Waiting
Login processing...

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

Behavior

Kompenserende Limb Brug og Behavioral Assessment of Motor Skill Læring Efter sensorimotorisk Cortex Injury i en musemodel for iskæmisk slagtilfælde

Published: July 10, 2014 doi: 10.3791/51602

Abstract

Musemodeller er blevet stadig mere populære inden for adfærdsmæssige neuroscience, og specifikt i studier af eksperimentel slagtilfælde. Som modeller forhånd, er det vigtigt at udvikle følsomme adfærdsmæssige specifikke foranstaltninger for de mus. Den nuværende protokol beskriver en dygtig motor opgave til brug i musemodeller af slagtilfælde. Pasta Matrix Nå Task fungerer som en alsidig og følsom adfærdsmæssige analyse, der tillader eksperimentatorer til at indsamle præcise udfald af data og manipulere lemmer brug for at efterligne kliniske fænomener menneskelige herunder kompenserende strategier (dvs. lærte ikke-brug) og fokuseret rehabiliterende træning. Når det kombineres med neuroanatomiske værktøjer, denne opgave tillader også forskere til at undersøge de mekanismer, der understøtter adfærdsmæssige genvinding af funktion (eller mangel på samme) efter slagtilfælde. Opgaven er både enkel og økonomisk overkommelig at sætte op og adfærd, der tilbyder en bred vifte af uddannelses-og testmuligheder for mange forskningsresultater spørgsmål vedrørende functional resultat efter skade. Selv om opgaven er blevet anvendt på musemodeller af slagtilfælde, kan det også være gavnligt i studier af det funktionelle resultat i andre øvre ekstremitet beskadigelsesmodeller.

Introduction

Musemodeller er blevet stadig mere populært for eksperimentel slagtilfælde forskning dels på grund af deres bekvemmelighed og overkommelige priser, samt tilgængeligheden af transgene linier, der er egnet til in vivo billeddannelse blandt andre applikationer. Med denne øgede popularitet i forsøgsmodeller, interessen i at udvikle følsomme adfærdsmæssige vurderinger af funktionelle resultat efter skade er også steget 1-7. Udviklingen af dyr uddannelse protokoller, der efterligner både genoptræning og kompenserende strategier, der anvendes af menneskelige slagtilfælde overlevende forbedrer evne til at omsætte resultater fra eksperimentelle dyreforsøg til brug i klinikken 8. Motor færdighedstræning på Pasta Matrix Nå Task (PMRT) tidligere er etableret som en følsom adfærdsmæssig vurdering af motorik resultat efter iskæmisk fornærmelse af sensomotoriske cortex 3..

En af de primære interessesi slagtilfælde forskning vedrører rehabilitering og udvikling og forståelse af adfærdsmæssige strategier, der fremmer en bedre inddrivelse af funktion efter fornærmelse. I øjeblikket rehabiliteringsstrategier hos mennesker resultere i ufuldstændig opsving 8.. Desuden skal rehabilitering terapeuter bekæmpe kompenserende strategier, slagtilfælde overlevende udvikles under opsving, der kan underminere deres evne til fuldt ud at genvinde funktion af deres afficerede ekstremitet (r). For eksempel efter en ensidig slagtilfælde, der påvirker øvre ekstremitet funktion, mennesker har tendens til at udvikle en afhængighed af deres mindre påvirket lem 9, 10. Samtidig forbedre en persons evne til at fungere på kort sigt, det lærte manglende brug af de ramte led kan hindre dens endelige nyttiggørelse potentiale som påvist i dyremodeller 11-13. Disse resultater på dyr har været med til at præge udviklingen og anvendelsen af tvang-induceret bevægelse terapi i mennesker 14. Dyremodeller er beneficial for at forbedre rehabiliteringsstrategier ved at tillade forskerne at udforske de neurobiologiske mekanismer, der subserve og fremme genvinding af funktion. Ud over at være en effektiv adfærdsmæssig vurdering af post-takts-funktionen har PMRT blevet etableret som en effektiv rehabiliterende strategi til fremme af en forbedret funktionelle resultat efter sensomotoriske slagtilfælde 15. Den PMRT kan også bruges til effektivt at efterligne lært manglende brug af de ramte led og derfor tilbyder indsigt i adfærdsmæssige manipulationer, som kan forbedre funktionelle opsving trods indledende stor afhængighed af de mindre påvirket lem 13.

Konstruktion af PMRT er blevet beskrevet tidligere 3. Kort fortalt er opnåelsen kammer består af fire plexiglas vægge (20 cm høj, 15 cm lang og 8,5 cm bred) med en åben top og bund. Der er en central slids (13 cm høj og 5 mm brede), der strækker fra bunden bunden af ​​den forreste væg i kammeret, der tjenersom når åbningen (figur 1A). Pasta matrix er en kraftig plast blok (8,5 cm lange, 5 cm bred og 1,5 cm høj) med 1 mm diameter huller boret helt igennem dybden af ​​blokken. Der er i alt 260 huller, begyndende 2 mm fra nå vindue med 2 mm mellem hvert hul (figur 1B). Pasta matrix er udformet således, at tørre, vertikalt orienterede pastastykker strækker sig gennem hele dybden af ​​matricen scenen med cirka halvdelen af ​​pasta stykke udsættes for. Et aftageligt stykke overhead plastik eller karton skal tilskæres og tapes fast til undersiden af ​​matricen. Dette forhindrer pastastykker falder ud af matricen under transport og giver mulighed for nem fjernelse af knækkede pastastykker.

Den PMRT er en alsidig og følsom adfærdsmæssige assay, der tillader eksperimentatorer at indsamle nøjagtige resultatdata og manipulere lemmer brug at efterligne kliniske fænomener. Som en adfærdsmæssig outcome foranstaltning, den PMRT tillader eksperimentatorer at indsamle adfærdsmæssige data, som mere præcist afspejler effektiviteten af en rehabiliterende strategi, end den traditionelle måling af infarktstørrelsen 3, 16. Som en adfærdsmæssig manipulation, det PMRT tillader eksperimentatorer at styre øvre lemmer brug i mus i For at efterligne de kliniske erfaringer med rehabilitering (dvs. afficerede ekstremitet uddannelse) eller lært ikke-brug (dvs. mindre påvirket lem uddannelse). Når det kombineres med neuroanatomiske metoder, den PMRT giver forskere mulighed for at udforske de mekanismer, der understøtter adfærdsmæssige genvinding af funktion eller utilpasset plasticitet efter kompenserende lemmer brug efter slagtilfælde. Den PMRT kunne yderligere anvendes på andre murine modeller af hjerneskade og øvre ekstremitet værdiforringelse, såsom traumatisk hjerneskade. En anden fordel ved PMRT er dens overkommelighed. Det udstyr, der kræves til opgaven kan konstrueres temmelig rimeligt i huset, gør dataindsamlingikke kræver en stor mængde plads eller finansielle ressourcer, og opgaven er enkel nok for studerende til pålideligt at indsamle data. Endvidere PMRT er følsom over for selv små adfærdsmæssige mangler 3, 13. Denne protokol giver en enkel og effektiv måde at vurdere motorik læring, fremme adfærdsmæssig bedring efter skade, og efterligne lært non-use fænomener i en etableret murine model af slagtilfælde.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De følgende metoder er i overensstemmelse med protokoller, der er godkendt af University of Texas i Austin og Illinois Wesleyan Animal Care og brug udvalg. Det anbefales, at forskere enten bære handsker, eller træffe passende forholdsregler (vaske hænder før og efter), når de deltager i adfærdsmæssig træning med nogen laboratoriedyr. Handsker skal bæres ved håndtering dyr som forberedelse til og under operationen.

1.. Tilvænning og mad begrænsning

BEMÆRK: Da PMRT er en appetitive opgave, er det gavnligt at begrænse mængden og timingen af ​​fodring forud for påbegyndelsen af ​​uddannelsen med henblik på at motivere nå respons og forebygge mæthed under træning.

  1. Placer mus på et begrænset fodring tidsplan begynder mindst 1 uge før påbegyndelsen af ​​opgaven uddannelse. Hver mus før igangsættelsen af ​​fødevarer begrænsning afvejes at skabe fri-fodring vægte, som bestemmes som the vægte af hvert dyr på den første dag af restriktiv fodring.
    1. Feed mus en gang dagligt, med hver mus modtagende ~ 2,5 g standard gnaverfoder per dag (fx hvis der er 4 mus anbragt i et bur, vil buret modtage 10 g mad dagligt). Sørg for fodring sker på samme tidspunkt hver dag, helst på det tidspunkt daglige træningspas forventes at indgå.
    2. Dyr afvejes regelmæssigt for at sikre, at ingen mus mister mere end 10% af deres fri-fodring vægt. BEMÆRK: Juster daglige mad beløb i overensstemmelse hermed at fremme en passende vægt vedligeholdelse. Mus får typisk vægt som de modnes, selv med konstante mad begrænsning Mus forblive på mad begrænsning for varigheden af ​​PMRT træning / vurdering.
  2. Expose dyr til mindre stykker af pasta (skåret til 1,6 cm) i deres hjem bur flere gange forud for uddannelse med henblik på at overvinde neophobic svar. BEMÆRK: Typisk 5-10 dages eksponering er tilstrækkelige, med omkring 4 styk pr mus bestemded ved hver fodring.
  3. Skær pastastykker størrelse (3,2 cm) under anvendelse af et barberblad. BEMÆRK: Det anbefales, at et overskud af pasta stykker skæres forud for starten på dagens træning og ubrugte stykker opbevares i en lufttæt beholder. Capellini pasta anvendes til at fylde matrixen. Da forskellige mærker af pasta varierer i tekstur og diameter, som kan påvirke stabiliteten af ​​pasta i matrixen eller mængden af ​​magt er nødvendig for musene at bryde pasta, anbefales det, at DeCecco mærke pasta kan bruges i hele uddannelse og test.
  4. Placer ubehandlede capellini pasta stykker i pasta matrix, fylde alle tilgængelige huller i matricen (Figur 1A).
  5. Vænne mus til test kammer med en fuld pasta matrix placeret foran (figur 1A) og flere stykker af pasta at spise på bunden af test kammeret. Vænne mus til 3 sessioner af 5-10 min. BEMÆRK: Mus bør ikke tilskyndes til at nå til pasta i løbet af habituation uddannelse. Mus normalt begynder at vise interesse for pasta placeret uden for nå kammer ved at snuse på det gennem åbningen. Det er muligt at vænne to burkammerater i et enkelt kammer, hvis det ønskes, men mus skal formes og trænes individuelt. Alle overflader skal rengøres med 70% ethanol eller lignende, sikker desinfektion løsning, før og efter hvert dyr er placeret i adfærdsmæssige apparat.

2.. Udformning af Reach

  1. Bestem hvert dyr foretrukne lemmer ved at forme rækkevidde over 3-5 gang dagligt forme forsøg. Tillad mus til at nå i 10 min eller i alt 10 gange, hvilket indtræffer først.
    1. Placer mus enkeltvis i afprøvningen kammer med en fuld pasta matrix foran kammeret som i tilvænning uddannelse (figur 1A).
    2. Registrere antallet af strækninger med hvert ben, der angiver antallet af strækninger med højre og venstre ben separat. Definer en rækkevidde som udvidelseaf lemmet gennem nå åbningen, således at håndleddet bryder planet af kammeret; er det ikke nødvendigt for rækkevidde rettes mod eller komme i kontakt med pasta.
  2. Hold flere stykker af pasta bare inde i kammeret gennem den nå blænden for at tilskynde mus, der er tilbageholdende med at nå. Tegn pasta stykker ud når musen viser interesse (f.eks sniffing, bidende), og dermed tilskynde dem til at nå efter de vigende pasta stykker. Hvis mus, ikke i første omgang vise interesse i den tørre pasta, så våd spidserne af pasta stykker i en lille kop varmt vand for at gøre dem mere spiselig.
  3. Bestem lemmer præference, når en mus udviser en mindst 70% af deres daglige strækninger med en enkelt gren. Må ikke at over-form dyr, da dette kan begrænse mængden af læring observeret under uddannelsen del af at nå opgaver 17. Begynd PMRT uddannelse når mus formet. BEMÆRK: Træning kan startes, så snart next dag, men det er også acceptabelt at vente flere dage mellem formning og uddannelse procedurer.

3.. Nå Træning

  1. Tog mus en gang dagligt før fornærmelse for at etablere færdigheder på PMRT. BEMÆRK: Hver retssag består af højst 15 min eller 100 strækninger optalt af observatøren (vellykkede og mislykkede), alt efter hvad der indtræffer først. Mus er uddannet til at nå kun med deres foretrukne lemmer. Mus vil tolerere to forsøg per dag, hvis en mere intens træning paradigme ønskes 18.
    1. Placer mus i testkammeret med en halvt fyldt matrix placeret foran (fig. 1B). Tog mus kun at ligge med deres foretrukne lemmer ved at fylde kun den side af matrixen kontralaterale den foretrukne lemmer, da mus nå over midterlinjen af ​​deres krop. Lad den del af matricen, der svarer til den mindre foretrukket lemmer ubesatte for at modvirke reach forsøg med dette led (hvilket ikke ville være successful fordi de ikke kan nå frem til pasta) og tilskynde nåede kun den foretrukne lemmer.
  2. Placer en lille mængde pres på pasta, mens det er i matricen for at hjælpe mus med held at bryde stykker i den tidlige træning. Må ikke bryde pasta stykker for musen. Opnå dette ved at holde en eller to pasta stykker let bagud og vinkelret på den tilsigtede nå målet. Denne lille mængde af støtte hjælper stabilisere tynd pasta, som er ganske fleksibel og vanskeligt for mus at forstå som de oprindeligt er ved at lære opgaven.
  3. Optag det samlede antal når op, række succesfulde afkroge, og placeringer af succesfulde strækninger. Succesfulde strækninger kræver musen til at nå gennem åbningen, snup et stykke pasta og bryde pasta brik for at fjerne det fra matricen. BEMÆRK: Pasta stykker bør ikke erstattes i matricen, før retssagen er afsluttet. Tidligt i uddannelse, vil musene ikke bryde mange pasta stykker.
  4. Tog mus på PMRT til sprogfærdighed, som er defineret som mindst 3 dage (og op til 5 dage) af ensartet ydelse (bryde mindst 9 stykker pasta med ikke mere end 2 flere eller færre stykker i løbet af dage). Det tager ofte mellem 15-20 dage til at uddanne unge voksne mus til færdigheder.

4.. Mindre-ramte Limb Træning

  1. Træn mindre påvirkede lemmer (dvs. den præoperative mindre foretrukket lemmer) første fire dage efter iskæmisk fornærmelse til den motoriske hjernebark kontralateral til den foretrukne nå lem (se figur 2 for afklaring på de berørte / foretrukne og less-affected/unpreferred lemmer) . Gives en gang dagligt 15 min eller 100-rækkevidde træningssessioner.
    1. Fjern den første kolonne af pasta (dvs. den mest mediale lodrette kolonne strækker sig fra at nå blænde) i den første uge af mindre påvirket lem uddannelse for at sikre, at der tidligt når med de ramte led er ikke lykkes.
  2. Tilskynde nå med de mindre påvirket lemmer ved at styrke forlængelse af dette led gennem nå blænde. Når musene udvide de mindre ramte led i de første par dages træning sted en lille (1/2 stykke) af pasta på gulvet i den nå kammer, uanset om eller ej rækkevidde er vellykket.
  3. Tæl kun de strækninger lavet med mindre påvirket lem mod til 100 rækkevidde alt. Må ikke regne lyssky forsøg med de ramte led mod det samlede antal når op.
  4. Den mest mediale lodrette søjle af pasta Retur til matricen efter de første 7 dage af mindre påvirket lem uddannelse.
  5. Registrere antallet af strækninger, række succesfulde afkroge, og placeringer af successful når. BEMÆRK: Disse data kan analyseres for at observere forskelle i at nå mønstre med mindre påvirket lemmer, men er ikke tidligere blevet rapporteret.

5.. Nå Analyse

Fastslå virkningen af ​​mindre-ramte lemmer brug på inddrivelse af funktion af de ramte led ved at vurdere de ramte led på PMRT opgave efter mindre påvirket lem uddannelse. Denne vurdering sker efter det ønskede antal mindre påvirkede lemmer kursusdage er komplette (typisk 14 dage).

  1. Placer matrix foran kammeret, orienteret identisk med uddannelse procedurer (dvs. med halvdelen af den matrix kontralateral til den foretrukne lemmer fyldt). BEMÆRK: Dette tvinger mus at nå med deres ramte (og tidligere foretrukket) lemmer.
  2. Optag det samlede antal når op, række succesfulde afkroge, og placeringer af succesfulde afkroge at sammenligne med præ-takts ydeevnen. Må ikke sonden ydeevnede ramte led i løbet af mindre-ramte lemmer uddannelse som disse ramte lemmer prober kan fungere som træningssessioner, der kan påvirke inddrivelsen af ​​de ramte led.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Resultaterne fra PMRT analyse bør omfatte antallet af pasta stykker brudt og mønstret af succesfulde strækninger. Resultater fra mus med sensomotoriske kortikale læsioner viser, at iskæmisk fornærmelse påvirker både antallet af vellykkede strækninger såvel som fysisk rækkevidde mønstre 3, 19, som vist i figur 3A. Kan observeres Repræsentative ændringer mønster i figur 3B. Evne PMRT at efterligne lært non-use effekter i mus påvises ved nedsat genopretning af de ramte led efter mindre ramte led træning 13, 20. Som følge heraf er det kun succesfulde strækninger med de ramte led analyseret. Resultater fra mus med iskæmiske læsioner til sensomotoriske cortex tyder på, at to uger mindre påvirket lem uddannelse efter iskæmisk slagtilfælde svækker afficerede ekstremitet brug i mindst syv dage 13.. Som vist i figur 4, mus, som modtager mindre påvirket lem tregner i 15 dage efter ensidig iskæmisk fornærmelse udstille færre succesfulde reach forsøg over syv dage af afficerede ekstremitet vurdering. Mus, der ikke modtager undervisning (kontrol) i 15 dage efter slagtilfælde inddrive evne til at hente pasta stykker med syv dage ramte led vurdering. Denne effekt har vist sig at vare op til 28 dage senere ramte led vurdering Følgende mindre ramt uddannelse 20.

Den PMRT kunne også bruges til at vurdere kvalitative ændringer i nå så er blevet undersøgt i rotter med en enkelt pille nå opgave 21. Denne vurdering, som endnu ikke er udført på mus, ville kræve en systematisk analyse af videofilmet rækkevidder i PRMT.

Figur 1
Fig. 1. Pasta matrix nå opgave materialer. (A). Under formning er hele matrix fyldt med pasta. Men under faglært rækkevidde uddannelse af de berørte eller mindre berørte legemsdel kun halvdelen af ​​matricen er fyldt. Det kræver, at musen til at nå ud til hele kroppen med et enkelt ben (fx den foretrukne lemmer under pre-operative uddannelse) (B). De nuværende billeder er genoptrykt med tilladelse 3.

Figur 2
Figur 2.. Berørte ennd mindre ramt lemmer. Kan PMRT blive manipuleret til at engagere enten det angrebne eller mindre ramt lemmer. Solid sort farve indikerer Preferred / angrebne lemmer i de to første billeder og de mindre ramte led i det tredje billede. Denne grafik er med til at demonstrere de berørte og mindre-ramte lemmer i reference til den foretrukne lemmer.

Figur 3
Figur 3.. Repræsentant nå mønstre med de ramte led. Nå mønstre af mus både før og efter ensidig iskæmisk fornærmelse af sensomotoriske cortex modsat den foretrukne lemmer præsenteres (A). Anterior betegner pastastykker ligger stadig yderligere foran musen, mens lateral betegner pastastykker ligger stadig på siden af ​​musen. Kan observeres Repræsentative ændringer mønster i 3.

Figur 4
Figur 4.. Repræsentative resultater af mindre påvirkede lemmer træning på afficerede ekstremitet udfald. Træning af mindre-ramte lemmer i 15 dage efter ensidig iskæmisk fornærmelse af sensomotoriske cortex svækker funktionelle resultat af de ramte led, forebyggelse af funktionel genopretning. Dette tal er genoptrykt med tilladelse 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den PMRT repræsenterer en enkel, kvantitativ måde at vurdere fagmand nå resultater i mus. Selvom tidskrævende, er det muligt for tidligere uerfarne bachelorer, der skal uddannes til at indsamle pålidelige og reproducerbare data med kun et par træningssessioner. Opgaven er følsom nok til at måle selv små ændringer i mus motoriske præstation følgende iskæmiske skade 3, 13, 15, og en række undersøgelser citere langsigtede underskud med en række uddannelses protokoller 15, 20, 22. Fordi det er en ensidig opgave, kan den også anvendes til at diktere den ekstremitet, hvor mus udføre opgaven. Denne funktion af PMRT gør det muligt at være effektive i undersøgelser af både adaptive adfærdsmæssige og neurale plasticitet efter spot samt utilpasset og kompenserende ændringer, der opstår med lært afhængighed af mindre påvirket lem. Opgaven egner sig også til studier af bimanual lem brug, som er blevet undersøgt i rotter modeller, men ikke presladende i musen 23.

De mest kritiske aspekter af den nuværende protokol omfatter: nøjagtig bestemmelse af foretrukne lemmer før træning, uddannelse mus til færdigheder på de dygtige motor opgave forud for skaden, og skifte musene fra foretrukne / afficerede ekstremitet nå til mindre foretrukket / mindre påvirket lem nå i den første uge af postoperativ træning. Til præcist at bestemme den foretrukne lemmer før træning er det vigtigt at give mus for at nå til pasta i den fulde matrix under formgivning. Mus bør tilskyndes til at nå, men de bør ikke belønnes for strækninger, der kan utilsigtet skævhed lemmet som de nå. Shaping sessioner er ikke uddannelse sessioner, og derfor mus ikke bør opfordres specifikt til at bryde pasta stykker, blive belønnet for at nå adfærd, eller nå et stort antal gange per session 3. Det er også vigtigt, at mus erhverver motorik før iskæmiske skade, så tkan indsamles hat nøjagtige data vedrørende virkningerne af både påvirket og mindre påvirkede lemmer træning efter skade, samt at tillade passende kvantificering af indledende underskud efter skade. Et minimum af 15 dage præoperativ træning (ekskl. formning) foreslås at sikre erhvervelse på opgaven. En god tommelfingerregel er at sikre, at dyrene er konsekvente i deres præstationer, og dermed udviser en stabil ydeevne på tværs af mindst 3-5 træning dage. Dette kan bedst ske ved graftegning de præ-operative nå data for hvert dyr visuelt observere succes mønstre. Hvis resultaterne vises asymptotisk over 3-5 dage (dvs. varierer med mindre end 2 succesfulde søgninger på tværs af dage), er det sikkert at antage, at dyret i tilstrækkelig grad har overtaget opgaven. Mus typisk nå en asymptotisk succes niveau af ~ 11 stykker, men med udvidet (måneder) uddannelse gradvist kan opnå succes niveauer af ~ 14 stykker 24. Endelig især med relatively små læsioner 13, 20, kan mus fortsætter med at forsøge at nå med de ramte led tidligt i mindre påvirket lem uddannelse. Det er nyttigt at fjerne den første kolonne af pasta fra matricen i de første 7 dage af mindre påvirket lem uddannelse til at modvirke denne adfærd. Musene kan være i stand til at bryde de første stykker af pasta med deres ramte led, hvis de anvendes fuldt halvdel matrix, og denne succes vil yderligere tilskynde afficerede ekstremitet nåede på trods af en manglende evne til at kunne hente stykker ud over disse første få. I den første uge af mindre påvirket lem uddannelse, kan det samlede antal berørte afkroge kvantificeres, men antallet af vellykkede pauser vil ikke være informativ. Som nævnt ovenfor, er det kun vellykkede berørte lemmer strækninger analyseret for fortolkningen af data. For yderligere at tilskynde mindre ramte led nå, er det nyttigt at give små (½ størrelse) pasta stykker som belønning for forsøg strækninger med mindre påvirket lemmer. Dette PRactice er normalt nødvendigt i de første 2-3 dage af mindre påvirket lem uddannelse, på hvilket tidspunkt mus blive dygtige til at nå med de mindre-ramte lemmer og vil begynde med held at bryde og hente pasta stykker.

Indsamling adfærdsmæssige data med mus kan være effektive og givende, men det er vigtigt at huske, at mus er ikke mindre rotter. De har en unik temperament og adfærdsmæssige repertoire, der bør overvejes for adfærdsmæssige opgaver. Brug godt håndteres, tæmmes mus øger vellykket adfærdsmæssige dataindsamling. Flere uger med regelmæssig håndtering anbefales. Desuden mus tider kræver "fokus" i løbet af adfærdsmæssig træning. Det er nyttigt at forsigtigt børste pastastykker i matrixen til at foretage en tydelig støj, som musene svare. Det kan også være nyttigt at forsigtigt børste indersiden af ​​nå åbning.

Den nuværende protokol beskriver en følsom adfærdsmæssige opgave for indsamling of faglært nåede data i mus efter små iskæmisk slagtilfælde. Motor nedskrivninger er blandt de mest almindelige og kroniske konsekvenser af slagtilfælde 25, 26, og er derfor i fokus i en række grundlæggende videnskab forskningslaboratorier (fx 27-32). Dygtige vidtrækkende opgaver er de mest almindeligt anvendte tests af behændig forben brug hos gnavere, og som historisk har været oftest bruges i rottemodeller skade (fx 11, 19, 28, 33), selv om deres anvendelse i musemodeller er ved at blive ret hyppige 34, 35. Anvendelsen af faglærte nå opgaver i mus, såsom PMRT, giver mulighed for forbedrede musemodeller af slagtilfælde 3 og dermed bedre translationel potentiale af disse grundlæggende videnskabelige eksperimenter. På grund af deres overkommelige priser, de tilgængelige genetiske værktøjer, og deres udbredelse i neurobiologiske laboratorier, mus er vigtige redskaber i studiet af slagtilfælde mekanismer og nyttiggørelse. Tilgængeligheden af ​​adfærdsmæssige manipulationer thpå følsomt vurdere motorisk præstation, kan anvendes til rehabiliterende strategier og kan efterligne human kompenserende reaktioner udvider anvendelsen af ​​musemodellen. De i denne protokol beskrevne metoder kan helt sikkert være yderligere forbedret og udvidet til andre mus skade modeller, herunder traumatisk hjerneskade, studier af bimanual lemmer brug følgende fornærmelse og studier af neurale mekanismer, der sub tjener og støtte funktionel genopretning.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Adfærd Øvre ekstremitet svækkelse murine model rehabilitering Ikke-paretic lemmer uddannelse god lemmer uddannelse mindre påvirket lem uddannelse lærte manglende brug Pasta matrix nåede opgave
Kompenserende Limb Brug og Behavioral Assessment of Motor Skill Læring Efter sensorimotorisk Cortex Injury i en musemodel for iskæmisk slagtilfælde
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kerr, A. L., Tennant, K. A.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).

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