Drehknopf Supination Aufgabe: Eine halbautomatische Methode für die Beurteilung der Funktion der Vordergliedmaße bei Ratten

Published 9/28/2017
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Summary

Dieses Manuskript beschreibt eine halbautomatische Aufgabe, die Supination in Ratten quantifiziert. Ratten erreichen, erfassen und eine sphärische Manipulandum supinieren. Die Ratte ist mit einem Pellet belohnt, übersteigt die Umdrehung Winkel ein Kriterium, die vom Benutzer festgelegt. Diese Aufgabe erhöht den Durchsatz, Empfindlichkeit gegenüber Verletzungen und Objektivität im Vergleich zu traditionellen Aufgaben.

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Butensky, S. D., Bethea, T., Santos, J., Sindhurakar, A., Meyers, E., Sloan, A. M., et al. The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats. J. Vis. Exp. (127), e56341, doi:10.3791/56341 (2017).

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Abstract

Aufgaben, die Geschicklichkeit in Tiermodellen genau zu messen sind entscheidend für die Handfunktion zu verstehen. Aktuelle Ratte Verhaltens Aufgaben, die vor allem Geschicklichkeit Messen verwenden video-Analyse von erreichen oder Essen Manipulation. Während diese Aufgaben einfach sind zu implementieren und sind robust in Krankheitsmodellen, sind sie subjektiv und aufwändig für den Experimentator. Traditionelle Aufgaben automatisieren oder erstellen neue automatisierte Aufgaben kann die Aufgaben effizienter, objektiven und quantitativen machen. Da Ratten weniger sind betroffen als Primaten, zentrale nervöse System (CNS) Verletzungen mehr subtile Defizite in Geschicklichkeit, aber produziert, Supination ist sehr geschickt bei Nagetieren und entscheidend zur hand Funktion bei Primaten. Daher haben wir eine halbautomatische Aufgabe, die Vordergliedmaße Supination bei Ratten Maßnahmen entwickelt. Ratten werden ausgebildet, um zu erreichen und fassen ein-Knopf-förmigen Manipulandum und drehen Sie die Manipulandum in Supination um eine Belohnung zu erhalten. Ratten können die Fähigkeit innerhalb 20 ± 5 Tage erwerben. Während der ersten Hälfte des Trainings stark überwacht wird, erfolgt ein Großteil der Ausbildung ohne direkte Aufsicht. Die Aufgabe zuverlässig und reproduzierbar erfasst subtile Defizite nach Verletzung und zeigt funktionelle Erholung, die klinischen Genesung Kurven genau widerspiegelt. Analyse der Daten erfolgt durch spezialisierte Software über eine grafische Benutzeroberfläche, die intuitiv sein soll. Wir bieten auch Lösungen für gemeinsame Probleme während des Trainings und zeigen, dass kleinere Korrekturen an Verhalten schon früh in der Ausbildung zuverlässige Erwerb von Supination produzieren. So bietet die Regler Supination Aufgabe effizient und quantitative Auswertung einer kritischen Bewegung für Geschicklichkeit bei Ratten.

Introduction

Ein Verlust der Geschicklichkeit nach Nervensystem Verletzung oder Erkrankung deutlich Unabhängigkeit und Lebensqualität der betroffenen Personen 1,2,3,4 vermindert. Geschicklichkeit ist ein wichtiges Ergebnis Maßnahme für das Verständnis der Wissenschaft der neuronalen Reparatur und Sanierung als auch die Grundlagen der neuronalen Kontrolle der Bewegung und motorischen Lernens. Traditionell wurden manuelle Aufgaben wie einzelne Pellet erreichen, Nudeln Manipulation und Irvine, Beatties und Bresnahan (IBB) Vordergliedmaße Skala zur Geschicklichkeit bei Tieren, insbesondere Nagetiere 5, 6,7zu bewerten. Diese Aufgaben haben aufgrund ihrer minimalen Aufgabe Erwerb Zeit populär geworden. Sie sind jedoch qualitativer Art, mühsam für den Experimentator, und manchmal, unempfindlich gegen Funktionsbeeinträchtigung nach Verletzung mit subtilen Defizite 5,7,8,9. Diese Einschränkungen des traditionellen Aufgaben haben die Entwicklung von mehr quantitative Maßnahmen der motorischen Funktion bei Tieren, insbesondere angespornt Vorderbein zu erreichen.

Es gibt mehrere Vorteile zur Automatisierung von Aufgaben, nämlich Objektivität, erhöhten Durchsatz und verminderte Analysezeit. Neue automatisierte Aufgaben bieten ein empfindlicher Maß für die Bewertung der Geschicklichkeit nach Verletzung als konventionelle Aufgaben 8,10. Darüber hinaus können sie für adaptive Training und Tests, die die Ausbildung Schneider und Schwierigkeit eines Tieres Leistung testen. Zu guter Letzt automatisierte Aufgaben generieren große Mengen an Daten, die zwei Vorteile. Erstens erhöht eine Erhöhung in Daten innerhalb einer Studie und die Anzahl der Versuche die statistische Aussagekraft einer Studie. Zweitens gibt es Neurowissenschaftler ein größeres Datensatzes aus dem motorischen Lernens, Ausbildung und Vergütung robuster durch Analyse der kinetischen und kinematische Informationen 11zu studieren.

Mehrere Gruppen haben versucht, die traditionellen Aufgaben zu automatisieren. High-Speed-Kameras können verwendet werden, um kinematische Daten von Aufgaben wie das einzelne Pellet erreichen Aufgabe 12zu sammeln. Alaverdashvili und Wishaw habe zur Hochgeschwindigkeitskameras erreichen Bewegungen erfassen und analysieren Sie Ziffer Bewegungen mit Frame-by-Frame-Bewegung Messsoftware Peak Motus 13. Diese Software identifiziert sich nicht mit Computervision Ziffern, jedoch erfordert den Experimentator, bewegliche Punkten durch Cursor zu digitalisieren. Darüber hinaus wurden einige Aufgaben in Verbindung mit Feeder und Käfige zur Ausbildung Prozess 14,15,16zu automatisieren.

Andere Gruppen haben Kraftsensoren sowie high-Speed Kameras verwendet, um räumliche Anpassungen zu bewerten und Kraft in qualifizierten Vordergliedmaße erreichen mit Nudeln Manipulation, während andere Aufgaben erfassen komplexer Bewegungen 17entworfen haben. Eine dieser Aufgaben ist eine Reichweite und ziehen Aufgabe, die eine drei Freiheitsgrad Roboter Gerät nutzt, um planar und rotatorische Bewegung der Ratte Vordergliedmaße Bewegungen 18zu erfassen. Dies hat Vorteile in der Lage, die Kinetik der Bewegungen, aber mit einer Erhöhung der Komplexität und Kosten zu messen.

Hier zeigen wir eine halbautomatische Vordergliedmaße Aufgabe, die Supination in Ratten 8misst. Vordergliedmaße Supination ist die Drehrichtung der Pfote von Palm zu Palm. Supination ist eine ausgezeichnete Markierung des kortikospinalen Trakts Funktion und eine klinisch relevante Bewegung beim Menschen, die für die täglichen Aktivitäten 8,19,20Leben benötigt. Darüber hinaus ist die Supination sehr anfällig für Verletzungen und Inaktivierung, vor allem im Vergleich zu einzelnen Pellet 8zu erreichen. Die Supination Aufgabe entwickelt in einer Zusammenarbeit zwischen Burke Medical Research Institute und der University of Texas in Dallas, Maßnahmen Drehbewegung in der horizontalen Ebene 8,10. Ratten werden in eine Verhaltens-Box (Abbildung 1A) und sind darauf trainiert, drei Bewegungen (Abbildung 1 b): erreichen durch eine rechteckige Öffnung; erfassen Sie eine sphärische Manipulandum; auf einen bestimmten Winkel supinieren.

Die Aufgabe der Verhalten wird durch PC-Software (Abbildung 1) gesteuert. Die controlling-Software sendet Anweisungen an einen Mikrocontroller, der Auto-Positionierer, optische Encoder, Lautsprecher und Feeder verbunden ist. Mikrocontrollers und dessen Peripherie Verbindungen werden als die Mikrocontroller-Box bezeichnet. Information fließt von optischen Encoder an den Mikrocontroller, dann den Computer, und dann wieder an den Mikrocontroller. Die controlling-Software an den Mikrocontroller signalisiert hat, dass die Studie ein Erfolg war, löst der Mikrocontroller den Einzug um einen Pellet zu verzichten. Zu Beginn jeder Sitzung Relais die Steuersoftware Stufeninformationen an den Mikrocontroller, der Auto-Positionierer, positionieren Sie den Knopf auf der Bühne definierten Abstand von der Blendenöffnung leitet. Der Auto-Positionierer kann auch manuell bedient werden, mit Hilfe der Pfeiltasten befindet sich auf der Auto-Positionierer. Der optische Encoder zeichnet Daten auf 100Hz und Maßnahmen Veränderungen in Winkel. Alle Daten werden im Binärformat gespeichert.

Der Experimentator verwendet sequentielle Ausbildungsschritte innerhalb der Software, um die Ratte aus Gewöhnung an supinating mit einer vorbestimmten Winkel und Erfolg-Rate zu trainieren. Bei Gewöhnung wird der Knopf Manipulandum innerhalb des Blende-Fensters ohne jede Gegengewicht gelegt. Nach einer Woche hoch betreuten Training die Ratte ordnet den Regler mit einer Belohnung und beginnt selbständig Drehknopf. Sobald die Ratte in der Lage, selbständig zu machen ist, der Knopf zurückgezogen auf 1,25 cm 0,25 cm-Schritten, bis die Ratte unabhängig bei 1,25 cm. Gegengewicht abbiegen kann ist dann in 1 g-Schritten von 3 g 6 g. Automated Training Phasen Zug das Tier, um den Knopf zu supinieren hinzugefügt bei 6 g bis zu 75 Grad. Diese Phase der Ausbildung ist weitgehend unbeaufsichtigt; Wenn Ratten mit richtigen Form (siehe unten) die Aufgabe annehmen, weiterhin sie richtig supinieren. Ausbildung ist abgeschlossen, wenn Ratten 75 Grad eine Erfolgsquote von 75 % 8(hit-Rate supinieren). Hier beschreiben wir eine typische Trainingsprotokoll und Lösungen für gängige Probleme, die wir erlebt haben. Wir demonstrieren das Fortschreiten der repräsentative erfolgreiche und erfolglose Ratten durch die Trainingsprotokoll und zeigen, dass die Aufgabe geändert werden kann, um Funktionsstörungen mit subtilen oder mehr schwere Defizite zeigen.

Protocol

dieses Protokoll beschreibt die Aufgabe einrichten und Einrichtung Leben und Bedingungen sowie Ausbildung Tiere füttern, Test Tiere nach Verletzung und Daten zum Kundenverhalten zu analysieren. Die vier Stufen des Tiertraining sind so gut beschrieben: Gewöhnung, Belohnung Association, Gegengewicht-Ausbildung und Ausbildung zum Kriterium Winkel drehen. Alle Tierversuche wurden genehmigt durch die IACUC der Weill Cornell Medizin und University of Texas in Dallas.

1. Einstellung Up the Task

  1. Design eine Verhaltens-Kiste gemacht von durchsichtigen Kunststoff, dass Maßnahmen 150 mm breit x 200 mm x 250 mm hoch lang.
    Hinweis: Hier ist die rechteckige Öffnung 14,2 mm breit x 25,4 mm hoch. Der Regler Manipulandum Durchmesser 9,5 mm ist mit Methacrylat und hat zwei Haltestellen, die Supination auf weniger als 100 ° c zu beschränken. Jeder dieser Parameter getestet und optimiert für die Defizite in den Abschnitt "Ergebnisse" beschrieben wurden. Die Verhaltens-Box und Manipulandum sind in Abbildung 1A dargestellt.
  2. Die Mikrocontroller-Box an den Computer anschließen. Bis zu vier Mikrocontroller Boxen an jeden Computer angeschlossen werden können.
  3. Um die Aufgabe zu beginnen, verwenden Sie die Steuerungs-Software ( Abbildung 1).
    1. Wählen Sie den Knopf Gerät zur Steuerung. Geben Sie den Antragstellernamen in der " Thema " Feld. Wählen Sie die Bühne für die Ausbildung im Rahmen der " Bühne " Dropdown-Menü.
      Hinweis: Die Stufen bestimmt drei Parameter für jeden Versuch: die " Fenster "Hit" " " Hit-Schwelle, " und " erste Schwelle. " ein Hit ist definiert als den Kriterium Winkel innerhalb einer definierten Frist zu erreichen. " Hit-Fenster " bezieht sich auf die Zeit für ein Tier zu testen und den Kriterium-Winkel zu erreichen. " Hit-Schwelle " ist der Winkel, Kriterium für einen erfolgreichen Versuch. " Erste Schwelle " ist der Winkel, Kriterium, einen Prozess zu initiieren und schlug Fenster; Dies zeigt den Start des Zuges. Weitere Informationen zu einzelnen Etappen kann unten gesehen werden, unter der Rubrik " Ausbildung Tiere. "
    2. Klicken " starten " um das Training zu beginnen. Klicken Sie " Feed " manuell das Tier füttern und " Stop ", die Trainingseinheit zu stoppen.
      Hinweis: Manuelles zuführen sollte weiterhin Interesse an der Aufgabe verwendet werden und wird ausführlich in Abschnitt 3 beschrieben. Nach Beendigung der Sitzungs, werden Session-Daten auf dem Laufwerk C: gespeichert.

2. Fütterung und Lebensbedingungen

  1. Verwendung Erwachsenen weiblicher Sprague-Dawley Ratten (175-200 g). Haus Ratten zusammen in Standardkäfige mit umgekehrten 12 h dunkel/12 h Licht Zyklus. Führen Sie alle Schulungen und Tests während des dunklen Zyklus mit dem Licht gedimmt.
    Hinweis: Weibliche Ratten werden verwendet, da sie leichter zu 21 zu trainieren sind. Hier wurden Sprague-Dawley verwendet, weil es einen gemeinsamen Stamm in motorischen Training verwendet, und es ist die vorherrschende Sorte für gentechnisch veränderten Pflanzen. Jedoch angesichts der verstellbaren Art der Aufgabe (Gegengewicht, Umdrehung Winkel Kriterium, Entfernung zum Regler und Regler selbst) diese könnte leicht eingestellt werden für verschiedene Stämme und größer (z.B. Männer) oder kleiner (z.B. Wistar) Ratten.
  2. Für die ersten 5 Tage der Studie geben Ratten einen voller Trog neben diätetisch vollständige, Schokolade gewürzt Pellets für fünf Tage. Ab dem fünften Tag essen-Schränken Sie Ratten auf 85 % ihrer normalen Gewichtungskurve.
  3. Nach dem Essen Einschränkung begonnen hat, füttern die Ratten 7,5 g Schokolade Pellets (nach oben oder unten anpassen, um 85 % von Alter angepasst Gewicht halten) während der Ganzheit ihrer Ausbildung. Wenn Ratten 7,5 g Schokolade Pellets in ihre Trainingseinheiten nicht erhalten haben, ergänzen Withstandard Chow nach der letzten Session.
    Hinweis: Am Wochenende Fütterung Ad Libitum mit standard Chow bis Sonntagabend ist, dann essen berauben über Nacht. Bei der Durchführung von Operationen oder andere invasive Eingriffe ermöglichen Essen Ad Libitum mindestens drei Tage vor und dann für drei Tage nach dem Eingriff (je nach Recovery-Zeiten) vor dem Essen Einschränkung wieder Ratten aufsetzen.

3. Ausbildung Verfahren

Hinweis: eine Übersicht über das Training Verfahren ist in Abbildung 3A gezeigt. Im gesamten Protokoll trainieren Sie die Ratten zweimal täglich, einmal morgens und einmal am Nachmittag. Warten Sie mindestens 3 h nach der Session am Morgen vor Beginn der Nachmittagssitzung.

  1. Gewöhnung
    Hinweis: das Ziel der Gewöhnung ist es, die Ratte mit dem Test-Box und mit Handhabung vertraut zu machen.
    1. Einfahren der Knopf Gerät vollständig durch Drücken der Pfeiltaste nach unten auf den automatischen Positionierer.
    2. Ort der Ratte im Feld Verhaltens für 15 min.
    3. Nach 15 min im Feld behandeln jede Ratte in den Händen für mindestens fünf Minuten, die Ratte, der Experimentator vertraut zu machen.
    4. Wiederholen Sie dies für fünf Tage.
  2. Belohnung Association
    Hinweis: Ziel ist es, die Ratte essen Belohnung Drehen des Drehknopfes zuzuordnende trainieren. Erwarten Sie, die ganze Session Länge von 30 min auf die Aufgabe in der Belohnung Verein Phase der Ausbildung verbringen.
    1. Öffnen Sie die Software und geben Sie die Ratte Namen. Bühne frei für " K1: Knopf gestalten - keine Rolle. "
      Hinweis: Dies setzt die Manipulandum Entfernung der Blende bei 0,0 cm die " Init. Thresh. " 3 ° " HIT Thresh. " bei 5 Grad und " HIT Fenster " bei 2 s. Dies ermöglicht die Ratte gefüttert werden, solange die Ratte den Knopf letzten 3 Grad dreht. Die " HIT Fenster " bleibt bei 2 s während des Trainings.
    2. Setzen die Ratte in die Verhaltensstörungen Feld und drücken Sie " starten " die Sitzung beginnen.
    3. Vertraut machen die Ratte zum Trog Belohnung durch Verzicht auf 2-3 Pellets gleichzeitig und tippen auf der Seite des Feldes, wo sich die Belohnung Trog befindet. Mithilfe der Schaltfläche manuelle Zuführung der Pellets zu verzichten.
    4. Sobald die Ratte den Speicherort der Belohnung kennt, manuell 1 Pellet verzichten, wenn die Ratte vor die Blende ist.
    5. Einmal die Ratte bewegt sich die Blende in Erwartung einer Belohnung Pellet, Zustand der Ratte zur Interaktion mit den Manipulandum.
      1. Aufgefordert, die Ratte, indem man eine 45 mg Essen Pellets in der Nähe der Manipulandum, oder indem Pellet Staub direkt auf die Manipulandum zu engagieren, so dass sie erreichen, und fassen Sie es. Wenn die Ratte bewegt sich weg von der Blende, tippen Sie auf das Feld in der Nähe der Manipulandum seine Aufmerksamkeit umleiten.
        Hinweis: Wenn die Ratte den Knopf mit seinen weitreichenden Pfote berührt hat, wird das Programm die Ratte ernähren. Wechselwirkungen, die die Verwendung von Pfoten (beißen, die Manipulandum nosing) nicht enthalten sind falsch und sollte nicht belohnt werden.
    6. Sobald die Ratte berühren den Knopf mit der gewünschten Pfote und immer 10 Mal hintereinander bei 0,0 cm belohnt beginnt, verwenden die Pfeiltaste nach unten auf die Auto-Positionierer ( Abbildung 1A), die Manipulandum von 0,25 cm. Wiederholung zurückzuziehen Dieses in 0,25 cm erhöht, bis die Manipulandum 1,25 cm weg von der Blende ist.
    7. Presse " Stop " nach 30 min zum Beenden der Sitzung.
    8. Belohnung Verein weiter, bis die Ratte den Manipulandum mit der gewünschten Pfote bei 1,25 cm weg von der Öffnung ( Abb. 1 b supiniert).
    9. Abschluss die Ratte 2 aufeinander folgenden Sitzungen supinating die Manipulandum und das Abrufen des Pellet-Lohn, mit dem Gegengewicht-Training beginnen.
  3. Gegengewicht zu die Ratten, 6 g Gegengewicht supinieren trainieren training.
    1. Platz ein 3 g Gegengewicht auf der Manipulandum durch das Anbringen des Steckers am Ende des Gegengewichtes am L-förmige Anlage Punkt auf der Manipulandum. Die Gegengewicht Zeichenfolge durch die Riemenscheibe zu füttern, bis das Gegengewicht frei hängt.
    2. Software zu öffnen und geben Sie die Ratte Namen. Bühne frei für " K2: Knopf Shaping - Riemenscheibe. "
      Hinweis: Dies setzt die Manipulandum Entfernung der Blende bei 1,25 cm, die " Init. Thresh. " bei 3°, und die " HIT Thresh. " bei 5 Grad. Der Manipulandum Abstand bleibt bei 1,25 cm von diesem Punkt an.
    3. Setzen die Ratte in die Verhaltensstörungen Feld und drücken Sie " starten " die Sitzung beginnen.
    4. Presse " Stop " nach 100 + erfolgreiche Versuche. Sobald die Ratte 2 aufeinander folgenden Sitzungen von 100 + erfolgreiche Versuche abgeschlossen ist, erhöhen Sie das Gewicht von 1 g, nach dem Ende einer Sitzung. Erhöhen Sie das Gewicht von 3 g bis 6 g in nachfolgenden Sitzungen.
    5. Fahren Sie mit Schritt 3.4 nach 2 aufeinander folgenden Sitzungen der Supination bei 6 g und 100 + erfolgreiche Versuche.
      Hinweis: Es dauert durchschnittlich 6 Sitzungen (3 Tage), erarbeiten von 3 g bis 6 g Gegengewicht Training ab, es ist unerlässlich, dass richtige Supination Bewegung belohnt wird und falsche Supination Bewegung heraus geformt wird. Für eine visuelle Anleitung und Erklärung über richtige und falsche Supination Form, siehe Abbildung 2.
  4. Ausbildung zur Basislinie
    Hinweis: Denken Sie daran, weiterhin Form korrekt Supination Bewegung. Wieder, siehe Abbildung 2 für eine visuelle Anleitung, richtig/falsch Supination Bewegung und wie man falsche Supination zu verbessern. Trainieren Sie die Ratten auf der Grundlinie Kriterien supinieren; hier, das ist 75 Grad mit einem 6 g Gegengewicht eine Erfolgsquote von 75 % oder höher.
    1. 6 g Gegengewicht zu platzieren, auf die Manipulandum.
    2. Software zu öffnen und geben Sie die Ratte Namen. Bühne frei für " KSB4: Knopf Training Median 75 Max. "
      Hinweis: Dies setzt die " Init. Thresh. " bei 5° " HIT Schwelle mindestens " bei 15° und " HIT Schwelle max. " bei 75 ° c. Dies nennt man eine " adaptive " Trainingsphase, d. h. die Schwelle erhöht als die Ratte ' s Leistung verbessert. Für die " KSB4 ", die Schwelle ist zunächst Bühne zu der vorherigen Sitzung ' s letzte Schwelle. Wenn keine vorherigen Sitzung auf dieser Bühne ausgeführt wurde, wird die Schwelle auf der Schwelle mindestens 15 Grad festgelegt. Nach den ersten 10 Studien der Sitzung ist der Schwellenwert berechnet, wie in den vorhergehenden 10 Studien der Median der Spitze Winkel. Damit die Schwelle unterscheidet sich für jeden Versuch und hängt von der Ratte ' s Leistung in den vorhergehenden Studien.
    3. Beenden Sie die Sitzung nach 30 min.
    4. Weiter Ausbildung mit der adaptiven Bühne, bis der durchschnittliche Spitze Winkel 75 Grad ist oder größer. Dann fahren Sie mit Schritt 3.5. Dies geschieht in der Regel nach etwa 10 Tagen oder 20 Sitzungen.
  5. Basisbewertung an vier aufeinander folgenden Basislinien aufzeichnen
    1. legen Sie 6 g Gegengewicht auf der Manipulandum.
    2. Software zu öffnen und geben Sie die Ratte Namen. Bühne frei für " K27: 75 Grad. " dadurch wird die " Init. Thresh. " bei 5 ° und " HIT Schwelle bei 75°.
    3. Presse " Stop " nach 30 min oder 100 Studien, je nachdem, was kommt zuerst, um die Sitzung zu beenden.
    4. Weiter, bis es vier aufeinanderfolgende Basen mit einer Erfolgsquote von 75 % oder höher gibt.

4. Posttraumatischen Beurteilung

  1. Software zu öffnen und geben Sie den Namen der Ratte. Bühne frei zur gleichen statischen Phase als Pre-Verletzungen grundlegend zu testen. Dies behält die gleichen Parameter verwendet für Baseline.
  2. Presse " beginnen " und führen Sie Session bis 30 min.
    Hinweis: Die Teilnahme kann nach einer Verletzung gering sein. Abhilfe kann durch die Verwendung dieses Handbuchs feed Taste oder setzen einen Belohnung Pellet in der Nähe von Manipulandum, locken die Ratte mit der Manipulandum.
  3. Wiederholen Sie den Test einmal wöchentlich in wöchentlichen Abständen, bis die gewünschte Länge der posttraumatischen Beurteilung erreicht worden ist.
    Hinweis: Wir bewerten hier, posttraumatischen Leistungen sechs Wochen lang jede Woche.

5. Analysieren von Daten

Hinweis: Daten werden in einen Standard-Speicherort auf dem Laufwerk C: eines PCs gespeichert. Daten bei 100 Hz während der hit Fenster erfasst und im binären Format gespeichert. Hier wurde die Daten analysiert mit einem benutzerdefinierten Programm, namens Geschicklichkeit. Für den Zugriff auf diese kostenlose Software kontaktieren Sie Dr. Jason Carmel.

  1. Offene Geschicklichkeit und klicken Sie auf " Standard. "
  2. Suchen Sie das Verzeichnis wo Ratte Daten und wählen Sie den gewünschten Ordner.
  3. Wählen Sie nach der Auswahl des Verzeichnisses, die Ratten für die Analyse.
  4. Klicken Sie " halten Sie " oder " verwerfen " beibehalten oder verwerfen Sie Dateien, die unvollständig sind oder keine Daten enthalten.
    Hinweis: Es gibt Zeiten, wenn Sitzungen gestartet werden, unter Verwendung der falschen Parameter und beruflichen Phase und während sie sofort gestoppt werden, noch wird eine Datei erstellt. Diese Datei muss während der Analyse verworfen werden. Es gibt auch Fälle, besonders akut nach einer Verletzung, wenn ein Tier keine Studien aufgrund ihrer Verletzung oder sehr wenig Studien durchführt. Für diese Sitzungen muss eine Datei gehalten werden, weil es eine Darstellung ihrer Leistungen ist. Wenn eine Datei mit keine erfolgreiche Versuche gehalten wird, ein NaN befindet sich an der entsprechenden Stelle für berechnete Variablen.
  5. Wählen Sie, ob das Experiment jetzt oder später; kommentieren wenn " kommentieren jetzt " wird ausgewählt, wird ein neues Fenster geöffnet. Geben Sie in das " experimentieren Name " " Gruppennamen, " " Ereignisdaten, " und " Total Anzahl von Wochen " im Experiment.
  6. Einer Gruppe Probanden zuweisen.
  7. Geben Sie die Anzahl der Datensitzungen in jedem Wochentag oder Uhrzeit Punkt. Die input-Mappen durch ein Leerzeichen trennen und achten Sie darauf nicht, setzen Sie ein Leerzeichen nach dem letzten Nummer d.h. (1 1 1 1).
  8. Eingabe der Zeitpunkt Etiketten. Eingabe Etiketten durch ein Leerzeichen trennen und sicherstellen, dass Sie keinen Raum zu setzen, nachdem die letzte beschriften d.h. (Pre Wk1 Wk2 Wk3).
  9. Zu wählen, wenn das Ereignis aufgetreten ist, eine Option, die Analyse-Sitzung zu speichern wird angezeigt. Klicken Sie " Ja ", die Analyse-Sitzung gespeichert werden.
  10. Erscheint eine Übersicht der kommentierten und Genomsequenz Daten. Dies gibt die Möglichkeit, Daten zu plotten.
  11. Für die Genomsequenz Daten, klicken Sie " Graph Thema " zu einem einzelnen Thema Plotten oder " Graph Themen " alle Fächer im selben Diagramm geplottet.
  12. Für die kommentierte Analyse, klicken Sie auf " Grundstück " das Experiment zu plotten.
  13. Für beide kommentiert und Genomsequenz, klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil für eine Liste von Variablen gezeichnet werden. Klicken Sie auf die Variable, um den "Plot" anzuzeigen.
  14. Klicken Sie auf Export, Export die Grafik bzw. die Daten der Grafik zugeordnet.

Representative Results

Früh in der Ausbildung verbringt der Experimentator mehr Zeit auf Aufgabe Ratte Verhalten. Als die Ratten Ratte Supination mit Belohnung, die Hände auf assoziierte verringert Zeit (Abb. 3A). Während der Gewöhnung, Belohnung Association und Gegengewicht Ausbildung wird die ganze Session Länge (30 min) für die Aufgabe ausgegeben. Jedoch nachdem eine Ratte mit einem Gewicht von 6 g supinating, verringert die Zeit auf Aufgabe allmählich auf ca. 15 min als die Ratte Supination Winkel erhöht. Schließlich, wenn die Ratte Grundlinie erreicht, ist die Zeit auf Aufgabe auf ein Minimum; der Experimentator muss nur die Ratte in die Verhaltens-Box und starten Sie das Programm. Die maximale Anzahl von Ratten, mit denen ein Experimentator gleichzeitig arbeiten kann ist zwei Ratten während Belohnung Verein, vier Ratten während Gegengewicht Schulungskurse und Grundlinie, und da es so viele Ratten sind Boxen beim Basisbewertung und posttraumatischen testen. Im Durchschnitt 75 % von Ratten (n = 56) die Aufgabe zu erwerben.

Nachdem die Ratte Supination mit einer Belohnung verbunden ist, gibt es eine positive Entwicklung in der Ratte Supination Winkel (Abb. 3 b). In Abbildung 3 bentwickelte sich die Ratte von 3 g, 6 g Gegengewicht von Tag 3 bis Tag 7. Nach Gegengewicht training gab es kurzer adaptive Ausbildung von Tag 7 bis Tag 9, während die Supination stieg von 26 bis 30 Grad. Da gab es nicht viel ändern, wurde eine statische Schwelle vom Tag 9 bis 18 eingesetzt. Während dieser Zeit stieg die Ratte stetig von 30° bis 75 Grad in 8 Tagen. Es gibt tägliche Variabilität in der gesamten Trainingstage, insbesondere 12 und 14. Aber in der Regel gibt es eine steigende Tendenz in Supination Winkel. Bis zum Ende des Tages 17 nach Gewöhnung die Ratte hatte seine erste Grundlinie festgehalten, und vier Sitzungen später, es fertig Basisbewertung. Gewöhnung an Aufnahme einer vierten Baseline entnimmt dem Trainingsprotokoll durchschnittlich 20 ± 5 Tage.

Eine ideale Progression durch das Trainingsprotokoll anzeigen ist, zwar wichtig ist anzeigen eine erfolglose Progression ebenso wichtig (Abbildung 4). In Abbildung 4Adie orange Linie zeigt eine Ratte, die erfolgreich abgeschlossen wurde, die blaue Linie zeigt eine erfolglose Ratte, das Protokoll und graue Linien zeigen eine weitere sechs erfolgreiche Ratten. Erfolgreiche Ratten Grundlinie in 15 ± 0,6 Tage erreicht (n = 7). Die repräsentative erfolgreiche Ratte verwendet eine 01:00 zu erfassen, während die erfolglose Ratte ein Verständnis von 03:00 verwendet. Beide Ratten assoziieren den Regler mit einer Belohnung in 2 Tagen. Darüber hinaus zeigen beide Ratten eine ähnliche Supination Winkel (Abb. 4A) Progression in den ersten vier Tagen nach das Gegengewicht hinzugefügt wird. Doch nach diesem Zeitpunkt beginnt die erfolgreiche Ratte zu brechen weg von der erfolglosen Ratte. Deshalb, weil die erfolglosen Ratte Griff vor diesem Zeitpunkt korrigiert werden konnte (siehe Abbildung 2).

Für die erfolgreiche Ratte gibt es ein steiler Anstieg in Supination Winkel, der zwischen 50 und 60 Grad Plateau beginnt aber dann nimmt einen stetiger Aufstieg in Richtung 75 Grad. Für die erfolglosen Ratte ist jedoch ein allmählicher Anstieg der Supination Winkel. Wie die Ratte um die 20 Grad Hochebenen, die Ratte bekommt geschoben, um mehr supinieren aber schließlich, es verliert das Interesse an die Aufgabe, auch mit manueller Beschickung und Supination Winkel verringert sich schnell rund um Tag 15 nach Gewöhnung. Zwar eine leichte Erholung nach Post-Tag 17 Gewöhnung, kämpft die Ratte um mehr als 25 Grad supinieren. Wenn eine Ratte 20.Tag Grundlinie erreicht noch nicht, wir betrachten diese Ratte erfolglos und die Ratte aus der Studie zu entfernen.

Neben Supination Winkel kann man eine Sichtprüfung der Supination Wellenformen (Abbildung 4 b-D) für die erfolgreiche und erfolglose Ratte durchführen. Wenn Sie eine Sichtkontrolle durchführen, suchen wir mehrere Wellenform Merkmale: Steigung der Linie, Latenz und Anzahl der Gipfel des Zeitfensters für die Testversion. Die Steigung der geraden errechnet sich aus der Ableitung der Kurve zwischen dem Beginn der Kurve und die Spitze der Kurve. Die Wartezeit errechnet sich aus der Zeit zwischen der Einleitung des Verfahrens und die Kurve die hit Schwelle. Zu guter Letzt sind Spitzen berechnet, indem die Ableitung lokaler Maxima im Fenster "trial" zu finden. Zuvor, wir fanden die Steigung der Linie oder Geschwindigkeit, ist ein robustes Maß der Supination Kinetik und reagiert auf die subtilen Defizit 8.

Im ersten Drittel der Ausbildung nach Beginn supinieren mit 6 g (Abbildung 4 b) zeigt die erfolgreiche Ratte (Abbildung 4 b1) eine einzelne Wellenform mit einer Spitze in der Nähe von 20 Grad, während der erfolglosen Ratte (Abbildung 4 b2 ) zeigt eine doppelte Wendung oder zwei Spitzen, mit dem ersten Gipfel in der Nähe von 10 Grad und der zweite Gipfel in der Nähe von 5 Grad. Im mittleren Drittel der Ausbildung (Abbildung 4) zeigt die erfolgreiche Ratte (Abbildung 41) Zunahme der Spitze Winkel von 20 Grad bis 50 Grad mit einer definierten, einzelne Gipfel-Kurve. Die erfolglosen Ratte (Abbildung 42) Unterdessen zeigt nur eine marginale Erhöhung der Spitze Winkel bis 20 Grad aber hat sich in seiner Form verbessert; Es nutzt jetzt nur eine einzige Umdrehung. Durch das letzte Drittel der Ausbildung (Abbildung 4) zeigt die erfolgreiche Ratte (Abbildung 41) eine sehr ausgeprägte einzelne Wellenform mit einer Spitze rund 65 °, im Vergleich zu den erfolglosen Ratte (Abbildung 42) mit einer Spitze Winkel 20 aber jetzt mit einer zusätzlichen Peak bei 2 Grad s von 15°. Dies ist ein weiterer guter Indikator, dass mit steigendem Schwierigkeitsgrad der Ausbildung, die Ratte nicht in der Lage war, 03:00 Griff zu korrigieren, und wiederum, nicht in der Lage, richtig supinieren. Auch wenn diese Ratte war nicht aus der Studie ausgeschlossen und schließlich bis zu 75 Grad durchführen könnte, bliebe Fragen darüber, ob es wahre Supination gegen Supination mit Entschädigung war.

Zu guter Letzt erkennt die Supination Aufgabe Funktionsbeeinträchtigung nach mehreren Arten von Verletzungen, einschließlich einer geschnittenen Läsion des kortikospinalen Trakts, der Hauptweg für willkürliche Bewegungen in Menschen und Vordergliedmaße motorischen Kortex Läsion mit Endothelin-Injektionen durchgeführt ()Abbildung 5) 8,10,22. Ratten in der Pyramidotomy-Gruppe (lila, n = 8) wurden ausgebildet, um mindestens 75 ° bei 6 g eine Erfolgsquote von 75 % oder mehr, während Ratten im Gruppenrahmen kortikale Läsion supinieren (grün, n = 10) wurden ausgebildet, um 60° bei 7,5 g auf 75 % oder höher supinieren. Ratten in beiden Gruppen zeigten einen starken Rückgang der Erfolgsquote nach Verletzung (Abb. 5A). Erfolgsquote bei Ratten in der Pyramidotomy Gruppe von 90 % ± 2 % bis 14 % ± 8 % gesunken. Der SukCess Rate für Ratten mit kortikaler Läsion von 76 % ± 1 % bis 10 % ± 3 % gesunken. Woche 6, beide Gruppen waren noch beeinträchtigt: die Pyramidotomy-Gruppe war mit 34 % ± 11 %, während die kortikale Läsion-Gruppe mit 16 % ± 7 % blieb. Wie bei Supination Winkel zeigen beide Gruppen einen Rückgang von Pre auf posttraumatischen (Abb. 5 b). Durch die verschiedenen Kriterium Grundlinie Supination Winkel hatte die Pyramidotomy-Gruppe einen höhere vor Verletzungen Supination Winkel (85° ± 2,9 °) als die kortikale Läsion Gruppe (67° ± 0,52 °). Die Pyramidotomy-Gruppe verringerte sich auf 38° ± 10°, während die kortikale Läsion Gruppe verringerte sich auf 27° ± 2,9 °.

Figure 1
Abbildung 1: Supination Aufgabenbeschreibung. (A) die Ratte befindet sich in einem Plexiglas-Kasten mit einer Öffnung, durch die es erreicht und greift einen Knopf, der in Supination gedreht werden muss. Der Regler hat zwei Haltestellen, Supination Winkel größer als 100 ° zu verhindern. Der Regler hat auch eine Riemenscheibe mit Gegengewicht; Dadurch entsteht ein Drehmoment, das die Ratte überwinden muss, um supinieren. Der Knopf ist mit einen optischen Encoder verbunden, die mit einer Genauigkeit von 0,25 ° Winkel misst. Diese optische Encoder ist an einen Mikrocontroller verbunden, die wiederum mit einem Computer verbunden ist, die Aufgabe steuert. Der Computer an den Mikrocontroller wann man Trigger Audio-Feedback-Signale und einen Pellet aus der Zuführung zu verzichten, wenn ein Erfolgskriterium erreicht wird. Der Mikrocontroller steuert auch die Auto-Positionierer deren Position zwischen 0 und 1,25 cm von der Ausbildung Bühnenbild vom Computer diktiert wird. (B) die Ratte übernimmt die Aufgabe in drei aufeinander folgenden Sätzen: durch die Öffnung zu erreichen, greifen den Knopf mit einem macht-Griff befindet sich am 01:00, und supinating. (C) den Knopf Supination Aufgabe wird von Steuerungs-Software gesteuert. Der Experimentator Eingänge den Namen des Antragstellers und wählt die Trainingsphase, während das Programm die entsprechenden Parameter festlegt. Eine Wellenform von einer einzigen erfolgreichen Supination Testversion ist blau, während die Reihenfolge der erfolgreiche und fehlgeschlagene Versuche erscheinen in grün und rot, jeweils dargestellt. Eine Studie wird durch die Steuerungs-Software erfolgreich markiert, wenn der Supination Winkel größer als der hit Schwellenwert innerhalb des definierten Zeitfensters, während eine Testversion fehlgeschlagen gekennzeichnet ist, wenn dies nicht der Fall. Dieses Programm steuert eine Box. Vier Programme können gleichzeitig pro Computer ausgeführt werden. Diese Zahl wurde modifiziert von Sindhurakar Et Al., 2017, Neurorehabilitation und neuronale Reparatur8. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 2
Abbildung 2: Bewegungen Supination. Diagramme und Beschreibungen der gemeinsamen richtige und falsche Supination Bewegungen bei dem Trainingsprotokoll auftreten. Korrekte Bewegungen ermöglichen wahre Supination, während falsche Bewegungen Kompensationsmechanismen einschließen, die wahre Supination verhindern können. Enthalten sind Lösungsvorschläge, falsche Bewegungen zu korrigieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 3
Abbildung 3 : Trainingsprotokoll. (A) Standard Timeline. Es gibt fünf Perioden der Ausbildung dauert insgesamt ca. 25 Tage: Gewöhnung (5D), Belohnung Association (1-3 d), Krafttraining (3-4 d), Ausbildung zur Grundlinie (8-12 d) und Basisbewertung (2-4 d). Das Linienmuster auf der Zeitachse bezeichnet den Zeitaufwand von der Experimentator die Aufgabe jeder Sitzung zu verbringen. Im weiteren Verlauf der Ausbildung Protokoll verkürzt die Zeit auf Aufgabe. (B) allgemeine Fortschreiten von einer Ratte Fähigkeit zur Belohnung Association zu Basisbewertung supinieren. Insgesamt gibt es eine positive lineare Progression der Ratte in Richtung Grundlinie, aber wie beobachtet, gibt es eine Ratte Leistung im gesamten Trainingsprotokoll Variabilität. Nach dem Krafttraining ist ein Zeitraum von adaptiven Training, wo die Supination-Winkel-Schwellenwert geändert wird, um die Ratte Leistung entsprechen. Diese adaptive Ausbildung folgt eine statische Schnittstellenüberwachung Paradigma bis die Ratte Grundlinie erreicht hat. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 4
Abbildung 4: Erfolgreiche und erfolglose Aufgabe Akquisition. (A) Fortschreiten der Supination Winkel in der gesamten Ausbildung Protokoll für acht Ratten, sieben erfolgreichen und einem erfolglosen. Eine repräsentative Ratte, die Basislinie Kriterium (erfolgreich, orange) erreicht und eine erfolglose Ratte (blau) werden als Fallstudien weiterverwendet. In den ersten sieben Tagen des Trainings nach Gewöhnung zeigte sowohl die erfolgreiche und erfolglose Ratte ähnliche Fortschritte in Supination Winkel. Von Tag 11 nach Gewöhnung war die erfolgreiche Ratte 55° supinating, während die erfolglose Ratte 25° supiniert. Nach Tag 15 nach Gewöhnung zeigte die erfolgreiche Ratte eine starke steigende Progression, während die erfolglose Ratte in der Leistung abgelehnt. Im letzten Drittel der Ausbildung nach Gewöhnung hatte die erfolglose Ratte bei 30° Plateau, während die erfolgreiche Ratte 80 ° supinating war. (B) durchschnittliche Wellenform (schwarze Linie) mit einem 95 %-Konfidenzintervall (orange für erfolgreiche, blau für erfolglose) für das erste Drittel der Ausbildung nach 6 g Gegengewicht hinzugefügt wird. (B1) Erfolgreiche Ratte - einzelne Gipfel rund 20 ° c. (B2) Erfolglose Ratte - doppelten Gipfel mit globalen maximal 10°. (C) durchschnittliche Wellenform (schwarze Linie) mit einem 95 %-Konfidenzintervall (orange für erfolgreiche, blau für erfolglose) für das zweite Drittel der Ausbildung nach 6 g Gegengewicht hinzugefügt wird. (C1) Erfolgreiche Ratte - einzelne Peak bei 45°. (C2) Erfolglose Ratte - verbesserter Form mit einzelnen Gipfel in der Nähe von 20°. (D) durchschnittliche Wellenform (schwarze Linie) mit einem 95 %-Konfidenzintervall (orange für erfolgreiche, blau für erfolglose) für das letzte Drittel der Ausbildung nach 6 g Gegengewicht hinzugefügt wird. (D1) Erfolgreiche Ratte - einzelne Peak bei 65° ausgesprochen. (D2) Erfolglose Ratte - doppelten Gipfel mit globales Maximum bei 20 ° c. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Figure 5
Abbildung 5:starke > Aufgabe Sensibilität für verschiedene Verletzungen Modelle. Ratten in der Pyramidotomy-Gruppe (lila, n = 8) wurden ausgebildet, um 75° bei 6 g eine Erfolgsquote von 75 % oder mehr, während Ratten im Gruppenrahmen kortikale Läsion supinieren (grün, n = 10) wurden ausgebildet, um 60° bei 6 g auf 75 % oder höher supinieren. Daten, die dargestellt sind Mittelwert ± Standardfehler. (A) Erfolgsquote bei Pyramidotomy Läsion im Vergleich zu kortikale Läsion. Beide Verletzungen Modelle zeigten einen starken Rückgang der Erfolgsquote von Pre, posttraumatischen (Woche 1). Erfolgsquote bei Pyramidotomy verringerte sich von 0,90 ± 0,02 bis 0,14 ± 0,08 Erfolgsquote für kortikale Läsion sank von 0,76 ± 0,01. (B) Supination Winkel für Pyramidotomy im Vergleich zu kortikale Läsion. Beide Gruppen zeigten einen Rückgang von Pre-auf nach der Verletzung: die Pyramidotomy-Gruppe auf 38,2 ° ± 10,1 ° gesunken, während die kortikale Läsion Gruppe verringerte sich auf 27,1 ° ± 2,9 °. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.

Discussion

Die Regler Supination Aufgabe wertet Vordergliedmaße Supination bei Ratten mit quantitativen und semi-automatischen Methoden. Um diese Grenzwerte zu erreichen, hat viele der Parameter für die Aufgabe, einschließlich Regler Ausrichtung, Manipulandum Design und Ausbildung Kriterien entwickelt über mehrere Jahre unterstrichen. Für Regler Ausrichtung Wir experimentierten mit drei verschiedenen Ausrichtungen des Reglers in Bezug auf die Blende: linke Seite des Knopfes an der linken Seite der Blende ausgerichtet, der Knopf zentriert in Blende und der rechten Seite des Knopfes an der rechten Seite des ausgerichtet die eine Perture. Störungen durch die linke Pfote einigten wir uns auf der rechten Seite den Knopf an der rechten Seite der Blende, als dieser produzierten Ratten, die in kürzester Zeit ausgebildet wurden und, die mit minimalen Kompensationsmechanismen, insbesondere supiniert, ausgerichtet wird.

Als für Manipulandum Design verändert wir mehrere Design-Merkmale zur Maximierung der Drehung mit dem Vorderbein und Einsatz des Körpers zu minimieren. Darüber hinaus skalieren wir die Schwierigkeit der Aufgabe auf die Schwere des prognostizierten Defizits. Nach Pyramidotomy Supination ist die Bewegung, die am stärksten betroffen ist, aber die Beeinträchtigung ist noch relativ subtil. So trainierten wir die Ratten, die eine höhere Grundlinie Kriterium (75°) um sicherzustellen, dass große Defizite beobachtet wurden nach einer Verletzung. Kortikale Läsionen, die sind mehr beeinträchtigen, reichte 60-Grad-Schwelle bei 7,5 g zu einem erheblichen Defizit nach Verletzung zu zeigen. Zusätzliche Parameter, die durch einen Versuch und Irrtum Ansatz optimiert wurden gehören Maschenweite, Knopf Abstand zwischen Blende und Zeitfenster für eine erfolgreiche Studie zu erreichen.

Es gibt einige kritische Punkte im gesamten Trainingsprotokoll, die sorgfältige Überwachung erfordern. Beim training zum Ausgangswert hat die adaptive Schnittstellenüberwachung Methode erfolgreich zur Ratten bis 75° 10trainieren. Jedoch kann Ratten Plateau in Spitze weniger als 75 ° Winkel; die Leistung bleibt gleich nach 4-5 Sitzungen. Um die Leistung zu verbessern, kann eine statische Schwelle eingesetzt werden. Ein statische Schwellenwert bezieht sich auf die Schwelle bleiben ab einem Set, welches unabhängig von Ratte Leistung, im Gegensatz zu einer adaptiven Schwelle, die basierend auf den letzten Leistung ändert. Wenn die Ratte im adaptiven Training Hochebenen, sollten der Experimentator auf eine statische Schwellenwert ändern. Statische Ausbildung Stufen reichen von 20 bis 70 Grad in 10° Schritten. (Bühne K28 - K33). Wählen Sie die statische Bühne basierend auf die Ratte durchschnittliche Spitze Winkel in den vorangegangenen 2 Sitzungen. Zum Beispiel, wenn die Ratte 45° durchschnittlich ist, wählen Sie die statische Phase für 50 Grad (K31). Alle statischen Phasen einstellen "Init. Thresh."bei 5 ° c. Während des Trainings, wenn die Ratte Motivation verliert, manuell füttern Sie die Ratte wenn es nahe, aber nicht über die Schwelle supiniert.

Darüber hinaus während der Basisbewertung zurückbilden ungefähr 5 % der Ratten 5-10 ° in ihren Supination Winkel und 5-10 % Erfolgsrate zwischen den Sitzungen. Wenn dies geschieht, und die Ratte nicht den durchschnittlichen Winkel 75° nach 3-4 Sitzungen wiederhergestellt, verringern Sie die statische Bühne innerhalb von 10 Grad die Ratte in den aktuellen durchschnittlichen Winkel vor der Rückkehr in Schritt 3.5. Es ist wichtig, keine Ratte den adaptiven Stufen einzuführen, sobald es auf statische Ausbildungsschritte gelegt wurde.

Es gibt einige Einschränkungen für die Aufgabe. Falscher Griff Position gefunden wurde, kann es schwierig sein, greifen Verhaltensänderung (Abbildung 2). Frühzeitige Erkennung und Korrektur ist so wichtig. Um eine Ratte in den Griff zu korrigieren, kann die Blende durch Verengung der Größe der Öffnung in die horizontale bzw. vertikale Richtung verändert werden; in der Regel kleben wir einen Objektträger an den Rand der Öffnung, die Anpassung benötigt. Für die meisten Ratten verbessert dies ihrer Griff-Form, weil es sie zwingt, die Manipulandum in einer bestimmten Weise zu erfassen. Dies wiederum verbessert ihre Fähigkeit, richtig supinieren.

Neben dieser Herausforderung können Ratten Kompensationsmechanismen zu supinieren entwickeln. Dazu gehört die Verwendung des Kopfes um die Vordergliedmaße Supination zu unterstützen; eine Senkung der Ellbogen und Schultergelenk zu den Knopf drehen; verwenden die linke Pfote um zu helfen, drehen Sie den Regler oder die reichende Pfote nach unten drücken. Alle diese Verhaltensweisen können verwendet werden, um den Vorgang erfolgreich abzuschließen. Wie bereits erwähnt, können Verhaltensweisen in Bezug auf die Reichweite durch die Manipulation der Blende korrigiert werden. Kompensationsmechanismen außerhalb der Reichweite erfordern jedoch aktiven Beteiligung durch den Experimentator nicht kompensatorische Verhalten zu belohnen. Nach einer Verletzung haben wir beobachtet, Ratten unter mehreren Studien die Pfote vor supinating an der richtigen Stelle zu platzieren. Obwohl wir nicht analysiert haben, welche Komponenten der Aufgabe zum Verlust der Supination beitragen könnten, diese könnten gehören der Verlust von präzise Griff und beeinträchtigt Kraft Modulation, unter den vielen Möglichkeiten.

Die halbautomatische Supination Aufgabe nimmt, im Durchschnitt 20 ± 5 Tage Ratten Baseline, trainieren und 25 % der Tiere sind nicht in der Lage auf die Aufgabe ausgebildet werden. Die Trainingszeit trägt die Tatsache, dass wir haben natürlich Recht-Präferenz Ratten nicht ausgewählt, sondern stattdessen, alle Tiere zwingen, die richtigen Pfoten zu verwenden wie in den meisten reichende Assays üblich. Wir haben nicht versucht, mit Links-Präferenz Ratten, aber es wäre eine interessante explorativen Studie zuerst Pfote Präferenz zu identifizieren und dann mit dem Zug der dominante Pfote. Um dies zu berücksichtigen, müssten wir die Ausrichtung der Türen zu drehen, so dass die Blende rückgängig gemacht wird; Dies kann problemlos erfolgen.

Verglichen mit traditionellen Aufgaben wie die IBB oder einzelne Pellet erreichen, misst die Supination Aufgabe quantitativ und Objektiv Vorderbein zu erreichen. Es zeigt Sensibilität für schwere Verletzungen (kortikale Läsion) und subtile Verletzungen (Pyramidotomy), und das Training Verfahren geändert werden kann, abhängig von der Schwere der Verletzung-Modells. Weil es semi-automatisiert ist, kann die Aufgabe den Experimentator, mehrere Ratten gleichzeitig, je nach Trainingsphase zu trainieren. Dies verbessert die Produktivität und die Ratte Durchsatz des Experimentators. Die Aufgabe ist zuverlässig und reproduzierbar zwischen Ratten. Wenn Sie eine Anleitung zur Fehlerbehebung (Abbildung 2) für die Experimentatoren zu beziehen bei dem Trainingsprotokoll erstellen, haben wir mehrere falsche Verhaltensweisen sowie Lösungen zur Problembehebung standardisiert. Zu guter Letzt die Aufgabe bietet eine intuitive Möglichkeit, große Datenmengen zu analysieren und gibt dem Experimentator die Möglichkeit, tiefer in die Kinetik der Supination eintauchen.

In der Zukunft verwenden die halbautomatische Supination Aufgabe als Plattform wir, um Art, Dosis und Zeitpunkt der Rehabilitation zu bewerten. Unser Labor ist die Wirkung der Stimulation auf funktionelle Verbesserung nach Verletzung interessiert. Darüber hinaus sind wir interessiert wie Therapien die neuronale anregen zu reparieren oder zu verbessern neuronale Leitung und Kommunikation Rehabilitation beeinflussen kann. Wir haben auch Interesse an der Änderung der Aufgabe mit Elektrophysiologie kompatibel, so dass wir motorischen Lernens zu studieren; Ratten mit KopfKappen routinemäßig die Aufgabe ausführen, und das Hinzufügen eines Kommutators für Aufnahme oder Stimulation wäre einfach zu tun. Die Aufgabe, wie beschrieben, ist für Ratten, aber es gibt auch Labors experimentieren mit Mäuse für die Aufgabe. Im Allgemeinen kann diese Aufgabe für die Bewertung der Vordergliedmaße Funktion bei Nagern in einer Vielzahl von Verletzungen Modellen und Krankheitszustände und im Gegenzug für die Bewertung der rehabilitativer Strategien verwendet werden. Nach vorne verschieben, werden wir weiterhin verbessern die Aufgabe, mit Raffinessen, falsche Verhaltensweisen zu verringern und Aufgabe Erfassungsrate und Trainingszeit zu verbessern zu helfen.

Disclosures

Dr. Rennaker und Dr. Sloan sind die Eigentümer von Vulintus Inc., die das Gerät in dieser Publikation herstellt. Keine Interessenkonflikte erklärt für die anderen Autoren.

Acknowledgements

Diese Forschung wurde vom NIH-NINDS R03 NS091737 finanziert.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Base Cage - Rat Model Vulintus MotoTrak Rat System N/A
Controller Vulintus MotoTrak Rat System N/A
Behavior Module Vulintus MotoTrak Rat System Supination Task, Methacrylate Dual Stop Knobs
Pellet Dispenser - 45mg Vulintus MotoTrak Rat System N/A
Autopositioner Vulintus MotoTrak Rat System N/A
45 mg, Chocolate Flavor, 50,000/Box Bio-Serv F0299 N/A
HP Z230 Tower WorkStation HP N/A Intel Xeon CPU E3-1225 v3 @ 3.20 GHz, 16GB RAM, 1TB HDD. Min Requirements: 8GB RAM, Multi-Core Processor
Dexterity Burke Medical Research Institute Matlab software for data analysis
Enviropak WF Fisher and Son N/A N/A

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