Новый подход для оценки двигателя Об итогах Глубокая стимуляция мозга эффекты в Hemiparkinsonian Рац: Лестница и цилиндр Test
Summary
Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment option for Parkinson’s disease. We established a study design to screen novel stimulation paradigms in rats. The protocol describes the use of the staircase test and cylinder test for motor outcome assessment in DBS treated hemiparkinsonian rats.
Abstract
Глубокая стимуляция мозга субталамического ядра является эффективным вариантом для лечения болезни Паркинсона. В нашей лаборатории мы установили протокол на экран различных моделей Нейростимуляция у hemiparkinsonian (одностороннее) крыс повреждениями. Он заключается в создании поражения одностороннего Паркинсона путем введения 6-гидроксидопамин (6-OHDA) в правый медиального переднего мозга пучка, имплантацию хронических электродов стимуляции в субталамического ядра и оценки результатов двигательных в конце 24 ч периодов кабельной переплете внешней нейростимуляцию , Стимуляция проводилась с постоянным током возбуждения. Амплитуда была установлена на 20% ниже индивидуального порога побочных эффектов. Оценка результатов двигателя было сделано путем оценки спонтанного использования лапой в тесте цилиндра согласно Shallert и оценкой опытного достижения в тесте лестницы согласно Монтойя. Этот протокол подробно описывает подготовку в поле лестница, сylinder тест, а также использование как в hemiparkinsonian крыс. Использование обоих тестов является необходимым, так как тест лестница кажется более чувствительным для тонкой ухудшения двигательных навыков и проявляет большую чувствительность к изменению во время нейростимуляции. Сочетание односторонней модели паркинсонизма и двух поведенческих тестов позволяет оценить различные параметры стимуляции в стандартизированной форме.
Introduction
Глубокая стимуляция мозга субталамического ядра (STN) является эффективным вариантом лечения для болезни 1 и других двигательных расстройств Паркинсона. Основные механизмы все еще мало изучены и многофакторной, но ключевой особенностью является модуляция нейрональной активности сети повторяющимися деполяризации аксонов в непосредственной близости от раздражающего электрода 2-4. Высокочастотный (> 100 Гц) стимуляция необходима для положительного эффекта в большинстве мишеней головного мозга, а также для большинства признаков DBS. Побочные эффекты глубокого результата стимуляции мозга от непреднамеренного coactivation других волокон, которые покрыты по объему стимуляции и которые различные функции содействовать, например, пирамидного тракта. Следовательно, было бы желательно разработать параметры стимуляции, которая активирует предпочтительно полезные нервные элементы, избегая при этом coactivation побочных эффектов , даваемых элементов 5,6. Хотя нейрофизиология может предложить такую тонкую Tuniнг варианты DBS, научный прогресс был минимальным за последние два десятилетия, поскольку программные стратегии были в первую очередь были оценены "проб и ошибок" у больных и ограничивается ограниченные возможности программирования коммерчески доступных устройств DBS, а не с помощью нейрофизиологическую понимание и определены экспериментальные установки для систематического изучения всего пространства параметров.
Для преодоления трансляционной контрольно-пропускной пункт в исследовании DBS мы предлагаем протокол на экран альтернативные параметры стимуляции в моделях грызунов паркинсонизма до клинического исследования. Болезнь Паркинсона Односторонние у крыс моделируется с помощью 6-гидроксидопамин инъекции в правую медиального пучка переднего мозга 7,8. Полученный в результате поражения, описанные далее как hemiparkinsonian, оценивается в тесте апоморфина путем оценки баллов вращения после инъекции апоморфина низкой дозы и подтвердили Вскрытие по Тирозингидроксилаза immunohistochemistry. Метод прост в применении и легко воспроизводимым, принимая при низкой смертности и заболеваемости. В результате дефицит двигателя очень дискретно 7,8; животные демонстрируют незначительное ухудшение контралатеральной левой лапы во время как спонтанных разведки и сложными схватив поведения 9,10.
Для оценки эффективности глубоких протоколов стимуляции мозга требуются тесты, которые позволяют измерить быстрое и надежное изменение рабочих характеристик двигателя и может повторяться в течение долгого времени с различными настройками нейростимуляции. Несколько групп предложили различные подходы стимуляции и различные тесты для оценки двигательных функций у крыс 11 с сильно изменяющимися и противоречивыми результатами 11-14. Это заставило нас выбрать набор тестов с высокой предсказать действия и взаимодополняемости. Кроме того, для оценки результата двигателя при глубоких условиях стимуляции мозга, тесты были одобрены, которые могут быть выполнены аниMals подключен через кабель к генератору стимула. Для этих целей мы создали нашу тестовую батарею, состоящую из одного теста для использования лапа асимметрии и одно испытание для квалифицированных идущими. Дизайн исследования показана на рисунке 1.
Для спонтанного использования лапу мы провели тест цилиндр , описанный Shallert 15, который является широко используемым тестом для использования лапу во время вертикального разведки. Ни одна тренировка животного не требуется. Для оценки более сложного поведения схватив мы установили испытание лестницы согласно Montoya 16. Наш протокол изменяется в соответствии с Kloth 17. Крыс обучают в течение двенадцати дней в достижении гранул из коробки испытания. После периода обучения тест может быть применен для измерения сложное поведение рукоятки, путем подсчета вероятность успеха, описанный как количество гранул съедена. В статье дается подробное обучение в окне лестничной клетки, а также производительность обоих Бехavioral испытания под наивным, hemiparkinsonian и глубоких условиях стимуляции мозга.
Protocol
Representative Results
Discussion
В данной статье описывается подробный протокол подготовки для испытания цилиндра и лестницы. Последний предназначен для оценки сложного поведения захватывания и прекрасное движение двигателя из – за Специалисту достижения у крыс 16,17. Измерения результат выражается в виде числа…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung (IZKF), University Clinics Würzburg, Germany (project N-215).
Materials
| Staircase box witout lid | Glas Keil, Germany | custom made | |
| Cylinder box | Glas Keil, Germany | custom made | |
| Dustless precision pellets, 45 mg | Bio Serv | F0021 |
Referências
- Fasano, A., Lozano, A. M. Deep brain stimulation for movement disorders: 2015 and beyond. Current opinion in neurology. , (2015).
- McIntyre, C. C., Savasta, M., Kerkerian-Le Goff, L., Vitek, J. L. Uncovering the mechanism(s) of action of deep brain stimulation: activation, inhibition, or both. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 115, 1239-1248 (2004).
- Deniau, J. M., Degos, B., Bosch, C., Maurice, N. Deep brain stimulation mechanisms: beyond the concept of local functional inhibition. The European journal of neuroscience. 32, 1080-1091 (2010).
- Modolo, J., Legros, A., Thomas, A. W., Beuter, A. Model-driven therapeutic treatment of neurological disorders: reshaping brain rhythms with neuromodulation. Interface focus. 1, 61-74 (2011).
- Groppa, S., et al. Physiological and anatomical decomposition of subthalamic neurostimulation effects in essential tremor. Brain : a journal of neurology. 137, 109-121 (2014).
- Reich, M. M., et al. Short pulse width widens the therapeutic window of subthalamic neurostimulation. Annals of clinical and translational neurology. 2, 427-432 (2015).
- Blandini, F., Armentero, M. T., Martignoni, E. The 6-hydroxydopamine model: news from the past. Parkinsonism & related disorders. 14, 124-129 (2008).
- Bove, J., Perier, C. Neurotoxin-based models of Parkinson’s disease. Neurociência. 211, 51-76 (2012).
- Metz, G. A., Tse, A., Ballermann, M., Smith, L. K., Fouad, K. The unilateral 6-OHDA rat model of Parkinson’s disease revisited: an electromyographic and behavioural analysis. The European journal of neuroscience. 22, 735-744 (2005).
- Miklyaeva, E. I., Castaneda, E., Whishaw, I. Q. Skilled reaching deficits in unilateral dopamine-depleted rats: impairments in movement and posture and compensatory adjustments. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 14, 7148-7158 (1994).
- Li, X. H., et al. High-frequency stimulation of the subthalamic nucleus restores neural and behavioral functions during reaction time task in a rat model of Parkinson’s disease. Journal of neuroscience research. 88, 1510-1521 (2010).
- Darbaky, Y., Forni, C., Amalric, M., Baunez, C. High frequency stimulation of the subthalamic nucleus has beneficial antiparkinsonian effects on motor functions in rats, but less efficiency in a choice reaction time task. The European journal of neuroscience. 18, 951-956 (2003).
- Fang, X., Sugiyama, K., Akamine, S., Namba, H. Improvements in motor behavioral tests during deep brain stimulation of the subthalamic nucleus in rats with different degrees of unilateral parkinsonism. Brain research. 1120, 202-210 (2006).
- Lindemann, C., Krauss, J. K., Schwabe, K. Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus in the 6-hydroxydopamine rat model of Parkinson’s disease: effects on sensorimotor gating. Behavioural brain research. 230, 243-250 (2012).
- Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacology. 39, 777-787 (2000).
- Montoya, C. P., Campbell-Hope, L. J., Pemberton, K. D., Dunnett, S. B. The ‘staircase test’: a measure of independent forelimb reaching and grasping abilities in rats. Journal of neuroscience. 36, 219-228 (1991).
- Kloth, V., Klein, A., Loettrich, D., Nikkhah, G. Colour-coded pellets increase the sensitivity of the staircase test to differentiate skilled forelimb performances of control and 6-hydroxydopamine lesioned rats. Brain research bulletin. 70, 68-80 (2006).
- Fluri, F., Volkmann, J., Kleinschnitz, C. Microelectrode guided implantation of electrodes into the subthalamic nucleus of rats for long-term deep brain stimulation. JoVE. , (2015).
- Paxinos, G., Watson, C. . The rat brain in stereotactic coordinates. , (2008).
- Nikkhah, G., Rosenthal, C., Hedrich, H. J., Samii, M. Differences in acquisition and full performance in skilled forelimb use as measured by the ‘staircase test’ in five rat strains. Behavioural brain research. 92, 85-95 (1998).
- Angelov, S. D., Dietrich, C., Krauss, J. K., Schwabe, K. Effect of Deep Brain Stimulation in Rats Selectively Bred for Reduced Prepulse Inhibition. Brain stimulation. , (2014).
- de Haas, R., et al. Wireless implantable micro-stimulation device for high frequency bilateral deep brain stimulation in freely moving mice. Journal of neuroscience methods. 209, 113-119 (2012).
- Heo, M. S., et al. Fully Implantable Deep Brain Stimulation System with Wireless Power Transmission for Long-term Use in Rodent Models of Parkinson’s Disease. Journal of Korean Neurosurgical Society. 57, 152-158 (2015).
- Gut, N. K., Winn, P. Deep brain stimulation of different pedunculopontine targets in a novel rodent model of parkinsonism. J. Neurosci. 35, 4792-4803 (2015).
- Whishaw, I. Q., Gorny, B., Foroud, A., Kleim, J. A. Long-Evans and Sprague-Dawley rats have similar skilled reaching success and limb representations in motor cortex but different movements: some cautionary insights into the selection of rat strains for neurobiological motor research. Behavioural brain research. 145, 221-232 (2003).
- Honndorf, S., Lindemann, C., Tollner, K., Gernert, M. Female Wistar rats obtained from different breeders vary in anxiety-like behavior and epileptogenesis. Epilepsy research. 94, 26-38 (2011).
- Jadavji, N. M., Metz, G. A. Sex differences in skilled movement in response to restraint stress and recovery from stress. Behavioural brain research. 195, 251-259 (2008).
- Kucker, S., Tollner, K., Piechotta, M., Gernert, M. Kindling as a model of temporal lobe epilepsy induces bilateral changes in spontaneous striatal activity. Neurobiology of disease. 37, 661-672 (2010).
- Smith, L. K., Metz, G. A. Dietary restriction alters fine motor function in rats. Physiology & behavior. 85, 581-592 (2005).
