Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות

Published: September 28, 2017 doi: 10.3791/56341
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2,3, 2,3, 2,3, 1,4,5
1Burke Medical Research Institute, 2Texas Biomedical Center, The University of Texas at Dallas, 3Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science, The University of Texas at Dallas, 4Brain and Mind Research Institute, Weill Cornell Medical College, 5Departments of Neurology and Pediatrics, Weill Cornell Medical College

Summary

כתב יד זה מתאר פעילות אוטומטית למחצה מכמתת גבון בחולדות. חולדות להגיע לאחוז, supinate של manipulandum כדורית. העכברוש מתוגמלת עם גלולה אם זווית סיבוב חורג קריטריון מוגדר על-ידי המשתמש. משימה זו מגדיל את התפוקה, רגישות פציעה, אובייקטיביות לעומת פעילויות מסורתיות.

Abstract

משימות למדוד במדויק את מיומנות במודלים של בעלי חיים הם קריטיים כדי להבין את תפקוד היד. עכברוש התנהגותית משימות נוכחיות המודדים מיומנות במידה רבה להשתמש ניתוח וידאו של מניפולציה להגיע או מזון. בזמן משימות אלה שקל ליישם מוצקים על פני דגמים המחלה, הם סובייקטיביים, מפרך עבור הנסיין. אוטומציה של משימות מסורתי או יצירת משימות אוטומטיות חדשות באפשרותך לבצע את המשימות יותר יעיל אובייקטיביים, כמותיים. מאז חולדות הן פחות מיומן יותר פרימטים, מרכזי עצבני מערכת (CNS) פגיעה מייצרת יותר עדין לגירעונות זריזות, עם זאת, גבון היא מאוד מושפע בחולדות וגם קריטיים יד פונקציה פרימטים. לכן, תיכננו פעילות אוטומטית למחצה המודד forelimb גבון בחולדות. חולדות מאומנים להגיע, תופסים את manipulandum בצורת כפתור ולהפוך את manipulandum ב גבון ולקבל תגמול. חולדות יכול לרכוש את המיומנות של 20 ± 5 ימים. במהלך החלק המוקדם של אימון מאוד מפוקח, הרבה ההכשרה נעשית ללא פיקוח ישיר. הפעילות באופן אמין, reproducibly לוכדת גירעונות עדין לאחר פציעה ומראה על שחזור פונקציונלי המשקף במדויק שחזור קליניים עקומות. ניתוח של הנתונים מתבצע על ידי תוכנות מיוחדות באמצעות ממשק משתמש גרפי זה תוכנן להיות אינטואיטיבי. אנחנו גם נותנים פתרונות לבעיות נפוצות במהלך אימון, ומראה כי תיקונים משניים להתנהגות בתחילת ההדרכה לייצר רכישת אמין של גבון. לפיכך, הפעילות גבון כפתור מספק הערכה כמותית ויעילה של תנועה קריטית עבור זריזות בחולדות.

Introduction

הפסד של זריזות אחרי מערכת העצבים מפציעה או מחלה משמעותית פוחתת העצמאות ואת איכות החיים של אנשים מושפעים 1,2,3,4. לפיכך, מיומנות הוא אמצעי התוצאה חשוב להבנת המדע של עצבי תיקון ושיקום כיסודות טוב השליטה העצבית של התנועה ולמידה מוטורית. באופן מסורתי, משימות ידניות כמו גלולה אחת להגיע, פסטה מניפולציה, אירווין, Beatties ואת סולם Forelimb Bresnahan (IBB) שימשו כדי להעריך את מיומנות ב בעלי חיים, במיוחד מכרסמים 5, 6,7. משימות אלה יש להפוך לפופולרי עקב זמנם רכישת פעילות מינימלית. עם זאת, הן איכותיות בטבע, מפרך עבור הנסיין, בזמנים, רגישות תיפקודי לאחר פציעה עם גירעונות עדין 5,7,8,9. מגבלות אלה של פעילויות מסורתיות דרבנה את התפתחות עוד מדדים כמותיים של המוטורית ב בעלי חיים, במיוחד, forelimb להגיע.

ישנם מספר יתרונות על אוטומציה של משימות, כלומר אובייקטיביות, עלייה, וזמן ניתוח ירד. משימות אוטומטיות חדשות לספק מדד רגיש יותר להערכת מיומנות לאחר פציעה מאשר קונבנציונאלי משימות 8,10. בנוסף, הם מאפשרים אימונים אדפטיבית, בדיקות אשר חייטים האימונים ובדיקות קושי לביצועים של חיה. לבסוף, משימות אוטומטיות להפיק כמויות גדולות של נתונים, אשר מספקים שני יתרונות. ראשית, גידול בנתונים זוטא, במספר הניסויים מגדילה את כוחו סטטיסטי של מחקר. שנית, זה נותן מדעני מוח ערכת נתונים גדול שממנו ניתן ללמוד למידה מוטורית, הכשרה, פיצוי יותר robustly באמצעות ניתוח של מידע קינטי וברמות קינמטיות 11.

מספר קבוצות ניסו להפוך לאוטומטיות משימות מסורתיים. מצלמות מהירות גבוהה יכול לשמש כדי לאסוף נתונים קנטית מפעילויות כמו בגדר יחיד להגיע פעילות 12. Alaverdashvili ו- Wishaw השתמשו מצלמות מהירות גבוהה כדי ללכוד את תנועות להשיג ולנתח ספרות תנועות באמצעות תוכנת המדידה מסגרת תנועה שיא Motus 13. עם זאת, תוכנה זו אינה מזהה ספרות באמצעות ראייה ממוחשבת, אך במקום זאת דורש הנסיין לדיגיטציה נקודות נע על ידי הסמן. בנוסף, משימות מסוימות שימשו ביחד עם כדורים אקדחים סטרט וכן כלובים למיכון15,16 14,תהליך הכשרה.

קבוצות אחרות השתמשו בכוח חיישנים, כמו גם מצלמות מהירות גבוהה כדי להעריך התאמות המרחבי ואת כח forelimb מיומנים להגיע באמצעות מניפולציה פסטה, בעוד שאחרים עיצבו משימות כדי ללכוד תנועות מורכבות יותר 17. משימה אחת כזו היא משימה יד ולמשוך המשתמשת מכשיר רובוטי 3-מעלות-של-חופש כדי ללכוד תנועה מישורי, המסתובבת של עכברוש forelimb תנועות 18. יש לזה יתרונות של היכולת למדוד את קינטיקה של תנועות, אבל עם עלייה של המורכבות והעלות.

. הנה, נדגים פעילות forelimb חצי אוטומטי המודד גבון חולדות 8. Forelimb גבון הוא הרוטציה של הכפה של כף היד אל כף היד למעלה. גבון הוא סמן מעולה של פונקציה בדרכי corticospinal והן תנועה הרלוונטית קלינית בבני הנדרשת עבור כל יום חיה פעילויות 8,19,20. בנוסף, גבון היא רגישה מאוד פגיעה, איון, במיוחד בהשוואה לגלולה אחת להגיע 8. הפעילות גבון, שפותחה בשיתוף פעולה בין מכון המחקר הרפואי בורק לבין אוניברסיטת טקסס שבדאלאס, בתנועה סיבובית אמצעים אופקיות 8,10. חולדות ממוקמים בתוך קופסה התנהגותית (איור 1 א'), מאומנים לעשות שלושה פרקים (איור 1B): יד דרך צוהר מלבני; תופסים manipulandum כדורית; supinate לזווית המיועדים לכך.

הפעילות התנהגות נשלטת על ידי תוכנת מחשב (איור 1C). תוכנת השליטה שולחת הוראות מיקרו-בקר שמחובר אל אוטומטי-positioner, אנקודר אופטי, רמקול, מזין. את מיקרו וחיבורים היקפיים שלה מכונים תיבת מיקרו-בקר. מידע זורם מן אנקודר אופטי, מיקרו, ואז המחשב, וחוזר מיקרו-בקר. אם תוכנת השליטה יש לסמן מיקרו המשפט היה הצלחה, מיקרו מפעיל במזין לוותר גלולה. בתחילת כל מפגש, תוכנת השליטה ממסרים שהמידע הבמה מיקרו-בקר, אשר מנחה את auto-positioner כדי למקם את כפתור במרחק מוגדר של השלב הצמצם. Auto-positioner יכול גם להיות מופעל באופן ידני באמצעות מקשי החצים ממוקם על האוטומטי-positioner. אנקודר אופטי רשומות נתונים על שינויים 100 הרץ, אמצעים בזווית. כל הנתונים מאוחסנים בתבנית בינארית.

הנסיין משתמש אימונים רציפים שלבים בתוך התוכנה כדי לאמן את החולדה מ habituation supinating בקצב קבוע מראש זווית והצלחה. במהלך habituation, manipulandum הידית ממוקמת בתוך חלון צמצם ללא כל משקל. לאחר שבוע של אימונים מאוד תחת פיקוח, העכברוש משייכת את כפתור גמול ומתחילה להפוך את הידית באופן עצמאי. ברגע העכברוש הוא מסוגל לפנות באופן עצמאי, הידית מההצעה 1.25 ס מ 0.25 ס"מ במרווחים עד העכברוש יכולים להפוך באופן עצמאי ב 1.25 ס מ. משקל הוא ואז להוסיף במרווחים של 1 g החל דור 3 6 ג אוטומטית הכשרה שלבים רכבות החיה אל supinate הידית ב 6 g עד 75 מעלות. בשלב זה של אימון היא במידה רבה ללא השגחה; ברגע חולדות לאמץ את הפעילות עם הטופס המתאים (נדון להלן), הם ממשיכים supinate כראוי. ההכשרה הושלמה כאשר חולדות supinate 75 מעלות בשיעור הצלחה (אחוזי ההצלחה) של 75% 8. כאן, אנו מתארים פרוטוקול אימונים טיפוסי, נוכח פתרונות למספר בעיות נפוצות נתקלנו. אנו מדגימים את ההתקדמות של חולדות ושנכשלו נציג באמצעות פרוטוקול אימונים, ולהראות כי ניתן לשנות את המשימה להראות תיפקודי עם גירעונות עדינים או חמורות יותר.

Protocol

פרוטוקול זה מתאר הגדרת המשימה של הקמת חי, האכלה תנאים, כמו גם אילוף בעלי החיים, בדיקות חיות לאחר פציעה, ניתוח התנהגות נתונים. ארבעת השלבים של אימון בעלי חיים מתוארים גם: habituation, פרס איגוד, משקל הדרכה, הכשרה קריטריון להפוך זווית. ניסויים בבעלי חיים כל אושרו על-ידי IACUC וייל קורנל לרפואה של אוניברסיטת טקסס בדאלאס.

1-הגדרת את the Task

  1. עיצוב קופסה התנהגותית עשוי מפלסטיק ברורה כי אמצעים 150 מ"מ-200 מ מ עוד על ידי בגובה 250 מ מ.
    הערה: כאן, הפתח המלבני הוא 14.2 מ"מ 25.4 מ מ. Manipulandum הידית של קוטר 9.5 מ מ עשוי עם methacrylate ויש לו שתי תחנות שמגבילות את גבון פחות מ 100 °. כל הפרמטרים הללו נבדקו והוכחה ממוטבת עבורו הגירעונות המתוארות בסעיף התוצאות. תיבת התנהגותית ואת manipulandum מוצגות באיור איור 1A.
  2. התיבה מיקרו להתחבר למחשב. מיקרו-בקר ארבע תיבות ניתן לחבר עד לכל מחשב-
  3. כדי להתחיל את המשימה, להשתמש בתוכנה שליטה ( איור 1C).
    1. בחר כפתור התקן עבור הפקד. קלט על נושא שם " נושא " שדה. לבחור את הבמה עבור אימונים תחת " הבמה " התפריט הנפתח.
      הערה: השלבים מכתיבה שלושה פרמטרים עבור כל משפט: " פגע בחלון, " " פגע הסף, ", " הראשונית הסף. " להיט מוגדר להגיע הזווית קריטריון בתוך פרק זמן מוגדר. " פגע בחלון " מתייחס הזמן המוקצב לכל חיה נפתח בניסוי ולהגיע הזווית קריטריון. " סף להכות " הוא הזווית קריטריון עבור ניסוי מוצלח. " הסף הראשוני " הוא הזווית קריטריון ליזום ניסוי ופגע חלון; אפשרות זו מציינת את תחילת הסיבוב. ניתן לראות מידע נוסף על במות להלן בסעיף " אימון חיות. "
    2. לחץ על " להתחיל " להתחיל את האימון. לחץ על " להאכיל " להאכיל באופן ידני את החיה ואת " להפסיק " להפסיק את האימון.
      הערה: האכלה ידנית צריך לשמש כדי לשמור על עניין בפעילות, מתואר בפירוט בסעיף 3. לאחר הפסקת ההפעלה, נתוני ההפעלה יישמרו בכונן c:-

2. החיים והתנאים האכלה

  1. שימוש למבוגרים ספראג Dawley חולדות נקבות (175-200 גרם). חולדות House יחד בכלובים רגילים עם h 12 הפוכה כהה/12 h אור מחזור. לבצע כל האימונים וכן בדיקות במהלך מחזור כהה עם האורות מעומעמים.
    הערה: חולדות נקבות משמשים מאז הם יותר צייתן 21. כאן ספראג-Dawley שימשו כי זה זן נפוץ בשימוש אימונים מוטוריים, וזה המתח השולט על transgenics. עם זאת, בהתחשב באופי מתכוונן של הפעילות (משקל, קריטריון זווית סיבוב, מרחק הידית ולאחר הידית עצמה) אלה יכולה בקלות להיות מכוונת זנים שונים, גדולים יותר (למשל אצל גברים) או קטנים יותר (למשל Wistar) חולדות.
  2. 5 הימים הראשונים של המחקר, לתת עכברושים אבוס מלא בנוסף תזונתית מלאה, שוקולד בטעם כדורי במשך חמישה ימים. לאחר היום החמישי, מזון-להגביל את החולדות 85% של עקומת במשקל תקין שלהם.
  3. אחרי האוכל ההגבלה החלה, להאכיל את החולדות 7.5 גר' של כדורי שוקולד (התאמת למעלה או למטה כדי לשמור על 85% ממשקל מותאמים לגיל) לאורך כל מכלול של האימונים שלהם. אם חולדות לא קיבלת 7.5 גר' של כדורי שוקולד בהפעלות האימונים שלהם, תוספת withstandard צ'או לאחר המפגש הסופי.
    הערה: בסוף השבוע האכלה הוא ad libitum עם תקן האוכל עד יום ראשון בערב, ואז אוכל-לשלול בן לילה. בעת ביצוע ניתוחים או התערבויות פולשניות אחרות, לאפשר מזון ad libitum לפחות שלושה ימים לפני ולאחר מכן במשך שלושה ימים אחרי הניתוח (בהתאם זמני התאוששות) לפני שאת מורחת עכברושים מזון הגבלת שוב.

3. הדרכה הליך

הערה: סקירה כללית של ההליך ההדרכה מוצג באיור 3 א. לאורך כל הפרוטוקול, הרכבת העכברושים פעמיים ביום, פעם בבוקר, פעם בשעות אחר הצהריים. לחכות לפחות 3 שעות אחרי קורס הבוקר לפני תחילת במושב אחר-הצהריים.

  1. Habituation
    הערה: מטרת habituation היא להכיר את העכברוש עם תיבת הבדיקה ועם טיפול.
    1. תחזירו את המתקן כפתור באופן מלא על-ידי הקשה על מקש חץ למטה על positioner אוטומטית.
    2. המקום העכברוש בתיבת התנהגותית במשך 15 דקות
    3. לאחר 15 דקות בתיבה, להתמודד עם כל עכברוש בידיים במשך לפחות חמש דקות להכיר את החולדה הנסיין.
    4. חזור על הפעולה עבור חמישה ימים.
  2. פרס האגודה
    הערה: המטרה היא להכשיר את העכברוש לשייך מפנה של הידית לפרס של אוכל. מצפה שאבלה האורך הפעלה מלאה של 30 דקות על הפעילות במהלך שלב האגודה גמול הדרכה.
    1. פתח את התוכנה, קלט את החולדה שם. הגדר את הבמה " K1: כפתור בעיצוב - אין גלגלת. "
      הערה: פעולה זו מגדירה את המרחק manipulandum מן הפתח ב ס 0.0, " Init. Thresh. "-3°, " להיט Thresh. "-5 מעלות, ו " פגע בחלון " ב 2 s. פעולה זו מאפשרת את החולדה להאכיל כל עוד החולדה הופך את כפתור העבר 3 מעלות. " פגע בחלון " יישאר ב 2 s בהסמכה.
    2. להכניס את העכברוש תיבת התנהגותית ואת העיתונות " להתחיל " להתחיל במפגש.
    3. להכיר את החולדה לשוקת גמול על ידי מחלק 2-3 כדורי במועד וטפיחות לצד התיבה שם השוקת פרס ממוקם. לוותר על כדורי באמצעות לחצן מזין ידני.
    4. ברגע העכברוש יודע את מיקומו של הפרס, באופן ידני לוותר על גלולה 1 כאשר העכברוש הוא מול הפתח.
    5. פעם העכברוש מעביר הצמצם בציפייה לפרס צניפה, תנאי העכברוש לקיים אינטראקציה עם manipulandum.
      1. לבקש את החולדה לעסוק על-ידי הצבת גלולה מזון 45 מ ג ליד manipulandum, או על-ידי החלת צניפה אבק ישירות manipulandum, ולאפשר לו להגיע, לתפוש אותו. אם העכבר זז מן הפתח, הקש על התיבה ליד manipulandum כדי לנתב מחדש את תשומת הלב שלו.
        הערה: אם החולדה נגע הידית עם כפה להשיג שלה, התוכנית אאכיל את החולדה. באינטראקציה שאינן כוללות את השימוש כפות (דהיינו נושך, לרחרח את manipulandum) אינם נכונים, לא צריך להיות מתוגמל.
    6. ברגע העכברוש מתחיל לגעת הידית עם הכפה הרצוי, מתוגמל 10 פעמים ברציפות ב ס 0.0, השתמש במקש חץ למטה על האוטומטי-positioner ( איור 1 א') כדי לבטל את manipulandum על ידי 0.25 ס מ. אני חוזר זה ס מ 0.25 בתוך במרווחים עד manipulandum 1.25 ס מ מן הפתח.
    7. העיתונות " להפסיק " לאחר 30 דקות כדי לסיים את ההפעלה.
    8. המשך פרס האגודה עד העכברוש supinates את manipulandum הכל הרצוי של 1.25 ס מ מן הפתח ( איור 1B).
    9. לאחר העכברוש השלימה 2 רצופים – supinating את manipulandum ואחזור הפרס צניפה, להתחיל אימון משקל.
  3. משקל הדרכה לאמן חולדות supinate יויו 6 g. משקל נגד-manipulandum על-ידי הצמדת המחבר בסוף משקל הנגד לנקודה בצורת L קובץ מצורף ב- manipulandum
    1. המקום דור 3. להאכיל את המחרוזת משקל באמצעות גלגלת עד משקל הנגד מסתובב בחופשיות.
    2. פתח את התוכנה, קלט את החולדה שם. הגדר את הבמה " K2: כפתור בעיצוב - גלגלת. "
      הערה: פעולה זו מגדירה את המרחק manipulandum מן הפתח של 1.25 ס מ, " Init. Thresh. "-3°, ואת " להיט Thresh. "-5 מעלות. המרחק manipulandum יישאר על 1.25 ס מ זה והלאה.
    3. להכניס את העכברוש תיבת התנהגותית ואת העיתונות " להתחיל " להתחיל במפגש.
    4. העיתונות " להפסיק " לאחר 100 + ניסויים מוצלחים. ברגע העכברוש השלימה 2 פגישות רצופות של 100 + ניסויים מוצלחים, להגדיל את המשקל על ידי 1 g בתום הפגישה. להגדיל את המשקל החל דור 3 ל 6 גרם, על הפעלות עוקבות.
    5. והמשך לשלב 3.4 לאחר 2 טיפולים רצופים של גבון-6 g ו- 100 + ניסויים מוצלחים.
      הערה: זה לוקח ממוצע של 6 מפגשים (3 ימים) לעבוד החל דור 3 ל- 6 ג' החל משקל הדרכה, זה הכרחי כי התנועה הנכונה גבון מקבל תגמול, תנועה שגויים גבון זוכה בצורת החוצה. מדריך חזותי, הסבר על טופס גבון נכונות ושגויות, נא עיין איור 2-
  4. הכשרה בסיסית
    הערה: לזכור להמשיך הצורה הנכונה גבון התנועה. שוב, עיין איור 2 עבור מדריך חזותי על תנועת גבון נכון/שגוי וכיצד ניתן להפחיתם גבון שגוי. הרכבת חולדות supinate את הקריטריונים בסיסית; . הנה, זה 75 מעלות עם יויו 6 g-שיעור הצלחה של 75% ומעלה.
    1. במקום יויו 6 g על manipulandum.
    2. פתח את התוכנה, קלט את החולדה שם. הגדר את הבמה " KSB4: כפתור הכשרה חציון 75 מקסימום "
      הערה: פעולה זו מגדירה " Init. Thresh. "-5°, " פגע סף מינימום "-15°, ו " פגע הסף המרבי "-75 מעלות. זה נקרא " גמישים " שלב ההכשרה, כלומר הסף יגדל ככל העכברוש ' s הביצועים משתפרים. עבור " KSB4 " הבמה, הסף קודם מוגדר בהפעלה הקודמת ' s הסף הסופי. אם בפגישה הקודמת לא היה רץ על הבמה הזו, הסף מוגדר סף מינימום של 15 מעלות. לאחר הניסויים הראשון 10 של ההפעלה, הסף מחושבת בהתאם החציון של הפסגה זוויות 10 בתרגיל הקודם. לפיכך, הסף שונה עבור כל משפט ותלוי העכברוש ' s ביצועים מהמשפטים הקודמים.
    3. להפסיק את ההפעלה לאחר 30 דקות
    4. המשך הדרכה באמצעות השלב מסתגלת עד זווית שיא ממוצע הוא 75 מעלות או יותר. לאחר מכן, המשך לשלב 3.5. זו בדרך כלל מתרחשת לאחר עשרה ימים או הפעלות 20-
  5. הערכה בסיסית כדי להקליט תוכניות בסיסיות ארבע רצופות
    1. במקום יויו 6 g על manipulandum.
    2. פתח את התוכנה, קלט את החולדה שם. הגדר את הבמה " K27: 75 מעלות. " אפשרות זו מגדירה " Init. Thresh. "-5 ° ו " הסף פגע ב- 75 מעלות.
    3. העיתונות " להפסיק " לאחר 30 דקות או 100 מבחנים, מה שיבוא קודם, כדי לסיים את ההפעלה.
    4. ממשיכים עד ישנם ארבע תוכניות בסיסיות רצופים עם שיעור הצלחה של 75% או יותר.

4. הערכת לאחר פציעה

  1. לפתוח תוכנה ולהזין את שם עכברוש. הגדר את הבמה אותה במה סטטי כמו בדיקות משלפני בסיסית. זה ישמרו באותם פרמטרים המשמשים בסיסית.
  2. העיתונות " להתחיל " ולהפעיל הפעלת עד 30 דקות
    הערה: השתתפות ייתכן נמוך לאחר פציעה. זה ניתן לתקן באמצעות המדריך להאכיל לחצן או הצבת גלולה גמול ליד manipulandum לפתות את החולדה לעסוק עם manipulandum.
  3. לחזור על בדיקה אחת לשבוע במרווחים שבועיים עד לאורך הרצוי של ההערכה לאחר פציעה הגיעה.
    הערה: כאן, נוכל להעריך ביצועי לאחר פציעה כל שבוע במשך שישה שבועות.

5. ניתוח נתונים

הערה: הנתונים נשמרים במיקום ברירת המחדל בכונן c: של מחשב. נתונים שנלכדו ב 100 הרץ במהלך חלון פגע ומאוחסנים בתבנית בינארית. כאן, הנתונים נותחו באמצעות תוכנית מותאמת אישית, הנקראת מיומנות. אנא שלח דואר אלקטרוני ד ר ג'ייסון כרמל לגישה זו תוכנה חופשית-

  1. מיומנות פתוח ולחץ " תקן. "
  2. אתר את הספריה איפה עכברוש נתונים, בחר את התיקיה הרצויה.
  3. לאחר בחירת התיקייה, בחר את החולדות לניתוח.
  4. לחץ " לשמור על " או " למחוק את " כדי לשמור או למחוק את הקבצים אינם שלמים או מכילים נתונים.
    הערה: יש פעמים כאשר הפעלות מופעלים באמצעות הפרמטרים הלא והכשרה הבמה, ובעוד הם מיד עצרו, עדיין נוצר קובץ. קובץ זה צריך להיות מושלך במהלך ניתוח. ישנם גם מקרים, במיוחד בחריפות לאחר פציעה, כאשר חיה מבצעת ניסויים לא בגלל פציעה שלהם או מבחנים מעט מאוד. עבור אלה מפגשים, יש לשמור קובץ כי זה ייצוג של הביצועים שלהם. כאשר קובץ עם אין ניסויים מוצלחים נשמרת, נאן ממוקם במקום המתאים עבור משתנים מחושב.
  5. לבחור אם להוסיף ביאור הניסוי עכשיו או אח כ; אם " ביאור עכשיו " הוא נבחר, יפתח חלון חדש. הקלד " שם הניסוי, " " שמות הקבוצות, " " נתוני אירועים, ", " המספר הכולל של שבועות " לניסוי.
  6. להקצות נושאים לקבוצה.
  7. קלט מספר ההפעלות נתונים בכל נקודה בשבוע או שעה. להפריד את ההפעלות קלט על-ידי רווח וודא כי לא לשים רווח לאחר האחרון מספר קרי (1 1 1 1).
    8. תוויות
  8. קלט נקודת הזמן. להפריד את התוויות קלט באמצעות רווח וודא כי לא לשים רווח אחרי האחרון תווית קרי (טרום Wk1 Wk2 Wk3).
  9. לבחור מתי התרחש האירוע; אפשרות לשמור את ההפעלה ניתוח יופיעו. לחץ על " כן " כדי לשמור את ההפעלה ניתוח.
  10. סקירה כללית של הנתונים המבואר, unannotated תופיע. זה נותן את האפשרות כדי להתוות נתונים.
  11. עבור unannotated הנתונים, לחץ על " גרף נושא " כדי להתוות נושא בודדים או " גרף נושאים " כדי להתוות את כל הנושאים על הגרף אותו.
  12. לניתוח המבואר, לחץ על " מגרש " כדי להתוות את הניסוי.
  13. על מבואר ועל unannotated, לחץ על החץ הנפתח לקבלת רשימה של משתנים להתוויה. לחץ על המשתנה כדי להציג את העלילה.
  14. לחץ על ייצוא כדי לייצא את הגרף ו/או הנתונים המשויכים הגרף.

Representative Results

בתחילת האימון, הנסיין מבלה יותר זמן פעילות בעיצוב התנהגות חולדה. כמו החולדות לשייך עכברוש גבון עם פרס, הידיים על הזמן יורד (איור 3 א). במהלך habituation, פרס איגוד ולהדרכות משקל, אורך הפעלה מלאה (30 דקות) מושקע בפעילות. עם זאת, לאחר עכברוש הוא supinating עם משקל 6 g, הזמן בפעילות בהדרגה מפחית עד כ- 15 דקות כמו גבון זווית עליות של החולדה. לבסוף, החולדה מגיעה בסיסית, הזמן בפעילות הוא לכל הפחות; הנסיין צריך רק למקם את החולדה בתיבת התנהגותית, הפעלת התוכנית. המספר המרבי של חולדות שנסיינית יכול לעבוד עם בו זמנית בשני העכברושים במהלך פרס האגודה, חולדות ארבעה במהלך משקל הדרכה והכשרה בסיסית, כמו שיש כמה חולדות הארגזים במהלך הערכה בסיסית ובדיקה לאחר פציעה. על הממוצע, 75% של חולדות (n = 56) לרכוש את המשימה.

לאחר העכברוש המשויך גבון פרס, אין התקדמות חיובית בזווית של החולדה גבון (איור 3B). ב- 3B איור, העכברוש התקדם החל דור 3 6 גרם משקל מיום 3 ליום 7. אחרי משקל הדרכה, היה תקופה קצרה של אימונים אדפטיבית מיום 7 ליום 9, במהלך אילו גבון עלה מ 26 ל 30 מעלות. כי לא היה שינוי משמעותי, סף סטטי הועסק מיום 9 עד 18. במהלך תקופה זו, העכברוש בהתמדה עלה מ-30 מעלות ל 75 מעלות תוך 8 ימים. יש השתנות היומיומית במהלך אימונים, בפרט, ימים 12 ו-14. אבל באופן כללי, יש המגמה כלפי מעלה בזווית גבון. בסוף פוסט-habituation 17 יום, העכברוש הקליט שלה קו בסיס ראשון, ארבעה טיפולים מאוחר יותר, זה גמור. הערכה בסיסית. מ habituation להקלטה של תוכנית בסיסית הרביעי, פרוטוקול אימונים לוקח ממוצע של 20 ± 5 ימים.

בעוד במלונות של התקדמות אידיאלי באמצעות פרוטוקול אימונים חשוב, במלונות של התקדמות לא מוצלח הוא לא פחות חשוב (איור 4). איור 4A, הקו הכתום מראה חולדה שהשלימה בהצלחה הפרוטוקול, הקו הכחול מראה עכברוש לא מוצלח, קווים אפורים להראות עוד שישה חולדות מוצלחת. חולדות מצליח להגיע בסיסית ב 15 ± ימים 0.6 (n = 7). העכברוש מוצלחת נציג משתמש תפיסה בשעה 1, בעוד העכברוש כושל משתמשת תפיסה בשעה 3. חולדות הן לשייך את כפתור פרס 2 ימים. בנוסף, שני עכברושים להציג התקדמות זווית (איור 4A) גבון דומה בארבעת הימים הראשונים לאחר משקל נוסף. עם זאת, לאחר הנקודה הזו העכברוש מוצלח מתחיל להינתק מן החולדה לא מוצלח. זה בגלל תפיסתו של חולדה כושלים הצליח יתוקן לפני נקודה זו (ראה איור 2).

את העכברוש מוצלחת, יש עלייה תלולה בזווית גבון מתחיל מישור בין 50 ל- 60 מעלות, אך אז קורות חיים טיפוס וקולה לכיוון 75 מעלות. עם זאת, עבור העכבר לא מוצלח, יש עלייה הדרגתית יותר זווית גבון. כאשר העכברוש מישורים בסביבות 20 מעלות, העכברוש מקבל דחף כדי supinate יותר, אבל בסופו של דבר, הוא מאבד עניין הפעילות, אפילו עם האכלה ידנית, ואת הזווית גבון פוחת במהירות סביב habituation שלאחר ביום 15. אמנם יש התאוששות קלה לאחר habituation שלאחר יום 17, העכברוש מאבקים supinate יותר מ-25 מעלות. אם עכברוש לא מושגת בסיסית ביום 20, לנו לשקול את העכברוש הזה לא מוצלח ולהסיר את החולדה מן המחקר.

בנוסף זווית גבון, אחד יכול לבצע בדיקה חזותית של ואת גבון (איור 4B-D) את העכברוש ושנכשלו. בעת ביצוע בדיקה חזותית, אנחנו מחפשים מספר מאפיינים waveform: שיפוע של קו, השהיה, מספר פסגות בחלון הזמן למשפט. השיפוע של הקו מחושבת הנגזרת של העקומה בין תחילת העקומה הפסגה של העקומה. ההשהיה מחושבת הזמן בין אתחול של הניסוי העקומה עובר את הסף פגע. לבסוף, פסגות מחושבים באמצעות הנגזרת למצוא maxima המקומי בחלון למשפט. בעבר, אנו למצוא את השיפוע של קו או מהירות, הוא מדד חזקים של גבון קינטיקה, רגיש עדין קשב 8.

בשליש הראשון של האימונים לאחר תחילת supinate באמצעות 6 g (איור 4B), העכברוש מוצלחת (4B באיור1) מראה על waveform יחיד לשיא ליד 20 מעלות, ואילו החולדה לא מוצלח (4B איור2 ) מציגה פנייה כפולות, או שתי הפסגות, עם השיא הראשון ליד 10 מעלות, הפסגה השנייה בקרבת מקום ל- 5 מעלות. בשליש האמצעי של הדרכה (איור 4C), העכברוש מוצלחת (4C באיור1) מראה עלייה במחירי שיא זווית 20 מעלות ל 50 מעלות עם עקומה שיא מוגדר יותר, יחיד. העכבר לא מוצלח (4C באיור2), בינתיים, היחיד הופעות שולי: גידול שיא זווית 20 מעלות אבל השתפרה בצורה שלו; היא עכשיו משתמשת רק סיבוב אחד. על-ידי השלישי הסופי של אימונים (איור 4D), העכברוש מוצלחת (4D באיור1) מציג צורת גל יחיד בולט מאוד לשיא בסביבות 65 °, לעומת החולדה לא מוצלח (4D איור2) עם זווית שיא של 20 מעלות אבל עכשיו עם שיא נוסף-2 s של 15°. זהו אינדיקטור טוב נוסף עם הקושי הגובר הכשרה, העכברוש היתה אפשרות לתקן מאחיזתו בשעה 3, בתורו, אפשרות supinate כראוי. אפילו אם העכבר הזה לא נכללו במחקר, בסופו של דבר יכול לבצע עד 75 מעלות שאלות יישאר אם זה היה נכון גבון מול גבון עם פיצוי.

לבסוף, הפעילות גבון מזהה תיפקודי לאחר מספר סוגים של פציעה, לרבות פגיעה לחתוך דרכי corticospinal, מסלול ראשי התנועה הרצונית אצל אנשים forelimb motor cortex הנגע שבוצעה עם זריקות endothelin (איור 5) 8,10,22. חולדות בקבוצה pyramidotomy (סגול, n = 8) אומנו supinate לפחות 75° ב 6 g-שיעור הצלחה של 75% ומעלה, תוך חולדות בקבוצה הנגע בקליפת המוח (ירוק, n = 10) אומנו supinate ° 60 ב 7.5 גר' ל- 75% ומעלה. חולדות בשתי הקבוצות הראו ירידה חדה בשיעור הצלחה לאחר פציעה (איור 5A). שיעור ההצלחה של חולדות בקבוצה pyramidotomy ירד מ 90% ± 2% עד 14% ± 8%. Sucקצב להודעה חדשה עבור חולדות עם הנגע קורטיקלית ירד מ 76% ± 1% כדי 10% ± 3%. עד שבוע 6, שתי הקבוצות היו עדיין לקוי: הקבוצה pyramidotomy הייתה ב- 34% ± 11% בעוד הקבוצה הנגע קורטיקלית נותרה ב 16% ± 7%. באשר זווית גבון, שתי הקבוצות מציגות ירידה מ מראש כדי לאחר פציעה (איור 5B). עקב הזוויות גבון בסיסית קריטריונים שונים, הקבוצה pyramidotomy הייתה זווית משלפני גבון גבוה יותר (85° ± 2.9°) מאשר הקבוצה הנגע בקליפת המוח (67° ± 0.52°). הקבוצה pyramidotomy ירד 38° ± 10° ואילו הקבוצה הנגע קורטיקלית ירד עד 27° ± 2.9°.

Figure 1
איור 1: גבון פעילות תיאור. (א) החולדה ממוקמת בתוך קופסת פרספקס עם צמצם שדרכו זה מגיע וב -כפתור זה חייב לפעול ב גבון. הידית יש שתי תחנות כדי למנוע גבון זוויות גדול מ- 100°. הידית יש גם גלגלת עם משקל; זה יוצר מומנט זה העכברוש חייב להתגבר על supinate. הידית מחובר מקודד אופטי המודד זווית עם דיוק של 0.25°. אנקודר אופטי הזה מחובר מיקרו, אשר בתורו מחובר למחשב אשר שולטת הפעילות. המחשב מאותת מיקרו-בקר כאשר למשוב על ההדק אודיו-, לוותר על גלולה מ במזין אם קריטריון ההצלחה מושגת. מיקרו-בקר שולטת גם את positioner אוטומטי אשר עמדה בין 0 ל- 1.25 ס מ היא מוכתבת על ידי השלב האימונים שנקבעו על-ידי המחשב. (B) העכברוש מבצע את הפעילות בשלושה פרקים רצופים: להגיע דרך הפתח, אוחז את כפתור עם הבנה חשמל הממוקם ב 1 שעה, וגם supinating. (ג) כפתור גבון פעילות נשלטת על ידי תוכנת שליטה. הנסיין כניסות שם הנושא ובוחרת את שלב ההכשרה, ואילו התוכנית מגדירה את הפרמטרים המתאימים. גל של גבון מוצלחת יחיד ניסיון מוצג בכחול, ואילו הרצף של ניסויים שהצליחו ושנכשלו מוצגים ירוק ואדום, בהתאמה. משפט מסומן מוצלחת על ידי תוכנת שליטה אם הזווית גבון גדול יותר מהסף פגע בתוך חלון זמן מוגדר, בעוד משפט מסומן לא מוצלח. אם לא. תוכנית זו שולטת תיבה אחת. ארבע תוכניות ניתן להפעיל בו זמנית לכל מחשב. איור זה שונה מ- Sindhurakar. et al., 2017, Neurorehabilitation ותיקון עצבית8. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 2
איור 2: גבון תנועות. דיאגרמות ותיאורים של תנועות נכונות ושגויות גבון נפוצות במהלך פרוטוקול אימונים. התנועות הנכונות לאפשר גבון נכון, בעוד תנועות שגויות כוללים מנגנונים לפיצוי שעלולה למנוע גבון אמיתי. כלולים הציע פתרונות לתיקון תנועות לא תקין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 3
איור 3 : פרוטוקול אימונים. ציר הזמן הסטנדרטי (A). ישנן חמש תקופות אימון שנמשך כ 25 ימים סה כ: Habituation (5 ד), פרס האגודה (ד 1-3), אימון משקולות (3-4 d), הכשרה בסיסית (8-12 ד) ולאחר הערכה בסיסית (ד 2-4). צורת הקו על ציר הזמן מייעד את הזמן הנדרש של הנסיין לבזבז על הפעילות בכל מפגש. כמו פרוטוקול אימון מתקדם, מקטין הזמן בפעילות. (ב) ההתקדמות הכללית של היכולת של עכברוש supinate מאגודת תגמול על בסיס הערכה. בסך הכל, יש התקדמות ליניארית חיובית של העכברוש לכיוון בסיסית, אך כפי שנצפו, יש השתנות בביצועים של עכברוש לאורך כל פרוטוקול אימונים. לאחר משקל הדרכה, יש תקופה של אימונים אדפטיבית, איפה סף זווית גבון משתנה כדי להתאים את הביצועים של החולדה. הכשרה זו מסתגלת ואחריו פרדיגמה סף סטטי עד העכברוש השיגה בסיסית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 4
איור 4: רכישת פעילות ושנכשלו. (א) התקדמות של גבון זווית במהלך אימון הפרוטוקולים של חולדות שמונה, שבע מוצלח ואף אחד לא מוצלח. עכבר נציג אחד המגיע קריטריון בסיסי (מוצלח, תפוזים), עכבר אחד לא מוצלח (כחול) משמשים בהמשך סיפורי מקרה. ב- 7 הימים הראשונים של האימון לאחר habituation, הן העכברוש ושנכשלו הראו התקדמות דומה בזווית גבון. מאת habituation לאחר 11 יום, העכברוש מוצלח היה supinating 55 ° ואילו החולדה לא מוצלח supinated 25 °. לאחר 15 יום שלאחר habituation, העכברוש מוצלחת הראו התקדמות חזקה כלפי מעלה, ואילו החולדה לא מוצלח ירדה ביצועים. בשליש האחרון של habituation שלאחר אימון, החולדה לא מוצלח היה plateaued ב- 30 מעלות ואילו החולדה מוצלח היה supinating 80 °. גל ממוצע (B) (קו שחור) עם בר-סמך 95% (כתום כחול מוצלח, עבור לא מוצלח) בשליש הראשון של הדרכה לאחר 6 גר' משקל נוסף. (B1) עכבר מוצלח - יחיד שיא בסביבות 20°. (B2) . עכברוש לא מוצלח - שיא כפול עם גלובלית לכל היותר 10° (ג) ממוצע waveform (קו שחור) עם בר-סמך 95% (כתום כחול מוצלח, עבור לא מוצלח) השלישי השני של הדרכה לאחר 6 גר' משקל נוסף. (C1) עכבר מוצלח - יחיד לשיא בגיל 45°. (C2) . עכברוש לא מוצלח - טופס משופר עם שיא אחד ליד 20°. גל ממוצע (D) (קו שחור) עם בר-סמך 95% (כתום כחול מוצלח, עבור לא מוצלח) השלישי הסופי של הדרכה לאחר 6 גר' משקל נוסף. (D1) עכבר מוצלח - מבוטא יחיד לשיא בגיל 65°. (D2) . עכברוש לא מוצלח - שיא כפול עם מקסימום גלובלי ב- 20°. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Figure 5
איור 5:חזק > פעילות רגישות מודלים שונים של פגיעה. חולדות בקבוצה pyramidotomy (סגול, n = 8) אומנו supinate ° 75 ב 6 g-שיעור הצלחה של 75% ומעלה, תוך חולדות בקבוצה הנגע בקליפת המוח (ירוק, n = 10) אומנו supinate ° 60 ב 6 g ל- 75% ומעלה. הנתונים המוצגים הם שגיאה סטנדרטית זאת אומרת ±. (א) להצלחה עבור pyramidotomy הנגע נגד הנגע קורטיקלית. שני הדגמים פציעה הראו ירידה חדה בשיעור הצלחה של טרום כדי לאחר פציעה (שבוע 1). שיעור ההצלחה של pyramidotomy ירד מ 0.90 ± 0.02 כדי 0.14 ± 0.08, ואילו שיעור ההצלחה של הנגע קורטיקלית ירד מ 0.76 ± 0.01. (ב) גבון זווית עבור pyramidotomy נגד הנגע קורטיקלית. שתי הקבוצות הראה ירידה מ מראש כדי לאחר פציעה: הקבוצה pyramidotomy ירד ל 38.2 ° ± 10.1 ° בעוד הקבוצה הנגע קורטיקלית ירד ל 27.1 ° ± 2.9 °. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Discussion

הפעילות גבון כפתור מוערך forelimb גבון בחולדות בשיטות כמותיות, חצי אוטומטי. כדי להשיג נקודות אלה, רבים מן הפרמטרים תוכנן עבור הפעילות, כולל כפתור היישור, עיצוב manipulandum והקריטריונים הדרכה, יש כבר iterated על פני מספר שנים. עבור כפתור היישור, אנחנו ניסויים עם שלושה מערכים שונים של הידית לגבי הפתח: שמאל בצד של הידית מיושר עם הצד השמאלי של הצמצם, הידית במרכז הצמצם, הצד הימני של הידית מיושר עם הצד הימני של perture. . סגרנו על הצד הימני של הידית מתואמים עם הצד הנכון של הצמצם, כמו זה חולדות המיוצר היו שאימן את כמות הזמן הקצר ביותר, מי supinated עם מנגנוני פיצוי מינימלי, באופן ספציפי, הפרעה ביד שמאל

לגבי עיצוב manipulandum, אנחנו שינו מספר תכונות עיצוב כדי למקסם את מפנה עם forelimb ולמזער את השימוש בגוף. בנוסף, אנו מדורגים הקושי של הפעילות חומרת הגרעון החזוי. לאחר pyramidotomy, גבון היא התנועה בעוצמה הרבה ביותר המושפע, אבל ירידת ערך היא עדיין יחסית עדין. לכן, אנחנו אומנו חולדות קריטריון בסיסי גבוה יותר (75°) כדי להבטיח כי גירעונות גדולים נצפו לאחר פציעה. נגעים קורטיקלית, שהן יותר ופוגע, 60 מעלות הסף ב 7.5 גר' היה די כדי להוכיח של גירעון משמעותי לאחר פציעה. פרמטרים נוספים היו ממוטבת דרך מגישה ניסוי וטעיה כוללות גודל הצמצם, כפתור במרחק הצמצם, חלון הזמן כדי להשיג משפט מוצלחת.

ישנם כמה נקודות קריטיות במהלך פרוטוקול אימונים הדורשים השגחה זהיר. כאשר הכשרה בסיסית, שיטת קביעת סף מסתגלת שימש בהצלחה לאמן חולדות 75° 10. עם זאת, עכברושים יכול מישור בשיא זווית פחות מ 75°; הביצועים נשארת זהה לאחר 4-5 מפגשים. כדי לשפר את הביצועים, סף סטטי יכול להיות מועסק. סף סטטי מתייחס הסף שנותרו על תואר קבע, אשר אינו תלוי ביצועים עכברוש, בניגוד הסף מסתגלת שינויים בהתבסס על הביצועים האחרונים. אם החולדה מישורים במהלך אימונים אדפטיבית, הנסיין אמור להשתנות סף סטטי. הכשרה סטטי שלבים נע בין 20 ל 70 מעלות במרווחים של 10°. (שלב K28 - קיי 33). בחר את הבמה סטטי מבוסס על זווית שיא ממוצע של החולדה במושבים 2 קודמות. לדוגמה, אם החולדה הוא ממוצע של 45°, בחר את הבמה סטטית עבור 50 מעלות (K31). בכל שלבי סטטי להגדיר את "אתחול. Thresh."ב- 5 °. במהלך ההכשרה, אם החולדה מאבד מוטיבציה, באופן ידני להאכיל את החולדה אם זה supinates קרוב אבל לא מעל הסף.

בנוסף, במהלך הערכה בסיסית, כ- 5% של חולדות לסגת 5-10 מעלות שלהם בזווית גבון ו 5-10% בשיעור הצלחה בין ההפעלות. אם זה קורה, החולדה לא לשחזר את הזווית שיא ממוצע 75° לאחר 3-4 מפגשים, ירידה במת סטטי בתוך 10 מעלות זווית הממוצע הנוכחי של החולדה לפני שחזר לשלב 3.5. חשוב לא להציג חולדה מחדש בשלבים מסתגלת ברגע זה הושם על שלבי ההכשרה סטטי.

ישנן כמה מגבלות על הפעילות. ברגע תפיסה שגויה העמדה הוקם, שינוי התנהגות וותרו (איור 2) יכול להיות קשה. לפיכך, גילוי מוקדם ותיקון חשוב. כדי לתקן אחיזה של עכברוש, ניתן לשנות את הצמצם על-ידי צמצום גודל הצמצם בכיוון אופקי או אנכי; בדרך כלל אנחנו להקליט את שקופית מזכוכית לקצה של הצמצם צריך התאמה. עבור רוב חולדות, זה משפר את הטופס תפיסתו שלהם כי זה מכריח אותם להבין את manipulandum באופן ספציפי. זה, בתורו, משפר את היכולת שלהם supinate כראוי.

בנוסף לאתגר זה, חולדות יכולים לפתח מנגנוני פיצוי supinate. אלה כוללים את השימוש בראש כדי לסייע forelimb של גבון; הורדת את המרפק ואת הכתף משותפת כדי לבטל את כפתור; שימוש ביד שמאל כדי לסייע סובב את כפתור או לוחץ הכפה להשיג. כל אלה התנהגויות יכול לשמש כדי להשלים את המשימה בהצלחה. כפי שהוזכר לעיל, ניתן לתקן התנהגויות המתייחסות לתפוס את בכך ששינה את הצמצם. מנגנוני פיצוי מחוץ לתפוס את, עם זאת, מחייבים השתתפות פעילה על ידי הנסיין לא לתגמל התנהגות מפצה. לאחר פציעה, הבחנו חולדות לוקח כמה מחקרים כדי למקם את הכפה לתנוחה הנכונה לפני supinating. אמנם לא ניתחנו אילו רכיבים של הפעילות עשוי לתרום האובדן של גבון, אלה כוללים איבוד אחיזה מדויק, ליקויי אפנון כוח, בין אפשרויות רבות.

הפעילות גבון חצי אוטומטיות לוקח, בממוצע, 20 ± 5 ימים לאמן חולדות בסיסית, ו 25% של בעלי חיים אינם יכולים לעבור הכשרה על הפעילות. לתרום זמן הכשרה היא העובדה כי אנחנו לא בחרנו באופן טבעי נכון-העדפה חולדות אך במקום לאלץ את כל החיות כדי להשתמש את כפותיהם נכון כמו שכיחה אצל רוב מבחני להשיג. לא ניסינו באמצעות שמאל-העדפה חולדות, אבל זה יהיה אדם מעניין גישוש תחילה לזהות כפת העדפה, ואז רכבת הכפה דומיננטי. כדי להכיל את זה, אנחנו צריכים להפוך את הכיוון של הדלתות כך הצמצם הוא הפוך; ניתן בקלות לבצע זאת.

לעומת פעילויות מסורתיות כמו איב או גלולה אחת להגיע, הפעילות גבון באופן כמותי ואובייקטיבי אמצעים להגיע forelimb. זה מראה רגישות לחבלה חמורה (קורטיקליים הנגע) ופציעה עדין (pyramidotomy), ניתן לשנות את שגרת האימונים בהתאם לחומרת המודל פציעה. כי זה חצי אוטומטיים, הפעילות מאפשרת הנסיין לאמן חולדות מרובים בו זמנית, בהתאם לשלב אימונים. זה משפר באופן משמעותי את היעילות והתפוקה עכברוש של הנסיין. המשימה היא לשחזור בין חולדות ואמין. על-ידי יצירת מדריך לפתרון בעיות (איור 2) עבור ניסויים להפנות במהלך פרוטוקול אימונים, לנו יש סטנדרטית מספר התנהגויות לא נכונים, כמו גם פתרונות כדי לתקן אותם. לבסוף, המשימה מציע אמצעי אינטואיטיבי לנתח כמויות גדולות של נתונים ונותן הנסיין היכולת להתעמק יותר עמוק קינטיקה של גבון.

בעתיד, אנו תשתמש הפעילות גבון חצי אוטומטיות כפלטפורמה כדי להעריך את סוג מנה, העיתוי של שיקום. המעבדה שלנו מעוניינת ההשפעות של גירוי על שיפור תפקודי לאחר פציעה. בנוסף, אנו מעונינים כמה טיפולים אשר לעורר עצבית לתקן או לשפר הולכה עצבית, תקשורת יכולים להשפיע על שיקום. גם אין לנו עניין שינוי הפעילות כך שיהיה תואם אלקטרופיזיולוגיה, כך נוכל ללמוד למידה מוטורית; חולדות עם הראשכמוסות באופן שגרתי לבצע את המשימה, הוספת קומוטטור הקלטה או גירוי יהיה פשוט לעשות. הפעילות, כפי שתואר, הוא על חולדות, אך ישנם גם מעבדות ניסויים בעזרת עכברים עבור הפעילות. באופן כללי, משימה זו יכול לשמש להערכת תפקוד forelimb אצל מכרסמים במגוון רחב של מודלים פציעה מצבי מחלה, בתורו, להערכת אסטרטגיות שיקומית. לנוע קדימה, שאנו נמשיך לשפר את הפעילות עם ליטושים כדי לעזור להפחית התנהגויות שגוי וכן לשפר את קצב רכישת פעילות וזמן ההכשרה.

Disclosures

Rennaker ד ר ד ר סלואן הבעלים של Vulintus בע מ, המייצרת הציוד בפרסום זה בקרב אנשי עסקים ותיירים כאחד. שאין ניגודי אינטרסים הכריז למחברים אחרים.

Acknowledgments

מחקריו זכו למימון מחקר זה NIH-NINDS R03 NS091737.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Base Cage - Rat Model Vulintus MotoTrak Rat System N/A
Controller Vulintus MotoTrak Rat System N/A
Behavior Module Vulintus MotoTrak Rat System Supination Task, Methacrylate Dual Stop Knobs
Pellet Dispenser - 45mg Vulintus MotoTrak Rat System N/A
Autopositioner Vulintus MotoTrak Rat System N/A
45 mg, Chocolate Flavor, 50,000/Box Bio-Serv F0299 N/A
HP Z230 Tower WorkStation HP N/A Intel Xeon CPU E3-1225 v3 @ 3.20 GHz, 16GB RAM, 1TB HDD. Min Requirements: 8GB RAM, Multi-Core Processor
Dexterity Burke Medical Research Institute Matlab software for data analysis
Enviropak WF Fisher and Son N/A N/A

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Anderson, K. D. Targeting recovery: priorities of the spinal cord-injured population. J Neurotraum. 21 (10), 1371-1383 (2004).
  2. Martin, J. H. Systems neurobiology of restorative neurology and future directions for repair of the damaged motor systems. Clin Neurol Neurosur. 114 (5), 515-523 (2012).
  3. Lemon, R. N. Descending pathways in motor control. Annu Rev Neurosci. 31, 195-218 (2008).
  4. Feng, W., Wang, J., et al. Corticospinal tract lesion load: An imaging biomarker for stroke motor outcomes. Ann Neurol. 78 (6), 860-870 (2015).
  5. Whishaw, I. Q., Pellis, S. M., Gorny, B. P., Pellis, V. C. The impairments in reaching and the movements of compensation in rats with motor cortex lesions: an endpoint, videorecording, and movement notation analysis. Behav Brain Res. 42 (1), 77-91 (1991).
  6. Irvine, K. A., Ferguson, A. R., Mitchell, K. D., Beattie, S. B., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. A novel method for assessing proximal and distal forelimb function in the rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) forelimb scale. J Vis Exp. (46), (2010).
  7. Allred, R. P., Adkins, D. L., et al. The vermicelli handling test: a simple quantitative measure of dexterous forepaw function in rats. J Neurosci Meth. 170 (2), 229-244 (2008).
  8. Sindhurakar, A., Butensky, S. D., et al. An automated test of rat forelimb supination quantifies motor function loss and recovery after corticospinal injury. Neurorehab Neural Re. 31 (2), 122-132 (2017).
  9. Carmel, J. B., Kim, S., Brus-Ramer, M., Martin, J. H. Feed-forward control of preshaping in the rat is mediated by the corticospinal tract. Eur J Neurosci. 32 (10), 1678-1685 (2010).
  10. Meyers, E., Sindhurakar, A., et al. The supination assessment task: An automated method for quantifying forelimb rotational function in rats. J Neurosci Meth. 266, 11-20 (2016).
  11. Gomez-Marin, A., Paton, J. J., Kampff, A. R., Costa, R. M., Mainen, Z. F. Big behavioral data: psychology, ethology and the foundations of neuroscience. Nat Neurosci. 17 (11), 1455-1462 (2014).
  12. Wong, C. C., Ramanathan, D. S., Gulati, T., Won, S. J., Ganguly, K. An automated behavioral box to assess forelimb function in rats. J Neurosci Meth. 246, 30-37 (2015).
  13. Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. Motor cortex stroke impairs individual digit movement in skilled reaching by the rat. Eur J Neurosci. 28 (2), 311-322 (2008).
  14. Ellens, D. J., Gaidica, M., et al. An automated rat single pellet reaching system with high-speed video capture. J Neurosci Meth. 271, 119-127 (2016).
  15. Lai, S., Panarese, A., et al. Quantitative kinematic characterization of reaching impairments in mice after a stroke. Neurorehab Neural Re. 29 (4), 382-392 (2015).
  16. Molina-Luna, K., Hertler, B., Buitrago, M. M., Luft, A. R. Motor learning transiently changes cortical somatotopy. Neuroimage. 40 (4), 1748-1754 (2008).
  17. Ballermann, M., Tompkins, G., Whishaw, I. Q. Skilled forelimb reaching for pasta guided by tactile input in the rat as measured by accuracy, spatial adjustments, and force. Behav Brain Res. 109 (1), 49-57 (2000).
  18. Vigaru, B. C., Lambercy, O., et al. A robotic platform to assess, guide and perturb rat forelimb movements. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 21 (5), 796-805 (2013).
  19. Martin, J. H., Choy, M., Pullman, S., Meng, Z. Corticospinal system development depends on motor experience. J Neurosci. 24 (9), 2122-2132 (2004).
  20. Murgia, A., Kyberd, P. J., Chappell, P. H., Light, C. M. Marker placement to describe the wrist movements during activities of daily living in cyclical tasks. Clin Biomech. 19 (3), 248-254 (2004).
  21. Simpson, J., Kelly, J. P. An investigation of whether there are sex differences in certain behavioural and neurochemical parameters in the rat. Behav Brain Res. 229 (1), 289-300 (2012).
  22. Hays, S. A., Khodaparast, N., et al. The isometric pull task: a novel automated method for quantifying forelimb force generation in rats. J Neurosci Meth. 212 (2), 329-337 (2013).

Tags

התנהגות גיליון 127 מיומנות Forelimb גבון אוטומטית התנהגות להגיע Corticospinal
הפעילות גבון כפתור: שיטה אוטומטית למחצה להערכת הפונקציה Forelimb בחולדות
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Butensky, S. D., Bethea, T., Santos, … More

Butensky, S. D., Bethea, T., Santos, J., Sindhurakar, A., Meyers, E., Sloan, A. M., Rennaker II, R. L., Carmel, J. B. The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats. J. Vis. Exp. (127), e56341, doi:10.3791/56341 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter