JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Sciences du comportement

エレベーター垂直運動と観覧車回転を用いたラットにおける受動運動の自律性と行動の影響の評価

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

プロトコルは、エレベーターの垂直運動と観覧車回転を使用してげっ歯類における受動運動の自律的および行動的影響を評価するために提示される。

Abstract

本研究の全体的な目標は、エレベータ垂直運動装置と観覧車回転装置を用いて、げっ歯類における受動運動の自律性および行動効果を評価することです。これらのアッセイは、自律神経系の完全性および正常な機能を確認するのに役立ちます。排便カウント、オープンフィールド検査、バランスビーム交差に基づく定量的測定に連結されています。これらのアッセイの利点は、その簡素さ、再現性、および定量的行動の尺度です。これらのアッセイの限界は、自律神経反応が非前庭障害のエピフェノフェノであり得、機能する前庭系が必要であるということである。乗り物酔いなどの疾患の検査は、これらのアッセイの詳細な手順によって大いに助けられます。

Introduction

外見前庭刺激の異常による乗り物酔い(MS)は自律神経反応を引き起こし、上胃不快感、吐き気および/または嘔吐などの症状を引き起こす1。現在の理論によれば、乗り物酔いは、あくび船4,5で起こるように環境2,3または姿勢不安定の予想される内部モデルとは異なる統合運動情報を受信することから感覚的な衝突または神経不一致によって引き起こされる可能性がある。乗り物酔いおよび前庭自律機能6、7,8,9、10,11,12の分野で大きな進歩を遂げたにもかかわらず、将来の研究は標準化された評価プロトコルによって支援することができる。標準的な受動運動の自律神経効果を評価することは、乗り物酔いの原因と予防に関する調査に大きな利益をもたらす。本研究の全体的な目標は、げっ歯類における受動運動の自律性および行動効果を評価することです。げっ歯類などの動物モデルは、簡単な実験操作(例えば、受動運動および製薬)および行動評価を可能にし、乗り物酔いの病因を研究するために使用することができる。ここでは、受動運動の効果と前庭機能の完全性をテストするための詳細な電池を紹介します。

本研究では、受動運動に自律神経反応を誘発する2つのアッセイ、エレベータ垂直運動(EVM)および観覧車回転(FWR)を詳述する。アッセイは、バランスビーム(マウス13およびラット14、15、16、17)、オープンフィールド検査、排便計の3つの定量的行動測定に連結される。EVM(波に遭遇する船のピッチとロールに似ている)は、直線加速度をコードするオトリス感覚器官(すなわち、垂直面の動きに応答する嚢子)18を刺激することによって前庭機能を評価する。FWR(遠心回転または正弦運動)装置は、角加速度19、20によって線状加速度および半規管によって耳ラス器官を刺激する。観覧車/遠心回転装置は、その自律的な評価において独特である。現在までに、文献中の唯一の類似したデバイスは、外垂直軸回転(OVAR)ターンテーブルであり、これは前庭眼反射(VOR)18、21、22、条件回避23、24、および超重力25、26、27の影響を調べるために使用される。EVMアッセイとFWR装置アッセイは、自律神経反応を引き起こす前庭刺激を誘導する。EVMとFWRをバランスビーム、排便計数、オープンフィールド解析28、29、30などの定量測定に組み合わせることで、堅牢で再現性のある結果を得ることができます。マウス13およびラット14、15、16、17で前述したものと同様に、バランスビームアッセイは、ゴールエンドで簡単なブラックボックス修飾を用いて2つの木製スツール間の地面から0.75mの長いビームを吊り下げた長さ1.0mのビームである(仕上げ)。バランスビームは、不安(不明瞭なブラックボックス)14、17、外傷性傷害15、16、17を評価するために使用されており、ここで、バランスに影響を与える自律神経反応。我々は、以前に乗り物酔いモデルにおける自律神経応答を評価するための排便カウントを行っており、6、8、9、11を容易に評価してかつ明確に評価される信頼性の高い定量測定である。オープンフィールド解析では、モーションなどの動作を定量化するために、エトビジョン28、盆栽30、またはMatlab29のシンプルなビデオ解析を使用したシンプルなブラックボックスのオープンフィールド行動評価を採用しています。現在のプロトコルでは、移動距離の合計を使用しますが、いくつかの異なるパラダイム(例えば、伸び、移動のゾーン、速度など)が存在します。28、29、30.集合的に、これらの手順は、例えば乗り物酔い6、7、8、9、10、11で、受動動に対する自律神経反応の検査および評価のための評価の短い電池を形成する。本アッセイは、様々な動物モデルに適合させることができる。

Protocol

本研究と手順は、実験動物の治療と使用のためのガイド(米国国立研究評議会)に従って第二軍医科大学(上海、中国)の動物実験のための倫理委員会によって承認されました。1996). 1. 動物 2ヶ月(200〜250g)のスプレイグ・ドーリー(SD)ラットを使用します。行動アッセイごとに、別々のラット群を使用してください。常に別々の制御グループと実験グループを使用します…

Representative Results

図2は、横にかかった時間の代表的なバランスビーム結果を示しています。ラットは、バランスビーム10で安定した性能を達成するために3日間連続して訓練された。その後の日、ラットはバランスビーム性能について評価した。図のy軸では、げっ歯類が観覧車のバランスビームを横切るのにかかった秒数、エレベータの垂直運動、および実証目的の制?…

Discussion

本研究では、エレベータ垂直運動と観覧車回転を用いたげっ歯類における受動運動に対する自律的応答の評価について述べている。これらの装置および処置は他のげっ歯類に容易に採用することができ、薬理学的挑戦または外科的介入の間のような異なった状況で前庭の機能を確認するために、アッセイのいくつかの変更が存在する。前庭刺激によって引き出されるMSの研究は、環境<sup class=…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、香港研究助成協議会、初期キャリアスキーム、C.L.へのプロジェクト#21201217によって部分的にサポートされました。FWRデバイスは中国で特許を持っています: ZL20112023191.1.

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

References

  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
Citer Cet Article
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).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image