Behavioral Vurdering af Aging Mouse vestibulære system
Summary
Motorstyring og balance ydeevne er kendt for at forværres med alderen. Denne artikel præsenterer en række standard noninvasive adfærdsmæssige test med tilføjelse af en simpel roterende incitament til at udfordre de vestibulære system og vise ændringer i balance ydeevne i en murin model af aldring.
Abstract
Aldersrelateret nedgang i balance ydeevne er forbundet med forværrede muskelstyrke, motorik og vestibulære funktion. Mens en række studier viser ændringer i balance fænotype med alderen hos gnavere, meget få isolere det vestibulære bidrag til at balancere under enten normale betingelser eller under ældning. Vi bruger to standard adfærdsmæssige test for at karakterisere balance ydeevne mus ved definerede centpoint over levetid: rotarodtesten og den skrå Vægtarm test. Vigtigere er dog en specialbygget rotator også bruges til at stimulere det vestibulære system mus (uden at fremkalde åbenlyse tegn på køresyge). Disse to tests er blevet brugt til at vise, at ændringer i vestibulære medieret balance ydeevne er til stede i den murine levetid. Foreløbige resultater viser, at både rotarodtesten og modificerede Vægtarm test kan anvendes til at identificere ændringer i balance ydeevne under ældning som et alternativ til mere difficUlt og invasive teknikker såsom Vestíbulo-okular (VOR) målinger.
Introduction
Vores følelse af balance er måske et af de mest oversete endnu vitale dele af selv de mest basale motoriske aktiviteter, herunder vandreture og drejning. Balance er påvirket af en række faktorer, herunder muskelstyrke, motorik og vestibulære funktion, og det er kun i overværelse af vestibulære neuropatier eller under normal aldring, at betydningen af en velfungerende balance system er værdsat. Forstyrrelser i det vestibulære system, er ofte forbundet med erfaringer af vertigo eller svimmelhed og uligevægt resulterer i en øget risiko for fald og efterfølgende skader 1. Dette er særlig kritisk i ældre befolkningsgrupper, hvor falls er en af de førende årsager til skade 2.
Vestibulære funktionstest er almindeligt baseret på vestibulære reflekser, især vestibulo-okular (VOR) eller vestibulo-collic refleks (VCR). VOR og VCR er afgørende for stabilisering af billeder pånethinden og hoved stilling under bevægelser af hoved og krop hhv. Sædvanligvis VOR målinger kræver invasive implantation af søge spoler til at måle øjenbevægelser eller video sporing af øjenbevægelser 3.. Dette er en udfordring i mus på grund af den lille karakter af musen øjet og vanskeligt at opdage eleven til video analyse 3. Som et alternativ har VCR blevet anvendt til at måle stabilisering af hovedet som svar på kroppens bevægelser i mus uden behov for invasiv kirurgi 4. På trods af dette få studier fokuserer specifikt på, hvordan vestibulære system fungerer som en helhed, og endnu vigtigere, hvordan det ændrer i løbet af aldring.
For at vurdere den samlede balance ydeevne enkelt og noninvasively vi ændret to almindeligt anvendte adfærdsmæssige test. Rotarod og skrå balance beam tests vurdere forskellige aspekter af motorisk præstation i gnavere og i tidligere undersøgelser er blevet anvendt i en test batteri til at erhverve en kompletprofil motorens kapacitet. Denne evne kan påvirkes af sygdom eller genetisk modifikation, og er også følsomme over for processer, der er forbundet med normal udvikling og aldring 5-7. Tidligere arbejde ved hjælp rotarod har vist, at motorik i mus aftager efter 3 måneders 8. alder. Desuden rotter viser mærkbare balance underskud med stigende alder på balancen stråle test 9.
Dette papir beskriver brugen af rotarod og balance stråle tests i forbindelse med en vestibulære stimulering med henblik på at udfordre den vestibulære system og karakterisere den efterfølgende effekt på balance præstation i unge og ældre mus. Mens de enkle og noninvasive metoder beskrevet ikke er udformet som enkeltstående foranstaltninger af perifere vestibulære funktion, de giver en nyttig og enkel adfærdsmæssige foranstaltning at sammenligne cellulære og subcellulære ændringer på flere stadier af vestibulære behandling under normal aldring i mus.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiske trin i protokollen
Tidligere arbejde har vist, at det er let at overtrain mus på både rotarod og apparater balance bjælke og som en konsekvens, kan erhvervelsen af nøjagtige målinger være udfordrende 15. For eksempel kan overtræning på rotarod føre til mus med vilje hoppe fra dyvler under både akklimatisering og prøveperioder, mens overtræning på balancen stråle kan føre til mere hyppige standsninger (udforskende adfærd), og rejser i den modsatte retning …
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).
