Name: Chodnik asymetryczny: nowatorski test behawioralny do badania asymetrycznej lokomocji (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-15T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 19 s
Description: Poznaj metodę oceny asymetrii chodu u szczurów za pomocą precyzyjnego zadania pozycjonowania kończyn. To niskokosztowe narzędzie pozwala kwantyfikować dokładne zachowanie krokowe i badać wkład sygnałów kory mózgowej w kontrolę lokomocji.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Kriss Franklin, Amanda Pollard i Justine Shaffer pomagały w szkoleniu zwierząt i zbieraniu danych. Sarah Freeman i Alisa Ivanova przyczyniły się do analizy danych. Badanie to jest wspierane przez WVU School of Medicine Start-Up, NIH/NIGMS U54GM104942 i NIH CoBRE P20GM109098.

Poniższy paradygmat treningowy wykorzystuje analizę korekt faz przeciętnego dorosłego szczura Sprague-Dawley. Upewnij się, że opisany w niniejszym dokumencie protokół jest zgodny z wytycznymi dotyczącymi opieki nad zwierzętami w Twojej instytucji. Wszystkie procedury w tym badaniu zostały przeprowadzone zgodnie z Instytucjonalnym Komitetem ds. Opieki nad Zwierzętami i Ich Wykorzystaniem (IACUC) oraz Biurem ds. Dobrostanu Zwierząt Laboratoryjnych (OLAW) w West Virginia University School of Medicine i są zgodne z wytycznymi National Institutes of Health dotyczącymi wykorzystywania zwierząt doświadczalnych.
1. Ustawienia sprzętu
<ol>
	<li>Zbuduj asymetryczny chodnik jako otwarte plastikowe pudełko wzmocnione aluminiowymi wspornikami w każdym rogu o wymiarach 155 cm x 104 cm (Rysunek 1). Usztywnij górne krawędzie pudełka aluminiowymi prętami rowkowanymi po obu stronach, aby umożliwić naprzemienne umieszczanie kołków wzdłuż obwodu pudełka, tak aby każdy kolejny kołek po tej samej stronie określał długość kroku.</li>
	<li>Umieść platformę o wymiarach 20 cm x 20 cm w każdym rogu (w sumie cztery), oddzielając warunki przedstawione z każdej strony. Odległość ta powinna być wystarczająca do uwzględnienia odległości przebytej w cyklu pojedynczego kroku szczura.
	<ol>
		<li>Użyj kołków wykonanych z aluminium o wymiarach 20 cm x 1 cm x 0,5 cm. Zegnij górną część każdego kołka 2,5 cm od końcówki, aby uzyskać platformę do umieszczania stóp.</li>
		<li>Przymocuj kołki do rowkowanych prętów za pomocą wsuwanych wsporników wewnętrznych przez obrobione otwory w tej samej odległości, aby zapewnić równe ułożenie w poziomie. Dostosuj pozycje za pomocą śrubokręta i linijki. Użyj kołka o szerokości 1 cm, która odpowiada w przybliżeniu przeciętnemu rozmiarowi łapy szczura; Cieńsze lub szersze kołki są albo niewygodne, albo zwiększają zmienność ułożenia stopy.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Manipuluj położeniem kołków po każdej stronie, aby uzyskać jeden z trzech precyzyjnych warunków wyzwania krokowego.
	<ol>
		<li>Wykonuj symetryczne zadanie lokomotoryczne z długością kroku 15 cm (SL15), ustawiając długość lewego kroku (lISL) i długość prawego kroku (rISL) na połowę długości kroku (7,5 cm).</li>
		<li>Nałożyć dodatkowy warunek symetryczny (SL12), zmieniając długości lISL i rISL na 6,0 cm.</li>
		<li>Wykonuj zadania asymetryczne, zmieniając odległość między kołkami po lewej i prawej stronie, nazywaną długością między krokami. Aby zaatakować układ motoryczny w sposób asymetryczny, zmień lISL i rISL o 20%, aby narzucić krótkie odstępy między krokami po lewej (warunek L6R9) lub po prawej (L9R6) stronie. Perturbacje 1,5 cm nakładają lISL na 6 cm i rISL na 9 cm dla warunku L6R9 lub lISL na 9 cm i rISL na 6 cm na stan L9R6</li>
	</ol>
	</li>
	<li>W przypadku szczurów utrzymuj długość kroku we wszystkich warunkach, z wyjątkiem SL12, na preferowanych 15 cm.</li>
	<li>Dla wygody przypisz każdemu długiemu bokowi chodnika asymetryczny warunek faworyzujący lewą lub prawą stronę obiektu, jednocześnie rezerwując dwa krótkie boki dla symetrycznego warunku sterowania.</li>
	<li>Ustaw kamerę o wysokiej rozdzielczości z częstotliwością próbkowania co najmniej 60 Hz tak, aby ułożenie kończyn na kołkach było niezakłócone, z kamerą skierowaną prostopadle do chodnika z polem widzenia obejmującym około 7 stopni. Pierwszy i ostatni krok w pobliżu peronów są ignorowane.</li>
</ol>
2. Szkolenie na aparaturze
<ol>
	<li>Prosimy o korzystanie ze standardowych zasobów szkoleniowych, np. Szkolenie NIH w zakresie podstawowej biometodologii dla szczurów laboratoryjnych, aby zapoznać się z ogólnym treningiem behawioralnym gryzoni.</li>
	<li>Na początku treningu zaaklimatyzuj badanych, umieszczając ich i nagradzając na platformie o wymiarach 20 x 20 cm przez co najmniej 5 minut. Następnie poprowadź zwierzęta przez układ kołków z odstępem 1 cm do następnej platformy, prezentując nagrodę w postaci jedzenia. Nagradzaj zwierzęta werbalnie i pieszczotami za dotarcie na platformę.</li>
	<li>Po 5 biegach treningowych rozstaw kołki w odległości dodatkowych 1-2 cm od siebie i wykonaj kolejne 5 biegów treningowych. Podana w niniejszym dokumencie liczba powtórzeń jest wystarczająca do uzyskania statystycznie odpowiedniej wielkości próby (20 - 35 kroków).
	<ol>
		<li>Jeśli zwierzę przyswaja zadanie wolniej, co ocenia się na podstawie konsekwencji kroku (bez zatrzymywania się) i postawy (wygięte plecy), skoncentruj się na treningu na wzmacnianiu tych umiejętności na krótkich odcinkach kroku (S12), zanim wznowisz trening na długich krokach (S15), ostatecznie zbliżając się do pożądanej długości kroku.</li>
		<li>Jeśli nowe odstępy wywołują niepokój lub dyskomfort związany z zadaniem, dostosuj kołki do poprzedniego ustawienia i powtórz paradygmat treningowy.</li>
		<li>Kontynuuj ten trening, aż zostaną osiągnięte odpowiednie długości między krokami dla czterech warunków i spełnione zostaną standardy lokomotoryczne. Z naszego doświadczenia wynika, że szczury dobrze reagują na zachęty głosowe jako wskazówki do rozpoczęcia próby. Test może być wykonany tego samego dnia co szkolenie, pod warunkiem, że badani są zmotywowani do wykonania zadania. 
		Uwaga: Standardy lokomotoryczne są następujące: chodzenie jest spójne i nie wiąże się z zatrzymaniami ani błędami; głową jest minimalne; grzbiet jest wygięty w łuk, a ogon uniesiony podczas lokomocji; Każda kończyna jest wyraźnie widoczna z ortogonalnego widoku chodnika na początku i przesunięciu fazy podporu. Ten proces selekcji jest niezbędny, ponieważ niniejsze badanie koncentruje się tylko na chodzeniu, a nie na innych zachowaniach związanych z chodzeniem.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Testowanie i analiza danych
<ol>
	<li>Zwierzęta testowe w zadaniach S12, S15, L9R6 i L6R9 (opisanych w sekcji 1.3) przy użyciu randomizowanego projektu sesji. Używaj przerw, aby uniknąć adaptacji w ramach zadania.</li>
	<li>Nagrywaj sesje kamerą o wysokiej rozdzielczości z częstotliwością próbkowania co najmniej 60 Hz. Importuj nagrania wideo bez ponownego próbkowania do oprogramowania do edycji wideo i wybierz tylko spory chodzenia do dalszej analizy.</li>
	<li>Zaznacz początki i przesunięcia faz kinematycznych w nagraniach wideo z każdego obiektu.</li>
	<li>Tutaj użyj niestandardowego oprogramowania o nazwie videoa napisanego w Matlabie, aby ręcznie zidentyfikować czas rozpoczęcia i przesunięcia postawy dla każdej kończyny klatka po klatce, gdzie początek postawy jest wskazywany przez utratę rozmycia ruchu związanego z umieszczeniem kończyny na kołku i przesunięcie postawy, występujące na początku unoszenia kończyny, jest sygnalizowany przez pierwsze dowody rozmycia ruchu.</li>
	<li>Oblicz czas trwania fazy wymachu jako czas pozostały między dwoma kolejnymi początkami postawy kinematycznej. Z dalszych analiz należy wykluczyć wszelkie zachowania niezgodne z czteronożnym chodzeniem nad ziemią, np. gdy chód zawiera podwójną fazę wymachu (obie kończyny przednie lub tylne nad ziemią).</li>
	<li>Wykreślić czas trwania każdej fazy w funkcji odpowiadającego mu czasu trwania cyklu etapowego. Uchwyć zależność z modelem regresji liniowej (Tphase = B1+B2*Tc) uzyskanym dla każdej kończyny, gdzie Tc to czas trwania cyklu, Tphase to postawa związana z ekstensorem Te lub Tf, która jest wymachem związanym ze zginaczem, a B1 i B2 są stałymi empirycznymi (przesunięciem i nachyleniem) modelu regresji. 
	Uwaga: Nachylenie (B2) reprezentuje wielkość zmiany czasu trwania fazy wraz ze zmianą prędkości lokomocji.</li>
	<li>Użyj równań 1 i 2 (rysunek 2C) dla każdej kończyny, aby obliczyć wskaźnik asymetrii (AI). Oba równania mają tę samą postać prostego stosunku, który normalizuje różnicę dwóch wartości do ich sumy.
	<ol>
		<li>Korzystając z równania 1, oblicz różnicę poziomą (AIh), która wykorzystuje różnicę między nachyleniami modulacji postawy lewej (l) i prawej (r) kończyny. Podobnie oblicz asymetrię pionową (AIv) za pomocą nachyleń kończyn przednich/przednich (a) i tylnych/tylnych (p). Wynikiem zastosowania tych dwóch równań jest zestaw danych 4 punktów x-y odpowiadających 1) asymetrii kończyn przednich, aAIh ; 2) asymetria kończyn tylnych, pAIh ; 3) asymetria kończyn przednich lewych i tylnych, lAIv ; 4) asymetria kończyn przednich i tylnych prawa, rAIv .</li>
		<li>Wykreśl te wartości jako łatę (Rysunek 2B), aby uzyskać wizualną reprezentację asymetrii we wszystkich kończynach.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oblicz wskaźniki przekątnej (DI), aby ocenić sprzężenie diagonalne między parametrami kończyny przedniej i jej przeciwległej kończyny tylnej (równanie 3, rysunek 2C).</li>
	<li>Zbadaj DI, a także różnicę czterech AI między warunkami przeciwstawnej asymetrii (ΔAI = |AIL9R6 - AIL6R9| ) dla istotności statystycznej z wykorzystaniem jednostronnej ANOVA z porównaniem średnich post hoc19</li>
</ol>

<ol><li>Curzon, P., Zhang, M., Radek, R. J., Fox, G. B. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCurzon%2C+P+%22The+Behavioral+Assessment+of+Sensorimotor+Processes+in+the+Mouse%3A+Acoustic+Startle%2C+Sensory+Gating%2C+Locomotor+Activity%2C+Rotarod%2C+and+Beam+Walking.+Methods+of+Behavior+Analysis+in+Neuroscience.%22">The Behavioral Assessment of Sensorimotor Processes in the Mouse: Acoustic Startle, Sensory Gating, Locomotor Activity, Rotarod, and Beam Walking. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience.</a>. , 2nd ed, (2009).</li>
<li>Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+sensitive+and+reliable+locomotor+rating+scale+for+open+field+testing+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">A sensitive and reliable locomotor rating scale for open field testing in rats.</a> Journal of Neurotrauma. 12 (1), 1-21 (1995).</li>
<li>Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Graded+histological+and+locomotor+outcomes+after+spinal+cord+contusion+using+the+NYU+weight-drop+device+versus+transection%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Neurology%22%5BJournal%5D)">Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weight-drop device versus transection.</a> Experimental Neurology. 139 (2), 244-256 (1996).</li>
<li>Li, S., Shi, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessing+gait+impairment+after+permanent+middle+cerebral+artery+occlusion+in+rats+using+an+automated+computer-aided+control+system%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Assessing gait impairment after permanent middle cerebral artery occlusion in rats using an automated computer-aided control system.</a> Behavioural Brain Research. 250, 174-191 (2013).</li>
<li>Vandeputte, C., Taymans, J. -M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+quantitative+gait+analysis+in+animal+models+of+movement+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Automated quantitative gait analysis in animal models of movement disorders.</a> BMC Neuroscience. 11, 92(2010).</li>
<li>Yakovenko, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chapter+10+-+A+hierarchical+perspective+on+rhythm+generation+for+locomotor+control%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Chapter 10 - A hierarchical perspective on rhythm generation for locomotor control.</a> Progress in Brain Research. 188, Elsevier BV. 151-166 (2011).</li>
<li>Giszter, S. F., Hockensmith, G., Ramakrishnan, A., Udoekwere, U. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((How+spinalized+rats+can+walk%3A+biomechanics%2C+cortex+and+hindlimb+muscle+scaling+-+implications+for+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+the+New+York+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">How spinalized rats can walk: biomechanics, cortex and hindlimb muscle scaling - implications for rehabilitation.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 1198, 279-293 (2010).</li>
<li>Smith, J. L., Edgerton, V. R., Eldred, E., Zernicke, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+chronic+spinalized+cat%3A+a+model+for+neuromuscular+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Birth+Defects+Original+Article+Series%22%5BJournal%5D)">The chronic spinalized cat: a model for neuromuscular plasticity.</a> Birth Defects Original Article Series. 19 (4), 357-373 (1983).</li>
<li>Yakovenko, S., Drew, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+motor+cortical+contribution+to+the+anticipatory+postural+adjustments+that+precede+reaching+in+the+cat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">A motor cortical contribution to the anticipatory postural adjustments that precede reaching in the cat.</a> Journal of Neurophysiology. 102 (2), 853-874 (2009).</li>
<li>Yakovenko, S., Krouchev, N., Drew, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequential+Activation+of+Motor+Cortical+Neurons+Contributes+to+Intralimb+Coordination+During+Reaching+in+the+Cat+by+Modulating+Muscle+Synergies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Sequential Activation of Motor Cortical Neurons Contributes to Intralimb Coordination During Reaching in the Cat by Modulating Muscle Synergies.</a> Journal of Neurophysiology. 105, 388-409 (2011).</li>
<li>Pizzi, A., Carlucci, G., Falsini, C., Lunghi, F., Verdesca, S., Grippo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait+in+hemiplegia%3A+Evaluation+of+clinical+features+with+the+Wisconsin+Gait+Scale%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Rehabilitation+Medicine%22%5BJournal%5D)">Gait in hemiplegia: Evaluation of clinical features with the Wisconsin Gait Scale.</a> Journal of Rehabilitation Medicine. 39 (9), 170-174 (2007).</li>
<li>Bohannon, R. W., Horton, M. G., Wikholm, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Importance+of+four+variables+of+walking+to+patients+with+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Rehabilitation+Research%22%5BJournal%5D)">Importance of four variables of walking to patients with stroke.</a> International Journal of Rehabilitation Research. 14 (3), 246-250 (1991).</li>
<li>Richards, C., Malouin, F., Dumas, F., Tardif, D. Gait velocity as an outcome measure of locomotor recovery after stroke. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRichards%2C+C+%22Gait+Analysis.+Theory+and+Application%22">Gait Analysis. Theory and Application</a>. , 355-364 (1995).</li>
<li>Thaut, M. H., McIntosh, G. C., Rice, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rhythmic+facilitation+of+gait+training+in+hemiparetic+stroke+rehabilitation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+Neurological+Sciences%22%5BJournal%5D)">Rhythmic facilitation of gait training in hemiparetic stroke rehabilitation.</a> Journal of the Neurological Sciences. 151, 207-212 (1997).</li>
<li>Hsu, A. -L., Tang, P. -F., Jan, M. -H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+impairments+influencing+gait+velocity+and+asymmetry+of+hemiplegic+patients+after+mild+to+moderate+stroke%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+Physical+Medicine+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Analysis of impairments influencing gait velocity and asymmetry of hemiplegic patients after mild to moderate stroke.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 84 (8), 1185-1193 (2003).</li>
<li>Jansen, K., De Groote, F., Duysens, J., Jonkers, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Muscle+contributions+to+center+of+mass+acceleration+adapt+to+asymmetric+walking+in+healthy+subjects%5BTitle%5D)+AND+%22Gait+%26+Posture%22%5BJournal%5D)">Muscle contributions to center of mass acceleration adapt to asymmetric walking in healthy subjects.</a> Gait & Posture. 38 (4), 739-744 (2013).</li>
<li>Halbertsma, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+stride+cycle+of+the+cat%3A+the+modelling+of+locomotion+by+computerized+analysis+of+automatic+recordings%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+physiologica+Scandinavica%22%5BJournal%5D)">The stride cycle of the cat: the modelling of locomotion by computerized analysis of automatic recordings.</a> Acta physiologica Scandinavica. 521, 1-75 (1983).</li>
<li>Metz, G. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+ladder+rung+walking+task%3A+a+scoring+system+and+its+practical+application%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments+%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">The ladder rung walking task: a scoring system and its practical application.</a> Journal of Visualized Experiments : JoVE. (28), 4-7 (2009).</li>
<li>Hogg, R. V., Ledolter, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineering+Statistics%5BTitle%5D)+AND+%22%22%5BJournal%5D)">Engineering Statistics.</a> , MacMillan. New York, NY. (1987).</li>
<li>Brown, T. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+intrinsic+factors+in+the+act+of+progression+in+the+mammal%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Royal+Society+of+London.+Series+B%2C+Containing+Papers+of+a+Biological+Character%22%5BJournal%5D)">The intrinsic factors in the act of progression in the mammal.</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Containing Papers of a Biological Character. 84 (572), 308-319 (1911).</li>
<li>Kiehn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Locomotor+circuits+in+the+mammalian+spinal+cord%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Locomotor circuits in the mammalian spinal cord.</a> Annual Review of Neuroscience. 29, 279-306 (2006).</li>
<li>Blitz, D. M., Nusbaum, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((State-dependent+presynaptic+inhibition+regulates+central+pattern+generator+feedback+to+descending+inputs%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">State-dependent presynaptic inhibition regulates central pattern generator feedback to descending inputs.</a> The Journal of Neuroscience. 28 (38), 9564-9574 (2008).</li>
<li>Martin, J. H., Ghez, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Red+nucleus+and+motor+cortex%3A+parallel+motor+systems+for+the+initiation+and+control+of+skilled+movement%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Red nucleus and motor cortex: parallel motor systems for the initiation and control of skilled movement.</a> Behavioural Brain Research. 28 (1-2), 271-223 (1998).</li>
<li>Drew, T., Jiang, W., Kably, B., Lavoie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+the+motor+cortex+in+the+control+of+visually+triggered+gait+modifications%5BTitle%5D)+AND+%22Canadian+Journal+of+Physiology+and+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Role of the motor cortex in the control of visually triggered gait modifications.</a> Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 74 (4), 426-442 (1996).</li>
<li>Drew, T., Andujar, J. -E., Lajoie, K., Yakovenko, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+mechanisms+involved+in+visuomotor+coordination+during+precision+walking%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research+Reviews%22%5BJournal%5D)">Cortical mechanisms involved in visuomotor coordination during precision walking.</a> Brain Research Reviews. 57 (1), 199-211 (2008).</li>
<li>Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+middle+cerebral+artery+occlusion+without+craniectomy+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Stroke%22%5BJournal%5D)">Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats.</a> Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).</li>
<li>Uluç, K., Miranpuri, A., Kujoth, G. C., Aktüre, E., Başkaya, M. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focal+Cerebral+Ischemia+Model+by+Endovascular+Suture+Occlusion+of+the+Middle+Cerebral+Artery+in+the+Rat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments+%3A+JoVE%22%5BJournal%5D)">Focal Cerebral Ischemia Model by Endovascular Suture Occlusion of the Middle Cerebral Artery in the Rat.</a> Journal of Visualized Experiments : JoVE. 48, e1978(2011).</li>
<li>Hackney, D. B., Finkelstein, S. D., Hand, C. M., Markowitz, R. S., Black, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Postmortem+Magnetic+Resonance+Imaging+of+Experimental+Spinal+Cord+Injury+Magnetic+Resonance+Findings+versus+In+Vivo+Functional+Deficit%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Postmortem Magnetic Resonance Imaging of Experimental Spinal Cord Injury Magnetic Resonance Findings versus In Vivo Functional Deficit.</a> Neurosurgery. 35 (6), 1104-1111 (1994).</li>
<li>Kjaerulff, O., Kiehn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distribution+of+Networks+Generating+and+Coordinating+Locomotor+Activity+in+the+Neonatal+Rat+Spinal+Cord+In+Vitro%3A+A+Lesion+Study%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Distribution of Networks Generating and Coordinating Locomotor Activity in the Neonatal Rat Spinal Cord In Vitro: A Lesion Study.</a> The Journal of Neuroscience. 16 (18), 5777-5794 (1996).</li>
<li>Liddell, E. G. T., Phillips, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Striatal+and+pyramidal+lesions+in+the+cat%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Striatal and pyramidal lesions in the cat.</a> Brain. 69 (4), 264-279 (1946).</li>
<li>Beloozerova, I. N., Sirota, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Role+of+the+Motor+Cortex+in+the+Control+of+Accuracy+of+Locomotor+Movements+in+the+Cat%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physiology%22%5BJournal%5D)">The Role of the Motor Cortex in the Control of Accuracy of Locomotor Movements in the Cat.</a> Journal of Physiology. 461, 1-25 (1993).</li>
<li>Hill, K. D., Goldie, P. A., Baker, P. A., Greenwood, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retest+reliability+of+the+temporal+and+distance+characteristics+of+hemiplegic+gait+using+a+footswitch+system%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+Physical+Medicine+and+Rehabilitation%22%5BJournal%5D)">Retest reliability of the temporal and distance characteristics of hemiplegic gait using a footswitch system.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 75 (5), 577-583 (1994).</li>
<li>Hillyer, J. E., Joynes, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+measure+of+hindlimb+stepping+ability+in+neonatally+spinalized+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">A new measure of hindlimb stepping ability in neonatally spinalized rats.</a> Behavioural Brain Research. 202 (2), 291-302 (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Uzasadnieniem dla tego badania było opracowanie zadania behawioralnego, które ilościowo ocenia zmiany w precyzyjnej kontroli asymetrycznych zachowań lokomotorycznych. Istnienie rdzeniowego CPG zostało funkcjonalnie wykazane już od pewnego czasu20, ale cechy anatomiczne i funkcjonalne, które opisują jego mechanizm, a także jego modulacyjne dane wejściowe ze zstępujących lub czuciowych szlaków sprzężenia zwrotnego, nie zostały scharakteryzowane aż do ostatniej dekady6,21,22. Obecny konsensus jest taki...

Zachorowalność po udarze mózgu w populacji, która przeżyła, obejmuje duże upośledzenia motoryczne, które stanowią wyzwanie dla oceny ilościowej zarówno u ludzi po udarze, jak i w zwierzęcych modelach upośledzenia neurologicznego1. W warunkach klinicznych te zaburzenia motoryczne są mierzone przy użyciu subiektywnych kryteriów, które są bardziej wrażliwe na ciężkie, a nie umiarkowane upośledzenie wykazywane przez większość pacjentów. Podobnie powszechne są takie subiektywne oceny zachowań motorycznych po urazie u zwierząt, np. metoda skali lokomotorycznej Basso, Beattie i Bresnahana (BBB)2,3. Podczas gdy te subiektywne metody oceny pomagają w translacji między badaniami rehabilitacji chodu na modelach zwierzęcych czworonogów a ludźmi, szczegóły deficytów motorycznych związanych z aktywnością poszczególnych grup mięśni nie są oceniane. Co więcej, ocenę udziału kory ruchowej w poruszaniu się, jako domniemanego winowajcy deficytu motorycznego w udarze naczyniowo-mózgowym, można uzyskać tylko pośrednio, nawet przy użyciu najbardziej nowatorskich zautomatyzowanych metod ilościowych4,5, ponieważ opierają się one na zadaniach chodzenia w otwartym polu lub liniowym. Zadania te nie wymagają wkładu kory mózgowej i mogą być wykonywane przez mechanizmy neuronalne rdzenia kręgowego, tj. sieć centralnego generatora wzorców (CPG), która jest oszczędzana w większości zwierzęcych modeli uszkodzeń neuronów, np. Zwierzęta z kręgosłupem 6-8. Istotny wkład kory mózgowej w te mechanizmy rdzenia kręgowego został eksperymentalnie zaangażowany w zadania, które wymagają przewidywanych korekt postawy9 i osiągnięcia10, a także precyzyjnego kroku10.
Ponadto, większość uszkodzeń neurologicznych jest asymetryczna; na przykład udar powoduje niedowład połowiczy, czyli osłabienie po jednej stronie ciała, co skutkuje asymetrycznym chodem11-14. Asymetria chodu połowiczego jest wytwarzana przez asymetryczną aktywację mięśni czasoprzestrzennych, która najbardziej przejawia się w skróceniu fazy postawy związanej z prostownikiem i wydłużeniu fazy wymachu związanej ze zginaczem cyklu kroków po stronie niedowładnej15,16. Tendencja ta nie została jeszcze zbadana w odniesieniu do różnych prędkości lokomotorycznych u zwierząt zdrowych lub niedowładnych. W obecnym badaniu zastosowaliśmy analizę charakterystyki czasu trwania fazy17, która opisuje związek między czasem trwania faz wymachu lub podporu w funkcji czasu trwania cyklu w każdym kroku. Uzyskany model regresji liniowej został następnie opisany wraz z analizą asymetrii we wszystkich kończynach.
Przedstawiamy nową, tanią metodę oceny aktywności zstępujących bodźców korowych w systemie motorycznym czworonogów w oparciu o precyzyjne zadanie lokomotoryczne. Zadanie to ma na celu rzucenie wyzwania korze ruchowej poprzez nałożenie wymagań dotyczących ułożenia stopy w naturalnym zakresie prędkości chodzenia. Ponadto wymagania dotyczące ułożenia stopy są manipulowane tak, aby w sposób uprzywilejowany stanowiły wyzwanie dla lewej lub prawej strony układu motorycznego. W podobnym zadaniu lokomotorycznym Metz i Whishaw (2009) zbadali wskaźniki niepowodzeń, czyli liczbę pominiętych kroków na chodniku o nieregularnym szczeblu u szczurów. Nasza metoda jest komplementarna do tego poprzedniego badania i szczegółowo opisuje jakość kontroli fazy w "udanych" krokach18.

<table><tbody><tr><td>MATLAB&reg; R2013a</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Platforma projektowa dla niestandardowego oprogramowania do adnotacji wideo</td></tr><tr><td>Sony HDR-CX380/B High Definition Handycam</td><td>Sony</td><td>27-HDRCX330/B</td><td>Urządzenie do akwizycji wideo.</td></tr><tr><td>Jif Kremowe masło orzechowe - bezglutenowe 454 g</td><td>J.M. Smucker Company</td><td></td><td>Bodźce nagrodowe w postaci żywności.</td></tr><tr><td>Sacharoza w tabletce - czekolada 1800 g</td><td>TestDiet</td><td>1811256</td><td>Bodziec nagrody w postaci jedzenia.</td></tr><tr><td>Pałeczki do gryzienia drewna Manzanita</td><td>BioServe</td><td>W0016</td><td>Do prezentacji bodźca nagrody w postaci jedzenia.</td></tr></tbody></table>

chodnik asymetryczny: nowatorski test behawioralny do badania asymetrycznej lokomocji

Asymmetric Walkway: A Novel Behavioral Assay for Studying Asymmetric Locomotion

Testy behawioralne są powszechnie używane do oceny upośledzenia sensomotorycznego w ośrodkowym układzie nerwowym (OUN). Najbardziej wyrafinowanymi metodami ilościowego określania deficytów lokomotorycznych u gryzoni jest pomiar drobnych zakłóceń nieskrępowanego chodu nad ziemią (np. ręczna ocena BBB lub automatyczny CatWalk). Jednak dane wejściowe kory mózgowej nie są wymagane do generowania podstawowej lokomocji wytwarzanej przez generator centralnego wzorca rdzenia (CPG). Tak więc nieskrępowane zadania związane z chodzeniem tylko pośrednio testują deficyty lokomotoryczne spowodowane upośledzeniem kory ruchowej. W tym badaniu proponujemy nowatorskie, precyzyjne zadanie lokomotoryczne związane z ułożeniem stopy, które ocenia dane wejściowe kory mózgowej do rdzeniowego CPG. Do narzucania symetrycznych i asymetrycznych zadań lokomotorycznych naśladujących lateralizowane deficyty ruchowe zastosowano oprzyrządowany kołek. Wykazaliśmy, że przesunięcia z równoodległych długości między krokami wynoszącej 20% powodują zmiany w charakterystyce fazy uporu kończyn przednich podczas lokomocji o preferowanej długości kroku. Ponadto proponujemy, aby chodnik asymetryczny pozwalał na pomiary wyników behawioralnych wytwarzanych przez korowe sygnały kontrolne. Miary te są istotne dla oceny utraty wartości po uszkodzeniu kory mózgowej.

Rysunek 2 przedstawia analizę asymetrii podczas zadań lokomocyjnych dla jednego reprezentatywnego osobnika. Wartości obliczono dla wszystkich warunków, korzystając z równania 1 i 2, dla każdego osobnika indywidualnie (Rysunek 2) oraz na podstawie zbiorczych danych od 8 samic szczurów Sprague-Dawley (250 - 400 g, Rysunek 3). Generalnie modulacja fazy podporowej kończyn przednich była mniejsza dla strony, która była faworyzowana w warunkach...

Tutaj prezentujemy protokół do precyzyjnego określania stopnia wchodzenia gryzoni. Sygnały generatora wzorca korowego i rdzenia centralnego są niezbędne do precyzyjnego ułożenia stopy podczas utrudnionej lokomocji. Przedstawiamy tutaj nowatorskie zadanie chodzenia z ograniczeniami, które bezpośrednio bada precyzyjne zachowanie podczas chodzenia.

Chodnik asymetryczny: nowatorski test behawioralny do badania asymetrycznej lokomocji

Behavioral assays are commonly used for the assessment of sensorimotor impairment in the central nervous system (CNS). The most sophisticated methods for ...

W niniejszym filmie przedstawiono nową, niskokosztową metodę oceny asymetrii chodu u szczurów, z wykorzystaniem precyzyjnego zadania pozycjonowania kończyn podczas lokomocji. Czas trwania faz w zakresie różnych prędkości chodu czworonożnego jest wykorzystywany do obliczenia indeksu służącego do oceny sprawności zwierząt. Naszym celem było opracowanie zadania behawioralnego, które ilościowo ocenia zmiany w precyzyjnej kontroli symetrycznych zachowań lokomotorycznych.Zadanie to stwarza możliwość określenia wpływu drogi zstępującej na regulację fazy lokomocji. Przykładowo, jednoczesne rejestracje lub stymulacja w korze ruchowej pozwoliłyby określić wkład w modulację faz mięśniowych w tym zadaniu. Aparaturę należy zbudować w formie plastikowego pudełka bez wieka z aluminiowymi wspornikami w każdym narożniku.Należy zastosować ramę wykonaną z rowkowanej aluminiowej poręczy, aby zapewnić elastyczną możliwość rozmieszczania kołków. Rozmieszczenie kołków definiuje narzuconą długość kroku zwierzęcia. W każdym z czterech narożników należy umieścić platformę kwadratową o boku 20 cm.Przestrzeń między platformami powinna pomieścić dystans pokonywany podczas co najmniej jednego pełnego cyklu krok

asymmetric-walkway-novel-behavioral-assay-for-studying-asymmetric

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

Zadanie chodzenia po szczeblach drabiny jest nowym testem służącym do oceny umiejętności chodzenia oraz pomiaru precyzji stawiania kończyn przednich i tylnych, kroku oraz koordynacji między конечноściami.

Zadanie chodzenia po szczeblach drabiny: system punktacji i jego praktyczne zastosowanie.

Opisujemy metodę rejestracji aktywności motorycznej, zsynchronizowaną z elektrycznie rejestrowanym sygnałem kontaktu stopowego u uwięzionego owada chodzącego po śliskiej powierzchni. Metoda ta jest wykorzystywana do badania neuronalnych podstaw adaptacyjnego zachowania przy zredukowanym wpływie oddziaływań mechanicznych między odnóżami a podłożem.

Badanie neuronowych podstaw adaptacyjnego zachowania lokomocyjnego u owadów

Ten film opisuje użycie oprogramowania do nagrywania ruchu robaków na arenie. Przykładowy protokół mierzy wpływ ekspozycji na etanol na poruszanie się robaków.

C. elegans (C. elegans) Śledzenie ruchu: metoda oceny lokomocji u robaków

W tym filmie opisujemy procedurę testowania śladów stóp i związaną z nią analizę, aby ocenić chód i koordynację ruchową u myszy.

Ocena chodu na podstawie analizy śladów stóp: metoda badania koordynacji ruchowej u myszy

Ten protokół opisuje elastyczny, tani system do pomiaru ruchu myszy w teście aktywności w otwartym polu. Pokazujemy, że 6-minutowy test ambulacyjny oparty na tym systemie wykrywa spadek dobrowolnego ruchu u myszy mdx i dokładnie rozróżnia poprawę w ratowaniu tych zwierząt specyficznym dla mięśni.

Prosty i tani test do pomiaru ambulacji w mysich modelach dystrofii mięśniowej

W tym badaniu demonstrujemy wykorzystanie kinematycznej analizy chodu opartej na obrazowaniu w płaszczyźnie brzusznej do monitorowania subtelnych zmian w koordynacji ruchowej, jak również postępu neurodegeneracji wraz z wiekiem w modelach mysich (np. linie myszy z mutacją endofiliny).

Analiza chodu zależnych od wieku zaburzeń motorycznych u myszy z neurodegeneracją

Prezentowany tutaj jest protokół do zbierania i analizy trójwymiarowej kinematyki poruszania się czworonożnych u gryzoni do badań przedklinicznych.

Analiza kinematyczna chodu 3D do badań przedklinicznych na gryzoniach

Analiza śladów to tania alternatywa dla cyfrowych programów do analizy chodu dla badaczy kwantyfikujących nieprawidłowości ruchowe u myszy. Ze względu na swoją szybkość, prostotę i potencjał podłużny idealnie nadaje się do fenotypowania behawioralnego modeli mysich.

Tania analiza chodu do fenotypowania behawioralnego mysich modeli choroby nerwowo-mięśniowej

Udostępniamy protokół oceny zachowań motorycznych za pomocą baterii testów behawioralnych u szczurów po urazie zmiażdżenia nerwu kulszowego.

Wieloczynnikowa ocena zachowań motorycznych u szczurów po jednostronnym urazie zmiażdżenia nerwu kulszowego

Dostarczono eksperymentalny potok do ilościowego opisu wzorca lokomotorycznego swobodnie chodzących myszy za pomocą zestawu narzędzi MouseWalker (MW), począwszy od wstępnych nagrań wideo i śledzenia, a skończywszy na analizie po kwantyfikacji. W celu wykazania użyteczności systemu MW wykorzystano model kontuzji rdzenia kręgowego u myszy.

Wykorzystanie MouseWalker do ilościowego określenia dysfunkcji lokomotorycznej w mysim modelu urazu rdzenia kręgowego

Tutaj prezentujemy protokół dla opracowanego ostatnio wszechstronnego testu zachowania, testu belki drabiny. Test ten ma tę zaletę, że wykrywa subtelną ataksję móżdżkową spowodowaną defektem działania hormonów tarczycy w ośrodkowym układzie nerwowym w porównaniu z konwencjonalnymi testami behawioralnymi oceniającymi sprawność motoryczną.

Wszechstronna, behawioralna metoda badania wpływu hormonów tarczycy na funkcjonowanie móżdżku

Poznaj metodę oceny asymetrii chodu u szczurów za pomocą precyzyjnego zadania pozycjonowania kończyn. To niskokosztowe narzędzie pozwala kwantyfikować dokładne zachowanie krokowe i badać wkład sygnałów kory mózgowej w kontrolę lokomocji.

Chodnik asymetryczny: nowatorski test behawioralny do badania asymetrycznej lokomocji

Przeglądaj więcej filmów