Valutazione della prensione qualificata nei topi utilizzando un auto-allenatore
Summary
Metodo per valutare l’impatto della formazione sulle capacità motorie è uno strumento utile. Sfortunatamente, la maggior parte delle valutazioni comportamentali può essere laboriosa e/o costosa. Descriviamo qui un metodo robotico per valutare la prensione (reach-to-grasp) abilità nei topi.
Abstract
Descriviamo un metodo per introdurre topi ingenui a un nuovo compito di prensione (reach-to-grasp). I topi sono alloggiati in gabbie con una fessura frontale che permette al mouse di uscire dalla sua gabbia e recuperare pellet di cibo. La restrizione alimentare minima viene utilizzata per incoraggiare i topi a eseguire il recupero del cibo dalla fessura. Quando i topi iniziano ad associarsi arrivando alla fessura per il cibo, i pellet vengono tirati via manualmente per stimolare l’estensione e la pronazione della zampa per afferrare e recuperare il pellet attraverso lo slot frontale. Quando i topi iniziano a raggiungere i pellet quando arrivano allo slot, il saggio comportamentale può essere eseguito misurando la velocità con cui riescono a cogliere e recuperare il pellet desiderato. Vengono poi introdotti in un auto-addestratore che automatizza sia il processo di fornitura di pellet alimentari per il mouse da afferrare, sia la registrazione di tentativi di raggiungere e afferrare riusciti e non riusciti. Ciò consente la raccolta di dati di raggiungimento per più topi con il minimo sforzo, da utilizzare nell’analisi sperimentale a seconda dei casi.
Introduction
I metodi per testare sperimentalmente un’abilità motoria lesioni pre e post-neurologiche, nonché modulare la tempistica, la quantità e il tipo di allenamento motorio sono importanti per la ricerca traslazionale. Nell’ultimo decennio, i topi, a causa della conseguente facilità di manipolazione genetica, sono diventati un sistema modello popolare in cui chiarire i meccanismi dell’apprendimento motorio pre e post-lesione. Tuttavia, i saggi comportamentali nei topi non sono stati ottimizzati nello stesso modo in cui tali saggi sono stati per altri mammiferi (soprattutto ratti). Inoltre, ci sono importanti differenze tra il comportamento di un topo e un ratto che suggeriscono fortemente l’addestramento delle due specie in modi diversi1,2.
Abili movimenti prensile utilizzano una mano / zampa per posizionare il cibo in bocca, per manipolare un oggetto, o per utilizzare uno strumento. Infatti, raggiungere a cogliere vari oggetti nella vita quotidiana è una funzione fondamentale degli arti superiori e l’atto reach-to-eat è una forma di prensione che molti mammiferi usano. Molti dei cambiamenti genetici, fisiologici e anatomici alla base dell’acquisizione delle abilità prensili sono stati ben definiti nel campo3. Nel tradurre i risultati preclinici in esiti clinici, è necessario un test pertinente che sia efficiente e riproducibile. Studi sui roditori e sulla portata umana dimostrano che il comportamento della prensione è simile negli esseri umani e negli animali4. Di conseguenza, queste somiglianze suggeriscono che i test di prehension possono servire come modello traslazionale per studiare l’apprendimento motorio, nonché i menomazioni e i trattamenti della malattia umana. Pertanto, la valutazione della prehension nei topi può offrire un potente strumento nella ricerca traslazionale che studia sia la salute che la malattiaafferma 4.
Purtroppo, il compito di prehension nei topi, anche per un ambiente di laboratorio su piccola scala, può essere laborioso e dispendioso in termini di tempo. Per risolvere questo problema, descriviamo qui una versione automatizzata dell’attività di prehension. Il compito descritto richiede ai topi di estendere una singola zampa attraverso la fessura frontale della gabbia di casa del topo, far promettere la zampa estesa, afferrare la ricompensa del pellet alimentare e tirare il pellet all’interno della gabbia per il consumo. I dati risultanti vengono presentati come un successo di prehension o un fallimento. Questa automazione registra con successo i dati e riduce l’onere e il tempo con cui i ricercatori devono impegnarsi il compito.
Protocol
Representative Results
Discussion
Il nostro auto-trainer valuta la comprensione degli arti anteriori (prensioni) in modo automatizzato. Per raggiungere questo endpoint, molti dei parametri progettati per l’attività di prensione del mouse, tra cui il posizionamento del pellet, le dimensioni del pellet e i criteri di allenamento, sono stati iterati nel corso di diversi anni e adattati dai protocolli precedenti2,5 ,6. Il progresso qui è l’automazione del compito…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Il dispositivo di allenamento automatico è stato costruito da Jason Dunthorn, Uri Tasch e Dan Tasch presso Step Analysis, LLC, con il supporto di input di progettazione e le istruzioni fornite da Robert Hubbard, Richard O’Brien, e Steven .
Teresa Duarte del Centro Champalimaud per l’Ignoto ha fornito preziose informazioni e idee su come descrivere e classificare le azioni del topo.
Materials
| ABS Filament | Custom 3D Printed | N/A | utilized for pellet holder, frame, arm and funnel |
| ABS Sheet | McMaster-Carr | 8586K581 | 3/8" thickness; used for platform compononents, positioning stand guides and base |
| Adruino Mini | Adruino | A000087 | nano version also compatiable as well as other similar microcontrollers |
| Bench-Top Adjustable-Height Positioning Stand | McMaster-Carr | 9967T43 | 35 lbs. load capacity |
| Clear Acrylic Round Tube | McMaster-Carr | 8532K14 | ID 3/8" |
| Low-Carbon Steel Wire | McMaster-Carr | 8855K14 | 0.148" diameter |
| Pellet Dispenser | Lafayette Instrument: Neuroscience | 80209-45 | with 45 mg interchangeable pellet size wheel and optional stand |
| Photointerrupter Breakout Board | SparkFun | BOB-09322 ROHS | designed for Sharp GP1A57HRJ00F |
| Reflective Object Sensor | Fairchild Semiconductor | QRD1113 | phototransistor output |
| Servo Motor | SparkFun | S8213 | generic metal gear (micro size) |
| Transmissive Photointerrupter | Sharp | GP1A57HRJ00F | gap: 10 mm, slit: 1.8 mm |
References
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