Summary
لدرجة سلم المشي المهمة اختبارا جديدا لتقييم وقياس مهارة المشي على حد سواء وforelimb hindlimb وضع في تصعيد ، وبين أطرافه التنسيق.
Abstract
التقدم في تطوير نماذج حيوانية ل/ السكتة الدماغية وإصابات الحبل الشوكي ، ومرض الاعصاب الأخرى يتطلب اختبارات حساسية عالية لوضع جوانب بارزة من وظيفة الحركة ، وتحديد دقيق حتى فقدان القدرة على الحركة. لتعزيز فعالية ودقة من الاختبار ، وينبغي اتخاذ تدابير تسمح الاختبارات النوعية والكمية وظيفة المحرك وتكون حساسة للتغيرات في الأداء أثناء فترات الانتعاش. هذه الدراسة توضح مهمة جديدة لتقييم مهارة المشي في الفئران لقياس كل وظيفة forelimb hindlimb في نفس الوقت. مطلوبة الحيوانات على المشي على طول سلم الأفقية التي تباعد للدرجات هو متغير ويتغير بشكل دوري. التغيرات في درجة التباعد منع الحيوانات من مكان التعلم المطلق والنسبي للدرجات والتقليل بذلك من قدرة الحيوانات على تعويض عن العاهات من خلال التعلم. بالإضافة إلى ذلك ، تغيير التباعد بين درجات يسمح لاستخدامها في اختبار مرارا وتكرارا في الدراسات طويلة الأجل. ووصف الطرق لوصف كل من كمية ونوعية الأداء الصدارة وhindlimb على حد سواء ، بما في ذلك وضع الأطراف ، يخطو ، التنسيق. وعلاوة على ذلك ، يشار إلى استخدام استراتيجيات التعويضية التي كتبها عثرات أو خطوات تعويضية ردا على الطرف الآخر في غير موضعها ل.
Protocol
درجة سلم المشي جهاز الاختبار
تألف درجة سلم الأفقي المشي جهاز الاختبار من الجدران المصنوعة من الجانب زجاجي واضحة ودرجات المعادن (3 مم) ، والتي يمكن أن تضاف إلى خلق الأرض مع الحد الأدنى لمسافة 1 سم بين درجات (انظر الشكل رقم 1 ؛ ميتز وWhishaw ، 2003). كانت الجدران الجانبية 1 م و 19 سم طويلة تقاس عالية من ارتفاع درجات. وقد ارتقى في السلم 30 سم فوق سطح الأرض مع بدء قفص محايدة وملجأ (قفص المنزل) في نهاية المطاف. لأن الحيوانات اعتادوا خلال التدريب ، وكان الارتفاع من المحتمل أن الجهاز تسبب القلق. تم تعديل العرض من زقاق إلى حجم الحيوان ، بحيث كان حوالي 1 سم أوسع من حيوان لمنع الحيوان من الدوران في المكان.
تم تعديل صعوبة المهمة من خلال تغيير موقف درجات المعادن. سمح لنمط منتظم من درجات الحيوانات لمعرفة مدى نمط عدة دورات تدريبية وتوقع موقف درجات (الشكل 1 ، نمط). منعت نمطا غير النظامية التي تم تغييرها من المحاكمة من محاكمة الحيوان من نمط التعلم (الشكل 1 ، خطة B). لترتيب العادية ، كانت متباعدة في درجات على فترات سم 2. لنمط غير النظامية ، وتباينت درجات على مسافة منهجية 1-5 سم. وقد استخدمت خمسة نماذج من أنماط درجة غير النظامية ، بحيث تم تطبيق نفس الأنماط لجميع الحيوانات لتوحيد صعوبة الاختبار وتعزيز قابليتها للمقارنة لنتائج (انظر النتائج).
Videorecording
تم وضع كاميرا (Canovision ، Canon المؤتمر الوطني العراقي) في زاوية طفيف بطني ، حتى يمكن تسجيل مواقف جميع الأطراف الأربعة في وقت واحد. تم تعيين سرعة مصراع الكاميرا في 500 -- 2000 س. حللت videorecordings باستخدام الإطار حسب الإطار تحليل في 30 و / ثانية.
السلوكية والتدريب واختبار تحليل
وقد تم تدريب هذه الحيوانات لعبور سلم من قفص محايدة للوصول إلى القفص وطنهم ، وبالتالي فإن قفص المنزل مع تتزاحم قدم التعزيز الإيجابي للمشي. عبرت جميع الحيوانات السلم في نفس الاتجاه. لم يعط المزيد من التعزيز لتحفيز الحيوانات لعبور السلم. وقد تم تدريب واختبار جميع الحيوانات خمس مرات في كل دورة.
القدم بتسجيله خطأ
تم إجراء التقييم النوعي للتنسيب وforelimb hindlimb باستخدام القدم بتسجيله خطأ النظام كما هو موضح سابقا (ميتز وWhishaw ، 2003). تم تحليلها من قبل التفتيش على تسجيلات الفيديو الإطار حسب الإطار. وقد تم تحليل سوى خطوات متتالية من كل الاطراف. لذا ، لم يكن أحرز الخطوة الأخيرة قبل انقطاع مشية ، مثل وقف أو خطأ القدم ، والخطوة الأولى بعد انقطاع. كما تم استبعاد مشاركة في دورة تصعيد أجريت في نهاية سلم من الدرجات. وسجل وضع الطرف من حيث وضع الطرف على نتوء درجة وأطرافه بين درجات عندما يغيب حدث.
تم تصنيف أنواع موضع الأقدام أو مخلب على درجات باستخدام مقياس 7 - الفئة (انظر الشكل 2). تم تصنيف الأقدام أو مخلب التنسيب على درجة وفقا لموقعها والأخطاء التي وقعت في دقة التنسيب.
(0) أعطيت إجمالي تفوت. 0 نقطة عند الطرف غاب بشكل كامل درجة ، لم يكن أي اتصال به ، وحدث السقوط. وعرف يسقطون أحد أطرافه بعمق في هبوط درجات بين وضعية الجسم والتوازن وتضطرب.
(1) قسيمة ديب. انصب في البداية على درجة أطرافهم ، ثم انزلقت قبالة عندما حمل وزن الجسم وتسبب في سقوط.
(2) زلة طفيف. انزلق وضعت الأطراف على درجة قبالة عندما تحمل الوزن ، ولكن لم يسفر عن سقوط ولا يقطع دورة المشي. في هذه الحالة ، كانت الحيوانات قادرة على الحفاظ على التوازن ومواصلة مشية منسقة.
(3) استبدال. أطرافهم وضعت على الدرجة ، ولكن قبل أن تحمل الوزن ورفع سرعان ما وضعت على آخر درجة.
(4) التصحيح ، والتي تهدف لأحد أطرافه درجة ، ولكن لم يوضع بعد ذلك على درجة أخرى دون لمس الأول. بدلا من ذلك ، تم تسجيلها على درجة من 4 إذا وضعت على أحد أطرافه ، وكان يدق بسرعة تعديل أوضاعها في حين تبقى على نفس الدرجة.
(5) موضع الجزئي وضعت الأطراف على درجة مع أي أرقام أو المعصم من forelimb أو كعب أو أصابع hindlimb.
(6) موضع الصحيح. midportion وضعت من النخيل من أحد أطرافه على درجة بدعم الوزن الكامل.
عندما وقعت أخطاء مختلفة في الوقت نفسه ، سجلت أدنى الدرجات. على سبيل المثال ، إذا تم تسجيلها لأول مرة وضعت قدميك على درجة ثم وضعت على واحد آخر في نفس الخطوة (درجة 3) ، وتراجع بعد ذلك وقعت في الفترات الفاصلة بين درجات (درجة 1) ، وعلى درجة من 1. WHان السقوط حدث ، فقط تم تصنيف أطرافهم الشروع في الخطأ واحرز أيا من الأطراف الأخرى حتى الحيوان قد أعادت جميع الأطراف. وبلغ متوسط درجات خطأ من خمس تجارب لتحليلها.
قدم تحليل دقة التنسيب (عدد أخطاء)
وقد أحصى عدد من الأخطاء في كل عبور. تم تحديد الأخطاء على أساس نظام تسجيل خطأ في القدم. تم تعريف خطأ لأن كل الأطراف التي تلقت التنسيب على درجة من النقاط 0 ، 1 أو 2 ، أي خطأ يمثل أي نوع من زلة قدم أو يغيب الإجمالي. تم تسجيل عدد من الأخطاء وعدد من الخطوات من أجل كل طرف على حدة. من هذه المعطيات ، تم احتساب متوسط عدد من الأخطاء في خطوة وبلغ متوسط مدة خمس محاكمات. كانت المعلمة الثانية الكمية تحليل متوسط الوقت اللازم لعبور على طول المهمة السلم. بدأ قياس الوقت بعد ان وضعت الحيوان في سلم وبدأ المشي على طول منه. لم تكن مدرجة في الوقت الذي يقضيه في حيوان توقف في القياس.
Forepaw يسجل رقما
تم تسجيل درجة forepaw أرقام عندما وضعت بشكل صحيح مع مخلب midportion به على درجة (أي درجة 6 في نظام خطأ التهديف القدم). تم تصنيف الدرجة التي يمكن أن تكون الأرقام من forepaw استعرضوا حول درجة في مقياس من ثلاث نقاط (الشكل 2). تم تطبيق رصيده الى الموقف بدعم الوزن الأقصى ، أي كان وضعه في forelimb عموديا على درجة. اعطيت درجات على النحو التالي :
(0) سيارة مغلقة في زاوية 90 درجة تقريبا.
(1) سيارة مغلقة في زاوية 45 درجة تقريبا.
(2) سيارة استعرضوا تماما حول درجة.
وبلغ متوسط درجات من خمس خطوات واستخدامها في التحليل.
الرقم الأساطير
الشكل 1. أشارت درجة سلم المهرة المشي جهاز اختبار في طريقة العرض الأمامي الوحشي ، مع مقاييس محددة للجهاز. واستخدمت نمطين درجة مختلفة في هذه الدراسة : نمط منتظم وترتيب درجة وباء خطة ، وعدم انتظام درجة الترتيب. الترتيب عدم انتظام درجة تتراوح بين محاكمات متتالية.
.png)
التين. 2. الصور الفوتوغرافية التي تصور الممثل الفئات الثلاث من الدرجة أرقام. علما زاوية الأرقام فيما يتعلق forelimb عندما دعما الوزن الكامل.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هذه الدراسة بتقديم درجة سلم المشي المهمة بمثابة اختبار جديد لتقييم مهارة المشي والتنسيب أطرافهم وأعضائهم التنسيق. لدرجة سلم المشي مهمة التمييز بين الاضطرابات يسمح خفية من وظيفة الحركة من خلال الجمع بين التحليل الكمي والنوعي من المشي المهرة. ويمكن استخدام الفيديو لإجراء تحليل حساب وصفية أكثر من العاهات ، ومقياس تصنيف بسيطة وصفها في هذه الورقة يكشف عن أية أخطاء في موضع انثناء الأطراف وأرقام عندما قبض على درجة. قدمت التحليلات النوعية عد إقبال عدد من الأخطاء والوقت اللازم لعبور الجهاز. هذه التدابير تسمح لفحص كفاءة ودقة صالحة للاستخدام موضع القدم وأرقام.
هناك عدد من الاختبارات من المشي ، بما في ذلك اختبارات rotorod المشي ، والمشي شعاع ، اسطوانة اختبار وتحليل مشية ، وتحليل قوة رد فعل الارض (موير ، 2005). يمكن لكل من هذه الاختبارات موضع مفيد للطرف جزء التحليل السلوكي. هناك عدد من قوة من أجل بروتوكول الاختبار الحالي ، ولكن. الأولى ، اختبار يسمح فحص المشي عفوية ، لأن الحيوانات لا تحتاج إلى الحرمان من الطعام أو الماء عن الدافع. الثاني ، عبر تصعيد درجات يتطلب القدم التنسيب دقيقة واستيعاب ، والسماح لتحليل كل من التنقل واستيعاب. الأهم من ذلك ، يقدم هذا الاختبار تحديا لتحرك مستمر بسبب تباعد متنوعة من درجات. ويمكن استخدام التباين لتحدي المشي الجارية و / أو الذاكرة من أنماط التنقل (McVea وبيرسون ، 2007).
قوة السلم درجة اختبار المشي هو أنه يمثل تحديا بما فيه الكفاية لتكشف عن العاهات المزمنة خفية في الصدارة واستخدام hindlimb وكشف كل من العاهات التي تتطلب مراقبة الدماغ المقدم. في حالة عدم انتظام درجة المهمة ، والحيوانات ليست قادرة على استباق موقع درجة التعلم ونمط المشية محددة. وبالتالي ، فإن كل خطوة تتطلب التعديل في الموضع مخلب ، طول واسعة ، وتوزيع وزن الجسم. بينما الحيوانات طبيعية قادرة على التكيف مع نمط درجة غير النظامية ضمن محاكمات قليلة ، وتقتصر هذه القدرة في الحيوانات مع آفة نظام المحرك. الترتيب درجة عدم انتظام يتطلب أيضا أن الحيوانات تتكيف أطرافهم العادية التنسيق لمسافات الدرجة المتغيرة. من أجل التكيف مع الطرف التنسيق والحيوانات للسيطرة على دعمهم الوزن بسرعة لتصحيح الخطأ لأي طرف التنسيب. بعد الآفة من جانب واحد ، والحيوانات التعويض جزئيا عن أخطاء التنسيب باستخدام أطراف سليمة للحصول على دعم الوزن. وبالتالي ، يمكن اختبار قياس درجة سلم المشي التعويض من خلال الكشف عن أخطاء موضع القدم على الجانب سليمة.
وقد تبين من اختبار درجة المشي لتكون حساسة لحركة العجز المزمن بعد أخلاقي والآفات الوليد إلى النظام الحركي ، بما في ذلك نماذج من الفئران السكتة الدماغية (إمريك وKartje ، 2004 ؛ رييك بورخارت ، وآخرون ، 2004 ؛. فار وآخرون ، 2006 ؛ Ploughman وآخرون ، 2007) ، ومرض باركنسون (ميتز وWhishaw ، 2002 ؛. فرجي وميتز ، 2007) ، واصابات الحبل الشوكي (Z'Graggen وآخرون ، 1998 ؛. Merkler وآخرون ، 2000). وعلاوة على ذلك ، فإن المشي درجة سلم المهمة يكشف التغيرات في الأداء الحركي الدقيق الناجم عن المتغيرات الفسيولوجية مثل الإجهاد معتدل (متز) وحتى التغيرات في النظام الغذائي (سميث وميتز ، 2005). بالإضافة إلى نماذج الفئران ، فإن المهمة مفيد أيضا لدراسة المشي المهرة في الفئران (فار وآخرون ، 2006). الحذر باستخدام هذا الاختبار يحتاج إلى أن تستخدم إذا كان يتم اختبار شديد آفات الحبل الشوكي (ميتز وآخرون ، 2000) ، حيث أن المهمة تتطلب درجة المشي أن الحيوانات قادرة على أداء وتحمل الوزن الخطوات.
هناك أدلة قوية على أن الحيوانات مع آفة نظام المحرك قادرون على تعويض عن العجز الناجم عن الآفة في الحركات المهرة (Whishaw وآخرون ، 1997a ، ب ، 1998 ؛. Miklyaeva وآخرون ، 1994 ؛. Kleim وآخرون ، 1998 ؛ وتشو جونز ، 2000). ومع ذلك ، قد يكون ضعف شديد لا تزال موجودة. على سبيل المثال ، والحيوانات مع آفات النواة الدوبامين أو أحمر استعادة القدرة على المشي على أسطح ملساء أو أشعة ضيقة ، ولكن التدابير القوات رد فعل الارض التي تكشف ضعف مزمن من (موير وWhishaw ، 1999 ، 2000). لأنه يكشف عجز حتى الدقيقة المحرك المتبقية وتعديلات تعويضية ، واختبار درجة المشي هو أداة قيمة لتقييم الخسائر واستعادة وظيفة المخ أو بسبب إصابات الحبل الشوكي ، والاستفادة من مناهج العلاج.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدينا شيء في الكشف عنها.
Acknowledgments
وأيد هذا البحث من المنح المقدمة من مجلس البحوث الطبية ، والعلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث وكندا ، والشبكة الكندية السكتة الدماغية. كما أيد حركة اتشيه الحرة من قبل مؤسسة التراث ألبرتا للأبحاث الطبية.
References
- Chu, C. J., Jones, T. A. Experience-dependent structural plasticity in cortex heterotopic to focal sensorimotor cortical damage. Exp Neurol. 166, 403-414 (2000).
- Emerick, A. J., Kartje, G. L. Behavioral recovery and anatomical plasticity in adult rats after cortical lesion and treatment with monoclonal antibody IN-1. Behav Brain Res. 152, 315-325 (2004).
- Faraji, J., Metz, G. A. Sequential bilateral striatal lesions have additive effects on single skilled limb use in rats. Behav Brain Res. 177, 195-204 (2007).
- Farr, T. D., Liu, L., Colwell, K. L., Whishaw, I. Q., Metz, G. A. Bilateral alteration in stepping pattern after unilateral motor cortex injury: a new test strategy for analysis of skilled limb movements in neurological mouse models. J Neurosci Methods. 153, 104-113 (2006).
- Kleim, J. A., Barbay, S., Nudo, R. J. Functional reorganization of the rat motor cortex following motor skill learning. J Neurophysiol. 80, 3321-3325 (1998).
- Merkler, D., Metz, G. A., Raineteau, O., Dietz, V., Schwab, M. E., Fouad, K. Locomotor recovery in spinal cord-injured rats treated with an antibody neutralizing the myelin-associated neurite growth inhibitor Nogo-A. J Neurosci. 21, 3665-3673 (2001).
- McVea, D. A., Pearson, K. G. Stepping of the forelegs over obstacles establishes long-lasting memories in cats. Curr Biol. 17, R621-R623 (2007).
- Metz, G. A. S., Dietz, V., Schwab, M. E., Meent, H. vande The effects of unilateral pyramidal tract section on hindlimb motor performance in the rat. Behav Brain Res. 95, 37-46 (1998).
- Metz, G. A. S., Dietz, V., Schwab, M. E., Fouad, K. Efficient testing of motor function in spinal cord injured rats. Brain Res. 883, 165-177 (2000).
- Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Drug-induced rotation intensity in unilateral dopamine-depleted rats is not correlated with end point or qualitative measures of forelimb or hindlimb motor performance. Neuroscience. 111, 325-336 (2002).
- Miklyaeva, E. I., Castaneda, E., Whishaw, I. Q. Skilled reaching deficits in unilateral dopamine-depleted rats: impairments in movement and posture and compensatory adjustments. J Neurosci. 14, 7148-7158 (1994).
- Muir, G. D. Locomotion in The Behavior of the laboratory rat. Whishaw, I. Q., Kolb, B. , Oxford University Press. Oxford. 150-161 (2005).
- Muir, G. D., Whishaw, I. Q. Ground reaction forces in locomoting hemi-parkinsonian rats: a definitive test for impairments and compensations. Exp Brain Res. 126, 307-314 (1999).
- Muir, G. D., Whishaw, I. Q. Red nucleus lesions impair overground locomotion in rats: a kinetic analysis. Eur J Neurosci. 12, 1113-1122 (2000).
- Riek-Burchardt, M., Henrich-Noack, P., Metz, G. A., Reymann, K. G. Detection of chronic sensorimotor impairments in the ladder rung walking task in rats with endothelin-1-induced mild focal ischemia. J Neurosci Methods. 137, 227-233 (2004).
- Ploughman, M., Attwood, Z., White, N., Doré, J. J., Corbett, D. Endurance exercise facilitates relearning of forelimb motor skill after focal ischemia. Eur J Neurosci. 25, 3453-3460 (2007).
- Thallmair, M., Metz, G. A. S., Z'Graggen, W. J., Kartje, G. L., Schwab, M. E. Functional recovery parallels enhanced plasticity of the lesioned adult CNS by antibodies to neurite growth inhibitors. Nature Neurosci. 1, 124-131 (1998).
- Meyenburg, J. von, Brosamle, C., Metz, G. A., Schwab, M. E. Regeneration and sprouting of chronically injured corticospinal tract fibers in adult rats promoted by NT-3 and the mAb IN-1, which neutralizes myelin-associated neurite growth inhibitors. Exp Neurol. 154, 583-594 (1998).
- Whishaw, I. Q., Coles, B. L., Pellis, S. M., Miklyaeva, E. I. Impairments and compensation in mouth and limb use in free feeding after unilateral dopamine depletions in a rat analog of human Parkinson's disease. Behav Brain Res. 84, 167-177 (1997a).
- Whishaw, I. Q., Woodward, N. C., Miklyaeva, E., Pellis, S. M. Analysis of limb use by control rats and unilateral DA-depleted rats in the Montoya staircase test: movements, impairments and compensatory strategies. Behav Brain Res. 89, 167-177 (1997b).
- Whishaw, I. Q., Gorny, B., Sarna, J. Paw and limb use in skilled and spontaneous reaching after pyramidal tract, red nucleus and combined lesions in the rat: behavioral and anatomical dissociations. Behav Brain Res. 93, 167-183 (1998).
- Z'Graggen, W. J., Metz, G. A. S., Kartje, G. L., Schwab, M. E. Functional recovery and enhanced ccrtico-fugal plasticity in the adult rat after unilateral pyramidal tract section and blockade of myelin-associated neurite growth inhibitors. J Neurosci. 18, 4744-4757 (1998).
