تقييم الآثار اللاإرابية والسلوكية للحركة السلبية في الفئران باستخدام الحركة الرأسية المصعد ودوران عجلة فيريس
Summary
يتم تقديم بروتوكولات لتقييم الآثار اللاإرابية والسلوكية للحركة السلبية في القوارض باستخدام الحركة الرأسية المصعد ودوران عجلة فيريس.
Abstract
الهدف العام من هذه الدراسة هو تقييم الآثار اللاإرادية والسلوكية للحركة السلبية في القوارض باستخدام الحركة الرأسية المصعد وأجهزة دوران عجلة فيريس. يمكن أن تساعد هذه المقالات في تأكيد سلامة الجهاز العصبي اللاإراني وأدائه الطبيعي. وهي مقترنة بمقاييس كمية تستند إلى عد التغوط، والفحص في الميدان المفتوح، وعبور شعاع التوازن. مزايا هذه الاختبارات هي بساطتها، واستنساخها، والتدابير السلوكية الكمية. القيود المفروضة على هذه المقالات هي أن ردود الفعل اللاإرادية يمكن أن تكون ظواهر الاضطرابات غير الدهليزية وأن هناك حاجة إلى نظام دهليزي فعال. فحص اضطرابات مثل دوار الحركة سوف تكون مساعدة كبيرة من الإجراءات التفصيلية لهذه الاختبارات.
Introduction
دوار الحركة (MS) بسبب التحفيز الفيسو الدهليزي غير الطبيعي يؤدي إلى رد فعل اللاإرادي ، مما يثير أعراضًا مثل الانزعاج شرسوفي ، الغثيان و / أو القيء1. وفقا للنظريات الحالية، قد يكون سبب دوار الحركة من قبل صراع الحسية أو عدم تطابق الخلايا العصبية من تلقي معلومات الحركة المتكاملة التي تختلف عن النموذج الداخلي المتوقع للبيئة2،3 أو عدم الاستقرار الوضعي كما قد يحدث على سفينة yawing4،5. على الرغم من التقدم الكبير في مجال دوار الحركة والأداء اللاإرادي الدهليزي6،7،8،9،10،11،12، يمكن مساعدة البحوث المستقبلية من خلال بروتوكولات تقييم موحدة. تقييم الآثار اللاإرابية للحركات السلبية القياسية سيفيد إلى حد كبير التحقيقات في أسباب والوقاية من دوار الحركة. الهدف العام لهذه الدراسة هو تقييم الآثار اللاإرابية والسلوكية للحركة السلبية في القوارض. تسمح النماذج الحيوانية، مثل القوارض، بالتلاعب التجريبي السهل (على سبيل المثال، الحركة السلبية والصيدلانية) والتقييم السلوكي، والتي يمكن استخدامها لدراسة مسببات دوار الحركة. هنا، نقدم بطارية مفصلة لاختبار آثار الحركة السلبية وسلامة الأداء الدهليزي.
هذه الدراسة تفاصيل اثنين من المقالات، مصعد الحركة الرأسية (EVM) ودوران عجلة فيريس (FWR)، التي تحفز ردود الفعل اللاإرابية للحركة السلبية. وتقترن الاختبارات إلى ثلاثة مقاييس سلوكية كمية ، شعاع التوازن (على الفئران13 والفئران14،15،16،17)، فحص الحقل المفتوح ، وعد التغوط. وEVM (على غرار الملعب ولفة من سفينة تواجه موجة) يقيم الأداء الدهليزي من خلال تحفيز الأجهزة الحسية otolith التي ترميز التسارع الخطي (أي، saccule التي تستجيب للحركات في الطائرة الرأسية)18. الجهاز FWR (دوران الطرد المركزي أو الحركة الجيوب الأنفية) يحفز أجهزة otolith عن طريق التسارع الخطي والقنوات نصف الدائرية عن طريق التسارع الزاوي19،20. جهاز دوران عجلة فيريس/الطرد المركزي فريد من نوعه في تقييمه اللاإرادي. حتى الآن ، فإن الجهاز الوحيد المماثل في الأدب هو دوران المحور خارج العمودية (OVAR) القرص الدوار ، والذي يستخدم لفحص منعكس الدهليزي – العين (VOR)18،21،22، تجنب مشروط23،24، وآثار الجاذبية المفرطة25،26،27. وبإزالة الـ EVM وأداة FWR إجراء تحفيز الدهليزي مما يؤدي إلى ردود فعل اللاإرادي. نحن الزوجين EVM وFWR إلى القياسات الكمية مثل شعاع التوازن، عد التغوط، وتحليل الحقل المفتوح28،29،30،لضمان نتائج قوية وقابلة للاستنساخ. مماثلة لتلك التي سبق وصفها في الفئران13 والفئران14،15،16،17، وحزمة التوازن هو شعاع شعاع 1.0 متر طويلة علقت 0.75 م من الأرض بين اثنين من البراز الخشبي باستخدام تعديل مربع أسود بسيط في نهاية الهدف (النهاية). وقد استخدمت شعاع التوازن لتقييم القلق (الصندوق الأسود غامضة)14،17، إصابة15،16،17، وهنا ، ردود الفعل اللاإراكية التي تؤثر على التوازن. لقد قمنا بإجراء عد التغوط لتقييم الاستجابة اللاإرادية في نموذج دوار الحركة سابقًا ، وهو قياس كمي موثوق به يتم تنفيذه بسهولة ويتم تقييمه بشكل لا لبس فيه6،8،9،11. يستخدم تحليل الحقل المفتوح تقييمًا بسيطًا لسلوك الصندوق الأسود المفتوح باستخدام Ethovision28، Bonsai30، أو تحليل فيديو بسيط في Matlab29 لتحديد السلوك مثل الحركة. في البروتوكول الحالي، نستخدم المسافة الإجمالية المقطوعة، ولكننا نلاحظ وجود العديد من النماذج المختلفة (على سبيل المثال، السطاج، ومنطقة الحركة، والسرعة، وما إلى ذلك) 28،29،30. بشكل جماعي ، تشكل هذه الإجراءات مجموعة قصيرة من التقييمات لفحص وتقييم ردود الفعل اللاإرابية على الحركة السلبية ، على سبيل المثال في دوار الحركة6،7،8،9،10،11. يمكن تكييف المقالات الحالية مع مجموعة متنوعة من النماذج الحيوانية.
Protocol
Representative Results
Discussion
وتصف هذه الدراسة تقييم الاستجابات اللاإرابية للحركة السلبية في القوارض باستخدام الحركة الرأسية للمصعد ودوران عجلة فيريس. يمكن اعتماد هذه المعدات والإجراءات بسهولة للقوارض الأخرى والعديد من التعديلات على الاختبارات موجودة لتأكيد الأداء الدهليزي في ظروف مختلفة ، مثل أثناء التحدي الدوائ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد دعم هذا العمل جزئيا مجلس هونغ كونغ لمنح البحوث، ومخطط الحياة الوظيفية المبكرة، والمشروع #21201217 إلى جيم. يحتوي جهاز FWR على براءة اختراع في الصين: ZL201120231912.1.
Materials
| Elevator vertical motion device | Custom | Custom-made Elevator vertical motion device to desired specifications | |
| Ethovision | Noldus Information Technology | Video tracking software | |
| Ferris-wheel rotation device | Custom | Custom-made Ferris-wheel rotation device to desired specifications | |
| Latex, polyvinyl or nitrile gloves | AMMEX | Use unpowdered gloves 8-mil | |
| Open field box | Custom | Darkened plexiglass box with IR camera | |
| Rat or mouse | JAX labs | Any small rodent | |
| Small rodent cage | Tecniplast | 1284L | |
| Wooden beam and stools | Custom | Custom-made wooden beam and stools to specifications indicated |
References
- Balaban, C. D. Vestibular autonomic regulation (including motion sickness and the mechanism of vomiting). Current Opinion in Neurology. 12, 29-33 (1999).
- Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71, 819-829 (1978).
- Keshavarz, B., Hettinger, L. J., Kennedy, R. S., Campos, J. L. Demonstrating the potential for dynamic auditory stimulation to contribute to motion sickness. PLOS One. 9, 101016 (2014).
- Stoffregen, T. A., Chen, F. C., Varlet, M., Alcantara, C., Bardy, B. G. Getting your sea legs. PLoS One. 8, 66949 (2013).
- Smart, L. J., Pagulayan, R. J., Stoffregen, T. A. Self-induced motion sickness in unperturbed stance. Brain Research Bulletin. 47, 449-457 (1998).
- Wang, J. Q., et al. Temporal change in NMDA receptor signaling and GABAA receptor expression in rat caudal vestibular nucleus during motion sickness habituation. Brain Research. 1461, 30-40 (2012).
- Cai, Y. L., et al. Glutamatergic vestibular neurons express FOS after vestibular stimulation and project to the NTS and the PBN in rats. Neuroscience Letters. 417, 132-137 (2007).
- Cai, Y. L., et al. Decreased Fos protein expression in rat caudal vestibular nucleus is associated with motion sickness habituation. Neuroscience Letters. 480, 87-91 (2010).
- Wang, J. Q., Qi, R. R., Zhou, W., Tang, Y. F., Pan, L. L., Cai, Y. Differential Gene Expression profile in the rat caudal vestibular nucleus is associated with individual differences in motion sickness susceptibility. PLoS One. 10, 0124203 (2015).
- Zhou, W., et al. Sex and age differences in motion sickness in rats: The correlation with blood hormone responses and neuronal activation in the vestibular and autonomic nuclei. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 29 (2017).
- Wang, J., Liu, J., Pan, L., Qi, R., Liu, P., Zhou, W., Cai, Y. Storage of passive motion pattern in hippocampal CA1 region depends on CaMKII/CREB signaling pathway in a motion sickness rodent model. Scientific Reports. 7, 43385 (2017).
- Qi, R., et al. Anti-cholinergics mecamylamine and scopolamine alleviate motion sickness-induced gastrointestinal symptoms through both peripheral and central actions. Neuropharmacology. 146, 252-263 (2019).
- Luong, T. N., Carlisle, H. J., Southwell, A., Patterson, P. H. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. Journal of Visualized Experiments. (49), e2376 (2011).
- Kalueff, A. V., Minasyan, A., Tuohimaa, P. Behavioural characterization in rats using the elevated alley Suok test. Behavioural Brain Research. 30 (1), 52-57 (2005).
- Piot-Grosjean, O., Wahl, F., Gobbo, O., Stutzmann, J. M. Assessment of sensorimotor and cognitive deficits induced by a moderate traumatic injury in the right parietal cortex of the rat. Neurobiology of Disease. 8 (6), 1082-1093 (2001).
- Goldstein, L. B., Davis, J. N. Beam-walking in rats: Studies towards developing an animal model of functional recovery after brain injury. Journal of Neuroscience Methods. 31 (2), 101-107 (1990).
- Sweis, B. M., et al. modified beam-walking apparatus for assessment of anxiety in a rodent model of blast traumatic brain injury. Behavioural Brain Research. 296, 149-156 (2016).
- Hess, B. J., Dieringer, N. Spatial organization of the maculo-ocular reflex of the rat: Responses during off-vertical axis rotation. European Journal of Neuroscience. 2, 909-919 (1990).
- Armstrong, P. A., et al. Preserved otolith organ function in caspase-3-deficient mice with impaired horizontal semicircular canal function. Experimental Brain Research. 233 (6), 1825-1835 (2015).
- Riccio, D. C., Thach, J. S. Response suppression produced by vestibular stimulation in the rat. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 11 (4), 479-488 (1968).
- Rabbath, G., et al. Abnormal vestibular control of gaze and posture in a strain of a waltzing rat. Experimental Brain Research. 136, 211-223 (2001).
- Brettler, S. C., et al. The effect of gravity on the horizontal and vertical vestibulo-ocular reflex in the rat. Experimental Brain Research. 132, 434-444 (2000).
- Hutchison, S. L. Taste aversion in albino rats using centrifugal spin as an unconditioned stimulus. Psychological Reports. 33 (2), 467-470 (1973).
- Green, K. F., Lee, D. W. Effects of centrifugal rotation on analgesia and conditioned flavor aversions. Physiology & Behavior. 40 (2), 201-205 (1987).
- Tse, Y. C., et al. Developmental expression of NMDA and AMPA receptor subunits in vestibular nuclear neurons that encode gravity-related horizontal orientations. Journal of Comparative Neurology. 508 (2), 343-364 (2008).
- Lai, C. H., Tse, Y. C., Shum, D. K., Yung, K. K., Chan, Y. S. Fos expression in otolith-related brainstem neurons of postnatal rats following off-vertical axis rotation. Journal of Comparative Neurology. 470 (3), 282-296 (2004).
- Lai, S. K., Lai, C. H., Yung, K. K., Shum, D. K., Chan, Y. S. Maturation of otolith-related brainstem neurons in the detection of vertical linear acceleration in rats. European Journal of Neuroscience. 23 (9), 2431-2446 (2006).
- Aitken, P., Zheng, Y., Smith, P. F. Ethovision analysis of open field behaviour in rats following bilateral vestibular loss. Journal of Vestibular Research. 27 (2-3), 89-101 (2017).
- Gao, V., Vitaterna, M. H., Turek, F. W. Validation of video motion-detection scoring of forced swim test in mice. Journal of Neuroscience Methods. 235, 59-64 (2014).
- Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Frontiers in Neuroinformatics. 9, 7 (2015).
- Conder, G. A., Sedlacek, H. S., Boucher, J. F., Clemence, R. G. Efficacy and safety of maropitant, a selective neurokinin 1 receptor antagonist, in two randomized clinical trials for prevention of vomiting due to motion sickness in dogs. Journal of Veterinary Pharmacology and Therapeutics. 31, 528-532 (2008).
- Percie du Sert, N., Chu, K. M., Wai, M. K., Rudd, J. A., Andrews, P. L. Telemetry in a motion-sickness model implicates the abdominal vagus in motion-induced gastric dysrhythmia. Experimental Physiology. 95, 768-773 (2010).
- Lackner, J. R. Motion sickness: more than nausea and vomiting. Experimental Brain Research. 232, 2493-2510 (2014).
- Lucot, J. B. Effects of naloxone on motion sickness in cats alone and with broad spectrum antiemetics. Autonomic Neuroscience. 202, 97-101 (2016).
- McCaffrey, R. J. Appropriateness of kaolin consumption as an index of motion sickness in the rat. Physiology & Behavior. 35, 151-156 (1985).
- Horn, C. C., et al. Why can’t rodents vomit? A comparative behavioral, anatomical, and physiological study. PLoS One. 8 (4), 60537 (2013).
- Ossenkopp, K. -. P., Frisken, N. L. Defecation as an index of motion sickness in the rat. Physiological Psychology. 10, 355-360 (1982).
- Ossenkopp, K. P., Rabi, Y. J., Eckel, L. A., Hargreaves, E. L. Reductions in body temperature and spontaneous activity in rats exposed to horizontal rotation: abolition following chemical labyrinthectomy. Physiology & Behavior. 56, 319-324 (1994).
- Oman, C. M. Motion sickness: a synthesis and evaluation of the sensory conflict theory. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 68, 294-303 (1990).
- Hu, D. L., et al. Emesis in the shrew mouse (Suncus murinus) induced by peroral and intraperitoneal administration of staphylococcal enterotoxin A. Journal of Food Protection. 62, 1350-1353 (1999).
- Ueno, S., Matsuki, N., Saito, H. Suncus murinus as a new experimental model for motion sickness. Life Sciences. 43, 413-420 (1988).
