Asimétrica Pasarela: Un Ensayo Novela conductual para Estudiar asimétrica Locomoción

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

Ensayos de comportamiento se utilizan comúnmente para la evaluación de deterioro sensoriomotor en el sistema nervioso central (SNC). Los métodos más sofisticados para cuantificar los déficits locomotores en roedores es medir las perturbaciones hora de marcha sobre el suelo sin restricciones (por ejemplo., La puntuación de la acreditación manual o automatizado CatWalk). Sin embargo, las entradas corticales no son necesarios para la generación de locomoción básica producida por el generador de patrón central de la médula (CPG). Por lo tanto, las tareas para caminar sin restricciones prueba déficits locomotores por deterioro cortical motor sólo indirectamente. En este estudio, proponemos una novela, tarea locomotora pies colocación precisa que evalúa entradas corticales a la médula CPG. Una clavija vías instrumentado se utilizó para imponer tareas locomotores simétricas y asimétricas que imitan los déficits de movimiento lateralizado. Se demuestra que los cambios de equidistantes longitudes entre zancada de 20% producen cambios en las características de fase postura extremidad anterior durante la locomoción con preferrado longitud de zancada. Además, se propone que la pasarela asimétrica permite mediciones de los resultados conductuales producidas por señales de control cortical. Estas medidas son pertinentes para la evaluación de deterioro después de un daño cortical.

Introduction

Publicar tiempos morbilidad en la población sobreviviente incluye deficiencias motoras gruesas que representan un desafío para la evaluación cuantitativa de los seres humanos publican modelos de accidente cerebrovascular y animales de deterioro neurológico ^1. En el ámbito clínico, estas deficiencias motoras se miden utilizando criterios subjetivos que son más sensibles a grave en lugar de moderado deterioro que presenta la mayoría de los pacientes. Del mismo modo, estas evaluaciones subjetivas de la conducta motora después de la lesión en los animales son comunes, por ejemplo., El Basso, Beattie y Bresnahan (BBB) ​​escala locomotora método de ^2,3. Si bien estos métodos de evaluación subjetiva están ayudando traducción entre los estudios rehabilitación de la marcha en modelos animales cuadrúpedos y los seres humanos, los detalles de los déficits motores asociados con la actividad de los grupos musculares separadas no se evalúan. Por otra parte, la evaluación de la contribución cortical motor a la locomoción, como el culpable putativa de déficit motor en accidente cerebrovascular,sólo puede ser obtenido indirectamente incluso utilizando los más novedosos métodos cuantitativos automatizados ^4,5, ya que se basan en la cancha abierta o tareas para caminar lineales. Estas tareas no requieren contribución cortical y pueden ser realizadas por los mecanismos neurales de la médula espinal, animales es decir, el generador de patrón central (CPG) de red que se ahorra en la mayoría de modelos animales de daño neuronal, por ejemplo, espinalizada ^{6 -.. 8} . Cortical contribución esencial a estos mecanismos espinales se ha implicado experimentalmente en tareas que requieren anticiparon ajustes posturales ^{9 y 10} alcanzan, así como precisa paso a paso ^10.

Además, la mayoría el daño neurológico es asimétrica; por ejemplo, accidente cerebrovascular causa hemiparesia, es decir, debilidad en un lado del cuerpo, lo que resulta en una marcha asimétrica ^{11 -. 14.} La asimetría de la marcha hemipléjica es producido por spatiotempor asimétricaactivación muscular al manifiesta más significativamente en el acortamiento de la fase de apoyo extensor asociada y el alargamiento de la fase de oscilación flexor asociada del ciclo de paso en el lado paretic ^15,16. Esta tendencia aún no se ha explorado a través de una gama de velocidades del aparato locomotor en animales sanos o paréticos. En el estudio actual, se empleó el análisis de la fase de duración características ¹⁷ que describe la relación entre la duración de oscilación o postura de fases como una función de la duración del ciclo en cada paso. A continuación, el modelo de regresión lineal obtenida se describirá adicionalmente con un análisis de asimetría en todas las extremidades.

Se presenta un método de bajo costo novedoso para evaluar la actividad de descender entradas corticales en el sistema motor de animales cuadrúpedos basado en una tarea precisa locomotora paso a paso. Esta tarea está diseñado para desafiar la corteza motora mediante la imposición de exigencias sobre la colocación del pie sobre un rango natural de velocidades de marcha. en adición, Requisitos pies de colocación son manipulados para desafiar preferentemente el lado izquierdo o derecho del sistema motor. En una tarea locomotora similares, Metz y Whishaw (2009) examinaron las tasas de fracaso, el número de pasos perdidos en pasarela peldaño irregular, en ratas. Nuestro método es complementario a este estudio previo, y se detalla la calidad del control de la fase de "exitosa" ¹⁸ pasos.

Protocol

La siguiente paradigma de entrenamiento emplea el análisis de los ajustes de fase de la media de adultos rata Sprague-Dawley. Por favor, asegúrese de que el protocolo descrito en el presente documento está en conformidad con las directrices de su cuidado de los animales institucionales. Todos los procedimientos de este estudio se llevaron a cabo de acuerdo con el Cuidado y Uso Comité Animal Institucional (IACUC) y la Oficina para el Laboratorio de Bienestar Animal (OLAW) en West Virginia University School de Medicin…

Representative Results

La Figura 2 muestra el análisis de la asimetría durante las tareas locomotor en un solo sujeto representativo. Se calcularon los valores para todas las condiciones utilizando la Ecuación 1 y 2 de todos los sujetos individualmente (Figura 2) y de los datos de material compuesto de 8 ratas hembra Sprague-Dawley (250 – 400 g, Figura 3). Generalmente, la modulación de la fase de apoyo de la extremidad anterior era menor para el lado al q…

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.