Kompenserende Limb Brug og Behavioral Assessment of Motor Skill Læring Efter sensorimotorisk Cortex Injury i en musemodel for iskæmisk slagtilfælde

Summary

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.

Abstract

Musemodeller er blevet stadig mere populære inden for adfærdsmæssige neuroscience, og specifikt i studier af eksperimentel slagtilfælde. Som modeller forhånd, er det vigtigt at udvikle følsomme adfærdsmæssige specifikke foranstaltninger for de mus. Den nuværende protokol beskriver en dygtig motor opgave til brug i musemodeller af slagtilfælde. Pasta Matrix Nå Task fungerer som en alsidig og følsom adfærdsmæssige analyse, der tillader eksperimentatorer til at indsamle præcise udfald af data og manipulere lemmer brug for at efterligne kliniske fænomener menneskelige herunder kompenserende strategier (dvs. lærte ikke-brug) og fokuseret rehabiliterende træning. Når det kombineres med neuroanatomiske værktøjer, denne opgave tillader også forskere til at undersøge de mekanismer, der understøtter adfærdsmæssige genvinding af funktion (eller mangel på samme) efter slagtilfælde. Opgaven er både enkel og økonomisk overkommelig at sætte op og adfærd, der tilbyder en bred vifte af uddannelses-og testmuligheder for mange forskningsresultater spørgsmål vedrørende functional resultat efter skade. Selv om opgaven er blevet anvendt på musemodeller af slagtilfælde, kan det også være gavnligt i studier af det funktionelle resultat i andre øvre ekstremitet beskadigelsesmodeller.

Introduction

Musemodeller er blevet stadig mere populært for eksperimentel slagtilfælde forskning dels på grund af deres bekvemmelighed og overkommelige priser, samt tilgængeligheden af transgene linier, der er egnet til in vivo billeddannelse blandt andre applikationer. Med denne øgede popularitet i forsøgsmodeller, interessen i at udvikle følsomme adfærdsmæssige vurderinger af funktionelle resultat efter skade er også steget ^1-7. Udviklingen af dyr uddannelse protokoller, der efterligner både genoptræning og kompenserende strategier, der anvendes af menneskelige slagtilfælde overlevende forbedrer evne til at omsætte resultater fra eksperimentelle dyreforsøg til brug i klinikken ^8. Motor færdighedstræning på Pasta Matrix Nå Task (PMRT) tidligere er etableret som en følsom adfærdsmæssig vurdering af motorik resultat efter iskæmisk fornærmelse af sensomotoriske cortex ^3..

En af de primære interessesi slagtilfælde forskning vedrører rehabilitering og udvikling og forståelse af adfærdsmæssige strategier, der fremmer en bedre inddrivelse af funktion efter fornærmelse. I øjeblikket rehabiliteringsstrategier hos mennesker resultere i ufuldstændig opsving ^8.. Desuden skal rehabilitering terapeuter bekæmpe kompenserende strategier, slagtilfælde overlevende udvikles under opsving, der kan underminere deres evne til fuldt ud at genvinde funktion af deres afficerede ekstremitet (r). For eksempel efter en ensidig slagtilfælde, der påvirker øvre ekstremitet funktion, mennesker har tendens til at udvikle en afhængighed af deres mindre påvirket lem ^{9, 10.} Samtidig forbedre en persons evne til at fungere på kort sigt, det lærte manglende brug af de ramte led kan hindre dens endelige nyttiggørelse potentiale som påvist i dyremodeller ^11-13. Disse resultater på dyr har været med til at præge udviklingen og anvendelsen af tvang-induceret bevægelse terapi i mennesker ^14. Dyremodeller er beneficial for at forbedre rehabiliteringsstrategier ved at tillade forskerne at udforske de neurobiologiske mekanismer, der subserve og fremme genvinding af funktion. Ud over at være en effektiv adfærdsmæssig vurdering af post-takts-funktionen har PMRT blevet etableret som en effektiv rehabiliterende strategi til fremme af en forbedret funktionelle resultat efter sensomotoriske slagtilfælde ^15. Den PMRT kan også bruges til effektivt at efterligne lært manglende brug af de ramte led og derfor tilbyder indsigt i adfærdsmæssige manipulationer, som kan forbedre funktionelle opsving trods indledende stor afhængighed af de mindre påvirket lem ^13.

Konstruktion af PMRT er blevet beskrevet tidligere ^3. Kort fortalt er opnåelsen kammer består af fire plexiglas vægge (20 cm høj, 15 cm lang og 8,5 cm bred) med en åben top og bund. Der er en central slids (13 cm høj og 5 mm brede), der strækker fra bunden bunden af ​​den forreste væg i kammeret, der tjenersom når åbningen (figur 1A). Pasta matrix er en kraftig plast blok (8,5 cm lange, 5 cm bred og 1,5 cm høj) med 1 mm diameter huller boret helt igennem dybden af ​​blokken. Der er i alt 260 huller, begyndende 2 mm fra nå vindue med 2 mm mellem hvert hul (figur 1B). Pasta matrix er udformet således, at tørre, vertikalt orienterede pastastykker strækker sig gennem hele dybden af ​​matricen scenen med cirka halvdelen af ​​pasta stykke udsættes for. Et aftageligt stykke overhead plastik eller karton skal tilskæres og tapes fast til undersiden af ​​matricen. Dette forhindrer pastastykker falder ud af matricen under transport og giver mulighed for nem fjernelse af knækkede pastastykker.

Den PMRT er en alsidig og følsom adfærdsmæssige assay, der tillader eksperimentatorer at indsamle nøjagtige resultatdata og manipulere lemmer brug at efterligne kliniske fænomener. Som en adfærdsmæssig outcome foranstaltning, den PMRT tillader eksperimentatorer at indsamle adfærdsmæssige data, som mere præcist afspejler effektiviteten af en rehabiliterende strategi, end den traditionelle måling af infarktstørrelsen ^{3, 16.} Som en adfærdsmæssig manipulation, det PMRT tillader eksperimentatorer at styre øvre lemmer brug i mus i For at efterligne de kliniske erfaringer med rehabilitering (dvs. afficerede ekstremitet uddannelse) eller lært ikke-brug (dvs. mindre påvirket lem uddannelse). Når det kombineres med neuroanatomiske metoder, den PMRT giver forskere mulighed for at udforske de mekanismer, der understøtter adfærdsmæssige genvinding af funktion eller utilpasset plasticitet efter kompenserende lemmer brug efter slagtilfælde. Den PMRT kunne yderligere anvendes på andre murine modeller af hjerneskade og øvre ekstremitet værdiforringelse, såsom traumatisk hjerneskade. En anden fordel ved PMRT er dens overkommelighed. Det udstyr, der kræves til opgaven kan konstrueres temmelig rimeligt i huset, gør dataindsamlingikke kræver en stor mængde plads eller finansielle ressourcer, og opgaven er enkel nok for studerende til pålideligt at indsamle data. Endvidere PMRT er følsom over for selv små adfærdsmæssige mangler ^{3, 13.} Denne protokol giver en enkel og effektiv måde at vurdere motorik læring, fremme adfærdsmæssig bedring efter skade, og efterligne lært non-use fænomener i en etableret murine model af slagtilfælde.

Protocol

De følgende metoder er i overensstemmelse med protokoller, der er godkendt af University of Texas i Austin og Illinois Wesleyan Animal Care og brug udvalg. Det anbefales, at forskere enten bære handsker, eller træffe passende forholdsregler (vaske hænder før og efter), når de deltager i adfærdsmæssig træning med nogen laboratoriedyr. Handsker skal bæres ved håndtering dyr som forberedelse til og under operationen. 1.. Tilvænning og mad begrænsning BEM?…

Representative Results

Resultaterne fra PMRT analyse bør omfatte antallet af pasta stykker brudt og mønstret af succesfulde strækninger. Resultater fra mus med sensomotoriske kortikale læsioner viser, at iskæmisk fornærmelse påvirker både antallet af vellykkede strækninger såvel som fysisk rækkevidde mønstre 3, 19, som vist i figur 3A. Kan observeres Repræsentative ændringer mønster i figur 3B. Evne PMRT at efterligne lært non-use effekter i mus påvises ved nedsat genopretning af d…

Discussion

Den PMRT repræsenterer en enkel, kvantitativ måde at vurdere fagmand nå resultater i mus. Selvom tidskrævende, er det muligt for tidligere uerfarne bachelorer, der skal uddannes til at indsamle pålidelige og reproducerbare data med kun et par træningssessioner. Opgaven er følsom nok til at måle selv små ændringer i mus motoriske præstation følgende iskæmiske skade ^{3, 13, 15,} og en række undersøgelser citere langsigtede underskud med en række uddannelses protokoller ^{15, 20, 22.} Fordi…

Materials

Name of Material/ Equipment	Company	Catalog Number	Comments/Description
Reaching Chamber			Reaching chambers are made in house with Plexiglas
Pasta Matrix Block			The Pasta Matrix box is made in house using a heavy plastic block
Capellini Pasta	DeCecco		DeCecco brand capellini pasta can be purchased in a grocery store or through an online retailer such as Amazon