非対称遊歩道：非対称歩行研究のための新しい行動アッセイ
Summary
Here, we present a protocol to quantify precise stepping in rodents. Cortical and the spinal central pattern generator signals are required for precise foot-placement during obstructed locomotion. We report here the novel constrained walking task that directly examines precise stepping behavior.
Abstract
行動アッセイは、一般的に中枢神経系（CNS）における感覚運動障害の評価のために使用されます。げっ歯類で運動障害を定量化するための最も洗練された方法は、制約のない歩行地上の微小擾乱を測定することである（ 例えば 、手動のBBBスコアまたは自動キャットウォーク）。しかし、皮質の入力は脊髄中枢パターン発生器（CPG）によって生成される基本的な運動の生成に必要とされません。このように、制約のない歩行タスクは間接的にしかによる運動皮質の障害に運動障害をテストします。本研究では、小説、脊髄CPGに皮質の入力を評価し、正確な足の配置運動タスクを提案します。計装ペグ方が左右で非対称に運動障害を模倣対称および非対称運動タスクを課すために使用されました。私たちは、県と歩行時の前肢スタンス位相特性の20％農産物の変更の等距離間ストライドの長さからずれることを示しています歩幅を誤りました。さらに、我々は非対称の歩道は、皮質の制御信号によって生成された行動の結果の測定を可能にすることを提案します。これらの措置は、皮質損傷後の機能障害の評価に関連しています。
Introduction
生き残った個体群における脳卒中後の罹患率は、両方のヒトでの定量的評価のための課題を提起する神経学的障害1のストロークと動物モデルを投稿粗大運動機能障害が含まれます。臨床の現場では、これらの運動障害は、大多数の患者が示す厳しいのではなく、中程度の障害に対してより敏感である主観的な基準を用いて測定されます。同様に、動物における損傷後の運動行動のような主観的評価は共通であり、 例えば 、バッソ、ビーティー、とブレスナハン（BBB）運動スケール法2,3。これらの主観的な評価方法は、四足動物モデルおよびヒトにおける歩行リハビリテーション研究間の変換を支援しているが、個別の筋肉群の活性に関連する運動障害の詳細は、評価されていません。また、脳血管障害における運動障害の推定犯人として運動に運動皮質の貢献の評価、彼らはオープンフィールドまたはリニア歩行タスクに依存しているとしてだけで、間接的にも、最も新しい自動化された定量的方法4,5を使用して得ることができます 。これらのタスクは、皮質の貢献を必要とせず、脊髄の神経機構、 すなわち 、神経損傷のほとんどの動物モデルで倹約された中枢パターン発生器（CPG）ネットワーク、 例えば 、spinalized動物6によって行うことができる– 。。8 。これらの脊髄のメカニズムに不可欠な皮質の貢献は、実験的に予想される姿勢調整9および10に到達するだけでなく、正確なステッピング10が必要なタスクに関与しています。
さらに、ほとんどの神経損傷は非対称です。例えば、ストロークは、片麻痺の原因となる、すなわち 、非対称歩行11につながる体の片側の弱さ– 。14。片麻痺歩行の非対称性は非対称spatiotemporによって生成されます最も重要な伸筋関連立脚相の短縮と麻痺側15,16のステップサイクルの屈筋関連遊脚相の延長で明らかにアル筋肉の活性化。この傾向は、まだ健康や麻痺の動物における運動速度の範囲で検討されていません。現在の研究では、各工程におけるサイクル持続時間の関数としてのスイングやスタンス相の持続時間との関係を説明した位相期間特性17の分析を採用しました。得られた線形回帰モデルは、その後、さらに、すべての四肢を横切る非対称性の分析を説明しました。
私たちは、正確なステッピング運動タスクに基づいて、四足動物の運動系に皮質入力を降順の活性を評価するための新規な低コストの方法を報告しています。このタスクは、歩行速度の自然な範囲での足の配置の要求を課すことによって運動野に挑戦するように設計されています。加えて、足配置の要件を優先的運動系の左側または右側に挑戦するために操作されています。同様の運動タスクでは、メッツ＆ウィショー（2009）は、ラットにおいて、不規則なラング歩道上で逃したステップ数を故障率を調べました。私たちの方法は、これまでの研究と相補的であり、それは「成功」に位相制御の品質を詳細に18を繰り返します。
Protocol
Representative Results
Discussion
The rationale for this study was to develop a behavioral task that quantitatively assesses the changes in precise control of asymmetric locomotor behaviors. The existence of the spinal CPG has been functionally demonstrated for some time20, but the anatomical and functional characteristics that describe its mechanism as well as its modulatory inputs from descending or sensory feedback pathways have not been characterized until the past decade6,21,22. The current consensus is that the intrinsic spina…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Kriss Franklin, Amanda Pollard and Justine Shaffer assisted in animal training and data collection. Sarah Freeman and Alisa Ivanova contributed to data analysis. This study is supported by WVU School of Medicine Start-Up, NIH/NIGMS U54GM104942, and NIH CoBRE P20GM109098.
Materials
| MATLAB® R2013a | MathWorks | Design platform for custom videoa video annotation software | |
| Sony HDR-CX380/B High Definition Handycam | Sony | 27-HDRCX330/B | Video acquisition device. |
| Jif Creamy Peanut Butter – Gluten Free 454 g | J.M. Smucker Company | NA | Food reward stimulus. |
| Sucrose Tablet – Chocolate 1800 g | TestDiet | 1811256 | Food reward stimulus. |
| Manzanita Wood Gnawing Sticks | BioServe | W0016 | For presentation of food reward stimulus. |
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