Evaluación de la prehensión habilidosa en ratones mediante un auto-entrenador
Summary
El método para evaluar el impacto de la formación en las habilidades motoras es una herramienta útil. Desafortunadamente, la mayoría de las evaluaciones conductuales pueden ser intensivas en mano de obra y/o costosas. Aquí describimos un método robótico para evaluar la habilidad de la prehensión (alcance a agarrar) en ratones.
Abstract
Describimos un método para introducir ratones ingenuos en una nueva tarea de prehensión (alcance a alcance). Los ratones se alojan solos en jaulas con una ranura frontal que permite al ratón salir de su jaula y recuperar pellets de comida. Se emplea una restricción alimentaria mínima para alentar a los ratones a realizar la recuperación de alimentos de la ranura. A medida que los ratones comienzan a asociarse llegando a la ranura para la comida, los pellets se retiran manualmente para estimular la extensión y pronación de su pata para agarrar y recuperar el pellet a través de la ranura frontal. Cuando los ratones comienzan a alcanzar los pellets a medida que llegan a la ranura, el ensayo conductual se puede realizar midiendo la velocidad a la que agarran y recuperan con éxito el pellet deseado. A continuación, se introducen en un auto-entrenador que automatiza tanto el proceso de proporcionar pellets de alimentos para que el ratón pueda agarrar, como la grabación de intentos exitosos y fallidos de alcanzar y agarrar. Esto permite la recopilación de datos de alcance para varios ratones con un esfuerzo mínimo, que se utilizará en el análisis experimental según corresponda.
Introduction
Los métodos para probar experimentalmente una lesión motora antes y después de neurológica, así como para modular el tiempo, la cantidad y el tipo de entrenamiento motor son importantes para la investigación traslacional. En la última década, los ratones, debido a la facilidad de la manipulación genética, se han convertido en un sistema modelo popular en el que esclarecer los mecanismos del aprendizaje motor antes y después de las lesiones. Sin embargo, los ensayos conductuales en ratones no se han optimizado de la misma manera que tales ensayos han sido para otros mamíferos (especialmente ratas). Además, hay diferencias importantes entre el comportamiento de un ratón y una rata que sugieren fuertemente entrenar a las dos especies de diferentes maneras1,2.
Los movimientos prensales calificados utilizan una mano/pata para colocar alimentos en la boca, manipular un objeto o utilizar una herramienta. De hecho, llegar a captar diversos objetos en la vida diaria es una función fundamental de las extremidades superiores y el acto de alcance a comer es una forma de prehensión que muchos mamíferos utilizan. Muchos de los cambios genéticos, fisiológicos y anatómicos que sustentan la adquisición de habilidades prensiles han sido bien definidos en el campo3. Al traducir los hallazgos preclínicos a los resultados clínicos, se necesita una prueba relevante que sea eficiente y reproducible. Los estudios de alcance de roedores y humanos demuestran que el comportamiento de la prehensión es similar en humanos y en animales4. En consecuencia, estas similitudes sugieren que las pruebas de prension pueden servir como modelo traslacional para investigar el aprendizaje motor, así como impedimentos y tratamientos de enfermedades humanas. Por lo tanto, la evaluación de la prehensión en ratones puede ofrecer una poderosa herramienta en la investigación traslacional que estudia los estados de salud y enfermedad4.
Desafortunadamente, la tarea de prehensión en ratones, incluso para un entorno de laboratorio a pequeña escala, puede ser laboriosa y llevar mucho tiempo. Para aliviar este problema, aquí se describe una versión automatizada de la tarea de prehensión. La tarea descrita requiere que los ratones extiendan una sola pata a través de la ranura frontal de la jaula doméstica del ratón, pronifen la pata extendida, agarren la recompensa de pellets de alimentos y tiren del pellet de vuelta al interior de la jaula para su consumo. Los datos resultantes se presentan como un éxito de prehensión o un error. Esta automatización registra con éxito los datos y reduce la carga y el tiempo con que los investigadores deben participar en la tarea.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nuestro auto-entrenador evalúa el alcance de las extremidades delanteras (prehensión) de forma automatizada. Para lograr este punto final, muchos de los parámetros diseñados para la tarea de prehensión del ratón, incluyendo la colocación de pellets, el tamaño del pellet y los criterios de entrenamiento, han sido iterados a lo largo de varios años y adaptados de protocolos anteriores2,5 ,6. El avance aquí es la automat…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El dispositivo de auto-entrenamiento fue construido por Jason Dunthorn, Uri Tasch y Dan Tasch en Step Analysis, LLC, con soporte de entrada de diseño e instrucciones proporcionadas por Robert Hubbard, Richard O’Brien y Steven Zeiler.
Teresa Duarte del Centro Champalimaud para Lo Desconocido proporcionó valiosas ideas sobre cómo describir y categorizar las acciones de alcance del ratón.
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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