Studie Motor Ervaring Leren door Single-pellet bereiken Taken in Muizen

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 1 hour 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

Bestendige praktijk verbetert de precisie van gecoördineerde bewegingen. Hier introduceren we een pellet bereiken taak die is ontworpen om het leren en het geheugen van de voorpoot deskundigen in muizen te evalueren.

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

Het bereiken van en het ophalen van objecten vereist nauwkeurige en gecoördineerde motorische bewegingen in de voorpoot. Wanneer muizen herhaaldelijk zijn opgeleid om te begrijpen en voedsel beloningen gepositioneerd op een specifieke locatie, hun motorische prestaties (gedefinieerd als nauwkeurigheid en snelheid) verbetert geleidelijk in de tijd, en plateaus te halen na aanhoudende training. Zodra een dergelijk verstrekkende vaardigheid wordt beheerst, heeft de verdere handhaving niet constant oefening nodig. Hier introduceren we een single-pellet bereiken taak om de aanschaf en het onderhoud van geschoolde voorpoot bewegingen in muizen te bestuderen. In deze video, beschrijven we eerst het gedrag van muizen die vaak worden aangetroffen in het leren en geheugen paradigma, en dan bespreken hoe deze gedragingen categoriseren en kwantificeren van de waargenomen resultaten. Gecombineerd met de muis genetica, kan dit paradigma worden gebruikt als een gedrags-platform om de anatomische onderbouwing, fysiologische eigenschappen en moleculaire mechanismen van leren en geheugen te verkennen.

Introduction

Inzicht in de mechanismen van leren en geheugen is een van de grootste uitdagingen in de neurowetenschappen. In het motorische systeem, is het verwerven van nieuwe motorische vaardigheden met de praktijk vaak aangeduid als motorisch leren, terwijl het behoud van eerder geleerde motorische vaardigheden wordt beschouwd als motor geheugen 1. Het leren van een nieuwe motorische vaardigheid wordt meestal weerspiegeld in verbetering van de gewenste motorische prestaties in de tijd, tot een punt wanneer de motorische vaardigheden ofwel geperfectioneerd of tevredenheid consistent. Voor de meeste gevallen, kan de verworven motor geheugen blijven voor een lange tijd, zelfs zonder praktijk. Bij de mens, neuroimaging studies met behulp van positron emissie tomografie (PET) en functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) hebben aangetoond dat de primaire motorische cortex (M1) activiteit veranderingen tijdens de acquisitie fase van motorische vaardigheden leren 2-4, en tijdelijke storing van M1-activiteit door lage frequentie transcraniële magnetische stimulatie leidt tot significantly verstoord behoud van motor gedragsmatige verbetering 5. Evenzo voorpoot-opleiding in ratten induceert functionele en anatomische plasticiteit in de M1, geïllustreerd door de toename van zowel c-fos als synapsvorm / neuron verhouding in het M1 contralateraal van de getrainde voorpoot tijdens de late fase van motorische leren 6. Bovendien is een vergelijkbare training paradigma versterkt ook laag 2/3 horizontale verbindingen in de contralaterale M1 overeenkomt met de getrainde voorpoot, wat resulteert in verminderde lange termijn potentiëring (LTP) en verbeterde lange termijn depressie (LTD) na ratten verwerven van de taken 7. Dergelijke synaptische modificatie is echter niet waargenomen bij de M1 corticale gebieden overeenkomen met ongetrainde voorpoot of achterpoten 8. Als alternatief, wanneer de M1 is beschadigd door een beroerte, zijn er dramatische tekorten in voorpoot specifieke motorische vaardigheden 9. Terwijl de meeste van de motor gedrags studies zijn uitgevoerd op mensen, apens, en ratten 2-8,10-17, muizen uitgegroeid tot een aantrekkelijk model systeem vanwege zijn krachtige genetica en lage kosten.

Hier presenteren we een voorpoot specifieke motorische vaardigheden leren paradigma: een single-pellet bereiken taak. In dit paradigma worden muizen getraind om hun voorpoten te breiden door een smalle spleet te begrijpen en op te halen voedsel pellets (gierst zaden) geplaatst op een vaste locatie, een gedrag analoog aan het leren boogschieten, dart-gooien, en schieten basketballen bij de mens. Dit bereiken taak is gewijzigd van afgelopen rat studies die hebben aangetoond soortgelijke resultaten tussen muizen en ratten 18. Met behulp van twee-foton transcraniële beeldvorming, heeft ons vorige werk tijdens deze training de dynamiek van dendritische stekels (postsynaptische structuren voor de meerderheid prikkelende synapsen) in de tijd gevolgd. We vonden dat een enkele training geleid tot een snelle opkomst van nieuwe dendritische stekels op piramidale neuronen in de motorische cortex contralateraal van de getrainde voorpoot. Subsequent opleiding van hetzelfde bereiken taak bij voorkeur gestabiliseerd deze-learning geïnduceerde stekels, die bleef lang na de training beëindigd 19. Bovendien stekels die bleek tijdens herhalingen van het bereiken taak neiging te clusteren langs dendrieten, terwijl stekels gevormd tijdens tandem uitvoering van het bereiken van de taak en een andere voorpoot-specifieke motorische taak (dwz de pasta handling taak) niet clusteren 20.

In de huidige video beschrijven we stap voor stap het instellen van deze gedragsproblemen paradigma van de eerste onthouden van voedsel te vormen, en sensomotorische training. We hebben ook de gemeenschappelijke gedrag van muizen beschrijven tijdens het proces van het uitvoeren van deze gedrags paradigma en hoe deze gedragingen worden gecategoriseerd en geanalyseerd. Tot slot bespreken we de voorzorgsmaatregelen die nodig zijn om een ​​dergelijk leerparadigma oefenen en de onderwerpen die tijdens de data-analyses kunnen worden aangetroffen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Experimenten in dit manuscript beschreven werden uitgevoerd in overeenstemming met de uiteengezet door de Universiteit van Californië, Santa Cruz Institutional Animal Care en gebruik Comite richtlijnen en voorschriften.

1. Setup (zie ook Materials List)

  1. Gebruik gierst zaden als voedsel pellets.
  2. Gebruik een op maat gemaakte heldere plexiglas training kamer (20 cm hoog, 15 cm diep en 8,5 cm breed, gemeten van buiten, met de dikte van het plexiglas 0,5 cm) dat drie verticale sleuven (een sleuf op 'vormgeven' edge bevat, en twee sleuven aan de tegenovergestelde 'training' edge). De verticale sleuven moet 0,5 cm breed en 13 cm hoog en te vinden op de voorwand van de box: in het midden, aan de linkerkant en aan de rechterkant (figuur 1A).
  3. Gebruik een gekantelde tray om de zaden gebruikt tijdens het vormgeven sessies houden. De lade kan op maat worden gemaakt van drie glaasjes (Figuur 1B).
  4. Prepare een levensmiddel platform (8,5 cm lang, 4,4 cm breed en 0,9 cm hoog). Dit voedsel platform is aan de voorzijde (met uitzicht op de trainer) van de opleiding kamer is opgesteld tijdens trainingen. Er zijn twee graszode sleuven op het voedsel platform voor positionering zaden, een sleuf aan de linkerkant, en de andere sleuf aan de rechterkant. De graszoden zijn 0,3 cm van de lange zijde, en 2,4 cm van de breedte (figuur 1C). De linker en rechter graszode sleuven corresponderen met de linker en rechter gleuf in de muis training kamer en wordt gebruikt voor de opleiding van dominante voorpoten. Het doel van het hebben van deze graszode slots is dat het zaad steeds op dezelfde plaats voor elke bereiken poging wordt geplaatst.
  5. Tijdens sessies in de hand een tang, weegschaal, en stopwatch.

2. Het onthouden van voedsel (2 dagen)

  1. Weeg elke muis een basislijn lichaamsgewicht te krijgen voordat het onthouden van voedsel.
  2. Food-beperken muizen gedurende 2 dagen om lichaamsgewicht te initiërenverlies. Als algemeen uitgangspunt, zijn muizen die 0,1 g voedsel per 1 gram lichaamsgewicht per dag (bijvoorbeeld een muis met een gewicht van 15 g, beginnen we meestal met 1,5 g van voedsel). Pas de hoeveelheid voedsel basis van het basis lichaamsgewicht, de snelheid van gewichtsverlies, geslacht en leeftijd van de muizen. Terwijl het lichaamsgewicht mag een beetje meer afnemen in de vormgeving fase, zoals verminderd lichaamsgewicht (dwz ~ 90% van de oorspronkelijke basislijn gewicht) moet de gehele opleiding (Figuren 2A en 2B) gehandhaafd. De hoeveelheid voedsel nodig de muis lichaamsgewicht is grotendeels hetzelfde als gebruikt in restrictie hoeveelheid.

3. Shaping (3-7 dagen)

  1. Groep habitat acclimatisatie (Dag 1): Plaats twee muizen in de opleiding kamer tegelijk. Plaats ongeveer 20 zaden / muis in de kamer voor hun consumptie. Laat de muizen om te verblijven in de kamer gedurende 20 minuten en zet ze terug in hun huiskooi.
  2. Individuele leefgebied acclimatisatie (Dag 2): Het zelfde opstelling als in stap 3.1, maar plaats muizen in de opleiding kamer individueel. Het doel van groeps-en individuele leefgebied acclimatisatie aan de muizen vertrouwd met zowel de training kamer en de gierst zaden krijgen.
  3. Bepaling van de voorpoot dominantie (dag 3 en later): Plaats de enkelvoudige spleet kant van de opleiding kamer naar beneden (figuur 1D). Vul het voedsel lade met zaden. Druk de eetbak tegen de voorwand van de training kamer om de zaden toegankelijk voor de muis toe. Plaats muizen in de kooi afzonderlijk. Als ze voldoende geïnteresseerd in de zaden op de eetbak, zouden ze ploegen door de gleuf om het zaad binnen te krijgen. Zij zullen dan halen de zaden en verbruiken ze. 'Shaping' wordt beschouwd als voltooid wanneer beide van de volgende criteria wordt voldaan: 1) de muis voert 20 bereiken pogingen binnen 20 min, en 2) meer dan 70% bereikt zijn performed met een voorpoot.

Opmerkingen:

  1. Als de muis gebruikt zijn tong om de zaden te krijgen in de kamer, breng de lade terug uit de gleuf iets. De toename reikafstand ontmoedigt de muis om de tong om zaad te verkrijgen en als zodanig de voorpoot bereiken.
  2. Als de muis niet kan afmaken vormgeven binnen een week, zet het uit het experiment.

4. Training (8 + dagen)

  1. Breng het dubbele-spleet kant van de opleiding kamer naar beneden (figuur 1E).
  2. Plaats de muizen in de kooi afzonderlijk. Zet individuele zaden op de voedsel-platform in de graszode die overeenkomt met de gewenste poot (dwz voor de rechtshandige muis, gebruik de gleuf aan de rechterkant van de muis).
  3. Observeer muis bereiken gedrag en scoren volgens de volgende categorieën:
    1. Succes: De muis komt met voorkeur poot, grepen en retrieves het zaad, en voedt het in zijn mond.
    2. Drop: De muis komt met voorkeur poot, grijpt het zaad, maar laat het voordat u het in zijn mond.
    3. Fail: De muis komt met voorkeur poot richting van het zaad, maar het ofwel mist het zaad of klopt het af van de montageplaat.
  4. Train de muizen voor 30 bereiken pogingen op de preferente ledemaat of 20 min (wat het eerst komt) per dag.
  5. Leg de muizen terug naar hun kooi na de training en zorgen dagelijks voedsel quantum.

Opmerkingen:

  1. In sommige gevallen, muizen bereiken, zelfs wanneer er geen zaad geplaatst op het eten platform. Dergelijke bereikt worden beschouwd als "in-vergeefs bereikt 'en worden niet meegeteld het totale aantal pogingen bereiken. Om "in-vergeefs bereikt" te ontmoedigen, trein muizen terug naar het andere einde van de training kamer lopen alvorens de volgende zaad. Een soortgelijke strategie werd toegepast bij rattens voor een vergelijkbare gedragstaak 21. Muizen soms ook bereiken met nonpreferred poot in de aanwezigheid van het zaad. Deze bereikt worden beschouwd als 'contralaterale bereikt' en tellen niet mee voor het totaal aantal bereikt niet.
  2. Gedragsproblemen schommelingen als gevolg van de schommelingen in de circadiane ritme te beperken, voeren alle vormgeving en trainingen op hetzelfde tijdstip van de dag, gewoon overdag voor muizen.
  3. Gedragsproblemen variëren door verschillende trainers te vermijden, zorg ervoor dat dezelfde persoon traint dezelfde muizen gedurende het experiment.
  4. Aandacht van muizen is van cruciaal belang voor deze gedragstest. Train muizen in een aparte, rustige ruimte om milieu-verstoring te minimaliseren.
  5. Muizen kunnen worden getraind met meer dan 30 bereikte dagelijks (bijv. 50 bereikt). Verhoging van het aantal pogingen te bereiken maakt het mogelijk gedragsverbetering binnen dezelfde trainingssessie onderzoeken.

5. Dateen kwantificering

Er zijn vele manieren om muisgedrag kwantificeren volgende training. Twee meest straight-forward analyses zijn:

  1. Slagingspercentage = succesvol bereikt over de totale bereiken pogingen, gepresenteerd als percentages. Drop en mislukkingen kunnen worden uitgezet op dezelfde manier.
  2. Snelheid van het succes = aantal geslaagde pogingen gedeeld door tijd, gepresenteerd als succesvolle uithoeken per minuut. In de meeste gevallen, de snelheid van het succes blijft toenemen, zelfs wanneer het succes bereikt het plateau.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Leercurve:

Beheersing van een motorische vaardigheid vereist vaak bestendige praktijk in de tijd. Een typische gemiddelde leercurve bestaat uit twee fasen: een eerste acquisitie fase waarin de kans op succes verbetert geleidelijk, en een latere consolidatie fase waarin het slagingspercentage het plateau (figuur 2C) bereikt. Opgemerkt de leercurve van individuele muizen variëren, verschillende muizen nemen verschillende aantallen dagen naar het plateau niveau, en de individuele leercurve meestal niet zo glad als een gemiddelde. Een andere manier om de muis verbetering bereiken vaardigheden aanwezig is de snelheid van succes, die de algemene motorprestaties door middel rekeningen van het bereiken snelheid en de nauwkeurigheid weerspiegelt. In het algemeen is de snelheid van het succes blijft verbeteren nadat de muis het plateau slagingspercentage (figuur 2D) bereikt.

Naast individuele variaties van de prestaties, sommige muizen niet aan de taak (figuur 2E) leren. Deze "nonlearners" maken meestal eerste pogingen te bereiken voor de zaden, maar om onbekende redenen slecht presteren ondanks herhaalde training. Ze verliezen het algemeen belang bij het bereiken van de zaden na voortdurend mislukte pogingen en stoppen met het bereiken na 6-8 dagen. Daarentegen, sommige muizen zijn over-vormige (figuur 2E). Deze over-vormige muizen meestal beginnen met een zeer hoog slagingspercentage (> 40%), en geen significante verbetering (dat wil zeggen 15% toename van de kans op succes in vergelijking met de eerste dag van de opleiding) in motorische prestaties met voortdurende training niet maken. Hun leercurve blijven relatief vlak, of zelfs af bij voortgezette opleiding.

Motor geheugen:

Onze eerdere gegevens hebben gesuggereerd dat wanneer een motor bedreven beweging wordt beheerst door herhaalde praktijk kan worden opgeslagen als een motore geheugen en verdere praktischeces zijn niet vereist voor het onderhoud 19. Deze motor geheugen kan gemeten worden door het stoppen van de training na muizen plateau niveau van succes tarieven zijn bereikt, en test de prestaties na een langere rustperiode (bijvoorbeeld enkele maanden). Omgeschoold muizen beginnen meestal met vergelijkbare slagingspercentages als aan het eind van eerdere opleiding hebben waargenomen, en handhaven hoge slagingspercentage in de daaropvolgende dagen. Daarentegen leeftijd gematchte naïeve muizen beginnen meestal met aanzienlijk lagere slagingspercentages en geleidelijk hun prestaties met de praktijk 19 (figuur 2F) te verbeteren. Terwijl het onthouden van voedsel (2 dagen) voor aanvang van omscholing nodig, omvorming van de eerder getrainde muizen is niet nodig.

Figuur 1
Figuur 1. Ontwerp van de muis opleidingkamer. A. Een foto van de training kamer, met afmetingen aangegeven. B. Een foto van de vormgeving kweekbak, gemaakt van drie dia's aan elkaar gelijmd en geplaatst voor de vormgeving kamer. Een stapel van gierst zaden worden geplaatst op het dieptepunt van de kweekbak. C. Een foto van het voedsel lade voor de opleiding, geplaatst voor de opleiding kamer. Een gierst zaad wordt geplaatst op de graszode (aangegeven door pijlen) dat overeenkomt met rechts voorpoot training. Afmetingen en de locatie van de graszode worden aangegeven op de foto. D. Een cartoon tekening van de vormgeving kamer. De single-spleet kant van de opleiding kamer rust naar beneden. Zaden worden in de voorkant van de middelste gleuf en muizen geplaatst kunnen beide poten gebruiken om de zaden. E. Een cartoon tekening van de opleiding kamer ploegen. De dubbel-spleet kant van de opleiding kamer rust naar beneden. Een zaad wordt op het voedsel uitvoerlade aan de voorkant van de kamer s geplaatstlit overeenkomt met het gewenste onderdeel (in dit geval, de juiste voorpoot). (D en E, gewijzigd ten opzichte van Xu et al.. 19). Klik hier voor grotere afbeelding.

Figuur 2
Figuur 2. Representatieve resultaten van de muis single-pellet verstrekkende taken. A. Een algemene chronologie van de experimentele opzet. B. Een voorbeeld van gewichtsverlies voor een enkele muis tijdens het onthouden van voedsel (F), het vormgeven van (S), en opleiding (T). C . Gemiddelde slagingspercentages verbeteren in de tijd tijdens de training (n = 39). D. Gemiddelde snelheid van het succes van dezelfde groep muizen die in C. E. Succes tarieventijdens de training voor een over-vormige muis en een nonlearning muis. F. Motor prestaties van pretrained (n = 14) en naïef (n = 10) volwassen muizen tijdens de 4 daagse training (gewijzigd van Xu et al.. 19). Alle gegevens worden gepresenteerd als gemiddelde ± SEM, ***, p <0,001. Klik hier voor grotere afbeelding.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Belang van het vormgeven fase:

Door de toegenomen bezorgdheid van zich in een onbekende omgeving, is het meestal moeilijk muizen worden getraind in een nieuwe omgeving 21,22. Daarom is het doel van de vormgeving is om muizen vertrouwd te maken met de opleiding kamer, de trainer (dwz hun angst te verminderen), en de eisen die taak (dwz zaad als voedselbron te identificeren). Een ander doel van de vormen is om de gewenste onderdelen van individuele muizen bepalen toekomstige training. Tijdens het vormen, is het essentieel dat de muizen zijn niet over-vormig, zoals het ongewenst "bereiken oefensessies", die ten onrechte zou opblazen het succes in de eerste leerfase, waardoor er geen of weinig verdere verbetering van de kans op succes in kunnen voorzien later de opleiding (figuur 2E). In deze gevallen, in plaats van simpelweg ploegen het zaad in de kooi en het oprapen eten, de over-vormigemuizen al begonnen met het ontwikkelen van het bereiken van vaardigheden tijdens de vormgeving fase. De enige manier om te beperken dan vormgeving is scherpe observatie tijdens de vormgeving sessies. Over-vormige muizen dienen van de gegevensanalyse worden uitgesloten. Anderzijds is het even belangrijk dat muizen niet onder-vormig. Als de muis niet de gierst zaden als voedselbron te herkennen, als de muis niet bekend is met de eis taak, en / of als de muis is te angstig, het zal problemen ondervinden tijdens de trainingen en zal waarschijnlijk eindigen als een nonlearner (figuur 2E, zie ook "nonlearners" hieronder).

Uitvoering van adequate controles:

Om te bepalen of de geassocieerde veranderingen als gevolg van het bereiken van specifieke motorische leren, is het belangrijk om verschillende soorten controles uit. Meerdere controles kunnen worden gebruikt: 1) De algemene controlegroep: in deze groep, doe muizen geen ervaring opleiding of vormgeving, maar eten beperking, devoedselbeloning (zaden), en de behandeling. 2) Het vormen controlegroep: muizen in deze groep ervaring de vormgeving periode zoals hierboven beschreven (zie protocollen), maar daarna niet getraind. In plaats daarvan worden ze geplaatst in de opleiding kooi 20 min en voorzien van ongeveer 20 zaden / muis. De vormgeving controlegroep is van belang om te bepalen of de ervaring van de vormgeving periode veroorzaakte enige plasticiteit in de belangstelling hersengebieden. 3) De activiteit controlegroep: in deze groep, muizen, precies dezelfde voorwaarden als de getrainde muizen, behalve tijdens de stage, het zaad is altijd buiten het bereiken bereik gebracht of gehouden door de trainer. Daarom is de activiteit van de voorpoot spieren vergelijkbaar met de getrainde muizen, maar de muizen in de controlegroep activiteit, in tegenstelling tot de getrainde muizen niet het bereiken vaardigheden. Om continue bereiken pogingen te bevorderen, zijn zaden periodiek daalde in de training kamer van het bereiken van spleet, en muizen zou halen de sBehoeften voor consumptie. De meeste van de activiteit controles geven bereiken na 6-8 dagen van de opleiding.

Nonlearners:

Het is onduidelijk waarom sommige muizen leren terwijl anderen dat niet doen. Speculeren van onze ervaringen, kunnen sommige van deze nonlearners het gevolg zijn van verkeerde uitspraak van poot voorkeur, waardoor de overname van geschoolde beweging wordt belemmerd door het trainen van de nondominant ledemaat. Het is ook mogelijk dat onder-vormgeving is verantwoordelijk voor deze nonlearners, deze muizen niet duidelijk over de vereiste taak en / of nog niet comfortabel met de testomgeving. Andere mogelijke redenen zijn het verliezen van gewicht te snel en / of te veel gewicht te verliezen, terwijl anderen niet genoeg gewicht zou hebben verloren, waarin beide scenario's zal resulteren in een verminderde honger niveau en belemmerd motivatie te bereiken voor het eten, waardoor het leerproces moeilijk . Ongeacht de reden, deze nonlearners niet verwerven, noch de kapitein van het bereiken van vaardigheden, en kunnen treate zijnd als extra type controlegroep aanvulling op de diverse soorten genoemde controles.

Schakelingen voor het motorisch leren en geheugen:

Veel gebieden van de hersenen geïdentificeerd die betrokken zijn bij het motorisch leren. Naast de primaire motorische cortex 6,7,19,23, hebben vele andere hersengebieden zoals de aanzienlijke nigra en het ventrale tegmentale gebied 16,24, 25 striatum, hippocampus en 26 voorgesteld om ook belangrijke rollen spelen bij het ​​zaadje reaching taak hier geïntroduceerd. Daarom kan het zaadje bereiken taak nuttig voor veel discriminerende gebieden van het knaagdier hersenen verbonden met motorisch leren bestuderen. Bovendien is er een overvloed aan andere motorische taken, elk met een eigen temporospatial patroon uitvoering motor en hersenen macro / microstructuren betrokken. Zo heeft de versnelde rotarod gebruikt om langdurige motor geheugen bestuderen zowel striatum en hippocampus 27, de vertraging in het oog knipperen conditioning reactie grijpt impliciete procedurele motorisch leren dat voornamelijk wordt gemedieerd door het cerebellum 28,29, terwijl de draaiende wielen taak is afhankelijk van de goede werking van het dorsale striatum 30. Zelfs voor de motorische taken die synaps reorganisatie induceren in de cortex (de Capellini handling taak en single-pellet bereiken taak), verschillende sets van synapsen zijn waarschijnlijk betrokken bij verschillende taken 19. Deze gegevens suggereren dat elke motor taak zijn eigen specifieke neurale codering kunnen hebben, door het aantrekken van verschillende hersengebieden, neuronale populaties en synaps sets. Juiste experimenten moet worden gebruikt om de verschillende hersenstructuren en motorische circuits te bestuderen.

Samengevat hebben we een gedetailleerd protocol over hoe de single-pellet bereiken taak in muizen geïntroduceerd. Deze betrouwbare en valide protocol zal nuttig zijn voor toekomstige onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het bestuderen van bi zijnochemical, structurele, fysiologische en genetische veranderingen in veel gebieden van discriminerende muizenhersenen verbonden motorisch leren en geheugenvorming.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen belangenconflicten.

Acknowledgments

Dit werk wordt ondersteund door een subsidie ​​(1R01MH094449-01A1) van het National Institute of Mental Health aan YZ

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