Studio Skill Motor Learning by Single-pellet attività Raggiungere in topi
Summary
Persistente pratica migliora la precisione dei movimenti coordinati. Qui vi presentiamo un compito raggiungendo singolo pellet, che è stato progettato per valutare l'abilità di apprendimento e la memoria di forelimb nei topi.
Abstract
Raggiungere e recuperare gli oggetti richiedono movimenti precisi e coordinati motore nella zampa anteriore. Quando i topi sono ripetutamente addestrati a cogliere e recuperare le ricompense alimentari posizionate in un luogo specifico, le loro prestazioni motore (definita come precisione e velocità) migliora progressivamente nel tempo, e altipiani dopo l'allenamento persistente. Una volta che tale abilità di raggiungere è padroneggiata, la sua successiva manutenzione non richiede una pratica costante. Qui vi presentiamo un compito di raggiungere single-pellet per studiare l'acquisizione e il mantenimento dei movimenti degli arti anteriori specializzati nei topi. In questo video vengono descritti i comportamenti dei topi che si incontrano comunemente in questo paradigma di apprendimento e memoria, e poi discutere su come classificare questi comportamenti e quantificare i risultati osservati. In combinazione con la genetica del mouse, questo paradigma può essere utilizzato come una piattaforma comportamentale per esplorare le basi anatomiche, fisiologiche, proprietà e meccanismi molecolari di apprendimento e memoria.
Introduction
La comprensione dei meccanismi dell'apprendimento e della memoria di base è una delle più grandi sfide nel campo delle neuroscienze. Nel sistema del motore, l'acquisizione delle abilità motorie romanzo con la pratica è spesso definito come apprendimento motorio, mentre il mantenimento delle abilità motorie apprese in precedenza è considerato come la memoria motore 1. Imparare una nuova abilità motoria è di solito riflette nel miglioramento delle prestazioni del motore desiderato nel tempo, fino a un punto in cui l'abilità del motore o è perfezionato o soddisfacente coerente. Per la maggior parte dei casi, la memoria motoria acquisita può persistere per un lungo periodo di tempo, anche in assenza di pratica. Negli esseri umani, studi di neuroimaging utilizzando la tomografia a emissione di positroni (PET) e la risonanza magnetica funzionale (fMRI) hanno dimostrato che la corteccia primaria del motore (M1) cambi di attività durante la fase di acquisizione di abilità apprendimento motorio 2-4, e l'interferenza temporaneo delle attività della M1 da stimolazione magnetica transcranica a bassa frequenza porta a significantly interrotto mantenimento di miglioramento comportamentale motore 5. Allo stesso modo, formazione specifica degli arti anteriori nel ratto induce plasticità funzionale e anatomica nella M1, esemplificato dalla crescita delle attività sia c-fos e rapporto sinapsi / neurone del controlaterale M1 alla zampa anteriore addestrati durante la fase tardiva di abilità motoria di apprendimento 6. Inoltre, un paradigma di formazione simile rafforza anche livello 2/3 collegamenti orizzontali nel controlaterale M1 corrispondente alla zampa anteriore addestrato, con conseguente riduzione del potenziamento a lungo termine (LTP) e una maggiore depressione a lungo termine (LTD) dopo i ratti ad acquisire le attività 7. Tale modifica sinaptica, tuttavia, non si osserva nelle regioni corticali M1 corrispondenti a forelimb inesperto o arti posteriori 8. In alternativa, quando la M1 è danneggiato attraverso ictus, ci sono carenze drammatiche arti anteriori specifiche abilità motorie-9. Mentre la maggior parte degli studi comportamentali del motore sono stati condotti sugli esseri umani, scimmias, e ratti 2-8,10-17, i topi diventano un sistema modello attraente a causa dei suoi potenti genetica e basso costo.
Qui vi presentiamo una zampa anteriore specifico apprendimento motorio-skill paradigma: un compito di raggiungere single-pellet. In questo paradigma, i topi sono addestrati a estendere le loro arti anteriori attraverso una stretta fessura di cogliere e recuperare pellets alimentari (semi di miglio) posizionate in un luogo fisso, un comportamento analogo a imparare tiro con l'arco, freccette-lancio, palloni da basket e tiro in umana. Questo compito di raggiungere è stato modificato da studi effettuati su ratti precedenti che hanno mostrato risultati simili tra i topi e ratti 18. Utilizzo di due fotoni di imaging transcranica, il nostro lavoro precedente ha seguito le dinamiche di spine dendritiche (strutture post-sinaptici per sinapsi eccitatorie maggioranza) nel corso del tempo durante questa formazione. Abbiamo scoperto che una singola sessione di allenamento ha portato a un rapido emergere di nuove spine dendritiche sui neuroni piramidali della corteccia motoria controlaterale alla zampa anteriore addestrato. Subsequent formazione dello stesso compito di raggiungere preferenzialmente stabilizzato queste spine di apprendimento indotti, che persisteva a lungo dopo l'allenamento terminato 19. Inoltre, spine che sono emerse durante le ripetizioni di raggiungere compito tendevano a raggrupparsi lungo dendriti, mentre spine formatisi durante l'esecuzione in tandem di raggiungere compito e un altro compito motorio specifico zampa anteriore (cioè il compito manipolazione pasta) non raggruppano 20.
Nel presente video, descriviamo passo-passo la configurazione di questo paradigma comportamentale, dalla privazione di cibo iniziale per formatura, e alla formazione motore. Abbiamo anche descrivono i comportamenti più comuni dei topi durante il processo di esecuzione di questo paradigma comportamentale, e di come questi comportamenti sono suddivisi in categorie e analizzato. Infine, discuteremo le misure precauzionali necessarie per praticare tale paradigma di apprendimento e le problematiche che si possono incontrare durante l'analisi dei dati.
Protocol
Representative Results
Discussion
L'importanza della fase di formatura:
A causa di aumento di ansia di essere in un ambiente sconosciuto, di solito è difficile per topi per essere addestrati in un ambiente romanzo 21,22. Pertanto, l'obiettivo di sagomatura è quello di familiarizzare i topi con la camera di formazione, l'allenatore (cioè ridurre i loro livelli di ansia), e le richieste del compito (cioè di identificare seme come fonte di cibo). Un altro obiettivo della sagomatura è d…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è supportato da una sovvenzione (1R01MH094449-01A1) dal National Institute of Mental Health di YZ
Materials
| Training chamber in clear acrylic box | For dimensions, see Fig. 1A |
| Tilted tray for shaping | custom-made from glass slides, see Fig. 1B |
| Food platform for training | For dimensions, see Fig. 1C |
| Millet seeds | filtered from “Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food (All Living Things) |
| Forceps | For placing the seeds |
| A weighing scale | For daily body weight measurement |
| A stopwatch | For time measurement during shaping/training sessions |
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