Summary
La méthode d'évaluation de l'impact de la formation sur la motricité est un outil utile. Malheureusement, la plupart des évaluations comportementales peuvent être laborieuses et/ou coûteuses. Nous décrivons ici une méthode robotique d'évaluation de la préhension (atteindre-à-grasp) compétence chez les souris.
Abstract
Nous décrivons une méthode pour introduire des souris naïves à une nouvelle préhension (atteindre-à-grasp) tâche. Les souris sont logées individuellement dans des cages avec une fente frontale qui permet à la souris d'atteindre hors de sa cage et de récupérer des granules de nourriture. Une restriction alimentaire minimale est utilisée pour encourager les souris à effectuer la récupération des aliments à partir de la fente. Comme les souris commencent à s'associer à venir à la fente pour la nourriture, les granulés sont manuellement retirés pour stimuler l'extension et la pronation de leur patte pour saisir et récupérer la pastille à travers la fente frontale. Lorsque les souris commencent à atteindre pour les granulés comme ils arrivent à la fente, l'analyse comportementale peut être effectuée en mesurant la vitesse à laquelle ils ont réussi à saisir et à récupérer le granule désiré. Ils sont ensuite présentés à un auto-formateur qui automatise à la fois le processus de fourniture de granulés de nourriture pour la souris à saisir, et l'enregistrement des tentatives réussies et échouées atteindre et saisir. Cela permet de collecte de données d'atteinte pour plusieurs souris avec un minimum d'effort, à utiliser dans l'analyse expérimentale, le cas échéant.
Introduction
Les méthodes pour tester expérimentalement une compétence motrice avant et après- des dommages neurologiques aussi bien que moduler le moment, la quantité, et le type de formation de moteur sont importantes à la recherche translationnelle. Au cours de la dernière décennie, les souris, en raison de la facilité de manipulation génétique qui s'enesticie, sont devenues un système modèle populaire dans lequel il est devenu pour élucider les mécanismes de l'apprentissage moteur avant et après les blessures. Cependant, les tests comportementaux chez les souris n'ont pas été optimisés de la même manière que de tels essais ont été pour d'autres mammifères (en particulier les rats). En outre, il existe des différences importantes entre le comportement d'une souris et d'un rat qui suggèrent fortement la formation des deux espèces de manières différentes1,2.
Les mouvements préhensiles habiles utilisent une main/patte pour placer la nourriture dans la bouche, pour manipuler un objet, ou pour employer un outil. En effet, atteindre saisir divers objets dans la vie quotidienne est une fonction fondamentale des membres supérieurs et l'acte de portée-manger est une forme de préhension que de nombreux mammifères utilisent. Bon nombre des changements génétiques, physiologiques et anatomiques qui sous-tendent l'acquisition de compétences préhensiles ont été bien définis dans le domaine3. En traduisant les résultats précliniques en résultats cliniques, on a besoin d'un test pertinent qui soit efficace et reproductible. Des études sur la portée des rongeurs et des humains démontrent que le comportement de préhension est similaire chez l'homme et chez les animaux4. En conséquence, ces similitudes suggèrent que l'essai de préhension peut servir de modèle translationnel pour étudier l'apprentissage moteur aussi bien que des affaiblissements et des traitements de la maladie humaine. Par conséquent, l'évaluation de la préhension chez la souris peut offrir un outil puissant dans la recherche translationnelle étudiant à la fois la santé et les états de la maladie4.
Malheureusement, la tâche de préhension chez la souris, même pour un cadre de laboratoire à petite échelle, peut être laborieuse et longue. Pour atténuer ce problème, nous décrivons ici une version automatisée de la tâche de préhension. La tâche décrite exige que les souris étendent une seule patte à travers la fente frontale de la cage de la souris, pronate la patte étendue, saisissent la récompense de granule de nourriture, et tirent le granule de nouveau à l'intérieur de cage pour la consommation. Les données obtenues sont présentées comme un succès ou un échec de préhension. Cette automatisation enregistre avec succès les données et réduit le fardeau et le temps avec lesquels les chercheurs doivent s'engager dans la tâche.
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Protocol
Toutes les méthodes décrites ici ont été approuvées par l'ACUC (Comité des soins et de l'utilisation des animaux) de l'Université Johns Hopkins.
1. Préparation des cages de souris pour utilisation
- Créez une ouverture à fentes avec des dimensions de 0,8 cm de largeur et 7 cm de hauteur de la base à l'extrémité avant de chaque cage, comme illustré dans la figure 1. Cette fente sert d'ouverture par laquelle l'animal atteindra.
REMARQUE : L'auto-formateur a été conçu pour l'usage avec les dimensions standard de cage de souris (comme indiqué dans la figure 1) fournie par la plupart des fournisseurs de fourniture de recherche animale. En outre, l'auto-formateur soutiendra facilement d'autres cage-types. - À l'intérieur de chaque cage individuelle, ajouter une plate-forme adjacente à la fente pour permettre aux souris de se tenir debout et d'atteindre les granulés présentés. Assurez-vous que la plate-forme est située au-dessus du plancher de litière de la cage, d'environ 3 cm de hauteur. Utilisez des plats Petri apposés avec de la superglue et recouverts d'une feuille de métal d'environ 10 cm x 15 cm, cependant, toute surface plane assez grande pour qu'une souris se dressent pour atteindre sera suffisante.
- Créez une encoche verticale à travers le milieu de l'avant de la cage mesurant 0,8 cm de diamètre et 7 cm de haut qui permettra à une souris d'atteindre sa patte hors de la cage.
- À partir d'une mince feuille de métal, (environ 2 mm d'épaisseur) coupeune une porte de cage en rectangles mesurant 5 cm x 10 cm pour servir d'ouverture uniforme à travers laquelle l'animal doit atteindre.
REMARQUE : Les souris peuvent mâcher des cages en plastique qui changeraient la taille de l'ouverture. La souris atteindra à travers cette fente de 0,8 cm lorsque la porte de la cage métallique est placée au-dessus de l'ouverture fente de la cage pendant l'essai à l'aide de ruban adhésif, en maintenant la largeur effective de la fente entre les cages. - Couvrez la fente de chaque cage avec du ruban adhésif lorsque sa souris n'est pas testée pour empêcher l'extase d'être expulsée de la cage.
2. Présentation de souris au mouvement d'atteinte
- Enregistrez le poids de départ de chaque souris et calculez 85 % de cette valeur pour trouver son poids d'objectif, arrondissant jusqu'à 20 g si le résultat est moindre. Donnez-leur un régime d'alimentation pour les amener à et ensuite maintenir ce poids objectif.
- Donnez à chaque souris 2,5 g de granulés le premier jour et notez tout changement dans leur poids 24 h plus tard.
REMARQUE : Pesez les souris une fois par jour et attendez-vous à une baisse de poids de 0,25-1 g par jour. - Modifier l'alimentation quotidienne de chaque souris au besoin, en fonction de ce changement initial et les changements en cours dans le poids de chaque souris, afin d'induire une perte de poids progressive (moins de 0,8 g perdu par jour) et ensuite maintenir le poids de l'objectif résultant. Variez entre trois à six granulés de 500 mg (1,5 à 3,0 g) par jour pour être efficace.
REMARQUE: Les souris restent sur ce régime pour maintenir leur poids objectif tout au long du protocole.
- Donnez à chaque souris 2,5 g de granulés le premier jour et notez tout changement dans leur poids 24 h plus tard.
- Quand une souris a atteint son poids d'objectif, introduisez chaque souris au concept de venir jusqu'à la fente fermée pour une boulette de nourriture supplémentaire. Commencez une séance d'entraînement en plaçant une pastille de 45 mg sur la surface des granulés, directement devant la fente, et permettez à chaque souris de la récupérer. La plupart des souris prendront à cet arrangement d'alimentation dans un délai de 1-2 jours.
- Une fois que la souris associe une fente ouverte à être nourrie, encouragez-la à atteindre avec une patte, plutôt que la bouche.
REMARQUE: C'est l'étape la plus complexe, en prenant 1-2 jours, et inculquer un comportement contre-productif chez les souris par erreur est très facile; veuillez consulter la section de discussion pour obtenir de plus amples renseignements et conseils.- À l'aide d'une pince à épiler, tenez une pastille dans la même position que la souris a déjà récupéré des granulés. Comme la souris commence à mordre pour le granule, retirez-la d'environ un demi-centimètre de sorte que le granule est hors de portée de sa bouche.
REMARQUE : Une souris à son poids d'objectif tentera de récupérer le granule hors de portée. Chaque fois que la souris étend une patte à travers la fente, renforcer ce comportement en lui permettant de manger le granule. Certaines souris peuvent montrer une préférence pour une patte sur l'autre lors de l'extension pour la nourriture. - Bien qu'il ne soit pas instrumental à l'expérimentation, enregistrez si la patte gauche ou droite est préférée. Cela peut potentiellement permettre des taux de réussite globaux plus élevés dans l'analyse comportementale; sinon, éliminer une variable en forçant chaque souris à atteindre avec la même patte.
REMARQUE : De meilleurs résultats sont obtenus si les souris utilisent leur patte préférée. - Comme chaque souris associe l'extension d'une patte avec la consommation d'une pastille, renforcer ce comportement en retenant la pastille en réponse aux tentatives de récupérer la pastille avec la bouche et la langue. Les souris commenceront à se conformer à cet arrangement sur 2 à 3 jours.
- Finaliser l'introduction du comportement d'atteinte de la patte désirée en plaçant le granule de 45 mg à un peu moins de 1 cm du bord extérieur de la porte de la cage, de sorte que le point le plus à gauche ou le plus à droite de la pastille (que ce soit à droite ou à gauche de la fente de cage de l'enquêteur 's perspective, respectivement) est tangente à une ligne s'étendant tout droit à partir du bord de la fente de la porte de la cage. Permettre à la souris de tenter de récupérer le granule, en étant vigilant pour enlever le granule et empêcher sa consommation si la souris doit tenter par une autre méthode que l'extension de la patte.
REMARQUE : Lorsqu'une souris étend systématiquement une patte à saisir et est capable de toucher le granule fourni, elle est prête à être testée à l'aide de l'auto-formateur décrit ci-dessous et de l'analyse comportementale associée. Le temps entre les introductions naïves et la préparation variera d'une souris à l'autre; s'il y a des traînards qui prennent plus de deux semaines à comprendre, ils devraient être exclus de l'ensemble de données.
- À l'aide d'une pince à épiler, tenez une pastille dans la même position que la souris a déjà récupéré des granulés. Comme la souris commence à mordre pour le granule, retirez-la d'environ un demi-centimètre de sorte que le granule est hors de portée de sa bouche.
3. Utilisation de l'auto-formateur
REMARQUE : Veuillez consulter la figure 1-3 et la section de discussion pour une description complète du matériel, du logiciel et des actions physiques de l'auto-formateur.
- Préparez-vous pour la session de formation.
- Calibrer le capteur de granules d'appât. Cliquez sur la flèche Run dans l'interface LabVIEW et notez le capteur de granules d'appât s'lisant à la fois avec et sans granule en place. Cliquez sur le bouton Stop pour arrêter cette exécution d'essai et changer la cible de capteur de granule d'appât à une valeur entre ces deux lectures (Figure 3 et tableau 2). La plupart des conditions d'éclairage fournissent une lecture entre 1 et 4.
- Placez la cage de souris modifiée sur l'auto-formateur (Figure 2). Affix la porte de la cage ( Figure 1) et alignez la pastille sur le bord de la fente comme dans la procédure manuelle.
- Exécutez la session d'entraînement de la souris à l'aide de l'interface LabVIEW.
- Renseignements sur les données requises pour consigner les données sur la séance de formation(figure 3 et tableau 2).
- Cliquez sur le champ DI souris et tapez le nom de fichier de chaque session d'entraînement à l'aide du clavier de l'ordinateur.
- Cliquez sur le Total Pellets to Dispense During Routine field pour contrôler le nombre de granulés distribués pour une seule expérience (généralement 20 à 30). Pour ce faire, cliquez sur les flèches de haut en bas ou entrez le numéro à l'aide du clavier de l'ordinateur.
- Cliquez sur le champ Pause After Pellet Number pour définir une pause de 5 s après que le granule indiqué a été retiré du plongeoir. Pour ce faire, cliquez sur les flèches de haut en bas ou entrez le numéro à l'aide du clavier de l'ordinateur.
- Cliquez sur le champ Longueur de pause pour définir une pause entre le moment où une pastille est retirée du plongeoir et le moment où une nouvelle pastille est distribuée. Pour ce faire, cliquez sur les flèches de haut en bas ou entrez le numéro à l'aide du clavier de l'ordinateur
REMARQUE: Habituellement 1 s est un temps de pause approprié. Si les souris sont anxieuses après que chaque granule est distribuée, il est conseillé d'augmenter la longueur de pause en utilisant le champ pause longueur à 5 s. - Enregistrez manuellement la distance à laquelle le granule est placé dans le champ Reach Distance. Pour ce faire, cliquez sur les flèches de haut en bas ou entrez le numéro à l'aide du clavier de l'ordinateur
REMARQUE : La taille des tableaux d'accélération et de temps est exposée à des fins de débogage et peut être ignorée. - Cliquez sur le champ Folder to Contain Logs pour sélectionner l'emplacement du fichier pour enregistrer les données collectées.
- Une fois les champs d'information remplis, cliquez sur le bouton Run pour commencer la session d'entraînement. L'auto-trainer distribuera des granulés individuels et le suivi si elles tombent à travers l'entonnoir jusqu'à ce que le nombre total de granulés a été distribué, et le dernier granule a été soit récupéré ou largué par la souris. Le programme s'arrêtera automatiquement à ce stade. Si nécessaire, il peut également être arrêté prématurément en cliquant sur le bouton Stop.
- Une fois que le logiciel est mis en place, placez la cage à la maison de la souris à tester sur le piédestal et observer la souris afin que vous puissiez évaluer si la souris a effectivement appris à tenter le nouveau comportement d'atteindre nécessaire. Après avoir cliqué sur le bouton Run, permettez à la souris d'étudier la fente et son nouvel environnement inconnu.
REMARQUE : Semblable à lors de l'introduction des souris au concept d'atteindre, attendez-vous à ce que certaines souris soient plus conformes que d'autres. Les souris qui ont saisi le concept devraient essayer d'atteindre dans les 5-10 minutes et associer le mouvement de l'auto-formateur avec le granule présenté, comme quand ils associent une fente découverte avec de la nourriture dans les étapes initiales de ce protocole.
- Renseignements sur les données requises pour consigner les données sur la séance de formation(figure 3 et tableau 2).
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Representative Results
En général, il est recommandé que chaque session de formation se compose d'environ 20-30 essais, qui peuvent être fixés par l'utilisateur, exécuté automatiquement par l'auto-formateur et enregistré dans un fichier journal unique par session et la souris. Chaque essai peut être exécuté consécutivement, juste après l'autre, avec 2-5 s de pause. Les souris formées à l'auto-formateur présentent une augmentation des compétences au cours de 10 séances d'entraînement.
Pour comparer l'utilité de l'auto-formateur à la formation manuelle (considérée comme la norme d'or), nous avons formé des souris mâles adultes C57bl/6 âgés de 100 à 140 jours manuellement et en utilisant l'auto-formateur. Toute la manipulation et l'utilisation des animaux ont été effectuées selon et avec l'approbation du Comité des soins et de l'utilisation des animaux de l'Université Johns Hopkins. Les souris formées avec l'auto-formateur ont appris la tâche de préhension et montrent une augmentation claire de la compétence motrice (Figure 4). Cette augmentation des compétences est similaire à celle observée lorsque l'animal est formé manuellement sans l'utilisation de l'auto-formateur (Figure 4). Pour ces données, la préhension manuelle a été notée comme réussie quand la souris a atteint son membre antérieur par la fente, a attrapé le granule, et l'a mangée sans la frapper de son espace de repos, la laissant tomber, ou de toute autre manière perdant le contrôle. Le pourcentage des tentatives de préhension réussies a été déterminé par granule. Un bloc d'entraînement se composait de 30 granulés à une distance de 1 cm avec chaque granule présenté un à la fois. Les souris formées sur l'auto-formateur ont été formées selon le protocole décrit ci-dessus. Chaque point de la figure 4 représente une journée d'entraînement au cours de laquelle les animaux ont atteint 30 granulés et ont été graphiés comme pour cent corrects. Il n'y avait aucune différence statistique entre les deux lignes à l'aide d'un t-test non paramétrique avec correction pour de multiples comparaisons.
Figure 1: Images exemplaires de la cage à domicile. (A) Vue d'oeil d'oiseau d'une cage à la maison standard modifiée avec la plate-forme (orange) et la fente sur l'avant de la cage. (B) Vue avant d'une cage d'accueil modifiée avec une ouverture à fentes d'environ 0,8 cm x 7 cm. (C) porte de cage coupée à partir d'une mince feuille de métal et enveloppée de ruban adhésif pour protéger les bords. (D, E) porte de cage placée devant la fente pour servir d'ouverture uniforme par laquelle la souris doit atteindre; avant (D) et oblique (E) vues fournies. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 2 : Images exemplaires de Auto-Trainer. (A, B) Sur la photo sont l'auto-formateur sans (A) ou avec (B) une cage de souris modifiée en place. (C-J) Vues détaillées de la conception de support de granule de nourriture de planche de plongée vue de l'avant (C,D,H,I) ou du côté (E,F,G,J),avec (D,E,F, I) ou sans (C,G,H,J) un granule de nourriture. Notez que la distance de granule de l'animal peut facilement être modifiée car la distance de cage du plongeoir est modifiable. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 3 : Capture d'écran du logiciel. Capture d'écran du programme utilisé pour exécuter l'auto-formateur. L'image montre les champs d'entrée importants décrits dans le protocole. Voir le tableau 2 pour plus de description. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
Figure 4 : Données représentatives. La préhension qualifiée augmente à un niveau de plateau similaire en utilisant à la fois l'auto-formateur et les paradigmes de formation manuelle. L'intrigue montre le succès de portée à la prise (moyen - SEM ; manuel : gris, n ' 14 ; auto-formateur : noir, n '15). Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.
| pas | Durée estimée (en jours) | commentaire |
| 2.1 Perte de poids | 3 à 5 | Selon le poids intial et, par conséquent, combien de poids perdre jusqu'à l'objectif |
| 2.2 Formation des machines à sous | 1 | Les souris apprennent à se sentir confortables s'approchant de la fente ouverte pour la nourriture |
| 2.3 Mise en forme | 4 à 8 | |
| 2.3.1 Utilisation de patte | 1 | Le succès ici dépend de fournir rapidement le granule après la souris, refusé sa nourriture, paaws pour le granule. |
| 2.3.2 Préférence de patte | 1 | Vérifier si la souris préfère la patte gauche ou droite. |
| 2.3.3 Limiter l'utilisation de la mauvaise patte | 2 à 3 | Comme dans l'étape précédente, il est essentiel d'empêcher la récupération avec la bouche et la langue. |
| 2.3.4 Pinces à épiler | 1 | Certaines souris trébucheront à prendre le granule par eux-mêmes plutôt que de la pince à épiler, les nourrir un peu moins |
| 3. Formation automatique | 10 à 15 ans | Jours jusqu'à asumptote. |
Tableau 1 : Calendrier de formation de la souris à l'aide de l'auto-formateur.
| CHAMP D'ENTRÉE | utiliser |
| ID de souris | Entrez le nom de fichier sous lequel les données collectées seront enregistrées. |
| Total pellets à distribuer pendant la routine | Entrez le nombre total de granulés qui seront distribués pendant la séance d'entraînement. |
| Pause après le numéro de pellet | Fonction dépréciée. Peut être utilisé pour mettre en pause la séance d'entraînement après la distribution du granule spécifié. |
| Longueur de pause (s) | Durée de la pause. |
| Distance d'atteindre (mm) | Enregistrez la distance au-dessus du minimum sur laquelle la souris doit atteindre pour récupérer le granule. Zéro par défaut. |
| Taille de l'accéléromètre et des tableaux de temps | Fonction exposée à des fins de débogage. Conserver à la valeur par défaut de 500. |
| Dossier pour contenir des journaux | Cliquez sur l'icône du dossier pour choisir où les données collectées sont enregistrées. |
| Nom de l'appareil | Fonction LabVIEW qui connecte le matériel au logiciel. Défauts à Dev1. Selon les connexions USB, le matériel peut apparaître dans le menu déroulant sous un autre numéro ; choisir des appareils jusqu'à ce que l'un d'eux fonctionne. |
| Bouton de flèche, en haut à gauche | Cliquez pour exécuter le programme, que ce soit pour une séance de formation ou pour l'étalonnage. |
| Bouton de signe d'arrêt, en haut à gauche | Arrêtez le programme prématurément. |
Tableau 2 : Interface logicielle.
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Discussion
Notre auto-formateur évalue la portée de l'avant-membre (préhension) d'une manière automatisée. Pour atteindre ce critère d'évaluation, bon nombre des paramètres conçus pour la tâche de préhension de la souris, y compris le placement des granulés, la taille des granulés et les critères d'entraînement, ont été itéronti sur plusieurs années et adaptés des protocoles antérieurs2,5 ,6. L'avancement ici est l'automatisation de la tâche à l'aide d'un robot qui permet le logement à domicile-cage. Le logement à la maison-cage permet aux souris de rester calme et d'exécuter la tâche avec moins d'inquiétude. L'entraînement en cage non familiale est associé à un stress accru qui peut entraîner une augmentation du temps et une diminution de la précision7,8,9. Nous démontrons ici la précision ressemblant à nos propres résultats avec la formation manuelle à la maison-cage5,7,8. Bien que la formation à domicile existe pour le rat10, à notre connaissance, c'est le premier auto-formateur qui tire parti de la formation des souris dans leur cage à domicile.
Notre auto-trainer comprend une plate-forme réglable sur laquelle repose une cage à fentes et peut être abaissée ou élevée à la hauteur appropriée pour l'alignement avec un porte-granulés de nourriture (également appelé un plongeoir). Un système de distribution de granulés place la boulette de nourriture sur le porte-plongée. Le porte-granulés de nourriture est muni d'un capteur de granules d'appât composé d'un capteur d'objet réfléchissant pour détecter si une boulette de nourriture est présente ou non sur le porte-planche de plongée. En raison des problèmes de sensibilité à la lumière, le capteur d'objet réfléchissant peut être étalonné à l'installation en fonction de l'environnement d'éclairage du laboratoire. La cage de chaque souris est placée sur l'auto-trainer de telle sorte que le bord intérieur de la pastille est en ligne avec le bord extérieur de la fente de la porte de la cage, correspondant à l'étape 2.3.4 de la procédure manuelle détaillée ci-dessus. Deux capteurs de granulés perdus orientés dans des directions opposées dans un entonnoir sous le porte-plombs du plongeoir détectent les granulés qui tombent. L'un des avantages de l'utilisation de deux capteurs de granulés perdus est qu'il assure une grande précision de détection pour diverses pastilles alimentaires de différentes tailles et formes. Les deux capteurs de granulés perdus se composent d'un photo-interrupteur transmissif standard avec une conception à travers le trou, pour sentir le mouvement d'une pastille tombante sans avoir besoin de contact.
Le logiciel se compose d'un programme qui exécute l'auto-formateur et recueille des données sur les succès et les échecs. L'entrée de l'utilisateur consiste en l'emplacement du fichier dans lequel les données sont enregistrées, le nombre de granulés distribués au cours d'une session de formation, la possibilité de suspendre la séance de formation après la distribution d'un granule particulier, un champ pour enregistrer la distance accrue (le cas échéant) à travers laquelle la souris doit atteindre, et un champ pour contrôler la taille du tableau utilisé dans les calculs du programme (qui peut être ignoré lors d'une utilisation normale). En outre, le logiciel permet à l'utilisateur de régler le capteur d'objet réfléchissant du plongeoir afin de recalibrer la sensibilité de la lumière au besoin. Une sortie de chaque essai est affichée à l'utilisateur ainsi que enregistrée et enregistrée dans un fichier journal pour la récupération ultérieure.
Un seul essai consiste en un seul pellet de nourriture passé sur le plongeoir jusqu'à ce qu'il soit retiré par action de la souris. Si une pastille quitte le plongeoir tel que déterminé par le capteur de granules d'appât et que le granule est détecté tombant à travers l'entonnoir peu de temps après par l'un ou l'autre des capteurs de granulés perdus, il est enregistré comme un essai raté par le logiciel. Si le capteur de granules d'appât détermine que le granule quitte le plongeoir, mais qu'aucun objet tombant n'est détecté par l'un ou l'autre des capteurs de granulés perdus, on suppose qu'il a été tiré dans la cage par la souris et qu'il est considéré comme un essai réussi.
Cette formulation est utilisée parce qu'il est utile de concevoir un analyse comportementale dans laquelle la tâche d'effectuer directement, plutôt qu'indirectement, fournit la récompense. De cette façon, il n'y a aucune ambiguïté de la part de l'animal sur ce qu'est la tâche (par exemple, avoir faim, trouver de la nourriture, obtenir de la nourriture, manger de la nourriture). Parmi les nombreuses tâches qui utilisent un tel paradigme, la tâche de préhension est devenue très populaire pour de telles évaluations. La tâche exige simplement qu'un animal utilise un seul membre pour atteindre et saisir un seul aliment, que l'animal apporte ensuite à sa bouche pour la consommation. La tâche de préhension évalue un comportement qui est très similaire à un comportement quotidien utilisé par de nombreux mammifères. Plus important encore, la tâche de préhension ressemble au comportement moteur humain4. Cette généralisation améliore l'attente que les principes dérivés de l'évaluation préclinique du comportement sont cliniquement applicables dans les états de la maladie. Par exemple, les déficiences de l'usage de l'avant-membre et de la main sont observées dans les accidents vasculaires cérébraux, la maladie de Huntington, la maladie de Parkinson et la sclérose en plaques. Ainsi, la modélisation des déficits comportementaux et la récupération ultérieure chez les souris est inestimable pour comprendre la récupération humaine et comment il pourrait être encouragé2,11,12,13.
De nombreux aspects de l'auto-formateur proposé ci-contre bénéficient grandement au processus de recherche. Tout d'abord, la plupart des essais comportementaux exigent un expérimentateur de former de près et de surveiller les séances quotidiennes, qui peut être coûteux, laborieux et trop long. Notre auto-formateur permet de recueillir des données comportementales indépendamment d'un expérimentateur. Deuxièmement, notre auto-formateur peut être reproduit pour permettre à plusieurs souris d'être formées et évaluées objectivement, efficacement et simultanément, minimisant ainsi le temps et l'effort. Troisièmement, le faible coût de l'auto-formateur permet la réplication et l'utilisation de plusieurs auto-formateurs en même temps pour des tests à grande échelle et efficaces.
Il convient de noter que le point critique qui nécessite une surveillance attentive est pendant la phase de formation. Notamment, la principale faiblesse de ce protocole est le risque de mauvaise utilisation se fixe chez certaines souris11. Le protocole vise à imiter des tests comme le test de l'échelle en ce que réussir dans la tâche fournit la récompense. Cependant, la tâche elle-même doit encore être enseignée aux souris à l'étape 2.3 du protocole, contrairement à l'essai de l'échelle. Le concept le plus susceptible de faire trébucher une souris dans l'apprentissage de cette tâche est d'étendre une patte hors de la cage à l'aide de la patte pour réellement saisir la pastille. Dans la première session de l'étape 2.3.1, les souris devraient être récompensées simplement pour avoir étendu une patte hors de leur cage. Cependant, au cours des jours suivants, les chercheurs devraient prendre soin de récompenser les souris moins pour juste étendre la patte, et plus pour étendre la patte et toucher la pastille, comme nous le décrivons à l'étape 2.3.3.
Veuillez noter qu'environ 5 % des souris ne progresseront pas au-delà de cette étape, généralement en raison de l'extension limitée de leurs chiffres pour tirer dans le granule de nourriture. Ces souris échoueront avec une ou les deux pattes avec peu de considération de l'emplacement réel de la pastille, fournissant peu ou pas de données utiles. Pour minimiser le risque d'échec d'une souris à ce stade, il est fortement recommandé de faire preuve de prudence lorsque vous retirez le granule avec la pince à épiler pendant le processus d'apprentissage. En particulier, la souris doit être récompensée avec de la nourriture non seulement quand elle étend une patte, mais aussi quand cette patte saisit la pastille et applique assez de force suffisante à la satisfaction de l'enquêteur. Un risque similaire à l'échec potentiel à ce stade est posé par les souris utilisant leur langue pour lécher des granulés vers eux. Lors de la formation des souris qui ont tendance à lécher, placez la pastille plus loin de la fente. Les souris auront du mal à atteindre avec la langue sur une plus grande distance latérale, mais l'aire de mouvement du bras et de la patte est plus capable de fermer la distance.
Notre protocole décrit est facilement étendu à différents environnements de laboratoire ou à différentes méthodes de collecte de données. L'auto-formateur, par exemple, est très utile comme un dispositif d'économie de main-d'œuvre, mais n'est pas strictement nécessaire pour la collecte de données, que les granulés peuvent être fournis et les succès / échecs peuvent être enregistrés à la main. Les portées individuelles peuvent également être classées sur la base d'informations plus détaillées que le simple succès/échec, par exemple en tenant compte de l'angle d'approche de chaque souris, du nombre de tentatives d'atteinte qui ne touchent pas la pastille, ou de la mécanique de la récupération motion, qui a reçu plus d'attention ces dernières années14. La capacité de l'animal à récupérer une boulette n'est qu'une mesure. À l'aide de matériel supplémentaire, nous serons également en mesure de mesurer la vitesse, l'angle et la trajectoire des mouvements des membres de l'animal. Cette cinématique est un aspect important de l'apprentissage moteur avant et après une lésion neurologique. À cette fin, nous incorporons actuellement divers nouveaux moyens d'analyser la locomotion et la cinématique de l'action de saisie de la souris. Nous explorons l'utilisation de caméras à grande vitesse pour obtenir des mesures cinématiques de la prise et attacher des transducteurs de pression et des accéléromètres au support de granulés de nourriture pour mesurer la force et les données de masse associées à la prise. Ces nouvelles fonctionnalités amélioreront la fonctionnalité de l'auto-formateur pour recueillir des données significatives passé un simple passage ou échouer l'essai et aider à illustrer la démarche de la souris de la compréhension par la progression de la maladie. À l'avenir, nous utiliserons la tâche de préhension assistée par robot comme plate-forme pour évaluer le type, la dose et le moment de la réadaptation après une blessure neurologique. À l'avenir, nous continuerons d'améliorer la tâche, avec des améliorations pour aider à réduire les comportements incorrects et améliorer le taux d'acquisition des tâches et le temps de formation.
En résumé, nous avons développé un nouvel auto-formateur pour évaluer la compétence supérieure de préhension de préhension de préhension de préhension de préhension de préhension de membre antérieur chez les souris. La tâche exige que les souris atteignent leur patte à travers une éliton, saisissent une petite boulette de nourriture et tirent la pastille dans la direction de leur corps afin qu'elles puissent manger la pastille. La configuration de la tâche est mécaniquement limitée pour assurer l'utilisation dominante de la patte. Les souris peuvent être formées rapidement et simultanément, avec seulement le processus de mise en forme nécessitant une entrée manuelle. Le test peut être administré efficacement et analysé automatiquement. Cet analyse comportementale à haut débit quantifie le taux de réussite et est facilement modifiée pour une analyse future de la cinématique et de la dynamique des forces.
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Disclosures
Dan Tasch et Uri Tasch de Step Analysis, LLC ont fabriqué un dispositif d'auto-formateur avec paiement de Richard J. O'Brien et Steven R. Zeiler.
Acknowledgments
Le dispositif d'auto-formation a été construit par Jason Dunthorn, Uri Tasch, et Dan Tasch à Step Analysis, LLC, avec le soutien d'entrée de conception et les instructions fournies par Robert Hubbard, Richard O'Brien, et Steven Zeiler.
Teresa Duarte, du Centre Champalimaud pour l'inconnu, a fourni des idées et des idées précieuses sur la description et la catégorisation des actions d'atteinte de souris.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| ABS Filament | Custom 3D Printed | N/A | utilized for pellet holder, frame, arm and funnel |
| ABS Sheet | McMaster-Carr | 8586K581 | 3/8" thickness; used for platform compononents, positioning stand guides and base |
| Adruino Mini | Adruino | A000087 | nano version also compatiable as well as other similar microcontrollers |
| Bench-Top Adjustable-Height Positioning Stand | McMaster-Carr | 9967T43 | 35 lbs. load capacity |
| Clear Acrylic Round Tube | McMaster-Carr | 8532K14 | ID 3/8" |
| Low-Carbon Steel Wire | McMaster-Carr | 8855K14 | 0.148" diameter |
| Pellet Dispenser | Lafayette Instrument: Neuroscience | 80209-45 | with 45 mg interchangeable pellet size wheel and optional stand |
| Photointerrupter Breakout Board | SparkFun | BOB-09322 ROHS | designed for Sharp GP1A57HRJ00F |
| Reflective Object Sensor | Fairchild Semiconductor | QRD1113 | phototransistor output |
| Servo Motor | SparkFun | S8213 | generic metal gear (micro size) |
| Transmissive Photointerrupter | Sharp | GP1A57HRJ00F | gap: 10 mm, slit: 1.8 mm |
References
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