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Behavior

Ausgleichs Gliedmaßen Bedingungen und Verhaltens Bewertung der Motorik Learning Nach sensomotorischen Kortex Verletzung in einem Maus-Modell der ischämischen Schlaganfall

doi: 10.3791/51602 Published: July 10, 2014

Abstract

Mausmodelle werden immer beliebter auf dem Gebiet der Verhaltensneurowissenschaften und insbesondere in Studien der experimentellen Schlaganfall. Als Modelle voraus, ist es wichtig, sensible spezifisch auf die Maus Verhaltensmaßnahmen zu entwickeln. Das vorliegende Protokoll beschreibt eine qualifizierte motorische Aufgabe für den Einsatz in Maus-Modellen der Schlaganfall. Die Pasta Matrix Erreichen Task-Funktionen als vielseitige und empfindliche Verhaltenstest, die Experimentatoren erlaubt, um genaue Ergebnisse zu manipulieren, Daten zu sammeln und Glied Einsatz der menschlichen klinischen Erscheinungen einschließlich Kompensationsstrategien (dh gelernt Nichtnutzung) und konzentrierte sich rehabilitative Trainings imitieren. Wenn mit neuroanatomischen Tools kombiniert, ermöglicht diese Aufgabe auch Forscher, die Mechanismen, die Verhaltenswiederherstellung der Funktion (oder deren Fehlen) unterstützt nach einem Schlaganfall zu erkunden. Die Aufgabe ist einfach und erschwinglich einzurichten und Verhalten, bietet eine Vielzahl von Trainings-und Testmöglichkeiten für zahlreiche Forschungsfragen betreffend functional Ergebnis nach Verletzungen. Obwohl die Aufgabe hat zu Mausmodellen des Schlaganfalls angewandt wurde, kann es auch von Vorteil in Studien der funktionellen Ergebnisse in anderen oberen Extremität Verletzungen Modelle.

Introduction

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Mausmodelle haben sich für experimentelle Schlaganfallforschung zum Teil aufgrund ihrer Bequemlichkeit und Erschwinglichkeit, sowie die Verfügbarkeit von transgenen Linien, die sich für in-vivo-Bildgebung unter anderen Anwendungen werden immer beliebter. Damit erhöhte Popularität in experimentellen Modellen, die Interesse an der Entwicklung empfindlicher Verhaltens Einschätzungen funktionelle Ergebnis nach Verletzungen hat zugenommen 7.1. Die Entwicklung der Tiertrainingsprotokolle, die sowohl Rehabilitation und Kompensationsstrategien von menschlichen Schlaganfall Überlebenden verwendet imitieren verbessert die Fähigkeit, erfolgreich zu übersetzen Ergebnisse aus tierexperimentellen Studien in der Klinik 8 verwenden. Motorische Fähigkeiten Training auf der Pasta Matrix Erreichen Aufgabe (PMRT) zuvor als empfindliche Verhaltens Beurteilung der motorischen Ergebnis nach ischämischen Insult des sensomotorischen Kortex 3 etabliert.

Eines der primären Interesses in der Schlaganfall-Rehabilitation und Forschung betrifft die Entwicklung und das Verständnis von Verhaltensstrategien, die eine verbesserte Wiederherstellung der Funktion zu fördern folgenden Beleidigung. Derzeit führen Rehabilitationsstrategien beim Menschen zu einer unvollständigen Recovery-8. Darüber hinaus müssen Rehabilitationstherapeuten Kompensationsstrategien, die einen Schlaganfall überleben während der Wiederherstellung zu entwickeln, die ihre Fähigkeit, voll wieder in Abhängigkeit von ihrer betroffenen Extremität (en) untergraben könnten bekämpfen. Zum Beispiel, nach einer einseitigen Schlaganfall, der Funktion der oberen Extremitäten betroffen sind, sind in der Regel Menschen, ein Vertrauen auf ihre weniger betroffen Schenkel 9, 10 zu entwickeln. Während die Verbesserung der Fähigkeit einer Person, um die kurzfristig funktionieren, gelernt Nichtnutzung der betroffenen Extremität kann seine ultimative Erholungspotenzial behindern, wie in Tiermodellen gezeigt, 11-13. Diese Ergebnisse bei Tieren haben dazu beigetragen, die Entwicklung und den Einsatz von Zwang-induzierten Bewegungstherapie beim Menschen 14 zu informieren. Tiermodelle sind beneficial für die Verbesserung der Sanierungsstrategien, indem die Forscher die neurobiologischen Mechanismen, die dienstbar zu erforschen und zu fördern Wiederherstellung der Funktion. Abgesehen davon, dass eine effektive Verhaltens Beurteilung der Post-Takt-Funktion hat die PMRT als effektive rehabilitative Strategie, verbesserte funktionelle Ergebnis nach Schlaganfall 15 sensomotorischen Förderung etabliert. Die PMRT kann auch verwendet werden, um effektiv zu imitieren gelernt Nichtnutzung der betroffenen Extremität und bieten Einblick in die Verhaltensänderungen, die funktionelle Wiederherstellung zu verbessern, kann trotz anfänglicher übermäßige Abhängigkeit von den weniger betroffenen Extremität 13.

Der Bau der PMRT zuvor 3 beschrieben. Kurz gesagt, wird das Erreichen von vier Plexiglaskammer Wände (20 cm hoch, 15 cm lang und 8,5 cm breit) mit einem offenen Ober-und Unterseite besteht. Es ist ein Mittelschlitz (13 cm hoch und 5 mm breit), der sich von dem Unterteil der Vorderwand der Kammer dient, dienach Erreichen Öffnung (1A). Die Pasta-Matrix ist ein Hochleistungs-Kunststoffblock (8,5 cm lang, 5 cm breit und 1,5 cm hoch) mit 1 mm Durchmesser Löcher vollständig durch die Tiefe des Blocks gebohrt. Es gibt insgesamt 260 Löcher, beginnend 2 mm vom Erreichen Fenster mit 2 mm zwischen jedem Loch (Abbildung 1B). Die Pasta-Matrix ist so ausgelegt, dass trockene, vertikal orientierten Teigwarenstücke durch die gesamte Tiefe des Matrixstufe mit etwa der Hälfte der Teigwaren Stück ausgesetzt erstrecken. Eine abnehmbare Kopfstück aus Kunststoff oder Karton sollte zugeschnitten und fest an der Unterseite der Matrix aufgezeichnet werden. Dies verhindert, dass die Nudeln Stücke aus beim Transport aus der Matrix fallen und ermöglicht die einfache Entfernung von gebrochenen Pasta Stück.

Die PMRT ist eine vielseitige und empfindliche Verhaltenstest, die Experimentatoren ermöglicht, genaue Ergebnis Daten zu sammeln und Leben in die klinische Verwendung Phänomene imitieren manipulieren. Als Verhaltens outcome Maßnahme ermöglicht die PMRT Experimentatoren Verhaltensdaten, die die Wirksamkeit einer rehabilitativen Strategie, als dies die traditionelle Maß der Infarktgröße 3, 16 genauer wiedergeben zu sammeln. Als Verhaltensmanipulation, ermöglicht die PMRT Experimentatoren oberen Extremität Einsatz in Mäusen steuern Um klinische Erfahrungen der Rehabilitation (dh betroffenen Extremität Ausbildung) oder gelernt Nichtnutzung (dh weniger betroffenen Extremität Ausbildung) zu imitieren. Wenn mit neuroanatomische Methoden kombiniert, bietet der PMRT Forscher die Möglichkeit, die Mechanismen, die Verhaltenswiederherstellung der Funktion oder maladaptive Plastizität unterstützt folgende Ausgleichs Extremität nach Schlaganfall Nutzung zu erkunden. Die PMRT könnte weiter zu anderen Mausmodellen der Hirnschädigung und der oberen Extremität Wertminderung, wie Schädel-Hirn-Verletzungen angewendet werden. Ein weiterer Vorteil der PMRT ist die Erschwinglichkeit. Die für die Aufgabe erforderliche Ausrüstung kann ziemlich vernünftig im Haus gebaut werden, macht die Datenerfassungnicht erforderlich, eine große Menge an Speicherplatz oder finanzielle Ressourcen, und die Aufgabe ist für Studenten einfach genug, um Daten zuverlässig zu sammeln. Ferner ist die PMRT empfindlich auf selbst kleine Verhaltensdefizite 3, 13. Dieses Protokoll bietet eine einfache und effektive Möglichkeit, motorischen Lernens zu bewerten, zu fördern Verhaltens Erholung nach Verletzungen und Mimik gelernt Nichtnutzung Phänomene in einem etablierten Mausmodell der Schlaganfall.

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Protocol

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Die folgenden Methoden sind in Übereinstimmung mit den Protokollen von der Universität von Texas in Austin und Illinois Wesleyan Animal Care und Verwenden Ausschüsse genehmigt. Es wird empfohlen, dass die Forscher entweder Handschuhe tragen oder entsprechende Vorkehrungen (Händewaschen vor und nach), wenn sich beim Verhaltenstraining mit jedem Versuchstier. Handschuhe sind beim Umgang mit Tieren in Vorbereitung auf und während der Operation getragen werden.

1. Habituation und Lebenseinschränkung

HINWEIS: Da die PMRT ist ein appetitive Aufgabe ist es vorteilhaft, die Menge und den Zeitpunkt der Fütterung vor dem Beginn der Ausbildung, um die Reaktion zu erreichen motivieren und Sättigungsgefühl während des Trainings zu verhindern, zu beschränken.

  1. Platz Mäusen auf einer eingeschränkten Ernährungsplan vor Beginn der Ausbildung Aufgabe, der mindestens 1 Woche. Wiegen jeder Maus vor dem Beginn der Nahrungsmittelbeschränkung auf freie Gewichte-Fütterung, die als th bestimmt werden, zu etablierene Gewichten jedes Tieres am ersten Tag der Fütterung beschränkt.
    1. Feed-Mäusen, die einmal täglich, mit jeder Maus Empfangs ~ 2,5 g Standard-Nagetierfutter pro Tag (z. B. wenn es 4 Mäuse in einem Käfig untergebracht ist, wird der Käfig 10 g Lebensmittel täglich zu empfangen). Stellen Sie sicher, Fütterung erfolgt an der gleichen Tageszeit, vorzugsweise bei der täglichen Trainingseinheiten werden voraussichtlich schließen.
    2. Wiegen Tiere regelmäßig, um sicherzustellen, dass keine Maus verliert mehr als 10% ihrer freien Ernährung Gewicht. HINWEIS: Stellen Sie tägliche Nahrung Mengen entsprechend geeignete Gewichtserhaltung zu fördern. Mäuse in der Regel die Gewichtszunahme, wie sie reifen, auch bei konstanten Nahrungsmittelbeschränkung Mäuse bleiben auf Nahrungsmittelbeschränkung für die Dauer der Ausbildung PMRT / Bewertung.
  2. Expose Tiere kleinere Stücke von Teigwaren (geschnitten, um 1,6 cm) in ihrem Heimkäfig mehrmals vor dem Training, um neophobic Antworten zu überwinden. HINWEIS: In der Regel 5 bis 10 Tagen nach der Exposition sind ausreichend, mit etwa 4 Stück pro Maus Bestimmungenbei jeder Fütterung ded.
  3. Cut Pasta Stücke der Größe (3,2 cm) mit einer Rasierklinge. HINWEIS: Es wird empfohlen, dass ein Überschuss von Pasta Stücke werden vor dem Beginn des Tages Ausbildung und unbenutzte Stücke in einem luftdichten Behälter aufbewahrt geschnitten. Capellini Teigwaren verwendet wird, um die Matrix zu füllen. Wie verschiedene Marken von Pasta variieren in der Textur und Durchmesser, die die Stabilität der Pasta in der Matrix oder der Menge der Kraft, die notwendig für die Mäuse, um die Teigwaren brechen beeinflussen können, wird empfohlen, dass DeCecco Marke Pasta gesamten Ausbildung und Prüfung verwendet werden.
  4. Platzieren capellini ungekochten Teigwarenstücke in den Teigwaren Matrix füllt alle verfügbaren Löcher in der Matrix (Fig. 1A).
  5. Gewöhnen Mäuse der Testkammer mit einem vollen Teigwaren Matrix vorangestellt (1A) und mehrere Stücke von Teigwaren auf der Unterseite der Testkammer zu essen. Gewöhnen Mäuse für 3 Sitzungen von 5-10 min. HINWEIS: Die Mäuse sollten nicht ermutigt werden, für Pasta während Gewöhnung zu erreichention Training. Mäuse beginnen in der Regel um das Interesse an der Pasta außerhalb der Kammer erreicht durch Schnüffeln an ihm durch die Öffnung zu zeigen. Es ist möglich, zwei Käfiggenossen in einer einzigen Kammer zu gewöhnen, wenn gewünscht, aber Mäuse sollten einzeln geformt und ausgebildet werden. Sämtliche Flächen sind mit 70% Ethanol oder einem ähnlichen, sicher Desinfektionslösung gereinigt werden, bevor und nachdem jedes Tier in der Verhaltensvorrichtung angeordnet.

2. Shaping der Reichweite

  1. Bestimmen Sie bevorzugten Extremität eines jeden Tieres durch Formen der Reichweite über 3-5 einmal täglich Gestaltung Studien. Ermöglichen Mäuse für 10 min oder insgesamt 10-mal, was zuerst eintritt erreichen.
    1. Platzieren Mäuse einzeln in der Testkammer mit einem vollen Teigwaren Matrix vor der Kammer nach Gewöhnung Ausbildung (Fig. 1A).
    2. Notieren Sie die Anzahl der Lauf mit jedem Schenkel, bezeichnet die Anzahl der Reichweiten mit der rechten und linken Gliedmaßen getrennt. Definieren Sie eine Reichweite als Erweiterungder Schenkel durch die Öffnung zu erreichen, so dass das Handgelenk bricht die Ebene der Kammer; es ist nicht erforderlich, um die Reichweite zu richten oder Kontakt mit der Pasta.
  2. Halten Sie mehrere Stücke von Teigwaren nur im Inneren der Kammer durch das Erreichen Blende auf Mäuse, die nur ungern zu erreichen sind, zu fördern. Zeichnen Sie die Pasta Stücke aus, wenn die Maus zeigt Interesse (z. B. Schnüffeln, Beißen), wodurch sie zu ermutigen, nach den sich zurückziehenden Teigwarenstücke zu erreichen. Wenn die Mäuse zunächst nicht zeigen Interesse an der trockenen Nudeln, dann nass die Spitzen der Pasta-Stücke in einer kleinen Tasse warmes Wasser, um sie schmackhafter zu machen.
  3. Bestimmen Extremität bevorzugt, wenn eine Maus zeigt ein Minimum von 70% ihrer täglichen Reichweiten mit einer einzigen Glied. Nicht die Tiere-Form über, da dies die Menge der Lern während der Ausbildung Teil der Aufgaben erreicht 17 beobachtet begrenzen. Beginnen PMRT Ausbildung einmal Mäuse geformt sind. HINWEIS: Die Ausbildung kann, sobald die nex gestartet werdent Tag, aber es ist auch möglich, mehrere Tage warten, zwischen Form-und Trainingsverfahren.

3. Erreichen Ausbildung

  1. Zug Mäusen einmal täglich vor Beleidigung, um Kenntnisse über die PMRT etablieren. HINWEIS: Jeder Versuch besteht aus maximal 15 min oder 100 erreicht durch den Beobachter (erfolgreichen und erfolglosen) gezählt werden, je nachdem, was zuerst eintritt. Mäuse sind geschult, nur mit ihrer bevorzugten Extremität zu erreichen. Mäuse werden zwei Versuche pro Tag tolerieren, wenn eine intensivere Ausbildung Paradigma gewünscht 18.
    1. Platzieren Mäuse in der Testkammer mit einem halbvollen Matrix vor (Fig. 1B) angeordnet. Zug-Mäusen nur mit ihren bevorzugten Schenkel zu erreichen, indem nur die Seite der Matrix zu der kontralateralen Extremität bevorzugten da Mäuse erreichen über die Mittellinie des Körpers. Verlassen den Bereich der Matrix entsprechend der Extremität nicht bevorzugt, um zu erreichen versucht mit diesem Schenkel (s nicht davon abhalten würde ungefülltuccessful, weil sie die Nudeln nicht erreichen können) und ermutigen zu erreichen nur mit der bevorzugten Extremität.
  2. Legen Sie eine kleine Menge an Druck auf die Pasta, während es in der Matrix zu helfen Mäusen erfolgreich Stücke während der frühen Trainingseinheiten zu brechen. Die Pasta-Stücke für die Maus nicht brechen. Sie erreichen dies, indem ein oder zwei Stücke leicht hinter Pasta und senkrecht zu der beabsichtigten Erreichen der Ziel. Diese kleine Menge an Unterstützung trägt zur Stabilisierung der dünnen Nudeln, die sehr flexibel und schwer zu begreifen, für Mäuse, wie sie zunächst das Erlernen der Aufgabe.
  3. Notieren Sie sich die Gesamtzahl der Reichweiten, die Anzahl der erfolgreich erreicht, und die Standorte der erfolgreichen erreicht. Erfolgreiche Lauf erfordern die Maus, um durch die Öffnung zu erreichen, nehmen Sie ein Stück Pasta, und brechen Sie die Nudeln Stück, um es aus der Matrix zu entfernen. HINWEIS: Pasta Stücke sollten nicht in der Matrix ersetzt werden, bis die Studie beendet ist. Früh in der Ausbildung, werden nicht viele Mäuse Pasta Stücke brechen.
  4. Zug-Mäuse auf dem PMRT zu Kenntnisse, die als mindestens 3 Tage (und bis zu 5 Tage) der konstante Leistung (Bruch mindestens 9 Stück Pasta mit nicht mehr als 2 Stücke mehr oder weniger über Tage) definiert ist. Es dauert oft zwischen 15-20 Tage, um jungen erwachsenen Mäusen zu Kenntnisse zu trainieren.

4. Weniger betroffenen Gliedmaßen Ausbildung

  1. Trainieren Sie den weniger betroffenen Extremität (dh die präoperative nicht bevorzugt Teil), der vier Tage nach dem ischämischen Insult auf den motorischen Kortex kontralateral zur bevorzugten Erreichen Schenkel (siehe Abbildung 2 auf Klärung betroffenen / bevorzugte und less-affected/unpreferred Gliedmaßen) . Verwalten Sie einmal täglich 15 min oder 100-Reichweite Schulungen.
    1. Entfernen der ersten Spalte von Teigwaren (dh die mittlere senkrechte Säule, die sich von der Öffnung zu erreichen) in der ersten Woche von weniger betroffenen Extremität Ausbildung, um sicherzustellen, dass die frühen erreicht mit der betroffenen Extremität nicht erfolgreich sind.
  2. Ermutigen Sie erreichen mit der weniger betroffenen Extremität durch Verstärkung Erweiterung dieses Glied durch das Erreichen Blende. Wenn Mäuse erweitern die weniger betroffenen Extremität in den ersten Tagen der Ausbildungsplatz eine kleine (1/2 Stück) von Teigwaren auf den Boden der Kammer zu erreichen, unabhängig davon, ob die Reichweite erfolgreich ist.
  3. Graf nur die Reichweiten mit der weniger betroffenen Extremität in Richtung auf die Reichweite insgesamt 100 gemacht. Zählen Sie nicht heimlich Versuche mit der betroffenen Extremität zu der Gesamtzahl der Reichweiten.
  4. Bringen Sie die meisten medialen vertikalen Spalte von Pasta bis zu der Matrix nach der ersten 7 Tage der weniger betroffenen Extremität Ausbildung.
  5. Notieren Sie die Anzahl der Reichweiten, die Anzahl der erfolgreich erreicht, und die Standorte der successful erreicht. ANMERKUNG: Diese Daten können analysiert werden, um Unterschiede bei der Erreichung Muster mit weniger betroffenen Extremität beobachten, aber bisher nicht berichtet worden.

5. Erreichen Analyse

Bestimmen Sie die Auswirkungen der weniger betroffenen Extremität Einsatz auf Wiederherstellung der Funktion der betroffenen Extremität durch die Beurteilung der betroffenen Extremität auf der folgenden Aufgabe PMRT weniger betroffenen Extremität Ausbildung. Diese Einschätzung erfolgt, nachdem die gewünschte Anzahl der weniger betroffenen Extremität Trainingstage komplett (in der Regel 14 Tage) sind.

  1. Platzieren der Matrix vor der Kammer, identisch mit Trainingsverfahren (dh mit der Hälfte der Matrix zu der kontralateralen Extremität bevorzugten gefüllt) orientiert ist. HINWEIS: Dies zwingt Mäuse mit ihren betroffenen (und bisher bevorzugten) Extremität zu erreichen.
  2. Notieren Sie sich die Gesamtzahl der Reichweiten, die Anzahl der erfolgreich erreicht, und die Standorte der erfolgreichen Lauf mit Pre-Takt-Leistungsniveau zu vergleichen. Leistung der Sonde nichtder betroffenen Extremität bei weniger betroffenen Extremität Ausbildung als den betroffenen Extremität Sonden können wie Schulungen, die Wiederherstellung der betroffenen Extremität auswirken könnte funktionieren.

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Representative Results

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Die Ergebnisse aus PMRT Analyse sollte die Anzahl der Pasta Stücke gebrochen und das Muster der erfolgreichen Lauf enthalten. Die Ergebnisse von Mäusen mit sensomotorischen kortikalen Läsionen zeigen, dass ischämischen Insult wirkt sich sowohl auf die Anzahl der erfolgreichen Lauf sowie physikalische Reichweite Muster 3, 19, wie in 3A gezeigt. Repräsentative Musteränderungen können in 3B beobachtet werden. Die Fähigkeit des PMRT gelernt Nichtnutzung Effekte bei Mäusen zu imitieren wird durch eine Störung der Wiederherstellung der betroffenen Extremität nach weniger betroffenen Extremität Ausbildung 13, 20 demonstriert. Dadurch erreicht nur erfolgreich mit der betroffenen Extremität analysiert. Ergebnisse von Mäusen mit ischämischer Läsionen auf die sensomotorischen Kortex legen nahe, dass zwei Wochen nach der weniger betroffenen Extremität Training nach Schlaganfall beeinträchtigt die betroffene Extremität Verwendung für mindestens sieben Tage 13. Wie in Abbildung 4 gezeigt, Mäuse, die weniger betroffenen Extremität t erhaltenRegen für 15 Tage nach unilateraler ischämischen Insult zeigen weniger erfolgreiche Versuche Reichweite über sieben Tage der betroffenen Extremität Beurteilung. Mäuse, die keine Ausbildung (Kontrolle) für 15 Tage erhalten nach einem Schlaganfall wieder die Möglichkeit, Pasta Stücke mit sieben Tagen der betroffenen Extremität Beurteilung erfolgreich abrufen. Diese Wirkung wurde festgestellt, dass bis zu 28 Tagen nach der anschließenden betroffenen Extremität folgenden Bewertungs weniger betroffen Ausbildung 20 bestehen.

Die PMRT könnte auch verwendet werden, um qualitative Veränderungen Erreichen beurteilen als bei Ratten mit der einzelnen Pellets erreicht Aufgabe 21 untersucht werden. Diese Einschätzung, die noch in Mäusen durchgeführt werden, würde die systematische Analyse von Videoaufnahmen Lauf in der PRMT erfordern.

Figur 1
Abbildung 1. Pasta Matrix Erreichen Aufgabe Materialien. (A) orientiert ist. Während der Formgebung wird die gesamte Matrix mit Teigwaren gefüllt. Doch während qualifizierte Reichweite Ausbildung der betroffenen oder weniger betroffenen Extremität nur die Hälfte der Matrix ist ausgefüllt. Dies erfordert die Maus über den Körper mit einem einzelnen Gliedmaßen (zB die bevorzugte Gliedmaßen während der Pre-operative Ausbildung) (B) zu erreichen. Die vorliegenden Bilder werden mit Erlaubnis 3 neu aufgelegt.

Figur 2
Abbildung 2. Betroffene einnd weniger betroffenen Gliedmaßen. PMRT Das kann manipuliert werden, um entweder die betroffenen eingreifen oder die weniger betroffenen Extremität. Solide schwarze Färbung zeigt Preferred / betroffenen Gliedmaßen in den ersten beiden Bildern und der weniger betroffenen Extremität im dritten Bild. Diese Grafik hilft, die betroffen sind und weniger betroffenen Gliedmaßen in Bezug auf die bevorzugte Gliedmaßen zu demonstrieren.

Fig. 3
Abbildung 3. Vertreter Erreichen Muster mit der betroffenen Extremität. Erreichen Muster von Mäusen vor und nach der einseitigen ischämischen Insult des sensomotorischen Kortex gegenüber der bevorzugten Extremität vorgestellt (A). Vorder zeigt Teigwarenstücke zunehmend weiter vor dem Maus entfernt, während seitliche zeigt Teigwarenstücke immer an der Seite der Maus entfernt. Repräsentative Musteränderungen können beobachtet werden 3 neu aufgelegt.

Fig. 4
Abbildung 4. Repräsentative Ergebnisse der weniger betroffenen Extremität Training auf betroffenen Extremität Ergebnis. Schulung der weniger betroffenen Extremität für 15 Tage nach der einseitigen ischämischen Insult des sensomotorischen Kortex beeinträchtigt funktionelle Ergebnis der betroffenen Extremität, funktionelle Wiederherstellung zu verhindern. Diese Zahl wird mit Genehmigung 13 abgedruckt.

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Discussion

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Die PMRT stellt eine einfache, quantitative Weg, um Fach Erreichen Leistung bei Mäusen zu beurteilen. Obwohl zeitaufwendig ist, ist es möglich, zuvor unerfahrene Studenten ausgebildet werden, um verlässliche und reproduzierbare Daten mit nur wenigen Trainingseinheiten zu sammeln. Die Aufgabe ist empfindlich genug, um auch leichte Veränderungen in der Maus motorischen Leistungs folgenden ischämischen Insult 3, 13, 15 zu messen, und eine Reihe von Studien zitieren langfristigen Defizite mit einer Vielzahl von Trainingsprotokolle 15, 20, 22. Weil es ein einseitige Aufgabe kann es auch verwendet werden, um das Glied mit dem Mäuse erfüllen die Aufgabe diktieren. Dieses Merkmal des PMRT ermöglicht es wirksam bei der Studien sowohl adaptive Verhaltens-und neuronale Plastizität folgenden Beleidigung sowie maladaptive und Veränderungen, die mit Ausgleichs gelernt Vertrauen auf den weniger betroffenen Extremität auftreten zu sein. Die Aufgabe eignet sich auch für Untersuchungen der Extremitäten bimanuelle Einsatz, die in Rattenmodellen untersucht worden, aber nicht Druckständig in der Maus 23.

Die wichtigsten Aspekte des aktuellen Protokolls sind: die genaue Bestimmung der bevorzugten Glied vor dem Training, Training Mäuse Kenntnisse auf dem Fach motorischen Aufgabe vor der Verletzung, und Schalt die Mäuse von bevorzugten / betroffenen Extremität zu erreichen, um nicht bevorzugt / weniger betroffenen Extremität erreicht in der ersten Woche post-operative Ausbildung. Um die bevorzugten Glied vor dem Training genau zu bestimmen, ist es wichtig, damit Mäuse für Pasta in der Vollmatrix während der Formgebung zu erreichen. Mäuse sollten ermutigt werden, zu erreichen, aber sie sollten nicht für erreicht, die ungewollt vorspannen kann das Glied mit der sie erreichen belohnt werden. Shaping Sitzungen nicht Trainingseinheiten und damit Mäuse sollten nicht speziell aufgefordert, Pasta Stücke brechen, für das Erreichen Verhalten belohnt werden, oder erreichen eine übermäßige Anzahl der pro Sitzung 3 werden. Es ist auch wichtig, dass Mäuse, erwerben die Motorik vor ischämischen Insult so tHut genaue Daten über die Auswirkungen der beiden betroffenen und weniger betroffenen Extremität Training nach Verletzungen, sowie entsprechende Quantifizierung der Anfangs Defizit nach Verletzungen erlauben gesammelt werden. Ein Minimum von 15 Tagen nach der präoperativen Trainings (ohne Shaping) wird vorgeschlagen, Nahme auf die Aufgabe zu gewährleisten. Eine gute Faustregel ist es, sicherzustellen, dass die Tiere im Einklang sind in ihrer Leistung, wodurch eine stabile Leistung über mindestens 3-5 Tage Training zeigt. Dies kann am besten durch die grafische Darstellung der präoperativen Erreichungs Daten für jedes Tier eine visuelle Beobachtung Erfolgsmuster erreicht werden. Wenn die Leistung erscheint asymptotische mehr als 3-5 Tage (dh um weniger als 2 erfolgreichen Abfragen über Tage), ist davon auszugehen, dass das Tier ausreichend die Aufgabe übernommen. Mäuse erreichen typischerweise eine asymptotische Erfolgsniveau ~ 11 Stücke, aber mit erweiterten (Monate) Ausbildung kann nach und nach zu erreichen Erfolg Ebenen von ~ 14 Stück 24. Schließlich, insbesondere mit relatiVely kleine Läsionen 13, 20, Mäuse können weiterhin versuchen zu erreichen mit der betroffenen Extremität früh in weniger betroffenen Extremität Ausbildung. Es ist hilfreich, die erste Spalte der Pasta aus der Matrix in den ersten 7 Tagen nach der weniger betroffenen Extremität Ausbildung, dieses Verhalten zu entmutigen, zu entfernen. Die Mäuse können in der Lage, die ersten mehrere Stücke von Pasta mit den betroffenen Gliedmaßen brechen, wenn der vollständige Halbmatrix verwendet, und dieser Erfolg wird weiter zu fördern betroffenen Extremität trotz der Unfähigkeit, Stücke erfolgreich über diesen ersten paar abrufen erreichen. Während der ersten Woche der weniger betroffenen Extremität Ausbildung, kann die Gesamtzahl der betroffenen Lauf quantifiziert werden, aber die Zahl der erfolgreichen Pausen werden nicht informativ. Wie oben erwähnt, werden nur erfolgreich betroffenen Extremität Lauf für die Interpretation der Daten analysiert. Um weiter zu fördern, weniger betroffenen Extremität zu erreichen, ist es hilfreich, klein (½ Größe) Pasta Stücke als Belohnung für versuchte Lauf mit der weniger betroffenen Extremität zu liefern. Diese practice ist in der Regel in den ersten 2-3 Tagen der weniger betroffenen Extremität Ausbildung, an welcher Stelle Mäuse werden kompetent bei Erreichen mit dem weniger betroffenen Extremität und erfolgreich beginnen zu brechen und Abrufen von Pasta Stücke erforderlich.

Sammeln Verhaltensdaten mit Mäusen wirksam und lohnend sein, aber es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass Mäuse sind keine kleinen Ratten. Sie haben eine einzigartige Temperament und Verhaltensrepertoire, das für Verhaltens Aufgaben berücksichtigt werden sollten. Mit gut behandelt, gezähmt Mäusen erhöht erfolgreiche Verhaltensdaten-Sammlung. Mehrere Wochen regelmäßiger Behandlung empfohlen. Darüber hinaus erfordern manchmal Mäuse "mit dem Schwerpunkt" Verhaltenstraining bei. Es ist hilfreich, bürsten Pasta Stücke in der Matrix, um eine deutliche Lärm, dass die Mäuse darauf reagieren können. Es kann auch hilfreich sein, bürsten die Innenseite der Blende erreichen.

Das aktuelle Protokoll beschreibt eine sensible Verhaltens Aufgabe für die Sammlung of Fach Erreichen Daten in Mäusen nach kleinen ischämischen Schlaganfällen. Motorstörungen gehören zu den häufigsten und chronischen Folgen der Hub 25, 26, und sind daher im Mittelpunkt einer Reihe von Grundlagenforschung Forschungslabors (zB 27-32). Hand Erreichen Aufgaben sind die am häufigsten verwendeten Tests der geschickte Einsatz in forelimb Nagetiere, und in der Vergangenheit wurde häufig in Rattenmodellen von Verletzungen (z. B. 11, 19, 28, 33) verwendet, obwohl ihre Verwendung in Maus-Modellen ist immer sehr häufig 34, 35. Die Anwendung Mann Erreichen Aufgaben bei Mäusen, wie die PMRT, ermöglicht eine verbesserte Mausmodellen von Schlaganfall 3 und damit besser Translations Potential dieser Basis wissenschaftliche Experimente. Aufgrund ihrer Erschwinglichkeit, die verfügbaren genetischen Werkzeugen, und ihre Prävalenz in neurobiologischen Labors, Mäuse sind wichtige Werkzeuge in der Studie von Schlaganfall-und Recovery-Mechanismen. Die Verfügbarkeit von Verhaltens-Manipulationen thsensibel auf die Motorleistung zu beurteilen, kann für rehabilitative Strategien verwendet werden, und kann menschliche Ausgleichs Antworten imitieren erweitert die Anwendung des Maus-Modell. Die in diesem Protokoll beschriebenen Methoden kann sicherlich weiter verfeinert und auf andere Verletzungen Maus-Modelle, einschließlich Schädel-Hirn-Verletzungen, Studium der bimanuelle Extremitäten bereits folgende Beleidigung und Studien der neuronalen Mechanismen, die Unter betreuen und unterstützen funktionelle Wiederherstellung erweitert werden.

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Reaching chamber Reaching chambers are made in house with Plexiglas
Pasta matrix block The Pasta matrix box is made in house using a heavy plastic block
Capellini pasta DeCecco DeCecco brand capellini pasta can be purchased in a grocery store or through an online retailer such as Amazon

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References

  1. Branchi, I., Ricceri, L. Transgenic and knock-out mouse pups: the growing need for behavioral analysis. Genes Brain and Behavior. 1, (3), 135-141 (2002).
  2. Bucan, M., Abel, T. The mouse: Genetics meets behaviour. Nature Reviews Genetics. 3, (2), 114-123 (2002).
  3. Tennant, K. A., Jones, T. A. Sensorimotor behavioral effects of endothelin-1 induced small cortical infarcts in C57BL/6 mice. J. Neurosci. Methods. 181, (1), 18-26 (2009).
  4. Tennant, K. A., et al. The organization of the forelimb representation of the C57BL/6 mouse motor cortex as defined by intracortical microstimulation and cytoarchitecture. Cerebral Cortex. 21, (4), 865-876 (2011).
  5. Zhang, L., et al. A test for detecting long-term sensorimotor dysfunction in the mouse after focal cerebral ischemia. J. Neurosci. Methods. 117, (2), 207-214 (2002).
  6. Li, X. L., Blizzard, K. K., Zeng, Z. Y., DeVries, A. C., Hurn, P. D., McCullough, L. D. Chronic behavioral testing after focal ischemia in the mouse: functional recovery and the effects of gender. Exp. Neurol. 187, (1), 94-104 (2004).
  7. Bouet, V., Freret, T., Toutain, J., Divoux, D., Boulouard, M., Schumann-Bard, P. Sensorimotor and cognitive deficits after transient middle cerebral artery occlusion in the mouse. Exp. Neurol. 203, (2), 555-567 (2007).
  8. Krakauer, J. W., Carmichael, S. T., Corbett, D., Wittenberg, G. F. Getting Neurorehabilitation Right: What Can Be Learned From Animal Models. Neurorehabil. Neural Repair. 26, (8), 923-931 (2012).
  9. Taub, E., Uswatte, G., Mark, V. W., Morris, D. M. M. The learned nonuse phenomenon: implications for rehabilitation. Europa Medicophysica. 42, (3), 241-256 (2006).
  10. Taub, E. Harnessing brain plasticity through behavioral techniques to produce new treatments in neurorehabilitation. Am. Psychol. 59, (8), 692-704 (2004).
  11. Allred, R. P., Maldonado, M. A., Hsu, J. E., Jones, T. A. Training the "less-affected" forelimb after unilateral cortical infarcts interferes with functional recovery of the impaired forelimb in rats. Restorative Neurol. Neurosci. 23, (5-6), 297-302 (2005).
  12. Allred, R. P., Jones, T. A. Maladaptive effects of learning with the less-affected forelimb after focal cortical infarcts in rats. Exp. Neurol. 210, (1), 172-181 (2008).
  13. Kerr, A. L., Wolke, M. L., Bell, J. A., Jones, T. A. Post-stroke protection from maladaptive effects of learning with the non-paretic forelimb by bimanual home cage experience in C57BL/6 mice. Behav. Brain Res. 252, 180-187 (2013).
  14. Taub, E., et al. Method for enhancing real-world use of a more affected arm in chronic stroke: transfer package of constraint-induced movement therapy. Stroke. 44, (5), 1383-1388 (2013).
  15. Tennant, K. A., et al. Age-dependent reorganization of peri-infarct "premotor" cortex with task-specific rehabilitative training in mice. Neurorehabilitation and Neural Repair. (2014).
  16. Binkofski, F., Seitz, R. J., Hacklander, T., Pawelec, D., Mau, J., Freund, H. J. Recovery of motor functions following hemiparetic stroke: A clinical and magnetic resonance-morphometric study. Cerebrovascular Diseases. 11, (3), 273-281 (2001).
  17. Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462, (7275), 915-919 (2009).
  18. Bell, J. A., Wolke, M. L., Ortez, R. C., Jones, T. A., Kerr, A. L. The effects of training intensity on functinal outcome following unilateral ischemic insult of sensorimotor cortex in C57BL/6 mice. Society for Neuroscience Annual Convention. (2012).
  19. Ballermann, M., Metz, G. A. S., McKenna, J. E., Klassen, F., Whishaw, I. Q. The pasta matrix reaching task: a simple test for measuring skilled reaching distance, direction, and dexterity in rats. J. Neurosci. Methods. 106, (1), 39-45 (2001).
  20. Cheffer, K. A., Kerr, A. L. Effects of "good" limb training on long-term rehabilitation of motor function following ischemic stroke in C57BL/6 mice. Society for Neuroscience Annual Convention. (2013).
  21. Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. A behavioral method for identifying recovery and compensation: hand use in a preclinical stroke model using the single pellet reaching task. Neurosci. Biobehav. Rev. 37, (5), 950-967 (2013).
  22. Rosenzweig, S., Carmichael, S. T. Age-dependent exacerbation of white matter stroke outcomes: a role for oxidative damage and inflammatory mediators. Stroke. 44, (9), 2579-2586 (2013).
  23. Allred, R. P., Cappellini, C. H., Jones, T. A. The "good" limb makes the "bad" limb worse: experience-dependent interhemispheric disruption of functional outcome after cortical infarcts in rats. Behav. Neurosci. 124, (1), 124-132 (2010).
  24. Tennant, K. A., et al. Skill learning induced plasticity of motor cortical representations is time and age-dependent. Neurobiol. Learn. Mem. 98, (3), 291-302 (2012).
  25. Mathers, C. D., Boerma, T., Fat, D. M. Global and regional causes of death. Br. Med. Bull. 92, (1), 7-32 (2009).
  26. Go, A. S., et al. Heart disease and stroke statistics--2013 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 127, (1), (2013).
  27. Clarke, J., Mala, H., Windle, V., Chernenko, G., Corbett, D. The Effects of Repeated Rehabilitation "Tune-Ups" on Functional Recovery After Focal Ischemia in Rats. Neurorehabil. Neural Repair. 23, (9), 886-894 (2009).
  28. Adkins, D. L., Voorhies, A. C., Jones, T. A. Behavioral and neuroplastic effects of focal endothelin-1 induced sensorimotor cortex lesions. Neuroscience. 128, (3), 473-486 (2004).
  29. Bryant, A., Bernier, B., Jones, T. A. Abnormalities in skilled reaching movements are improved by peripheral anesthetization of the less-affected forelimb after sensorimotor cortical infarcts in rats. Behav. Brain Res. 177, (2), 298-307 (2007).
  30. Whishaw, I. Q., Coles, B. Varieties of paw and digit movement during spontaneous food handling in rats: Postures, bimanual coordination, preferences, and the effect of forelimb cortex lesions. Behav. Brain Res. 77, (1-2), 135-148 (1996).
  31. Whishaw, I. Q., Dringenberg, H. C., Pellis, S. M. Spontaneous Forelimb Grasping in Free Feeding by Rats - Motor Cortex Aids Limb and Digit Positioning. Behav. Brain Res. 48, (2), 113-125 (1992).
  32. Horie, N., Maag, A., Hamilton, S. A., Shichinohe, H., Bliss, T. M., Steinberg, G. K. Mouse model of focal cerebral ischemia using endothelin-1. J. Neurosci. Methods. 173, (2), 286-290 (2008).
  33. Maldonado, M. A., Allred, R. P., Felthauser, E. L., Jones, T. A. Motor skill training, but not voluntary exercise, improves skilled reaching after unilateral ischemic lesions of the sensorimotor cortex in rats. Neurorehabil. Neural Repair. 22, (3), 250-261 (2008).
  34. Clarkson, A. N., Lopez-Valdes, H. E., Overman, J. J., Charles, A. C., Brennan, K. C., Carmichael, S. T. Multimodal examination of structural and functional remapping in the mouse photothrombotic stroke model. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 33, (5), 716-723 (2013).
  35. Liu, Z., Chopp, M., Ding, X., Cui, Y., Li, Y. Axonal remodeling of the corticospinal tract in the spinal cord contributes to voluntary motor recovery after stroke in adult mice. Stroke. 44, (7), 1951-1956 (2013).
Ausgleichs Gliedmaßen Bedingungen und Verhaltens Bewertung der Motorik Learning Nach sensomotorischen Kortex Verletzung in einem Maus-Modell der ischämischen Schlaganfall
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Kerr, A. L., Tennant, K. A. Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke. J. Vis. Exp. (89), e51602, doi:10.3791/51602 (2014).More

Kerr, A. L., Tennant, K. A. Compensatory Limb Use and Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Following Sensorimotor Cortex Injury in a Mouse Model of Ischemic Stroke. J. Vis. Exp. (89), e51602, doi:10.3791/51602 (2014).

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