Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

الكينماتيكا وتحديد أرضية قوة الرد : A القدرات مظاهرات الحركي تحديد مقدار من الشباب البالغين ، في منتصف العمر والشيخوخة الفئران

Published: February 22, 2011 doi: 10.3791/2138
Automatic Translation
1,2, 3, 3, 4, 3
1CullenWebb Animal Neurology & Ophthalmology Center, Riverview, NB, 2Department of Clinical Neurosciences, Faculty of Medicine, University of Calgary, 3Department of Comparative Biology and Experimental Medicine, University of Calgary, 4Department of Neuroscience, University of Calgary

Summary

تنقل في كثير من الأحيان يتم فحص كنتيجة السلوكية في نماذج مختلفة من الأمراض في مجالات مثل علم الأعصاب وجراحة العظام. هذه الورقة الفيديو تعتزم تصف طريقة لجمع قوى رد فعل الارض والكينماتيكا من الفئران خلال تحرك غير المقيد.

Abstract

السلوك ، في التعريف به على أوسع نطاق ، ويمكن تعريفه على أنه مظهر من العمليات الفسيولوجية السيارات. على هذا النحو ، فإن جميع التصرفات واضح من خلال نظام المحرك. في مجال علم الأعصاب وجراحة العظام ، تحرك هو سلوك شائع تقييمها لمجموعة متنوعة من النماذج المرض. على سبيل المثال ، والانتعاش الحركي بعد صدمة إصابة في الجهاز العصبي هو واحد من السلوكيات الأكثر شيوعا تقييم 1-3. على الرغم من أن يتم تقييم تنقل باستخدام مجموعة متنوعة من القياسات نقطة النهاية (على سبيل المثال اتخذت الوقت لإكمال المهمة الحركي ، الخ) ، والتدابير الحركية نصف كمي (مثل جداول تصنيف ترتيبي (مثل باسو بيتي وBresnahan الحركي (BBB) ​​مقياس التصنيف ، الخ)) ومركب تدابير من السلوك (مثل قوة العضلات والأعصاب سرعة التوصيل ، الخ) ، وحركية فقط (قياسات القوة) والكينماتيكا (قياسات أجزاء الجسم في الفضاء) تقدم وصفا مفصلا للاستراتيجية التي حيوان قادر على locomote 1. وإن لم يكن قياسات جديدة ، والحركية والحركية من القوارض locomoting الآن أكثر سهولة الوصول إليها نظرا لتوافر المعدات المتاحة تجاريا مصممة لهذا الغرض. الأهم من ذلك ، ومع ذلك ، المجربون ضرورة أن تكون على دراية جدا مع تحليلات نظرية النشاط الحيوي وفهم فوائد وقيود من هذه الأشكال من التحليلات قبل الشروع في ما سيصبح دراسة نسبيا كثيفة العمالة. تهدف هذه الورقة إلى وصف طريقة لجمع البيانات الأرضية والحركية قوة للرد باستخدام المعدات المتاحة تجاريا. تفاصيل المعدات والأجهزة مجموعة المتابعة ، وصفها قبل تدريب الحيوانات ، وإدراج معايير الاستبعاد من يدير مقبولة ، وأساليب جمع البيانات. نحن لتوضيح مدى فائدة هذا الأسلوب التحليل السلوكي من خلال وصف الكينماتيكا وحركية من سلالة المطابقة الشباب البالغين ، في منتصف العمر والشيخوخة الفئران.

Protocol

1. المتطلب السابق للتحليلات تحرك النشاط الحيوي

قبل الإقدام على شراء معدات باهظة الثمن التحليل الحركي ، والتخطيط للتجارب ، حيث سيتم تنفيذ الكينماتيكا و / أو الحركية التقييم الحركي ، لا بد أن يكون على دراية مجرب على الجوانب التقنية والعملية للتحاليل النشاط الحيوي ، الحسية السلوك ، تكييف هواء فعال للحيوانات ومعالجة / تخزين / إدارة كميات كبيرة من البيانات الرقمية. ورغم أن هذه الشروط المسبقة يبدو واضحا للكثيرين ، ما هي الا بعد شروعها في هذه الأنواع من التجارب حيث المتدربين ندرك التعقيدات التقنية والعملية لتنفيذ مفصلة نسبيا التحليل الحركي. الكتاب يوصي المجربون الانخراط في دورة التعامل مع الميكانيكا الحيوية التمهيدية ، أن يكون على دراية أو استئجار شخص على دراية بلغة البرمجة اللازمة لإدارة البيانات ، ومتساوية في الأهمية ، وقضاء وقت كبير التفاعل ، والمناولة ، والعمل مع الحيوانات المختبرية. لفهم وتحليل الحسية تنقل التحليل السلوكي في مجال علوم الأعصاب ، ويشار إلى المراجع المجربون هامة عديدة (انظر 1 ، 4-7).

2. الحركية واختبار الجهاز الحركي

ويتألف جهاز اختبار الحركية والحركية ، ومفيدة لجمع البيانات الثنائية ، من العناصر التالية (انظر "جدول الكواشف ومعدات معينة" لمزيد من التفاصيل) :

  • هادئة والحجم بما فيه الكفاية غرفة (وليس بالضرورة الصوت تثبيتهم ، وتقع في منطقة على الرغم من انخفاض حركة المرور)
  • راديو لتوريد الخلفية "الضجيج" للحد من ضوضاء تشتيت من خارج الغرفة للحيوانات
  • شبكي واضحة ، والمغلقة ، شقة على سطح المدرج (180 سم X 20 سم X 60 سم طويلة عالية) مع وجود ثقب مربع (11 سم X 11 سم) يقع داخل مركز المدرج مسافة واحدة من طرفي
  • قطعة من الزجاج plexi (10.5 سم X 10.5 سم)
  • الوجهين شريط لاصق سكوتش
  • 3M شريط لاصق الانعكاسية للعلامات الجلد
  • لكمة ثقب لخلق علامات الجلد
  • Isofluorane آلة التخدير اللازمة للحيوانات التخدير للحلاقة قبل وضع علامات الجلد
  • تشيريوس لتشجيع حركة الحيوان على طول المدرج
  • AMTI HE6X6 forceplate
  • VICON Motus نظام تخصيص (البرمجيات ، الحاسوب ، الخ.)
  • كاميرات الفيديو 4 (لا يقل عن 60 هرتز أخذ العينات) وحوامل الكابلات موصل مع المناسبة
  • 4 مصابيح الهالوجين الكاميرا محمولة على توفر الإضاءة الأمثل لإنارة للموضوع الحيوان وعلامات الجلد العاكسة
  • الإطار المناسب معايرة الحجم أو حجم اللازمة لنظام Motus VICON لمعايرة X ، Y ، Z المواقف إلى تدابير هادفة المسافة

3. تدريب الحيوانات

قبل جمع البيانات ، يجب أن يتم تدريب كل حيوان لعبور سطح مستو ، المدرج المغلقة. لدى استقباله الفئران من تجار الحيوانات المناسبة ، ينبغي تأقلم الحيوانات إلى وطنهم الجديد لمدة 1 أسبوع. خلال هذا الوقت تأقلم ، وضعت عدة تشيريوس اليومية في قفص فأر. الحيوانات الغذاء يقتصر على الاحتياجات من الطاقة الصيانة لمنع السمنة والدافع لضمان تنفيذ هذه المهمة. بعد ذلك ، تتم معالجة كل حيوان من قبل المجرب لمدة 10-15 دقيقة يوميا لمدة 1 أسبوع. خلال هذه الفترة الزمنية نفسها ، يتم وضع كل حيوان في المدرج مع تشيريوس يقع إما في نهاية المطاف. بمجرد أن يصبح مألوفا الحيوانات مع بيئتها ، وسوف يبدأون أكل تشيريوس. مرة واحدة هذا الحيوان هو مريح وتشيريوس الأكل داخل المدرج ، ثم يجب أن المجرب حالة operantly الحيوان لتشغيل طول المدرج لمكافأة الغذاء. ويتم تحقيق هذا عن طريق القذف ¼ داعا إلى الطرف الآخر من المدرج حيث يتم وضع الفئران. مرة واحدة في هذه الفئران يأكل داعا ، وداعا آخر يوضع ¼ في الطرف الآخر من الممر. يتم ذلك لمدة 15-20 دقيقة يوميا حتى الجرذان باستمرار (> 90 ٪ من قذفات) يتحرك على طول المدرج في سرعة ثابتة (أي من دون بداية ، وقف ، واستكشاف ، أو دون تغيير مشية) لأكل داعا دون الراكض / المحيط . يجب على الفئران إلا أن يكون توظيف مشية الخب. ويمكن تكييف أكثر من الحيوانات في هذه المهمة سيؤدي إلى تسارع والحيوانات إحاطة هذه المشيات تدل على الحيوانات السفر> 90 سم / ثانية. المحيط والراكض المشيات ، biomechanically ، هي أكثر صعوبة في تفسير لمجموعة متنوعة من الأسباب (مثل معايير إدراج الساق الرصاص ، الخ). في تجربتنا ، مرة واحدة الفئران توظف باستمرار الراكض أو إحاطة المشيات ، فمن الصعب ، إن لم يكن من المستحيل أن يكون لهم استخدام مشية الخب بينما locomoting في المدرج. نادرا ما تظهر سرعات> 90 سم / ثانية بعد حيوان عانت من اصابة في الطرفية أو الجهاز العصبي المركزي. الوقت للتوصل إلى التدريب الناجح هو فاريابلي بين الجنسين وسلالات من الفئران. ويستار ، لويس ، لونغ إيفانس ، وسلالات سبراغ داولي قادرون على اجتياز الممر باستمرار في حدود 2 أسابيع من بداية التدريب 8. في تجربتنا ، وفيشر (F - 344) الفئران تميل إلى أن تأخذ صعودا من 4-6 أسابيع لتعلم هذه المهمة 8.

4. موقف مشترك وسم

Forelimb تحليل الحركية لا يمكن الاعتماد عليها بسبب القطع الأثرية التي تفرضها حركة الجلد وضع علامات على الجلد الأمامية التي تزداد تفاقما في الأنواع ، مثل الفئران ، والتي لديها موقف جاثم 9. بدلا من ذلك ، يجب أن يتحقق من الكينماتيكا الأمامية باستخدام الأشعة السينية أو السينمائي فلووروسكبي 10-13. يوصف فقط ، مثل هند أطرافهم علامة موقف مشترك التنسيب هنا.

قبل جمع البيانات ، ويجب أن يكون كل فأر تخدير 24 ساعة على الأقل قبل جمع البيانات باستخدام التخدير المناسبة الاستنشاق (مثل isofluorane ، 1،5-2 ٪ على طلبه vaporizor الدقة) وتدار في الأكسجين عبر قناع الوجه ، والتشريحية الطبوغرافية الأساسية يجب أن تكون وضعت المعالم. نظرا لقصر فترة الإجراءات ، وبسبب عدم استخدام وكلاء طويل المفعول المخدر ، واستخدام الجهاز الاحترار حيوان ليس من الضروري أن تستخدم للحفاظ على درجة حرارة الجسم الحيوان. مرة واحدة في تخدير الحيوان ، وأطرافه الخلفية وظهر ، وعلى مستوى القمم الحرقفي وحليق. ثم يتم وضع الحيوان في الاستلقاء القصية وتوضع hindlimbs في وضع الوقوف بالتقريب باستخدام رغوة شركة التعبئة لدعم ذلك. الجلد المغطي للأجزاء الجمجمة ، معظم القمم الحرقفي ، يتم وضع علامة على المدور الكبير لعظم الفخذ والظنبوب الأحدوبة الوحشية ، الرصغي المشتركة ، والجانب القاصي والجانبية من مشط القدم ال 5 مع علامة دائمة وغير سامة. يتم استرداد الحيوان من التخدير. للدراسات الزمنية ، قد تكون هناك حاجة إلى تخدير الدوري حلق hindlimbs بالتالي السماح لاحقة التنسيب علامة عاكسة (أنظر أدناه). كما سيتم تسليط الضوء اليومية المطلوبة من معالم التشريحية ملحوظ من قبل (باستخدام نفس علامة غير سامة) والفئران سيزيل علامات ببطء من خلال السلوك الطبيعي الاستمالة.

5. تسجيل البيانات

ويتم فحص جميع وجهات النظر الكاميرا للتأكد من أن موقفهم هو مناسبة والاستيلاء على حقل نفس الرأي. يجب وضع كل كاميرا في حوالي 60-80 درجة إلى بعضها البعض. ينبغي أن مجال الرؤية تشمل forceplate في الوسط وعلى طول المدرج كافية لاعتقال اثنين من خطوات.

يتم وضع حجم المعايرة داخل منطقة محددة مسبقا من المدرج. تم التقاطها في إطار واحد من حجم المعايرة داخل المدرج ، من كل من الكاميرات. وجميع علامات رقمية محسوبة على طول كل من القطبين. مرة واحدة فقط ويتم إنجاز خطأ مرضية في رقمنة ، ويمكن المضي قدما المجرب لجمع البيانات الحركي. معايرة هذه الخطوة حاسمة قبل جمع البيانات. إذا لم يتم تنفيذ المعايرة بدقة ، أو إذا المعايرة لا تحدث مباشرة قبل جلسة تسجيل ، وجميع البيانات الناتجة تكون غير دقيقة وغير قابلة للاستخدام. الأهم من ذلك ، إذا ما لمست أي من الكاميرات أو نقله ، فمن الأسلم أن نفترض أن معايرة النظام يحتاج إلى تكرار.

وانضمت على الفور قبل وضع الحيوانات في المدرج ، ويسجل وزنه وقبل صنع المخروطية علامات الجلد العاكسة (باستخدام 3M الشريط العاكس ، انظر الجدول) لعلامات محددة سلفا ورأى يتم على المعالم الطوبوغرافية أطرافه الخلفية. وتسجيل وزن الحيوان تصريح التطبيع الاستعادي للقوات رد فعل الارض لوزن الجسم -- جانبا مهما إذا كان أحد يرغب في إجراء مقارنات بين المجموعات. بالإضافة إلى ذلك ، هيئة قياس الوزن يسهل رصد صحة الحيوان بشكل عام لمدة التجربة. موضع علامة يتطلب سوى التعامل مع الحيوانات ومناسبة لا تتطلب تخدير الحيوان. إذا كان لاصق على الشريط العاكس غير كافية للانضمام للجلد الحيوان ، ويمكن استخدام كمية صغيرة جدا من غير سامة الغراء (مثل نسيج لاصق VetBond 3M) لتسهيل انضمام علامة على جسم الحيوان. حالما يتم وضع علامات على hindlimbs ، ينبغي وضعه المجرب مريح بالقرب من لوحة المفاتيح للكمبيوتر ويكون في يد العلامة المرفقة الحدث من خلال نظام Motus VICON. معايرتها باستخدام ملف كقالب ، يتم إجراء العديد من الملفات في وقت مبكر من التسجيل. عادة ، من 25 إلى 30 صورة حاجة ليتم حفظها. وينبغي أن يدعى كل ملف فريد. وسوف تمثل واحدة لكل ملف تسجيل تشغيل الحيوان يجري تسجيلها. هناك حاجة لخمسة وعشرين 30 صورة للتأكد من أن يتم جمع عدد كاف من يدير الجلسة سرعة المعيار إدراج (أي 60-90 سم / ثانية). بعد أن يتم إنشاء عدد كاف من الملفات يمكن المجرب تبدأ بجمع البيانات. هيجب xperimenter موجه الفأر إلى داخل المكوك على المدرج قبل رمي قطعة من ربع تشيريوس إما في نهاية المدرج. التنسيق الدقيق مع والتوقيت ، ويتم تشغيل الحدث علامة على بدء وقبيل الانتهاء من استكمال الفئران بنجاح تمريرة على طول المدرج. بعد الاطلاع على رد فعل الارض الخام تتبع القوة ، وبعد تسجيل ما إذا كان اليسار أو اليمين أطرافه ضرب القوة لوحة ، يتم حفظ الملف ومغلقة. وينبغي تسجيل أعداد متساوية من اليمين واليسار يضرب forceplate أطرافهم. يتم تكرار عملية تسجيل البيانات من تشغيل معين حتى سجلت أعداد كافية من تشغيله.

6. تحليل البيانات

عند الانتهاء من جمع البيانات اللازمة لالكينماتيكا وقوات رد فعل الارض ، ولكل من تشغيل كل حيوان من الضروري إجراء تقييم للسرعة. باستخدام اثنين من علامات ثابتة نسبيا (مثلا من أجنحة iliums) يمكن للمرء أن يقيم نقطة الظاهري بين علامات (فعل عندما قبل إنشاء ملف Motus VICON قالب). قبل حساب سرعة هذه النقطة "افتراضية" ، يجب أن تكون علامات رقمية للعلامات الحرقفي. VICON motus باستخدام البرمجيات ، وسرعة هذه النقطة في الاتجاه الظاهري - X (الاتجاه الأفقي للحركة) هو محسوب. في القيام بذلك ، يعمل فقط ضمن نطاق معين بسرعة (تحدد مسبقا) وتستخدم في التحليلات النهائية. نجد أن الحيوانات تتحرك بين 60-90 سم / ثانية تستخدم متسقة المشيات الخب. ولا بد من حد أدنى من 10 أشواط (5 يعمل فيها الطرف الأيسر يجعل الاتصال مع منصة القوة ويعمل فيها 5 أطرافهم الحق يجعل الاتصال مع منصة القوة). حالما يتم التعرف على تشغيل مقبولة لكل حيوان ، يجب أن يتم الانتهاء من الرقمنة علامات الجلد المتبقية.

للتعويض عن قطعة أثرية حركة الجلد فوق الركبة ، ويحسب تقدير الموقف في الركبة باستخدام التثليث (تقاطع بين دائرتين الكينماتيكا 2D ، أو تقاطع بين 2 مجالات الكينماتيكا 3D) ، تم كما هو موضح سابقا. ويمكن الآن الزوايا مفصل الورك والركبة والعرقوب ، السرعات ، والتسارع يتم تحديدها. ويمكن أيضا موقف والبديل قيمت الأوقات ، على الرغم من دقتها محدودة استنادا إلى سرعة أخذ العينات من الكاميرات التي تستخدمها. ويمكن تنفيذ هذه العمليات الحسابية وغيرها مباشرة (أي من دون تصدير) باستخدام البرمجيات VICON KineCalc Motus ، أو يمكن تصدير البيانات إلى بيانات ASCII وتحليلها باستخدام إجراءات تخصيص في مجال البرمجيات مثل MATLAB.

وتقاس قوة رد فعل الارض البيانات وتضخيمها من قبل قوة منصة AMTI وجمعت في 1200 بواسطة هرتز Motus VICON. على هذا النحو ، حالما يتم جمع البيانات رد فعل القوات البرية ، يتم تطبيق مناسب لتصفية الرقمية للبيانات باستخدام Motus VICON. نظرا لأن المجرب وقد حددت بالفعل سرعة السفر ويدير مقبول بعد تحديد رقمية يمكن تحليل علامات الجلد ملائم ، بيانات الأرض قوة الرد التي تم تجميعها في وقت واحد حيث أن البيانات الحركية ، وذلك باستخدام VICON Motus KineCalc مباشرة أو غير مباشرة باستخدام بعض البرامج الأخرى للتخصيص الروتينية. مجموعة متنوعة من المتغيرات بالنسبة للقوات ، في كل من الاتجاهات الثلاثة المتعامدة ، ويمكن حسابها. هذه المتغيرات تتضمن استخدام القوة الذروة ، اوند منطقة منحنى (أي دفعة) ، والأهم من ذلك ، ولكن ، يجب الاحتفاظ بالبيانات المجرب طرف اليمين واليسار في كل شوط من كل حيوان منفصلة. وبلغ متوسط ​​البيانات المستخرجة من أطرافه اليمنى أو اليسرى لكل حيوان وتستخدم البيانات ممثل لهذا الحيوان. ثم يتم تحليل البيانات الإحصائية باستخدام الإجراءات المناسبة.

7. ممثل النتائج

تمثل فائدة هذا النوع من التحليل الحركي ، كانوا مصممين الكينماتيكا وقوات رد فعل الارض للشباب ، في منتصف العمر والشيخوخة إناث فئران ويستار. من هذا التحليل ، تم العثور على الخلافات المتعلقة بالعمر بالنسبة للفئران ويستار الإناث. على وجه الخصوص ، وتحليل قوة رد فعل الارض يوضح أن الفئران التي خفضت الشيخوخة forelimb قدرة الكبح ، وتميل إلى استخدام أكثر من hindlimbs الوحشي للاستقرار مقارنة مع المجموعات الأخرى من الحيوانات (الشكل 1). ولم تحليل حركية لم تكشف عن أي فروق ذات دلالة إحصائية بين كل مجموعة ، على الرغم من أن يوضح الكينماتيكا يمكن تسجيلها بسهولة من أي عمر تقريبا من الفئران (الشكل 2).

الشكل 1
الشكل 1 التتبع الأرضي اتخذت قوة رد فعل من أطرافه اليسرى من الشباب (4 شهور من العمر ، ن = 7) ، في منتصف العمر (13-14 شهرا من العمر ، ن = 7) ، والمسنين (24 شهرا من العمر ، ن = 5) إناث فئران ويستار. وكانت أطرافه حق مماثل. فمن الواضح تماما أن الفئران الشيخوخة استخدام الأمامية من أقل لالكبح (* = P <0.05) بالمقارنة مع الفئران من الشباب ومتوسطي العمر والمسنين الفئران تميل إلى استخدام hindlimbs بصورة أكثر لتحقيق الاستقرار الجانبي مقارنة صغار الفئران (**). خطوط متصلة تمثل يعني ، تمثل الخطوط المنقطة يعني SE + ؛ متقطعالخطوط تمثل يعني SE. الرجاء النقر هنا لرؤية أكبر الشكل.

الشكل 2
الشكل 2. عصا الارقام الحركية للطرف الأيسر من صغار الفئران ، في منتصف العمر والشيخوخة. عصا الارقام تمثل الحركة يعني في الطرف الأيسر لكل مجموعة من المجموعات. لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية بين مجموعات من الحيوانات لزاوية المشترك خلال دورة الخطوة. الرجاء النقر هنا لرؤية أكبر الشكل.

Discussion

هذه الورقة توفر منهجية لتقييم تنقل باستخدام الحركيات الكمية المستمر وتحديد قوة رد فعل الارض. المهم لكل مهتم في الإقدام على هذه المنهجية هي خلفية قوية في الميكانيكا الحيوية للتنقل والحيوانية الحسية السلوك ، وإدارة البيانات والتلاعب. على الرغم من الحركية والأرض تقرير قوة رد الفعل يتطلب وقتا إضافيا والخبرات ، وبالمقارنة مع بعض الأشكال الأخرى للتحليل الحركي (تدابير نقطة النهاية على سبيل المثال ، جداول تصنيف ترتيبي) ، والبيانات التي تم الحصول عليها حساس وموضوعي وكمي لمجموعة متنوعة من العظام والعصبية 14-22 1-3 ، 23-32 نماذج من المرض ، في مجموعة متنوعة من الأنواع.

قدمنا ​​البيانات التي توضح الاختلافات في تنقل بين مختلف الأعمار من سلالة فئران المعلومات المتطابقة التي لا يمكن استخلاصها باستخدام تدابير بسيطة وأقل حساسية. كذلك ، تم استخدام تحليل حركية والحركية للتنقل في وصف التعديلات الحركي في مجموعة متنوعة من الظروف الجهاز العصبي حيث غيرها من أشكال التقييم لن تكون ناجحة 8 ، 23-25 ​​، 27 واستخدام تدابير خاصة الحساسة يصبح من المهم عند تقييم احتمال therapeutants لنماذج مختلفة من المرض. إذا كان الاختبار ليست حساسة بما يكفي لتمييز تأثير محتمل لtherapeutant المجرب يخاطر بارتكاب خطأ الإحصائية النوع الثاني (أي الختامية أنه لا يوجد تأثير للعلاج بينما في الواقع كان هناك أثر). علاوة على ذلك ، لأن التدابير الشاملة ومزيد من التجارب الذاتية التي تقيم الحركة ، يوجد احتمال التحيز. تقييم الحركية والحركية موضوعي بحت في ذلك ، شريطة أن يتم إجراء المناسبة الإدراج / الاستبعاد المعيار بداهة ، المجرب بجمع ببساطة ، ويدرس ويطبق الإحصائيات الملائمة للبيانات (أي لا يوجد أي عنصر ذاتي في تقرير البيانات).

تحليل حركية والحركية يوفر أيضا القدرة على أن تستخدم للعديد من الأنواع. في الواقع ، استخدمت الكينماتيكا ، وتحديد قوة رد فعل الارض ، أو كليهما في مجموعة متنوعة من الأنواع مثل الأفيال 33-35 ، 36 الماشية والخيول 37-40 ، وكلاب 4 ، 41-45 ، والقطط 21 ، 46-49 ، ومختلف القوارض 3 ، 8 ، 50 ، 51 ، والطيور ، 4 ، 52-55 ، والأسماك 56 ، 57 (هذه القائمة ليست بأي حال شاملة). في تجربة المؤلفين ، ومع ذلك ، فإن استخدام الفئران إشكالية بالنظر إلى أن الفئران ليست سهلة لحالة operantly للسفر على طول المدرج. ونظرا لهذا ، فإن الفئران لا تسافر بسرعة ثابتة نسبيا ، وبدلا من تسريع وإبطاء ، عندما تعبر المدرج. هذا السلوك يمكن أن يحتمل ، في جزء منه ، يمكن التغلب عليها عن طريق تشغيل الفئران في حلقة مفرغة ، و 58 لتسجيل الفيديو locomoting الحيوانية على مفرغه. إذا كان جهاز تجريبي لتحديد قوة رد فعل الارض والتي يمكن تعديلها للاستخدام في حلقة مفرغة ، وتحديد قوة رد فعل الارض من المرجح أن يكون فقط الحصول عليها بسهولة لقوة الرد العمودي الأرض مثل حزام مفرغه لن تتداخل مع تباشير الخلف وميديو - الوحشي عزم القوة.

تماما ، وتحليل حركية والحركية للتحرك هو وسيلة موثوق بها ، والحساسة ، والموضوعية التي يمكن استخدامها لنماذج مختلفة من الشروط العظام والعصبية. وعلاوة على ذلك ، أصبحت جميع المعدات متوفرة للاستخدام في القوارض ، ويلغي بذلك لأي سبب من الأسباب ذات الصلة للا يؤدون هذا النوع من التحليل السلوكي الحسية.

Disclosures

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgments

وأيد هذا البحث من خلال منحة لاكتشاف AAW من العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Low load miniature force platform AMTI HE6X6 http://amti.biz/PDFDownloads/0908HE6x6.pdf
Vicon Motus Vicon Vicon Motus software http://www.vicon.com/applications/animal.html

The force platform can be purchased as an integrated package with the Vicon Motus system.
Vicon Motus KineCalc Vicon Vicon Motus KineCalc software http://www.vicon.com/applications/animal.html

Proprietary software compatible with Vicon Motus data, thus enabling direct and customizable data calculations.
Video Cameras Vicon Varies depending upon needs http://www.vicon.com/applications/animal.html

A minimum of 4 cameras are required for bilateral 2D or 3D imaging of hindlimb kinematics during rat locomotion. Cameras that sample at 60 Hz are sufficient for rats locomoting between 60 and 90 cm/s. High speed cameras will permit identification of very small, yet possibly important, differences in interlimb coordination.
Calibration volume or frame Vicon Custom http://www.vicon.com/applications/animal.html

An appropriate calibration volume must be purchased and used for calibrating the coordinates prior to performing videography each and every time of new data collection or if any of the cameras are moved. This dimensions of this calibration volume are based upon the field of view being examined.
Reflective tape 3M NA Can be purchased bulk through a 3M distributor or on an as-needed basis from VICON
http://solutions.3m.com/en_US/?WT.mc_id=www.3m.com/us

http://www.vicon.com/applications/animal.html
Cheerios General Mills Cheerios http://www.cheerios.com/
Tissue adhesive 3M Can be purchased through a 3M distributor
http://solutions.3m.com/en_US/?WT.mc_id=www.3m.com/us

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Muir, G. D., Webb, A. A. Mini-review: assessment of behavioral recovery following spinal cord injury in rats. Eur. J. Neurosci. 12, 3079-3086 (2000).
  2. Costa, L. M. Chapter 7: Methods and protocols in peripheral nerve regeneration experimental research: part IV-kinematic gait analysis to quantify peripheral nerve regeneration in the rat. Int. Rev. Neurobiol. 87, 127-139 (2009).
  3. Webb, A. A., Muir, G. D. Sensorimotor behavior following incomplete cervical spinal cord injury in the rat. Behav. Brain Res. 165, 147-159 (2005).
  4. Cavagna, G. A., Heglund, N. C., Taylor, C. R. Mechanical work in terrestrial locomotion: two basic mechanisms for minimizing energy expenditure. Am. J. Physiol. 233, R243-R261 (1977).
  5. Biomechanics of the Musculo-skeletal System. Nigg, B. M., Herzog, W. , Wiley. New York, NY. (2007).
  6. Equine Locomotion. Back, W., Clayton, H. , W.B. Saunders. (2000).
  7. Alexander, R. M. Principles of Animal Locomotion. , Princeton University Press. Princeton, NJ. (2002).
  8. Webb, A. A., Gowribai, K., Muir, G. D. Fischer (F-344) rats have different morphology, sensorimotor and locomotor abilities compared to Lewis, Long-Evans, Sprague-Dawley and Wistar rats. Behav. Brain Res. 144, 143-156 (2003).
  9. Bauman, J. M., Chang, Y. H. High-speed X-ray video demonstrates significant skin movement errors with standard optical kinematics during rat locomotion. J. Neurosci. Methods. 186, 18-24 (2010).
  10. Boczek-Funcke, A. X-ray kinematic analysis of forelimb movements during target reaching and food taking in the cat. Eur. J. Neurosci. 12, 1817-1826 (2000).
  11. Boczek-Funcke, A., Kuhtz-Buschbeck, J. P., Illert, M. X-ray kinematic analysis of shoulder movements during target reaching and food taking in the cat. Eur. J. Neurosci. 11, 986-996 (1999).
  12. Boczek-Funcke, A. X-ray kinematography as a tool for investigations of distal limb movements of the cat. J. Neurosci. Methods. 52, 11-16 (1994).
  13. Alaverdashvili, M. Cineradiographic (video X-ray) analysis of skilled reaching in a single pellet reaching task provides insight into relative contribution of body, head, oral, and forelimb movement in rats. Behav. Brain Res. 192, 232-247 (2008).
  14. Sarver, J. J. Transient decreases in forelimb gait and ground reaction forces following rotator cuff injury and repair in a rat model. J. Biomech. 43, 778-782 (2010).
  15. Klaveren, N. J. van Force plate analysis before and after dorsal decompression for treatment of degenerative lumbosacral stenosis in dogs. Vet. Surg. 34, 450-456 (2005).
  16. Robinson, D. A. The effect of tibial plateau angle on ground reaction forces 4-17 months after tibial plateau leveling osteotomy in Labrador Retrievers. Vet. Surg. 35, 294-299 (2006).
  17. Conzemius, M. G. Effect of surgical technique on limb function after surgery for rupture of the cranial cruciate ligament in dogs. J. Am. Vet. Med. Assoc. 226, 232-236 (2005).
  18. Marsolais, G. S. Kinematic analysis of the hind limb during swimming and walking in healthy dogs and dogs with surgically corrected cranial cruciate ligament rupture. J. Am. Vet. Med. Assoc. 222, 739-743 (2003).
  19. Budsberg, S. C. Force plate analyses before and after stabilization of canine stifles for cruciate injury. Am. J. Vet. Res. 49, 1522-1524 (1988).
  20. Budsberg, S. C. Prospective evaluation of ground reaction forces in dogs undergoing unilateral total hip replacement. Am. J. Vet. Res. 57, 1781-1785 (1996).
  21. Romans, C. W. Use of pressure platform gait analysis in cats with and without bilateral onychectomy. Am. J. Vet. Res. 65, 1276-1278 (2004).
  22. Roush, J. K. Evaluation of the effects of dietary supplementation with fish oil omega-3 fatty acids on weight bearing in dogs with osteoarthritis. J. Am. Vet. Med. Assoc. 236, 67-73 (2010).
  23. Kemp, S. W. P. Behavioral and anatomical analysis of selective tibial nerve branch transfer to the deep peroneal nerve in the rat. Eur. J. Neurosci. 31, 1074-1090 (2010).
  24. Muir, G. D. Dorsolateral cervical spinal injury differentially affects forelimb and hindlimb action in rats. Eur. J. Neurosci. 25, 1501-1510 (2007).
  25. Webb, A. A., Muir, G. D. Course of motor recovery following ventrolateral spinal cord injury in the rat. Behav. Brain Res. 155, 55-65 (2004).
  26. Webb, A. A., Muir, G. D. Unilateral dorsal column and rubrospinal tract injuries affect overground locomotion in the unrestrained rat. Eur. J. Neurosci. 18, 412-422 (2003).
  27. Webb, A. A., Muir, G. D. Compensatory locomotor adjustments of rats with cervical or thoracic spinal cord hemisections. J. Neurotrauma. 19, 239-256 (2002).
  28. Miklyaeva, E. I. The ground reaction forces of postural adjustments during skilled reaching in unilateral dopamine-depleted hemiparkinson rats. Behav. Brain Res. 88, 143-152 (1997).
  29. Muir, G. D., Whishaw, I. Q. Red nucleus lesions impair overground locomotion in rats: a kinetic analysis. Eur. J. Neurosci. 12, 1113-1122 (2000).
  30. Muir, G. D., Whishaw, I. Q. Complete locomotor recovery following corticospinal tract lesions: measurement of ground reaction forces during overground locomotion in rats. Behav. Brain Res. 103, 45-53 (1999).
  31. 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).
  32. Muir, G. D., Steeves, J. D. Phasic cutaneous input facilitates locomotor recovery after incomplete spinal injury in the chick. J. Neurophysiol. 74, 358-368 (1995).
  33. Genin, J. J. Biomechanics of locomotion in Asian elephants. J. Exp. Biol. 213, 694-706 (2010).
  34. Ren, L. The movements of limb segments and joints during locomotion in African and Asian elephants. J. Exp. Biol. 211, 2735-2751 (2008).
  35. Hutchinson, J. R. The locomotor kinematics of Asian and African elephants: changes with speed and size. J. Exp. Biol. 209, 3812-3827 (2006).
  36. Tol, P. P. vander The vertical ground reaction force and the pressure distribution on the claws of dairy cows while walking on a flat substrate. J. Dairy Sci. 86, 2875-2883 (2003).
  37. Nauwelaerts, S., Clayton, H. M. Trunk deformation in the trotting horse. Equine Vet. J. 41, 203-206 (2009).
  38. Wickler, S. J. Energetic and kinematic consequences of weighting the distal limb. Equine Vet. J. 36, 772-777 (2004).
  39. Biknevicius, A. R., Mullineaux, D. R., Clayton, H. M. Ground reaction forces and limb function in tolting Icelandic horses. Equine Vet. J. 36, 743-747 (2004).
  40. Clayton, H. M. Instrumentation and techniques in locomotion and lameness. Vet. Clin. North Am. Equine Pract. 12, 337-350 (1996).
  41. Walter, R. M., Carrier, D. R. Rapid acceleration in dogs: ground forces and body posture dynamics. J. Exp. Biol. 212, 1930-1939 (2009).
  42. Lister, S. A. Ground reaction force analysis of unilateral coxofemoral denervation for the treatment of canine hip dysplasia. Vet. Comp Orthop. Traumatol. 22, 137-141 (2009).
  43. Williams, S. B. Exploring the mechanical basis for acceleration: pelvic limb locomotor function during accelerations in racing greyhounds (Canis familiaris. J. Exp. Biol. 212, 550-565 (2009).
  44. Gillette, R. L., Angle, T. C. Recent developments in canine locomotor analysis: a review. Vet. J. 178, 165-176 (2008).
  45. Jayes, A. S., Alexander, R. M. Mechanics of locomotion of dogs (Canis familiaris) and sheep (Ovis aries). J. Zool. 185 Pt 3, 289-308 (1978).
  46. Frigon, A. Asymmetric changes in cutaneous reflexes after a partial spinal lesion and retention following spinalization during locomotion in the cat. J. Neurophysiol. 102, 2667-2680 (2009).
  47. Vilensky, J. A., Cook, J. A. Do quadrupeds require a change in trunk posture to walk backward. J. Biomech. 33, 911-916 (2000).
  48. Belanger, M. A comparison of treadmill locomotion in adult cats before and after spinal transection. J. Neurophysiol. 76, 471-491 (1996).
  49. Belanger, M., Drew, T., Rossignol, S. Spinal locomotion: a comparison of the kinematics and the electromyographic activity in the same animal before and after spinalization. Acta Biol. Hung. 39, 151-154 (1988).
  50. Fischer, M. S. Basic limb kinematics of small therian mammals. J. Exp. Biol. 205, 1315-1338 (2002).
  51. Witte, H. Torque patterns of the limbs of small therian mammals during locomotion on flat ground. J. Exp. Biol. 205, 1339-1353 (2002).
  52. Muir, G. D., Gowri, K. S. Role of motor and visual experience during development of bipedal locomotion in chicks. J. Neurophysiol. 94, 3691-3697 (2005).
  53. Muir, G. D. Locomotor plasticity after spinal injury in the chick. J. Neurotrauma. 16, 705-711 (1999).
  54. Reiter, K., Bessei, W. Gait analysis in laying hens and broilers with and without leg disorders. Equine Vet. J. Suppl. , 110-112 (1997).
  55. Griffin, T. M., Kram, R. Penguin waddling is not wasteful. Nature. 408, 929-929 (2000).
  56. Donley, J. M. Convergent evolution in mechanical design of lamnid sharks and tunas. Nature. 429, 61-65 (2004).
  57. Katz, S. L., Syme, D. A., Shadwick, R. E. High-speed swimming. Enhanced power in yellowfin tuna. Nature. 410, 770-771 (2001).
  58. Leblond, H. Treadmill locomotion in the intact and spinal mouse. J. Neurosci. 23, 11411-11419 (2003).

Tags

علم الأعصاب ، العدد 48 ، الحركة ، حركية ، الكينماتيكا ، والشيخوخة
الكينماتيكا وتحديد أرضية قوة الرد : A القدرات مظاهرات الحركي تحديد مقدار من الشباب البالغين ، في منتصف العمر والشيخوخة الفئران
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Webb, A. A., Kerr, B., Neville, T.,… More

Webb, A. A., Kerr, B., Neville, T., Ngan, S., Assem, H. Kinematics and Ground Reaction Force Determination: A Demonstration Quantifying Locomotor Abilities of Young Adult, Middle-aged, and Geriatric Rats. J. Vis. Exp. (48), e2138, doi:10.3791/2138 (2011).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter