JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Divulgaciones
Acknowledgements
Materials
Referencias
Traducción Automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Comportamiento

Оценка автономных и поведенческих эффектов пассивного движения у крыс с помощью вертикального движения лифта и вращения колеса

Published: February 07, 2020
doi:
10.3791/59837
, , , , , , ,
1School of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering,University of Sydney, 2Department of Physics,City University of Hong Kong, 3Department of Nautical Injury Prevention, Faculty of Navy Medicine,Second Military Medical University, 4State Key Laboratory of Marine Pollution (SKLMP),City University of Hong Kong, 5Department of Biomedical Sciences, College of Veterinary Medicine and Life Sciences,City University of Hong Kong, 6Department of Materials Science and Engineering,City University of Hong Kong

Summary

Протоколы представлены для оценки вегетативных и поведенческих эффектов пассивного движения у грызунов с помощью вертикального движения лифта и вращения колес обозрения.

Abstract

Общая цель этого исследования заключается в оценке вегетативных и поведенческих эффектов пассивного движения у грызунов с помощью вертикального движения лифта и устройств вращения колес обозрения. Эти анализы могут помочь подтвердить целостность и нормальное функционирование вегетативной нервной системы. Они связаны с количественными показателями, основанными на подсчете дефекации, открытом поле и пересечении балки баланса. Преимуществами этих анализов являются их простота, воспроизводимость и количественные поведенческие показатели. Ограничения этих анализов в том, что вегетативные реакции могут быть эпифеноменом невестибулярных расстройств и что требуется функционирование вестибулярной системы. Рассмотрение расстройств, таких как укачивание будет в значительной степени способствовали подробные процедуры этих анализов.

Introduction

Двигательная болезнь (МС) из-за аномальной визуо-вестибулярной стимуляции приводит к вегетативной реакции, вызывая такие симптомы, как эпигастральный дискомфорт, тошнота и/или рвота1. Согласно текущим теориям, болезнь движения может быть вызвана сенсорным конфликтом или нейрональным несоответствием от получения информации о комплексном движении, которая отличается от ожидаемой внутренней модели окружающей среды2,3 или постуральной нестабильности, как это произойдет на корабле4,5. Несмотря на значительные достижения в области укачивания и вестибулярного вегетативного функционирования6,7,8,9,10,11,12, будущие исследования могут быть поддержаны стандартизированными протоколами оценки. Оценка вегетативного воздействия стандартных пассивных движений принесет большую пользу исследованиям причин и профилактике укачивания. Общая цель этого исследования заключается в оценке вегетативных и поведенческих эффектов пассивного движения у грызунов. Модели животных, такие как грызуны, позволяют легко экспериментальные манипуляции (например, пассивное движение и фармацевтические) и поведенческой оценки, которые могут быть использованы для изучения этиологии болезни движения. Здесь мы представляем детальную батарею для проверки эффектов пассивного движения и целостности вестибулярного функционирования.

В настоящем исследовании подробно описаны два анализа: вертикальное движение лифта (EVM) и вращение колес обозрения (FWR), которые вызывают вегетативные реакции на пассивное движение. Анализы соединены с тремя количественными поведенческими показателями, пучком баланса (на мышах13 и крысах14,15,16,17),открытым обследованием и отсчетом дефекации. EVM (по аналогии с шагом и рулон корабля, встречающего волну) оценивает вестибулярное функционирование, стимулируя органы датчиков отолита, которые кодируют линейные ускорения (т.е. мешок, который реагирует на движения в вертикальной плоскости)18. Устройство FWR (центробежное вращение или синусоидное движение) стимулирует органы отолита линейным ускорением и полукруглые каналы угловым ускорением19,20. Устройство вращения колес обозрения/центробежного вращения уникально в своей вегетативной оценке. На сегодняшний день единственным подобным устройством в литературе является вневертикальное вращение оси (OVAR) поворотный круг, который используется для изучения вестибюле-глазного рефлекса (VOR)18,21,22, условного избегания23,24, и эффекты гипергравитации25,26,27. EvM ассси и проверка устройства FWR вызывают вестибулярную стимуляцию, приводящую к вегетативным реакциям. Мы соединяем EVM и FWR с количественными измерениями, такими как балка баланса, подсчет дефекации и анализ открытого поля28,29,30, для обеспечения надежных и воспроизводимых результатов. Подобно тем, которые ранее описаны на мышах13 и крыс14,15,16,17, баланс пучка анализ 1,0 м длиной пучка приостановлено 0,75 м от земли между двумя деревянными стульями с помощью простой черный ящик модификации в конце цели (финиш). Луч баланса был использован для оценки тревоги (неясный черный ящик)14,17,травматическое повреждение15,16,17, и здесь, вегетативные реакции, влияющие на баланс. Мы выполнили дефекацию подсчета для оценки вегетативной реакции в модели болезни движения ранее, и это надежное количественное измерение, которое легко выполняется и однозначно оценивается6,8,9,11. Открытый анализ поля использует простой черный ящик открытого поля оценки поведения с помощью Ethovision28, Bonsai30, или простой анализ видео в Matlab29 для количественной оценки поведения, такие как движение. В текущем протоколе мы используем пройденное расстояние, но отмечаем, что существует несколько различных парадигм (например, удлинение, зона движения, скорость и т.д.) 28,29,30. В совокупности эти процедуры образуют короткую батарею оценок для обследования и оценки вегетативных реакций на пассивное движение, например при укачивания6,7,8,9,10,11. Настоящие анализы могут быть адаптированы к различным моделям животных.

Protocol

Настоящее исследование и процедуры были одобрены Комитетом по этике для экспериментирования животных Второго военно-медицинского университета (Шанхай, Китай) в соответствии с Руководством по уходу и использованию лабораторных животных (Национальный исследовательский совет США, 1996).<…

Representative Results

На рисунке 2 показаны репрезентативные результаты луча баланса времени, задаваемого в поперечное. Крысы тренировались в течение 3 дней подряд для того, чтобы достичь стабильной работы на балансе пучка10. На следующий день крысы были оценены для производител?…

Discussion

В настоящем исследовании описывается оценка вегетативных реакций на пассивное движение у грызунов с помощью вертикального движения лифта и вращения колес на обозрения. Это оборудование и процедуры могут быть легко приняты для других грызунов и несколько модификаций анализов существ…

Divulgaciones

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Эта работа была частично поддержана Гонконгским советом по исследовательским грантам, схемой ранней карьеры, проектной #21201217 К.Л. Устройство FWR имеет патент в Китае: zL201120231912.1.

Materials

Elevator vertical motion device Custom Custom-made Elevator vertical motion device to desired specifications
Ethovision Noldus Information Technology Video tracking software
Ferris-wheel rotation device Custom Custom-made Ferris-wheel rotation device to desired specifications
Latex, polyvinyl or nitrile gloves AMMEX Use unpowdered gloves 8-mil
Open field box Custom Darkened plexiglass box with IR camera
Rat or mouse JAX labs Any small rodent
Small rodent cage Tecniplast 1284L
Wooden beam and stools Custom Custom-made wooden beam and stools to specifications indicated
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referencias

  1. Balaban, C. D. Vestibular autonomic regulation (including motion sickness and the mechanism of vomiting). Current Opinion in Neurology. 12, 29-33 (1999).
  2. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71, 819-829 (1978).
  3. Keshavarz, B., Hettinger, L. J., Kennedy, R. S., Campos, J. L. Demonstrating the potential for dynamic auditory stimulation to contribute to motion sickness. PLOS One. 9, 101016 (2014).
  4. Stoffregen, T. A., Chen, F. C., Varlet, M., Alcantara, C., Bardy, B. G. Getting your sea legs. PLoS One. 8, 66949 (2013).
  5. Smart, L. J., Pagulayan, R. J., Stoffregen, T. A. Self-induced motion sickness in unperturbed stance. Brain Research Bulletin. 47, 449-457 (1998).
  6. Wang, J. Q., et al. Temporal change in NMDA receptor signaling and GABAA receptor expression in rat caudal vestibular nucleus during motion sickness habituation. Brain Research. 1461, 30-40 (2012).
  7. Cai, Y. L., et al. Glutamatergic vestibular neurons express FOS after vestibular stimulation and project to the NTS and the PBN in rats. Neuroscience Letters. 417, 132-137 (2007).
  8. Cai, Y. L., et al. Decreased Fos protein expression in rat caudal vestibular nucleus is associated with motion sickness habituation. Neuroscience Letters. 480, 87-91 (2010).
  9. Wang, J. Q., Qi, R. R., Zhou, W., Tang, Y. F., Pan, L. L., Cai, Y. Differential Gene Expression profile in the rat caudal vestibular nucleus is associated with individual differences in motion sickness susceptibility. PLoS One. 10, 0124203 (2015).
  10. Zhou, W., et al. Sex and age differences in motion sickness in rats: The correlation with blood hormone responses and neuronal activation in the vestibular and autonomic nuclei. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 29 (2017).
  11. Wang, J., Liu, J., Pan, L., Qi, R., Liu, P., Zhou, W., Cai, Y. Storage of passive motion pattern in hippocampal CA1 region depends on CaMKII/CREB signaling pathway in a motion sickness rodent model. Scientific Reports. 7, 43385 (2017).
  12. Qi, R., et al. Anti-cholinergics mecamylamine and scopolamine alleviate motion sickness-induced gastrointestinal symptoms through both peripheral and central actions. Neuropharmacology. 146, 252-263 (2019).
  13. Luong, T. N., Carlisle, H. J., Southwell, A., Patterson, P. H. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. Journal of Visualized Experiments. (49), e2376 (2011).
  14. Kalueff, A. V., Minasyan, A., Tuohimaa, P. Behavioural characterization in rats using the elevated alley Suok test. Behavioural Brain Research. 30 (1), 52-57 (2005).
  15. Piot-Grosjean, O., Wahl, F., Gobbo, O., Stutzmann, J. M. Assessment of sensorimotor and cognitive deficits induced by a moderate traumatic injury in the right parietal cortex of the rat. Neurobiology of Disease. 8 (6), 1082-1093 (2001).
  16. Goldstein, L. B., Davis, J. N. Beam-walking in rats: Studies towards developing an animal model of functional recovery after brain injury. Journal of Neuroscience Methods. 31 (2), 101-107 (1990).
  17. Sweis, B. M., et al. modified beam-walking apparatus for assessment of anxiety in a rodent model of blast traumatic brain injury. Behavioural Brain Research. 296, 149-156 (2016).
  18. Hess, B. J., Dieringer, N. Spatial organization of the maculo-ocular reflex of the rat: Responses during off-vertical axis rotation. European Journal of Neuroscience. 2, 909-919 (1990).
  19. Armstrong, P. A., et al. Preserved otolith organ function in caspase-3-deficient mice with impaired horizontal semicircular canal function. Experimental Brain Research. 233 (6), 1825-1835 (2015).
  20. Riccio, D. C., Thach, J. S. Response suppression produced by vestibular stimulation in the rat. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 11 (4), 479-488 (1968).
  21. Rabbath, G., et al. Abnormal vestibular control of gaze and posture in a strain of a waltzing rat. Experimental Brain Research. 136, 211-223 (2001).
  22. Brettler, S. C., et al. The effect of gravity on the horizontal and vertical vestibulo-ocular reflex in the rat. Experimental Brain Research. 132, 434-444 (2000).
  23. Hutchison, S. L. Taste aversion in albino rats using centrifugal spin as an unconditioned stimulus. Psychological Reports. 33 (2), 467-470 (1973).
  24. Green, K. F., Lee, D. W. Effects of centrifugal rotation on analgesia and conditioned flavor aversions. Physiology & Behavior. 40 (2), 201-205 (1987).
  25. Tse, Y. C., et al. Developmental expression of NMDA and AMPA receptor subunits in vestibular nuclear neurons that encode gravity-related horizontal orientations. Journal of Comparative Neurology. 508 (2), 343-364 (2008).
  26. Lai, C. H., Tse, Y. C., Shum, D. K., Yung, K. K., Chan, Y. S. Fos expression in otolith-related brainstem neurons of postnatal rats following off-vertical axis rotation. Journal of Comparative Neurology. 470 (3), 282-296 (2004).
  27. Lai, S. K., Lai, C. H., Yung, K. K., Shum, D. K., Chan, Y. S. Maturation of otolith-related brainstem neurons in the detection of vertical linear acceleration in rats. European Journal of Neuroscience. 23 (9), 2431-2446 (2006).
  28. Aitken, P., Zheng, Y., Smith, P. F. Ethovision analysis of open field behaviour in rats following bilateral vestibular loss. Journal of Vestibular Research. 27 (2-3), 89-101 (2017).
  29. Gao, V., Vitaterna, M. H., Turek, F. W. Validation of video motion-detection scoring of forced swim test in mice. Journal of Neuroscience Methods. 235, 59-64 (2014).
  30. Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Frontiers in Neuroinformatics. 9, 7 (2015).
  31. Conder, G. A., Sedlacek, H. S., Boucher, J. F., Clemence, R. G. Efficacy and safety of maropitant, a selective neurokinin 1 receptor antagonist, in two randomized clinical trials for prevention of vomiting due to motion sickness in dogs. Journal of Veterinary Pharmacology and Therapeutics. 31, 528-532 (2008).
  32. Percie du Sert, N., Chu, K. M., Wai, M. K., Rudd, J. A., Andrews, P. L. Telemetry in a motion-sickness model implicates the abdominal vagus in motion-induced gastric dysrhythmia. Experimental Physiology. 95, 768-773 (2010).
  33. Lackner, J. R. Motion sickness: more than nausea and vomiting. Experimental Brain Research. 232, 2493-2510 (2014).
  34. Lucot, J. B. Effects of naloxone on motion sickness in cats alone and with broad spectrum antiemetics. Autonomic Neuroscience. 202, 97-101 (2016).
  35. McCaffrey, R. J. Appropriateness of kaolin consumption as an index of motion sickness in the rat. Physiology & Behavior. 35, 151-156 (1985).
  36. Horn, C. C., et al. Why can’t rodents vomit? A comparative behavioral, anatomical, and physiological study. PLoS One. 8 (4), 60537 (2013).
  37. Ossenkopp, K. -. P., Frisken, N. L. Defecation as an index of motion sickness in the rat. Physiological Psychology. 10, 355-360 (1982).
  38. Ossenkopp, K. P., Rabi, Y. J., Eckel, L. A., Hargreaves, E. L. Reductions in body temperature and spontaneous activity in rats exposed to horizontal rotation: abolition following chemical labyrinthectomy. Physiology & Behavior. 56, 319-324 (1994).
  39. Oman, C. M. Motion sickness: a synthesis and evaluation of the sensory conflict theory. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 68, 294-303 (1990).
  40. Hu, D. L., et al. Emesis in the shrew mouse (Suncus murinus) induced by peroral and intraperitoneal administration of staphylococcal enterotoxin A. Journal of Food Protection. 62, 1350-1353 (1999).
  41. Ueno, S., Matsuki, N., Saito, H. Suncus murinus as a new experimental model for motion sickness. Life Sciences. 43, 413-420 (1988).

Tags

Autonomic EffectsBehavioral EffectsPassive MotionRatsElevator Vertical MotionFerris-wheel RotationVestibular SystemMotor CoordinationAutonomic Nervous SystemBehavioral TechniquesAcclimatizationAngular VelocityDeceleration

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artículo
Manno, F. A. M., Pan, L., Mao, Y., Su, Y., Manno, S. H. C., Cheng, S. H., Lau, C., Cai, Y. Assessing the Autonomic and Behavioral Effects of Passive Motion in Rats using Elevator Vertical Motion and Ferris-Wheel Rotation. J. Vis. Exp. (156), e59837, doi:10.3791/59837 (2020).
Descargar cita
Reimpresiones y permisos

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image