Avaliando a Prehension qualificada em camundongos usando um instrutor automático
Summary
Método para avaliar o impacto do treinamento em habilidades motoras é uma ferramenta útil. Infelizmente, a maioria das avaliações comportamentais pode ser trabalhosa e/ou dispendiosa. Nós descrevemos aqui um método robótico de avaliar a habilidade do preensão (alcance-à-preensão) nos ratos.
Abstract
Nós descrevemos um método para introduzir ratos ingênuos a uma tarefa nova do preensão (alcance-à-preensão). Os ratos são alojados isoladamente em gaiolas com um slot frontal que permite que o mouse para alcançar fora de sua gaiola e recuperar pelotas de alimentos. Restrição alimentar mínima é empregada para incentivar os ratos a realizar a recuperação de alimentos a partir do slot. Como os ratos começam a associar vindo ao slot para o alimento, as pelotas são puxadas manualmente afastado para estimular a extensão e a pronação de sua pata para agarrar e recuperar a pelota através da ranhura frontal. Quando os ratos começam a chegar para as pelotas como eles chegam ao slot, o ensaio comportamental pode ser realizada através da medição da taxa em que eles agarram com sucesso e recuperar o pellet desejado. São introduzidos então a um auto-instrutor que automatiza o processo de fornecer pelotas do alimento para que o rato agarre, e a gravação de tentativas bem sucedidas e falhadas do alcance e do agarramento. Isso permite a coleta de dados de alcance para múltiplos camundongos com esforço mínimo, a ser utilizado na análise experimental, conforme apropriado.
Introduction
Métodos para testar experimentalmente uma habilidade motora pré e pós-lesão neurológica, bem como modulam o tempo, quantidade e tipo de treinamento motor são importantes para a pesquisa translacional. Ao longo da última década, os camundongos, por causa da facilidade de manipulação genética, tornaram-se um sistema de modelo popular para elucidar os mecanismos de aprendizagem motora pré e pós-lesão. No entanto, os ensaios comportamentais em camundongos não foram otimizados da mesma forma que tais ensaios foram para outros mamíferos (especialmente ratos). Além disso, há diferenças importantes entre o comportamento de um rato e um rato que sugerem fortemente treinar as duas espécies em diferentes maneiras1,2.
Os movimentos hábeis do preênsil usam uma mão/pata para coloc o alimento na boca, para manipular um objeto, ou para usar uma ferramenta. De fato, chegar a apreender vários objetos na vida cotidiana é uma função fundamental dos membros superiores e o ato de alcançar-comer é uma forma de prehensão que muitos mamíferos usam. Muitas das alterações genéticas, fisiológicas e anatômicas que sustentam a aquisição da habilidade preênsil têm sido bem definidas no campo3. Em traduzir resultados pré-clínicos aos resultados clínicos, um precisa um teste relevante que seja eficiente e reprodutível. Estudos de roedores e de alcance humano demonstram que o comportamento de prehensão é semelhante em humanos e em animais4. Conformemente, estas similaridades sugerem que o teste do preensão possa servir como um modelo translacional para investigar a aprendizagem do motor assim como os prejuízos e os tratamentos da doença humana. Portanto, avaliar a prehensão em camundongos pode oferecer uma ferramenta poderosa na pesquisa translacional estudando Estados de saúde e doença4.
Infelizmente, a tarefa do preensão nos ratos, mesmo para um ajuste de laboratório em pequena escala, pode ser trabalhoso e demorado. Para aliviar este problema, nós descrevemos aqui uma versão automatizada da tarefa do preensão. A tarefa descrita exige que os ratos estendam uma única pata através da ranhura frontal da gaiola do rato, pronação a pata estendida, agarre a recompensa da pelota do alimento, e puxe a pelota de volta ao interior da gaiola para o consumo. Os dados resultantes são apresentados como um sucesso ou uma falha do preensão. Essa automação registra com êxito os dados e reduz a carga e o tempo com que os pesquisadores devem engajar a tarefa.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nosso auto-instrutor avalia o alcance-à-preensão do membro torácico (prehension) em uma maneira automatizada. Para atingir esse EndPoint, muitos dos parâmetros projetados para a tarefa de preensão do mouse, incluindo a colocação da pelota, o tamanho da pelota e os critérios de treinamento, foram iterados ao longo de vários anos e adaptados de protocolos anteriores2,5 ,6. O avanço aqui é a automação da tarefa usando…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
O dispositivo de treinamento automático foi construído por Jason Dunthorn, URI Tasch e Dan Tasch na Step Analysis, LLC, com suporte de entrada de projeto e instruções fornecidas por Robert Hubbard, Richard o ‘ Brien e Steven Zeiler.
Teresa Duarte, do centro Champalimaud para o desconhecido, forneceu insights e ideias valiosas sobre como descrever e categorizar ações de alcance do mouse.
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 |
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