Sıçanlarda yüksek hassasiyetli yetenekli bir ön ayak ulaşma görevinin edinimini analiz etmek için bir paradigma sunulmuştur.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Nitelikli ön ayakları Sıçanlarda Görev ulaşan bir Yüksek hassasiyet Edinme
* These authors contributed equally
Bu makalede
Özet
Özet
Hareketler, merkezi sinir sistemi fonksiyonunun ana ölçülebilir çıktısıdır. Motor öğrenme ve yürütmenin ayrıntılı analizine izin veren davranışsal paradigmaların geliştirilmesi, motor fonksiyonun altında yatan ilkeleri ve süreçleri anlamak için kritik öneme sahiptir. Burada, hızlı öğrenme bileşenini ve birincil edinimi temsil eden günlük bir eğitim oturumu (oturum içi) içinde hareket edinimini ve ayrıca yavaş öğrenme bileşenini ve öğrenilen görevin pekiştirilmesini temsil eden birkaç eğitim oturumu (oturumlar arasında) boyunca yetenekli motor öğrenmeyi incelemek için bir paradigma sunuyoruz. Bu davranışsal paradigma, iki özellik nedeniyle motor beceri görevinin zorluk derecesini ve karmaşıklığını arttırır: Birincisi, hayvan her pelet alımından önce vücudunu yeniden hizalar, yenilenen oryantasyonu zorlar ve aynı açıdan hareket yürütmeyi önler. İkincisi, peletler, peletin çapına uyan dikey bir direkten kavranır ve kafesin önüne yerleştirilir. Bu, başarılı bir pelet alımı için hassas bir kavrama gerektirir ve böylece peletin hayvana doğru basit bir şekilde çekilmesini önler. Yeni genetik, görüntüleme ve elektrofizyolojik teknolojilerle birlikte bu davranışsal yöntem, motor öğrenme ve hafızanın morfolojik, anatomik ve moleküler temellerini anlamaya yardımcı olacaktır.
Giriş
Hareket kontrolü merkezi sinir sistemi (MSS) bir çekirdek fonksiyonudur. Motricity CNS fonksiyonunun başlıca ölçülebilir çıkışı ve bireylerin dış dünya ile etkileşim için temel olasılık. Motor fonksiyon ilkelerini ve bir motor görevi öğrenme halen nörobilim büyük zorluklardan biridir altında yatan mekanizmaların anlaşılması. Morfolojik, fizyolojik ve moleküler değişiklikler, yeni bir motorun görev edinimi üzerine bulundu. Örneğin, şekil ve sinapsların sayısının vasıflı motorlu eğitim 1-5 cevaben değiştirmek ve sinaptik makine fonksiyonel değişiklikler motor öğrenme sonra gözlenmiştir. Sinaptik tepkiler, aynı hayvanın veya eğitimsiz hayvanlardan 6,7 den tepkiler eğitimsiz yarımkürede göre eğitilmiş motor korteksin ön ayakları-temsilen bölge bağlantılarında yüksek bulunmuştur. Elektrofizyolojik gözlemler de uzun vadeli potansiyasyonu (LTP) ve uzun önermekmekanizmalar gibi işlemleri Mehmet Akif Ersoy depresyon (LTD), yeni bir motor becerilerin öğrenme sırasında gerçekleşecek ve LTP ve LTD doygunluk sınırlayıcı sınırları arasında tanımlanan sinaptik operasyon aralığında olduğunu, 8 değiştirilir. Bundan başka, bu örneğin öğrenme ile ilgili nöronal plastisite 9-16 için Nogo-A görüntüleme düzenleyici rolleri olarak c-fos, GAP-43, veya BDNF değil, aynı zamanda plastisite inhibe moleküller olarak molekülleri teşvik bu aktivite belirteçleri ve plastisite gösterilmiştir.
Motor öğrenme altında yatan mekanizmaların daha iyi anlaşılmasına yönelik bu gelişmeler sadece yeni bir motor becerilerin, örneğin, vasıflı ön ayakları kapsamlı edinimi hassas kontrolünü sağlayan davranışsal paradigmaların kullanımı ile elde edilebilir. Sadece iyi yapılandırılmış davranış görev izlemek ve öğrenme ve ilgili görevin yürütülmesi sırasında meydana gelen karşılıklı değişiklikleri yakalamak için izin verir. Burada görsel yetenekli ön ayakları değiştirilmiş bir versiyonunu göstermekBuitrago ve ark., 17 sunulan paradigma uyarlanan sıçanlarda tek pelet ulaşan görev birkaç seans üzerinden hızlı öğrenme bileşeni ve primer alımını temsil (içi oturumda) günlük bir eğitim oturumu içinde hareket edinimi analizini yanı sıra vasıflı motorlu öğrenmeyi veriyor (arası oturumda) öğrenilen görev 18 yavaş öğrenme bileşenini ve bakım temsil eder. İlk olarak, fareler, her kavramak sonra ekseni etrafında çevirmek ve böylece bir sonraki pelet ulaşabileceği önce kendi vücudunu yeniden düzenlemek ve yenilemek için eğitilmiştir: Daha da önemlisi, bu davranış paradigma nedeniyle iki özellik motor beceri görevin zorluk ve karmaşıklık derecesini artırır vücut yönelim, aynı açıdan sürekli hareket yürütme önlenmesi. İkinci olarak, peletler kafesin önüne yerleştirilen dikey bir mesaj alınır. Nedeniyle yazının küçük çapa, topaklar kolaylıkla başarılı alımı ve p için kesin bir kavrayışa gerektiren başladı edilebilirreventing basit hayvana karşı pellet çekerek.
Böyle karmaşık davranışsal test motoru öğrenmeyi altında yatan mekanizmaların derinlerine anlayışlar verir. Bu çalışmada sunulan farelere kıyasla, sıçanlar karmaşık davranışsal görevleri kendi performans, üstün ve dolayısıyla daha uygun kompleks paradigmaları içindir. Sıçanlarda 19,20 artan genetik olasılık mevcut göz önüne alındığında, genetik manipülasyon, görüntüleme ve fizyolojik teknikleri ile hassas ve iyi kontrollü davranışsal test yöntemlerinin kombinasyonu daha iyi, motor öğrenme ve hafıza nörobiyolojik temelini anlamak için güçlü bir araç kutusu temsil eder.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Protokol
Tüm deneyler Kanton Zürih, İsviçre Veteriner Dairesi kurallarına uygun olarak yapıldı.
1. Hayvan Taşıma ve Alışma
- Hayvan Taşıma
Not: 5 gün önce deney başlamadan, günlük adımı 1.1.1 gerçekleştirin.- Davranışsal deneyler için, deneyci hayvanları alıştırmak. Günlük hayvan başına 10-15 dk süren oturumları ele var. Her hayvanın seansından sonra kutuyu temizleyin.
- Başlangıçta, keşfetmek için hayvan izin veren bir kafes içine deneycinin elini yerleştirmek ve deneyci tanımanız için koku.
- Sonra, yavaşça ileri alıştırma sağlayan ön ve arka pençelerinin arasında sıçan vücudunu kavrayarak güvenli bir şekilde deneycinin eli ile hayvan kaldırın.
- Gıda yoksunluğu önce bazal vücut ağırlığı elde etmek için her gün, her hayvan tartılır.
- Davranışsal deneyler için, deneyci hayvanları alıştırmak. Günlük hayvan başına 10-15 dk süren oturumları ele var. Her hayvanın seansından sonra kutuyu temizleyin.
- Aparat Alışma ve Gıda Alışma
- Gıda yoksunluğu önce bazal vücut ağırlığı elde etmek için her gün, her hayvan tartılır.
- Standart bir laboratuvar diyet öncesi eğitime başlamadan 3 gün önce fareler mahrum gıda başlatın. (Örneğin, bir fare, 200 g, gıda 10 g başlangıç ağırlığı) sıçanlar, günde 1 gr vücut ağırlığı başına gıda 0.05 g. Günlük vücut ağırlığı izleyerek günde en fazla% 10 azalma değil vücut ağırlığı emin olun.
- Birkaç hayvanlar tek kafes içinde tutuluyorsa, baskın sıçanlar az baskın olanlardan daha fazla yiyebilirler. Durumda bir hayvan azalır vücut ağırlığı olarak, yerine grup beslenme ayrı hayvan beslemek. Su ad libitum verin.
- Kavrama aparatı ile sıçan hakkında bilgi verir, (Şekil 1) Eğitim kutunun içine hayvan yerleştirin. Gıda pelet ile hayvan tanımak için yarık açılmasına yakın eğitim kutuya yerleştirilen şeker pelet var. Bu st gerçekleştirinep 3 gün boyunca günde 10-15 dk.
2. Ön eğitim ve Motor Beceri Öğrenme
- Ön eğitim
- Bir gün alışma sonra, eğitim kutunun içine hayvan koyun ve hayvanın dilinin ulaşılabilir böylece yarık açılması yakından pelet yerleştirin. Ön eğitim sırasında kendi ön ayakları ile pelet almak hayvanları hariç tut
Not: Bu aşamada, dil ile pelet alma çok önemli ve seçim genellikle hayvanın yöntemdir. Motor beceri öğrenme ilk gün öğrendim ulaşan görevin yeterli izleme sağlamak için kadar Pelet ön ayakları ile kavradı hiçbir durumda olmalıdır. Ön eğitim sırasında ön ayakları ile pelet alma dışlanma ve görülmez çoğu durumda. - Kafesin arkasına çalıştırın ve yarık açılması dönmek ya da geri adım ve sonraki gıda pelet almak için kendi ekseni etrafında çevirmek ya sıçan öğretindil. , Kafes keşfetmek arka çalıştırın ve yarık açılması dönmek için hayvan için zaman tanıyın. Hayvan doğru görevi yerine etmezse, hafifçe kafesin uç arka dokunun ve hayvanın dikkatini yakalamak için bir forseps kullanabilir. Hayvan arka sonra, yavaşça yarık açılması hayvan rehberlik kafes önünde dokunun.
Not: Hayvan tanımlanmış bir standart değere ulaştığında (örn az 15 dakika diliyle 50 başarılı pelet erişememiştir), hayvan motor beceri öğrenme aşaması için nitelendirir. 1 gün öncesi eğitim 2 On öğrenciler zaten olmayan öğrenciler ayırt edilebilir. Sigara öğrenenler bu aşamada çalışma dışında olabilir. Bu motor öğrenme aşamasında (2.2) sırasında sigara öğrencilerin yüksek sayısına sahip olasılığını azaltır. - Ön eğitimi sırasında, gıda standart bir laboratuvar diyeti sıçan mahrum. Su ad libitum verin. Çalışma boyunca günlük vücut ağırlığı izleyin. Dodeğil erkek ve dişi fareleri eğitmek için aynı odada kullanın. Hayvan için sakin ve gürültüsüz bir ortam sağlayın.
- Bir gün alışma sonra, eğitim kutunun içine hayvan koyun ve hayvanın dilinin ulaşılabilir böylece yarık açılması yakından pelet yerleştirin. Ön eğitim sırasında kendi ön ayakları ile pelet almak hayvanları hariç tut
- Pençe Tercihi ve Motor Beceri Öğrenimi Belirlenmesi
- Motor beceri öğrenme ilk oturumu sırasında, bir yazı ile pencere önünde slayt değiştirin. Hayvan kendi diliyle pelet ulaşmak ancak ulaşan ve hareket kavrama kesin bir ön ayakları bunu alamıyor ve böylece yaklaşık 1,5 cm uzakta yazı üzerine penceresinden şeker pelet yerleştirin.
- Hayvan diliyle tüketimini çalışır durumdayken hafifçe pelet hayvanın ağzına yakın pelet getirmek ve geri çekmek için bir forseps kullanabilir, ön ayakları ile pelet alma zorlamak için. Hayvan ön ayakları dışarı uzanır ve bir pelet kavrar kadar tekrar tekrar bu görevi yürütmek.
- Pencere açma merkezi yazı yerleştirin. Pençe tercihini belirlemek için, dikkatlice eğitim gününde mina ile reaksiyona 1. fazla% 70, ilk 10 denemeler gözlemlemekhing girişimleri (yani 10 üzerinden 7) aynı ön ayakları ile gerçekleştirilmek zorundadır. Bu elde değilse% 70 eşik ulaşılana kadar, 10 çalışmaların başka bir tur ile devam edin.
- Pençe tercihi belirlenmesinden sonra, tercih edilen ön ayakları doğru yazı kayması ve pencere açma sınırına merkezi hizalayın. Tercih pençe hizalama sonrası (Şekil 1B, C) ulaşmak için optimal açıyı sağlamak için ilgili pençe aykırı kaydırılır anlamına gelir.
- Başarılı (yazı kapalı pelet öldürmek) (ulaşmak kavramak, almak ve pelet yemek), damla (ulaşabilir, kavramak ve alımı sırasında pelet kaybetmek) ya da başarısız olarak, hayvana sunulan yeni bir pelet olarak tanımlanan bir deneme, sınıflandırır. Sayfanızdaki her deneme aşağı not ve deneyden sonra verileri analiz.
- Çalışmalarda tanımlanmış bir sayıda (örneğin, 150) ya da her bir hayvan için azami bir süre (örneğin, 1 saat) 'dan oluşan günde bir oturum gerçekleştirin.
- Hassas ve ince ayar araştırmakHareketin ilk girişim analizi kullanılarak. Bir birinci girişimde bozulması, tereddüt ya da tek tek hareket bileşenleri tekrar olmadan tek bir monolitik hareket pellet kavrayarak tanımlanır. Dikkatle sıçan her kavramak gözlemleyin.
- Sıçan tereddüt ya da ulaşılabilecek sırasında çekilir veya doğru pelet kavramak için birkaç deneme çalışırsa, ilgili başarı olarak deneme değil ilk girişim not edin. Hayvan başarıyla tek bir monolitik ulaşmak pelet kavrar varsa, levha ayrı bir sütunda başarılı ilk girişim olarak ilgili deneme yere not edin.
- Motor beceri öğrenme sırasında, gıda standart bir laboratuvar diyeti sıçan mahrum. Su ad libitum verin. Çalışma boyunca günlük vücut ağırlığı izleyin.
- Motor beceri öğrenme ilk oturumu sırasında, bir yazı ile pencere önünde slayt değiştirin. Hayvan kendi diliyle pelet ulaşmak ancak ulaşan ve hareket kavrama kesin bir ön ayakları bunu alamıyor ve böylece yaklaşık 1,5 cm uzakta yazı üzerine penceresinden şeker pelet yerleştirin.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Sonuçlar
Başarılı motor beceri edinimi sadece tutarlı uygulama yoluyla elde edilir. Tüm yönleriyle dikkatli dikkate rağmen, bazı sıçan görevi (Şekil 2) öğrenmek için başarısız. Bunlar 'olmayan öğrenenler' ya Deneyin başlamasından itibaren pelet alma birkaç ya da hiç girişimleri sonucu motivasyon eksikliği ya da genellikle sürekli girişimleri başarısız giden pelet ulaşan ilgi kaybetmek. Buna karşılık, bazı hayvanların aceleci sonuçlanan agresif ve aşırı motive davranışlar göstermek ve başarısızlıklara ned...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tartışma
. Bu çalışmada gösterilen paradigma Buitrago ark 18 uyarlanan ve başlıca iki açıdan paradigma 17 ulaşan klasik tek pelet farklıdır:
Birincisi, içinde oturum gelişme okuyan bu tür günlük ortalama değerleri ile temsil yavaş öğrenme bileşeni ile karşılaştırıldığında hızlı öğrenme bileşeni soruşturma gibi bilgileri farklı bir seviyede sağlayabilir, tek bir gün içinde öğrenilen görev, analizi (Şekil 3'e bakınız veriyor ve 4). İk...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Açıklamalar
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur
Teşekkürler
Bu çalışma İsviçre Ulusal Bilim Vakfı (Hibe 31003A-149315-1 MES ve AZ Grant IZK0Z3-150809 için), AZ Heidi Demetriades Vakfı, Avrupa Araştırma Konseyi ('Nogorise'), MES ve hibe tarafından finanse edildi Christopher ve Dana Reeve Vakfı (CDRF).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Malzemeler
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Eğitim kutusu | Kendinden Yapılmış | ||
| Kaide | Kendi Kendine | ||
| Üretilen Şeker Peletleri | TSE Sistemleri Uluslararası Grup | 45 mg tozsuz hassas peletler | |
| Sprague Dawley sıçanları | 5-6 haftalık erkekler | ||
| Dizüstü bilgisayar | Hewlett Packard | ||
| Kronometre İzle | |||
| Forseps | Güzel Bilim Araçları (FST) | ||
| Excel | Microsoft | ||
| Prizma | GraphPad | ||
| Tartı | |||
| Sayacı |
Kaynaklar
- Fu, M., Yu, X., Lu, J., Zuo, Y. Repetitive motor learning induces coordinated formation of clustered dendritic spines in vivo. Nature. 483, 92-95 (2012).
- Fu, M., Zuo, Y. Experience-dependent structural plasticity in the cortex. Trends in neurosciences. 34, 177-187 (2011).
- Holtmaat, A., Svoboda, K. Experience-dependent structural synaptic plasticity in the mammalian brain. Nature reviews. Neuroscience. 10, 647-658 (2009).
- Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462, 915-919 (2009).
- Yu, X., Zuo, Y. Spine plasticity in the motor cortex. Current opinion in neurobiology. 21, 169-174 (2011).
- Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Donoghue, J. P. Learning-induced LTP in neocortex. Science. 290, 533-536 (2000).
- Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Hess, G., Donoghue, J. P. Strengthening of horizontal cortical connections following skill learning. Nature neuroscience. 1, 230-234 (1998).
- Rioult-Pedotti, M. S., Donoghue, J. P., Dunaevsky, A. Plasticity of the synaptic modification range. Journal of neurophysiology. 98, 3688-3695 (2007).
- Fritsch, B., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron. 66, 198-204 (2010).
- Ghiani, C. A., Ying, Z., de Vellis, J., Gomez-Pinilla, F. Exercise decreases myelin-associated glycoprotein expression in the spinal cord and positively modulates neuronal growth. Glia. 55, 966-975 (2007).
- Josephson, A., et al. Activity-induced and developmental downregulation of the Nogo receptor. Cell and tissue research. 311, 333-342 (2003).
- Karlen, A., et al. Nogo receptor 1 regulates formation of lasting memories. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 106, 20476-20481 (2009).
- Kleim, J. A., Lussnig, E., Schwarz, E. R., Comery, T. A., Greenough, W. T. Synaptogenesis and Fos expression in the motor cortex of the adult rat after motor skill learning. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 16, 4529-4535 (1996).
- Mironova, Y. A., Giger, R. J. Where no synapses go: gatekeepers of circuit remodeling and synaptic strength. Trends in neurosciences. 14, 7-23 (2013).
- Park, H., Poo, M. M. Neurotrophin regulation of neural circuit development and function. Nature reviews. Neuroscience. 14, 7-23 (2013).
- Zemmar, A., et al. Neutralization of Nogo-A enhances synaptic plasticity in the rodent motor cortex and improves motor learning in vivo. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 34, 8685-8698 (2014).
- Whishaw, I. Q., Pellis, S. M. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a proximally driven movement with a single distal rotatory component. Behavioural brain research. 41, 49-59 (1990).
- Buitrago, M. M., Ringer, T., Schulz, J. B., Dichgans, J., Luft, A. R. Characterization of motor skill and instrumental learning time scales in a skilled reaching task in rat. Behavioural brain research. 155, 249-256 (2004).
- Geurts, A. M., et al. Knockout rats via embryo microinjection of zinc-finger nucleases. Science. 325, 433(2009).
- Tews, B., et al. Synthetic microRNA-mediated downregulation of Nogo-A in transgenic rats reveals its role as regulator of synaptic plasticity and cognitive function. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. , (2013).
- Li, D., et al. Heritable gene targeting in the mouse and rat using a CRISPR-Cas system. Nature. 31, 681-683 (2013).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yeniden basım ve izinler
