Asymmetric Passagem: A Novel de Ensaio Comportamental de Estudos de Asymmetric 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

Ensaios comportamentais são comumente usados ​​para a avaliação da insuficiência sensório no sistema nervoso central (SNC). Os métodos mais sofisticados para quantificar deficiências locomotoras em roedores é medir distúrbios de marcha sem restrições overground hora (por exemplo., Pontuação BBB manual ou automatizado passarela). No entanto, as entradas corticais não são necessários para a geração de locomoção base produzidos pelo gerador de padrão central espinal (CPG). Assim, as tarefas de passeio sem restrições testar deficiências locomotoras devido ao comprometimento cortical motor só indiretamente. Neste estudo, propomos um romance, tarefa locomotora pé-posicionamento preciso que avalia entradas corticais para a CPG espinhal. Um peg-way instrumentado foi utilizada para impor tarefas locomotoras simétricos e assimétricos que imitam déficits movimento lateralized. Demonstramos que mudanças de comprimentos inter-stride equidistantes de 20% produzem mudanças nas características de fase postura forelimb durante a locomoção com prefcomprimento do passo errado. Além disso, propõe-se que a passagem assimétrica permite medições de resultados comportamentais produzidos por sinais de controlo corticais. Estas medidas são relevantes para a avaliação do prejuízo após o dano cortical.

Introduction

Morbidade pós-AVC na população sobrevivendo inclui deficiências motoras graves que representam um desafio para a avaliação quantitativa em ambos os seres humanos postar modelos de AVC e animais de comprometimento neurológico ^1. Na situação clínica, essas deficiências motoras são medidos usando critérios subjectivos que são mais sensíveis à deficiência grave em vez de moderada exibiram pela maioria dos pacientes. Da mesma forma, essas avaliações subjetivas de comportamento motor pós-lesão em animais são comuns, por exemplo., A Basso, Beattie e Bresnahan (BBB) ​​escala locomotora método ^2,3. Embora estes métodos de avaliação subjetivos estão ajudando a tradução entre os estudos de reabilitação da marcha em modelos animais quadrúpedes e os seres humanos, os detalhes de déficits motores associados à atividade de grupos musculares distintos não são avaliados. Além disso, a avaliação da contribuição cortical motor para locomoção, como o culpado putativo de déficit motor em um acidente cerebrovascular,só pode ser obtido indiretamente mesmo usando os mais novos métodos quantitativos automatizados ^4,5, como eles confiam em campo aberto ou tarefas de passeio lineares. Estas tarefas não requerem contribuição cortical e pode ser realizado por mecanismos neurais da medula espinal, animais ou seja, o gerador padrão central (CPG) de rede que é poupado na maior parte dos modelos animais de lesão neural, por exemplo, spinalized ^{6 -. 8.} . Cortical contribuição essencial para estes mecanismos espinais foi experimentalmente implicado em tarefas que requerem previstos ajustes posturais ⁹ e atingindo ^10, bem como ¹⁰ precisa pisar.

Além disso, a maioria dos danos neurológicos é assimétrico; por exemplo, acidente vascular cerebral provoca hemiparesia, ou seja, fraqueza em um lado do corpo, o que resulta em uma marcha assimétrica ^{11 -. 14.} A assimetria da marcha hemiplegia é produzido por spatiotempor assimétricaativação muscular al manifestado de forma mais significativa no encurtamento da fase de apoio associadas ao extensor e o alongamento da fase de balanço associada ao flexor do ciclo de passo no lado parético ^15,16. Esta tendência ainda não foi explorado através de uma gama de velocidades de locomoção em animais saudáveis ​​ou paréticos. No estudo actual, se a análise das características de duração da fase ¹⁷ que descreve a relação entre a duração das fases de batente ou postura como uma função da duração do ciclo em cada passo. O modelo de regressão linear obtida foi depois adicionalmente descrito com uma análise de assimetria em todos os membros.

Nós relatamos um método de baixo custo romance para avaliar a atividade de descer entradas corticais no sistema motor de animais quadrúpedes com base em uma tarefa precisa pisar locomotor. Esta tarefa é projetado para desafiar o córtex motor, impondo exigências de colocação dos pés sobre uma área natural de velocidades de locomoção. Além, Os requisitos de pé-de colocação são manipulados para desafiar preferencialmente o lado esquerdo ou direito do sistema motor. Em uma tarefa locomotora semelhante, Metz & Whishaw (2009) examinaram as taxas de falhas, o número de passos perdidas na passagem degrau irregular, em ratos. Nosso método é gratuito para este estudo anterior, e detalhes do tipo de controlo na fase de "bem-sucedida" ¹⁸ passos.

Protocol

O seguinte paradigma formação emprega a análise de ajustamentos de fase do adulto médio rato Sprague-Dawley. Por favor, garantir que o protocolo aqui descrito está de acordo com as diretrizes de cuidados de animais institucionais. Todos os procedimentos deste estudo foram realizados em conformidade com o Cuidado e Uso Comitê de animal Institucional (IACUC) e Instituto de Laboratório Animal Welfare (OLAW) da Escola de Medicina da Universidade de West Virginia e age de acordo com os Institutos Nacionais de diretriz…

Representative Results

A Figura 2 mostra a análise de assimetria durante as tarefas locomotoras para um único objecto representativo. Os valores foram calculados para todas as condições usando a equação 1 e 2 a partir de todos os sujeitos individualmente (Figura 2) e a partir de dados compósitos de 8 ratos fêmea Sprague-Dawley (250 – 400 g, a Figura 3). Geralmente, a modulação da fase de apoio do membro anterior foi menor para o lado…

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.