Waiting
Login processing...

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

Behavior

Compenserende Limb Gebruik en Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Na Sensorimotor Cortex Letselschade in een muismodel van ischemische beroerte

Published: July 10, 2014 doi: 10.3791/51602

Abstract

Muismodellen zijn steeds populairder geworden op het gebied van gedrags-neurowetenschappen, en specifiek in studies van experimentele beroerte. Als modellen vooraf is het belangrijk om gevoelige gedragsmaatregelen specifiek voor de muis ontwikkelen. Het huidige protocol beschrijft een ervaren motorische taak voor gebruik in muismodellen van een beroerte. De Pasta Matrix bereiken Task functioneert als een veelzijdige en gevoelige gedrags test die onderzoekers toelaat om nauwkeurige uitkomst gegevens te verzamelen en te manipuleren ledemaat gebruiken om menselijke klinische verschijnselen inclusief compenserende strategieën (dwz, leerde niet-gebruik) en gerichte revalidatie training na te bootsen. In combinatie met neuroanatomisch gereedschappen, deze taak maakt ook onderzoekers om de mechanismen die gedragsmatige herstel van de functie (of het ontbreken daarvan) te ondersteunen na slag te verkennen. De taak is zowel eenvoudig en betaalbaar te stellen en het gedrag, biedt een verscheidenheid aan trainingen en testen opties voor tal van onderzoeksvragen inzake functional uitkomst na letsel. Hoewel de taak is toegepast muismodellen van een beroerte, kan het ook nuttig in studies van functioneel resultaat van andere bovenste extremiteit letsels modellen.

Introduction

Muismodellen zijn steeds populairder geworden voor experimentele slagonderzoek mede door hun gemak en betaalbaarheid, alsmede de beschikbaarheid van transgene lijnen die geschikt zijn voor in vivo beeldvorming onder andere toepassingen. Met deze toegenomen populariteit in experimentele modellen, de interesse in het ontwikkelen gevoelige gedrags evaluaties van het functioneel resultaat na verwonding is ook toegenomen 1-7. De ontwikkeling van dierlijke trainingsprotocollen die zowel herstel en compensatoire strategieën die door menselijke slagoverlevenden nabootsen verbetert het vermogen om met succes bevindingen vertalen van dierproeven voor gebruik in de kliniek 8. Motorische vaardigheidstraining op de Pasta Matrix bereiken Task (PMRT) is eerder opgericht als een gevoelige gedragsmatige beoordeling van motorische uitkomst na ischemie van de sensomotorische cortex 3.

Een van de primair belangs in een beroerte onderzoek betreft herstel en de ontwikkeling en het begrip van gedrags-strategieën die verbeterde herstel van functie te bevorderen na belediging. Momenteel rehabilitatiestrategieën bij mensen leiden tot onvolledige herstel 8. Bovendien moet revalidatietherapeuten compenserende strategieën die slagoverlevenden ontwikkelen tijdens het herstel dat hun vermogen om volledig herwinnen functie van hun aangedane ledemaat (s) kunnen ondermijnen bestrijden. Bijvoorbeeld, na een eenzijdige beroerte die bovenste ledematen beïnvloedt, mensen de neiging om een beroep op hun minder-aangedane been 9, 10 te ontwikkelen. Terwijl het verbeteren van iemands vermogen om te functioneren op de korte termijn, dit niet-gebruik van de aangedane ledemaat geleerd kan het uiteindelijke herstel potentieel belemmeren, zoals aangetoond in diermodellen 11-13. Deze bevindingen bij dieren hebben bijgedragen aan de ontwikkeling en het gebruik van constraint-geïnduceerde bewegingstherapie informeren bij de mens 14. Diermodellen begunstigdenl voor het verbeteren rehabilitatiestrategieën voor onderzoekers die de neurobiologische mechanismen die gebaat verkennen en bevorderen het herstel van de functie. Naast een doeltreffend gedragsbeoordeling post-stroke functie heeft PMRT vastgesteld als een effectieve revalidatie strategie verbeterde functionele uitkomst na sensomotorische beroerte 15 bevorderen. De PMRT kan ook gebruikt worden om effectief na te bootsen geleerd niet-gebruik van de aangedane ledemaat en bieden daarom inzicht in gedrags-manipulaties die functioneel herstel kunnen verbeteren ondanks de aanvankelijke over-afhankelijkheid van de minder getroffen ledemaat 13.

De bouw van de PMRT is eerder 3 beschreven. In het kort wordt het bereiken van kamer bestaande uit vier plexiglas muren (20 cm hoog, 15 cm lang en 8,5 cm breed) met een open boven-en onderkant. Er is een centrale spleet (13 cm lang en 5 mm breed) zich vanaf de bodem basis van de voorwand van de kamer die dientde bereiken diafragma (figuur 1A). De pasta matrix is ​​een heavy-duty kunststof blok (8,5 cm lang, 5 cm breed en 1,5 cm hoog) met 1 mm diameter gaten volledig geboord door de diepte van het blok. Er zijn in totaal 260 holes, beginnend 2 mm van het bereiken van ramen met 2 mm tussen elk gat (Figuur 1B). De pasta matrix is ​​zodanig ontworpen dat droog, verticaal georiënteerde pasta stuks zich door de gehele diepte van de matrix podium met ongeveer de helft van de pasta stuk blootgesteld. Een verwijderbare stuk boven plastic of karton moet op maat worden gesneden en stevig plakband aan de onderkant van de matrix. Dit voorkomt dat de pasta stuks uit kan vallen van de matrix tijdens transport en zorgt voor gemakkelijke verwijdering van gebroken pasta stuks.

De PMRT is een veelzijdige en gevoelige gedrags test die onderzoekers toelaat om nauwkeurige uitkomst gegevens te verzamelen en ledematen te gebruiken om de klinische verschijnselen na te bootsen manipuleren. Als een gedrags-oESULTATEN maatregel de PMRT stelt onderzoekers voor gedragsgegevens die de effectiviteit van een revalidatie strategie dan door de traditionele maatstaf van infarctgrootte 3, 16 betere weerspiegeling verzamelen. Als gedrags manipulatie, de PMRT stelt onderzoekers de bovenste ledematen gebruik bij muizen beheersen Om de klinische ervaringen van de revalidatie (dwz aangedane ledemaat opleiding) of aangeleerd niet-gebruik (dat wil zeggen minder getroffen ledemaat training) na te bootsen. In combinatie met neuroanatomisch methoden, de PMRT biedt onderzoekers de gelegenheid om de mechanismen die gedragsmatige herstel van de functie of maladaptieve plasticiteit ondersteunen volgende compenserende ledemaat gebruik na een beroerte te verkennen. De PMRT kan verder worden toegepast op andere muizenmodellen van hersenletsel en bovenste ledematen stoornis, zoals traumatisch hersenletsel. Een ander voordeel van de PMRT is de betaalbaarheid. De voor de taak apparatuur kan vrij redelijk worden gebouwd in huis, het verzamelen van gegevens doeteen grote hoeveelheid ruimte of financiële middelen nodig, en de taak is eenvoudig genoeg voor studenten om betrouwbare gegevens te verzamelen. Verder is de PMRT is gevoelig voor zelfs kleine gedragstekorten 3, 13. Dit protocol biedt een eenvoudige en effectieve manier om motorische vaardigheden leren mimic geleerd niet-gebruik verschijnselen in een gevestigde muizenmodel van beroerte beoordelen, bevorderen gedragsmatige herstel na letsel, en.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De volgende methoden zijn in overeenstemming met protocollen door de Universiteit van Texas in Austin en Illinois Wesleyan Animal Care en gebruik comites goedgekeurd. Het wordt aanbevolen dat de onderzoekers Draag handschoenen of neem de nodige voorzorgsmaatregelen (handen wassen voor en na) bij de uitoefening van gedragstraining met enige proefdier. Draag handschoenen bij het hanteren van de dieren in de voorbereiding en tijdens de operatie.

1. Gewenning en Voedselkwaliteit Beperking

OPMERKING: Als de PMRT is een appetitive taak, is het nuttig om de omvang en het tijdstip van het voeden voorafgaand aan het begin van de training om de bereiken reactie motiveren en verzadiging tijdens trainingen te voorkomen beperken.

  1. Plaats muizen op een beperkt voedingsschema aanvangt ten minste 1 week voorafgaand aan het begin van taakgerichte training. Weeg elke muis voorafgaand aan het begin van voedsel beperking van vrije geeft gewichten, die worden bepaald als e vestigene gewichten van elk dier op de eerste dag van beperkt voeren.
    1. Feed muizen eenmaal daags, met elke muis ontvangende ~ 2,5 g standaard knaagdiervoer per dag (bijvoorbeeld als er 4 muizen gehuisvest in een kooi, de kooi 10 gram voedsel per dag ontvangen). Zorg voeding treedt op hetzelfde tijdstip, bij voorkeur bij het dagelijkse trainingen verwacht sluiten.
    2. Weeg de dieren regelmatig om ervoor te zorgen dat er geen muis verliest meer dan 10% van hun vrije geeft gewicht. OPMERKING: Stel dagelijks voedsel bedragen dienovereenkomstig passende gewicht blijven promoten. Muizen meestal gewichtstoename als ze volwassen worden, zelfs met een constante voedselrestrictie Muizen blijven eten beperking voor de duur van PMRT training / assessment.
  2. Expose dieren kleinere stukken van pasta (snijden tot 1,6 cm) in hun eigen kooi een paar keer voor de training om neophobic reacties te overwinnen. OPMERKING: Meestal 5-10 dagen na de blootstelling voldoende zijn, met ongeveer 4 stuks per muis bepaded bij elke voeding.
  3. Snijd pasta stuks op maat (3,2 cm) met een scheermesje. OPMERKING: Het wordt aanbevolen dat een overmaat aan pasta stukken voorafgaand aan het begin van de dag training en ongebruikte stukken opgeslagen in een luchtdichte container worden gesneden. Capellini pasta wordt gebruikt om de matrix te vullen. Als verschillende merken pasta verschillen in textuur en diameter, die de stabiliteit van pasta in de matrix of de hoeveelheid kracht die nodig is voor de muizen om de pasta te breken kunnen beïnvloeden, wordt aanbevolen DeCecco merk pasta tijdens training en testen gebruikt.
  4. Plaats ongekookte pasta capellini stukken in de pasta matrix vult alle beschikbare gaten in de matrix (Figuur 1A).
  5. Muizen wennen aan de testkamer met een volledige pasta matrix geplaatst voor (figuur 1A) en verschillende stukken van pasta te eten op de bodem van de testkamer. Wennen muizen voor 3 sessies van 5-10 minuten. OPMERKING: Muizen moet niet worden aangemoedigd te bereiken voor pasta tijdens habituatie training. Muizen beginnen meestal aan belangstelling voor de pasta buiten het bereiken kamer gelegen aan snuiven op het door de opening te laten zien. Het is mogelijk twee maten gewennen kooi in een enkele kamer indien gewenst, maar muizen worden gevormd en afzonderlijk getraind. Alle oppervlakken worden gereinigd met 70% ethanol of een vergelijkbaar veilige desinfecterende oplossing voor en na elk dier wordt in de gedrags inrichting.

2. Shaping de Reach

  1. Bepaal voorkeur ledemaat elk dier door het vormgeven van het bereik gedurende 3-5 eenmaaldaagse vormgeving proeven. Sta muizen bereikt gedurende 10 minuten of een totaal van 10 keer, die eerst optreedt.
    1. Plaats muizen afzonderlijk in de testkamer met een volledige pasta matrix voor de kamer zoals in gewenning training (figuur 1A).
    2. Noteer het aantal bereikt met elke ledemaat, duidt het aantal bereikt met de rechter en linker ledematen afzonderlijk. Definieer een bereik als verlengstukvan de ledemaat door het bereiken opening zodat de pols breekt het vlak van de kamer; Het is niet noodzakelijk het bereik wordt gericht of contact maken met de pasta.
  2. Houden verschillende stukken van pasta net binnen de kamer door het bereiken van opening aan muizen die terughoudend zijn om te bereiken en te stimuleren. Trek de pasta stuks wanneer de muis toont interesse (bijvoorbeeld snuiven, bijten), dus hen aanmoedigen om te bereiken na de terugtrekkende pasta stuks. Als de muizen niet in eerste instantie interesse tonen in de droge pasta, dan nat de uiteinden van de pasta stuks in een klein kopje warm water om ze beter verteerbaar.
  3. Bepaal ledemaat voorkeur wanneer een muis vertoont een minimum van 70% van hun dagelijkse bereikt met een enkele ledemaat. Doen de dieren niet te-vorm over, omdat dit het bedrag van leren waargenomen tijdens de training deel van het bereiken van taken 17 kan beperken. Begin PMRT training eenmaal muizen worden gevormd. OPMERKING: Training kan zodra de nex worden gestartt dag, maar het is ook aanvaardbaar meerdere dagen wachten tussen vormgeving en opleidingsprocedures.

3. Bereiken Training

  1. Trein muizen eenmaal daags voorafgaand aan belediging om vaardigheid vast te stellen op PMRT. OPMERKING: Elke proef bestaat uit een maximum van 15 min of 100 uithoeken geteld door de waarnemer (succesvolle en mislukte), hetgeen het eerste plaatsvindt. Muizen worden opgeleid om te bereiken alleen met hun favoriete ledemaat. Muizen zal tolereren als een meer intensieve training paradigma gewenst 18 twee onderzoeken per dag.
    1. Plaats muizen in de testkamer met een halfvolle matrix geplaatst voor (figuur 1B). Train muizen slechts bereiken met hun voorkeur ledematen vult alleen de zijde van de matrix contralaterale de favoriete ledemaat aangezien muizen bereiken over de middellijn van het lichaam. Laat het gedeelte van de matrix die overeenkomt met de unpreferred lidmaat onbezet teneinde bereik pogingen ontmoedigen met dit onderdeel (die niet s zouUccessful omdat ze de pasta niet te bereiken) en aan te moedigen alleen het bereiken van de gewenste ledemaat.
  2. Plaats een kleine hoeveelheid druk op de pasta terwijl het in de matrix om muizen succesvol stukken breken tijdens vroege trainingen. Niet breken de pasta stuks voor de muis. Dit te bereiken door met een of twee pasta stuks licht achter en loodrecht op de beoogde doelstelling te bereiken. Deze kleine hoeveelheid ondersteuning helpt het stabiliseren van de dunne pasta, dat is heel flexibel en moeilijk voor muizen te begrijpen als ze in eerste instantie zijn het leren van de taak.
  3. Noteer het totaal aantal bereikt, aantal succesvolle bereikt, en locaties van succesvolle bereikt. Succesvolle bereikt vereisen de muis te bereiken door de opening, pak een stuk van pasta, en breek de pasta stuk om deze uit de matrix te verwijderen. OPMERKING: Pasta stukken moeten niet in de matrix worden vervangen dan na de beproeving heeft beëindigd. In het begin van de opleiding, zal muizen niet breken veel pasta stuks.
  4. Trein muizen op de PMRT om vaardigheid, die wordt gedefinieerd als ten minste 3 dagen (en tot 5 dagen) van consistente prestaties (het breken van minstens 9 stuks van pasta met niet meer dan 2 meer of minder stukken over dagen). Het duurt vaak tussen de 15-20 dagen aan jonge volwassen muizen trainen om vaardigheid.

4. Minder-aangedane ledemaat Training

  1. Train de minder getroffen ledemaat (dat wil zeggen, de pre-operatieve unpreferred ledematen) die vier dagen na de ischemische schade aan de motor cortex contralateraal van de geprefereerde bereiken van ledematen (zie figuur 2 om opheldering over de getroffen / geprefereerde en less-affected/unpreferred ledematen) . Dien eenmaal daags 15 min of 100-bereik trainingen.
    1. Verwijder de eerste kolom van pasta (dat wil zeggen, de mediale verticale kolom uitstrekt vanaf het bereiken opening) voor de eerste week van minder getroffen ledemaat training zodat vroege bereikt met het getroffen ledemaat niet succesvol.
  2. Moedig bereiken met de minder-aangedane ledemaat door het versterken van uitbreiding van dit onderdeel door het bereiken van diafragma. Bij muizen verlengen de minder getroffen ledemaat in de eerste paar dagen van de opleiding plaats een kleine (1/2 stuk) pasta op de vloer van de kamer te bereiken, ongeacht of het bereik is gelukt.
  3. Tellen alleen de uithoeken gemaakt met de minder-aangedane ledemaat in de richting naar de 100 bereik totaal. Reken er maar niet heimelijke pogingen met de aangedane ledemaat aan het totale aantal bereikt.
  4. De terugkeer van de meest mediale verticale kolom van pasta tot de matrix na de eerste 7 dagen van minder-aangedane been training.
  5. Noteer het aantal bereikt, aantal succesvolle bereikt, en locaties van successful bereikt. Opmerking: Deze gegevens kunnen worden geanalyseerd om de verschillen in het bereiken patronen met minder getroffen ledemaat waarnemen, maar niet eerder gerapporteerd.

5. Bereiken Analyse

Bepaal de impact van minder getroffen ledemaat gebruik op herstel van de functie van de aangedane ledemaat door beoordeling van de aangedane ledemaat op de PMRT taak volgende minder getroffen ledemaat training. Deze evaluatie vindt plaats na het gewenste aantal minder-aangedane ledemaat trainingsdagen zijn voltooid (meestal 14 dagen).

  1. Plaats de matrix in de voorkant van de kamer, identiek georiënteerde opleiding procedures (dat wil zeggen, met de helft van de matrix contralaterale om de gewenste ledematen gevuld). OPMERKING: Dit dwingt muizen te bereiken met hun aangedane (en eerder de voorkeur) ledemaat.
  2. Noteer het totale aantal bereikt, aantal succesvolle bereikt en locaties van succesvolle bereikt te vergelijken met pre-takt prestatieniveaus. Heeft prestaties van niet sondehet getroffen ledemaat tijdens minder getroffen ledemaat opleiding als deze getroffen ledemaat probes kunnen functioneren als trainingen die van invloed kunnen het herstel van het getroffen ledemaat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De resultaten van PMRT analyse moet onder meer het aantal pasta stukken gebroken en het patroon van succesvolle bereikt. Resultaten van muizen met sensorimotorische corticale letsels aan dat ischemie beïnvloedt zowel het aantal succesvolle bereikt als fysieke bereik patronen 3, 19, zoals in figuur 3A. Representatieve patroon veranderingen kunnen worden waargenomen in figuur 3B. Het vermogen van de PMRT geleerde niet gebruiken effecten nabootsen muizen aangetoond door verminderde herstel van het getroffen ledemaat volgende minder getroffen ledemaat training 13, 20. Hierdoor worden alleen succes bereikt met het getroffen ledemaat geanalyseerd. Resultaten van muizen met ischemische letsels aan de sensomotorische cortex suggereren dat twee weken van minder getroffen ledemaat training volgende herseninfarct schaadt aangedane ledemaat te gebruiken voor ten minste zeven dagen 13. Zoals aangetoond in Figuur 4, muizen die minder getroffen ledemaat t ontvangstregende gedurende 15 dagen na eenzijdige ischemische schade vertonen minder succesvolle pogingen bereik meer dan zeven dagen van de aangedane ledemaat assessment. Muizen die geen training (controle) ontvangen voor 15 dagen na een beroerte herstellen de mogelijkheid om pasta stuks met succes te halen met zeven dagen van de aangedane ledemaat assessment. Dit effect is gevonden om vol te houden met maximaal 28 dagen later getroffen ledemaat evaluatie na minder getroffen training 20.

De PMRT kan ook worden gebruikt voor kwalitatieve veranderingen in het bereiken beoordeelt is onderzocht bij ratten met een enkele pellet bereiken taak 21. Deze evaluatie, die nog moet worden uitgevoerd bij muizen, zou de systematische analyse van gefilmd bereikt in de PRMT vereisen.

Figuur 1
Figuur 1. Pasta matrix bereiken taak materialen. (A). Tijdens het vormen wordt de gehele matrix gevuld met pasta. Tijdens geschoolde bereik training van de getroffen of minder getroffen ledemaat slechts de helft van de matrix wordt. Dit vereist de muis te bereiken over het lichaam met een enkel ledemaat (bijvoorbeeld de voorkeur ledematen tijdens de pre-operatieve training) (B). De huidige foto's zijn met toestemming overgenomen 3.

Figuur 2
Figuur 2. Getroffen eennd minder getroffen ledematen. kan qua PMRT worden gemanipuleerd om deel te nemen ofwel de betrokken of de minder getroffen ledemaat. Stevige zwarte kleur geeft Preferred / aangetaste ledematen in de eerste twee beelden en de minder-aangedane ledemaat in de derde afbeelding. Dit grafische helpt de getroffen en minder getroffen ledematen met betrekking tot de gewenste onderdeel tonen.

Figuur 3
Figuur 3. Representatieve bereiken patronen met de getroffen ledemaat. Bereiken patronen van muizen voor en na eenzijdige ischemische insult van de sensorimotorische cortex tegenover het gewenste onderdeel worden (A). Anterieure duidt pasta stuks ligt steeds verder in de voorkant van de muis, terwijl laterale duidt pasta stuks zich in toenemende mate aan de zijkant van de muis. Representatieve patroon veranderingen kunnen worden waargenomen in 3.

Figuur 4
Figuur 4. Representatieve resultaten van minder getroffen ledemaat training op aangedane ledemaat uitkomst. Training van de minder getroffen ledemaat gedurende 15 dagen na eenzijdige ischemische belediging van de sensomotorische cortex belemmert functionele resultaat van de getroffen ledemaat, het voorkomen van functioneel herstel. Dit cijfer is met toestemming overgenomen 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De PMRT is een eenvoudige, kwantitatieve manier om bekwaam te bereiken prestaties bij muizen te beoordelen. Hoewel tijdrovend, is het mogelijk eerder onervaren studenten worden opgeleid om betrouwbare en reproduceerbare gegevens te verzamelen met slechts enkele trainingen. De taak is gevoelig genoeg om zelfs kleine veranderingen in de muis motorische vaardigheden prestaties na ischemie 3, 13, 15 te meten, en een aantal studies citeren tekorten op lange termijn met een verscheidenheid aan opleidingen protocollen 15, 20, 22. Omdat het een eenzijdige taak kan ook worden gebruikt om het onderdeel waarmee muizen uitvoeren van de taak dicteren. Dit kenmerk van de PMRT maakt het effectief in studies van zowel adaptieve gedrag en neuronale plasticiteit volgend insult en onaangepaste en compenserende veranderingen die optreden met geleerde afhankelijkheid van de minder getroffen ledemaat te zijn. De taak leent zich ook voor studies met twee handen ledemaat gebruik, die zijn onderzocht in ratmodellen maar niet presently in de muis 23.

De meest kritische aspecten van het huidige protocol zijn onder andere: het nauwkeurig bepalen van de gewenste ledematen voor de training, opleiding van muizen om vaardigheid op de ervaren motorische taak voorafgaand aan letsel, en het schakelen van de muizen uit geprefereerde / aangedane ledemaat tot aan unpreferred / minder getroffen ledemaat verstrekkende in de eerste week van postoperatieve training. Voor het nauwkeurig bepalen van de gewenste onderdeel voor de training is het belangrijk om muizen te bereiken voor pasta in de volledige matrix tijdens het vormen. Muizen moeten worden aangemoedigd om te bereiken, maar ze moeten niet worden beloond voor uithoeken, die onbedoeld kan vertekenen de ledematen waarmee ze bereiken. Shaping sessies worden niet trainingen, en daarom muizen moeten niet specifiek worden aangemoedigd om pasta stukken te breken, worden beloond voor het bereiken van gedrag, of bereiken een te groot aantal keren per sessie 3. Het is ook belangrijk dat de muizen het verwerven van de motorische vaardigheden voorafgaand aan ischemische schade zo tpet nauwkeurige gegevens te verzamelen over de effecten van zowel aangetast en minder getroffen ledemaat training na verwonding, alsmede eventueel de meting van de initiële betreft na verwonding toe. Een minimum van 15 dagen van de pre-operatieve training (exclusief shaping) wordt voorgesteld om de aankoop daadwerkelijk op de taak. Een goede vuistregel is om ervoor te zorgen dat de dieren zijn consistent in hun prestaties, waardoor een stabiele prestaties vertoont over ten minste 3-5 training dagen. Dit kan het best worden bereikt door de grafieken preoperatieve reikende gegevens voor elk dier visueel succespatronen observeren. Als de prestaties blijkt asymptotische gedurende 3-5 dagen (dat wil zeggen, een afwijking van minder dan 2 succesvolle opvragingen over dagen), is het veilig om te veronderstellen dat het dier voldoende de taak heeft verworven. Muizen meestal een asymptotische succes niveau van ~ 11 stuks te bereiken, maar met uitgebreide (maanden) training kan geleidelijk succes niveaus van ~ 14 stuks 24 bereiken. Tenslotte vooral relatitief kleine letsels 13, 20, muizen kunnen blijven proberen te bereiken met de getroffen ledemaat vroeg in minder getroffen ledemaat training. Het is nuttig om de eerste kolom van pasta uit de matrix gedurende de eerste 7 dagen van minder getroffen ledemaat training om dit gedrag te ontmoedigen verwijderen. De muizen in staat zijn om de eerste paar stukken pasta met de aangedane ledematen breken als het ware half gebruikte matrix en dit succes getroffen ledemaat verder aanmoedigen bereiken ondanks een niet succesvol stukken halen boven deze eerste. Tijdens de eerste week van minder-aangedane been training, kan het totale aantal getroffen bereikt worden gekwantificeerd, maar het aantal succesvolle pauzes zal niet informatief. Zoals hierboven vermeld, worden alleen succesvol getroffen ledemaat bereikt geanalyseerd gegevensinterpretatie. Aan minder-aangedane ledemaat verder te stimuleren bereiken, is het nuttig om kleine (½ formaat) pasta stuks als beloning voor poging bereikt voorzien van de minder getroffen ledemaat. Dit practice is meestal nodig voor de eerste 2-3 dagen van-minder getroffen ledemaat opleiding, op welk punt muizen worden bedreven in het bereiken van de minder getroffen ledemaat en met succes zal beginnen te breken en ophalen pasta stuks.

Het verzamelen van gedrags-gegevens met muizen kan effectief en de moeite waard, maar het is belangrijk te onthouden dat muizen zijn geen kleine ratten. Ze hebben een uniek temperament en gedragsrepertoire dat moet worden overwogen voor gedragsverandering taken. Met behulp van goed behandeld, getemd muizen verhoogt succesvolle gedrags gegevensverzameling. Enkele weken regelmatig behandeling worden aanbevolen. Bovendien muizen vereisen soms "gericht" in gedragstraining. Het is nuttig om borstelt pasta stukken in de matrix een duidelijk geluid dat de muizen reageren maken. Het kan ook nuttig zijn om borstelt de binnenkant van de opening bereikt.

Het huidige protocol beschrijft een gevoelige gedrags-taak voor de collectie of geschoolde bereiken van gegevens bij muizen na kleine ischemische beroertes. Motorische stoornissen behoren tot de meest voorkomende en chronische gevolgen van een beroerte 25, 26, en zijn dan ook de focus van een aantal fundamentele wetenschap onderzoekslaboratoria (bijv. 27-32). Geschoolde bereiken taken zijn de meest gebruikte tests van de behendige voorpoot gebruik bij knaagdieren, en van oudsher het meest gebruikt in rat modellen van letsel (bijvoorbeeld 11, 19, 28, 33), hoewel het gebruik ervan in muismodellen wordt vrij frequent 34, 35. Toepassing van geschoolde bereiken taken in muizen, zoals PMRT, zorgt voor extra muismodellen van slag 3 en dus betere translationele potentieel van deze fundamentele wetenschappelijke experimenten. Vanwege hun betaalbaarheid, de beschikbare genetische hulpmiddelen, en hun prevalentie in neurobiologische laboratoria, muizen zijn belangrijke instrumenten in de studie van een beroerte mechanismen en herstel. De beschikbaarheid van gedrags manipulaties ebij gevoelig motorische prestaties te beoordelen, kan worden gebruikt voor revalidatie strategieën en kunnen menselijke compenserende responsen na te bootsen breidt de toepassing van het muismodel. De in dit protocol beschreven methoden kan zeker verder worden verfijnd en uitgebreid naar andere muis letsel modellen, met inbegrip van traumatisch hersenletsel, studies van bimanuele ledemaat gebruik na belediging en studies van neurale mechanismen die sub dienen en ondersteunen functioneel herstel.

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

Gedrag Bovenste lidmaat stoornis muismodel Revalidatie Reiken niet-paretische extremiteit training Goede ledematen opleiding minder getroffen ledemaat training Learned niet-gebruik Pasta matrix bereiken taak
Compenserende Limb Gebruik en Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Na Sensorimotor Cortex Letselschade in een muismodel van ischemische beroerte
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