Este trabalho é apoiado por uma bolsa (1R01MH094449-01A1) do Instituto Nacional de Saúde Mental para YZ

Experimentos descritos neste manuscrito foram realizados de acordo com as diretrizes e regulamentos estabelecidos pela Universidade da Califórnia, Santa Cruz Institutional Animal Care e do Comitê Use. 1. Setup (Veja também Lista de Materiais) <ol><li> Use sementes de milheto como pelotas de alimentos. </li><li> Use uma clara câmara de Plexiglas formação feito por encomenda (20 cm de altura, a 15 cm de profundidade, e 8,5 cm de largura, medida a partir do lado de fora, com a espessura de 0,5 centímetros a plexiglas) que contém três ranhuras verticais (uma fenda em &#39;moldar&#39; borda, e duas fendas na borda oposta &quot;formação&quot;). As fendas verticais devem ser de 0,5 cm de largura e 13 cm de altura e ser localizado na parede da frente da caixa: no centro, do lado esquerdo, e no lado direito (Figura 1A). </li><li> Use uma bandeja inclinada para manter as sementes utilizadas durante as sessões de moldar. A bandeja pode ser feito por encomenda a partir de três lâminas de vidro (Figura 1B). </li><li> Prepare uma plataforma de alimentos (8,5 cm de comprimento, 4,4 centímetros de largura, e 0,9 cm de altura). Esta plataforma de alimentos é colocado no lado da frente (de frente para o formador) da câmara de formação durante os treinos. Há dois slots torrão na plataforma comida para sementes de posicionamento, um slot à esquerda, eo outro slot na lateral direita. Os torrões são 0,3 centímetros a partir da borda longa e 2,4 cm da borda de largura (Figura 1C). Os slots torrão esquerdo e correspondem à fenda esquerda e direita na câmara de formação do mouse e são usados ​​para o treinamento de membros superiores dominantes. A finalidade de ter estas ranhuras torrão é para garantir que a semente é colocada de forma consistente, no mesmo local de cada tentativa de alcançar. </li><li> Durante as sessões de ter em mãos um par de fórceps, balança e cronômetro. </li></ol> 2. Privação de Alimentos (2 Dias) <ol><li> Pesar cada mouse para obter um peso corporal de base antes da privação de alimento. </li><li> Food-restringir ratos por 2 dias para iniciar o peso corporalperda. Como ponto de partida geral, os ratos recebem 0,1 g de peso corporal de alimentos por 1 g por dia (por exemplo, um rato pesando 15 g, que geralmente começam com 1,5 g de alimentos). Para ajustar a quantidade de alimentos com base no peso do corpo de linha de base, a taxa de perda de peso, o sexo, a idade e de ratinhos. Embora o peso corporal, pode continuar a diminuir um pouco mais durante a fase de moldagem, tal redução do peso corporal (ou seja, a 90% do peso de linha de base original) deve ser mantida durante toda a formação (Figuras 2A e 2B). A quantidade de alimento necessária para manter o peso do corpo do rato é geralmente a mesma que a quantidade utilizada na restrição. </li></ol> 3. Shaping (3-7 dias) <ol><li> Aclimatação habitat Group (Dia 1): Coloque dois ratos na câmara de treinamento ao mesmo tempo. Coloque cerca de 20 sementes / mouse dentro da câmara para o seu consumo. Permita que os ratos para ficar na câmara por 20 min e, em seguida, colocá-los de volta para a sua casagaiola. </li><li> Climatização individual habitat (Dia 2): A mesma configuração como no passo 3.1, mas colocar os ratos na câmara de treinamento individualmente. O objetivo do grupo e aclimatação habitat indivíduo é obter os ratos familiarizado tanto com a câmara de formação e as sementes de milheto. </li><li> Determinação de dominância membro anterior (dia 3 e posterior): Coloque o lado de fenda única da câmara de formação voltada para baixo (Figura 1D). Encha a bandeja de comida com as sementes. Pressionar a bandeja de alimentos contra a parede frontal da câmara de formação para permitir que as sementes acessíveis para o rato. Coloque os ratos na gaiola individualmente. Se eles são suficientemente interessados ​​nas sementes localizados na bandeja de comida, eles arado através da fenda para conseguir a semente dentro. Eles, então, pegar as sementes e consumi-los. &quot;Configurar&quot; é considerada concluída quando ambas as seguintes critérios forem atendidos: 1) o mouse realiza 20 tentativas atingindo dentro de 20 min, e 2) mais de 70% alcances são performed com um membro anterior. </li></ol> Notas: <ol><li> Se o mouse usa a sua língua para obter as sementes para a câmara, coloque a bandeja de volta da fenda ligeiramente. O aumento no alcance distância desencoraja o mouse para usar sua língua para adquirir a semente e, portanto, facilita a sua pata dianteira alcançar. </li><li> Se o mouse não pode terminar moldar dentro de uma semana, solte-o a partir da experiência. </li></ol> 4. Treinamento (8 + Dias) <ol><li> Coloque o lado da dupla fenda da câmara de formação voltada para baixo (Figura 1E). </li><li> Colocar os ratos individualmente na gaiola. Coloque sementes individuais na plataforma alimentos no torrão correspondente à pata preferido (ou seja, para o mouse com a mão direita, use a fenda no lado direito do mouse). </li><li> Observar o comportamento do mouse, atingindo pontuação de acordo com as seguintes categorias: <ol><li> Sucesso: O rato chega com a pata preferido, agarra e retrieves a semente, e alimenta-lo em sua boca. </li><li> Drop: O mouse alcança com a pata preferido, agarra a semente, mas cai antes de colocá-lo em sua boca. </li><li> Falha: O rato chega com a pata preferido para a semente, mas ele quer perde a semente ou de bate-lo a partir da placa de retenção. </li></ol></li><li> Treinar os ratos por 30 tentativas atingindo no membro preferido ou 20 min (o que ocorrer primeiro) por dia. </li><li> Coloque os ratos de volta para sua gaiola após o treinamento e fornecer quantum alimentação diária. </li></ol> Notas: <ol><li> Em alguns casos, os ratos atingir mesmo quando não existe uma semente colocada sobre a plataforma de alimentação. Tais alcances são considerados &quot;chega em-vão&quot; e não são contabilizados para o número total de tentativas atingindo. Para desencorajar &quot;chega em-vão&quot;, ratos de trem para andar de volta para a outra extremidade da câmara de treinamento, antes de colocar a próxima semente. Uma estratégia semelhante foi utilizada no ratos para uma tarefa comportamental semelhante 21. Os ratinhos, por vezes, também alcançar com a pata nonpreferred na presença das sementes. Estes alcances são considerados &#39;chega contralateral&#39; e não contam para o número total de alcances também. </li><li> Para limitar as variações comportamentais devidos às flutuações do ritmo circadiano, realizar todas as sessões de modelagem e formação ao mesmo tempo do dia, durante o horário normal de vigília para camundongos. </li><li> Para evitar a variação comportamental devido a diferentes treinadores, certifique-se da mesma pessoa treina o mesmo camundongos durante todo o experimento. </li><li> Atenção dos ratos é fundamental para este teste comportamental. Treinar os ratos em uma sala separada e tranquilidade para minimizar a perturbação ambiental. </li><li> Os ratos podem ser treinados com mais de 30 atinge diariamente (por exemplo, 50 alcances). Aumentar o número de tentativas atingindo torna possível examinar melhoria comportamental dentro da mesma sessão de treinamento. </li></ol> 5. Datuma quantificação Há muitas formas de quantificar o comportamento do mouse após o treinamento. Duas análises mais direto são: <ol><li> Taxa de sucesso = alcances mais bem-sucedidas tentativas totais atingindo, apresentadas como porcentagens. Taxas de abandono e de insucesso podem ser plotados da mesma maneira. </li><li> Velocidade de sucesso = número de tentativas bem sucedidas dividido pelo tempo, apresentou alcances tão bem-sucedidas por minuto. Na maioria dos casos, a velocidade de sucesso continua a aumentar, mesmo quando a taxa de sucesso alcança o patamar. </li></ol>

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Os autores declaram que não há conflito de interesses.

Importância da fase de formação: Por causa do aumento da ansiedade de estar em um ambiente desconhecido, geralmente é difícil para os ratos para ser treinado em um romance ambiente 21,22. Portanto, o objetivo da formação é familiarizar os ratos com a câmara de treinamento, o treinador (ou seja, reduzir seus níveis de ansiedade) e as exigências da tarefa (ou seja, a identificação de sementes como fonte de alimento). Outro objetivo da formação é determinar os membros preferidos de camundongos individual para treinamento futuro. Durante a modelagem, é fundamental que não estão em forma sobre-os ratos, pois pode fornecer indesejados &quot;atingindo sessões de treinos&quot;, que seria falsamente inflacionar a taxa de sucesso na fase inicial de aprendizagem, resultando em pouca ou nenhuma melhora subseqüente da taxa de sucesso na mais tarde o treinamento (Figura 2E). Nestes casos, ao invés de simplesmente arar a semente dentro da jaula e depois pegá-la para comer, a forma sobre-camundongos já começou a desenvolver habilidades que chegam durante a fase de formação. A única maneira de limitar o excesso de formação é observação aguçada durante as sessões de modelagem. Mais em forma de camundongos devem ser excluídos da análise de dados. Por outro lado, é igualmente importante que os ratinhos não estão sub-forma. Se o mouse não reconhece as sementes de milheto como fonte de alimentação, se o mouse não está familiarizado com a exigência da tarefa, e / ou se o mouse é muito ansioso, ele vai ter dificuldades durante as sessões de treinamento e provavelmente vai acabar como um nonlearner (Figura 2E, veja também &quot;nonlearners&quot; abaixo). Implementação de controles adequados: Para determinar se ou não as mudanças associadas são devido a alcançar-aprendizagem específica do motor, que é importante para implementar diversas formas de controlos. Vários controles podem ser usados: 1) O grupo controle geral: neste grupo, os ratos não experimentam treinamento ou formação, mas de restrição alimentar, orecompensa alimentar (sementes) e manuseio. 2) O grupo controle shaping: ratos nesta experiência do grupo no período shaping como descrito acima (ver protocolos), porém eles não são treinados posteriormente. Em vez disso, eles são colocados na gaiola de formação, durante 20 min, e fornecido com aproximadamente 20 sementes / rato. O grupo de controlo de moldagem é útil para determinar se a experiência do período de formação causada qualquer plasticidade nas áreas do cérebro interessadas. 3) O grupo de controle da atividade: neste grupo, os ratos experimentar exatamente as mesmas condições que os ratos treinados, exceto durante o período de treinamento, a semente é sempre colocada fora da faixa de alcance ou detidos pelo treinador. Assim, a actividade dos músculos dos membros anteriores é semelhante ao dos ratinhos treinados, mas os ratinhos do grupo de controlo da actividade, ao contrário dos ratos treinados, não adquirem as habilidades alcance. Para promover tentativas atingindo contínuas, as sementes são descartadas periodicamente na câmara de formação da fenda atingir, e os ratos iria pegar as seeds para consumo. A maioria dos controlos de actividade desistir de chegar depois de 6-8 dias de treinamento. Nonlearners: É incerto porque alguns ratos aprender, enquanto outros não. Especulando com nossas experiências, algumas dessas nonlearners pode resultar de julgamento errado de preferência pata, assim, a aquisição de movimento qualificados é dificultada pela formação do membro não dominante. É também possível que a sub-modelagem é responsável por estes nonlearners, para estes ratinhos ainda não são claras sobre a exigência de tarefas e / ou não é confortável com o ambiente de teste. Outras razões possíveis incluem a perda de peso muito rapidamente e / ou excesso de perda de peso, enquanto outros podem ter perdido peso não é suficiente, na qual qualquer cenário resultará na diminuição do nível de fome e motivação impedido de chegar para o alimento, tornando assim o processo de aprendizagem difícil . Independentemente das razões, estas nonlearners não adquirem nem dominar as habilidades que chegam, e pode ser treated como um tipo adicional de grupo controle, complementando os vários tipos de controles mencionados acima. Circuito para a aprendizagem motora e memória: Muitas regiões do cérebro foram identificados para ser envolvido em aprendizagem motora. Além do córtex motor primário 6,7,19,23, muitas outras regiões do cérebro, tais como o negro substancial e área tegmental ventral 16,24, 25 estriado, hipocampo e 26 têm sido sugeridos para desempenhar também um papel importante na única semente atingindo tarefa introduzida aqui. Portanto, a única semente atingindo tarefa pode ser útil para estudar muitas regiões discriminatórias do cérebro de roedores associada ao aprendizado motor. Além disso, há uma infinidade de outras tarefas motoras, cada um com seu próprio padrão têmporo de execução motora, bem como cérebro macro / microestruturas envolvidos. Por exemplo, o Rotarod acelerado tem sido utilizada para estudar a memória do motor de longo prazo tanto no corpo estriado e hipocampopus 27, o atraso de resposta piscar de olhos condicionado envolve implícito aprendizagem motora processual que é predominantemente mediado pelo cerebelo 28,29, enquanto a tarefa de corrida rodas depende o bom funcionamento do corpo estriado dorsal 30. Mesmo para as tarefas motoras que induzem reorganização sinapse no córtex (ou seja, a tarefa de movimentação Capellini e single-pellet atingindo tarefa), diferentes conjuntos de sinapses são susceptíveis de serem envolvidos em diferentes tarefas 19. Tais dados sugerem que cada tarefa motora pode ter a sua própria codificação neural específico, através do recrutamento de diferentes regiões cerebrais, populações neuronais e conjuntos de sinapses. Experimentos apropriados devem ser utilizados para estudar diferentes estruturas cerebrais e circuitos de motores. Em resumo, nós introduzimos um protocolo detalhado sobre como executar a tarefa de chegar single-pellet em camundongos. Este protocolo confiável e válido será útil para futuros pesquisadores que estão interessados ​​em estudar biochemical, alterações fisiológicas, genéticas e estruturais em muitas regiões discriminatórias do cérebro do rato associado à aprendizagem motora e formação da memória.

Compreender os mecanismos de aprendizagem e memória subjacente é um dos maiores desafios da neurociência. No sistema motor, a aquisição de novas habilidades motoras com a prática é muitas vezes referida como a aprendizagem motora, enquanto que a retenção de habilidades motoras aprendidas anteriormente é considerada como memória motor 1. Aprender uma nova habilidade motora é geralmente refletida na melhoria do desempenho motor desejado ao longo do tempo, até um ponto em que a habilidade motora ou é aperfeiçoado ou satisfatoriamente consistente. Para a maioria dos casos, a memória motora adquirida pode persistir durante um longo período de tempo, mesmo na ausência de prática. Em humanos, estudos de neuroimagem usando tomografia por emissão de pósitrons (PET) e ressonância magnética funcional (fMRI) mostraram que o córtex primário do motor (M1) mudanças de actividade durante a fase de aquisição da habilidade motora aprendendo 2-4, ea interferência temporária de actividade por M1 baixa freqüência de estimulação magnética transcraniana leva a signicativamente interrompido retenção de melhoria de comportamento motor 5. Da mesma forma, a formação específica do membro anterior em ratos induz a plasticidade anatômica e funcional na M1, exemplificado pelo aumento tanto da atividade c-fos e relação sinapse / neurônio no contralateral M1 ao membro anterior treinado durante a fase tardia da habilidade motora de aprendizagem 6. Além disso, um paradigma de formação semelhante também reforça a camada de 2/3 ligações horizontais no M1 contralateral correspondentes ao membro anterior treinados, resultando na redução da potenciação de longo prazo (LTP) e reforçada a depressão de longo prazo (LTD), depois os ratos adquirem as tarefas 7. Tal modificação sináptica, no entanto, não é observada nas regiões corticais M1 correspondentes ao membro anterior não treinado ou 8 membros posteriores. Alternativamente, quando o M1 está danificado através acidente vascular cerebral, existem deficiências dramáticas em membros anteriores específicos motor-habilidades 9. Enquanto a maioria dos estudos de comportamento do motor foram realizados em seres humanos, macacos, e ratos 2-8,10-17, os ratos tornam-se um sistema modelo atraente por causa de sua genética poderosos e de baixo custo. Aqui apresentamos um membro anterior de aprendizagem específica motor-habilidade paradigma: a atingir tarefa única pelota. Neste paradigma, os ratos são treinados para estender suas patas dianteiras através de uma fenda estreita para apreender e recuperar pelotas do alimento (sementes de milheto) posicionados em um local fixo, um comportamento análogo ao aprendizado de arco e flecha, arremesso de dardo, e bolas de basquete tiro no humano. Esta tarefa atingindo tenha sido modificado a partir de estudos com ratos anteriores que mostraram resultados semelhantes entre ratos e camundongos 18. Usando dois fótons transcraniana de imagem, o nosso trabalho anterior seguiu a dinâmica das espinhas dendríticas (estruturas pós-sinápticos para sinapses excitatórias maioria) ao longo do tempo durante o treinamento. Descobrimos que uma sessão de treinamento único levou a rápida emergência de novas espinhas dendríticas em neurônios piramidais no córtex motor contralateral ao membro anterior treinado. Sformação ubsequent da mesma tarefa atingindo preferencialmente estabilizado estes espinhos induzido-learning, que persistiu por muito tempo após o treinamento terminou 19. Além disso, as espinhas que surgiram durante repetições de chegar a tarefa tendem a se aglomerar junto dendrites, enquanto espinhos, formada durante a execução do conjunto de chegar a tarefa e outra tarefa motora específica do membro anterior (ou seja, a tarefa de movimentação de massas) não agrupar 20. No presente vídeo, descrevemos passo-a-passo a configuração deste paradigma comportamental, da privação de alimento inicial para moldar, e a formação do motor. Nós também descrevem os comportamentos comuns de ratos durante o processo de execução deste paradigma comportamental, e como estes comportamentos são categorizados e analisados. Finalmente, discutimos as medidas de precaução necessárias para a prática de tal paradigma de aprendizagem e os problemas que podem ser encontrados durante a análise dos dados.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="856">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Training chamber in clear acrylic box</td>
			<td style="width:595px;">For dimensions, see Fig. 1A</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Tilted tray for shaping</td>
			<td>custom-made from glass slides, see Fig. 1B</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Food platform for training</td>
			<td>For dimensions, see Fig. 1C</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Millet seeds&#160;</td>
			<td>filtered from &#8220;Wild Bird Food Dove and Quail Blend Wild Bird Food (All Living Things)</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">Forceps</td>
			<td>For placing the seeds</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">A weighing scale</td>
			<td>For daily body weight measurement</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:263px;">A stopwatch</td>
			<td>For time measurement during shaping/training sessions</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

study motor skill learning by single-pellet reaching tasks in mice

Alcance para e recuperar objetos requerem movimentos motores precisos e coordenados no membro anterior. Quando os ratos são repetidamente treinado para captar e obter recompensas do alimento posicionados em um local específico, seu desempenho motor (definida como precisão e velocidade) melhora progressivamente ao longo do tempo, e planaltos após o treinamento persistente. Uma vez que tal habilidade de chegar é dominado, o seu posterior de manutenção não requer prática constante. Aqui apresentamos uma tarefa de chegar single-pellet para estudar a aquisição e manutenção de movimentos forelimb qualificados em camundongos. Neste vídeo, primeiro descrever o comportamento dos ratos que são comumente encontradas nesta aprendizagem e memória paradigma e, em seguida, discutir como categorizar estes comportamentos e quantificar os resultados observados. Combinado com a genética do rato, este paradigma pode ser utilizado como uma plataforma de comportamento para explorar as bases anatômicas, propriedades fisiológicas e mecanismos moleculares de aprendizagem e memória.

Curva de aprendizado: O domínio de uma habilidade motora, muitas vezes requer prática persistente ao longo do tempo. Uma curva típica média de aprendizagem é composto por duas fases: uma primeira fase de aquisição durante o qual a taxa de sucesso aumenta progressivamente, e uma fase de consolidação mais tarde, quando a taxa de sucesso alcança o patamar (Figura 2C). Deve-se observar as curvas de aprendizagem de ratos individuais variam, diferentes ratos tomar diferentes números de dias para atingir o nível de planalto, e as curvas de aprendizagem individuais geralmente não são tão suaves como a média. Outra maneira de apresentar melhoria do rato de habilidades alcançando é a velocidade do sucesso, o que reflete o desempenho global do motor, tendo as contas da velocidade atingindo, assim como a precisão. Em geral, a velocidade de sucesso continua melhorando após o ratinho atinge a sua taxa de sucesso plateau (Figura 2D). Além disso a variação individuals de desempenho, alguns ratos não conseguem aprender a tarefa (Figura 2E). Estes &quot;nonlearners&quot; costumam fazer tentativas iniciais para alcançar as sementes, mas por razões desconhecidas executar mal apesar do treinamento repetitivo. Eles geralmente perdem o interesse em chegar para as sementes após continuamente tentativas fracassadas e parar de chegar depois de 6-8 dias. Por outro lado, alguns ratinhos são sobre-moldada (Figura 2E). Estes ratos mais em forma geralmente começam com uma elevada taxa de sucesso (&gt; 40%), e não fazer uma melhoria significativa (ou seja, aumento de 15% na taxa de sucesso em relação ao primeiro dia de treinamento) no desempenho motor com o treinamento contínuo. Suas curvas de aprendizagem permanecer relativamente plana, ou pode até diminuir com o treinamento contínuo. Memória Motor: Os nossos dados anteriores sugeriram que uma vez que um movimento do motor é dominado qualificados através da prática repetitiva, que podem ser armazenados como uma forma de memória do motor e mais práces não são necessários para a sua manutenção 19. Esta memória do motor pode ser medido por parar o treinamento após ratos atingiram nível planalto de taxas de sucesso, e testar novamente o seu desempenho depois de um período de descanso prolongado (por exemplo, alguns meses). Camundongos treinados novamente geralmente começam com taxas de sucesso comparáveis ​​como temos observado no final do treino mais cedo, e manter a alta taxa de sucesso nos dias subseqüentes. Em contraste, os ratos ingênuos pareados por idade geralmente começam com taxas de sucesso significativamente mais baixos e melhorar progressivamente o seu desempenho com a prática 19 (Figura 2F). Enquanto privação de alimento (2 dias) antes do início da reciclagem é necessária, reformulando os ratos previamente treinados não é necessário. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51238/51238fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Concepção da formação do mousecâmara. A. Uma fotografia da câmara de treinamento, com as dimensões indicadas. B. Uma fotografia de bandeja da semente a formação, feita a partir de três lâminas coladas e colocado na frente da câmara de formação. Uma pilha de sementes de milheto são colocados no vale da bandeja de sementes. C. Uma fotografia da bandeja de comida para o treinamento, colocado na frente da câmara de treinamento. Uma semente de milho é colocado no torrão (apontado por setas), que corresponde a uma formação membro direito. As dimensões e a localização do torrão são indicados na fotografia. D. Um desenho dos desenhos animados da câmara de moldagem. O único lado de fenda da câmara de formação é colocada virada para baixo. As sementes são colocadas em frente da fenda secundária e ratos podem usar ambas as patas de arado as sementes de E. Um desenho. Animados da câmara de formação. O lado da dupla fenda da câmara de formação é colocada virada para baixo. Uma semente é colocada sobre o tabuleiro de alimentação em frente da câmara de slit correspondente ao membro preferido (neste caso, o membro direito). (D e E, modificada de Xu et al. 19). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51238/51238fig1highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver imagem ampliada.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/51238/51238fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Os resultados representativos de rato single-pellet alcançar tarefas. A. Um cronograma geral do projeto experimental. B. Um exemplo de perda de peso corporal em um único rato durante a privação de alimento (F), formação (S) e treinamento (T). C As taxas médias de sucesso. melhorar ao longo do tempo durante o treinamento (n = 39). D. velocidade média de sucesso do mesmo grupo de ratos apresentado em C. taxas E. Sucessodurante o treinamento para um mouse over-moldado e um mouse nonlearning. F. desempenho motor de pré-treinado (n = 14) e ingênuo (n = 10) ratos adultos durante o treino quatro dias (modificado de Xu et al. 19). Todos os dados são apresentados como média ± SEM, ***, P &lt;0,001. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51238/51238fig2highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver imagem ampliada.</a>

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Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Prática persistente melhora a precisão dos movimentos coordenados. Aqui apresentamos uma tarefa de chegar single-pellet, que foi concebido para avaliar a habilidade de aprendizado e memória do membro anterior em camundongos.

Estudo Motor Habilidade Aprendizagem por Single-pelota Tarefas atingindo em Ratos

Reaching for and retrieving objects require precise and coordinated motor movements in the forelimb. When mice are repeatedly trained to grasp and ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Behavior

20.7K visualizações.  University of California, Santa Cruz.  Prática persistente melhora a precisão dos movimentos coordenados. Aqui apresentamos uma tarefa de chegar single-pellet, que foi concebido para avaliar a habilidade de aprendizado e memória do membro anterior em camundongos. 

Vídeo: Study Motor Skill Learning by Single-pellet Reaching Tasks in Mice

Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models advance, it is important to develop sensitive behavioral measures specific to the mouse. The present protocol describes a skilled motor task for use in mouse models of stroke. The Pasta Matrix Reaching Task functions as a versatile and sensitive behavioral assay that permits experimenters to collect accurate outcome data and manipulate limb use to mimic human clinical phenomena including compensatory strategies (i.e., learned non-use) and focused rehabilitative training. When combined with neuroanatomical tools, this task also permits researchers to explore the mechanisms that support behavioral recovery of function (or lack thereof) following stroke. The task is both simple and affordable to set up and conduct, offering a variety of training and testing options for numerous research questions concerning functional outcome following injury. Though the task has been applied to mouse models of stroke, it may also be beneficial in studies of functional outcome in other upper extremity injury models.

Mouse models have become increasingly popular in studies of behavioral neuroscience. As models advance, it is important to develop sensitive behavioral measures specific to the mouse. This protocol describes the Pasta Matrix Reaching Task, which is a skilled motor task for use in mouse models of stroke.

Compensatória Limb Uso e Avaliação Comportamental de Habilidade Aprendizagem Motora Após Lesão Sensorimotor Cortex em um modelo do rato de Acidente Vascular Cerebral Isquêmico

Mouse models have become increasingly popular in the field of behavioral neuroscience, and specifically in studies of experimental stroke. As models ...

Comportamento

Uncovering Beat Deafness: Detecting Rhythm Disorders with Synchronized Finger Tapping and Perceptual Timing Tasks

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here with the goal of uncovering rhythm disorders, such as beat deafness. Beat deafness is characterized by poor performance in perceiving durations in auditory rhythmic patterns or poor synchronization of movement with auditory rhythms (e.g., with musical beats). These tasks include the synchronization of finger tapping to the beat of simple and complex auditory stimuli and the detection of rhythmic irregularities (anisochrony detection task) embedded in the same stimuli. These tests, which are easy to administer, include an assessment of both perceptual and sensorimotor timing abilities under different conditions (e.g., beat rates and types of auditory material) and are based on the same auditory stimuli, ranging from a simple metronome to a complex musical excerpt. The analysis of synchronized tapping data is performed with circular statistics, which provide reliable measures of synchronization accuracy (e.g., the difference between the timing of the taps and the timing of the pacing stimuli) and consistency. Circular statistics on tapping data are particularly well-suited for detecting individual differences in the general population. Synchronized tapping and anisochrony detection are sensitive measures for identifying profiles of rhythm disorders and have been used with success to uncover cases of poor synchronization with spared perceptual timing. This systematic assessment of perceptual and sensorimotor timing can be extended to populations of patients with brain damage, neurodegenerative diseases (e.g., Parkinson&#8217;s disease), and developmental disorders (e.g., Attention Deficit Hyperactivity Disorder).

Behavioral tasks that allow for the assessment of perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) are presented. Synchronization of finger tapping to the beat of an auditory stimuli and detecting rhythmic irregularities provides a means of uncovering rhythm disorders.

Descobrindo batida Surdez: Distúrbios Detecção de ritmo com o dedo Sincronizado Tapping e Tarefas de temporização da Percepção

A set of behavioral tasks for assessing perceptual and sensorimotor timing abilities in the general population (i.e., non-musicians) is presented here ...

Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in different areas of their brain for the localization of their seizure focus and eloquent areas. After implantation, the patient must remain in the hospital until the pathological area of brain is found and possibly resected. During this time, these patients offer a unique opportunity to the research community because any number of behavioral paradigms can be performed to uncover the neural correlates that guide behavior. Here we present a method for recording brain activity from intracranial implants as subjects perform a behavioral task designed to assess decision-making and reward encoding. All electrophysiological data from the intracranial electrodes are recorded during the behavioral task, allowing for the examination of the many brain areas involved in a single function at time scales relevant to behavior. Moreover, and unlike animal studies, human patients can learn a wide variety of behavioral tasks quickly, allowing for the ability to perform more than one task in the same subject or for performing controls. Despite the many advantages of this technique for understanding human brain function, there are also methodological limitations that we discuss, including environmental factors, analgesic effects, time constraints and recordings from diseased tissue. This method may be easily implemented by any institution that performs intracranial assessments; providing the opportunity to directly examine human brain function during behavior.

Patients implanted with intracranial electrodes provide a unique opportunity to record neurological data from multiple areas of the brain while the patient performs behavioral tasks. Here, we present a method of recording from implanted patients that can be reproducible at other institutions with access to this patient population.

Executar tarefas comportamentais em indivíduos com intracranianos Eletrodos

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in ...

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is relatively flexible with respect to participant positioning and allows for some head movements during tasks. Additionally, it is inexpensive, light weight, and portable, with very few contraindications to its use. This presents a unique opportunity to study functional brain activity during motor tasks in individuals who are typically developing, as well as those with movement disorders, such as cerebral palsy. An additional consideration when studying movement disorders, however, is the quality of actual movements performed and the potential for additional, unintended movements. Therefore, concurrent monitoring of both blood flow changes in the brain and actual movements of the body during testing is required for appropriate interpretation of fNIRS results. Here, we show a protocol for the combination of fNIRS with muscle and kinematic monitoring during motor tasks. We explore gait, a unilateral multi-joint movement (cycling), and two unilateral single-joint movements (isolated ankle dorsiflexion, and isolated hand squeezing). The techniques presented can be useful in studying both typical and atypical motor control, and can be modified to investigate a broad range of tasks and scientific questions.

Monitoring brain activity during upright motor tasks is of great value when investigating the neural source of movement disorders. Here, we demonstrate a protocol that combines functional near infrared spectroscopy with continuous monitoring of muscle and kinematic activity during 4 types of motor tasks.

Perto Funcional Espectroscopia no Infravermelho das Regiões sensoriais e motoras do cérebro com simultânea cinemática e Monitoramento EMG Durante tarefas motoras

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

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.

Aquisição de um de alta precisão Skilled Membro Anterior Alcançar Task em Ratos

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.

Investigação dos processos de aprendizagem motora habilidade com uma 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 ...

Using a Split-belt Treadmill to Evaluate Generalization of Human Locomotor Adaptation

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. However, studying human locomotor learning can be challenging. During infancy and childhood, the neuromuscular system is quite immature, and it is unlikely that locomotor learning during early stages of development is governed by the same mechanisms as in adulthood. By the time humans reach maturity, they are so proficient at walking that it is difficult to come up with a sufficiently novel task to study de novo locomotor learning. The split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed, enables the study of both short- (i.e., immediate) and long-term (i.e., over minutes-days; a form of motor learning) gait modifications in response to a novel change in the walking environment. Individuals can easily be screened for previous exposure to the split-belt treadmill, thus ensuring that all experimental participants have no (or equivalent) prior experience. This paper describes a typical split-belt treadmill adaptation protocol that incorporates testing methods to quantify locomotor learning and generalization of this learning to other walking contexts. A discussion of important considerations for designing split-belt treadmill experiments follows, including factors like treadmill belt speeds, rest breaks, and distractors. Additionally, potential but understudied confounding variables (e.g., arm movements, prior experience) are considered in the discussion.

We describe a protocol for investigating human locomotor adaptation using the split-belt treadmill, which has two belts that can drive each leg at a different speed. We specifically focus on a paradigm designed to test the generalization of adapted locomotor patterns to different walking contexts (e.g., gait speeds, walking environments).

Usando uma escada rolante Split-cinto para avaliar a generalização de adaptação de locomoção humana

Understanding the mechanisms underlying locomotor learning helps researchers and clinicians optimize gait retraining as part of motor rehabilitation. ...

Novel Object Recognition Test for the Investigation of Learning and Memory in Mice

The object recognition test (ORT) is a commonly used behavioral assay for the investigation of various aspects of learning and memory in mice. The ORT is fairly simple and can be completed over 3 days: habituation day, training day, and testing day. During training, the mouse is allowed to explore 2 identical objects. On test day, one of the training objects is replaced with a novel object. Because mice have an innate preference for novelty, if the mouse recognizes the familiar object, it will spend most of its time at the novel object. Due to this innate preference, there is no need for positive or negative reinforcement or long training schedules. Additionally, the ORT can also be modified for numerous applications. The retention interval can be shortened to examine short-term memory, or lengthened to probe long-term memory. Pharmacological intervention can be used at various times prior to training, after training, or prior to recall to investigate different phases of learning (i.e., acquisition, early or late consolidation, or recall). Overall, the ORT is a relatively low-stress, efficient test for memory in mice, and is appropriate for the detection of neuropsychological changes following pharmacological, biological, or genetic manipulations.

The object recognition test (ORT) is a simple and efficient assay for evaluating learning and memory in mice. The methodology is described below.

Teste de reconhecimento de objeto romance para a investigação da aprendizagem e memória em ratos

The object recognition test (ORT) is a commonly used behavioral assay for the investigation of various aspects of learning and memory in mice. The ORT is ...

Using Virtual Reality to Transfer Motor Skill Knowledge from One Hand to Another

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by observation or passive movement of trainee&#39;s hands by a robotic device). This obviously presents a major challenge in the rehabilitation of a paretic limb since voluntary control of physical movement is limited. Here, we describe a novel training scheme we have developed that has the potential to circumvent this major challenge. We exploited the voluntary control of one hand and provided real-time movement-based manipulated sensory feedback as if the other hand is moving. Visual manipulation through virtual reality (VR) was combined with a device that yokes left-hand fingers to passively follow right-hand voluntary finger movements. In healthy subjects, we demonstrate enhanced within-session performance gains of a limb in the absence of voluntary physical training. Results in healthy subjects suggest that training with the unique VR setup might also be beneficial for patients with upper limb hemiparesis by exploiting the voluntary control of their healthy hand to improve rehabilitation of their affected hand.

We describe a novel virtual-reality based setup which exploits voluntary control of one hand to improve motor-skill performance in the other (non-trained) hand. This is achieved by providing real-time movement-based sensory feedback as if the non-trained hand is moving. This new approach may be used to enhance rehabilitation of patients with unilateral hemiparesis.

Usando a realidade Virtual para transferir conhecimento habilidade motora de um lado para outro

As far as acquiring motor skills is concerned, training by voluntary physical movement is superior to all other forms of training (e.g. training by ...

The "Motor" in Implicit Motor Sequence Learning: A Foot-stepping Serial Reaction Time Task

This protocol describes a modified serial reaction time (SRT) task used to study implicit motor sequence learning. Unlike the classic SRT task that involves finger-pressing movements while sitting, the modified SRT task requires participants to step with both feet while maintaining a standing posture. This stepping task necessitates whole body actions that impose postural challenges. The foot-stepping task complements the classic SRT task in several ways. The foot-stepping SRT task is a better proxy for the daily activities that require ongoing postural control, and thus may help us better understand sequence learning in real-life situations. In addition, response time serves as an indicator of sequence learning in the classic SRT task, but it is unclear whether response time, reaction time (RT) representing mental process, or movement time (MT) reflecting the movement itself, is a key player in motor sequence learning. The foot-stepping SRT task allows researchers to disentangle response time into RT and MT, which may clarify how motor planning and movement execution are involved in sequence learning. Lastly, postural control and cognition are interactively related, but little is known about how postural control interacts with learning motor sequences. With a motion capture system, the movement of the whole body (e.g., the center of mass (COM)) can be recorded. Such measures allow us to reveal the dynamic processes underlying discrete responses measured by RT and MT, and may aid in elucidating the relationship between postural control and the explicit and implicit processes involved in sequence learning. Details of the experimental set-up, procedure, and data processing are described. The representative data are adopted from one of our previous studies. Results are related to response time, RT, and MT, as well as the relationship between the anticipatory postural response and the explicit processes involved in implicit motor sequence learning.

We introduce the foot-stepping serial reaction time (SRT) task. This modified SRT task, complementing the classic SRT task that involves only finger-pressing movement, better approximates daily sequenced activities and allows researchers to study the dynamic processes underlying discrete response measures and disentangle the explicit process operating in implicit sequence learning.

O "Motor" em Motor implícita sequência de aprendizagem: uma reação Serial depuração pé tempo tarefa

This protocol describes a modified serial reaction time (SRT) task used to study implicit motor sequence learning. Unlike the classic SRT task that ...