Waiting
Login processing...

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

Behavior

Kompenserende Limb bruk og Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Etter sensorimotorisk Cortex Injury i en musemodell med hjerneinfarkt

Published: July 10, 2014 doi: 10.3791/51602

Abstract

Musemodeller har blitt stadig mer populært innen atferdsnevrovitenskap, og spesielt i studier av eksperimentell hjerneslag. Som modeller forhånd, er det viktig å utvikle sensitive atferdsmessige tiltak som er spesifikke for mus. Den nåværende protokollen beskriver en dyktig motor oppgave for bruk i musemodeller av hjerneslag. Pasta Matrix Reaching Oppgave fungerer som en allsidig og følsom atferdsanalyse som tillater forskere å samle inn nøyaktige utfallet data og manipulere lem bruk for å etterligne menneskelige kliniske fenomener inkludert kompenserende strategier (dvs. lært ikke-bruk) og fokusert rehabiliterende trening. Når det kombineres med nevroanatomi verktøy, denne oppgaven også tillater forskere å utforske de mekanismer som støtter atferds gjenvinning av funksjon (eller mangel på sådan) etter hjerneslag. Oppgaven er både enkelt og rimelig å sette opp og oppførsel, og tilbyr en rekke trening og testing alternativer for en rekke problemstillinger vedrørende functional utfallet etter skade. Selv om oppgaven har blitt brukt til musemodeller av hjerneslag, kan det også være nyttig i studier av funksjonelle resultatet i andre øvre ekstremitet skademodeller.

Introduction

Musemodeller har blitt stadig mer populært for eksperimentell hjerneslag forskning skyldes delvis til deres bekvemmelighet og prisgunstig, samt tilgjengeligheten av transgene linjer som er egnet for in vivo avbildning blant andre programmer. Med denne økte popularitet i eksperimentelle modeller, interessen i å utvikle sensitive atferds vurderinger av funksjonelle resultatet etter skade har også økt til 1-7. Utviklingen av dyre trening protokoller som etterligner både rehabilitering og kompensatoriske strategier som brukes av menneskeslagrammede forbedrer evnen til å lykkes sette funn fra eksperimentelle dyrestudier for å bruke i klinikken åtte. Motor ferdighetstrening på Pasta Matrix Reaching Task (PMRT) har tidligere blitt etablert som en følsom atferds vurdering av motoriske utfall etter iskemisk fornærmelse av sensorisk cortex tre.

En av de primære interesses i slag forskning bekymringer rehabilitering og utvikling og forståelse av atferdsmessige strategier som fremmer økt utvinning av funksjon etter fornærmelse. Foreløpig rehabiliteringsstrategier hos mennesker føre til ufullstendig utvinning åtte. I tillegg må rehabilitering terapeuter bekjempe kompenserende strategier som slagrammede utvikler under utvinning som kan undergrave deres evne til å gjenvinne full funksjon av deres berørte lem (s). For eksempel, etter en ensidig hjerneslag som rammer overekstremitetene funksjon, mennesker har en tendens til å utvikle en avhengighet av deres mindre berørt lem 9, 10. Mens forbedre en persons evne til å fungere på kort sikt, lærte dette ikke-bruk av det berørte lem kan vanskeliggjøre sitt endelige utvinningspotensialet, som demonstrert i dyremodeller 11-13. Disse funnene hos dyr har bidratt til å informere om utvikling og bruk av tvang-indusert bevegelsesterapi hos mennesker 14. Dyremodeller er beneficial for å bedre rehabiliteringsstrategier ved å tillate forskere å utforske de nevrobiologiske mekanismer som subserve og fremme gjenvinning av funksjon. I tillegg til å være en effektiv atferds vurdering av post-takts-funksjonen, har den PMRT blitt etablert som en effektiv rehabiliterende strategi for å fremme bedre funksjonelle utfall etter sensorimotorisk hjerneslag 15. Den PMRT kan også brukes til å effektivt etterligne lært ikke-bruk av det berørte lem og derfor gi innsikt i atferds manipulasjoner som kan forbedre funksjonell bedring til tross for innledende over-avhengighet av de mindre berørt lem 13.

Byggingen av PMRT er blitt beskrevet tidligere tre. I korthet er det nå kammeret består av fire pleksiglass vegger (20 cm høy, 15 cm lange og 8,5 cm brede) med en åpen topp og bunn. Det er et midt sliss (13 cm lang og 5 mm brede) som strekker seg fra bunnen og undersiden av den fremre vegg av kammeret som tjenersom den nådde åpning (figur 1A). Pastaen massen er et kraftig plastblokk (8,5 cm lang og 5 cm bred og 1,5 cm høy) med diameter på 1 mm hull boret fullstendig gjennom dybden av blokken. Det er totalt 260 hull, begynner 2 mm fra å nå vindu med 2 mm mellom hvert hull (Figur 1B). Pastaen matrisen er utformet slik at det tørre, vertikalt orienterte pastastykker strekker seg gjennom hele dybden av matrisen trinn med omtrent halvparten av pasta stykket utsettes for. En uttagbar del av overliggende plast eller kartong skal kuttes til riktig størrelse, og et klebebånd festet til undersiden av matrisen. Dette hindrer at pastastykker fra å falle ut av matrisen under transport og gir mulighet for enkel fjerning av brutte pastastykker.

Den PMRT er en allsidig og følsom atferdsanalyse som tillater forskere å samle inn nøyaktige utfallet data og manipulere lem bruk for å etterligne kliniske fenomener. Som en atferds outcome måling, tillater PMRT forskere til å samle adferdsdata som mer nøyaktig reflekterer effektiviteten av et rehabiliterings strategi enn det tradisjonelle måling av infarktstørrelsen 3, 16. Som en atferds manipulasjon, tillater PMRT forskere til å styre øvre lem bruk i mus For å etterligne kliniske erfaringer med rehabilitering (dvs. berørte lem trening) eller lært ikke-bruk (dvs. mindre berørt lem trening). Når det kombineres med nevroanatomi metoder, gir PMRT forskere en mulighet til å utforske de mekanismer som støtter atferds gjenoppretting av funksjon eller mistilpasset plastisitet følgende kompenserende lem bruk etter hjerneslag. Den PMRT kan videre anvendes for andre murine modeller av hjerneskader og overekstremitetene funksjon, slik som traumatisk hjerneskade. En annen fordel av PMRT er den rimelig. Utstyret som kreves for oppgaven kan konstrueres ganske rimelig i huset, gjør datainnsamlingikke kreve en stor mengde plass eller økonomiske ressurser, og oppgaven er enkel nok for lavere grads studenter å pålitelig samle inn data. Videre er det PMRT følsom for selv små adferdsmessige mangler 3, 13. Denne protokollen gir en enkel og effektiv måte å vurdere motoriske læring, fremme atferds restitusjon etter skade, og etterligne lært ikke-bruks fenomener i en etablert murin modell av slag.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Følgende metoder er i samsvar med protokoller godkjent av University of Texas i Austin og Illinois Wesleyan Animal Care og bruk komiteer. Det anbefales at forskerne enten bruke hansker eller ta nødvendige forholdsregler (vaske hendene før og etter) når engasjerende i atferdstrening med noen forsøksdyr. Hansker skal brukes ved håndtering av dyr i forberedelsene til og under operasjonen.

En. Tilvenning og matdepartementet Restriction

MERK: Som PMRT er en appetitive oppgave, er det fordelaktig å begrense mengden og tidspunktet for fôring før utbruddet av trening for å motivere den nådde respons og hindre satiety under treningsøktene.

  1. Plasser mus på en restriktiv fôring tidsplan begynner minst en uke før utbruddet av oppgaven trening. Vei hver mus før utbruddet av mat begrensning å etablere fritt fôring vekter, som er bestemt som the vekter på hvert dyr på den første dag av begrenset foring.
    1. Strøm musene en gang daglig, og hver mus mottagende ~ 2,5 g standard gnager chow per dag (for eksempel, hvis det er fire mus plassert i en merd, vil buret får 10 g av mat daglig). Sørg for fôring skjer på samme tid hver dag, fortrinnsvis på den tiden daglig treningsøkter er forventet å konkludere.
    2. Vei dyr regelmessig for å sikre at ingen mus taper mer enn 10% av deres frie foring vekt. MERK: Juster daglige mat beløp tilsvarende for å fremme riktig vekt vedlikehold. Mus vanligvis opp i vekt som de modnes, selv med konstant mat restriksjons Mus forbli på mat begrensning for varigheten av PMRT opplæring / vurdering.
  2. Expose dyr til mindre biter av pasta (kuttet til 1,6 cm) i deres hjem buret flere ganger før trening for å overvinne neophobic svar. MERK: Vanligvis 5-10 dager etter eksponering er tilstrekkelig, med ca 4 stykker per mus provided ved hver foring.
  3. Skjær pastastykker til størrelse (3,2 cm) under anvendelse av et barberblad. MERK: Det anbefales at et overskudd av pasta stykker er kuttet før start på dagens trening og ubrukte brikker som er lagret i en lufttett beholder. Capellini pasta brukes til å fylle matrisen. Da forskjellige merker av pasta variere i tekstur og diameter, noe som kan påvirke stabiliteten av pasta i grunnmassen eller i mengden av kraft som er nødvendig for musene for å bryte pasta, er det anbefalt at DeCecco merke pasta brukes gjennom trening og testing.
  4. Plasser ukokt pasta capellini stykker i pasta matrise, fylle alle ledige hullene i matrisen (fig. 1A).
  5. Tilvenne mus til testkammer med en full pasta matrise plassert foran (figur 1A), og flere stykker av pasta for å spise på bunnen av testkammeret. Tilvenne mus for tre økter på 5-10 min. MERK: Mus bør ikke bli oppmuntret til å strekke seg etter pasta under habituasjon trening. Mus vanligvis begynner å vise interesse for pasta som ligger utenfor den nå kammeret ved å snuse på den gjennom åpningen. Det er mulig å tilvenne to ramme minutt i en enkelt kammer hvis ønskelig, men musene bør være formet og trent individuelt. Overflaten må være renset med 70% etanol eller lignende, sikkert desinfeksjonsløsning før og etter hvert dyr plassert i det atferdsmessige apparater.

2. Shaping Reach

  1. Bestem hvert dyr foretrukne lem ved å forme rekkevidden over 3-5 gang daglig forme prøvelser. Tillat mus for å strekke seg etter 10 min, eller totalt 10 ganger, noe som inntreffer først.
    1. Plasser musene individuelt i testkammer med en full pasta matrise i fronten av kammeret som i tilvenning trening (figur 1A).
    2. Registrere antall delene med hver lem, betegner antall delene med høyre og venstre lemmer separat. Definer en rekkevidde som forlengelseav lem gjennom nådde åpningen slik at håndleddet bryter planet av kammeret; det er ikke nødvendig for å nå å være rettet mot eller kommer i kontakt med pasta.
  2. Hold flere stykker av pasta like innenfor kammeret gjennom nådde blenderåpning for å oppmuntre til mus som er uvillige til å nå. Tegn pasta stykker ut når musen viser interesse (f.eks sniffing, biting), og dermed oppmuntre dem til å komme etter de flyktende pasta stykker. Dersom musene ikke i utgangspunktet vise interesse for tørr pasta, deretter fukte tuppen av pasta stykker i en liten kopp med varmt vann for å gjøre dem mer spiselig.
  3. Bestem lem preferanse når en mus viser minimum 70% av sine daglige delene med en enkelt lem. Gjør du ikke over-form dyr, da dette kan begrense mengden av læring observert under treningsdelen av rekkende oppgaver 17. Begynn PMRT trening når mus er formet. MERK: Trening kan startes så snart NEXt dag, men det er også akseptabelt å vente i flere dager ved temperaturer mellom forme-og treningsprosedyrer.

Tre. Reaching Training

  1. Tog mus gang daglig før fornærmelse for å etablere kompetanse på PMRT. MERK: Hver rettssaken består av maksimalt 15 minutter eller 100 delene telles av observatøren (vellykket og mislykket), avhengig av hva som inntreffer først. Mus er opplært til å komme bare med deres foretrukne lem. Mus vil tolerere to forsøk per dag hvis en mer intens trening paradigmet er ønsket 18.
    1. Plasser mus i testkammeret med en halv-full matrise plassert foran (figur 1B). Tog mus for å oppnå bare med sin foretrukne lem ved å fylle bare den side av matrisen kontralateralt til den foretrukne lem siden mus nå ut over midtlinjen av sin kropp. La den del av matrisen som svarer til den unpreferred lem unfilled for å motvirke bom forsøk med denne lem (som ikke ville være successful fordi de kan ikke nå pasta) og oppmuntre nå bare med den foretrukne lem.
  2. Plasser en liten mengde press på pasta mens det er i matrisen for å hjelpe mus lykkes bryte stykker under tidlige treningsøkter. Ikke bryte pasta stykker for musen. Oppnå dette ved å holde en eller to pastastykker lett under og vinkelrett på den tilsiktede å nå målet. Denne lille mengde av støtte hjelper til å stabilisere tynn pasta, som er ganske fleksibel og vanskelig for mus å forstå som de er i utgangspunktet lære oppgaven.
  3. Spill det totale antall delene, antall vellykkede delene, og steder av vellykkede delene. Vellykket delene krever musen for å nå gjennom åpningen, ta en del av pasta, og bryte pasta stykke å fjerne den fra matrisen. MERK: Pasta brikkene skal ikke byttes ut i matrisen før etter rettssaken har terminert. Tidlig i trening, vil mus ikke bryte mange pasta stykker.
  4. Tog mus på PMRT til ferdighet, som er definert som minst 3 dager (og opptil 5 dager) for konsistent ytelse (brudd på minst 9 biter av pasta med ikke mer enn to mer eller mindre stykker over dager). Det tar ofte mellom 15-20 dager å trene unge voksne mus til ferdigheter.

4. Mindre rammede Limb Training

  1. Tren mindre påvirket lem (dvs. den pre-operative unpreferred lem) begynner fire dager etter iskemisk fornærmelse mot motor cortex kontralateralt til den foretrukne nå lem (se Figur 2 for avklaring på berørte / foretrukne og less-affected/unpreferred lemmer) . Administrer gang daglig 15-min eller 100-rekkevidde treningsøkter.
    1. Fjern den første kolonnen av pasta (dvs. den mest mediale vertikal søyle som strekker seg fra å nå blenderåpning) for den første uken av mindre berørt lem opplæring for å sikre at tidlig kommer med de berørte lem er ikke vellykket.
  2. Oppmuntre nå med mindre berørt lem ved å forsterke forlengelse av dette lem gjennom nå blenderåpning. Når musene forlenge mindre påvirket lem i de første få dagene av trenings sted en liten (1/2 bit) av pasta på gulvet av den nådde kammeret uavhengig av hvorvidt eller ikke rekkevidden er vellykket.
  3. Teller bare de delene som er gjort med mindre rammet lem mot til 100 rekkevidde totalt. Teller ikke fordekt forsøk med de berørte lem mot det totale antall delene.
  4. Retur den mediale vertikal kolonne av pasta til grunnmassen etter de første 7 dagene av mindre påvirket lem trening.
  5. Registrere antall delene, antall vellykkede delene, og steder av successful delene. MERK: Disse dataene kan analyseres for å observere forskjeller i å nå mønstre med mindre berørt lem, men har ikke tidligere blitt rapportert.

5. Reaching Analysis

Fastslå effekten av mindre berørt lem bruk på gjenoppretting av funksjon av de berørte lem ved å vurdere det berørte lem på PMRT oppgaven følgende mindre berørt lem trening. Denne vurderingen skjer etter ønsket antall mindre berørte lem treningsdager er komplett (vanligvis 14 dager).

  1. Plasser matrisen i fronten av kammeret, orientert på samme måte i treningsprosedyrer (dvs. med halvparten av matrisen kontralateralt til den foretrukne lem fylt). MERK: Dette tvinger mus for å komme med sine berørte (og tidligere foretrukket) lem.
  2. Spill det totale antall delene, antall vellykkede delene, og steder av vellykkede delene å sammenligne med pre-takts ytelsesnivåer. Ikke sondere ytelsende berørte lem under mindre berørt lem trening som disse berørte lem prober kan fungere som treningsøkter som kan påvirke utvinningen av de berørte lem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Resultatene fra PMRT analyse bør inneholde antall pasta knekte og mønsteret av vellykkede delene. Resultater fra mus med motoriske kortikale lesjoner indikerer at ischemisk skade påvirker både antallet vellykkede delene så vel som fysisk bom mønster 3, 19, som vist i figur 3A. Representative mønster forandringer kan observeres i figur 3B. Muligheten av PMRT å etterligne lært ikke-bruks virkninger i mus er vist ved nedsatt utvinning av benet følgende mindre benet trening 13, 20. Som et resultat, er bare vellykket delene med benet analysert. Resultater fra mus med iskemiske lesjoner til sensorisk cortex tyder på at to uker med mindre berørt lem trening etter iskemisk hjerneslag svekker berørte lem bruk i minst sju dager 13. Som vist i figur 4, mus som mottar mindre påvirket lem tregnet for 15 dager etter unilateral iskemisk fornærmelse utviser færre vellykkede rekkevidde forsøk enn sju dager med berørte lem vurdering. Mus som får ingen opplæring (kontroll) for 15 dager etter hjerneslag gjenopprette evnen til å kunne hente pasta stykker med sju dager med berørte lem vurdering. Denne effekten har blitt funnet å fortsette med opp til 28 dager med påfølgende benet vurdering følgende mindre påvirket trening 20..

Den PMRT kan også brukes til å vurdere kvalitative forandringer i å nå som har vært studert i rotter med en enkelt pellet nå oppgaven 21.. Denne vurderingen, som ennå ikke er gjennomført på mus, ville kreve systematisk analyse av videofilmet delene i PRMT.

Figur 1
Figur 1. Pasta matrise nådde oppgave materialer. (A). Under forming, er hele matrisen fylles med pasta. Men under dyktig avstand trening av det påvirkede eller mindre påvirket lem bare halvparten av grunnmassen er fylt. Dette krever at musen for å nå over hele kroppen med en enkelt lem (som foretrukket lem under preoperativ opplæring) (B). De presentere bilder er gjengitt med tillatelse tre.

Fig. 2
Figur 2. Berørte ennd mindre påvirket lemmer. kan The PMRT bli manipulert til å engasjere seg enten de berørte eller mindre berørt lem. Solid sort farge indikerer Preferred / berørte lemmer i de to første bildene og de mindre berørt lem i den tredje bildet. Denne grafikken bidrar til å demonstrere de berørte og mindre rammede lemmer i referanse til den foretrukne lem.

Figur 3
Figur 3. Representant nå mønstre med de berørte lem. Reaching mønstre av mus både før og etter unilateral iskemisk fornærmelse av sensorisk cortex motsatt den foretrukne lem presenteres (A). Anterior betegner pastastykker som ligger stadig lenger foran mus, mens side betegner pastastykker som ligger mer og mer til siden av musen. Representative mønsterendringer kan observeres i tre.

Figur 4
Figur 4 Representative resultater av mindre berørt lem trening på berørte lem utfallet. Opplæring av de mindre berørt lem for 15 dager etter ensidig iskemisk fornærmelse av sensorisk cortex. Svekker funksjonelle utfallet av de berørte lem, hindrer funksjonell bedring. Dette tallet er gjengitt med tillatelse 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den PMRT representerer en enkel, kvantitativ måte å vurdere dyktig nådde resultater hos mus. Selv tidkrevende, er det mulig for tidligere uerfarne studenter til å bli opplært til å samle pålitelige og reproduserbare data med bare noen få treningsøkter. Oppgaven er følsom nok til å måle selv små endringer i mus motorisk ytelse følgende ischemisk skade 3, 13, 15, og en rekke studier sitere langtids underskudd med forskjellige trenings protokoller 15, 20, 22.. Fordi det er en unilateral oppgave, kan den også brukes til å diktere den lem som mus utføre oppgaven. Denne funksjonen av PMRT gjør at den kan være effektive i studier av både adaptiv atferdsmessige og nevrale plastisitet følgende fornærmelse samt mistilpasset og kompenserende endringene som skjer med lært avhengighet av de mindre berørt lem. Oppgaven gir seg også til studier av bimanual lem bruk, som har blitt undersøkt i rottemodeller, men ikke pressently i musen 23.

De mest kritiske aspekter ved den aktuelle protokollen er: nøyaktig bestemme den foretrukne lem før trening, trening mus til ferdigheter på dyktig motor oppgave før skaden, og bytter musene fra foretrukne / berørte lem nå til unpreferred / mindre berørt lem nå i den første uken av postoperativ trening. For å nøyaktig bestemme den foretrukne lem forut for trening, er det viktig å tillate mus for å nå for pasta i den fullstendige matrise ved forming. Mus bør oppmuntres til å komme, men de bør ikke bli belønnet for delene, noe som kan utilsiktet skjevhet lem som de kommer. Shaping økter er ikke trening økter, og derfor mus ikke bør være spesielt oppfordres til å bryte pasta stykker, bli belønnet for å nå atferd, eller nå en overdreven antall ganger per sesjon tre. Det er også viktig at mus tilegne seg motoriske ferdigheter før iskemisk fornærmelse så that nøyaktige data kan samles inn for effektene av både påvirkes og mindre påvirket lem trening etter skade, så vel som å muliggjøre hensiktsmessig kvantifisering av initial underskudd etter skade. Et minimum av 15 dager med preoperativ trening (unntatt shaping) er foreslått for å sikre oppkjøpet på oppgaven. En god tommelfingerregel er å sørge for at dyr er konsekvente i sine prestasjoner, og dermed viser en stabil ytelse over minst 3-5 opplæring av dager. Dette kan best oppnås ved grafisk fremstilling av pre-operative rekkende data for hvert dyr for visuelt å observere suksessmønstre. Hvis resultatene vises asymptotic over 3-5 dager (dvs, varierer med mindre enn to vellykkede uttak tvers dager), er det trygt å anta at dyret har tilstrekkelig kjøpt oppgaven. Mus typisk nå en asymptotisk suksess nivå ~ 11 stykker, men med utvidet (måneder) trening kan gradvis nå suksess nivåer av ~ 14 stykker 24. Til slutt, særlig med relativtsvis små lesjoner 13, 20, kanskje mus fortsette å forsøke å nå med de berørte lem tidlig i mindre berørt lem trening. Det er nyttig å fjerne den første kolonnen av pasta fra matrisen i løpet av de første syv dagene av mindre berørt lem trening for å motvirke dette problemet. Musene kan være i stand til å bryte de første bitene av pasta med sine berørte lem hvis full halv matrise brukes, og denne suksessen vil videre oppmuntre berørte lem nå til tross for en manglende evne til å kunne hente biter utover disse første par. I løpet av den første uken av mindre berørt lem trening, kan det totale antallet berørte delene kvantifiseres, men antall vellykkede pauser vil ikke være informativ. Som nevnt ovenfor, er bare vellykket berørte lem delene analysert for tolking. For ytterligere å stimulere til mindre berørte lem nå, er det nyttig å gi små (½ størrelse) pasta stykker som belønning for forsøk delene med mindre berørt lem. Dette practice er vanligvis nødvendig for de første 2-3 dagene av mindre berørt lem trening, noe som medførte mus bli dyktigere på å nå med mindre rammede lem og vil begynne med hell bryte og hente pasta stykker.

Samle atferdsdata med mus kan være effektive og givende, men det er viktig å huske at mus er ikke små rotter. De har en unik temperament og atferdsmessige repertoar som bør vurderes for atferds oppgaver. Ved hjelp av godt håndtert, temmet mus øker vellykket atferds datainnsamling. Flere uker med regelmessig behandling anbefales. I tillegg, mus noen ganger krever "fokus" under atferdstrening. Det er nyttig å forsiktig børste pastastykker i matrisen for å gjøre en tydelig støy som musene svare på. Det kan også være nyttig å forsiktig børste innsiden av nådde åpningen.

Den aktuelle protokoll beskriver en følsom atferds oppgave for innsamling of dyktig nådde data hos mus etter små iskemisk slag. Motor svekkelser er blant de mest vanlige og kroniske konsekvenser av hjerneslag 25, 26, og er derfor i fokus i en rekke grunnleggende vitenskap forskningslaboratorier (f.eks, 27-32). Dyktige rekkende oppgaver er de mest brukte tester av fingernem forbena bruk i gnagere, og har historisk sett vært oftest brukt i rottemodeller av skade (for eksempel 11, 19, 28, 33), selv om deres bruk i musemodeller er blitt ganske hyppig 34, 35. Anvendelsen av faglærte rekkende aktiviteter hos mus, for eksempel PMRT, gir forbedret musemodeller av slag 3, og dermed bedre translasjonelle potensialet av disse grunnleggende vitenskapelige eksperimenter. På grunn av deres lave kostnader, de tilgjengelige genetiske verktøy, og deres utbredelse i nevrobiologiske laboratorier, mus er viktige verktøy i studiet av slagmekanismer og utvinning. Tilgjengeligheten av atferds manipulasjoner thved omhyggelig vurdering av motorytelse, kan brukes til rehabilitative strategier, og kan etterligne humane kompenserende responser utvider anvendelsen av musemodellen. Metodene som beskrives i denne protokollen kan sikkert bli ytterligere raffinert og utvidet til andre mus skademodeller, inkludert traumatisk hjerneskade, studier av bimanual lem bruk følgende fornærmelse og studier av nevrale mekanismer som sub tjene og støtte funksjonelle utvinning.

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

Atferd Øvre ekstremitet fall Murine modell Rehabilitering Reaching Non-paretic lem trening god lem trening Mindre-berørte lem trening lærte ikke-bruk Pasta matrise nådde oppgave
Kompenserende Limb bruk og Behavioral Assessment of Motor Skill Learning Etter sensorimotorisk Cortex Injury i en musemodell med hjerneinfarkt
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