이내에 일반 개선 각각 일의 평균 성공률에 비해 제 이일의 제 25 실험 동안 초기 성공률을 참고.
도 4 :. 6일에 걸쳐 전형적인 성공적인 학습 곡선을 가진 동물의 예는 성공적 파지 펠릿 (성공율)의 백분율은 처음 3 일 동안 증가시키고, 나머지 일 동안 정체기에 도달한다.
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Discussion
. 본 연구에서 나타난 패러다임은 Buitrago 등 (18)에서 적응 주로 두 가지 측면에서 패러다임 (17)에 도달하는 고전적인 단일 펠렛 차이가있다 :
먼저, 내부 세션 개선 공부 이러한 평균 값으로 표현 느린 학습 컴포넌트에 비해 빨리 학습 컴포넌트의 조사와 같은 정보의 다른 레벨을 제공 할 수있는 단일 일 이내에 학습 과제의 분석 (도 3 참조 허용 및 4). 둘째, 여기서 제시 행동 패러다임 모터 스킬 작업의 어려움과 복잡도를 증가시킨다. 동물 전에 각각의 펠릿 검색에 몸과 도달 방향을 재조정하도록 강요한다. 이 같은 각도에서 단순 반복적 인 운동의 실행을 방지하고 깊은 공간 방향을 필요로한다. 또한, 펠릿은 일의 앞에 배치 된 얇은 수직 기둥에서 검색E 케이지 따라서 성공적인 검색을위한 정확한 이해를 필요로하고, 동물을 향해 펠릿 당기는 간단한 방지 펠릿 직경이 일치한다.
중요한 단계는 케이지의 뒤쪽으로 실행하고 사전 훈련 도중 슬릿 개구로 돌아 동물을 가르치고있다. 케이지의 후면부에 부드럽게 탭핑 집게를 사용하여 원하는 위치로 쥐 힌팅하는 작업을 이해하기 위해 동물을 돕는다. overtapping이 너무 많은 소음을 생산하고 동물을 자극으로 실험주의 깊게이 도구를 사용합니다. 쥐 케이지의 전면에 반환되면 동물이 펠릿의 맛, 냄새와 위치에 익숙해 위해, 슬릿 개구 여러 설탕 알약을 배치합니다. 또 다른 중요한 단계는 운동 학습의 첫 번째 날에 앞다리와 펠릿 검색입니다. 동물들은 사전 훈련 기간 동안 배운 혀와 펠렛을 검색하는 시도를 계속한다. 부드럽게 일을 가지고 집게를 사용하여동물의 입과 펠릿의 수축에 가까운 전자 펠릿은 혀 동물 시도 소비는 성공적인 펠릿 검색을 위해 앞다리를 스트레칭 쥐를 적용한다. 목표는 동물 앞다리를 사용 집게로부터 펠릿을 파악하고 그 입 설탕 펠렛을 검색 할 수 있도록하는 것이다. 이것이 달성되면, 펠렛을 평가할 수있다 포스트와 발 선호 결정에 배치 될 수있다. 이러한 두 단계가 전체 실험의 가장 중요한 부분이며,주의 동물에게 접근뿐만 아니라 실험자의 인내를 필요로한다.
그것은 (우리의 관찰에 따르면 및 균주 (남성 여성 18보다 느린 학습) 학습의 차이는 각각의 동물 사이에 남녀 사이에 존재하는 것이 중요합니다,이 연구와 긴 에반스 쥐에 사용 된 흰쥐의 정보는 다음의 제품에 비해 우수한 학습을 표시 예를 들어, 루이스 래트). 따라서, 위해 도전이 필요 충족작업의 사항은, 성공률은 성별과 변형에 따라 패러다임의 수정이 필요할 수 있습니다. 변화를 낮게 유지하기 위해, 실험 시리즈에 긴장과 성별을 함께 사용하지 마십시오.
잘 구조화 및 제어 행동 패러다임은 병리학 적 및 생리적 행동의 메커니즘을 기본 세포의 상관 관계를 조사 연구를 위해 매우 중요하다. 쥐가 배울 수있는 더 복잡한 행동 작업은 마우스를 통해 쥐의 중요한 이점을 나타냅니다. 쥐의 유전자 조작에 대한 기술의 지속적인 발전은 지금까지 쥐 19-21에서만 가능했던 쥐 실험을 수행하기 위해 매우 가까운 장래에 수 있습니다. 신경 회로의 대상 조작을 가능하게 새로운 이미징 기술과 기술을 결합하여, 쥐의 행동 패러다임은 신경계 기능의 생리 학적 및 병리학 적 원리의 이해를 향한 새로운 길을 열 수 있습니다.
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Acknowledgments
이 작품은 스위스 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (부여 31003A-149315-1 MES 및 AZ에 부여 IZK0Z3-150809에), AZ 하이디 Demetriades 재단, 유럽 연구위원회 ( 'Nogorise')를 MES하고의 보조금에 의해 투자되었다 크리스토퍼와 다나 리브 재단 (CDRF).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Training box | Self Made | ||
| Pedestal | Self Made | ||
| Sugar pellets | TSE Systems Intl. Group | 45 mg dustless precision pellets | |
| Sprague Dawley rats | 5-6 week old males | ||
| Laptop computer | Hewlett Packard | ||
| Stop Watch | |||
| Forceps | Fine Science Tools (FST) | ||
| Excel | Microsoft | ||
| Prism | GraphPad | ||
| Weighing scale | |||
| Counter |
References
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