Behavioral Bedömning av Aging Mouse Vestibular System
Summary
Motorstyrnings-och balans prestanda är kända för att försämras med åldern. Denna uppsats presenterar en rad vanliga icke-invasiv beteendetester med tillägg av en enkel roterande stimulans för att utmana det vestibulära systemet och visar förändringar i balans prestanda i en musmodell av åldrandet.
Abstract
Åldersrelaterade nedgången i balans prestanda är förknippad med försämrad muskelstyrka, koordination och balansorganet. Även om ett antal studier visar förändringar i balans fenotyp med åldern hos gnagare, väldigt få isolera vestibulära bidrag för att balansera under antingen normala förhållanden eller under åldrande. Vi använder två vanliga beteendemässiga tester för att karakterisera balansen prestanda möss vid definierade ålderspunkter över livslängd: rotarod testa och den lutande balansbommen testa. Viktigt är dock, är en specialbyggd rotator också för att stimulera det vestibulära systemet hos möss (utan att inducera uppenbara tecken på åksjuka). Dessa två tester har använts för att visa att förändringar i vestibulära medierad-balans prestanda är närvarande över murina livslängd. Preliminära resultat visar att både rotarodtestet och den modifierade balansbommen testet kan användas för att identifiera förändringar i balans prestanda under åldring såsom ett alternativ till mer difficult och invasiva tekniker som vestibulo-okulära (VOR) mätningar.
Introduction
Vår känsla av balans är kanske en av de mest förbisedda men vitala komponenter i ens de mest grundläggande motoriska aktiviteter inklusive promenader och svarvning. Balans påverkas av många faktorer, inklusive muskelstyrka, koordination och balansorganet, och det är endast i närvaro av vestibulära neuropatier eller under normalt åldrande att betydelsen av en fullt fungerande balanssystem är uppskattat. Störningar i vestibulära systemet är ofta förknippade med upplevelser av yrsel eller yrsel och obalans vilket leder till en ökad risk för fall och påföljande skador 1. Detta är särskilt viktigt i äldre befolkningar där faller är en av de främsta orsakerna till skada 2.
Vestibulära funktionstester är vanligtvis baserade på de vestibulära reflexer, särskilt vestibulo-okulära (VOR) eller den vestibulo-collic reflex (VCR). VOR och video är avgörande för stabiliseringen av bilder pånäthinnan och huvudets position vid rörelser av huvud och kropp respektive. Vanligen, VOR mätningar kräver invasiv implantation av sökmotor spolar för att mäta ögonrörelser eller video spårning av ögonrörelser 3. Detta är en utmaning i möss på grund av den lilla typen av musen ögat och svårigheten att upptäcka eleven för videoanalys 3. Som ett alternativ har VCR använts för att mäta stabilisering av huvudet som svar på kroppsrörelser hos möss utan behov av invasiv kirurgi 4. Trots detta är det få studier som fokuserar specifikt på hur det vestibulära systemet fungerar som helhet och framför allt hur det förändras under åldrandet.
För att bedöma den totala balansen prestanda enkelt och icke-invasivt vi ändrade två vanliga beteendetester. Rotarod och lutande balans balk tester bedöma olika aspekter av motorprestanda hos gnagare och i tidigare studier har använts i ett testbatteri för att få en komplettprofilen av motorkapacitet. Denna funktion kan påverkas av sjukdom eller genetisk modifiering, och är också känsliga för processer i samband med normal utveckling och åldrande 5-7. Tidigare arbete med hjälp av rotarod har visat att samordningen motor i möss avtar efter 3 månaders 8 ålder. Dessutom råttor visar märk balans underskott med ökande ålder på balansbommen testet 9.
Detta dokument beskriver användningen av rotarod och balans balk tester i samband med en vestibulär stimulans för att utmana det vestibulära systemet och karakterisera den efterföljande påverkan på balans prestanda hos unga och äldre möss. Medan de enkla och icke-invasiva metoder som beskrivs inte är utformade som fristående åtgärder av perifer vestibulär funktion, de ger en nyttig och enkel beteende åtgärd för att jämföra cellulära och subcellulära förändringar på flera stadier av vestibular bearbetning under normalt åldrande hos möss.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritiska steg i protokollet
Tidigare arbete har visat att det är lätt att overtrain möss på både rotarod-och skoparmen apparat och som en konsekvens, kan förvärvet av noggranna mätningar vara en utmaning 15. Till exempel kan överträning på rotarod leda till möss avsikt hoppa av pluggarna under såväl acklimatisering och provanställningar, medan överträning på balansbommen kan leda till mer frekventa stopp (undersökande beteende) och reser i motsatt riktning (dvs…
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).
