מיומנות מוטורית חקר למידה על ידי משימות להגיע חד גלולה בעכברים

Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Summary

תרגול מתמשך משפר את הדיוק של תנועות מתואמות. כאן אנחנו מציגים את משימה להגיע יחידה גלולה, שנועדה להעריך את כישורי למידה וזיכרון של forelimb בעכברים.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Chen, C. C., Gilmore, A., Zuo, Y. Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice. J. Vis. Exp. (85), e51238, doi:10.3791/51238 (2014).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

אובייקטים שהגיעו ולאחזור דורשים תנועות מוטוריות מדויקות ומתואמת בforelimb. כאשר עכברים מאומנים שוב ושוב כדי להבין ולאחזר תגמולים מזון ממוקמים במיקום מסוים, הביצועים שלהם מנוע (מוגדר כדיוק ומהירות) משפר בהדרגה לאורך זמן, ומישורים לאחר אימון מתמשך. ברגע שמיומנות לכת כאלה היא שולט, האחזקה נוספת שלה אינה דורשת תרגול קבוע. כאן אנחנו מציגים את המשימה להגיע יחידה גלולה ללמוד הרכישה ותחזוקה של תנועות forelimb מיומנים בעכברים. בסרטון הזה, אנו מתארים ראשון התנהגויות של עכברים, כי הם נתקלו בדרך כלל בפרדיגמה למידה והזיכרון הזה, ולאחר מכן לדון כיצד לקטלג התנהגויות אלו ולכמת את התוצאות שנצפו. בשילוב עם גנטיקה עכבר, פרדיגמה זו יכולה להיות מנוצל כפלטפורמה התנהגותית כדי לחקור את הבסיס האנטומי, תכונות פיסיולוגיות, ומנגנונים מולקולריים של למידה וזיכרון.

Introduction

הבנת מנגנוני הלמידה בסיסית וזיכרון היא אחד האתגרים הגדולים ביותר במדעי המוח. במערכת המוטורית, רכישת מיומנויות מוטוריות רומן עם פרקטיקה המכונית לעתים קרובות כלמידה מוטורית, ואילו השמירה על מיומנויות מוטוריות למדו בעבר הוא נחשבה לזיכרון מוטורי 1. לומד מיומנות מוטורית חדשה בדרך כלל בא לידי ביטוי בשיפור בביצועי מנוע רצוי לאורך זמן, עד לנקודה שבה המיומנות המוטורית היא גם שלמות או באופן משביע רצון עקבי. ברוב המקרים, הזיכרון המוטורי רכש יכול להימשך תקופה ארוכה של זמן, גם בהיעדרו של תרגול. בבני אדם, מחקרים הדמייה באמצעות טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET) ותהודה מגנטית תפקודית (fMRI) הראו כי קליפת המוח מוטורי ראשונית (M1) שינויים בפעילות במהלך שלב רכישת המיומנות מוטורית לומדת 2-4, והפרעות זמניות של פעילות M1 ידי גרייה מגנטית בתדר נמוך מובילה לsignificantly שיבש שמירה של שיפור התנהגותי מנוע 5. בדומה לכך, הכשרת forelimb הספציפי בחולדות גורמת פלסטיות תפקודית ואנטומיים בM1, שהודגמה על ידי העלייה של שתי פעילות C-FOS ויחס סינפסה / נוירון בנגדי M1 לforelimb המאומן בשלב מאוחר של מיומנות המוטורית למידה 6. יתר על כן, הפרדיגמה הכשרה דומה גם מחזקת את השכבה 2/3 חיבורים אופקיים בM1 הנגדי המקבילים לforelimb המאומן, וכתוצאה מכך הגברה מופחתת לטווח ארוך (LTP) ודיכאון ארוך טווח משופר (בע"מ) לאחר חולדות לרכוש את המשימות 7. שינוי הסינפטי כזה, לעומת זאת, לא נצפה באזורים בקליפת המוח M1 המתאימים forelimb או hindlimbs 8 לא מאומנים. לחלופין, כאשר M1 פגום באמצעות שבץ, יש ליקויים דרמטיים בforelimb מוטורי מיומנויות ספציפיות 9. בעוד שרוב המחקרים התנהגותיים המוטוריים שנערכו על בני אדם, קוףים, וחולדות 2-8,10-17, עכברים הפכו מערכת מודל אטרקטיבית בגלל הגנטיקה החזקה שלה והעלות נמוכה.

כאן אנו מציגים פרדיגמה למידה מוטורית מיומנות forelimb ספציפי: משימה להגיע יחידה גלולה. בפרדיגמה זו, עכברים מאומנים להאריך forelimbs דרך פתח צר להבנה ולאחזר כדורי מזון (זרעי דוחן) ממוקמים במיקום קבוע, התנהגות מקבילה ללימוד חץ וקשת, חץ זריקת, וכדורי סל ירי באדם. משימה להגיע לזה שונה ממחקרים קודמים עכברוש שהראו תוצאות דומות בין עכברים וחולדות 18. באמצעות ההדמיה transcranial שני פוטונים, העבודה הקודמת שלנו יש אחרי הדינמיקה של קוצים הדנדריטים (מבני postsynaptic לסינפסות מעוררות הרוב) לאורך זמן באימונים. מצאנו שאימון אחד הוביל להופעתם המהירה של קוצים הדנדריטים חדשים על נוירונים פירמידליים בנגדי הקורטקס המוטורי לforelimb המאומן. Sאימון ubsequent של אותה המשימה להגיע מעדיף התייצב קוצים מושרה מידה אלה, שנמשך זמן רב לאחר אימון הופסק 19. יתר על כן, עמוד השדרה שצצה במהלך חזרות להגיע למשימה נטתה אשכול לאורך הדנדריטים, ואילו עמוד השדרה נוצרה במהלך ביצוע בד בבד להגיע למשימה ומשימה אחרת forelimb הספציפי מוטורית (כלומר את משימת טיפול פסטה) לא אשכול 20.

בסרטון הנוכחי, אנו מתארים צעד אחר צעד ההתקנה של הפרדיגמה ההתנהגות הזה, ממניעת המזון הראשונית לעיצוב, ולאימון מוטורי. אנו גם מתארים את ההתנהגויות הנפוצות של עכברים במהלך התהליך של ביצוע הפרדיגמה ההתנהגות הזה, וכיצד התנהגויות אלה מסווגות ונותחו. לבסוף, אנו דנים באמצעי הזהירות הדרוש כדי לתרגל את הפרדיגמה כגון למידה והבעיות שעלולות להיות נתקל במהלך נתונים מנתח.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ניסויים שתוארו בכתב היד הזה בוצעו בהתאם להנחיות והתקנות שנקבעו על ידי אוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז מוסדי הטיפול בבעלי חיים ועדת שימוש.

1. התקנה (ראה גם חומרי רשימה)

  1. השתמש בזרעי דוחן ככדורי מזון.
  2. השתמש קאמרי מחוייט ברור אימון פרספקס (20 סנטימטר, 15 סנטימטר עמוק, ורחב 8.5 סנטימטר, שנמדד מבחוץ, עם העובי של סנטימטר פרספקס 0.5) המכיל שלושה חריצים אנכיים (סדק אחד על קצה 'עיצוב', ושני חריצים על קצה 'ההכשרה' ההפוך). החריצים האנכיים צריכים להיות 0.5 ס"מ רוחב ו 13 סנטימטר ולהיות ממוקם בדופן הקדמי של הקופסה: במרכז, בצד השמאל, ובצד ימין (איור 1 א).
  3. השתמש במגש נטוי להחזיק את הזרעים המשמשים במהלך פגישות בעיצוב. המגש יכול להיות מותאם אישית משלוש שקופיות זכוכית (איור 1).
  4. תכשיריםמחדש פלטפורמת מזון (8.5 סנטימטר, רוחבו 4.4 סנטימטר, ו0.9 סנטימטר). פלטפורמת מזון זו ממוקמת בצד הקדמי (מול המאמן) של חדר אימונים במהלך אימונים. ישנם שני חריצי divot על פלטפורמת מזון לזרעי מיצוב, חריץ אחד בצד השמאל, ואת החריץ האחר בצד ימין. Divots הוא 0.3 סנטימטר מהקצה הארוך, ו2.4 סנטימטר מקצה הרוחב (איור 1 ג). השמאל וחריצי divot תקין מתאימות לחריץ ימין ועל השמאל בחדר אימוני העכבר ומשמשים לאימונים של forelimbs הדומיננטי. המטרה שיש חריצי divot אלה היא להבטיח כי הזרע ממוקם באופן עקבי באותו המקום עבור כל ניסיון להגיע.
  5. במהלך מפגשים יש ביד זוג המלקחיים, בהיקף במשקל, ושעון עצר.

2. מזון מניעת (2 ימים)

  1. לשקול כל עכבר כדי להשיג משקל גוף בסיסי לפני מניעת מזון.
  2. מזון-להגביל את העכברים במשך 2 ימים ליזום משקל גוףהפסד. כנקודת מוצא כללית, ניתנים עכברים 0.1 גרם של מזון לכל 1 גרם משקל גוף ליום (לדוגמא עכבר במשקל 15 גרם, אנחנו בדרך כלל מתחילים עם 1.5 גרם של מזון). התאם את כמות מזון המבוססת על משקל הגוף הבסיסי, קצב ירידה במשקל, מין וגיל של עכברים. בעוד משקל הגוף עשוי להמשיך ולהקטין קצת יותר בשלב העיצוב, משקל גוף מופחת כזה (כלומר ~ 90% ממשקל הבסיס המקורי) צריכים להישמר לאורך כל אימון (2A דמויות ו2B). כמות המזון הנחוצה כדי לשמור על משקל גופו של העכבר היא בדרך כלל זהה לסכום ששמש להגבלה.

3. עיצוב (ימי 3-7)

  1. התאקלמות בית גידול הקבוצה (יום 1): שים את שני עכברים לתוך חדר אימונים באותו הזמן. הנח כ 20 זרעים / עכבר בתוך החדר לצריכה שלהם. לאפשר לעכברים כדי להישאר בחדר במשך 20 דקות ולאחר מכן החזירו אותם לביתםכלוב.
  2. התאקלמות בודדת בית גידול (יום 2): באותה הגדרה כמו בשלב 3.1, אבל מקום עכברים לתוך תא אימון בנפרד. המטרה של קבוצה והתאקלמות בית גידול יחידה היא להשיג את העכברים מכירים את שניהם לחדר אימונים וזרעי דוחן.
  3. קביעת דומיננטיות forelimb (יום 3 ומאוחר יותר): הנח את צד חריץ אחד של חדר אימונים פונה כלפי מטה (1D איור). מלא את מגש האוכל עם זרעים. לחץ על אוכל מגש אל הקיר הקדמי של חדר אימונים כדי לאפשר לזרעים נגישים לעכבר. הנח עכברים לכלוב בנפרד. אם הם מספיק מתעניינים בזרעים הממוקמים על מגש האוכל, הם היו לחרוש דרך החריץ כדי לקבל את הזרע בפנים. אז הם יאספו את הזרעים ולצרוך אותם. 'עיצוב' נחשב מוגמר כאשר שני התנאים הבאים: 1) העכבר מבצע 20 ניסיונות להגיע בתוך 20 דקות, ו2) מגיע ליותר מ -70% הוא performed עם forelimb אחד.

הערות:

  1. אם העכבר משתמש בלשון שלו כדי לקבל את הזרעים לתוך התא, להעביר את המגש חזרה מהחריץ במקצת. העלייה במרחק להגיע מרתיעה את העכבר כדי להשתמש בלשונה לרכוש את הזרע, ולכן מאפשרת forelimb לכת.
  2. אם העכבר לא יכול לסיים בעיצוב תוך שבוע, שחררת אותו מהניסוי.

4. הדרכה (8 + ימים)

  1. הנח את צד שני הסדקים של חדר אימונים פונה כלפי מטה (איור 1E).
  2. מקם את העכברים בכלוב בנפרד. שים את הזרעים בודדים על פלטפורמת המזון בdivot המתאים לכפה המועדפת (כלומר לעכבר ימני, השתמש בחריץ בצד הימני של העכבר).
  3. להתבונן בהתנהגות הגיעה עכבר ואת הציון על פי הקטגוריות הבאות:
    1. הצלחה: העכבר מגיע עם כפה מועדפת, תפיסות וretrieves הזרע, ומזין אותו לתוך הפה שלה.
    2. זרוק: העכבר מגיע עם כפה מועדפת, תופס את הזרעים, אך שומט אותו לפני שמכניס אותו לפה שלה.
    3. Fail: העכבר מגיע עם כפה מועדפת כלפי הזרע, אבל זה גם מחטיא את הזרע או דופק אותו מצלחת האחזקה.
  4. לאמן את העכברים ל30 ניסיונות לכת על האיבר המועדף או 20 דקות (הקודמת מביניהם) ליום.
  5. מניחים את העכברים חזרה לכלוב בבית שלהם אחרי אימון ולספק קוונטי מזון יומיים.

הערות:

  1. במקרים מסוימים, עכברים להגיע אפילו כאשר אין זרע מונח על פלטפורמת המזון. דרגים כאלה נחשבים "מגיע ב- לשווא" ולא נספרים כלפי המספר הכולל של ניסיונות להגיע. כדי להרתיע "מגיע ב- לשווא", עכברי רכבת ללכת בחזרה לקצה השני של חדר אימונים לפני הנחת הזרעים הבאים. אסטרטגיה דומה כבר נעשה שימוש בעכבריםs למשימה התנהגותיות דומה 21. עכברים לפעמים גם להגיע עם כפת nonpreferred בנוכחות הזרע. דרגים אלו נחשבים ל 'מגיע נגדי' ולא לסמוך כלפי המספר הכולל של דרגים או.
  2. כדי להגביל וריאציות התנהגותיות בשל התנודות בקצב היממה, לבצע את כל ההפעלות בעיצוב והכשרה באותו הזמן של היום, בשעות הערות רגילות לעכברים.
  3. כדי להימנע מוריאציה התנהגותית בשל מאמנים שונים, ודא שאותו האדם מאמן את אותה העכברים לאורך כל הניסוי.
  4. תשומת לבם של עכברים הוא קריטי למבחן התנהגות זו. לאמן את העכברים בחדר נפרד ושקט כדי למזער את ההפרעות סביבתיות.
  5. ניתן לאמן עכברים עם יותר מ 30 מגיע מדי יום (למשל 50 מגיע). הגדלת מספר הניסיונות להגיע מאפשרת לבחון שיפור התנהגותי באותו אימון.

5. Datכימות

ישנן דרכים רבות כדי לכמת התנהגות עכבר לאחר אימון. שני ניתוחים הכי ישר קדימה הם:

  1. שיעור הצלחה = דרגים מוצלחים על סך ניסיונות להגיע, מוצגים באחוזים. ניתן להתוות שיעורי ירידה וכישלון באותה הדרך.
  2. מהירות של הצלחה = מספר הניסיונות המוצלחים מחולקים בזמן, הציגה דרגים מוצלחים כמו לדקה. ברוב המקרים, את המהירות של הצלחה ממשיכה לגדול, גם כאשר שיעור ההצלחה משיג הרמה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

עקומת למידה:

שליטה במיומנות מוטורית לעתים קרובות דורשת תרגול מתמשך לאורך זמן. עקומה אופיינית ממוצע למידה מורכבת משני שלבים: בשלב רכישה ראשוני שבמהלכו משפר את שיעור ההצלחה בהדרגה, ושלב גיבוש מאוחר יותר, כאשר שיעור ההצלחה מגיע למישור (איור 2 ג). יש לציין את עקומות הלמידה של עכברים בודדים להשתנות; עכברים שונים לקחת מספר שונה של ימים כדי להגיע לרמת הרמה, ועקומות למידה של פרט הן בדרך כלל לא חלק כמו ממוצע אחת. דרך נוספת להציג השיפור של העכבר של מיומנויות לכת היא המהירות של הצלחה, המשקפת את ביצועי מנוע הכוללים על ידי לקיחת חשבונות של המהירות שהגיעה, כמו גם הדיוק. באופן כללי, את המהירות של הצלחה ממשיכה להשתפר אחרי העכבר מגיע שיעור ההצלחה רמתה (איור 2 ד).

בנוסף לוריאציה בודדתים של ביצועים, כמה עכברים לא יצליחו ללמוד את המשימה (2E איור). "Nonlearners" אלה בדרך כלל לבצע ניסיונות ראשוניים להגיע לזרעים, אך מסיבות לא ידועות לבצע גרוע למרות אימונים חוזרים ונשנים. בדרך כלל הם מאבדים עניין בהגעה לזרעים אחרי נכשל ברציפות ניסיונות ולהפסיק להגיע אחרי 6-8 ימים. לעומת זאת, כמה עכברים הם מעל מעוצב (איור 2E). עכברים בצורת פני אלה מתחילים בדרך כלל עם שיעור גבוה מאוד של הצלחה (> 40%), ולא עושים שיפור משמעותי (כלומר עליית 15% בשיעור הצלחה בהשוואה ליום הראשון של אימונים) בביצועי מנוע עם הכשרה מתמשכת. עקומות הלמידה שלהם להישאר שטוחות יחסית, או אולי אפילו ירידה עם אימוני המשך.

זיכרון מוטורי:

נתונים הקודמים שלנו הראו שברגע שתנועה מיומנת מוטורית היא שולטת באמצעות תרגול חוזר ונשנה, זה יכול להיות מאוחסן בצורה של זיכרון מוטורי וpracti נוסףCES אינם נדרשים לתחזוקה שלו 19. זיכרון מוטורי זה יכול להימדד על ידי עצירת האימונים אחרי עכברים הגיעו לרמה רמה של אחוזי הצלחה, ובדקו שוב את הביצועים שלהם לאחר תקופה ארוכת מנוחה (למשל כמה חודשים). עכברי סבה מקצועיים בדרך כלל מתחילים עם שיעורי הצלחה דומים כפי שציינו בסוף האימון קודם, ולשמור על שיעור הצלחה גבוה בימים שלאחר מכן. לעומת זאת, עכברים נאיביים באותו גיל מתחילים בדרך כלל עם שיעורי הצלחה נמוכים יותר באופן משמעותי ולשפר בהדרגה את הביצועים שלהם עם תרגול 19 (איור 2F). בעוד מניעת מזון (2 ימים) לפני תחילתו של הסבה נדרש, עיצוב מחדש של העכברים אומנו בעבר לא הכרחי.

איור 1
איור 1. עיצוב של אימוני עכברקאמרי. א תצלום של חדר ההדרכה, עם ממדים מצויינים. B. תצלום של מגש זרע העיצוב, עשוי משלוש שקופיות דבוקות יחד ולהציב מול קאמרי בעיצוב. ערימה של זרעי דוחן ממוקמות ליד השוקת של מגש הזרע. ג תצלום של מגש האוכל לאימונים, ממוקמים מול חדר האימונים. זרעי דוחן אחד ממוקם על divot (הצביע בחצים) שמתאים לאימוני forelimb הנכונים. מידות והמיקום של divot מסומנים בתמונה. ד ציור קריקטורה של חדר העיצוב. הצד אחד החריץ של חדר אימונים מושם פונה כלפי מטה. הם זרעים שממוקמים מול החריץ ועכברים באמצע יכול להשתמש בשתי כפות לחרוש את הזרעים. E. ציור קריקטורה של חדר אימונים. צד שני הסדקים של חדר אימונים מושם פונה כלפי מטה. זרע אחד ממוקם על מגש האוכל בחזית של החדר שלמואר מתאים לאיבר המועדף (במקרה זה, forelimb מימין). (D ו-E, ששונה משו et al. 19). לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

איור 2
איור 2. . א ציר זמן כללי נציג תוצאות של יחיד גלולה עכבר לכת משימות של עיצוב ניסיוני. B. דוגמא לאובדן משקל גוף לעכבר אחת במניעת מזון (F), עיצוב (S), ואימון (T). C . שיעורי הצלחה ממוצע ישתפרו עם הזמן במהלך אימון (n = 39). שיעורי E. הצלחה. מהירות ד הממוצעת הצלחה מאותה הקבוצה של עכברים שהוצגה ב-C שלבמהלך אימון לעכבר בצורת שוב ועכבר nonlearning. ביצועים מוטוריים פ של pretrained (n = 14) ונאיבי (n = 10) עכברים בוגרים במהלך אימון 4 יום (שונה משו et al. 19). כל הנתונים מוצגים כממוצע ± SEM, ***, P <0.001. לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

חשיבותו של שלב העיצוב:

בגלל חרדה מוגברת מלהיות בסביבה לא מוכרת, קשה בדרך כלל לעכברים להיות מאומנים בסביבת רומן 21,22. לכן, המטרה של עיצוב היא להכיר עכברים עם חדר האימונים, המאמן (כלומר להפחית את רמות החרדה שלהם), ואת דרישות המשימה (כלומר לזהות זרעים כמקור מזון). מטרה נוספת של העיצוב היא לקבוע את הגפיים המועדפים של עכברים בודדים לאימונים עתידיים. במהלך עיצוב, זה קריטי, כי העכברים הם לא בצורת מעל, כפי שהוא עשוי לספק "מפגשים להגיע בפועל" לא רצויים, אשר היה להגדיל מלאכותי את שיעור ההצלחה בשלב הלמידה הראשוני, וכתוצאה מכך או אין שיפור לאחר מכן קטן של שיעור הצלחה ב מאוחר יותר אימון (2E איור). במקרים אלה, ולא רק לחרוש את הזרע לתוך הכלוב ולאחר מכן מרים אותו לאכול, בצורת יתרעכברים כבר החלו לפתח את הכישורים להגיע בשלב העיצוב. הדרך היחידה להגביל את יתר העיצוב היא התבוננות חדה במהלך המפגשים בעיצוב. צריכים להיות שלילי עכברים בצורת מעל מניתוח נתונים. מצד השני, חשוב לא פחות, כי עכברים אינם תחת בצורה. אם העכבר אינו מזהה את זרעי דוחן כמקור מזון, אם העכבר הוא לא מכיר את דרישת המשימה, ו / או אם העכבר הוא להוט מדי, זה יהיה לחוות קשיים במהלך האימונים וסבירים להניח בסופו של כnonlearner (איור 2E, ראה גם "nonlearners" להלן).

יישום בקרות נאותות:

כדי לקבוע אם או לא השינויים הקשורים הם עקב למידה מוטורית לכת ספציפית, חשוב ליישם צורות שונות של פקדים. ניתן להשתמש במספר בקרות: 1) קבוצת הביקורת הכללית: בקבוצה זו, עכברים לא חווים אימונים או עיצוב, אבל הגבלת מזון,גמול מזון (זרעים), וטיפול. 2) קבוצת ביקורת עיצוב: עכברים בחוויה זו קבוצת תקופת עיצובה כפי שתואר לעיל (ראה פרוטוקולים), אולם הם לא הוכשרו לאחר מכן. במקום זאת, הם ממוקמים בכלוב האימון ל20 דקות, ומסופקים עם כ 20 זרעים / עכבר. קבוצת ביקורת העיצוב שימושית לקביעה האם ניסיון של תקופת העיצוב נגרם כל פלסטיות באזורים במוח המעוניין. 3) קבוצת ביקורת פעילות: בקבוצה זו, עכברים לחוות את אותם תנאים בדיוק כמו העכברים מאומנים למעט בתקופת ההכשרה, הזרע ממוקם תמיד מחוץ לטווח ההגעה או מוחזק על ידי המאמן. לפיכך, פעילותם של שרירי forelimb דומה לעכברים מאומנים, אבל העכברים בקבוצת ביקורת הפעילות, בניגוד לעכברים המאומן, לא לרכוש את מיומנויות לכת. כדי לקדם את הניסיונות להגיע לרציפים, זרעים הם ירדו מעת לעת בחדר האימונים מחריץ לכת, ועכברים היינו להרים את יםeeds לצריכה. רוב פקדי פעילות לוותר להגיע אחרי 6-8 ימים של אימונים.

Nonlearners:

לא ברור מדוע חלק מעכברים ללמוד בעוד שאחרים לא. ספקולציות מהחוויות שלנו, חלק מnonlearners אלה יכול לנבוע משיקול הדעת שגויה של העדפת כפה, ובכך הרכישה של תנועה מיומנת הקשו על ידי אימון איבר nondominant. ייתכן גם שמתחת לעיצוב אחראי לnonlearners אלה, לעכברים אלה אינם ברורים על דרישת המשימה, ו / או עדיין לא מרגישים בנוח עם סביבת הבדיקות. סיבות אפשריות נוספות כוללות ירידה במשקל במהירות ו / או יותר מדי ירידה במשקל מדי, בעוד שאחרים אולי איבדו לא מספיק במשקל, שבו גם תרחיש יגרום לירידה ברמת רעב ומוטיבציה הקשתה להגיע למזון, ובכך הופכת את תהליך הלמידה קשה . ללא קשר לסיבות, nonlearners אלה לא ירכוש ולא להשתלט על מיומנויות לכת, ועשוי להיות treateד כסוג נוסף של קבוצת ביקורת, המשלימים את הסוגים השונים של פקדים שהוזכרו לעיל.

מעגלים ללמידה מוטורית וזיכרון:

אזורי מוח רבים זוהו להיות מעורבים בלמידה מוטורית. בנוסף לקליפת המוח המוטורי הראשוני 6,7,19,23, רבים אזורי מוח אחרים כגון nigra משמעותי ואזור הטגמנטום הגחוני 16,24, הסטריאטום 25, ו26 היפוקמפוס הוצעו גם לשחק תפקידים חשובים בזרע אחד להגיע למשימה הציגה כאן. לכן, הזרע אחד מגיע למשימה עשוי להיות שימושי ללימודים רבים אזורים מפלים של המוח המכרסם הקשורים ללמידה מוטורית. יתר על כן, יש שפע של משימות אחרות מנוע, כל אחד עם דפוס temporospatial משלו של ביצוע מוטורי, כמו גם מאקרו / microstructures המוח מעורב. לדוגמא, rotarod המואץ נעשה שימוש כדי ללמוד זיכרון מוטורי לטווח ארוך בשני סטריאטום והיפוקמפוסמוגלה 27, תגובת אוויר מצמוץ העיכוב עוסקת למידה מוטורית פרוצדורליים משתמעת שמתווכת בעיקר על ידי 28,29 המוח הקטן, ואילו משימת הריצה הגלגל תלויה בתפקוד התקין של הסטריאטום הגבי 30. אפילו למטלות המוטוריות שיגרמו לארגון מחדש סינפסה בקליפת המוח (כלומר משימת Capellini הטיפול והמשימה להגיע יחידה גלולה), קבוצות שונות של סינפסות צפויות להיות מעורבים במשימות שונות 19. נתונים אלה מצביעים על כך שיש לי כל משימת מנוע יכולה קידוד עצבי הספציפי משלו, על ידי גיוס אזורים שונים במוח, אוכלוסיות נוירונים וערכות סינפסה. יש להשתמש בניסויים נכון ללמוד מבנים שונים במוח ומעגלים מוטוריים.

לסיכום, יש לנו הצגתי פרוטוקול מפורט כיצד לבצע את המשימה להגיע יחידה גלולה בעכברים. פרוטוקול אמין ותקף זה יהיה שימושי עבור חוקרי עתיד שמעוניינים ללמוד דוochemical, שינויים מבניים, פיסיולוגיים, וגנטיים באזורים רבים מפלים של מוח העכבר הקשורים ללמידה מוטורית והיווצרות זיכרון.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים מצהירים שום ניגוד עניינים.

Acknowledgments

עבודה זו נתמכה על ידי מענק (1R01MH094449-01A1) מהמכון הלאומי לבריאות הנפש לYZ

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Training chamber in clear acrylic box For dimensions, see Figure 1A
Tilted tray for shaping Custom-made from glass slides, see Figure 1B
Food platform for training For dimensions, see Figure 1C
Millet seeds  Filtered from “Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food” (All Living Things)
Forceps For placing the seeds
A weighing scale For daily body weight measurement
A stopwatch For time measurement during shaping/training sessions

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Schmidt, R. A. Motor Learning Principles for Physical Therapy. Foundations for Physical Therapy. Contemporary Management of Motor Control Problems, Proceedings of the II STEP Conference. Alexandria, VA. 49-63 (1991).
  2. Honda, M., Deiber, M. P., Ibanez, V., Pascual-Leone, A., Zhuang, P., Hallett, M. Dynamic cortical involvement in implicit and explicit motor sequence learning. A PET study. Brain. 121, 2159-2173 (1998).
  3. Karni, A., Meyer, G., Jezzard, P., Adams, M. M., Turner, R., Ungerleider, L. G. Functional MRI evidence for adult motor cortex plasticity during motor skill learning. Nature. 377, 155-158 (1995).
  4. Karni, A., et al. The acquisition of skilled motor performance: fast and slow experience-driven changes in primary motor cortex. Proc. Natl Acad. Sci. U.S.A. 95, 861-868 (1998).
  5. Muellbacher, W., et al. Early consolidation in human primary motor cortex. Nature. 415, 640-644 (2002).
  6. Kleim, J. A., Hogg, T. M., VandenBerg, P. M., Cooper, N. R., Bruneau, R., Remple, M. Cortical synaptogenesis and motor map reorganization occur during late, but not early, phase of motor skill learning. J. Neurosci. 24, 628-633 (2004).
  7. Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Donoghue, J. P. Learning-induced LTP in neocortex. Science. 290, 533-536 (2000).
  8. Rioult-Pedotti, M. S., Friedman, D., Hess, G., Donoghue, J. P. Strengthening of horizontal cortical connections following skill learning. Nat. Neurosci. 1, 230-234 (1998).
  9. Farr, T. D., Whishaw, I. Q. Quantitative and qualitative impairments in skilled reaching in the mouse (Mus musculus) after a focal motor cortex stroke. Stroke J. Cereb. Circ. 33, 1869-1875 (2002).
  10. Huang, V. S., Haith, A., Mazzoni, P., Krakauer, J. W. Rethinking motor learning and savings in adaptation paradigms: model-free memory for successful actions combines with internal models. Neuron. 70, 787-801 (2011).
  11. Smith, M. A., Ghazizadeh, A., Shadmehr, R. Interacting adaptive processes with different timescales underlie short-term motor learning. PLoS Biol. 4, (2006).
  12. Pavlides, C., Miyashita, E., Asanuma, H. Projection from the sensory to the motor cortex is important in learning motor skills in the monkey. J. Neurophysiol. 70, 733-741 (1993).
  13. Paz, R., Boraud, T., Natan, C., Bergman, H., Vaadia, E. Preparatory activity in motor cortex reflects learning of local visuomotor skills. Nat. Neurosci. 6, 882-890 (2003).
  14. Paz, R., Vaadia, E. Learning-induced improvement in encoding and decoding of specific movement directions by neurons in the primary motor cortex. PLoS Biol. 2, (2004).
  15. Plautz, E. J., Milliken, G. W., Nudo, R. J. Effects of repetitive motor training on movement representations in adult squirrel monkeys: role of use versus learning. Neurobiol. Learn. Mem. 74, 27-55 (2000).
  16. Hosp, J. A., Pekanovic, A., Rioult-Pedotti, M. S., Luft, A. R. Dopaminergic projections from midbrain to primary motor cortex mediate motor skill learning. J. Neurosci. 31, 2481-2487 (2011).
  17. Adkins, D. L., Boychuk, J., Remple, M. S., Kleim, J. A. Motor training induces experience-specific patterns of plasticity across motor cortex and spinal cord. 101, 1776-1782 (2006).
  18. Whishaw, I. Q. An endpoint, descriptive, and kinematic comparison of skilled reaching in mice (Mus musculus) with rats (Rattus norvegicus). Behav. Brain Res. 78, 101-111 (1996).
  19. Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462, 915-919 (2009).
  20. 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).
  21. Whishaw, I. Q., Whishaw, P., Gorny, B. The structure of skilled forelimb reaching in the rat: a movement rating scale. J .Vis. Exp. (2008).
  22. Bailey, K. R., Crawley, J. N. Anxiety-Related Behavior in Mice. In Buccafusco JJ (Ed.) Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. Chapter 5, 2nd ed. CRC Press. Raton, FL. (2009).
  23. Yu, X., Zuo, Y. Spine plasticity in the motor cortex. Curr. Opin. Neurobiol. 21, 169-174 (2011).
  24. Qian, Y., Chen, M., Forssberg, H., Diaz Heijtz, R. Genetic variation in dopamine-related gene expression influences motor skill learning in mice. Genes Brain Behav. 12, 604-614 (2013).
  25. MacLellan, C. L., Gyawali, S., Colbourne, F. Skilled reaching impairments follow intrastriatal hemorrhagic stroke in rats. Behav. Brain Res. 175, 82-89 (2006).
  26. Hong, S. M., et al. Reduced hippocampal neurogenesis and skill reaching performance in adult Emx1 mutant mice. Exp. Neurol. 206, 24-32 (2007).
  27. Bureau, G., Carrier, M., Lebel, M., Cyr, M. Intrastriatal inhibition of extracellular signal-regulated kinases impaired the consolidation phase of motor skill learning. Neurobiol. Learn. Mem. 94, 107-115 (2010).
  28. McCormick, D. A., Lavond, D. G., Thompson, R. F. Neuronal responses of the rabbit brainstem during performance of the classically conditioned nictitating membrane (NM)/eyelid response. Brain Res. 271, 73-88 (1983).
  29. Molinari, M., et al. Cerebellum and procedural learning: evidence from focal cerebellar lesions. Brain. 120, 1753-1762 (1997).
  30. Willuhn, I., Steiner, H. Motor-skill learning in a novel running-wheel task is dependent on D1 dopamine receptors in the striatum. Neuroscience. 153, 249-258 (2008).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics