א-סימטרי טיילת: רומן התנהגות Assay עבור לימוד אסימטרית תנועה

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

מבחני התנהגות משמשים בדרך כלל להערכת ירידת הערך הסנסורית במערכת העצבים המרכזית (CNS). השיטות המתוחכמות ביותר לכימות גירעונות של תנועה במכרסמים היא למדוד הפרעות דקות של הליכה עילית מאולצת (למשל., ציון מדריך לBBB או מסלול אוטומטי). עם זאת, תשומות בקליפת המוח אינן נדרשות עבור הדור של תנועה בסיסית המיוצרת על ידי גנרטור השדרה המרכזי הדפוס (CPG). כך, משימות הליכה בלתי מוגבלות לבדוק גירעונות של תנועה בשל ירידת ערך בקליפת המוח מוטורית רק בעקיפין. במחקר זה, אנו מציעים רומן, משימה של תנועה רגל-מיקום מדויקת שמעריך תשומות בקליפת המוח לCPG השדרה. וו-דרך instrumented שימשה להטיל משימות של תנועה סימטריות וא-סימטריים מחקה גירעונות תנועת לטרלית. אנו מראים כי משמרות מאורכים בין-צעד במרחק שווה של 20% שינויי תוצרת במאפייני שלב עמדת forelimb בזמן תנועה עם עדיפויותאורך צעד טעה. יתר על כן, אנו מציעים שביל א-סימטרי מאפשר למדידות של תוצאות התנהגותיות המיוצרות על ידי אותות בקרה בקליפת המוח. אמצעים אלה הם רלוונטיים להערכת ירידת הערך לאחר נזק בקליפת המוח.

Introduction

תחלואת שבץ הודעה באוכלוסייה ששרדה כוללת ליקויים מוטוריים גסים שמהווים אתגר להערכה כמותית בשני בני האדם לפרסם דגמי שבץ ובעלי החיים של ירידת ערך נוירולוגית ^1. במסגרת הקלינית, ליקויים המוטוריים אלה נמדדים תוך שימוש בקריטריונים סובייקטיביים אשר רגישים יותר לפגיעה קשה ולא מתונה הוצגה על ידי רוב החולים. באופן דומה, ערכות סובייקטיביות כזה של התנהגות מוטורית לאחר פציעה בבעלי חיים הן נפוצות, למשל., ^2,3 השיטה בקנה מידה של תנועה באסו, ביטי, וBresnahan (BBB). בעוד שיטות הערכה סובייקטיבית אלה עוזרות תרגום בין מחקרי שיקום הליכה במודלים של בעלי חיים ובני אדם על ארבעה, הפרטים של גירעונות מנוע הקשורים לפעילות של קבוצות שרירים נפרדות לא העריכו. יתר על כן, ההערכה של תרומה בקליפת המוח המוטורית לתנועה, כאשם המשוער של גירעון מוטורי בתאונת כלי דם במוח,ניתן להשיג רק באופן עקיף גם באמצעות השיטות כמותיות האוטומטיות הרומן ביותר ^4,5, כפי שהם מסתמכים על שטח פתוח או משימות הליכה ליניארי. משימות אלה אינם דורשות תרומת קליפת המוח ויכולות להתבצע על ידי המנגנונים העצביים של חוט השדרה, בעלי החיים, כלומר, גנרטור הדפוס המרכזי ברשת (CPG) שחסך ברוב המודלים של בעלי החיים של נזק עצבי, לדוגמא, spinalized ^{6 -.. 8} . תרומת קליפת המוח חיונית למנגנוני השדרה אלה היו מעורבות בניסוי במשימות שדורשות התאמות צפויות יציבה ⁹ והגיעו ^10, כמו גם מדויק דריכה ^10.

יתר על כן, רוב נזק נוירולוגים הוא א-סימטרי; למשל, שבץ גורם hemiparesis, כלומר, חולשה בצד אחד של הגוף, מה שגורם הליכה סימטרית ^{11 -. 14.} אסימטריה של הליכה משותקת מופקת על ידי spatiotempor סימטריהפעלת השרירים אל באה לידי ביטוי באופן משמעותי ביותר בקיצור שלב העמדה הקשורים פושטי וההתארכות של שלב הנדנדה הקשורים המכופף של מחזור הצעד בצד שתקונית ^15,16. מגמה זו עדיין לא נחקרה על פני מגוון של מהירויות של תנועה בבעלי חיים בריאים או שתקונית. במחקר הנוכחי, שהועסקנו הניתוח של מאפייני משך שלב ¹⁷ שמתאר את מערכת היחסים בין משך שלבי עמדת נדנדה או כפונקציה של משך מחזור בכל שלב. מודל רגרסיה ליניארית הושג תואר אז עוד יותר עם ניתוח של א-סימטריה בכל הגפיים.

אנו מדווחים על שיטת עלות נמוכה רומן להערכת הפעילות של תשומות יורדים בקליפת המוח במערכת המוטורית של בעלי חיים על ארבעה המבוססים על משימה של תנועה דריכה מדויקת. משימה זו נועדה לאתגר את הקורטקס המוטורי על ידי הטלת דרישות על מיקום רגל על ​​פני טווח טבעי של מהירויות הליכה. בנוסף, דרישות רגל-מיקום הן מניפולציה לקרוא תיגר על צד השמאל או ימין של המערכת המוטורית מועדף. במשימה של תנועה דומה, מץ וWhishaw (2009) בחן את שיעורי כישלון, את מספר צעדים שלא נענו על שביל שלב לא סדיר, בחולדות. השיטה שלנו היא ללא תשלום למחקר קודם זה, ומפרט את איכות בקרת פאזות ב" מוצלח "על שלבים ^18.

Protocol

הפרדיגמה האימון הבאה מעסיקה הניתוח של התאמות שלב של עכברוש Sprague-Dawley הבוגר הממוצע. ודא שהפרוטוקול המתואר במסמך זה בהתאם להנחיות הטיפול בבעלי החיים המוסדיים שלך. כל הנהלים במחקר זה בוצעו בהתאם לועדה המוסדית הטיפול בבעלי חיים והשימוש (IACUC) ומשרד למעבדת צער בעלי חיים (OLAW) …

Representative Results

איור 2 מציג את הניתוח של א-סימטריה במשימות של תנועה לנושא הנציג יחיד. הערכים חושבו לכל תנאי שימוש במשוואה 1 ו- 2 מכל הנושאים בנפרד (איור 2) ומנתונים מורכבים של חולדות נקבות 8 Sprague-Dawley (250-400 גר ', איור 3). בדרך כלל, האפנון של שלב ע?…

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.