Asymmetrische Gang: A Novel Behavioral Assay voor Studie asymmetrische Locomotion

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

Behavioral assays worden gebruikt voor de beoordeling van sensomotorische stoornissen in het centrale zenuwstelsel (CZS). De meest geavanceerde methoden voor het kwantificeren van motorische stoornissen bij knaagdieren is tot minuut verstoringen van ongedwongen gait bovengrondse meten (bijv., Handmatige BBB score of geautomatiseerde CatWalk). Echter, corticale inputs niet vereist voor de vorming van basis- voortbewegen door de wervelkolom centrale patroon generator (CPG). Zo ongedwongen wandelen taken te testen bewegingsapparaat tekorten als gevolg van motorische cortex impairment slechts indirect. In deze studie, stellen we een nieuwe, nauwkeurige voet-plaatsing motorische taak die corticale input voor de spinale CPG evalueert. Een geïnstrumenteerd peg-weg werd gebruikt voor symmetrische en asymmetrische motorische taken nabootsen gelateralizeerde tekorten beweging opleggen. We laten zien dat verschuivingen van gelijke afstand tussen paslengtes van 20% produceren veranderingen in de voorpoot standfase kenmerken gedurende beweging met prefgedwaald paslengte. Bovendien stellen wij voor dat de asymmetrische loopbrug maakt metingen van gedrags uitkomsten geproduceerd door corticale stuursignalen. Deze maatregelen die relevant zijn voor de beoordeling van bijzondere waardeverminderingen na corticale schade zijn.

Introduction

Na beroerte morbiditeit bij de overlevende bevolking bevat grove motorische stoornissen die een uitdaging voor kwantitatieve evaluatie in zowel mensen vormen plaatsen beroerte en diermodellen van neurologische stoornis ^1. In de klinische setting, zijn deze motorische stoornissen gemeten met behulp van subjectieve criteria, die gevoeliger zijn voor ernstiger dan matige nierfunctie tentoongesteld door de meerderheid van de patiënten zijn. Ook dergelijke subjectieve beoordelingen van de post-letsel motorisch gedrag bij dieren komen vaak voor, bv., De Basso, Beattie en Bresnahan (BBB) ​​motorische schaal methode ^2,3. Hoewel deze subjectieve evaluatie methoden helpen vertalen tussen gang revalidatie studies in viervoeter diermodellen en mensen, worden de details van de motorische stoornissen in verband met de activiteit van afzonderlijke spiergroepen niet beoordeeld. Bovendien is de beoordeling van de motor corticale bijdrage aan motoriek, zoals de vermeende dader van de motor tekort in cerebrovasculair accident,kan alleen worden verkregen indirect zelfs met de meest nieuwe geautomatiseerde kwantitatieve methoden ^4,5, omdat ze afhankelijk zijn van het open veld of lineaire wandelen taken. Deze taken niet corticale bijdrage en kan worden uitgevoerd door het neurale mechanismen van het ruggenmerg, dat wil zeggen het centrale patroon generator (CPG) netwerk dat wordt gespaard in de meeste diermodellen van zenuwbeschadiging, bijvoorbeeld spinalized dieren ^{6 -.. 8} . Corticale wezenlijke bijdrage aan deze spinale mechanismen is experimenteel betrokken bij werkzaamheden waarbij geanticipeerd houdingsspieractiviteit ⁹ en ¹⁰ bereikt, alsmede nauwkeurige stappenmotor ^10.

Bovendien zijn de meeste neurologische schade asymmetrisch is; bijvoorbeeld beroerte veroorzaakt hemiparese, dwz zwakte aan een kant van het lichaam, waardoor een asymmetrische looppatroon ^{11 -. 14.} De asymmetrie van hemiplegische gang wordt geproduceerd door asymmetrische spatiotemporal spieractivatie belangrijkst is gemanifesteerd in het verkorten van de extensor bijbehorende houding fase en de verlenging van de flexor-geassocieerde swing fase van de stap-cyclus aan de paretische zijde ^15,16. Deze trend is nog niet onderzocht in een heel scala van bewegingsapparaat snelheden bij gezonde of verlamde dieren. In de huidige studie, gebruikten we de analyse van faseduur kenmerken ¹⁷ dat de verhouding tussen de duur van swing of houding fasen als functie van de cyclusduur in elke stap beschreven. Het verkregen lineaire regressiemodel werd vervolgens verder beschreven aan een analyse van asymmetrie in alle ledematen.

Wij rapporteren een nieuwe methode lage kosten voor de beoordeling van de activiteit van dalende corticale ingangen in de motor systeem van de viervoeter dieren op basis van een precieze stepping motorische taak. Deze taak is ontworpen om de motorische cortex uitdagen door het opleggen van eisen aan de voet plaatsing over een natuurlijke verspreidingsgebied van het lopen snelheden. Daarnaast, Aan de plaatsing eisen worden gemanipuleerd om bij voorkeur tegen de linker- of rechterkant van de motor systeem. In een soortgelijke motorische taak, Metz & Whishaw (2009) onderzocht de tarieven van mislukking, het aantal gemiste stappen op onregelmatige sport loopbrug, bij ratten. Onze methode is gratis op deze eerdere studie, en het beschrijft de kwaliteit van de controle in de fase "succesvolle" stappen ^18.

Protocol

De volgende training paradigma gebruikt de analyse van fase aanpassingen van de gemiddelde volwassen Sprague-Dawley ratten. Zorg ervoor dat de hierin beschreven protocol is in overeenstemming met de institutionele richtlijnen verzorging van dieren. Alle procedures in dit onderzoek werd uitgevoerd in overeenstemming met de Institutional Animal Care en gebruik Comite (IACUC) en Bureau voor Laboratory Animal Welfare (OLAW) aan West Virginia University School of Medicine en houdt zich aan de National Institutes of Health ri…

Representative Results

Figuur 2 toont de analyse van asymmetrie in het bewegingsapparaat taken voor een enkele vertegenwoordiger onderwerp. De waarden werden berekend voor alle omstandigheden met behulp van vergelijking 1 en 2 uit alle vakken afzonderlijk (figuur 2) en uit samengestelde gegevens van 8 vrouwelijke Sprague-Dawley ratten (250 – 400 g, figuur 3). In het algemeen, de modulatie van de voorpoot standfase was minder de zijde waarop de voortbeweging vo…

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 decade^6,21,22. The current consensus is that the intrinsic spina…

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.