Monitorización del aprendizaje motor fino y asociativo en ratones mediante la escalera Erasmus

Se han desarrollado una variedad de pruebas para evaluar los fenotipos motores en ratones. Cada prueba proporciona información sobre un aspecto específico del comportamiento motor¹. Por ejemplo, la prueba de campo abierto informa sobre el estado general de locomoción y ansiedad; las pruebas de coordinación y equilibrio con rotarod y viga de marcha; El análisis de la huella tiene que ver con la marcha; la cinta de correr o la rueda de correr en el ejercicio físico forzado o voluntario; Y la rueda compleja tiene que ver con el aprendizaje de habilidades motoras. Para analizar los fenotipos motores de los ratones, los investigadores deben realizar estas pruebas de forma secuencial, lo que implica mucho tiempo y esfuerzo y, a menudo, varias cohortes de animales. Si hay información a nivel celular o de circuitos, el investigador normalmente opta por una prueba que monitorea un aspecto relacionado y sigue a partir de ahí. Sin embargo, faltan paradigmas que discriminen diferentes aspectos de la conducta motora de forma automatizada.

En este artículo se describe un protocolo para utilizar la Escalera Erasmus ^2,3, un sistema que permite una evaluación exhaustiva de una variedad de características de aprendizaje motor en ratones. Las principales ventajas son la reproducibilidad y sensibilidad del método, junto con la capacidad de valorar la dificultad motora y separar los déficits en el rendimiento motor de la alteración del aprendizaje motor asociativo. El componente principal consiste en una escalera horizontal con peldaños altos (H) y bajos (L) alternados equipados con sensores sensibles al tacto que detectan la posición del mouse en la escalera. La escalera está hecha de 2 x 37 peldaños (L, 6 mm; H, 12 mm) espaciados 15 mm entre sí y colocados en un patrón alterno izquierda-derecha con espacios de 30 mm (Figura 1A). Los peldaños se pueden mover individualmente para generar varios niveles de dificultad, es decir, crear un obstáculo (elevando los peldaños altos en 18 mm). Junto con un sistema de registro automatizado y asociando las modificaciones del patrón de peldaños con estímulos sensoriales, la escalera Erasmus evalúa el aprendizaje de la motricidad fina y la adaptación del rendimiento motor en respuesta a los desafíos ambientales (aparición de un peldaño más alto para simular un obstáculo, un estímulo incondicionado [US]) o la asociación con estímulos sensoriales (un tono, un estímulo condicionado [CS]). Las pruebas implican dos fases distintas, cada una de las cuales evalúa la mejora en el rendimiento motor durante 4 días, durante los cuales los ratones se someten a una sesión de 42 ensayos consecutivos por día. En la fase inicial, los ratones son entrenados para navegar por la escalera y evaluar el aprendizaje motor “fino” o “hábil”. La segunda fase consiste en ensayos intercalados en los que se presenta un obstáculo en forma de peldaño superior en el camino del animal en movimiento. La perturbación puede ser inesperada para evaluar el aprendizaje motor “desafiado” (ensayos solo en EE. UU.) o anunciada por un tono auditivo para evaluar el aprendizaje motor “asociativo” (ensayos emparejados).

La escala Erasmus se ha desarrollado hace relativamente poco tiempo ^2,3. No se ha utilizado ampliamente porque la configuración y optimización del protocolo requirió un esfuerzo específico y fue diseñado específicamente para evaluar el aprendizaje asociativo dependiente de cerebelos sin explorar en detalle su potencial para revelar otros déficits motores. Hasta la fecha, ha sido validado por su capacidad para revelar alteraciones motoras sutiles relacionadas con la disfunción cerebelosa en ratones 3,4,5,6,7,8. Por ejemplo, los ratones knockout de conexina36 (Cx36), donde las uniones gap están deterioradas en las neuronas olivarias, muestran déficits de disparo debido a la falta de acoplamiento electrotónico, pero el fenotipo motor había sido difícil de precisar. Las pruebas realizadas con la escalera de Erasmus sugirieron que el papel de las neuronas olivareras inferiores en una tarea de aprendizaje motor cerebeloso es codificar con precisión la codificación temporal de los estímulos y facilitar las respuestas dependientes del aprendizaje a eventos inesperados ^3,4. El ratón knockout de ribonucleoproteína 1 mensajero del cromosoma X frágil (Fmr1), un modelo para el síndrome del cromosoma X frágil (SXF), exhibe un deterioro cognitivo bien conocido junto con defectos más leves en la formación de la memoria de procedimiento. Los knockouts de Fmr1 no mostraron diferencias significativas en los tiempos de paso, los pasos en falso por ensayo o la mejora del rendimiento motor durante las sesiones de la Escalera Erasmus, pero no lograron ajustar su patrón de marcha al obstáculo que aparece repentinamente en comparación con sus compañeros de camada de tipo salvaje (WT), lo que confirma déficits específicos de memoria asociativa y de procedimiento ^3,5. Además, las líneas mutantes de ratón específicas de células con defectos en la función cerebelosa, incluida la alteración de la producción de células de Purkinje, la potenciación y la producción de interneuronas o células granulosas de la capa molecular, mostraron problemas en la coordinación motora con la adquisición alterada de patrones de pasos eficientes y en el número de pasos dados para cruzar la escalera⁶. El daño cerebral neonatal provoca déficits de aprendizaje cerebelosos y disfunción de las células de Purkinje que también podrían detectarse con la Escalera Erasmus ^7,8.

En este video, presentamos una guía completa paso a paso, que detalla la configuración de la sala de comportamiento, el protocolo de prueba de comportamiento y el posterior análisis de datos. Este informe está elaborado para ser accesible y fácil de usar y está diseñado específicamente para ayudar a los recién llegados. Este protocolo proporciona información sobre las diferentes fases del entrenamiento motor y los patrones motores esperados que adoptan los ratones. Por último, el artículo propone un flujo de trabajo sistemático para el análisis de datos utilizando un potente enfoque de regresión no lineal, con valiosas recomendaciones y sugerencias para adaptar y aplicar el protocolo en otros contextos de investigación.