असममित उद्यानपथ: असममित हरकत अध्ययन के लिए एक उपन्यास व्यवहार परख
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
व्यवहार assays सामान्यतः केंद्रीय तंत्रिका तंत्र (सीएनएस) में ज्ञानेन्द्रिय हानि के आकलन के लिए उपयोग किया जाता है। कृन्तकों में हरकत घाटे बढ़ाता के लिए सबसे अधिक परिष्कृत तरीकों स्वेच्छापूर्ण चाल भूमि के ऊपर से मिनट गड़बड़ी को मापने के लिए है (उदाहरण के लिए।, मैनुअल बीबीबी स्कोर या स्वचालित कैटवॉक)। हालांकि, cortical आदानों रीढ़ की हड्डी में केंद्रीय पैटर्न जनरेटर (सीपीजी) द्वारा उत्पादित बुनियादी हरकत की पीढ़ी के लिए आवश्यक नहीं हैं। इस प्रकार, स्वेच्छापूर्ण चलने कार्य केवल परोक्ष रूप से होने के कारण मोटर cortical हानि करने के लिए हरकत घाटे का परीक्षण करें। इस अध्ययन में, हम रीढ़ सीपीजी के लिए cortical आदानों का मूल्यांकन करता है कि एक उपन्यास, सटीक पैर-प्लेसमेंट हरकत कार्य का प्रस्ताव है। एक instrumented खूंटी-तरफा lateralized आंदोलन घाटे नकल उतार सममित और विषम हरकत कार्यों को लागू करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। हम pref साथ हरकत के दौरान forelimb रुख चरण विशेषताओं में 20% का उत्पादन परिवर्तन की समान दूरी पर अंतर-छलाँग लंबाई से कि पारियों का प्रदर्शनगलती छलाँग लंबाई। इसके अलावा, हम असममित रास्ता cortical नियंत्रण संकेतों द्वारा उत्पादित व्यवहार परिणामों के मापन के लिए अनुमति देता है कि प्रस्ताव। इन उपायों cortical क्षति के बाद हानि के आकलन के लिए प्रासंगिक हैं।
Introduction
जीवित रहने की आबादी में पोस्ट-स्ट्रोक रुग्णता दोनों मनुष्यों में मात्रात्मक मूल्यांकन के लिए एक चुनौती बन तंत्रिका संबंधी हानि 1 के स्ट्रोक और पशु मॉडल पोस्ट कि सकल मोटर दोष भी शामिल है। नैदानिक सेटिंग में, इन मोटर impairments रोगियों के बहुमत द्वारा प्रदर्शित गंभीर बजाय उदारवादी हानि के प्रति संवेदनशील हैं जो व्यक्तिपरक मापदंड का उपयोग मापा जाता है। इसी तरह, जानवरों में बाद चोट मोटर व्यवहार के इस तरह के व्यक्तिपरक आकलन उदा।, बस्सो, बीएटी, और Bresnahan (बीबीबी) हरकत पैमाने विधि 2,3, आम हैं। इन व्यक्तिपरक मूल्यांकन के तरीकों चौपाया पशु मॉडल और मनुष्यों में चाल पुनर्वास अध्ययन के बीच अनुवाद मदद कर रहे हैं, वहीं अलग मांसपेशी समूहों की गतिविधियों के साथ जुड़े मोटर घाटे का ब्यौरा मूल्यांकन नहीं कर रहे हैं। इसके अलावा, cerebrovascular दुर्घटना में मोटर घाटे के ख्यात अपराधी के रूप में हरकत करने के लिए मोटर cortical योगदान का आकलन,वे खुले मैदान या रैखिक चलने कार्यों पर निर्भर के रूप में ही है, परोक्ष रूप से भी सबसे उपन्यास स्वचालित मात्रात्मक तरीकों 4,5 का उपयोग कर प्राप्त किया जा सकता है। इन कार्यों कॉर्टिकल योगदान की आवश्यकता नहीं है और रीढ़ की हड्डी के तंत्रिका तंत्र, यानी, तंत्रिका क्षति के सबसे पशु मॉडल में बख्शा है जो केंद्रीय पैटर्न जनरेटर (सीपीजी) नेटवर्क, जैसे, spinalized जानवरों 6 के द्वारा प्रदर्शन किया जा सकता है -।। 8 । इन रीढ़ की हड्डी में तंत्र के लिए आवश्यक कॉर्टिकल योगदान प्रयोगात्मक आसनीय समायोजन 9 और 10 तक पहुंच गया, के रूप में अच्छी तरह से सटीक रूप में 10 निकलते प्रत्याशित की आवश्यकता होती है कि कार्यों में फंसाया गया है।
इसके अलावा, सबसे न्यूरोलॉजिकल नुकसान विषम है; उदाहरण के लिए, स्ट्रोक, hemiparesis का कारण बनता है, यानी एक असममित चाल 11 में परिणाम है, जो शरीर के एक तरफ कमजोरी -। 14। hemiplegic चाल की विषमता असममित spatiotempor द्वारा निर्मित हैअल मांसपेशी सक्रियण सबसे महत्वपूर्ण प्रसारिणी जुड़े रुख चरण का छोटा और आंशिक पक्षाघाती पक्ष 15,16 पर कदम चक्र के flexor जुड़े स्विंग चरण की लंबी में प्रकट। इस प्रवृत्ति को अभी तक स्वस्थ या आंशिक पक्षाघाती पशुओं में हरकत गति की एक सीमा के पार का पता लगाया नहीं गया है। वर्तमान अध्ययन में, हम हर कदम में चक्र की अवधि का एक समारोह के रूप में स्विंग या रुख चरणों की अवधि के बीच संबंधों का वर्णन करता है कि चरण अवधि विशेषताओं 17 के विश्लेषण कार्यरत हैं। प्राप्त रेखीय प्रतिगमन मॉडल तो आगे सब अंग भर में विषमता के एक विश्लेषण के साथ वर्णित किया गया था।
हम एक सटीक कदम हरकत कार्य के आधार पर चौपाया जानवरों की मोटर प्रणाली में cortical आदानों उतरते की गतिविधि का आकलन करने के लिए एक उपन्यास कम लागत वाली विधि की रिपोर्ट। इस कार्य चलने की गति की एक प्राकृतिक सीमा से अधिक पैर प्लेसमेंट की मांग पर लगाने से मोटर कोर्टेक्स को चुनौती देने के लिए बनाया गया है। इसके साथ – साथ, पैर-प्लेसमेंट आवश्यकताओं अधिमान्यतया मोटर प्रणाली के बाईं या दाईं ओर चुनौती देने के लिए छेड़छाड़ कर रहे हैं। एक ऐसी ही हरकत कार्य में, मेट्स और (2009) Whishaw चूहों में विफलता की दर, अनियमित डंडा रास्ता पर याद किया कदम की संख्या की जांच की। हमारे विधि इस पिछले अध्ययन के लिए स्वतंत्र है, और यह "सफल" में चरण नियंत्रण की गुणवत्ता विवरण 18 कदम।
Protocol
Representative Results
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 decade6,21,22. The current consensus is that the intrinsic spina…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Kriss Franklin, Amanda Pollard and Justine Shaffer assisted in animal training and data collection. Sarah Freeman and Alisa Ivanova contributed to data analysis. This study is supported by WVU School of Medicine Start-Up, NIH/NIGMS U54GM104942, and NIH CoBRE P20GM109098.
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. |
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