Balans- en coördinatietesten

Balans en motorische coördinatie zijn kritische componenten die betrokken zijn bij de controle van beweging. Momenteel begrijpen we de basismechanismen van de talrijke sensorische en verwerkingssystemen die ons helpen ons evenwicht te behouden tijdens het uitvoeren van verschillende activiteiten. Voor ons voordeel gebruiken laboratoriumdieren, zoals muizen, vergelijkbare systemen om balans en motorische coördinatie te handhaven. Wetenschappers kunnen daarom muizen gebruiken om verschillende fysiologische omstandigheden te modelleren om hun effect in balans- en motorcoördinatietests te observeren.

Deze video bespreekt kort de neurofysiologie achter balans en coördinatie, gevolgd door de algemene protocollen voor de meest gebruikte gedragstests, namelijk de rotarod en balance beam. Ten slotte bespreken we enkele huidige experimenten die worden uitgevoerd met behulp van deze gedragsparadigma's.

Voordat we ingaan op de protocollen van gedragstests, laten we eens kijken naar de neurofysiologische input en verwerkingseenheden die ons balans en motorische coördinatie bepalen.

Visuele aanwijzingen in combinatie met het aangeboren gevoel van de positie van ons lichaam in de ruimte, ook wel proprioceptie genoemd, zijn de belangrijkste sensorische input die ons evenwicht bepaalt. De receptoren die betrokken zijn bij dit fenomeen, proprioceptoren genaamd, bevinden zich in spieren en gewrichten en geven informatie over onze fysieke status aan het centrale zenuwstelsel. Deze informatie, gecombineerd met input van het vestibulaire systeem, dat zich in ons binnenoor bevindt, vormt de rest van ons 'proprioceptieve gevoel'. Het vestibulaire systeem bestaat uit drie halfcirkelvormige kanalen die worden afgesloten door een ampulla, die samen kanalen worden genoemd. In deze kanalen bevindt zich een vloeistof genaamd endolymf. Een gespecialiseerde structuur, de cupula genaamd, die zich in de ampulla van elk kanaal bevindt, bevat haarcellen die trilharen produceren. Het zijn deze trilharen die worden gebogen door bewegende endolymf en die informatie overbrengen naar de vestibulaire kernen, die zich in de hersenstam bevinden. In de hersenstam worden inputs van de ogen, gewrichten en het vestibulaire systeem gesorteerd en geprioriteerd.

Ten slotte reizen al deze sensorische input naar het cerebellum, dat onbewust proprioceptieve en visuele informatie coördineert om motorische commando's te verfijnen om spierprecisie en coördinatie te verhogen. Hoewel er veel is ontdekt over de neurologische basis van balans en coördinatie, proberen wetenschappers nog steeds de pathofysiologie van verschillende bewegingsstoornissen te begrijpen. Een van de tools die onderzoekers gebruiken om dat te doen, is de gedragstest bij knaagdieren die balans en coördinatie onderzoekt.

Laten we het hebben over de meest gebruikte test voor dit fenomeen: de rotarod.

Het rotarod-apparaat bestaat uit drie componenten. Eerst de draaiende staaf, die in verschillende maten verkrijgbaar is. Ten tweede banen met verdelingen: het apparaat kan uit meerdere banen bestaan, waardoor onderzoekers tot vijf dieren tegelijk kunnen testen, of slechts een enkele baan voor het testen van één dier tegelijk. Ten derde de platforms onder elke baan die een veilige landingszone voor het dier bieden als ze van de draaiende staaf vallen. Bij modernere apparatuur kunnen deze platforms het vallen van dieren detecteren en automatisch de 'tijd tot vallen' registreren.

Voorafgaand aan training of experimentering zorgt een periode van acclimatisatie ervoor dat dieren zich in een rustige toestand bevinden voordat ze worden getest. Trainingssessies omvatten dieren die tijdens verschillende sessies per dag over een aantal dagen op een accelererende rotarod lopen, en worden als voltooid beschouwd zodra de gemiddelde 'tijd tot vallen' van de dieren begint te plateau. Aanvankelijk wordt de rotarod ingesteld op een lage snelheid terwijl dieren op de staaf worden geplaatst, en vervolgens wordt de rotatiesnelheid geleidelijk verhoogd tot een maximale snelheid. Muizen moeten tussen de trainingsruns in rusten, en gedurende die tijd moet het apparaat grondig worden schoongemaakt.

Na de training kunnen experimentele interventies, zoals medicamenteuze behandeling, chirurgisch geïnduceerde laesies of andere fysieke manipulatie, worden uitgevoerd. Voor het testen volgt u hetzelfde protocol als de trainingssessie waarbij de snelheid van de staaf geleidelijk wordt verhoogd en de gegevens worden geregistreerd als 'tijd tot vallen'. Er moet een maximale testtijd worden gedefinieerd om de dieren niet te overbelasten. 'Tijd tot vallen' voor elke muis wordt geregistreerd en gemiddeld over verschillende aantallen proeven, afhankelijk van het experiment.

De tweede veelgebruikte gedragstest die balans en coördinatie test, gebruikt een balk. Er bestaan talloze verschillende balansbalken, waaronder eenvoudige, complexe en schuine balken, maar de basisopstelling bestaat uit een balk van een meter lang die 50-100 centimeter boven een tafel of oppervlak wordt gesuspendeerd. Motiesensoren of videorecorders zijn aanwezig om de doorlooptijd van het dier over de balk te meten. Een gesloten doos met nestmateriaal, geplaatst op het eindpunt, dient als aantrekkingskracht voor de muis, terwijl verlichting op het startpunt als een aversieve stimulus zou fungeren.

Training op de balansbalk vindt meestal plaats tot drie keer per dag gedurende meerdere dagen. Training wordt voortgezet totdat de gemiddelde doorlooptijd van de balk begint te plateau; overtraining kan echter leiden tot meer vastlopen en draaien op de balk. Na experimentele modulatie begint de testfase en worden de gegevens geregistreerd als 'tijd tot doorloop'. Gewoonlijk worden resultaten verkregen door ten minste twee oversteekingen te gemiddelen waarbij het geteste dier niet stopte of aansturing vereiste.

Nu we de experimentele opstellingen van veelgebruikte gedragstests hebben gezien, laten we eens kijken naar enkele specifieke toepassingen van deze methoden.

Ouder worden is een normaal biologisch proces, waarvan een gevolg is de afbraak van het vestibulaire systeem omdat haarcellen minder trilharen produceren en ook beginnen af te sterven. Het