개선 된 쥐 훈련 성능을위한 혁신적인 실행 휠 기반 메커니즘
Summary
이 연구는 쥐에 효과적인 운동 활동을 정량화하는 혁신적인 주행 휠 기반의 동물 이동 시스템을 제공합니다. 쥐에게 친숙한 테스트 베드는 소정 적응 가속도 곡선을 사용하여 구축되고, 효과적인 운동 속도 및 경색 량 사이의 높은 상관 관계 뇌졸중 예방 실험 프로토콜의 가능성을 시사한다.
Abstract
이 연구는 쥐 스트로크의 영향의 정도를 감소시키는 운동 활동의 효과를 정량화하는 방법으로서, 측위 주행 륜 (PRW)를 구비 한 동물 이동 시스템을 제공한다. 이 시스템은 러닝 머신과 모터 주행 바퀴 (MRWS)와 같은 상업적으로 이용 가능한 시스템보다 더 효과적 동물 운동 교육을 제공합니다. 단보다 속도를 달성 할 수있는 MRW 대조적으로 20 m / 분, 래트 30m 안정된 속도로 실행하도록 허용 된 / 분 15 폭 cm 아크릴 휠에 의해지지되는 더 넓은 고밀도 고무 주행 트랙 이 작품에서 55cm의 직경. 소정 적응 가속도 곡선을 사용하여, 시스템뿐만 아니라, 작업자의 실수를 감소뿐만 아니라 소정의 강도에 도달 할 때까지 지속적으로 실행하도록 쥐를 훈련. 운동 효과를 평가하는 방법으로, 쥐의 실시간 위치를 주행 바퀴에 배치 된 적외선 센서 네 쌍에 의해 검출된다. 번적응 가속도 곡선을, 마이크로 컨트롤러를 이용하여 시작되는 적외선 센서에 의해 획득 된 데이터는 자동으로 컴퓨터에 기록되고 분석된다. 비교를 위해 3 주 훈련 디딜, MRW 및 PRW을 사용하여 래트에서 수행된다. 수술 중간대 뇌동맥 폐색 (MCAO)을 유도 한 후, 변성 신경계 중증도 스코어 (MNSS)과 경사면 시험은 래트 신경 손상을 평가하기 위해 수행되었다. PRW 실험적으로 이러한 동물 이동 시스템 중 가장 효과적인으로 검증됩니다. 또한, 래트 위치 분석에 기초하여 운동 효과 측정은이 효과적인 운동과 경색 량과 높은 음의 상관 관계이고, 뇌 손상 환원 실험에서 임의의 타입의 쥐 훈련을 정량화하는데 이용 될 수 있다는 것을 보여 주었다.
Introduction
스트로크는 물리적으로 1, 2 정신 장애인 수많은 환자를 떠나, 전 세계적으로 국가 재정 부담으로 지속적으로 존재한다. 가 일정한 운동 신경 재생을 개선하고 신경 연결 3,4-을 강화할 수 있다고 제안하는 임상 증거이며, 또한 그 운동 허혈성 뇌졸중 5 당할 위험을 감소시킬 수 나타낸다. 8 – 러닝 머신이나 쥐와 같은 운동 훈련 시스템, 설치류, 같은 실행중인 휠 중 하나로, 임상 실험 (6)의 대부분에서 운동의 효과를 테스트하기위한 인간에 대한 프록시 역할을합니다. 트레이닝 시스템은 보통 쥐 일정한 속도로 작동하는 동안 특정 시간에 대해 래트를 훈련하는 것을 포함한다. 8 – 따라서, 훈련 강도는 일반적으로 운동 속도 및 지속 시간 (6)에 따라 계산된다. 동일한 방식이 적용된다신경 생리 학적 보호를 위해 필요한 운동의 양을 추정한다. 11 – 그러나, 실험적인 운동은 때로는 쥐의 비틀이, 폭포, 또는 그들이 실행중인 휠 속도 9 따라 잡을 수없는 한 번 레일을 잡고 때와 같이 효과가 발견된다. 물론이 효과 운동의 사건은 크게 운동 효과를 감소, 대답. 않음 보편적으로 허용 방법이없는 경우에도 현재 뇌 손상을 감소시키기위한 효과적인 운동을 정량화하는 효과적인 운동의 정도는 여전히 임상 연구는 신경 생리학의 분야에서 운동의 효과를 설명하기위한 객관적인 평가로 나타낸다.
오늘날의 뇌 손상 환원 실험 12에 사용 된 시판 동물 이동 시스템에 많은 한계가 존재한다. 디딜 방아의 경우, 쥐 심리적 엄청난 유도, 전기 충격에 의해 실행하도록 강요최종 신경 생리 학적 시험 동물 스트레스함으로써 간섭이 8, 13, 14을 초래한다. 실행 휠 즉 자발적 강제 두 가지 유형으로 분류 될 수있다. 동력 실행 바퀴 (MRWS)를 실행하는 쥐를 강제로 바퀴를 회전하는 모터를 사용하면서 자율 주행 바퀴 인해 쥐 '물리적 특성과 능력 (15)의 차이의 과도한 변동성을 만들고, 쥐 자연스럽게 실행할 수 있습니다. 또한 강제 교육의 한 형태에도 불구하고, MRWS는 러닝 머신 13, 16, 17보다 쥐에 덜 심리적 스트레스를 부과한다. 그러나 MRWS를 사용하여 실험 쥐 때로는 휠 트랙 레일을 잡아 20 m / 분 (9)를 초과하는 속도로 실행하기를 거부하여 운동을 중단 할 것으로보고있다. 이러한 예는 현재 동물 이동 시스템은 운동 효과가 억제 고유의 단점을 가지고 있음을 보여준다. 에 대한목적 쥐의 교육 목적은 매우 효과적인 교육 시스템의 개발하지만 낮은 간섭 따라서 신경 생리 학적 운동 실험에 대한 긴급한 문제로 볼 수 있습니다.
이 연구는, 스트로크 (11)의 영향의 정도를 줄이는 실험 매우 효과적인 주행 륜 시스템을 제공한다. 훈련 과정에서 방해 요인의 감소 된 수에 더하여, 본 시스템은 이에 효과적인 운동 활동의보다 신뢰성있는 추정치를 얻기 휠에 내장 된 적외선 센서를 이용하여 쥐의 주행 위치를 검출한다. 전통적인 디딜 방아와 MRWS 모두에서 자주 운동 중단에 의해 부과 심리적 스트레스는 결과 운동 평가의 객관성을 왜곡. 효과적인 EXE 정량화하는 신뢰할 훈련 모델을 제공하면서 본 연구에서 제시된 위치 결정 주행 륜 (PRW) 시스템은 원치 않는 간섭을 최소화하기위한 시도에서 개발rcise.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 동물 스트로크의 영향의 정도를 감소시키는 매우 효과적인 주행 륜 시스템을 설명한다. 래트 친화 시험대,이 플랫폼은 안정된 주행 속도가 소정의 가속도 적응 곡선에 의해 실행중인 프로세스를 통해 쥐에 의해 유지 될 수있는 방식으로도 설계된다. 일반적인 교육 시스템에서 사전 훈련 속도와 지속 시간을 수동으로 설정됩니다. 운동이 시작되면, 미리 설정된 속도는 매우 곧 도달…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Dr. Jhi-Joung Wang, who is the Vice Superintendent of Education at Chi-Mei Medical Center, and Dr. Chih-Chan Lin from the Laboratory Animal Center, Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, 901 Zhonghua, Yongkang Dist., Tainan City 701, Taiwan, for providing the shooting venue. They would also like to thank Miss Ling-Yu Tang and Mr. Chung-Ham Wang from the Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, Tainan, Taiwan, for their valuable assistance in demonstrating the prototype system in real experiments with rats. The author gratefully acknowledges the support provided for this study by the Ministry of Science and Technology (MOST 104- 2218-E-167-001-) of Taiwan.
Materials
| Brushless DC motor | Oriental Motor | BLEM512-GFS | |
| Motor driver | Oriental Motor | BLED12A | |
| Motor reducer | Oriental Motor | GFS5G20 | |
| Speedometer | Oriental Motor | OPX-2A | |
| Treadmill | Columbus Instruments | Exer-6M | |
| Infrared transmitter | Seeed Studio | TSAL6200 | |
| Infrared Receiver | Seeed Studio | TSOP382 | |
| Microcontroller | Silicon Labs | C8051F330 | |
| CCD camera | Canon Inc. | EOS 450D | |
| Image processing software | Adobe Systems Incorporated | ADOBE Photoshop CS5 12.0 | |
| Image analysis | Media Cybernetics | Pro Plus 4.50.29 | |
| Sodium pentobarbital | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA P-3761 | |
| Ketamine | Pfizer (Kent, UK) | 1867-66-9 | |
| Atropine | Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan) | A03BA01 | |
| Xylazine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA X1126 | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | B9275 | |
| Anesthesia | Sigma Chemical |
Referências
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