Summary
मोटर कौशल पर प्रशिक्षण के प्रभाव का आकलन करने के लिए विधि एक उपयोगी उपकरण है. दुर्भाग्य से, सबसे व्यवहार मूल्यांकन श्रम गहन और / हम यहाँ चूहों में prehension (रीच-टू-स्grasp) कौशल का आकलन करने की एक रोबोट विधि का वर्णन.
Abstract
हम एक उपन्यास prehension (पहुँच-टू-grasp) कार्य करने के लिए भोले चूहों परिचय करने के लिए एक विधि का वर्णन. चूहे एक ललाट स्लॉट है कि माउस अपने पिंजरे से बाहर तक पहुँचने और खाद्य छर्रों को पुनः प्राप्त करने के लिए अनुमति देता है के साथ पिंजरों में एकही रखे हैं. न्यूनतम खाद्य प्रतिबंध स्लॉट से खाद्य पुनर्प्राप्ति प्रदर्शन करने के लिए चूहों को प्रोत्साहित करने के लिए कार्यरत है. चूहों के भोजन के लिए स्लॉट के लिए आने वाले सहयोगी शुरू के रूप में, छर्रों मैन्युअल रूप से दूर खींच रहे हैं विस्तार और उनके पंजा के प्रोनेशन को प्रोत्साहित करने के लिए समझ और ललाट स्लॉट के माध्यम से गोली पुनः प्राप्त. जब चूहों छर्रों के लिए तक पहुँचने के रूप में वे स्लॉट पर आने के लिए शुरू, व्यवहार परख दर जिस पर वे सफलतापूर्वक समझ और वांछित गोली पुनः प्राप्त को मापने के द्वारा किया जा सकता है. वे तो एक ऑटो-ट्रेनर है कि माउस को समझने के लिए भोजन छर्रों प्रदान करने की प्रक्रिया दोनों को स्वचालित करने के लिए पेश कर रहे हैं, और सफल और सफल और तक पहुँचने और लोभी प्रयासों की रिकॉर्डिंग में विफल. यह न्यूनतम प्रयास के साथ कई चूहों के लिए डेटा तक पहुँचने के संग्रह के लिए अनुमति देता है, के रूप में उपयुक्त प्रयोगात्मक विश्लेषण में इस्तेमाल किया जा करने के लिए.
Introduction
प्रायोगिक रूप से एक मोटर कौशल पूर्व और बाद में तंत्रिका संबंधी चोट का परीक्षण करने के तरीके के साथ-साथ समय, राशि, और मोटर प्रशिक्षण के प्रकार को व्यवस्थित करने के लिए अनुवाद अनुसंधान के लिए महत्वपूर्ण हैं। पिछले दशक में, चूहों, आनुवंशिक हेरफेर के परिचर आसानी की वजह से, एक लोकप्रिय मॉडल प्रणाली है जिसमें मोटर सीखने के पूर्व और बाद में चोट के तंत्र को स्पष्ट करने के लिए बन गए हैं. हालांकि, चूहों में व्यवहार assays उसी तरह है कि इस तरह के assays अन्य स्तनधारियों (विशेष रूप से चूहों) के लिए किया गया है में अनुकूलित नहीं किया गया है. इसके अतिरिक्त, माउस के व्यवहार और चूहे के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं जो दोनों प्रजातियों को विभिन्न प्रकार के विभिन्न प्रकारों में प्रशिक्षण देने का पुरजोर सुझाव देते हैं1,2.
कुशल prehensile आंदोलनों मुंह में भोजन जगह करने के लिए एक हाथ / वास्तव में, दैनिक जीवन में विभिन्न वस्तुओं को समझने के लिए पहुँच ऊपरी अंगों का एक मौलिक कार्य है और पहुंच से खाने अधिनियम prehension का एक रूप है कि कई स्तनधारियों का उपयोग करें. आनुवंशिक, शारीरिक, और एकामाण्विक परिवर्तनों में से कई को पहलेसे ही कौशल प्राप्ति के अंतर्गत आमूल-शिकव में परिवर्तन किया गया है। नैदानिक परिणामों के लिए पूर्व नैदानिक निष्कर्षों का अनुवाद करने में, एक एक प्रासंगिक परीक्षण है कि कुशल और reproduible है की जरूरत है. कृंतक और मानव पहुँच के अध्ययनों से पता चलता है कि पूर्वानुमति व्यवहार मनुष्यों और पशुओं में समानहै 4. तदनुसार, इन समानताएं सुझाव है कि prehension परीक्षण मोटर सीखने के रूप में के रूप में अच्छी तरह से हानि और मानव रोग के उपचार की जांच के लिए एक अनुवाद मॉडल के रूप में सेवा कर सकते हैं. इसलिए, चूहों में prehension मूल्यांकन अनुवाद अनुसंधान में एक शक्तिशाली उपकरण की पेशकश कर सकते हैं दोनों स्वास्थ्य और रोग राज्यों का अध्ययन4.
दुर्भाग्य से, चूहों में prehension कार्य, यहां तक कि एक छोटे पैमाने पर प्रयोगशाला की स्थापना के लिए, कठिन और समय लगता है हो सकता है. इस समस्या को कम करने के लिए, हम यहाँ prehension कार्य का एक स्वचालित संस्करण का वर्णन. वर्णित कार्य चूहों माउस के घर पिंजरे ललाट स्लॉट के माध्यम से एक पंजा का विस्तार करने की आवश्यकता है, विस्तारित पंजा pronate, भोजन गोली इनाम समझ, और खपत के लिए पिंजरे इंटीरियर को वापस गोली खींच. परिणामस्वरूप डेटा या तो एक prehension सफलता या विफलता के रूप में प्रस्तुत किया है. यह स्वचालन डेटा को सफलतापूर्वक रिकॉर्ड करता है और उस बोझ और समय को कम करता है जिसके साथ शोधकर्ताओं को कार्य संलग्न करना चाहिए.
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Protocol
यहाँ वर्णित सभी तरीकों जॉन्स हॉपकिंस विश्वविद्यालय के ACUC (पशु देखभाल और उपयोग समिति) द्वारा अनुमोदित किया गया है.
1. उपयोग के लिए माउस पिंजरों की तैयारी
- प्रत्येक पिंजरे के सामने के छोर पर आधार से 0.8 सेमी चौड़ाई और 7 सेमी ऊंचाई के आयामों के साथ एक स्लॉटेड ओपनिंग बनाएं, जैसा कि चित्र 1में दिखाया गया है। इस स्लॉट खोलने जिसके माध्यम से पशु तक पहुँच जाएगा के रूप में कार्य करता है.
नोट: ऑटो-ट्रेनर मानक माउस पिंजरे आयाम के साथ उपयोग के लिए डिजाइन किया गया था (जैसा कि चित्र 1में दिखाया गया है) सबसे पशु अनुसंधान आपूर्ति विक्रेताओं द्वारा आपूर्ति की. इसके अलावा, ऑटो-ट्रेनर आसानी से अन्य पिंजरे-प्रकारों का समर्थन करेगा। - प्रत्येक व्यक्ति पिंजरे के अंदर, चूहों खड़े हैं और प्रस्तुत छर्रों तक पहुँचने के लिए अनुमति देने के लिए स्लॉट के निकट एक मंच जोड़ें. सुनिश्चित करें कि मंच पिंजरे कूड़े फर्श के ऊपर स्थित है, ऊंचाई में लगभग 3 सेमी. सुपरग्लू के साथ चिपका पेट्री व्यंजन का उपयोग करें और लगभग 10 सेमी x 15 सेमी धातु की शीट से छाया हुआ है, हालांकि, किसी भी फ्लैट सतह काफी बड़ी एक माउस के लिए पर्याप्त से पहुँचने के लिए पर खड़े करने के लिए।
- पिंजरे के सामने के बीच के माध्यम से एक ऊर्ध्वाधर पायदान बनाएँ 0.8 सेमी भर में और 7 सेमी उच्च है कि एक माउस पिंजरे से बाहर अपने पंजा तक पहुँचने के लिए अनुमति देगा मापने.
- धातु की एक पतली चादर से, (लगभग 2 मिमी मोटी) 5 सेमी x 10 सेमी को मापने के लिए एक पिंजरे के गेट में कटौती करने के लिए एक समान खोलने के माध्यम से जिसके माध्यम से जानवर तक पहुँचने के लिए है के रूप में सेवा करने के लिए।
नोट: चूहे प्लास्टिक पिंजरों जो खोलने के आकार बदल जाएगा पर चबाना कर सकते हैं. माउस इस 0.8 सेमी स्लॉट के माध्यम से पहुँच जाएगा जब धातु पिंजरे गेट टेप का उपयोग कर परीक्षण के दौरान पिंजरे slotted खोलने पर रखा गया है, पिंजरों के बीच स्लॉट के प्रभावी चौड़ाई को बनाए रखने. - अपने माउस पिंजरे से निष्कासित किया जा रहा से कूड़े को रोकने के लिए परीक्षण नहीं किया जा रहा है जब टेप के साथ प्रत्येक पिंजरे स्लॉट कवर.
2. तक पहुँचने की गति के लिए चूहों का परिचय
- प्रत्येक माउस के प्रारंभिक वजन रिकॉर्ड और परिणाम कम है, तो 20 ग्राम तक पूर्णांकन, अपने लक्ष्य वजन को खोजने के लिए उस मूल्य का 85% की गणना। उन्हें एक खिला शासन देने के लिए उन्हें लाने के लिए और फिर इस लक्ष्य वजन को बनाए रखने.
- पहले दिन प्रत्येक माउस 2.5 ग्राम छर्रों दें और 24 घंटे बाद अपने वजन में किसी भी परिवर्तन को नोट करें।
नोट: प्रति दिन एक बार चूहों वजन और प्रति दिन 0.25-1 ग्राम के एक वजन ड्रॉप की उम्मीद है. - आवश्यक के रूप में प्रत्येक माउस के दैनिक फ़ीड बदलें, इस प्रारंभिक परिवर्तन और प्रत्येक माउस के वजन में चल रहे परिवर्तन के आधार पर, क्रम में क्रमिक वजन घटाने प्रेरित करने के लिए (कम से कम 0.8 जी प्रति दिन खो दिया) और फिर जिसके परिणामस्वरूप लक्ष्य वजन बनाए रखने. प्रभावी होने के लिए प्रति दिन तीन से छह 500 मिलीग्राम छर्रों (1.5 से 3.0 ग्राम) के बीच Vary.
नोट: चूहे प्रोटोकॉल भर में अपने लक्ष्य वजन बनाए रखने के लिए इस आहार पर रहते हैं.
- पहले दिन प्रत्येक माउस 2.5 ग्राम छर्रों दें और 24 घंटे बाद अपने वजन में किसी भी परिवर्तन को नोट करें।
- जब एक माउस अपने लक्ष्य वजन तक पहुँच गया है, एक पूरक भोजन गोली के लिए gated स्लॉट के लिए आने की अवधारणा के लिए प्रत्येक माउस परिचय. एक प्रशिक्षण सत्र गोली सतह पर एक 45 मिलीग्राम गोली रखकर शुरू, स्लॉट के सामने सीधे, और प्रत्येक माउस इसे पुनः प्राप्त करने के लिए अनुमति देते हैं. अधिकांश चूहों 1-2 दिनों के भीतर इस खिला व्यवस्था करने के लिए ले जाएगा.
- एक बार माउस खिलाया जा रहा है के साथ एक खुला स्लॉट सहयोगियों, उन्हें एक पंजा के साथ पहुँचने के लिए प्रोत्साहित करते हैं, बजाय मुंह.
नोट: यह सबसे जटिल कदम है, 1-2 दिन ले रही है, और गलती से चूहों में उल्टा व्यवहार पैदा करना बहुत आसान है; अधिक जानकारी और सलाह के लिए चर्चा अनुभाग को देखें.- चने की एक जोड़ी का उपयोग करना, एक ही स्थिति में एक गोली पकड़ माउस पहले छर्रों पुनः प्राप्त किया है. के रूप में माउस गोली के लिए काटने के लिए शुरू होता है, यह लगभग आधा सेंटीमीटर दूर खींच इस तरह है कि गोली अपने मुंह की पहुंच से बाहर है.
नोट: अपने लक्ष्य के वजन पर एक माउस के बाहर के प्राप्त गोली पुनः प्राप्त करने का प्रयास करेंगे. जब भी माउस स्लॉट के माध्यम से एक पंजा फैली हुई है, यह गोली खाने के लिए अनुमति देकर उस व्यवहार को सुदृढ़. कुछ चूहों जब भोजन के लिए विस्तार एक पंजा पर एक पंजा के लिए एक प्राथमिकता प्रदर्शित कर सकते हैं. - प्रयोग करने के लिए महत्वपूर्ण नहीं है, जबकि रिकॉर्ड है कि क्या छोड़ दिया है या सही पंजा पसंद किया जाता है। यह संभवतः व्यवहार परख में उच्च समग्र सफलता दर के लिए अनुमति दे सकता है; वैकल्पिक रूप से, प्रत्येक माउस एक ही पंजा के साथ पहुँचने के लिए मजबूर करके एक चर को खत्म.
नोट: बेहतर परिणाम प्राप्त कर रहे हैं अगर चूहों अपने पसंदीदा पंजा का उपयोग करें. - प्रत्येक माउस एक गोली खाने के साथ एक पंजा का विस्तार सहयोगियों के रूप में, आगे मुंह और जीभ के साथ गोली पुनः प्राप्त करने के प्रयास के जवाब में गोली रोक द्वारा उस व्यवहार को सुदृढ़. चूहे 2 से 3 दिनों में इस व्यवस्था का पालन करना शुरू कर देंगे।
- पिंजरे के गेट के बाहरी किनारे से 1 सेमी के नीचे 45 मिलीग्राम गोली रखकर वांछित पंजा पहुंचने के व्यवहार की शुरूआत को अंतिम रूप दें, इस तरह कि गोली का सबसे बाएँ या सबसे दाएँ बिंदु (चाहे वह अन्वेषक से पिंजरे स्लॉट के दाएं या बाएं करने के लिए है 'के परिप्रेक्ष्य, क्रमशः) पिंजरे गेट स्लॉट के किनारे से सीधे बाहर का विस्तार एक लाइन के लिए स्पर्शरेखा है. माउस गोली पुनः प्राप्त करने का प्रयास करने के लिए अनुमति दें, गोली को दूर करने और इसकी खपत को रोकने के लिए सतर्क किया जा रहा है अगर माउस पंजा विस्तार से कुछ अन्य विधि द्वारा प्रयास करना चाहिए.
नोट: जब एक माउस लगातार पर हड़पने के लिए एक पंजा फैली हुई है और प्रदान की गोली को छूने में सक्षम है, यह नीचे वर्णित ऑटो-ट्रेनर और संबद्ध व्यवहार परख का उपयोग कर परीक्षण के लिए तैयार है. तैयार किया जा रहा करने के लिए भोले परिचय से समय चूहों के बीच अलग अलग होंगे; अगर वहाँ stragglers कि दो सप्ताह से अधिक लेने को समझने के लिए कर रहे हैं, वे डेटा सेट से बाहर रखा जाना चाहिए.
- चने की एक जोड़ी का उपयोग करना, एक ही स्थिति में एक गोली पकड़ माउस पहले छर्रों पुनः प्राप्त किया है. के रूप में माउस गोली के लिए काटने के लिए शुरू होता है, यह लगभग आधा सेंटीमीटर दूर खींच इस तरह है कि गोली अपने मुंह की पहुंच से बाहर है.
3. ऑटो-ट्रेनर का उपयोग करना
नोट: कृपया चित्र 1-3 और हार्डवेयर, सॉफ़्टवेयर, और ऑटो-ट्रेनर की शारीरिक क्रियाओं का पूर्ण विवरण के लिए चर्चा अनुभाग देखें.
- प्रशिक्षण सत्र के लिए तैयार करें।
- चारा गोली सेंसर कैलिब्रेट. LabVIEW इंटरफ़ेस में भागो तीर पर क्लिक करें और चारा गोली सेंसर दोनों के साथ और जगह में एक गोली के बिना पढ़ने ध्यान दें. इस परीक्षण रन को रोकने और उन दो रीडिंग के बीच एक मान के लिए चारा गोली सेंसर लक्ष्य बदलने के लिए बंद करें बटन क्लिक करें (चित्र 3 और तालिका 2)। अधिकांश प्रकाश की स्थिति 1 और 4 के बीच एक पढ़ने प्रदान करते हैं.
- ऑटो-ट्रेनर पर संशोधित माउस पिंजरे को रखें (चित्र 2)। पिंजरे के फाटक को प्रत्यय करें ( चित्र 1) और गोली को मैनुअल प्रक्रिया के रूप में स्लॉट के किनारे तक संरेखित करें।
- LabVIEW इंटरफ़ेस का उपयोग करके माउस का प्रशिक्षण सत्र चलाएँ.
- प्रशिक्षण सत्र के बारे में डेटा रिकॉर्ड करने के लिए आवश्यक इनपुट जानकारी(चित्र 3 और तालिका 2) .
- माउस ID फ़ील्ड क्लिक करें और कंप्यूटर के कुंजीपटल का उपयोग करके प्रत्येक प्रशिक्षण सत्र का फ़ाइल नाम लिखें.
- एक ही प्रयोग (आमतौर पर 20 - 30) के लिए कितने छर्रों वितरित किए जाते हैं, यह नियंत्रित करने के लिए नियमित फ़ील्ड के दौरान वितरित करने के लिए कुल छर्रों पर क्लिक करें. ऐसा करने के लिए, ऊपर और नीचे तीर क्लिक करें या कंप्यूटर के कुंजीपटल का उपयोग कर संख्या इनपुट।
- संकेत गोली डाइविंग बोर्ड से निकाल दिया जाता है के बाद एक 5 s ठहराव सेट करने के लिए गोली संख्या क्षेत्र के बाद रोकें क्लिक करें। ऐसा करने के लिए, ऊपर और नीचे तीर क्लिक करें या कंप्यूटर के कुंजीपटल का उपयोग कर संख्या इनपुट।
- डाइविंग बोर्ड से एक गोली निकाल दिया जाता है और समय एक नया गोली वितरित किया जाता है समय के बीच में एक ठहराव सेट करने के लिए लंबाई रोकें क्षेत्र पर क्लिक करें। ऐसा करने के लिए, ऊपर और नीचे तीर क्लिक करें या कंप्यूटर के कुंजीपटल का उपयोग कर संख्या इनपुट
नोट: आमतौर पर 1 s एक उपयुक्त विराम समय है। यदि चूहों प्रत्येक गोली वितरित करने के बाद चिंतित हैं, यह 5 s करने के लिए रोकें लंबाई क्षेत्र का उपयोग कर ठहराव लंबाई बढ़ाने के लिए सलाह दी जाती है. - मैन्युअल रूप से उस दूरी को रिकॉर्ड करें जिस पर गोली पहुँच दूरी फ़ील्ड में रखी जाती है. ऐसा करने के लिए, ऊपर और नीचे तीर क्लिक करें या कंप्यूटर के कुंजीपटल का उपयोग कर संख्या इनपुट
नोट: एक्सेलेरेशन और समय Arrays का आकार डीबगिंग उद्देश्यों के लिए exposed है और ध्यान नहीं दिया जा सकता है। - संग्रहीत डेटा को सहेजने के लिए फ़ाइल स्थान का चयन करने के लिए लॉग्स फ़ील्ड रखने के लिए फ़ोल्डर क्लिक करें।
- सूचना फ़ील्ड ्स्स भरने के बाद, प्रशिक्षण सत्र शुरू करने के लिए चलाएँ बटन क्लिक करें. ऑटो-ट्रेनर व्यक्तिगत छर्रों वितरित करेंगे और ट्रैक करेंगे कि क्या वे कीप के माध्यम से गिर जब तक छर्रों की कुल संख्या वितरित किया गया है, और पिछले गोली या तो प्राप्त किया गया है या माउस द्वारा गिरा दिया. इस समय प्रोग्राम अपने आप रुक जाएगा. यदि आवश्यक हो, यह भी बंद करो बटन पर क्लिक करके समय से पहले रोका जा सकता है.
- एक बार सॉफ्टवेयर की स्थापना की है, आसन पर परीक्षण किया जा करने के लिए माउस के घर पिंजरे जगह है और माउस का निरीक्षण इतना है कि आप गेज हो सकता है कि क्या माउस वास्तव में आवश्यक उपन्यास तक पहुँचने के व्यवहार का प्रयास करने के लिए सीखा है. चलाएँ बटन क्लिक करने के बाद, माउस स्लॉट और उसके नए, अपरिचित परिवेश की जाँच करने के लिए अनुमति दें।
नोट: जब तक पहुँचने की अवधारणा के लिए चूहों शुरू करने के लिए इसी तरह, कुछ चूहों दूसरों की तुलना में अधिक अनुरूप होने की उम्मीद है. चूहे कि अवधारणा समझ लिया है 5-10 मिनट के भीतर तक पहुँचने की कोशिश करनी चाहिए और प्रस्तुत गोली के साथ ऑटो-ट्रेनर के आंदोलन सहयोगी होगा, के रूप में जब वे इस प्रोटोकॉल के प्रारंभिक चरणों में भोजन के साथ एक खुला स्लॉट सहयोगी.
- प्रशिक्षण सत्र के बारे में डेटा रिकॉर्ड करने के लिए आवश्यक इनपुट जानकारी(चित्र 3 और तालिका 2) .
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Representative Results
सामान्य में, यह अनुशंसा की जाती है कि प्रत्येक प्रशिक्षण सत्र के बारे में 20-30 परीक्षण, जो उपयोगकर्ता द्वारा सेट किया जा सकता है, ऑटो-ट्रेनर द्वारा स्वचालित रूप से चलाने के लिए और सत्र और माउस प्रति एक लॉग फ़ाइल में बचाया से मिलकर बनता है. प्रत्येक परीक्षण लगातार चलाया जा सकता है, सही दूसरे के बाद, ठहराव के 2-5 s के साथ. ऑटो-ट्रेनर पर प्रशिक्षित चूहे 10 प्रशिक्षण सत्रों में कौशल में वृद्धि दर्शाते हैं।
मैनुअल प्रशिक्षण के लिए ऑटो-ट्रेनर की उपयोगिता की तुलना करने के लिए (सोने के मानक पर विचार किया), हम प्रशिक्षित वयस्क पुरुष C57bl/6 चूहों आयु वर्ग के 100 से 140 दिन पुराने मैन्युअल रूप से और ऑटो-ट्रेनर का उपयोग कर. सभी पशु हैंडलिंग और उपयोग के अनुसार और जॉन्स हॉपकिंस विश्वविद्यालय पशु देखभाल और उपयोग समिति से अनुमोदन के साथ प्रदर्शन किया गया. ऑटो-ट्रेनर के साथ प्रशिक्षित चूहे ने प्रीहेनशन कार्य सीखा और मोटर कौशल में स्पष्ट वृद्धिदर्शातीहै ( चित्र 4 )। कौशल में यह वृद्धि उस दृश्य के समान है जब पशु को स्वतः-प्रशिक्षक के उपयोग के बिना मैन्युअल रूप से प्रशिक्षित किया जाता है (चित्र 4)। इन आंकड़ों के लिए, मैनुअल prehension सफल के रूप में रन बनाए थे जब माउस भट्ठा के माध्यम से अपने forelimb तक पहुँच गया, गोली पकड़ा, और यह अपने आराम अंतरिक्ष से दस्तक के बिना खा लिया, यह छोड़ने, या किसी अन्य तरीके से नियंत्रण खोने. सफल prehension प्रयासों का प्रतिशत गोली प्रति निर्धारित किया गया था. एक प्रशिक्षण ब्लॉक प्रत्येक गोली एक समय में एक प्रस्तुत के साथ 1 सेमी की दूरी पर 30 छर्रों शामिल थे. ऑटो-ट्रेनर पर प्रशिक्षित चूहे को ऊपर वर्णित प्रोटोकॉल के अनुसार प्रशिक्षित किया गया था। चित्र ाा्वित 4 में प्रत्येक बिंदु प्रशिक्षण के एक दिन का प्रतिनिधित्व करता है जिसके दौरान जंतु 30 छर्रों तक पहुँचे और प्रतिशत सही के रूप में रेखांकित किए गए. एकाधिक तुलनाओं के लिए सुधार के साथ एक गैर-पैरामीट्रिक टी-परीक्षण का उपयोग करके दो पंक्तियों के बीच कोई सांख्यिकीय अंतर नहीं था।
चित्र 1: घर के पिंजरे की एक उदाहरण चित्र. (ए)एक मानक घर पिंजरे के पक्षी आँख दृश्य मंच (नारंगी) और पिंजरे के मोर्चे पर स्लॉट के साथ संशोधित. (बी) लगभग 0.8 सेमी x 7 सेमी के साथ एक स्लॉटेड उद्घाटन के साथ संशोधित एक घर पिंजरे के सामने दृश्य (सी) पिंजरे गेट धातु की एक पतली चादर से काट दिया और किनारों की रक्षा के लिए टेप के साथ लिपटे। (डी, ई) पिंजरे का गेट स्लॉट के सामने रखा गया है ताकि एक समान छिद्र के रूप में सेवा की जा सके जिसके माध्यम से माउस तक पहुंचना है; सामने (डी) और तिरछी (ई) विचार प्रदान की. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 2 : ऑटो-ट्रेनर की उदाहरण तस्वीरें. (ए, बी) चित्र बिना ऑटो-ट्रेनर होते हैं (ए) या (बी) के साथ एक संशोधित माउस पिंजरे में जगह है. (सी-जे) डाइविंग बोर्ड खाद्य गोली धारक डिजाइन के विस्तृत विचार या तो सामने से देखा(सी, डी, एच, मैं) या पक्ष से (ई, एफ, जी, जे), के साथ (डी, ई, एफ, मैं) या बिना (सी, जी, एच, जे) एक खाद्य गोली. ध्यान दें कि पशु से गोली दूरी आसानी से डाइविंग बोर्ड से पिंजरे की दूरी के रूप में संशोधित किया जा सकता है संशोधित किया जा सकता है संशोधित. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 3 : सॉफ्टवेयर का स्क्रीनशॉट. ऑटो-ट्रेनर चलाने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रोग्राम का स्क्रीनशॉट. छवि प्रोटोकॉल में वर्णित महत्वपूर्ण इनपुट फ़ील्ड दिखाती है. आगे के विवरण के लिए तालिका 2 देखें. कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
चित्र 4 : प्रतिनिधि डेटा| कुशल prehension दोनों ऑटो-ट्रेनर और मैनुअल प्रशिक्षण प्रतिमानों का उपयोग कर एक समान पठारी स्तर तक बढ़ जाती है। प्लॉट पहुँच-टू-ग्रास्प सफलता दिखाता है (मतलब +/- SEM; मैनुअल: ग्रे, n ] 14; ऑटो-ट्रेनर: काला, n $15).। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.
| चरण | अनुमानित अवधि (दिनों में) | टिप्पणी |
| 2.1 वजन घटाने | 3 से 5 | intial वजन पर निर्भर करता है और, इसलिए, कितना वजन लक्ष्य पर जब तक खोने के लिए |
| 2.2 स्लॉट प्रशिक्षण | 1 | चूहे भोजन के लिए खुले स्लॉट आ confortable महसूस करने के लिए सीख लो |
| 2.3 शैपिंग | 4 से 8 | |
| 2.3.1 पंजा उपयोग | 1 | सफलता यहाँ जल्दी से माउस के बाद गोली प्रदान करने पर निर्भर करता है, अपने भोजन से इनकार किया, गोली के लिए paaws. |
| 2.3.2 पंजा वरीयता | 1 | पता लगाएँ कि माउस छोड़ दिया है या सही पंजा पसंद करते हैं. |
| 2.3.3 खराब पंजा उपयोग कर रहा है | 2 से 3 | पिछले चरण के रूप में, यह मुंह और जीभ के साथ पुनर्प्राप्ति को रोकने के लिए महत्वपूर्ण है. |
| 2.3.4 चितम् | 1 | कुछ चूहों के बजाय tweezers से खुद के द्वारा गोली लेने पर ठोकर होगा, उन्हें थोड़ा कम फ़ीड |
| 3. ऑटो प्रशिक्षण | 10 से 15 | जब तक asumptote दिन. |
तालिका 1: ऑटो-ट्रेनर का उपयोग करके माउस प्रशिक्षण की समय सारिणी।
| INPUT FIELD | उपयोग |
| माउस आईडी | वह फ़ाइल नाम इनपुट करें जिसके अंतर्गत संग्रहीत डेटा सहेजा जाएगा. |
| दिनचर्या के दौरान वितरित करने के लिए कुल गोली | प्रशिक्षण सत्र के दौरान वितरित किए जाने वाले छर्रों की कुल संख्या इनपुट करें। |
| गोली संख्या के बाद रोकें | Deprecated फ़ंक्शन. निर्दिष्ट गोली वितरित किया जाता है के बाद प्रशिक्षण सत्र को थामने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. |
| लंबाई रोकें (s) | ठहराव रहता है समय की लंबाई. |
| पहुँच दूरी (मिमी) | न्यूनतम से ऊपर की दूरी रिकॉर्ड करें जिस पर चूहे को गोली पुनः प्राप्त करने के लिए पहुँचना चाहिए। डिफ़ॉल्ट रूप से शून्य. |
| Accelerometer और समय Arrays का आकार | डीबगिंग प्रयोजनों के लिए उजागर फ़ंक्शन। 500 के डिफ़ॉल्ट मूल्य पर रखें. |
| लॉग्स रखने के लिए फ़ोल्डर | यह चुनने के लिए फ़ोल्डर चिह्न क्लिक करें कि संग्रहीत डेटा कहाँ सहेजा गया है. |
| डिवाइस का नाम | LabVIEW फ़ंक्शन जो हार्डवेयर को सॉफ़्टवेयर से जोड़ता है. Dev1 के लिए डिफ़ॉल्ट. USB कनेक्शन के आधार पर, हार्डवेयर किसी अन्य नंबर के अंतर्गत ड्रॉपडाउन मेनू में प्रकट हो सकता है; एक काम करता है जब तक उपकरणों का चयन करें। |
| तीर बटन, ऊपर बाएँ | प्रोग्राम को चलाने के लिए क्लिक करें, चाहे प्रशिक्षण सत्र के लिए या अंशांकन के लिए. |
| साइन बटन बंद करो, ऊपर बाईं ओर | कार्यक्रम समय से पहले बंद करो. |
तालिका 2: सॉफ़्टवेयर इंटरफ़ेस.
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Discussion
हमारे ऑटो-ट्रेनर एक स्वचालित तरीके से फोरेलिम्ब पहुंच-टू-स्ग्रास (प्रीहेनशन) का मूल्यांकन करते हैं। इस समापन बिंदु को प्राप्त करने के लिए, गोली नियुक्ति, गोली आकार, और प्रशिक्षण मापदंड सहित माउस prehension कार्य के लिए डिज़ाइन किए गए पैरामीटर के कई, कई वर्षों से दोहराया गया है और पूर्व प्रोटोकॉल से अनुकूलित2,5 ,6. यहाँ उन्नति एक रोबोट है कि घर पिंजरे आवास की अनुमति देता है का उपयोग कर काम का स्वचालन है. घर पिंजरे आवास चूहों शांत रहने के लिए और कम चिंता के साथ कार्य करने की अनुमति देता है. गैर-घर-पिंजर प्रशिक्षण में वृद्धि वाले तनाव से जुड़ा हुआ है जो वृद्धि के समय और परिशुद्धता में कमी का कारण बन सकता है7,8,9. हम यहाँ मैनुअल घर पिंजरे प्रशिक्षण5,7,8के साथ अपने स्वयं के परिणामों के समान परिशुद्धता का प्रदर्शन . हालांकि घर पिंजरे प्रशिक्षण चूहे के लिए मौजूद है10,हमारे ज्ञान के लिए, यह पहली ऑटो-ट्रेनर है कि उनके घर पिंजरे में प्रशिक्षण चूहों का लाभ लेता है.
हमारे ऑटो-ट्रेनर में एक समायोज्य मंच शामिल है जिस पर एक स्लॉटटेड पिंजरे में आराम किया जा सकता है और इसे खाद्य गोली धारक के साथ संरेखण के लिए उचित ऊंचाई तक कम या उठाया जा सकता है (जिसे डाइविंग बोर्ड भी कहा जाता है)। एक गोली वितरण प्रणाली डाइविंग बोर्ड धारक पर भोजन गोली स्थानों. खाद्य गोली धारक एक चारा गोली सेंसर विधानसभा एक चिंतनशील वस्तु सेंसर से मिलकर पता लगाने के लिए कि क्या एक खाद्य गोली मौजूद है या नहीं डाइविंग बोर्ड धारक पर है. प्रकाश संवेदनशीलता मुद्दों के कारण, चिंतनशील वस्तु सेंसर प्रयोगशाला के प्रकाश वातावरण के अनुरूप करने के लिए स्थापना पर calibrated किया जा सकता है। प्रत्येक माउस के पिंजरे ऑटो-ट्रेनर पर रखा गया है जैसे कि गोली के भीतरी किनारे पिंजरे गेट स्लॉट के बाहरी किनारे के साथ लाइन में है, मैनुअल प्रक्रिया के ऊपर विस्तृत 2.3.4 कदम करने के लिए इसी. डाइविंग बोर्ड गोली धारक गिरने छर्रों का पता लगाने के नीचे एक कीप में विपरीत दिशाओं में उन्मुख दो खो गोली सेंसर. दो खो गोली सेंसर रोजगार का एक लाभ यह है कि यह विभिन्न आकारों और आकार के विभिन्न खाद्य छर्रों के लिए उच्च पता लगाने सटीकता सुनिश्चित करता है. दोनों खो गोली सेंसर संपर्क की आवश्यकता के बिना एक गिरने गोली की गति भावना के लिए, एक के माध्यम से छेद डिजाइन के साथ एक मानक transmissive फोटो-इंटरप्टर से मिलकर बनता है.
सॉफ्टवेयर ऑटो-ट्रेनर चलाता है और सफलताओं और विफलताओं पर डेटा एकत्र करता है कि एक कार्यक्रम के होते हैं। उपयोगकर्ता इनपुट फ़ाइल स्थान है जिसमें डेटा दर्ज की गई है के होते हैं, कितने छर्रों एक प्रशिक्षण सत्र में वितरित कर रहे हैं, एक विशेष गोली वितरण के बाद प्रशिक्षण सत्र को थामने के लिए एक विकल्प, एक क्षेत्र में वृद्धि की दूरी रिकॉर्ड करने के लिए (यदि कोई हो) जो भर में माउस तक पहुँचने चाहिए, और एक फ़ील्ड प्रोग्राम की गणना में इस्तेमाल सरणी आकार को नियंत्रित करने के लिए (जो सामान्य उपयोग के दौरान नजरअंदाज किया जा सकता है). इसके अलावा, सॉफ्टवेयर आवश्यक के रूप में प्रकाश संवेदनशीलता recalibrate करने के लिए डाइविंग बोर्ड के चिंतनशील वस्तु संवेदक धुन करने के लिए उपयोगकर्ता सक्षम बनाता है। प्रत्येक परीक्षण का एक आउटपुट उपयोगकर्ता के लिए प्रदर्शित किया जाता है और साथ ही बाद में पुनर्प्राप्ति के लिए एक लॉग फ़ाइल में दर्ज और सहेजा जाता है।
एक एकल परीक्षण डाइविंग बोर्ड पर खर्च एक ही भोजन गोली समय के होते हैं जब तक यह माउस से कार्रवाई से हटा दिया जाता है. यदि एक गोली डाइविंग बोर्ड छोड़ देता है के रूप में चारा गोली सेंसर द्वारा निर्धारित और गोली कीप के माध्यम से गिरने का पता चला है शीघ्र ही बाद में खो गोली सेंसर के किसी भी द्वारा, यह सॉफ्टवेयर द्वारा एक असफल परीक्षण के रूप में दर्ज की गई है. चारा गोली सेंसर निर्धारित करता है कि गोली डाइविंग बोर्ड छोड़ देता है, लेकिन कोई गिरने वस्तु खो गोली सेंसर के किसी भी द्वारा पता चला है, यह माउस द्वारा पिंजरे में खींच लिया गया है माना जाता है और एक सफल परीक्षण के रूप में गिना जाता है.
इस निर्माण का उपयोग किया जाता है क्योंकि यह एक व्यवहार परख डिजाइन करने के लिए उपयोगी है जिसमें कार्य प्रत्यक्ष रूप से प्रदर्शन करने के लिए, बजाय परोक्ष रूप से, इनाम प्रदान करता है. इस तरह, क्या काम है पर जानवर की ओर से कोई अस्पष्टता नहीं है (उदा., भूख लगी है, भोजन का पता लगाने, खाना मिलता है, खाना खाने). कई कार्यों है कि इस तरह के एक प्रतिमान का उपयोग के अलावा, prehension कार्य इस तरह के आकलन के लिए काफी लोकप्रिय हो गया है. कार्य के लिए केवल यह आवश्यक है कि एक जानवर एक ही अंग का उपयोग करने के लिए तक पहुँचने और एक खाद्य पदार्थ है, जो पशु बाद में खपत के लिए अपने मुंह में लाता है समझ. prehension कार्य एक व्यवहार है कि बहुत एक हर रोज कई स्तनधारियों द्वारा इस्तेमाल व्यवहार के समान है का आकलन. सबसे महत्वपूर्ण बात, prehension कार्य मानव मोटर व्यवहार4जैसा दिखता है. यह सामान्यता इस उम्मीद को बढ़ाती है कि व्यवहार के पूर्व नैदानिक मूल्यांकन से प्राप्त सिद्धांत रोग राज्यों में नैदानिक रूप से लागू होते हैं। उदाहरण के लिए, कुशल forelimb और हाथ के उपयोग में हानि स्ट्रोक में देखा जाता है, हंटिंगटन रोग, पार्किंसंस रोग, और एकाधिक काठिन्य. इस प्रकार , व्यवहार घाटे मॉडलिंग और चूहों में बाद में वसूली मानव वसूली को समझने के लिए अमूल्य है और यह कैसे प्रोत्साहित किया जा सकता है2,11,12,13.
ऑटो-ट्रेनर के कई पहलुओं को यहां प्रस्तावित अनुसंधान प्रक्रिया को बहुत लाभ होता है। सबसे पहले, सबसे व्यवहार assays बारीकी से प्रशिक्षित करने के लिए और दैनिक सत्र है, जो महंगा हो सकता है की निगरानी करने के लिए एक प्रयोगकर्ता की आवश्यकता है, श्रम गहन और प्रतिषेधात्मक समय लगता है. हमारे ऑटो-ट्रेनर व्यवहार डेटा के लिए एक प्रयोगकर्ता से स्वतंत्र रूप से एकत्र करने की अनुमति देता है। दूसरा, हमारे ऑटो-ट्रेनर को दोहराया जा सकता है ताकि कई चूहों को प्रशिक्षित किया जा सके और निष्पक्ष, कुशलता से और समवर्ती मूल्यांकन किया जा सके, इस प्रकार समय और प्रयास को कम किया जा सके। तीसरा, ऑटो-ट्रेनर की कम लागत बड़े पैमाने पर और कुशल परीक्षण के लिए समवर्ती कई ऑटो-ट्रेनरों की प्रतिकृति और उपयोग की अनुमति देता है।
यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि महत्वपूर्ण बिंदु है कि सावधान पर्यवेक्षण की आवश्यकता है प्रशिक्षण के आकार देने के चरण के दौरान है. विशेष रूप से, इस प्रोटोकॉल की मुख्य कमजोरी बुरा उपयोग का खतरा कुछ चूहों11में तय हो रहा है. प्रोटोकॉल का उद्देश्य इस कार्य में सफल होने वाले सीढ़ी दौड़ परीक्षण जैसे परीक्षणों की नकल करना है, जो इनाम प्रदान करता है। हालांकि, कार्य ही अभी भी प्रोटोकॉल के चरण 2.3 में चूहों को सिखाया जाना चाहिए, सीढ़ी rung परीक्षण के विपरीत. अवधारणा सबसे इस कार्य को सीखने में ठोकर के लिए एक माउस के कारण होने की संभावना वास्तव में गोली समझ करने के लिए पंजा का उपयोग करने के लिए पिंजरे से बाहर एक पंजा का विस्तार से है. चरण 2.3.1 के पहले सत्र में, चूहों बस उनके पिंजरे से बाहर एक पंजा देने के लिए पुरस्कृत किया जाना चाहिए. हालांकि, निम्नलिखित कुछ दिनों में, जांचकर्ताओं सिर्फ पंजा का विस्तार करने के लिए कम चूहों इनाम के लिए ध्यान रखना चाहिए, और पंजा का विस्तार और गोली को छूने के लिए और अधिक, जैसा कि हम चरण 2.3.3 में वर्णन.
कृपया ध्यान दें कि चूहों के लगभग 5% इस चरण पिछले प्रगति करने के लिए असफल हो जाएगा, आम तौर पर अपने अंक के सीमित विस्तार की वजह से भोजन गोली में खींचने के लिए. इस तरह के चूहों गोली के वास्तविक स्थान के थोड़ा विचार के साथ एक या दोनों पंजे के साथ विफल हो जाएगा, कम या कोई उपयोगी डेटा प्रदान. इस स्तर पर विफलता के लिए एक माउस की क्षमता को कम करने के लिए, सावधानी दृढ़ता से सिफारिश की है जब सीखने की प्रक्रिया के दौरान छगना के साथ गोली खींच. विशेष रूप से, माउस भोजन के साथ पुरस्कृत किया जाना चाहिए न केवल जब यह एक पंजा फैली हुई है, लेकिन यह भी जब कि पंजा गोली पकड़ ताक और पर्याप्त पर्याप्त बल जांचकर्ता की संतुष्टि के लिए लागू होता है. इस स्तर पर संभावित विफलता के लिए एक समान जोखिम चूहों उनकी ओर छर्रों चाटना करने के लिए अपनी जीभ का उपयोग करके उत्पन्न होता है. जब चूहों कि चाटना करने के लिए करते हैं प्रशिक्षण, गोली आगे बाद में स्लॉट से दूर जगह है. चूहे यह मुश्किल एक अधिक से अधिक बग़ल में दूरी पर जीभ के साथ पहुँचने के लिए मिल जाएगा, लेकिन हाथ और पंजा की गति की सीमा दूरी बंद करने में अधिक सक्षम हैं.
हमारे वर्णित प्रोटोकॉल आसानी से अलग प्रयोगशाला वातावरण या डेटा संग्रह के विभिन्न तरीकों के लिए बढ़ाया है. ऑटो-ट्रेनर, उदाहरण के लिए, एक श्रम-बचत उपकरण के रूप में बहुत उपयोगी है, लेकिन डेटा संग्रह के लिए सख्ती से आवश्यक नहीं है, क्योंकि छर्रों प्रदान किए जा सकते हैं और सफलताओं / व्यक्तिगत पहुँच भी बस सफलता से अधिक विस्तृत जानकारी के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता / प्रस्ताव है, जो हाल के वर्षों में अधिक ध्यान दिया गया है14. एक गोली पुनः प्राप्त करने के लिए जानवर की क्षमता लेकिन एक उपाय है. अतिरिक्त हार्डवेयर का उपयोग करना, हम भी वेग को मापने में सक्षम हो जाएगा, कोण, और पशु के अंग आंदोलनों की गति. इस शुद्ध गतिविज्ञान से पहले और एक न्यूरोलॉजिकल चोट के बाद दोनों मोटर सीखने का एक महत्वपूर्ण पहलू है। यह अंत करने के लिए, हम वर्तमान में माउस की लोभी कार्रवाई की चलन और शुद्ध गति विज्ञान का विश्लेषण करने के विभिन्न उपन्यास साधनों को शामिल कर रहे हैं. हम उच्च गति कैमरों का उपयोग कर समझ की शुद्ध माप प्राप्त करने के लिए खोज रहे हैं और दबाव ट्रांसड्यूसर और एक्सेलेरोमीटर खाद्य गोली धारक को संलग्न बल और बड़े पैमाने पर डेटा समझ के साथ जुड़े को मापने के लिए. इन नई सुविधाओं को ऑटो-ट्रेनर की कार्यक्षमता में वृद्धि करने के लिए महत्वपूर्ण डेटा एकत्र करने के लिए एक साधारण पास पारित कर दिया या परीक्षण असफल हो जाएगा और मदद रोग प्रगति के माध्यम से माउस की समझ की चाल वर्णन. भविष्य में, हम एक मंच के रूप में रोबोट सहायता प्रदान prehension कार्य का उपयोग करने के लिए प्रकार का मूल्यांकन किया जाएगा, खुराक, और न्यूरोलॉजिकल चोट के बाद पुनर्वास के समय. आगे बढ़ते हुए, हम गलत व्यवहार को कम करने और कार्य प्राप्ति दर और प्रशिक्षण समय को बेहतर बनाने में मदद करने के लिए परिशोधनों के साथ कार्य को बेहतर बनाने के लिए जारी रखेंगे.
संक्षेप में, हम चूहों में ऊपरी forelimb prehension कौशल का आकलन करने के लिए एक नया ऑटो-ट्रेनर विकसित किया है. कार्य चूहों एक भट्ठा के माध्यम से अपने पंजा तक पहुँचने के लिए, एक छोटे से भोजन गोली समझ, और उनके शरीर की दिशा में गोली खींच इतना है कि वे गोली खा सकते हैं की आवश्यकता है. कार्य सेटअप यंत्रवत् प्रमुख पंजा उपयोग को आश्वस्त करने के लिए विवश है। चूहे जल्दी और एक साथ प्रशिक्षित किया जा सकता है, केवल आकार देने की प्रक्रिया मैनुअल इनपुट की आवश्यकता के साथ. परीक्षण कुशलता से प्रशासित किया जा सकता है और स्वचालित रूप से विश्लेषण किया. इस उच्च थ्रूपुट व्यवहार परख सफलता दर को निर्धारित करता है और आसानी से शुद्ध गति विज्ञान और बल गतिशीलता के भविष्य के विश्लेषण के लिए संशोधित किया गया है।
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Disclosures
दान Tasch और कदम विश्लेषण के उड़ी Tasch, LLC रिचर्ड जे O'Brien और स्टीवन आर जेलर से भुगतान के साथ ऑटो ट्रेनर डिवाइस का निर्माण किया है.
Acknowledgments
ऑटो प्रशिक्षण डिवाइस जेसन Dunthorn, उड़ी Tasch, और दान Tasch द्वारा कदम विश्लेषण, LLC में, डिजाइन इनपुट समर्थन और रॉबर्ट Hubbard, रिचर्ड O'Brien, और स्टीवन ज़ीलर द्वारा प्रदान की निर्देशों के साथ निर्माण किया गया था.
अज्ञात के लिए Champalimaud केंद्र की टेरेसा Duarte का वर्णन और माउस तक पहुँचने कार्यों categorizing के बारे में मूल्यवान अंतर्दृष्टि और विचारों प्रदान की.
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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