Évaluation des effets autonomes et comportementaux du mouvement passif chez les rats à l’aide du mouvement vertical de l’ascenseur et de la rotation ferris-roue

Le mal des transports (MS) dû à une stimulation visuo-vestibulaire anormale entraîne une réaction autonome, provoquant des symptômes tels que l’inconfort épigastrique, des nausées et/ou des vomissements¹. Selon les théories actuelles, le mal des transports peut être causé par un conflit sensoriel ou un décalage neuronal de recevoir des informations de mouvement intégrée s’diffère du modèle interne prévu de l’environnement^2,3 ou l’instabilité posturale comme cela se produirait sur un navire de lacets^4,5. Malgré des progrès significatifs dans le domaine du mal des transports et du fonctionnement autonome vestibulaire^{6,7,8,9,10,11,12}, la recherche future peut être facilitée par des protocoles d’évaluation normalisés. L’évaluation des effets autonomes des mouvements passifs standard profitera grandement aux enquêtes sur les causes et à la prévention du mal des transports. L’objectif global de cette étude est d’évaluer les effets autonomes et comportementaux du mouvement passif chez les rongeurs. Les modèles animaux, tels que les rongeurs, permettent une manipulation expérimentale facile (p. ex., mouvement passif et pharmaceutique) et une évaluation comportementale, qui peut être utilisée pour étudier l’étiologie du mal des transports. Ici, nous présentons une batterie détaillée pour tester les effets du mouvement passif et l’intégrité du fonctionnement vestibulaire.

La présente étude détaille deux essais, le mouvement vertical de l’ascenseur (EVM) et la rotation de la grande roue (FWR), qui induise des réactions autonomes au mouvement passif. Les essais sont couplés à trois mesures quantitatives comportementales, le faisceau d’équilibre (sur les souris¹³ et les rats^14,15,16,17), l’examen en champ ouvert, et le comptage de la défécation. L’EVM (semblable au pas et au roulis d’un navire rencontrant une onde) évalue le fonctionnement vestibulaire en stimulant les organes sensoriels otolithes qui codent les accélérations linéaires (c.-à-d. le saccule qui répond aux mouvements dans le plan vertical)¹⁸. Le dispositif FWR (rotation centrifuge ou mouvement sinusoïdal) stimule les organes otolithes par accélération linéaire et les canaux semi-circulaires par accélération angulaire^19,20. Le dispositif de rotation Ferris-roue/centrifuge est unique dans son évaluation autonome. À ce jour, le seul dispositif similaire dans la littérature est la plaque tournante de rotation de l’axe vertical (OVAR), qui est utilisé pour examiner le réflexe vestibulo-oculaire (VOR)^18,21,22, évitement conditionné^23,24, et les effets de l’hypergravité^25,26,27. L’assay EVM et l’appareil FWR induisonnt une stimulation vestibulaire conduisant à des réactions autonomes. Nous asparons l’EVM et le FWR à des mesures quantitatives telles que le faisceau d’équilibre, le comptage de défécation, et l’analyse en champ ouvert^28,29,30, pour assurer des résultats robustes et reproductibles. Semblable à ceux précédemment décrits chez les souris¹³ et les rats^14,15,16,17, l’analyse de faisceau d’équilibre est un faisceau de 1,0 m de long suspendu 0,75 m du sol entre deux tabourets en bois en utilisant une simple modification boîte noire à l’extrémité de l’objectif (finition). Le faisceau d’équilibre a été utilisé pour évaluer l’anxiété (obscur boîte noire)^14,17, blessure traumatique^15,16,17, et ici, les réactions autonomes affectant l’équilibre. Nous avons effectué le comptage de défécation pour évaluer la réponse autonome dans le modèle de mal des transports précédemment, et c’est une mesure quantitative fiable qui est facilement exécutée et évaluée sans équivoque^6,8,9,11. L’analyse en champ ouvert utilise une simple évaluation du comportement en champ ouvert en utilisant Ethovision²⁸, Bonsai³⁰, ou une simple analyse vidéo dans Matlab²⁹ pour quantifier le comportement tel que le mouvement. Dans le protocole actuel, nous utilisons la distance totale parcourue, mais nous notons plusieurs paradigmes différents (par exemple, l’allongement, la zone de mouvement, la vitesse, etc.) ^28,29,30. Collectivement, ces procédures forment une courte batterie d’évaluations pour l’examen et l’évaluation des réactions autonomes au mouvement passif, par exemple dans le mal des transports^{6,7,8,9,10,11}. Les essais actuels peuvent être adaptés à une variété de modèles animaux.

La présente étude et les procédures ont été approuvées par le Comité d’éthique pour l’expérimentation animale de la deuxième université médicale militaire (Shanghai, Chine) conformément au Guide pour l’entretien et l’utilisation des animaux de laboratoire (US National Research Council, 1996).

1. Animaux

1. Utilisez des rats Sprague-Dawley (SD) de deux mois (200 à 250 g). Pour chaque analyse comportementale, utilisez un groupe distinct de rats. Utilisez toujours des groupes de contrôle et d’expérimentation distincts.
   REMARQUE : Il y a eu deux essais autonomes : EVM et FWR. L’EVM a eu trois conditions en plus d’un groupe témoin (4) avec trois essais comportementaux (faisceau d’équilibre, comptage de défécation et champ ouvert 3) avec 8 rats dans chacun pour un total de 96 rats (4 x 3 x 8). Le FWR a eu une condition en plus d’un groupe témoin (2) avec trois essais comportementaux (faisceau d’équilibre, comptage de défécation et champ ouvert 3) avec 8 rats dans chacun pour un total de 48 rats (2 x 3 x 8). Au total, nous rapportons 144 rats.
2. Cage rongeurs sous une température constante de 25 oC et 60%-70% d’humidité.
3. Les rongeurs de maison dans les cycles de lumière/obscurité de 12 h/12 h avec accès à la nourriture et à l’eau potable ad libitum.
   REMARQUE : Étant donné que les protocoles suivants sont des expériences comportementales, les rats doivent être manipulés en douceur. La manipulation des animaux doit être avec les deux mains avec le corps et le soutien arrière, afin de ne pas induire l’anxiété.
4. Effectuer des expériences (EVM et FWR) et des essais d’évaluation (évaluation du faisceau d’équilibre et du champ ouvert) dans l’obscurité afin de minimiser les indices visuels.

2. Dispositif vertical de mouvement d’ascenseur

1. Effectuez les procédures de mouvement vertical de l’ascenseur dans l’obscurité totale afin de minimiser les indices visuels.
2. Placer les rongeurs dans la boîte en plexiglas (22,5 cm x 26 cm x 20 cm). Ici, la boîte en plexiglas peut accueillir quatre rongeurs (appareil sur mesure).
3. Assurez-vous que la boîte est fermée et fermée en toute sécurité pour éviter que les rongeurs ne tombent. Placez la boîte en plexiglas sur la garniture d’ascenseur de l’appareil de mouvement vertical d’ascenseur (dispositif fait sur mesure).
4. Allumez l’appareil de mouvement vertical de l’ascenseur au réglage le plus bas pour l’acclimatation.
5. Définir l’amplitude à 22 cm vers le haut et 22 cm vers le bas à partir de neutre. Changez incréte le mouvement vertical de l’ascenseur comme suit :
   1. Fixer les périodes initiales à 2 500 ms pour 5 min, 2 000 ms pour 5 min et 1 500 ms pour 5 min.
   2. Utilisez une période d’essai de 1000 ms pendant 2 h.
   3. Ralentir l’appareil à l’envers en utilisant des périodes de 1500 ms pendant 5 min, 2000 ms pendant 5 min et 2500 ms pendant 5 min.

3. Dispositif de rotation de grande roue

1. Configuration du dispositif de rotation de la grande roue
   1. Placer le contenant en plexiglas (22,5 cm x 26 cm x 20 cm) sur un banc en bois (appareil sur mesure).
   2. Placez les rongeurs dans le récipient en plexiglas avec le long axe du corps perpendiculaire à la tige de rotation horizontale de la grande roue (dispositif sur mesure).
      REMARQUE : Le placement avec le corps perpendiculaire à la tige horizontale assure la stimulation des organes d’otolithe (direction antérieure-postérieure et verticale) pendant la rotation.
   3. Fermez la boîte en plexiglas en toute sécurité.
   4. Placez la deuxième bande de rongeurs dans le récipient en plexiglas avec le long axe du corps perpendiculaire à la tige de rotation horizontale sur le deuxième bras du dispositif de rotation De grande roue. Utilisez un deuxième ensemble de rongeurs avec une masse similaire pour équilibrer la grande roue.
   5. Fermez solidement la boîte en plexiglas et placez-la sur le dispositif de rotation de la grande roue.
2. Procédure de rotation de la grande roue
   1. Effectuez les procédures de rotation des roues de ferris dans l’obscurité complète pour minimiser les indices visuels.
   2. Démarrer la grande roue en rotation dans le sens des aiguilles d’une montre à 16 degrés/s² pour atteindre une vitesse angulaire de 120 degrés/s, puis commencer à décélérer à 48 '/s² pour atteindre 0 '/s. Après une pause de 1 s, demandez au conteneur de continuer à tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre de la même manière que ci-dessus (accélération à 16 o/s² pour atteindre une vitesse angulaire de 120 o/s, puis décélération à 48 o/s² pour atteindre 0 o/s). Le cycle dans le sens des aiguilles d’une montre-contre-heure nécessite environ 10 s pour atteindre sa position initiale.
   3. Poursuivre la rotation dans le sens des aiguilles d’une montre pendant 2 h par session pendant environ 720 rotations.

4. Évaluation de l’EVM et de la FWR

REMARQUE : L’évaluation du dispositif de rotation de grande roue et du mouvement vertical d’ascenseur est faite par trois procédures : essai de faisceau d’équilibre, comptage de défécation, et examen ouvert-champ. Des procédures identiques sont utilisées pour évaluer le mouvement vertical de l’ascenseur. Ces procédures d’évaluation devraient être effectuées dès que possible après la rotation de la grande roue ou le mouvement vertical de l’ascenseur.

1. Poutre
   1. Configuration de faisceau d’équilibre
      1. Mettre en place le faisceau d’équilibre^10,11,12 en plaçant deux tabourets en bois (environ 0,75 m de hauteur) dans le champ expérimental, à environ 110 cm l’un de l’autre.
      2. Placer une boîte en plastique noir (15 cm x 15 cm x 8 cm) sur le tabouret de finition.
      3. Placez une poutre en bois étroite (2,5 cm x 130 cm) entre les deux tabourets, en laissant une distance de 100 cm entre les bords des selles, du tabouret de départ au tabouret d’arrivée.
         REMARQUE: L’entrée de la boîte en plastique noir doit être à la ligne d’arrivée des 100 cm.
      4. Placez une lampe au tabouret de démarrage. Allumez la lampe.
      5. Éteignez les lumières de la pièce et assurez-vous que la pièce est aussi sombre que possible. Cela garantit que le rongeur suit la direction du faisceau d’équilibre de la région éclairée à la région obscurcie.
   2. Procédures de faisceau d’équilibre
      REMARQUE : L’évaluation de l’évaluation de la coordination motrice du faisceau d’équilibre est évaluée en mesurant le temps qu’il faut pour traverser la poutre en bois surélevée.
      1. Entraînez chaque rongeur tous les jours pendant 3 jours consécutifs, avant la période d’examen, afin d’obtenir des performances stables sur le faisceau d’équilibre¹⁰. Entraînez-vous en introduisant le rat au faisceau dans le coin éclairé et en l’incitant à traverser le faisceau. Finalement, le rat traversera de son propre gré. Les rats dans le protocole actuel ont pris 3,6 à 0,9 seconde.
         REMARQUE : Certains rongeurs n’atteignent pas des performances stables pendant l’entraînement et devraient être exclus. Certains rongeurs n’exécutent pas la tâche tandis que d’autres manquent de motivation pour traverser la poutre. Les performances stables ont été deux périodes d’essai consécutives de temps de traversée de moins de 4 secondes. Si un rat tombe pendant la formation ou l’évaluation, il doit être classé comme une « chute » de rat et ne pas être évalué davantage.
      2. Pour la procédure réelle, placez le rongeur entraîné sur le tabouret de départ près de la lumière et appuyez simultanément sur un chronomètre. Le rongeur doit traverser le faisceau d’équilibre rapidement et entrer dans la boîte noire sur le tabouret d’arrivée.
      3. Appuyez sur le chronomètre une fois que le rongeur est en place et appuyez sur l’arrêt lorsque le nez entre dans la boîte noire sur le tabouret d’arrivée. Le temps de traverser le faisceau est de commencer tabouret à la finition des selles.
         REMARQUE : Une fois que le rongeur est formé, vous pouvez effectuer une intervention ou une manipulation, comme induire le mal des transports, avant l’évaluation. Vous pouvez également obtenir une mesure de base, avant l’intervention, en utilisant le temps de traverser la dernière session de formation.
2. Comptage de la défécation
   1. Placez le contenant en plexiglas contenant les quatre rongeurs sur un banc après la période d’essai de la grande roue.
   2. Retirez les rongeurs et placez-les dans des boîtes individuelles à champ ouvert (ci-dessous).
   3. Comptez le nombre de granules d’excréments dans la boîte en plexiglas attribuée à chaque rongeur.
      REMARQUE : Une mesure de base peut être obtenue, pour comparaison avec l’évaluation après le mouvement de l’ascenseur, en comptant les granulés d’excréments avant de subir le mouvement vertical de l’ascenseur.
3. Examen en plein champ
   1. Placer les rongeurs dans la boîte à champ ouvert (40 cm x 40 cm x 45 cm).
   2. Enregistrez le comportement de champ ouvert à l’aide d’une caméra vidéo IR pendant 3 min^28,29,30.
   3. Déterminer la distance totale parcourue.
      REMARQUE : Il est très important de ne pas placer le rongeur dans la boîte à champ ouvert avant le mouvement vertical de l’ascenseur. L’environnement doit être nouveau pour le rongeur. Par conséquent, les mesures de base ne doivent PAS être prises pour l’examen en champ ouvert.

La figure 2 montre les résultats représentatifs du faisceau d’équilibre du temps qu’il faut pour transverser. Les rats ont été formés pendant 3 jours consécutifs afin d’atteindre des performances stables sur le faisceau d’équilibre10. Le jour suivant, les rats ont été évalués pour la performance du faisceau d’équilibre. Dans l’axe y de la figure, nous avons le nombre de secondes prises pour les rongeurs de traverser le faisceau d’équilibre pour La grande roue, le mouvement vertical de l’ascenseur, et les groupes de contrôle à des fins démonstratives.

La figure 3 montre les résultats du défécation représentatif. Pour le mouvement vertical de l’ascenseur, les rats se trouvaient dans l’un des trois groupes de rotation différents de 0,8 Hz, 0,4 Hz et 0,2 Hz de mouvement vertical, en plus d’un groupe témoin, appelé le groupe statique. L’équivalence avec nos périodes de mouvement est la suivante : fréquence 0,8Hz, 1/0,8, 0,1250 s, 1250 ms, fréquence de 0,4Hz, 1/0,4, 0,2500 s, 2 500 ms, et fréquence 0,2 Hz, 1/0,2, 0,5000 s et 5 000 000 ms. Le EVM a considérablement augmenté la défécation (ANOVA à sens unique, F(3,31) et 20,2306, p’lt; 0,00001). Le changement de mouvement vertical Hz a augmenté la défécation pour 0,4 Hz (t 3,4064, df 14, p - 0,0043) et 0,8 Hz (t - 10,6895, df 14, p lt; 0,0001). Pour la rotation de La grande roue, les rats ont été tournés dans un cycle dans le sens des aiguilles d’une montre-pause-contre-horloge d’une durée d’environ 10 s pour atteindre sa position initiale. La session entière de rotation a duré 2 h. Le groupe de rotation de Ferris-roue a été comparé à un groupe témoin, appelé le groupe statique. Le groupe de rotation de Ferris-roue a augmenté la défécation comme déterminé par un t-test (t '10.6895, df '14, p 'lt; 0.0001).

La figure 4 montre l’examen en champ ouvert de la distance totale parcourue. Ces données ont été recueillies à l’aide d’un logiciel de suivi vidéo commercial pour l’analyse du comportement en champ ouvert (Tableau des matériaux)28, mais plusieurs pipelines de logiciels open source existent pour l’analyse vidéo comportementale comme Bonsai30 et un de notre groupe a développé basé sur Matlab29. En outre, ici, la distance totale parcourue a été évaluée comme une mesure, mais les différences image par image peuvent être utilisées pour déterminer d’autres comportements tels que le mouvement vertical. Pour le mouvement vertical de l’ascenseur, les rats se trouvaient dans l’un des trois groupes de rotation différents de 0,8 Hz, 0,4 Hz et 0,2 Hz de mouvement vertical, en plus d’un groupe témoin, appelé le groupe statique. L’EVM a considérablement diminué la distance de champ ouvert parcourue (ANOVA à sens unique, F(3,31) - 16,5994, p 'lt; 0.00001). Le changement de mouvement vertical de Hz a diminué la locomotion de champ ouvert pour 0.4 Hz (t ' 3.1354, df '14, p '0.0073) et 0.8 Hz (t '5.8929, df '14, p 'lt; 0.001). Pour la rotation de La grande roue, les rats ont été tournés dans un cycle dans le sens des aiguilles d’une montre-pause-contre-horloge d’une durée d’environ 10 s pour atteindre sa position initiale. La session entière de rotation a duré 2 h. Le groupe de rotation de Ferris-roue a été comparé à un groupe témoin, appelé le groupe statique. Le groupe de rotation de Ferris-roue a diminué la locomotion de champ ouvert comme déterminé par un t-test (t 4.3341, df ' 14, p ' 0.0007).

Un certain nombre d’études publiées ont employé les protocoles décrits ici6,7,8,9,10,11,12. Un exemple récent de notre groupe a étudié les mécanismes derrière la mecamylamine anticholingenics et la scopolamine allégeant des symptômes gastro-intestinaux induits par le mal des transports12.

Figure 1 : Instrumentation utilisée. (a) Balance Beam. Le faisceau d’équilibre est un faisceau en bois étroit (2,5 cm x 130 cm) entre les deux tabourets placés à 100 cm (environ 0,75 m de hauteur) l’un de l’autre. Une lampe est placée au tabouret de démarrage et une boîte en plastique noir (15 cm x 15 cm x 8 cm) sur le tabouret de finition. (b) Dispositif de mouvement vertical d’ascenseur. L’amplitude du dispositif de mouvement vertical de l’ascenseur est fixée à 22 cm en haut et à 22 cm de neutre. Le mouvement vertical d’échauffement se compose de 2500 ms période pour 5 min, 2000 ms pour 5 min, et 1500 ms pour 5 min. Le mouvement d’essai se compose d’une période de 1000 ms pour 2 h. Le dispositif de mouvement vertical de l’ascenseur est ralenti à l’envers à l’aide d’une période de 1500 ms pendant 5 min, 2000 ms pendant 5 min et 2500 ms pendant 5 min. Les rats sont placés tête vers l’avant de l’appareil de mouvement vertical de l’ascenseur. (c) Dispositif de rotation des roues de ferris. La grande roue tourne dans le sens des aiguilles d’une montre à 16 degrés/s2, accélérant à 120 o/s, puis décélérant à 48 o/s2 pour atteindre 0 o/s, puis tournant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre (16 o/s2 accélérant à 120 o/s, puis décélérant à 48 o/s2 pour atteindre 0 o/s). Le cycle dans le sens des aiguilles d’une pause-pause dans les aiguilles d’une montre nécessite 10 s pour atteindre sa position initiale. Les rats sont placés la tête vers le centre du dispositif de rotation de grande roue. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 2 : Résultats des poutres d’équilibre. Temps pris pour transverser le faisceau (déviation moyenne et standard). L’axe y indique les secondes prises pour transverser le faisceau. Les rats ont été formés pendant trois jours avant l’évaluation afin d’atteindre des performances stables sur le faisceau d’équilibre10. L’évaluation préalable avec le mouvement vertical de l’ascenseur ou les dispositifs de grande roue augmente considérablement le temps de passage. Des essais statistiques ont été effectués par t-test à deux queues avec correction Bonferroni entre le contrôle et tous les autres groupes. indique p 'lt; 0.001. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 3 : Résultats du défécation. Résultats du mouvement vertical de l’ascenseur (a) Panneau gauche - Défécation (écart moyen et écart standard) par groupe pour 0,8 Hz, 0,4 Hz et 0,2 Hz mouvement vertical, en plus d’un groupe témoin, appelé le groupe statique à 0 Hz. Notez l’augmentation significative de la défécation pour 0,8 Hz et 0,4 Hz comme l’indiquent les astérisques. Résultats de rotation des roues de ferris(b) Panneau droit - Nombre de défécation (écart moyen et standard) pour le groupe de rat de rotation de la grande roue (voir description du paradigme de la vitesse angulaire) et un groupe témoin (0 Hz), appelé le groupe statique. Notez l’augmentation significative de la défécation pour le groupe de rotation comme indiqué par les astérisques. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Figure 4 : Distance totale parcourue. (a) Résultats de mouvement vertical d’ascenseur. Ce panneau se compose de la distance totale parcourue (écart standard moyen) par cm dans le test de locomotion de champ ouvert par groupe pour 0,8 Hz, 0,4 Hz, et 0,2 Hz mouvement vertical, en plus d’un groupe de contrôle (statique). Notez la diminution significative de la distance totale parcourue pour 0,8 Hz et 0,4 Hz comme indiqué par les astérisques. Des essais statistiques ont été effectués par t-test à deux queues avec correction Bonferroni entre le contrôle et tous les autres groupes. Indique p 'lt; 0.01 et 'indique p 'lt; 0.001. (b) Résultats de rotation des roues de grande profondeur. Ce panneau se compose de la distance totale parcourue (écart standard moyen) par cm dans le test de locomotion en champ ouvert pour le groupe de rat de rotation de grande roue et un groupe de commande (statique). Notez la diminution significative de la distance totale indiquée par les astérisques. Des essais statistiques ont été effectués par un test t à deux queues entre le groupe de contrôle et le groupe de la grande roue. indique p 'lt; 0.001. Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de ce chiffre.

Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts financier ou non financier. Le dispositif FWR a un brevet en Chine: ZL201120231912.1.