Görevlere Ulaşma ile El Becerisini Değerlendirme
Ulaşma görevleri, davranışsal sinirbilimde motor öğrenmeyi ve ön ayak becerisini araştırmak için kullanılır. İnsan elleri gibi, kemirgenlerin de koord…
Ulaşma görevleri, davranışsal sinirbilim alanında ön ayak becerisini ve motor öğrenmeyi değerlendirmek için kullanılır. Hayvanlar, makarna veya tohum gibi iştah açıcı yiyecek ödüllerine ulaşmak için motive olurlar. Nişan alma, kavrama, kırma ve geri alma, hayvanların bu görevleri öğrenirken edindikleri ve geliştirdikleri bazı yeni becerilerdir.
Bu video, davranışsal sinirbilimcilerin yetenekli erişim üzerine çalışma nedenlerini kapsar ve ulaşma deneyleri yürütmek için bir protokolü tartışır. Son olarak, video, çeşitli beyin hasarı modellerinde yetenekli ön ayak kullanımını içeren bazı özel davranışsal deneyleri de gözden geçirecektir.
Ulaşma görevi protokolüne geçmeden önce, ulaşma görevlerinin ölçtüğü şey olan ön ayak kullanımından bahsedelim. Kemirgenlerin, ellerimizi nasıl kullandığımıza benzer şekillerde kullandıkları son derece hünerli ön ayakları vardır. Görevlere ulaşmak, bilim adamlarının kemirgenlerin yiyecek parçalarını kavramak ve almak için pençelerini nasıl kullandıklarını gözlemlemelerini sağlar. Bu, ön pençe becerisinin ölçülebilir bir ölçüsünü sağlar.
Bu görevler, hayvanların fleksiyon ve ekstansiyon, pronasyon ve supinasyon ve rotasyon gibi yeni hareket dizilerini öğrenmesini gerektirir.
Bu motor öğrenme, beynin belirli bölgelerinin aktivasyonu ile ilişkilidir. Kaba ve ince motor beceriler için nöral sinyaller, birincil motor ve premotor kortekslerden oluşan motor alanlarda başlatılır ve omurilik yoluyla istenen hareketleri üreten uygun kaslara gönderilir.
Kemirgenler, translasyonel motor çalışmaları için iyi bir modeldir, çünkü motor sistemleri insanlarınkine benzer şekilde düzenlenmiştir. Bu motor alanların hasar görmesi, insanlarda el kullanımını ve kemirgenlerde ön pençe kullanımını bozar, ikincisi ulaşma görevleri kullanılarak ölçülebilir.
Artık bilim adamlarının neden ulaşma görevlerini kullandığını bildiğinize göre, bu çalışmaların nasıl yapıldığını görelim. Testten önce, stres ve korku tepkilerini sınırlamak için hayvanlar ele alınmalı ve aparatlara ve yiyecek ödüllerine maruz bırakılmalıdır. Genellikle, hayvanlar kısıtlı bir diyetle beslenir ve günlük erişim eğitimi seanslarının sonunda yiyecek sağlanır. Bu, hayvanların test sırasında doymamasını sağlar.
Ulaşma görevleri, üç yarığı olan özel olarak tasarlanmış bir odada gerçekleştirilir. Tohumlara ulaşan kemirgenleri içeren görev hakkında konuşalım. Bu tür bir deney için, uzuv tercihini belirlemek için merkezi yarık kullanılır ve bu işleme şekillendirme denir. Bunu yapmak için, farelerin bir seansta sınırlı sayıda olmak üzere her iki uzuvla tohumlara ulaşmasına izin verilir. Şekillendirme seansları, hayvanlar zamanın% 70'inde bir uzuv ile erken ulaşma sergileyene kadar günlük olarak gerçekleştirilir. Daha sonra, tercih ettikleri uzuv, ulaşma aşamasındaki yan yarıklar için döllere yerleştirilen bireysel tohumlara ustaca ulaşmak üzere eğitilir. Her erişim denemesi başarı, düşüş veya başarısız olarak puanlanır. Hayvanların görevi öğrenebilmesi için reach eğitiminin birçok gün boyunca yapılması gerekir. Fareler genellikle birkaç gün içinde bir platoya ulaşır.
Hayvanların tohum yerine makarnaya ulaşmak için eğitildiği durumlarda, deneyci hem eğitim hem de test için yalnızca merkezi yarığı kullanır. Tüm derinliği boyunca delikler açılmış plastik bir blok olan makarna matrisi, kuru makarna ile doldurulur ve haznenin önüne yerleştirilir. Tercih edilen uzuv, farelerin her iki uzuvla ulaşmasına izin verilerek belirlenir. Daha sonra, tercih edilen uzuvun karşısındaki matrisin sadece yarısı doldurularak eğitim yapılır. Ulaşma seansında kırılan makarna parçalarının sayısı ve yeri kaydedilir. Birkaç hafta boyunca, fareler matrisin daha büyük ve daha uzak kısımlarını temizlemeyi öğrenirler.
Artık ön ayak kullanımını test etmek için temel protokolü gözden geçirdiğimize göre, bu görevleri kullanarak bazı güncel deneyleri tartışalım.
İnme sonrası ulaşma davranışları önemli ölçüde bozulur ve rehabilite edici eğitimin türü, inmeden etkilenen uzvun işlevini ne kadar iyi kazandığını etkileyebilir. Burada, bilim adamları, bir fare inme modelinde, paretik olmayan veya "iyi" uzuv ile telafi edici eğitimin, paretik veya "kötü" uzvun ulaşma yeteneğini yeniden kazanma yeteneğini bozduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, paretik uzvun doğrudan eğitilmesi, inme sonrası zaman içinde iyileşmelere neden olur.
Testlere ulaşmanın yanı sıra, kemirgenlerde farklı, daha çeşitli ön ayak becerisi ölçümleri sağlayan makarna veya tahıl işleme testleri gibi başka ön ayak kullanım testleri de vardır. İnmeden sonra, kemirgenler yemek sırasında makarnayı işlemek için kullanılan pençe hareketlerinde eksiklikler gösterir. Bir omurilik yaralanması modelinde, ön pençe teması, bilek hareketleri ve rakam teması dahil olmak üzere tahıl işleme modelleri değiştirilir.
Kemirgenlerdeki görevlere ulaşmaya benzer şekilde, modifiye edilmiş Brinkman tahtası, insan olmayan primatlarda el becerisini test etmek için kullanılabilir. Bu testte maymunlar, açılı bir tahta üzerindeki deliklere yerleştirilen yiyecek peletlerini kavrarlar. Bir kolun kullanımını bozan bir omurilik yaralanmasının ardından, etkilenen el tarafından alınan saçmaların sayısı azalır ve zamanla iyileşmez. Buna karşılık, motor kortekste bir felçten sonra, etkilenen el tarafından alınan topakların sayısı başlangıçta azalır, ancak zamanla iyileşir.
JoVE'nin görevlere ulaşma tanıtımını az önce izlediniz. Bu video, yetenekli ön ayak kullanımı ile ilişkili ilkeleri ve nöral korelasyonları, ulaşma testleri yapmanın genel protokolünü ve beyin veya omurilik yaralanması modellerinde ön ayak el becerisi değerlendirmesini kullanan bazı deneyleri kapsıyordu. Her zaman olduğu gibi, izlediğiniz için teşekkürler!
Ulaşma görevleri, davranışsal sinirbilim alanında ön ayak becerisini ve motor öğrenmeyi değerlendirmek için kullanılır. Hayvanlar, makarna veya tohum gibi iştah açıcı yiyecek ödüllerine ulaşmak için motive olurlar. Nişan alma, kavrama, kırma ve geri alma, hayvanların bu görevleri öğrenirken edindikleri ve geliştirdikleri bazı yeni becerilerdir.
Bu video, davranışsal sinirbilimcilerin yetenekli erişim üzerine çalışma nedenlerini kapsar ve ulaşma deneyleri yürütmek için bir protokolü tartışır. Son olarak, video, çeşitli beyin hasarı modellerinde yetenekli ön ayak kullanımını içeren bazı özel davranışsal deneyleri de gözden geçirecektir.
Ulaşma görevi protokolüne geçmeden önce, ulaşma görevlerinin ölçtüğü şey olan ön ayak kullanımından bahsedelim. Kemirgenlerin, ellerimizi nasıl kullandığımıza benzer şekillerde kullandıkları son derece hünerli ön ayakları vardır. Görevlere ulaşmak, bilim adamlarının kemirgenlerin yiyecek parçalarını kavramak ve almak için pençelerini nasıl kullandıklarını gözlemlemelerini sağlar. Bu, ön pençe becerisinin ölçülebilir bir ölçüsünü sağlar.
Bu görevler, hayvanların fleksiyon ve ekstansiyon, pronasyon ve supinasyon ve rotasyon gibi yeni hareket dizilerini öğrenmesini gerektirir.
Bu motor öğrenme, beynin belirli bölgelerinin aktivasyonu ile ilişkilidir. Kaba ve ince motor beceriler için nöral sinyaller, birincil motor ve premotor kortekslerden oluşan motor alanlarda başlatılır ve omurilik yoluyla istenen hareketleri üreten uygun kaslara gönderilir.
Kemirgenler, translasyonel motor çalışmaları için iyi bir modeldir, çünkü motor sistemleri insanlarınkine benzer şekilde düzenlenmiştir. Bu motor alanların hasar görmesi, insanlarda el kullanımını ve kemirgenlerde ön pençe kullanımını bozar, ikincisi ulaşma görevleri kullanılarak ölçülebilir.
Artık bilim adamlarının neden ulaşma görevlerini kullandığını bildiğinize göre, bu çalışmaların nasıl yapıldığını görelim. Testten önce, stres ve korku tepkilerini sınırlamak için hayvanlar ele alınmalı ve aparatlara ve yiyecek ödüllerine maruz bırakılmalıdır. Genellikle, hayvanlar kısıtlı bir diyetle beslenir ve günlük erişim eğitimi seanslarının sonunda yiyecek sağlanır. Bu, hayvanların test sırasında doymamasını sağlar.
Ulaşma görevleri, üç yarığı olan özel olarak tasarlanmış bir odada gerçekleştirilir. Tohumlara ulaşan kemirgenleri içeren görev hakkında konuşalım. Bu tür bir deney için, uzuv tercihini belirlemek için merkezi yarık kullanılır ve bu işleme şekillendirme denir. Bunu yapmak için, farelerin bir seansta sınırlı sayıda olmak üzere her iki uzuvla tohumlara ulaşmasına izin verilir. Şekillendirme seansları, hayvanlar zamanın% 70'inde bir uzuv ile erken ulaşma sergileyene kadar günlük olarak gerçekleştirilir. Daha sonra, tercih ettikleri uzuv, ulaşma aşamasındaki yan yarıklar için döllere yerleştirilen bireysel tohumlara ustaca ulaşmak üzere eğitilir. Her erişim denemesi başarı, düşüş veya başarısız olarak puanlanır. Hayvanların görevi öğrenebilmesi için reach eğitiminin birçok gün boyunca yapılması gerekir. Fareler genellikle birkaç gün içinde bir platoya ulaşır.
Hayvanların tohum yerine makarnaya ulaşmak için eğitildiği durumlarda, deneyci hem eğitim hem de test için yalnızca merkezi yarığı kullanır. Tüm derinliği boyunca delikler açılmış plastik bir blok olan makarna matrisi, kuru makarna ile doldurulur ve haznenin önüne yerleştirilir. Tercih edilen uzuv, farelerin her iki uzuvla ulaşmasına izin verilerek belirlenir. Daha sonra, tercih edilen uzuvun karşısındaki matrisin sadece yarısı doldurularak eğitim yapılır. Ulaşma seansında kırılan makarna parçalarının sayısı ve yeri kaydedilir. Birkaç hafta boyunca, fareler matrisin daha büyük ve daha uzak kısımlarını temizlemeyi öğrenirler.
Artık ön ayak kullanımını test etmek için temel protokolü gözden geçirdiğimize göre, bu görevleri kullanarak bazı güncel deneyleri tartışalım.
İnme sonrası ulaşma davranışları önemli ölçüde bozulur ve rehabilite edici eğitimin türü, inmeden etkilenen uzvun işlevini ne kadar iyi kazandığını etkileyebilir. Burada, bilim adamları, bir fare inme modelinde, paretik olmayan veya "iyi" uzuv ile telafi edici eğitimin, paretik veya "kötü" uzvun ulaşma yeteneğini yeniden kazanma yeteneğini bozduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, paretik uzvun doğrudan eğitilmesi, inme sonrası zaman içinde iyileşmelere neden olur.
Testlere ulaşmanın yanı sıra, kemirgenlerde farklı, daha çeşitli ön ayak becerisi ölçümleri sağlayan makarna veya tahıl işleme testleri gibi başka ön ayak kullanım testleri de vardır. İnmeden sonra, kemirgenler yemek sırasında makarnayı işlemek için kullanılan pençe hareketlerinde eksiklikler gösterir. Bir omurilik yaralanması modelinde, ön pençe teması, bilek hareketleri ve rakam teması dahil olmak üzere tahıl işleme modelleri değiştirilir.
Kemirgenlerdeki görevlere ulaşmaya benzer şekilde, modifiye edilmiş Brinkman tahtası, insan olmayan primatlarda el becerisini test etmek için kullanılabilir. Bu testte maymunlar, açılı bir tahta üzerindeki deliklere yerleştirilen yiyecek peletlerini kavrarlar. Bir kolun kullanımını bozan bir omurilik yaralanmasının ardından, etkilenen el tarafından alınan saçmaların sayısı azalır ve zamanla iyileşmez. Buna karşılık, motor kortekste bir felçten sonra, etkilenen el tarafından alınan topakların sayısı başlangıçta azalır, ancak zamanla iyileşir.
JoVE'nin görevlere ulaşma tanıtımını az önce izlediniz. Bu video, yetenekli ön ayak kullanımı ile ilişkili ilkeleri ve nöral korelasyonları, ulaşma testleri yapmanın genel protokolünü ve beyin veya omurilik yaralanması modellerinde ön ayak el becerisi değerlendirmesini kullanan bazı deneyleri kapsıyordu. Her zaman olduğu gibi, izlediğiniz için teşekkürler!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: Why do behavioral neuroscientists use reaching tasks to study motor function?
Reaching tasks provide a quantifiable measure of forepaw dexterity in rodents, allowing scientists to observe how animals grasp and retrieve food pieces. These tasks measure motor learning and the acquisition of novel movement sequences like flexion, extension, pronation, and supination. Since rodents' motor systems are organized similarly to humans', reaching tasks enable translational research on how brain damage affects motor control in both species.
Q2: What preparation steps are necessary before conducting a reaching task experiment?
Animals should be handled and exposed to the apparatus and food rewards to limit stress and fear responses. Rodents are typically maintained on a restricted diet, with food provided only at the end of daily training sessions. This ensures animals are motivated and not sated during testing, optimizing their performance and engagement with the reaching task.
Q3: How does the shaping process work in seed-based reaching tasks?
Shaping determines limb preference by allowing mice to reach for seeds with both limbs for a limited number of times per session. Daily shaping sessions continue until animals exhibit preferential reaching with one limb 70% of the time. Once preference is established, the preferred limb is trained to skillfully reach for individual seeds placed in divets on the side slits of the reaching stage.
Q4: What is the difference between pasta and seed-based reaching protocols?
Seed-based tasks use three slits to determine limb preference and train the preferred limb on individual seeds. Pasta-based tasks use only the central slit for both training and testing, with a plastic matrix filled with dry pasta. Mice learn to clear larger and more distant portions of the matrix over weeks, with experimenters recording the number and location of pasta pieces broken per session.
Q5: How does direct training of the affected limb compare to compensatory training after stroke?
In mouse stroke models, compensatory training with the non-paretic limb actually impairs the paretic limb's ability to regain reaching function. Conversely, directly training the paretic limb results in measurable improvements over time. This finding demonstrates that targeted rehabilitation of the injured limb is more effective than relying on the unaffected limb for recovery.
Q6: How do spinal cord injuries and strokes differently affect forelimb dexterity in animal models?
After spinal cord injury, rodents show altered cereal handling patterns including changes in forepaw contact, wrist movements, and digit contact. In non-human primates with spinal cord injury, pellet retrieval by the affected hand decreases and does not improve over time. However, after motor cortex stroke, pellet retrieval initially decreases but improves over time, suggesting different recovery mechanisms between injury types.
Q7: What neural pathways control the motor movements required for skilled reaching?
Neural signals for gross and fine motor skills originate in motor areas consisting of primary motor and premotor cortices. These signals travel via the spinal cord to appropriate muscles, producing desired movements. Damage to these motor areas disrupts hand use in humans and forepaw use in rodents, which can be measured and assessed using reaching tasks.