Asimmetrica Passerella: A Novel comportamentale saggio per lo Studio Asymmetric Locomozione

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

Saggi comportamentali sono comunemente usati per la valutazione di deterioramento sensorimotor nel sistema nervoso centrale (CNS). I metodi più sofisticati per quantificare deficit locomotori nei roditori è di misurare i disturbi minuto di vincoli andatura overground (ad es., Il punteggio BBB manuale o passerella automatizzato). Tuttavia, input corticali non sono necessari per la generazione di locomozione base prodotta dal generatore spinale modello centrale (CPG). Così, i compiti non vincolati a piedi prova deficit locomotori da deterioramento corticale motore solo indirettamente. In questo studio, si propone un nuovo, preciso compito motorio piede posizionamento che valuta input corticali al midollo CPG. Un peg-way strumentati è stato utilizzato per imporre compiti locomotore simmetrici e asimmetrici che mimano deficit lateralizzati movimento. Dimostriamo che il trasferimento dal equidistanti lunghezze inter-falcata di 20% producono cambiamenti nelle caratteristiche di fase posizione degli arti anteriori durante la locomozione con prefsbagliato lunghezza del passo. Inoltre, proponiamo che la passerella asimmetrica consente misurazioni di risultati comportamentali prodotte da segnali di controllo corticali. Queste misure sono rilevanti ai fini della valutazione di danno dopo danno corticale.

Introduction

Post-ictus morbilità nella popolazione superstite comprende menomazioni motorie che rappresentano una sfida per la valutazione quantitativa di entrambi gli esseri umani dopo l'ictus e animali modelli di danno neurologico ^1. In ambito clinico, queste difficoltà motorie sono valutate con criteri soggettivi che sono più sensibili al deterioramento grave piuttosto che moderata esibito dalla maggior parte dei pazienti. Allo stesso modo, tali valutazioni soggettive del comportamento motorio post-infortunio negli animali sono comuni, ad esempio., Basso, Beattie e Bresnahan (BBB) ​​scala locomotore metodo ^2,3. Mentre questi metodi di valutazione soggettivi stanno aiutando traduzione tra gli studi di riabilitazione andatura in modelli animali quadrupedi e gli esseri umani, i dettagli di deficit motori associati all'attività dei gruppi muscolari separati non sono valutati. Inoltre, la valutazione del contributo corticale motore locomozione, come il colpevole putativo di deficit motorio in un incidente cerebrovascolare,può essere ottenuto solo indirettamente anche utilizzando metodi quantitativi più nuovi automatizzate ^4,5, in quanto si basano sul campo aperto o compiti lineari piedi. Queste attività non richiedono contributo corticale e possono essere eseguite dai meccanismi neurali del midollo spinale, animali cioè, il generatore di pattern centrale (CPG) della rete che è risparmiata nella maggior modelli animali di danno neuronale, ad esempio, spinalized ^{6 -.. 8} . Contributo corticale essenziale a questi meccanismi spinali è stata sperimentalmente coinvolto in compiti che richiedono anticipato aggiustamenti posturali ⁹ e raggiungendo ^10, così come precisa un passo ^10.

Inoltre, molti danni neurologici è asimmetrica; per esempio, ictus provoca emiparesi, cioè, debolezza su un lato del corpo, che si traduce in un andatura asimmetrica ^{11 -. 14.} L'asimmetria di andatura emiplegica è prodotto da spatiotempor asimmetricaattivazione muscolare al manifesta più significativamente abbreviando la fase di appoggio estensore associata e l'allungamento della fase di oscillazione flessori-associato del ciclo gradino sul lato paretico ^15,16. Questa tendenza non è stato ancora esplorato attraverso una gamma di velocità locomotore in animali sani o paretici. In questo studio, abbiamo utilizzato l'analisi della fase durata caratteristiche ¹⁷ che descrive la relazione tra la durata delle fasi di oscillazione o una posizione in funzione della durata del ciclo in ogni passaggio. Il modello di regressione lineare ottenuta è stata poi ulteriormente descritto con l'analisi di asimmetria in tutte le arti.

Descriviamo un metodo a basso costo romanzo per valutare l'attività di input corticali decrescente nel sistema motorio degli animali quadrupedi basati su un compito preciso passo locomotore. Questo compito è stato progettato per sfidare la corteccia motoria imponendo esigenze di posizionamento del piede in un area di ripartizione naturale di velocità a piedi. Inoltre, I requisiti piede-posizionamento sono manipolati a sfidare preferenzialmente sul lato sinistro o destro del sistema motorio. In un compito motorio simile, Metz e Whishaw (2009) hanno esaminato i tassi di fallimento, il numero di passi perse sul irregolare passerella gradino, nei ratti. Il nostro metodo è gratuita per questo studio precedente, e in dettaglio la qualità del controllo fase "di successo" ¹⁸ passi.

Protocol

Il seguente paradigma formazione impiega l'analisi delle rettifiche di fase del media per adulti Sprague-Dawley di ratto. Assicurarsi che il protocollo qui descritto è in conformità con le vostre linee guida per la cura degli animali istituzionali. Tutte le procedure di questo studio sono stati eseguiti in conformità con la cura e l'uso Comitato Animal Istituzionale (IACUC) e Ufficio per Laboratory Animal Welfare (OLAW) alla West Virginia University School of Medicine e si conforma al National Institutes of l…

Representative Results

Figura 2 mostra l'analisi di asimmetria durante l'attività locomotoria per un singolo soggetto rappresentativo. I valori sono stati calcolati per ogni condizione con l'equazione 1 e 2 da tutti i soggetti individualmente (Figura 2) e da dati compositi di 8 femmina Sprague-Dawley (250 – 400 g, Figura 3). Generalmente, la modulazione di fase statica forelimb era minore per il lato in cui la condizione locomozione stata favorita…

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.