Behavioral Valutazione del sistema vestibolare invecchiamento mouse
Summary
Scheda di controllo motore e prestazioni equilibrio sono noti a peggiorare con l'età. Questo documento presenta una serie di test comportamentali non invasivi standard con l'aggiunta di un semplice stimolo rotante per sfidare i cambiamenti del sistema e mostrare vestibolari nelle prestazioni equilibrio in un modello murino di invecchiamento.
Abstract
Età correlate calo delle prestazioni equilibrio è associato a deterioramento forza muscolare, la coordinazione motoria e la funzione vestibolare. Mentre un certo numero di studi mostrano variazioni di bilancio fenotipo con l'età nei roditori, molto pochi isolare il contributo vestibolare di bilanciare in virtù di condizioni normali o durante la senescenza. Usiamo due test comportamentali standard per caratterizzare le prestazioni saldo di topi in punti di età definiti sulla durata: la prova rotarod e la prova fascio di equilibrio inclinato. Importante, però, un rotore personalizzato costruito è utilizzato anche per stimolare il sistema vestibolare dei topi (senza indurre evidenti segni di cinetosi). Queste due prove sono state utilizzate per mostrare che i cambiamenti nella vestibolare prestazioni mediata-equilibrio sono presenti sulla durata murino. I risultati preliminari mostrano che sia la prova rotarod e test fascio di equilibrio modificati possono essere usati per identificare cambiamenti nelle prestazioni equilibrio durante l'invecchiamento come alternativa a più diffictecniche ULT e invasive come vestibolo-oculare (VOR) misurazioni.
Introduction
Il nostro senso di equilibrio è forse una delle più ancora trascurato componenti vitali anche le attività motorie di base, tra cui camminare e tornitura. Equilibrio è influenzata da numerosi fattori tra cui la forza muscolare, coordinazione motoria e funzione vestibolare, ed è solo in presenza di neuropatie vestibolari o durante l'invecchiamento normale che l'importanza di un sistema di equilibrio pienamente funzionante è apprezzato. Disturbi del sistema vestibolare sono spesso associati a esperienze di vertigini o capogiri e squilibrio con conseguente aumento del rischio di cadute e conseguenti lesioni 1. Ciò è particolarmente critica nelle popolazioni anziane, dove le cadute sono una delle principali cause di infortuni 2.
Test di funzionalità vestibolari sono comunemente basati sui riflessi vestibolari, in particolare, il vestibolo-oculare (VOR) o riflesso vestibolo-collic (VCR). Il VOR e VCR sono essenziali per la stabilizzazione delle immagini sullola posizione retina e la testa durante i movimenti della testa e del corpo, rispettivamente. Comunemente, le misurazioni VOR richiedono l'impianto invasivo delle bobine di ricerca per misurare i movimenti oculari o video tracking dei movimenti oculari 3. Questo è impegnativo nei topi a causa delle piccole natura dell'occhio mouse e la difficoltà di individuare la pupilla per analisi video 3. In alternativa, il VCR è stato usato per misurare la stabilizzazione della testa in risposta ai movimenti del corpo in topi senza la necessità di chirurgia invasiva 4. Nonostante questo, alcuni studi si concentrano in particolare su come il sistema vestibolare esegue nel suo complesso e soprattutto come cambia durante l'invecchiamento.
Per valutare le prestazioni complessive equilibrio in modo semplice e non invasivo abbiamo modificato due test comportamentali comunemente usati. Le prove equilibrio fascio rotarod e inclinate valutare diversi aspetti della performance motoria nei roditori e negli studi precedenti sono stati utilizzati in una batteria di test per acquisire una completaprofilo della capacità del motore. Questa capacità può essere influenzata da malattia o modificazione genetica, ed è anche sensibile a processi associati con lo sviluppo normale e invecchiamento 5-7. Lavori precedenti utilizzando il rotarod ha dimostrato che la coordinazione motoria nei topi declina dopo 3 mesi di età 8. Inoltre, i ratti mostrano deficit di bilancio evidenti con l'aumentare dell'età del test fascio di equilibrio 9.
Questo articolo descrive l'uso dei test rotarod ed equilibrio fascio in collaborazione con uno stimolo vestibolare, al fine di sfidare il sistema vestibolare e caratterizzare il conseguente impatto sulle prestazioni equilibrio giovani e meno giovani topi. Mentre i metodi semplici e non invasivi descritti non sono concepiti come misure autonome di funzione vestibolare periferico, esse forniscono una misura comportamentale utile e semplice per confrontare cambiamenti cellulari e subcellulari in più fasi di lavorazione vestibolare durante il normale invecchiamento nei topi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Fasi critiche all'interno del protocollo
Precedenti studi hanno dimostrato che è facile overtrain topi sia sul rotarod ed apparecchi trave e di conseguenza, l'acquisizione di misurazioni accurate può essere difficile 15. Ad esempio, sovrallenamento sulla rotarod può portare a topi intenzionalmente saltare fuori i tasselli durante i periodi di acclimatazione e di prova, mentre sovrallenamento alla trave può portare ad un arresto più frequenti (comportamento esplorativo) e…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge The Garnett Passe and Rodney Williams Memorial Foundation and the Bosch Institute Animal Behavioural Facility.
Materials
| Rotarod | IITC Life Science Inc. | #755 | "Rat dowels" = 70 mm diameter. Do not allow ethanol contact perspex. |
| iPhone | Apple | Can use any type of camera (e.g. Logitech webcam described above). Velcro fixed to the back surface for attachment to the the 3D articulated arm. | |
| 3D articulated arm | Fisso/Baitella | Classic 3300-28 | Any type of stable vertical stand would be adequate. Velcro is fixed to the apical end of the arm for iPhone attachment. |
| Wooden walking beam: 1m long strip of smooth wood with a circular cross-section of 14 mm diameter | A range of diameters and cross section shapes can be used to suit experimental parameters | ||
| Wooden goal box (130 x 140 x 220 mm) made from 11 mm thick boards | |||
| Support stand made of 41 x 41 mm beams: 2 vertical beams 525 and 590 mm from ground at the start and goal ends respectively; 803 mm horizontal beam that runs along the ground directly under the walking beam; two 20 mm long beams act as "feet", joining the horizontal and vertical beams at each end; a 21 x 21 x 36 mm block hewn at the apical end of the "starting" vertical beam; a 13 x 13 mm aperture cut out of the centre of this block, forming a tunnel which runs perpendicular to the walking beam. | Brace all joins with small steel brackets. | ||
| Adjustible metal ring (13 mm wide) | Pass this through the aperture in the block, pass the starting end of the balance beam through this ring and tighten until the beam is firmly in place. | ||
| Black paint (water based) | Handycan | Acrylic Matt Black | 2-3 coats for all wooden surfaces of the balance beam apparatus |
| Clear finish | Wattle Estapol | Polyurethane Matt | Single coat for all beams. Double coat for all other surfaces of the balance beam apparatus |
| Foam, packaging material | To cushion any falls from the balance beam | ||
| Electrical tape | Fix webcam to roof. | ||
| 70% Ethanol, paper towels | Clean beam and goal box between each animal. | ||
| Gauze pads/paper towels | To line the floor of the goal box | ||
| Mouse house (from home cage) |
References
- Agrawal, Y., et al. Disorders of balance and vestibular function in US adults: data from the National Health and Nutrition Examination Survey, 2001-2004. Arch. Intern. Med. 169, 938-944 (2009).
- Schwab, C. W., Kauder, D. R. Trauma in the geriatric patient. Arch. Surg. 127, 701-706 (1992).
- Stahl, J. S., et al. A comparison of video and magnetic search coil recordings of mouse eye movements. J. Neurosci. Methods. 99, 101-110 (2000).
- Takemura, K., King, W. M. Vestibulo-collic reflex (VCR) in mice. Exp. Brain Res. 167, 103-107 (2005).
- Carter, R. J., et al. Characterization of progressive motor deficits in mice transgenic for the human Huntington’s disease mutation. J. Neurosci. 19, 3248-3257 (1999).
- Wallace, J. E., et al. Motor and reflexive behavior in the aging rat. J. Gerontol. 35, 364-370 (1980).
- Ingram, D. K., et al. Differential effects of age on motor performance in two mouse strains. Neurobiol. Aging. 2, 221-227 (1981).
- Serradj, N., Jamon, M. Age-related changes in the motricity of the inbred mice strains 129/sv and C57BL/6j. Behav. Brain Res. 177, 80-89 (2007).
- Gage, F. H., et al. Spatial learning and motor deficits in aged rats. Neurobiol. Aging. 5, 43-48 (1984).
- Rustay, N. R., et al. Influence of task parameters on rotarod performance and sensitivity to ethanol in mice. Behav. Brain Res. 141, 237-249 (2003).
- Xiaocheng, W., et al. Expression of calcitonin gene-related peptide in efferent vestibular system and vestibular nucleus in rats with motion sickness. PloS One. 7, (2012).
- Beraneck, M., et al. Ontogeny of mouse vestibulo-ocular reflex following genetic or environmental alteration of gravity sensing. PloS One. 7, (2012).
- Carter, R. J., et al. Motor coordination and balance in rodents. Curr. Protoc. Neurosci. , (2001).
- Brooks, S. P., Dunnett, S. B. Tests to assess motor phenotype in mice: a user’s guide. Nat. Rev. Neurosci. 10, 519-529 (2009).
- Luong, T. N., et al. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. J. Vis. Exp. (49), (2011).
- McFadyen, M. P., et al. Differences among eight inbred strains of mice in motor ability and motor learning on a rotorod. Genes Brain Behav. 2, 214-219 (2003).
- Shiga, A., et al. Aging effects on vestibulo-ocular responses in C57BL/6 mice: comparison with alteration in auditory function. Audiol. Neurootol. 10, 97-104 (2005).
- Stahl, J. S. Eye movements of the murine P/Q calcium channel mutant rocker, and the impact of aging. J. Neurophysiol. 91, 2066-2078 (2004).
- Fahlstrom, A., et al. Behavioral changes in aging female C57BL/6 mice. Neurobiol. Aging. 32, 1868-1880 (2011).
- Bâ, A., Seri, B. V. Psychomotor functions in developing rats: ontogenetic approach to structure-function relationships. Neurosci. Biobehav. Rev. 19, 413-425 (1995).
- Yu, X., et al. A novel animal model for motion sickness and its first application in rodents. Physiol. Behav. 92, 702-707 (2007).
- Tung, V. W., et al. An isolated semi-intact preparation of the mouse vestibular sensory epithelium for electrophysiology and high-resolution two-photon microscopy. J. Vis. Exp. (76), (2013).
