Bu el yazması supinasyon Sıçanlarda quantifies yarı otomatik bir işlemi açıklar. Fareler ulaşmak, kavramak ve küresel bir manipulandum supinate. Dönüş açısı kullanıcı tarafından ayarlanan bir ölçüt aşarsa fareyi bir Pelet ile ödüllendirilir. Bu görev çıktı, yaralanma ve geleneksel görevlere göre nesnellik duyarlılık artar.
Maharet hayvan modellerinde doğru bir şekilde ölçen el işlevini anlamak için kritik görevlerdir. Beceri büyük ölçüde ölçmek geçerli sıçan davranış görevleri ulaşan veya gıda işleme video analizi kullanın. Bunlar öznel ve deneyci için zahmetli iken bu görevleri uygulamak çok kolay ve hastalık modelleri arasında sağlam. Geleneksel görevleri otomatikleştirme veya yeni otomatik görevler oluşturma görevleri daha verimli, objektif ve nicel yapabilirsiniz. Fareler daha az olduğundan daha primatlar, merkezi sinir sistemi (MSS) yaralanma güçlüğü, daha fazla ince açıkları ancak oluşturur, supinasyon olduğunu son derece becerikli rodents ve çok önemli el işlevi primatlarda etkiler. Bu nedenle, biz forelimb supinasyon Sıçanlarda ölçer yarı otomatik bir işlemi tasarlanmıştır. Fareler ulaşmak ve topuz şeklinde manipulandum kavramak ve supinasyon içinde bir ödül almak için manipulandum açmak için eğitilmiştir. Fareler 5 gün içinde 20 ± beceri elde edebilirsiniz. Eğitim ilk bölümlerinde son derece gözetim altında iken, çok eğitim doğrudan denetimi yapılır. Görev tekrarlanarak ve güvenilir bir şekilde yaralanma sonra ince açıkları yakalar ve klinik kurtarma eğrileri iyi yansıtacak fonksiyonel iyileşme gösterir. Veri çözümlemesi kolay anlaşılır olması için tasarlanmış bir grafik kullanıcı arabirimi yoluyla özel yazılım tarafından gerçekleştirilir. Biz de eğitim ve davranış erken eğitim için küçük düzeltmeler supinasyon güvenilir edinimi üretmek gösteri sırasında karşılaşılan genel sorunlar için çözümler vermek. Böylece, topuzu supinasyon görev kritik hareket güçlüğü içinde rats için verimli ve kantitatif değerlendirilmesi sağlar.
Sinir sistemi yaralanma veya hastalık bağımsızlık ve etkilenen bireylerin 1,2,3,4için yaşam kalitesini önemli ölçüde azalır sonra beceri kaybı. Böylece, el becerisi sinirsel onarım ve hareket ve motor öğrenme sinir kontrolü de temel olarak rehabilitasyon bilim anlamak için bir önemli sonuç önlemidir. Geleneksel olarak, el ile görevleri tek Pelet ulaşan, makarna manipülasyon ve Irvine, Beatties ve Bresnahan (IBB) Forelimb ölçek gibi hayvanlarda, özellikle kemirgenler 5, 6,7beceri değerlendirmek için kullanılmaktadır. Bu görevleri en az görev alma zamanlarının nedeniyle popüler hale. Ancak, doğada, zahmetli deneyci için ve zamanlarda, işlev bozukluğu yaralanma ile ince açıkları 5,7,8,9sonra duyarsız nitel bunlar. Bu sınırlamalar geleneksel görevlerin özellikle, hayvanlarda, motor işlevinin daha fazla nicel tedbirleri gelişimi mahmuzlu forelimb ulaşan.
Yani nesnellik, artırılmış performans ve azalan analiz süresini görevlerini otomatikleştirme için çeşitli yararları vardır. Yeni otomatik görevler yaralanma geleneksel görevleri 8,10‘ dan sonra el becerisi değerlendirme daha duyarlı bir ölçü birimi sağlar. Ayrıca, adaptif eğitim ve hangi eğitim belirlenmek test ve zorluk bir hayvanın performans için test için izin. Son olarak, otomatik görevleri iki avantajı sağlamak veri büyük miktarda oluştururlar. İlk olarak, bir artış veri içinde bir deneme ve denemeler sayısı bir çalışmanın istatistiksel gücü artar. İkinci olarak, nörologlar hangi motor öğrenme, eğitim ve analizi ile daha sağlam tazminat kinetik ve kinematik bilgilerini 11eğitim daha büyük bir veri kümesi verir.
Çeşitli gruplar geleneksel görevleri otomatikleştirmek için çalıştılar. Yüksek hız kameraları görevleri görev 12ulaşan tek Pelet gibi kinematik veri toplamak için kullanılabilir. Alaverdashvili ve Wishaw yüksek hızlı kameralar ulaşan hareketleri yakalama ve kare kare hareket ölçüm yazılımımı tepe Motus 13haneli hareketleri analiz için kullandık. Bu yazılım basamak bilgisayar görme özelliklerini kullanarak tanımlamıyor, ancak bunun yerine hareket noktaları imleç tarafından dijital ortama deneyci gerektirir. Ayrıca, bazı görevleri besleyiciler ve kafesleri ile birlikte eğitim süreci 14,15,16otomatikleştirmek için kullanılmaktadır.
Diğer gruplar kayma ayarlamalar değerlendirmek ve yetenekli forelimb makarna manipülasyon, diğerleri daha karmaşık hareketleri 17yakalamak için görevleri tasarladık kullanırken ulaşan zorlamak için kuvvet sensörleri gibi yüksek hızlı kameralar kullandık. Böyle bir görev bir özgürlük üç derece Robotik cihaz Düzlemsel ve dönme hareketi fare forelimb hareketleri 18yakalamak için kullandığı erişim ve çekme bir görevdir. Bu hareketlerin ama bir artış ile Kinetik karmaşıklığı ve maliyeti ölçmek için güçlü olmak avantajları vardır.
Burada, biz supinasyon fareler 8ölçer bir yarı otomatik forelimb görev göstermek. Forelimb supinasyon palm palm aşağı gelen paw dönüşü doldu. Supinasyon corticospinal yolu işlevinin mükemmel bir işaretleyici ve insanların günlük faaliyetleri 8,19,20yaşam için gerekli olan bir klinik hareketi var. Buna ek olarak, özellikle 8ulaşan tek Pelet göre yaralanma ve inactivation, son derece duyarlı supinasyon. Burke Tıbbi Araştırma Enstitüsü ve University of Texas Dallas’ta, önlemler dönme hareketi yatay düzlemde 8,10arasında bir işbirliği içinde geliştirilen supinasyon görev. Fareler bir davranış kutusunda (şekil 1A) yerleştirilir ve üç hareketleri (şekil 1B) yapmak için eğitim: ulaşmak dikdörtgen bir diyafram ile; küresel manipulandum kavramak; Belirtilen bir açı için supinate.
Davranış görev PC yazılım (şekil 1 c) tarafından denetlenir. Kontrol eden yazılım otomatik Pozisyoner, optik encoder, hoparlör ve besleyici bağlı bir mikroişlemci yönergeleri gönderir. Mikrodenetleyici ve periferik bağlantılarından Mikrodenetleyici kutusu olarak adlandırılır. Bilgi optik kodlayıcıdan mikroişlemci için o zaman belgili tanımlık bilgisayar, akar ve mikroişlemci için geri. Eğer kontrol eden yazılım deneme başarılı oldu mikroişlemci için işaret etti, Mikrodenetleyici besleyici bir Pelet dağıtmak için tetikler. Her oturumun başlangıcında kontrol eden yazılım için Sahne Alanı’nın diyafram tanımlanmış mesafede topuzu konumlandırmak için otomatik Pozisyoner yönlendirir Mikrodenetleyici sahne bilgi aktarır. Auto-Pozisyoner Ayrıca elle otomatik Pozisyoner üzerinde bulunan ok tuşlarını kullanarak çalıştırılabilir. Optik kodlayıcı cinsinden verileri 100 Hz ve önlemleri değişiklikleri kaydeder. Tüm verileri ikili biçimde depolanır.
Deneyci yazılım içinde sıralı eğitim aşamaları için önceden belirlenmiş bir açı ve başarı oranı supinating sıçan habituation gelen eğitmek için kullanır. Habituation sırasında topuzu manipulandum diyafram pencere olmadan herhangi bir denge içinde yer alıyor. Bir hafta sonra son derece gözetim altında eğitim, fare düğmesi bir ödül ile ilişkilendirir ve bağımsız olarak düğmeyi çevirerek başlar. Fareyi bağımsız olarak çevirmek mümkün olduğunda, düğmeyi 1,25 cm fareyi bağımsız olarak 1.25 cm., denge dışı bırakabilirsiniz kadar cm aralıklarla olduğunu 0.25 geri çektiği sonra 1 g artışlarla 3 g 6 g. otomatik eğitim aşamaları tren için hayvan topuzu supinate eklendi. 6 g de 75 dereceye kadar. Bu eğitim aşamasında büyük ölçüde denetimsiz olduğunu; Fareler uygun formu (aşağıda açıklanmıştır) ile görev kabul, onlar düzgün supinate devam. Fareler %75 8başarı oranı (isabet oranı) 75 derece supinate zaman eğitim tamamlandıktan. Burada, bir tipik eğitim protokolü ve biz karşılaştığım sorun giderme için mevcut çözümleri açıklanmaktadır. Biz eğitim protokolü aracılığıyla temsilcisi başarılı ve başarısız fareler ilerlemesini göstermek ve görev ince veya daha şiddetli Açıkları ile işlevsel bozulma göstermek için değiştirilebilir göstermek.
Topuzu supinasyon görev forelimb supinasyon nicel ve yarı otomatik yöntemlerle Sıçanlarda değerlendirir. Bu bitiş noktası elde etmek için birçok düğme hizalaması, manipulandum tasarım ve eğitim ölçüt, dahil olmak üzere görev için tasarlanmış parametreleri birkaç yıl içinde tekrarlanır. Topuzu hizalama için biz topuzu diyafram açısından üç farklı hizalamalara ile deney: sol tarafında diyafram sol tarafıyla hizalı topuzu, düğmeyi merkezli diyafram ve düğmeyi sağ tarafında düzene sokmak ile sağ tarafında bir perture. Biz diyafram ile sağ tarafında bu kısa süreyi eğitim aldı ve kim en az telafi mekanizmaları ile özellikle, supinated bu üretilen rats aynı derecede uyumlu olmak topuzu sağ tarafında sol pençe müdahalelerden yerleşti.
Manipulandum tasarım gelince, biz dönüm forelimb ile en üst düzeye çıkarmak ve vücut kullanımı en aza indirmek için birkaç tasarım özellikleri değiştirmiş. Buna ek olarak, görev için öngörülen bütçe açığı şiddeti zorluk ölçekli. Pyramidotomy sonra supinasyon en kuvvetle etkilenir hareket, ama bozulma hala nispeten ince. Böylece, yaralanma sonra fareler büyük açıkları tespit edildi emin olmak için daha yüksek bir temel ölçüt (75 °) için eğittik. Daha fazla bozulması olan kortikal lezyonları için 60 derecelik eşik 7.5 g de önemli bir açığı yaralanma sonra göstermek için yeterli idi. Bir deneme-yanılma yaklaşımla optimize ek parametreler diyafram boyutu, diyafram ve başarılı bir deneme elde etmek için zaman pencere kolu mesafede bulunmaktadır.
Dikkatli denetim gerektiren bazı kritik noktaları boyunca eğitim protokolü vardır. Ne zaman için temel eğitim, adaptif eşik yöntemi başarıyla fareler 75 ° 10eğitmek için kullanılan. Ancak, rats bir en yüksek Plato az 75 ° açı; performans aynı 4-5 seans sonra kalır. Performansı artırmak için statik bir eşik istihdam edilebilir. Statik bir eşik değişiklikleri son performansına dayalı edinilmiş bir eşik değeri yerine fare performans bağımsızdır küme bir derece kalan eşik anlamına gelir. Fareyi adaptif eğitim sırasında yaylalar, deneyci için statik bir eşik değiştirmeniz gerekir. Statik eğitim aşamalarında 10 ° artışlarla 70 derece ile 20 arasındadır. (K28 – K33 aşama). Sıçan ortalama tepe açısı önceki 2 oturumlarında göre statik sahne seçin. Fareyi 45 ° ortalama olduğunu, örneğin, 50 derece (K31) için statik sahne seçin. Tüm statik aşamalar ayarlamak “başlangıcı. 5 ° Harman.”. Eğer fare motivasyon kaybeder, Eğer yakın ama değil eşiğin supinates eğitim sırasında el ile sıçan besleyin.
Buna ek olarak, temel değerlendirme sırasında fareler yaklaşık % 5’i 5-10 ° onların supinasyon açılı ve oturumları arasında başarı oranı % 5-10 gerileme. Bu olur ve köstebek 3-4 seans sonra 75 ° ortalama tepe açısı kurtarmaz, adım 3.5 dönmeden önce statik sahne alanı’na sıçan geçerli ortalama açısı 10 derece azaltmak. Statik eğitim Etaplar yerleştirildi bir kez bir fare için uyarlamalı aşamaları reintroduce değil önemlidir.
Görev için bazı sınırlamalar vardır. Hatalı kavramak konum belirlendikten sonra açgözlü davranış (Şekil 2) değiştirmek zor olabilir. Böylece, erken teşhis ve düzeltme önemlidir. Ne dedikleri kavramak düzeltmek için diyafram diyafram yatay ve/veya dikey yönde boyutunu daraltarak değiştirilebilir; genellikle bir cam slayt ayarlamaya gerek diyafram kenarına teyp. Onları manipulandum belirli bir şekilde kavramak için zorunlu kıldığından çoğu fareler için bu kavramak formlarını artırır. Bu, sırayla, düzgün supinate yeteneğini artırır.
Bu meydan okuma ek olarak, fare supinate için telafi edici mekanizmaların geliştirebilirsiniz. Bunlar forelimb supinasyon içinde yardım etmek için baş kullanımı dirsek ve omuz ortak tokmak çevirmek düşürücü; yardımcı olmak için sol pençe kullanarak düğmeyi çevirmek veya ulaşan pençe aşağı doğru itin. Tüm bu davranışların görevi başarıyla tamamlamak için kullanılabilir. Yukarıda belirtildiği gibi kavramak için ilgili davranışlar diyafram işleyerek düzeltilebilir. Telafi edici mekanizmaların kavramak dışında Ancak, telafi edici davranış ödüllendirmek değil deneyci tarafından aktif katılımı gerektirir. Yaralanma sonra pençe supinating önce uygun pozisyonda yerleştirmek için çeşitli denemeler alarak fareler gözlemledim. Her ne kadar biz hangi bileşenlerin görevin supinasyon kaybına yol katkıda incelendiğinde değil, bunlar doğru kavrama kaybı dahil olabilir ve birçok olanaklar arasında gücü modülasyon Engelli.
Yarı otomatik supinasyon görev, ortalama olarak 20 ± 5 gün fareler için taban çizgisi, eğitmek için alır ve hayvanların % 25 görevde eğitilmek edemiyoruz. Eğitim süresi için katkıda bulunan çoğu ulaşan deneyleri ortak olduğu gibi biz doğal olarak sağ tercih fareler seçmemiş olabilirsiniz ama bunun yerine doğru onların paws kullanmak için tüm hayvanlar zorla gerçektir. Biz-si olmak değil güvenilir sol-tercih sıçan kullanarak, ama ilk pençe tercih belirlemek ve baskın pençe eğitmek için ilginç bir keşif çalışma olurdu. Bunu yapabilmek için böylece diyafram ters kapıları yönünü ters çevirmek gerekir; Bu kolayca yapılabilir.
IBB veya tek Pelet uzanma gibi geleneksel görevleri ile karşılaştırıldığında, supinasyon görev nicelik ve objektif forelimb ulaşan ölçer. Ciddi yaralanma (kortikal lezyon) ve ince yaralanma (pyramidotomy) karşı hassasiyet gösterir ve eğitim prosedürü yaralanma modeli önem bağlı olarak değiştirilebilir. Yarı otomatik olduğundan görev birden çok fareler aynı anda, eğitim sahne bağlı olarak eğitmek deneyci sunar. Bu büyük ölçüde deneyci’nın verimlilik ve sıçan verimi artırır. Güvenilir ve tekrarlanabilir fareler arasında görevdir. Denemecileri eğitim protokolü sırasında başvurmak sorun giderme kılavuzu (Şekil 2) oluşturarak, biz onları düzeltmek için çözümler yanı sıra birkaç yanlış davranışları standartlaşmış. Son olarak, görev büyük miktarda veriyi analiz etmek için sezgisel bir aracı sunuyor ve deneyci supinasyon Kinetik daha derin defterleri olanak sağlar.
Gelecekte, biz yarı otomatik supinasyon görev bir platform olarak türü, doz ve zamanlama rehabilitasyon değerlendirmek için kullanır. Laboratuarımızın stimülasyon yaralanma sonra fonksiyonel gelişme üzerinde etkileri ilgileniyor. Buna ek olarak, biz nasıl sinir teşvik terapiler onarmak veya geliştirmek sinir iletim olarak ilgilendi ve iletişim rehabilitasyon etkileyebilir. Biz de motor öğrenme eğitim görebilirsiniz böylece Elektrofizyoloji ile uyumlu olacak şekilde görev değiştirme ilgi var; kafa ile ratskapaklar, rutin olarak görev yapmak ve kayıt veya uyarı için komütatör ekleme yapmak kolay olurdu. Görevi, açıklandığı gibi sıçanlara, ama orada da görev için fare kullanma ile deney laboratuvarları. Genel olarak, bu görev çok çeşitli yaralanma modelleri ve hastalık durumlarında kemirgen işlevinde forelimb değerlendirmek ve buna karşılık, rehabilitasyon stratejileri değerlendirmek için kullanılabilir. İleride, görevle yanlış davranışları azaltmak ve görev alma oranı ve eğitim süresini artırmak için ayrıntılandırmaları geliştirmeye devam edecektir.
The authors have nothing to disclose.
Bu araştırma NIH NINDS R03 NS091737 tarafından finanse edilmektedir.
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 |