Name: the knob supination task: a semi-automated method for assessing forelimb function in rats
Uploaded: 2017-09-28T15:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 26 s
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이 연구는 NIH NINDS R03 NS091737에 의해 자금 되었습니다.

이 프로토콜 작업을 설정 하 고 생활 및 조건, 뿐만 아니라 훈련 동물 먹이, 부상, 후 동물 테스트 및 동작 데이터를 분석 설정에 대해 설명 합니다. 동물 훈련의 4 단계도 설명: 습관 들 임, 보상 협회, 제어 훈련과 훈련 기준을 설정 각도. 모든 동물 실험 IACUC Weill 코넬 의학 대학 텍사스 달라스에 의해 승인 했다.
 1. 설정 작업을 <ol><li>디자인 행동 상자 150 밀리미터 200 밀리미터 폭 250 m m 높이 여 긴 투명 한 플라스틱의 만든. 
	참고: 여기, 직사각형 조리개 높이 25.4 m m 폭 14.2 m m 이다. 손잡이 manipulandum 직경의 9.5 m m 메타 크 릴 산으로 만든 있으며 supination 100 ° 보다는 더 적은 제한 하는 두 정거장. 이러한 매개 변수 각각의 테스트 되었습니다 있고 결과 섹션에 설명 된 적자에 대 한 최적화. 행동 상자 및 manipulandum 그림 1A에 나와 있습니다.</li>
	<li>는 컴퓨터에 마이크로컨트롤러 상자를 연결합니다. 4 개의 마이크로컨트롤러까지 상자는 각 컴퓨터에 연결 될 수 있다.</li>
	<li>는 작업을 시작 하려면 제어 소프트웨어 ( 그림 1C).
	컨트롤에 대 한 <ol><li>선택 손잡이 장치입니다. 주체 이름에 입력 합니다 &#34; 주제 &#34; 필드. 선택 아래에서 훈련을 위한 무대는 &#34; 단계 &#34; 드롭다운 메뉴. 
		참고: 단계 지시 각 재판에 대 한 세 개의 매개 변수:는 &#34; 명 중 창 &#34; &#34; 히트 임계값, &#34; 및 &#34; 초기 임계값. &#34; 히트 시간의 정의 된 기간 내에서 기준 각도 도달로 정의 됩니다. &#34; 칠 창 &#34; 재판을 시작 하 고 기준 각도 도달 하는 동물에 대 한 할당 된 시간을 말합니다. &#34; 히트 임계값 &#34; 성공적인 재판에 대 한 기준 각도입니다. &#34; 초기 임계값 &#34; 재판을 시작 하 고 창; 히트 기준 각도 이 회전의 시작을 나타냅니다. 단계에 대 한 자세한 정보는 아래 섹션에서 볼 수 있습니다 &#34; 훈련 동물. &#34;</li> <li>클릭 &#34; 시작 &#34; 훈련 세션을 시작 하려면. 클릭 &#34; 피드 &#34; 수동으로 동물 먹이 및 &#34; 중지 &#34; 훈련 세션을 중지 하기. 
		참고: 수동 작업에 관심을 유지 하는 데 사용 해야 유와 섹션 3에서에서 자세하게 설명 됩니다. 세션을 중지 한 후 세션 데이터 c: 드라이브에 저장 합니다.</li>
	</ol></li></ol> 2. 생활 및 먹이 조건 <ol><li>사용 성인 여성 Sprague Dawley 쥐 (175-200 g). 집 쥐 함께 반전된 12 h 다크/12 h 표준 장에 빛 사이클. 모든 교육을 수행 하 고 희미하게 조명과 어두운 주기 동안 테스트. 
	참고: 이후 그들은 쉽게 훈련 21 여성 쥐가 사용 됩니다. 여기 Sprague-Dawley 모터 훈련에 사용 되는 일반적인 긴장 때문에 제 닉에 대 한 지배적인 긴장은 사용 되었다. 그러나, 작업 (제어 장치, 회전 각도 기준, 손잡이, 노브 자체 거리)의 조정 가능한 특성상이 쉽게 조정 될 수 있었다 다른 긴장 그리고 더 큰 (예: 남성) 또는 작은 (예: Wistar) 쥐.</li>
	<li>연구의 첫 번째 5 일 주고 5 일 동안 영양 완전 한, 초콜릿 맛된 알 약 이외에 전체 여 물통을 쥐. 5 일 후 음식-쥐를 제한 그들의 정상 체중 곡선의 85%.</li>
	<li>후 음식 제한 시작 했다 그들의 훈련의 전체에 걸쳐 쥐의 초콜릿 펠 릿 (나이 조정 무게의 85%를 유지 하기 위해 위로 또는 아래로 조정) 7.5 g을 피드. 쥐가 그들의 교육 세션에 초콜릿 펠 릿의 7.5 g를 받지 못한 경우 마지막 세션 후 withstandard 차를 보충. 
	참고: 주말 먹이 광고 libitum 표준 차 우와 함께 일요일 저녁까지, 다음 음식 박탈 하룻밤. 수술 또는 다른 침략 적 개입을 수행할 때 허용 식품 광고 libitum 최소 3 일 전에 그리고 다시 음식 제한에 쥐를 놓기 전에 (복구 시간)에 따라 수술 후 3 일.</li>
</ol> 3. 교육 절차 참고: 훈련 절차의 개요 그림 3A에 표시 됩니다. 프로토콜을 통해 기차 쥐 매일 두 번, 아침에 한번, 오후에 한 번. 오후 세션을 시작 하기 전에 아침 세션 후 적어도 3 시간을 기다립니다.
<ol><li>Habituation 참고: 테스트 상자와 처리는 쥐를 habituation의 목표입니다.
	<ol><li>자동 위치 확인에 아래쪽 화살표 키를 눌러 손잡이 장치를 완전히 철회.</li>
		<li>장소 15 분에 대 한 행동 상자에 쥐</li>
		<li>상자에 15 분, 후 처리 하는 실험 쥐를 적어도 5 분 동안 손에 각 쥐.</li>
		<li>두 일 동안 반복.</li>
	</ol></li> <li>보상 협회 참고: 목표 음식 보상 노브의 연관 쥐를 훈련 하는 것입니다. 훈련의 보상 협회 단계 작업에 30 분의 전체 세션 길이 지출 기대 합니다.
	<ol><li>소프트웨어 열고 쥐 이름을 입력 합니다. 무대 설정 &#34; K1: 손잡이 형성-도르래. &#34; 참고: 0.0 cm에서 조리개에서 manipulandum 거리를 설정 하는이 &#34; 초기화. Thresh. &#34; 3 °, &#34; 명 중 Thresh. &#34; 5도, 그리고 &#34; 히트 창 &#34; 2 s. 쥐를 쥐 회전 노브 지난 3도 먹이를 수 있습니다. &#34; 히트 창 &#34; 2에 남아 훈련을 통해 s.</li>
		<li>행동 상자와 언론에 쥐를 넣어 &#34; 시작 &#34; 세션 시작.</li>
		<li>한 번에 2-3 알 약을 분배 하 고 보상 탱크는 상자의 측면을 활용 하 여 보상 물에 쥐를 확인 합니다. 수동 급지대 버튼을 사용 하 여 알 약을 분배.</li>
		<li>쥐 보상의 위치를 알고 있다, 일단 수동으로 특 면 1 펠 릿 쥐 조리개 앞에 있을 때.</li>
		<li>한번 쥐 펠 릿 보상, 상태는 manipulandum와 상호 작용 하는 쥐의 기대에 조리개 이동 합니다.
		<ol><li>쥐 manipulandum, 근처 45 mg 음식 펠 릿을 배치 하 여 또는 펠 릿 먼지는 manipulandum에 직접 적용 하 여 종사를 표시, 그것을 수 있도록 밖으로 도달 하 고 그것을 파악. 쥐 조리개에서 이동, 경우의 주의를 manipulandum 근처 상자에 누릅니다. 
			참고: 경우에 쥐의 도달 발와 노브만 진, 프로그램 쥐를 공급 합니다. 발 (무, nosing는 manipulandum)의 사용을 포함 하지 않는 어떤 상호 작용 정확 하 고 보상 하지 해야 합니다.</li>
		</ol></li> <li>쥐 원하는 발와 0.0 cm에서 10 회 연속을 보상 받고 손잡이만 지 시작를 사용 하 여 아래쪽 화살표 키 자동-포지 셔 너 ( 그림 1A)에 manipulandum을 철회 하 여 0.25 cm. 반복 이 0.25 c m 증가 manipulandum는 조리개에서 1.25 cm까지.</li>
		<li>기자 &#34; 중지 &#34; 세션을 종료 30 분 후.</li>
		<li>쥐 조리개 ( 그림 1B)에서 1.25 cm에서 원하는 발과 manipulandum supinates 때까지 보상 협회 계속.</li>
		<li>쥐 2 연속 세션 supinating는 manipulandum 하 고 펠 릿 보상 검색 완료 되 면 시작 제어 훈련.</li>
	</ol></li> <li>평형 6 g 평형 supinate에 쥐를 훈련 하는 훈련.
	커넥터는 평형의 끝에는 manipulandum의 L 자형 첨부 점을 연결 하 여 manipulandum에 <ol><li>장소 3g 제어 장치. 제어 장치는 자유롭게 중단 될 때까지 도르래를 통해 제어 문자열 피드.</li>
		<li>소프트웨어 열고 쥐 이름을 입력 합니다. 무대 설정 &#34; k 2: 손잡이 형성-도르래. &#34; 참고: 1.25 cm에서 조리개에서 manipulandum 거리를 설정 하는이 &#34; 초기화. Thresh. &#34; 3 °, 그리고 &#34; 명 중 Thresh. &#34; 5도에서. 이 시점에서 1.25 cm에 manipulandum 거리 유지 됩니다.</li>
		<li>행동 상자와 언론에 쥐를 넣어 &#34; 시작 &#34; 세션 시작.</li>
		<li>보도 &#34; 중지 &#34; 100 + 성공적인 시험 후. 쥐 100 + 성공적인 시험의 2 연속 세션 완료 되 면 세션의 끝 후에 1 g 무게를 증가. 후속 세션에 걸쳐 6 g, 3 세대에서 무게를 증가.</li>
		<li>Supination 6 g 및 100 + 성공적인 재판의 2 연속 세션 후 진행 하도록 3.4. 
		참고: 일 6 회 (3 일)의 평균에서에서 소요 3 세대 6 g. 제어 훈련에서 시작, 그것은 절대적으로 올바른 supination 움직임 보상 되 고 잘못 된 supination 운동 밖으로 형성 되 면. 비주얼 가이드 및 정확 하 고 잘못 된 supination 형태에 대 한 설명, 그림 2를 참조 하십시오.</li>
	</ol></li> <li>기준선 훈련 참고: 모양 올바른 supination 움직임을 계속 기억 하십시오. 다시 그림 2 수정/잘못 된 supination 운동에 대 한 시각적 가이드를 잘못 supination 개량 하는 방법을 참조 하십시오. 훈련 기준 기준; supinate 하 쥐 여기,이 75% 이상 성공률에 6 g 제어와 75도입니다.
	<ol><li>6 g 제어 장치는 manipulandum에 배치.</li>
		<li>소프트웨어 열고 쥐 이름을 입력 합니다. 무대 설정 &#34; KSB4: 손잡이 훈련 중간 75 최대 &#34; 참고:이 설정에서 &#34; 초기화. 타 작. &#34; 5 °에서 &#34; 히트 임계값 최소 &#34; 15 °, 그리고 &#34; 히트 임계값 최대 &#34; 75 °에. 이것은 라고는 &#34; 적응 &#34; 훈련 단계, 임계값 쥐로 증가 의미 &#39; s 성능이 향상 됩니다. 에 &#34; KSB4 &#34; 단계, 설정 된 임계값은 먼저 이전 세션 &#39; s 최종 임계값. 아무 이전 세션이이 단계에서 실행 되었다, 15도의 임계값 최소 임계값 설정 됩니다. 세션의 처음 10 재판 후 임계값 이전 10 타석에서 각 피크의 중간값으로 계산 됩니다. 따라서, 임계값 각 재판에 대 한 다른 고 쥐에 따라 &#39; 이전 재판에서 s 성능.</li>
		<li>30 분 후 세션 중지</li>
		<li>계속 평균 피크 각도 75도 적응 단계를 사용 하 여 훈련 또는 더 큰. 그런 다음 3.5 단계로 진행 합니다. 이 일반적으로 약 10 일 또는 20 세션 후 발생 합니다.</li>
	</ol></li> <li>기록 4 연속 기준선을 기준선 평가 <ol><li>6 g 제어 장치는 manipulandum에 배치.</li>
		<li>소프트웨어 열고 쥐 이름을 입력 합니다. 무대 설정 &#34; K27: 75도. &#34;이 &#34; 초기화. 타 작. &#34; 5 ° 및 &#34; 75 ° 히트 임계값.</li>
		<li>기자 &#34; 중지 &#34; 30 분 또는 100 재판 후 도래 하는 첫째, 세션을 종료.</li>
		<li>성공률 75% 이상으로 4 연속 기준선까지 계속.</li>
	</ol></li></ol> 4. 이후 부상 평가 <ol><li>소프트웨어 열고 쥐 이름 입력. 사전 부상 초기 테스트로 같은 정적 단계에 무대를 설정 합니다. 이 기준선에 대 한 사용 하는 동일한 매개 변수를 유지 합니다.</li>
	<li>기자 &#34; 시작 &#34; 30 분까지 세션 실행 
	참고: 참여 수 있습니다 낮은 부상 후입니다. 이 설명서를 사용 하 여 해결 될 수 있는 피드 버튼 또는 쥐에 manipulandum와 함께 참여를 유도 하기 위해 manipulandum 근처 보상 펠 릿 배치.</li>
	<li>주간 간격으로 일주일에 한 번 테스트 후 부상 평가의 원하는 길이 도달할 때까지 반복. 
	참고: 여기, 우리가 평가 후 부상 성능 6 주 동안 매주.</li>
</ol> 5. 데이터 분석 참고: 데이터는 PC의 c: 드라이브에서 기본 위치에 저장 됩니다. 데이터는 100 Hz에서 히트 창 캡처하고 이진 형식으로 저장 합니다. 여기, 데이터는 사용자 지정 프로그램, 손 재주를 사용 하 여 분석 했다. 이 자유 소프트웨어에 대 한 액세스에 대 한 박사 제이슨 카라멜 이메일.
<ol><li>오픈 재주와 클릭 &#34; 표준. &#34;</li> <li>쥐 데이터는 원하는 폴더를 선택 합니다 디렉터리를 찾습니다.</li>
	<li>디렉터리를 선택한 후 분석을 위해 쥐를 선택 합니다.</li>
	<li>클릭 &#34; 유지 &#34; 또는 &#34; 삭제 &#34; 유지 하거나 완전 한 또는 데이터 파일을 무시 하. 
	참고: 시간이 있다 잘못 된 매개 변수를 사용 하 여 및 단계 훈련 세션 시작 하는 때 그들은 즉시 중지 하는 동안, 파일 여전히 만들어집니다. 이 파일은 분석 하는 동안 삭제 될 필요가 있다. 또한 인스턴스, 특히 심하게 후 있다 상해, 동물 그들의 부상이 나 아주 작은 시련 때문에 아무 실험을 수행할 때. 그것은 그들의 성과의 표현 때문에이 세션에 대 한 파일 유지 되어야 한다. NaN 계산된 변수에 대 한 적절 한 장소에 배치 파일 없이 성공적인 실험을 유지 될 때.</li>
	<li>선택 여부 지금 또는 나중에; 실험 주석을 &#34; 지금 주석 &#34;은 선택, 새 창구 열릴 것 이다. 에 입력는 &#34; 실험 이름 &#34; &#34; 그룹 이름 &#34; &#34; 이벤트 데이터, &#34; 및 &#34; 주 총 수 &#34; 실험에.</li>
	<li>그룹에 과목을 할당.</li>
	<li>각 주 또는 시간 포인트에서 데이터 세션의 수를 입력합니다. 공백으로 입력된 세션을 분리 하 고 마지막 공간을 넣어 있는지 확인 번호 즉, (1 1 1 1).</li>
	<li>시간 요소 레이블을 입력합니다. 공백으로 입력된 라벨 분리 및 마지막 레이블 즉 (사전 Wk1 Wk2 Wk3) 후 공간을 넣어 있는지 확인.</li>
	<li>선택 때 이벤트가 발생, 분석 세션을 저장 하는 옵션이 나타납니다. 클릭 &#34; 예 &#34; 분석 세션을 저장 하.</li>
	<li>주석 및 unannotated 데이터에 대 한 개요 표시 됩니다. 이 데이터를 플롯 옵션 준다.</li>
	<li>Unannotated 데이터에 대 한 클릭 &#34; 그래프 제목 &#34; 개별 주제를 또는 &#34; 그래프 과목 &#34;를 같은 그래프에 모든 과목.</li>
	<li>주석된 분석 클릭 &#34; 음모 &#34;를 실험.</li>
	<li>모두 주석 하 고 unannotated, 플롯 될 변수 목록에 대 한 드롭다운 화살표를 클릭 합니다. 줄거리를 보려면 변수를 클릭 합니다.</li>
	<li>클릭 내보내기 내보내기 그래프 및 데이터 그래프와 관련 된.</li>
</ol>

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Dr. Rennaker와 Dr. 슬로이 발행물에서 장비를 제조 하 고 Vulintus inc의 소유자가 있습니다. 다른 작가 대 한 관심 없음 충돌 선언.

손잡이 supination 작업 forelimb supination 쥐 양적 및 반 자동화 된 방법을 사용 하 여 평가 합니다. 이러한 끝점을 달성 하기 위해 노브 정렬, manipulandum 디자인, 및 훈련 기준를 포함 하 여 작업에 대 한 설계 매개 변수의 많은 몇 년 동안 반복 되었습니다. 손잡이 맞춤, 우리 조리개에 관해서 노브의 3 개의 다른 정렬 실험: 손잡이 중심에 조리개, 조리개의 왼쪽에 정렬 하는 손잡이의 왼쪽, 그리고 노브의 오른쪽의 오른쪽에 맞춰집니다는 perture입니다. 우리는 왼쪽된 발에서 간섭 하는 시간의 짧은 금액에서 훈련 된 하 고 누가 supinated 최소한의 보상 메커니즘, 특히,이 생산된 쥐로 조리개의 오른쪽으로 정렬 되 고 노브의 오른쪽에 정착.
Manipulandum 디자인에 관해서는 우리 forelimb와 터 닝을 극대화 하 고 시체의 사용을 최소화 여러 가지 디자인 기능 변경. 또한, 우리가 수평 예측된 적자의 심각도를 작업의 어려움. Pyramidotomy, 후 supination 가장 강하게 영향을 받는 운동 이지만 손상이 여전히 상대적으로 미묘한입니다. 따라서, 우리는 부상 후 대규모 적자 관찰 했다 되도록 높은 기준선 기준 (75 °)에 쥐를 훈련 합니다. 더 혼란, 대뇌 피 질의 병 변에 대 한 7.5 g에 60도 임계값 부상 후 상당한 적자를 입증 하기에 충분 했다. 재판 및 오류 접근 방식을 통해 최적화 된 추가 매개 변수 조리개 크기, 조리개, 그리고 성공적인 시험을 달성 하기 위해 시간 창에서 노브 거리를 포함 한다.
훈련 프로토콜에 걸쳐 주의 감독을 요구 하는 몇 가지 중요 한 포인트가 있다. 기준선을 훈련 할 때 적응 임계 처리 방법 75 ° 10쥐를 훈련을 성공적으로 사용 되어 왔습니다. 그러나, 쥐 수 피크에서 고원의 각도 보다 75 °; 성능 동일 4-5 세션 후 합니다. 성능 향상을 위해 정적 임계값을 사용할 수 있습니다. 정적 임계값은 최근 실적을 기반으로 변화 하는 적응형 임계값 반대로 쥐 성능의 독립 설정된도에 남은 임계값을 말합니다. 쥐 적응 훈련 기간 동안 고원, 하는 경우는 실험 정적 임계값을 변경 해야 합니다. 정적 교육 단계 에서부터 20 10 ° 단위로 70도. (무대 K28-K33). 이전 2 세션에서 쥐의 평균 피크 각도에 따라 정적 단계를 선택 합니다. 예를 들어 쥐는 평균 45 °, 50도 (K31)에 대 한 정적 단계를 선택 합니다. 모든 정적 단계 설정 "Init. 타 작. "5 °에서. 훈련 도중, 잃는 경우에 쥐 동기 부여, 수동으로 피드 쥐 경우 가까이 하지만 임계값 이상 하지 supinates.
또한, 초기 평가 동안 쥐의 약 5% 퇴보 supination 각 그들의 5-10 ° 및 성공률 세션 사이에서 5-10%. 이런, 쥐 3-4 세션 후 75 °의 평균 최대 각도 복구 하지 않는 경우 단계로 3.5 반환 하기 전에 쥐의 현재 평균 각도 10도 이내 정적 무대를 감소. 그것은 정적 훈련 단계에 배치 되었습니다 일단 적응 단계에 쥐를 다시 하지 해야 합니다.
작업에 몇 가지 제한이 있습니다. 잘못 된 이해 위치 설정 된 후 변경 쥐고 동작 (그림 2) 어려울 수 있습니다. 따라서, 조기 발견 및 수정이 중요 합니다. 쥐의 이해를 수정 하려면 조리개는 수평 및 수직 방향;에서 조리개의 크기를 축소 하 여 변경할 수 있습니다. 일반적으로 우리는 조리개를 조정의 가장자리를 유리 슬라이드를 테이프. 대부분 쥐에 대 한이 그들의 권력 형태를 향상 하는 때문에 그것은 특정 방식으로 manipulandum를 파악 하도록. 이것, 차례 차례로, 자신의 능력을 제대로 supinate 향상 시킵니다.
이 문제를 함께 쥐 supinate 보상 메커니즘을 개발할 수 있습니다. 이들은 supination; forelimb를 보조 하기 위하여 머리를 사용 하 여 팔꿈치와 어깨 관절의 노브;를 낮추는 왼쪽된 발을 사용 하 여 도움의 손잡이 또는 도달 발을 밀어. 이러한 행동의 모든 작업을 완료 하려면 사용할 수 있습니다. 위에서 설명 했 듯이, 행동 이해에 관련 된 조리개를 조작 하 여 수정 될 수 있습니다. 그러나 파악, 외부 보상 메커니즘, 실험 하지 보상 행동을 보상 하 여 적극적인 참여를 필요로 합니다. 부상 후 복용 supinating 전에 적절 한 위치에 발을 배치를 여러 실험 쥐를 관찰 했습니다. 우리가 분석 하지 작업의 구성 요소는 supination의 손실에 기여할 수 있습니다, 비록 이러한 정확한 그립의 손실을 포함 시킬 고 많은 가능성 중 힘 변조, 손상.
반자동된 supination 걸리는, 평균, 20 ± 5 일 기준, 쥐를 훈련 하 고 동물의 25%는 작업에 훈련 될 수 없습니다. 훈련 시간에 기여 하는 사실 우리가 자연스럽 게 오른쪽 선호 쥐 선택 하지 하지만 대신 그들의 오른쪽 발을 사용 하 여 모든 동물을 강제로 대부분 도달 분석에서 일반적으로 이다. 우리는 왼쪽 기본 쥐를 사용 하 여 시도 하지 않은 하지만 먼저 발 취향을 확인 하 고 지배적인 발 훈련 하는 흥미로운 탐구 연구 될 것 이라고. 이 맞게, 조리개; 반전 되도록 문의 방향을 대칭 이동 시켜야 이 쉽게 할 수 있습니다.
IBB 또는 단일 펠 릿 도달 같은 전통적인 작업에 비해, supination 작업 정량적이 고 객관적으로 측정 forelimb에 도달 합니다. 그것은 심각한 상해 (대뇌 피 질의 병 변) 및 미묘한 부상 (pyramidotomy), 감도 보여줍니다 그리고 훈련 절차 부상 모델의 심각도 따라 수정할 수 있습니다. 때문에 반자동, 작업 훈련 단계에 따라서 동시에 여러 쥐를 훈련 하 실험을 수 있습니다. 실험의 생산성과 쥐 처리량에 크게 향상 됩니다. 작업은 안정적이 고 쥐 사이 재현. 동안 훈련 프로토콜을 참조 하는 경험에 대 한 문제 해결 가이드 (그림 2)을 만들어 여러 가지 잘못 된 행동으로 문제를 해결 하려면 솔루션 표준화는 우리. 마지막으로, 작업 많은 양의 데이터를 분석 하는 직관적인 방법을 제공 하 고는 실험 supination의 활동에 더 깊이 탐구 하는 능력을 제공.
미래에, 우리 것 사용 반자동된 supination 작업 플랫폼으로 종류, 복용량, 및 재활의 타이밍. 우리 실험실은 부상 후 기능 향상에 자극의 효과에 관심을. 또한, 우리는 어떻게를 신경 자극 요법 수리 또는 개선 신경 전도에 관심이 고 통신 재활에 영향을 미칠 수 있습니다. 우리는 또한 우리가 모터 학습; 공부할 수 있도록 전기 생리학과 호환 되도록 작업 수정에 관심을가지고 머리와 쥐모자는 정기적으로 작업을 수행 하 고 추가 녹음 또는 자극에 대 한 정류 할 간단한 것. 작업을 설명 하 고, 쥐, 있지만 실험실 작업에 대 한 마우스를 사용 하 여 실험도 있다. 일반적으로,이 작업 및 차례로 재활 전략을 평가 하기 위한 다양 한 상해 모델 및 질병 상태에에서 설치류의 forelimb 함수를 평가 하기 위해 사용할 수 있습니다. 앞으로 이동, 우리는 잘못 된 행동을 완화 하 고 개선 작업 수집 속도 및 훈련 시간에 수정 작업을 개선 하기 위해 계속.

손 재주 후 신 경계 부상 또는 질병 크게 독립 및 영향을 받는 개인 1,2,,34에 대 한 삶의 질 감소의 손실. 따라서, 손 재주 신경 수리 및 운동 신경 제어 모터 학습의 기초를 잘으로 재활의 과학을 이해 하기 위한 중요 한 결과 측정 이다. 전통적으로, 단일 펠 릿에 도달, 파스타 조작, 어바인, Beatties, 및 Bresnahan (IBB) Forelimb 규모 수동 작업 동물, 특히 설치류 5, 6,7에 손 재주를 평가 하기 위해 사용 되었습니다. 이러한 작업은 그들의 최소한의 작업 수집 시간이 대중화 되는. 그러나, 그들은 자연, 실험, 및, 때때로, 미묘한 적자 5,7,,89부상 후 기능 장애를 구분 하지 않는 힘 드는 질적. 전통적인 작업의 이러한 제한을 했다 동물, 모터 함수의 더 많은 양적 측정 개발 특히, forelimb 도달.
자동화 작업, 즉 객관성, 증가 된 처리량 및 저하 분석 시간을 몇 가지 이점이 있다. 새로운 자동화 된 작업 기존 작업 8,10보다 부상 후 손 재주를 평가의 더 민감한 측정을 제공 합니다. 또한, 그들은 적응 훈련 및 훈련을 짓는다는 테스트 및 어려움을 동물의 성능 테스트에 대 한 허용. 마지막으로, 많은 양의 데이터를 두 가지 장점을 제공 하는 생성 하는 자동화 된 작업. 첫째, 두 재판 내에서 데이터와 횟수가 증가 연구의 통계적 인 힘 증가. 둘째, 그것은 신경 모터 학습, 훈련, 및 운동 및 운동학 적 정보 11의 분석을 통해 더 견고 하 게 보상 하는 더 큰 데이터 집합을 제공 합니다.
몇몇 그룹은 전통적인 작업을 자동화 하려고 했습니다. 고속 카메라 작업 12도달 단일 펠 릿 같은 작업에서 운동학 적 데이터를 수집 하려면 사용할 수 있습니다. Alaverdashvili 및 위 쇼 도달 움직임을 프레임-의해-프레임 모션 측정 소프트웨어 피크 모투 13를 사용 하 여 자리 움직임 분석 고속 카메라를 이용 했다. 그러나,이 소프트웨어 컴퓨터 비전를 사용 하 여 숫자를 식별 하지 않습니다 있지만 대신 커서가 이동 포인트를 디지털화 실험을 요구 한다. 또한, 일부 작업 자동화 훈련 과정 14,,1516하 지류와 연습장과 함께에서 사용 되었습니다.
다른 그룹 공간 조정 평가 하 고 숙련 된 forelimb 파스타 조작, 다른 더 복잡 한 움직임 17캡처 작업 설계를 사용 하 여 도달에서 힘을 포스 센서 뿐만 아니라 고속 카메라를 사용. 이러한 작업은 도달 범위와 풀 작업 쥐 forelimb 움직임 18의 평면 및 회전 움직임을 캡처를 자유의 세 학위 로봇 장치를 사용 하 여입니다. 이 복잡도와 비용 증가 하지만 움직임의 속도 측정할 수 있는 장점이 있습니다.
여기, 우리 쥐 8supination 측정 반자동된 forelimb 작업을 보여 줍니다. Forelimb supination 팜 팜 아래에서 발의 회전입니다. Supination corticospinal 지역 기능의 우수한 마커 및 일상 생활 활동 8,,1920에 필요한 인간에서 임상으로 관련 된 운동 이다. 또한, supination 때 매우 중요 한 상해 및 비활성화, 특히 8를 도달 하는 단일 펠 릿에 비해. Supination 작업 버크 의료 연구 기관 및 달라스, 측정 회전 운동 평면 8,10텍사스 대학 사이 협력에서 발전 했다. 쥐 행동 상자 (그림 1A)에 배치 되 고 3 개의 움직임 (그림 1B)를 할 훈련: 직사각형 조리개;를 통해 도달 구형 manipulandum;를 파악합니다 지정 된 각도를 supinate.
동작 작업 PC 소프트웨어 (그림 1C)에 의해 제어 됩니다. 제어 소프트웨어 자동 위치 확인, 광학 인코더, 스피커, 및 급지대에 연결 된 마이크로컨트롤러에 지침을 보냅니다. 마이크로컨트롤러 및 그 주변 기기 연결 마이크로컨트롤러 상자 라고 합니다. 정보와 다음 컴퓨터, 마이크로컨트롤러, 광학 인코더에서 흐름 마이크로컨트롤러 다시. 제어 소프트웨어는 신호를 받으면 마이크로컨트롤러에 재판 성공 했다, 마이크로컨트롤러 피더를 펠 릿을 분배를 트리거합니다. 각 세션의 시작 부분에서 제어 소프트웨어 릴레이 무대의 조리개에서 정의 된 거리에는 손잡이 위치를 자동 위치 확인을 지시 하는 마이크로컨트롤러에 단계 정보. 자동 위치 확인도 자동 위치 확인에 있는 화살표 키를 사용 하 여 수동으로 운영 수 있습니다. 광학 엔코더 각도에서 100 Hz 및 측정값 변경에 대 한 데이터를 기록합니다. 모든 데이터는 이진 형식으로 저장 됩니다.
실험 소프트웨어 내에서 순차적인 교육 단계를 사용 하 여 미리 정해진 각도 성공 속도로 supinating에 habituation에서 쥐를 훈련. 습관 들 임, 동안 손잡이 manipulandum 어떤 제어 장치 없이 조리개 창 안에 배치 됩니다. 높은 감독된 훈련의 주 후 쥐 보상와 손잡이 연결 하 고 손잡이 독립적으로 선회 시작 합니다. 일단 쥐 독립적으로 설정할 수 있다, 노브 0.25 cm 단위로 쥐 돌 수 있다 독립적으로에서 1.25 cm. 제어 장치는 1.25 cm 철회 다음 6 g. 자동 훈련 단계 기차 supinate 노브를 동물에 3 g에서 1g 단위로 추가 6 g에서 최대 75도. 교육의이 단계는 주로 감독; 일단 쥐 적절 한 형태 (아래 설명)와 함께 작업을 채택, 그들은 제대로 supinate 계속. 쥐 supinate 75도 875 성공률 (적중률)에서 훈련 완료 됩니다. 여기, 우리가 전형적인 훈련 프로토콜 및 현재 솔루션 우리가 발생 하는 일반적인 문제에 설명 합니다. 우리 훈련 프로토콜을 통해 대표적인 성공 하 고 실패 한 쥐의 진행을 설명 하 고 보여 작업 하거나 더 심각한 적자와 기능 장애를 표시 하도록 수정할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Base Cage - Rat Model</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Controller</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Behavior Module</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>Supination Task, Methacrylate Dual Stop Knobs</td></tr><tr><td>Pellet Dispenser - 45mg</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>Autopositioner</td><td>Vulintus</td><td>MotoTrak Rat System</td><td>N/A</td></tr><tr><td>45 mg, Chocolate Flavor, 50,000/Box</td><td>Bio-Serv</td><td>F0299</td><td>N/A</td></tr><tr><td>HP Z230 Tower WorkStation</td><td>HP</td><td>N/A</td><td>Intel Xeon CPU E3-1225 v3 @ 3.20 GHz, 16GB RAM, 1TB HDD. Min Requirements: 8GB RAM, Multi-Core Processor</td></tr><tr><td>Dexterity</td><td>Burke Medical Research Institute</td><td></td><td>Matlab software for data analysis</td></tr><tr><td>Enviropak</td><td>WF Fisher and Son</td><td>N/A</td><td>N/A</td></tr></tbody></table>

the knob supination task: a semi-automated method for assessing forelimb function in rats

동물 모델에서 손 재주를 정확 하 게 측정 하는 작업은 손 기능을 이해 중요 합니다. 크게 손 재주를 측정 하는 현재 쥐 행동 작업 도달 하거나 음식 조작의 비디오 분석을 사용 합니다. 이러한 작업을 쉽게 구현할 수 있고 강력한 질병 모델, 그들은 주관적이 고는 실험에 대 한 힘 드는입니다. 더, 객관적, 효율적이 고 양적 전통적인 작업을 자동화 하거나 새로운 자동화 된 작업을 만드는 작업을 만들 수 있습니다. 그러나 때문에 쥐가 덜 보다 영장류, 중앙 신경 시스템 (CNS) 상해 더 미묘한 적자 손 재주, 생산, supination은 매우 교묘한 영향을 설치류에 중요 한 손에 영장류에 기능. 따라서, 우리 쥐에서 forelimb supination 측정 반자동된 작업을 설계 되었습니다. 쥐 하 도달 하 고 손잡이 모양 manipulandum를 파악 supination 보상을 받을 수에 manipulandum을 설정 훈련 된다. 쥐 20 ± 내 기술 5 일 얻을 수 있습니다. 훈련의 초기 부분을 감독 높은 동안 훈련의 많은 직접적인 감독 없이 수행 됩니다. 작업은 안정적으로 그리고 reproducibly 미묘한 적자 부상 후 캡처하고 임상 복구 곡선을 정확 하 게 반영 하는 기능 회복을 보여 줍니다. 분석 데이터의 그래픽 사용자 인터페이스는 직관적인 되도록 설계를 통해 특수 소프트웨어에 의해 수행 됩니다. 우리는 또한 훈련과 쇼 훈련 초기 동작에 사소한 수정 supination의 신뢰할 수 있는 인수를 생산 중에 발생 하는 일반적인 문제에 솔루션을 줄. 따라서, 노브 supination 작업 쥐 손 재주에 대 한 중요 한 운동의 효율적이 고 양적 평가 제공합니다.

훈련, 초기에 실험 쥐 행동을 형성 하는 작업에 더 많은 시간을 보낸다. 쥐에 쥐 supination 보상, 손에와 연결로 (그림 3A)은 감소 합니다. 습관 들 임, 보상 협회, 그리고 제어 훈련, 동안 전체 세션 길이 (30 분) 작업에 지출 이다. 그러나, 쥐 6 g 무게로 supinating는, 후 작업에 시간 점차적으로 줄이는 약 15 분을 쥐의 supination 각도 증가 함. 마지막으로, 쥐 기준에 도달 하면, 작업 시간은 최소한; 실험은 단지 행동 상자에 쥐를 놓고 프로그램을 시작 해야 합니다. 쥐를 실험에 동시에 작업할 수 있습니다 최대 수는 두 쥐 보상 연결 중, 제어 교육 및 기준선, 훈련 중 4 쥐 그리고 많은 만큼 쥐는 상자 기준 평가 및 사후 부상 테스트 중. 쥐의 평균, 75% (n = 56) 작업을 취득.
쥐 연관 supination 보상, 후 쥐의 supination 각도 (그림 3B)에 긍정적인 진행이 있다. 그림 3B, 쥐 데 7 주 3에서에서 6 g 평형 추를 3g에서 진행. 제어 훈련, 후는 supination 26에서 30도로 증가 하는 동안 하루 9, 7 일에서 적응 훈련의 짧은 기간이 이었다. 많은 변화 되지 않았기, 때문에 정적 임계값 하루 9 ~ 18에서에서 고용 되었다. 이 기간 동안 쥐 꾸준히 증가 30도에서 75도 8 일에. 일상적인 다양성 교육, 특히, 12 및 14 일에 걸쳐 있다. 그러나 일반적으로, 거기에 상승 추세 supination 각도. 하루 17-습관 들임 말까지 쥐의 첫 번째 기준선을 기록 했다 그리고 4 개의 세션 후, 그것은 기준선 평가 완료. 4 초기의 기록에 habituation에서 훈련 프로토콜에는 20 ±의 평균 5 일 소요 됩니다.
훈련 프로토콜을 통해 이상적인 진행을 보고 하는 것이 중요 하지만 실패 진행 보기 것 이다 동등 하 게 중요 한 (그림 4). 그림 4A, 오렌지 라인 보여주는 성공적으로 완료 된 프로토콜, 블루 라인 표시 실패 한 쥐 쥐 하 고 회색 라인 표시 다른 6 성공적인 쥐. 성공적인 쥐 도달 15 ± 기준선 0.6 일 (n = 7). 대표적인 성공 쥐 1 시 이해를, 실패 한 쥐 3 시 이해를 사용 하 여 사용 합니다. 두 쥐 2 일에 보상으로 손잡이 연결합니다. 또한, 두 쥐 비슷한 supination 각도 (그림 4A) 진행 되는 처음 4 일은 제어 장치를 추가한 후에 표시. 그러나,이 시점 이후 성공적인 쥐 실패 한 쥐에서 이탈 하기 시작 합니다. 이것은 실패 한 쥐의 이해가이 시점 전에 정정 될 수 없었기 때문에 ( 그림 2참조).
성공적인 쥐 50와 60도 사이의 고원 시작 하지만 다음 75도 향해 꾸준한 등산을 다시 시작 하는 supination 각도에서 가파른 상승이입니다. 그러나, 실패 한 쥐 supination 각도에서 더 점진적 증가입니다. 쥐 고원 약 20도, 쥐 더, supinate을 밀어 되 면 하지만 결국, 그것은 수동 먹이 함께 작업에 관심을 잃는다 고 supination 각도 하루 15 후 habituation 주위 빠르게 감소. 하루 17 후 habituation 후 약간의 복구 동안 쥐 supinate 25도 이상 하 고 투 한다. 쥐 20 일까 기준선을 달성 하지 않은, 우리이 쥐를 실패 한 고려 하 고 연구에서 쥐를 제거.
Supination 각도 이외에 하나 성공 하 고 실패 한 쥐 supination 파형 (그림 4B-D)의 육안 검사를 수행할 수 있습니다. 육안 검사를 수행할 때 여러 파형 특성을 찾고: 선, 대기 시간, 및 재판에 대 한 시간 창에서 봉우리의 수의 사면. 선의 기울기는 곡선의 발병 및 곡선의 피크 사이의 곡선의 파생으로 계산 됩니다. 대기 시간 재판의 개시와 히트 임계값을 교차 하는 곡선 사이의 시간으로 계산 됩니다. 마지막으로, 봉우리는 평가판 창에서 로컬 맥시 마를 찾으려고 파생을 사용 하 여 계산 됩니다. 이전에 우리 선, 또는 속도의 그 경사를 발견, supination 활동의 강력한 측정 이며 미묘한 적자 8에 민감한.
Supinate (그림 4B) 6 g를 사용 하 여 시작 후 훈련의 첫 번째 세 번째, 성공적인 쥐 (그림 4B1) 실패 한 쥐 (그림 4B2 동안 20도 근처 피크와 단일 파형을 보여줍니다. ) 두 차례, 또는 10도 가까이 첫 번째 피크와 5도 근처 두 번째 피크 두 봉우리를 보여줍니다. (그림 4C) 훈련의 중간 세 번째에 성공적인 쥐 (그림 4C1)에서는 피크 각도 20도 더 정의 단일 피크 곡선으로 50도에 증가 하는. 실패 한 쥐 (그림 4C2) 한편, 한계는 유일한 쇼 피크 각도 20도에 증가 그러나 향상 했다 형태로; 그것은 지금만 사용 하 여 단일 회전. (그림 4D) 교육의 마지막 1/3, 성공적인 쥐 (그림 4D1) 20의 피크 각도와 피크 실패 한 쥐 (그림 4D2) 대 약 65 °와 매우 발음된 단일 파형을 보여줍니다. 하지만 지금은 2 추가 피크도 15 °의 s. 이것은 또 다른 좋은 지표는 증가 훈련 어려움으로 쥐 하지 못했습니다 그 3 시 파악, 해결 하 고 차례로, 제대로 supinate 수 없습니다. 경우에이 쥐 연구에서 제외 되지 않았습니다 결국 75도 수행할 수, 여부 그것은 진정한 supination supination 보상으로 대 하는 것에 대 한 질문 남아 있다.
마지막으로, supination 작업 부상, forelimb 모터 피 질 병 변 endothelin 주사와 수행 corticospinal 지역, 사람, 자발적인 운동 위한 주요 통로의 컷된 병 변 등의 여러 종류 후 기능 장애 감지 그림 5 () 8,,1022. Pyramidotomy 그룹에 쥐 (보라색, n = 8) 대뇌 피 질의 병 변 그룹에서 쥐 동안 성공률 75% 이상에서 6 g에서 적어도 75 ° supinate을 훈련 했다 (녹색, n = 10) supinate 7.5 g 75% 이상에서 60 °에 훈련 되었다. 두 그룹에서 쥐 부상 (그림 5A) 후 성공률에 날카로운 감소를 보였다. Pyramidotomy 그룹에 쥐에 대 한 성공률은 90% ± 2% ~ 14% ± 8%에서 감소 했다. suc외피 병 변으로 쥐에 대 한 세금 비율 76% ± 1% ~ 10% ± 3%에서 감소. 6 주, 두 그룹은 여전히 장애인: pyramidotomy 그룹 동안 대뇌 피 질의 병 변 그룹 16% ± 7%에서 34% ± 11%에서 했다. Supination 각도 관해서는 두 그룹 사전에서 감소 후 부상 (그림 5B)를 표시합니다. 다른 조건 기준 supination 각도 인 pyramidotomy 그룹 외피 병 변의 그룹 (67 ° ± 0.52 °) 보다 더 높은 사전 부상 supination 각도 (85 ° ± 2.9 °) 했다. 외피 병 변 그룹 27 ° ± 2.9 °로 감소 하는 동안 pyramidotomy 그룹 38 ° ± 10 °에 줄였다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig1.jpg"> 
그림 1: Supination 작업 설명. (A)는 쥐 조리개는 그것 도달 하 고 grasps supination에 설정 해야 합니다 손잡이와 유리 상자에 배치 됩니다. 손잡이 supination 각도 보다 큰 100 °를 방지 하기 위해 두 정거장. 손잡이 또한 제어;와 도르래는 이 쥐 supinate 하 극복 한다 토크를 만듭니다. 손잡이 정확도 0.25 °의 각도 측정 하는 광학 인코더에 연결 된다. 이 광학 인코더 차례로 작업을 제어 하는 컴퓨터에 연결 하는 마이크로컨트롤러에 연결 된다. 컴퓨터가 때 트리거 오디오 피드백을 마이크로컨트롤러에 고 성공 기준을 달성 하는 경우 급지대에서 펠 릿을 분배. 마이크로컨트롤러는 또한 0와 1.25 cm 사이 그 위치는 훈련 단계는 컴퓨터에 의해 설정에 의해 결정 하는 자동 위치 확인을 제어 합니다. 3 개의 연속 된 움직임에는 작업을 수행 하는 (B)는 쥐: 1 시, supinating 그리고에 있는 전력 파악으로 손잡이 잡고 조리개를 통해 도달. (C) 노브 supination 작업 제어 소프트웨어에 의해 제어 됩니다. 실험의 이름을 입력 하 고 프로그램 해당 매개 변수를 설정 하는 동안 훈련 단계를 선택. 하나의 성공적인 supination 재판의 파형 동안 성공 및 실패 한 실험의 순서는 녹색 및 빨강, 각각 파란색으로 표시 됩니다. 재판은 성공에 의해 표시 제어 소프트웨어 재판 표시 되지 않는 경우 실패 한 반면 supination 각도 정의 된 시간 창 내에서 히트 임계값 보다 큰 경우. 이 프로그램은 1 개의 상자를 제어합니다. 컴퓨터 당 4 개의 프로그램을 동시에 실행할 수 있습니다. 이 그림에는에서 수정 된 Sindhurakar 그 외 여러분, 2017, Neurorehabilitation 및 신경 수리8. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56341/56341fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig2.jpg"> 
그림 2: Supination 움직임. 다이어그램 및 훈련 프로토콜 중에 발생 하는 일반적인 정확 하 고 잘못 된 supination 움직임에 대 한 설명 잘못 된 움직임 등 진정한 supination 되지 않을 수 있습니다 보상 메커니즘 올바른 움직임 진정한 supination, 허용 한다. 포함 하는 것은 부적절 한 움직임을 해결 하기 위해 제안된 솔루션입니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56341/56341fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig3.jpg"> 
그림 3 : 훈련 프로토콜. (A) 표준 시간대입니다. 약 25 일 총에서 지속 훈련의 5 개의 기간: Habituation (5d), 보상 협회 (d 1-3), 웨이트 트레이닝 (3-4 d), (8-12 d), 기준선과 기준선 평가 (2-4 d) 훈련. 타임 라인에 선 패턴은 실험의 각 세션 작업에 지출 하는 데 필요한 시간을 지정 합니다. 훈련 프로토콜 진행 작업에 시간 감소. (초기 평가 보상 협회에서 supinate 수 쥐의의 B) 일반적인 진행 전반적으로, 기준선으로 쥐의 긍정적인 선형 진행 이지만 관찰, 거기에 다양성 훈련 프로토콜을 통해 쥐의 성능. 웨이트 트레이닝, 후 있다 적응 훈련 기간 supination 각도 임계값 쥐의 성능에 맞게 변경 됩니다. 이 적응 훈련은 쥐 기준 달성 했다 때까지 정적 임계 처리 패러다임 옵니다. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56341/56341fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig4.jpg"> 
그림 4: 성공 및 실패 작업 수집. 교육 성공 7 8 쥐에 대 한 프로토콜을 통해 supination의 (A) 진행 각도 하나 실패. (성공, 오렌지) 기준선 기준에 도달 한 대표 쥐와 하나의 실패 한 쥐 (파랑) 추가 사례 연구로 사용 됩니다. Habituation 후 훈련의 첫 7 일 이내에 모두 성공 하 고 실패 한 쥐 supination 각도에 비슷한 진행을 보여주었다. 하루 11 후 요법이 니에 의해 성공적인 쥐 실패 쥐 supinated 25 ° 동안 55 ° supinating 이었다. 하루 15 후 요법이 니, 후 성공적인 쥐 실패 쥐 성능에 거부 하는 동안 강한 상승 진행을 보여주었다. 훈련 후 habituation의 마지막 세 번째, 실패 한 쥐 동안 성공적인 쥐 80 ° supinating 했다 30 ° plateaued 했다. 95% 신뢰 구간 (B) 평균 파형 (검은 선) (대 한 성공, 파랑 오렌지 실패) 평형 추의 6 g 추가 후 훈련의 첫 번째 3. (B1) 성공적인 쥐-단일 피크 약 20 ° (B2) 실패 한 쥐-글로벌 최대 10 °의 더블 피크 95% 신뢰 구간 (C) 평균 파형 (검은 선) (대 한 성공, 파랑 오렌지 실패) 평형 추의 6 g 추가 후 훈련의 두 번째 3. (C1) 성공적인 쥐-45 °에서 단일 피크 (C2) 실패 한 쥐-20 ° 근처 단일 피크와 향상 된 양식 95% 신뢰 구간 (D) 평균 파형 (검은 선) (대 한 성공, 파랑 오렌지 실패) 평형 추의 6 g 추가 후 훈련의 마지막 3. (D1) 성공적인 쥐-65 °에서 단일 피크 발음. (D2) 실패 한 쥐-20 °에서 글로벌 최대 더블 피크 <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56341/56341fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56341/56341fig5.jpg"> 
그림 5:강력한 > 다른 부상 모델 작업 감도. Pyramidotomy 그룹에 쥐 (보라색, n = 8) 대뇌 피 질의 병 변 그룹에서 쥐 동안 성공률 75% 이상에서 6 g에 75 ° supinate을 훈련 했다 (녹색, n = 10) supinate 6 g 75% 이상에서 60 °에 훈련 되었다. 표시 된 데이터는 평균 ± 표준 오차. (A) 성공률 대뇌 피 질의 병 변 대 pyramidotomy 병 변 대. 두 모델 모두 부상 후 부상 (주 1)을 사전에서 성공률에 날카로운 감소를 보였다. Pyramidotomy에 대 한 성공률 감소에서 0.90 ± 0.02 0.14 ± 0.08, 0.76 ± 0.01에서에서 대뇌 피 질의 병 변의 성공률 감소 하는 동안. (외피 병 변 대 pyramidotomy 대 한 supination B) 각도. 두 그룹 사전에서 감소 후 상해를 보여주었다: 대뇌 피 질의 병 변 그룹 27.1 ° ± 2.9 °로 감소 하는 동안 pyramidotomy 그룹 38.2 ° ± 10.1 °로 감소. <a href="//ecsource-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/56341/56341fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

손잡이 Supination 작업: 쥐의 Forelimb 함수를 평가 하기 위한 반 자동화 방법

이 원고는 supination 쥐에 단정 되는 반자동된 작업을 설명 합니다. 쥐가 도달 하 고, 파악 supinate 구형 manipulandum. 회전 각도 사용자가 설정한 조건을 초과 하는 경우는 쥐 펠 릿으로 보상 된다. 이 작업 처리량, 상해, 및 객관성 전통적인 작업에 비해 감도 증가 합니다.

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity ...

the-knob-supination-task-semi-automated-method-for-assessing-forelimb

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Behavior

9.2K 조회수.  Burke Medical Research Institute. 이 원고는 supination 쥐에 단정 되는 반자동된 작업을 설명 합니다. 쥐가 도달 하 고, 파악 supinate 구형 manipulandum. 회전 각도 사용자가 설정한 조건을 초과 하는 경우는 쥐 펠 릿으로 보상 된다. 이 작업 처리량, 상해, 및 객관성 전통적인 작업에 비해 감도 증가 합니다.

비디오: The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

Assessing Forelimb Function after Unilateral Cervical SCI using Novel Tasks: Limb Step-alternation, Postural Instability and Pasta Handling

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority of the spinal cord injuries in humans occur at the cervical levels. Therefore, developing cervical injury models and developing relevant and sensitive behavioral tests is of great importance. Here we describe the use of a newly developed forelimb step-alternation test after cervical spinal cord injury in rats. In addition, we describe two behavioral tests that have not been used after spinal cord injury: a postural instability test (PIT), and a pasta-handling test. All three behavioral tests are highly sensitive to injury and are easy to use. Therefore, we feel that these behavioral tests can be instrumental in investigating therapeutic strategies after cSCI.

Three new behavioral tests (forelimb step-alternation, postural instability test, pasta handling test) for evaluating forelimb function after cervical spinal cord injury in rodents are described.

소설 작업을 사용하여 일방적 경부 SCI​​ 후 앞다리의 기능을 평가 : 사지 스텝 교대, 자세 불안정 및 파스타 처리

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority ...

연구

행동분석학

The Vermicelli and Capellini Handling Tests: Simple quantitative measures of dexterous forepaw function in rats and mice

Previous characterizations of rodent eating behavior have revealed that they use coordinated forepaw movements to manipulate food pieces. We have extended upon this work to develop a simple quantitative measure of forepaw dexterity that is sensitive to lateralized impairments and age-dependent changes. Rodents learn skillful forepaw and digit movements to manage thin pasta pieces, which they eagerly consume. We have previously described methods for quantifying vermicelli handling in rats and showed that the measures are very sensitive to forelimb impairments resulting from unilateral ischemic lesions, middle cerebral artery occlusions and unilateral striatal dopamine depletion [Allred, R.P., Adkins, D.L., Woodlee, M.T., Husbands, L.C., Maldonado M.A., Kane, J.R., Schallert, T. &amp; Jones, T.A. The Vermicelli Handling Test: a simple quantitative measure of dexterous forepaw function in rats. J. Neurosci. Methods 170, 229-244 (2008)]. Here we present a more detailed protocol for this test in rats and compare it with a newly developed version for mice, the Capellini Handling Test. Rats and mice are videotaped while handling short lengths of uncooked vermicelli or capellini pasta, respectively, with a camera positioned to optimize the view of paw movements. Slow motion video playback allows for the identification of forepaw adjustments, defined as any distinct removal and replacement of the paw, or of any number of digits, on the pasta piece after eating commences. Forepaw adjustments per piece are averaged over trials per each testing session. Repeated testing permits sensitive quantitative analysis of changes in forepaw dexterity over time. Protocols for pre-testing habituation and handling practice, as well as procedures for characterizing atypical handling patterns, are described. Because rats and mice perform the pasta handling tests slightly differently, species-specific differences in administration and scoring of these tests are highlighted. All animal use was in accordance with protocols approved by the University of Texas at Austin Animal Care and Use Committee.

The Vermicelli and Capellini Handling Tests of forepaw dexterity take advantage of the natural inclination of rodents to manipulate food items using skillful forepaw and digit movements. Animals are videotaped while handling short strands of uncooked dry pasta. Slow motion video playback allows for the quantification of forepaw adjustments.

베르 미 첼리와 Capellini 처리 시험 : 쥐 및 생쥐의 손재주가 앞발 기능의 단순 양적 측정

Previous characterizations of rodent eating behavior have revealed that they use coordinated forepaw movements to manipulate food pieces. We have extended ...

신경과학

A Novel Method for Assessing Proximal and Distal Forelimb Function in the Rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan (IBB) Forelimb Scale

Several experimental models of cervical spinal cord injury (SCI) have been developed recently to assess the consequences of damage to this level of the spinal cord (Pearse et al., 2005, Gensel et al., 2006, Anderson et al., 2009), as the majority of human SCI occur here (Young, 2010; www.sci-info-pages.com). Behavioral deficits include loss of forelimb function due to damage to the white matter affecting both descending motor and ascending sensory systems, and to the gray matter containing the segmental circuitry for processing sensory input and motor output for the forelimb. Additionally, a key priority for human patients with cervical SCI is restoration of hand/arm function (Anderson, 2004). Thus, outcome measures that assess both proximal and distal forelimb function are needed. Although there are several behavioral assays that are sensitive to different aspects of forelimb recovery in experimental models of cervical SCI (Girgis et al., 2007, Gensel et al., 2006, Ballerman et al., 2001, Metz and Whishaw, 2000, Bertelli and Mira, 1993, Montoya et al., 1991, Whishaw and Pellis, 1990), few techniques provide detailed information on the recovery of fine motor control and digit movement.
The current measurement technique, the Irvine, Beatties and Bresnahan forelimb scale (IBB), can detect recovery of both proximal and distal forelimb function including digit movements during a naturally occurring behavior that does not require extensive training or deprivation to enhance motivation. The IBB was generated by observing recovery after a unilateral C6 SCI, and involves video recording of animals eating two differently shaped cereals (spherical and doughnut) of a consistent size. These videos were then used to assess features of forelimb use, such as joint position, object support, digit movement and grasping technique.
The IBB, like other forelimb behavioral tasks, shows a consistent pattern of recovery that is sensitive to injury severity. Furthermore, the IBB scale could be used to assess recovery following other types of injury that impact normal forelimb function.

A Novel Method for Assessing Proximal and Distal Forelimb Function in the Rat: the Irvine, Beatties and Bresnahan IBB Forelimb Scale

Here we will describe a rodent behavioral assay that can detect recovery of both proximal and distal forelimb function including digit movements during a naturally occurring behavior that does not require extensive training or deprivation to enhance motivation.

랫의 근위 및 말초 Forelimb 기능을 평가하기위한 소설 방법 : 어빈, 비틀즈와 브레스 나한 (IBB) Forelimb의 규모

Several experimental models of cervical spinal cord injury (SCI) have been developed recently to assess the consequences of damage to this level of the ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

숙련 된 앞다리가 쥐에서 작업을 도달하는 고정밀의 취득

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Investigating Motor Skill Learning Processes with a Robotic Manipulandum

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be time-intensive and ambiguous to quantify beyond simple success rates. Here, we describe the training procedure for reach-and-pull tasks with ETH Pattus, a robotic platform for automated forelimb reaching training that records pulling and hand rotation movements in rats. Kinematic quantification of the performed pulling attempts reveals the presence of distinct temporal profiles of movement parameters such as pulling velocity, spatial variability of the pulling trajectory, deviation from midline, as well as pulling success. We show how minor adjustments in the training paradigm result in alterations in these parameters, revealing their relation to task difficulty, general motor function or skilled task execution. Combined with electrophysiological, pharmacological and optogenetic techniques, this paradigm can be used to explore the mechanisms underlying motor learning and memory formation, as well as loss and recovery of function (e.g. after stroke).

A paradigm is presented for training and analysis of an automated skilled reaching task in rats. Analysis of pulling attempts reveals distinct subprocesses of motor learning.

로봇 형 조작기와 모터 스킬 학습 과정 조사

Skilled reaching tasks are commonly used in studies of motor skill learning and motor function under healthy and pathological conditions, but can be ...

Behavioral Assessment of Manual Dexterity in Non-Human Primates

The corticospinal (CS) tract is the anatomical support of the exquisite motor ability to skillfully manipulate small objects, a prerogative mainly of primates1. In case of lesion affecting the CS projection system at its origin (lesion of motor cortical areas) or along its trajectory (cervical cord lesion), there is a dramatic loss of manual dexterity (hand paralysis), as seen in some tetraplegic or hemiplegic patients. Although there is some spontaneous functional recovery after such lesion, it remains very limited in the adult. Various therapeutic strategies are presently proposed (e.g. cell therapy, neutralization of inhibitory axonal growth molecules, application of growth factors, etc), which are mostly developed in rodents. However, before clinical application, it is often recommended to test the feasibility, efficacy, and security of the treatment in non-human primates. This is especially true when the goal is to restore manual dexterity after a lesion of the central nervous system, as the organization of the motor system of rodents is different from that of primates1,2. Macaque monkeys are illustrated here as a suitable behavioral model to quantify manual dexterity in primates, to reflect the deficits resulting from lesion of the motor cortex or cervical cord for instance, measure the extent of spontaneous functional recovery and, when a treatment is applied, evaluate how much it can enhance the functional recovery.
The behavioral assessment of manual dexterity is based on four distinct, complementary, reach and grasp manual tasks (use of precision grip to grasp pellets), requiring an initial training of adult macaque monkeys. The preparation of the animals is demonstrated, as well as the positioning with respect to the behavioral set-up. The performance of a typical monkey is illustrated for each task. The collection and analysis of relevant parameters reflecting precise hand manipulation, as well as the control of force, are explained and demonstrated with representative results. These data are placed then in a broader context, showing how the behavioral data can be exploited to investigate the impact of a spinal cord lesion or of a lesion of the motor cortex and to what extent a treatment may enhance the spontaneous functional recovery, by comparing different groups of monkeys (treated versus sham treated for instance). Advantages and limitations of the behavioral tests are discussed. The present behavioral approach is in line with previous reports emphasizing the pertinence of the non-human primate model in the context of nervous system diseases2,3.

As manual dexterity is a prerogative mainly of primates, behavioral tasks have been developed in macaque monkeys. Four reach and grasp prehension tasks, measuring hand manipulation ability and force, allow to establish functional recovery after a lesion of the central nervous system and to test the effect of a treatment.

비 인간 영장류에서 수동 손재수의 행동 평가

The corticospinal (CS) tract is the anatomical support of the exquisite motor ability to skillfully manipulate small objects, a prerogative mainly of ...

Evaluating Skilled Prehension in Mice Using an Auto-Trainer

We describe a method to introduce na&#239;ve mice to a novel prehension (reach-to-grasp) task. Mice are housed singly in cages with a frontal slot that permits the mouse to reach out of its cage and retrieve food pellets. Minimal food restriction is employed to encourage the mice to perform the food retrieval from the slot. As the mice begin to associate coming to the slot for food, the pellets are manually pulled away to stimulate extension and pronation of their paw to grasp and retrieve the pellet through the frontal slot. When the mice begin to reach for the pellets as they arrive at the slot, the behavioral assay can be performed by measuring the rate at which they successfully grasp and retrieve the desired pellet. They are then introduced to an auto-trainer that automates both the process of providing food pellets for the mouse to grasp, and the recording of successful and failed reaching and grasping attempts. This allows for the collection of reaching data for multiple mice with minimal effort, to be used in experimental analysis as appropriate.

Method to assess the impact of training on motor skills is a useful tool. Unfortunately, most behavioral assessments can be labor intensive and/or expensive.We describe here a robotic method of assessing prehension (reach-to-grasp) skill in mice.

자동 트레이너를 사용하여 마우스에서 숙련된 사전 평가

We describe a method to introduce na&#239;ve mice to a novel prehension (reach-to-grasp) task. Mice are housed singly in cages with a frontal slot that ...

Automated Rat Single-Pellet Reaching with 3-Dimensional Reconstruction of Paw and Digit Trajectories

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the behavior. Several automated versions of skilled reaching have been developed recently. Here, we describe a version that automatically presents pellets to rats while recording high-definition video from multiple angles at high frame rates (300 fps). The paw and individual digits are tracked with DeepLabCut, a machine learning algorithm for markerless pose estimation. This system can also be synchronized with physiological recordings, or be used to trigger physiologic interventions (e.g., electrical or optical stimulation).

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the behavior. We describe an automated version of skilled reaching with motion tracking and three-dimensional reconstruction of reach trajectories.

발과 숫자 궤적의 3 차원 재구성에 도달 자동화 된 쥐 단일 펠릿

Rodent skilled reaching is commonly used to study dexterous skills, but requires significant time and effort to implement the task and analyze the ...

Unilateral Pyramidotomy of the Corticospinal Tract in Rats for Assessment of Neuroplasticity-inducing Therapies

The corticospinal tract (CST) can be completely severed unilaterally in the medullary pyramids of the rodent brainstem. The CST is a motor tract that has great importance for distal muscle control in humans and, to a lesser extent, in rodents. A unilateral cut of one pyramid results in loss of CST innervation of the spinal cord mainly on the contralateral side of the spinal cord leading to transient motor disability in the forelimbs and sustained loss of dexterity. Ipsilateral projections of the corticospinal tract are minor. We have refined our surgical method to increase the chances of lesion completeness. We describe postsurgical care. Deficits on the Montoya staircase pellet reaching test and the horizontal ladder test shown here are detected up to 8 weeks postinjury. Deficits on the cylinder rearing test are only detected transiently. Therefore, the cylinder test may only be suitable for detection of short term recovery. We show how, electrophysiologically and anatomically, one may assess lesions and plastic changes. We also describe how to analyse fibers from the uninjured CST sprouting across the midline into the deprived areas. It is challenging to obtain &#62;90% complete lesions consistently due to the proximity to the basilar artery in the medulla oblongata and survival rates can be low. Alternative surgical approaches and behavioural testing are described in this protocol. The pyramidotomy model is a good tool for assessing neuroplasticity-inducing treatments, which increase sprouting of intact fibers after injury.

The corticospinal tract, one of the major sensorimotor tracts, can be lesioned unilaterally in the rodent brainstem in order to test neuroplasticity-inducing therapies for the central nervous system. This surgical procedure (&#8220;pyramidotomy&#8221;) and postoperative assessments are described in this protocol.

신경 가소성 유도 치료의 평가를위한 흰쥐의 피질 요로의 일방적 Pyramidotomy

The corticospinal tract (CST) can be completely severed unilaterally in the medullary pyramids of the rodent brainstem. The CST is a motor tract that has ...

Massive Pontine Hemorrhage by Dual Injection of Autologous Blood

We provide a protocol to establish a massive pontine hemorrhage model in a rat. Rats weighing about 250 grams were used in this study. One hundred microliters of autologous blood was taken from the tail vein and stereotaxically injected into the pons. The injection process was divided into 2 steps: First, 10 &#181;L of blood was injected into a specific location, anteroposterior position (AP) -9.0 mm; lateral (Lat) 0 mm; vertical (Vert) -9.2 mm, followed by a second injection of the residual blood located at AP -9.0 mm; Lat 0 mm; Vert -9.0 mm with a 20-minute interval. The balance beam test, limb placement test, and the modified Voestch neuroscore were used to evaluate neurological function. Magnetic Resonance Imaging (MRI) was used to assess the volume of hemorrhage in vivo. The symptoms of this model were in line with patients with massive pontine hemorrhage.

We present a protocol to establish a massive pontine hemorrhage model in a rat via dual injection of autologous blood.

손잡이 Supination 작업: 쥐의 Forelimb 함수를 평가 하기 위한 반 자동화 방법

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