Waiting
Login processing...

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

Behavior

Kompensations Limb Användning och Behavioral Bedömning av motorisk inlärning Efter Sensorimotor Cortex Skada i en musmodell av ischemisk stroke

Published: July 10, 2014 doi: 10.3791/51602

Abstract

Musmodeller har blivit allt populärare på området för Behavioral Neuroscience, och specifikt i studier av experimentell stroke. Som modeller förväg, är det viktigt att utveckla känsliga beteendeåtgärder som är specifika för musen. Den nuvarande protokollet beskriver en skicklig motor uppgift för användning i musmodeller av stroke. Den Pasta Matrix Nå Uppgift fungerar som en mångsidig och känslig beteendeanalys som tillåter praktiker att samla in korrekta utfallsdata och manipulera lem använda för att efterlikna kliniska fenomen inklusive kompensationsstrategier (dvs. lärde icke-användning) och fokuserad rehabiliterande träning. I kombination med neuroanatomiska verktyg, denna uppgift tillåter också forskare att undersöka de mekanismer som stöder beteende återhämtning av funktion (eller brist därav) efter stroke. Uppgiften är både enkelt och prisvärt att installera och uppförande, som erbjuder en mängd olika utbildnings-och testalternativ för många frågeställningar rörande functional resultatet efter skada. Även om uppgiften har tillämpats på musmodeller av stroke, kan det också vara till nytta i studier av funktionella resultatet i andra övre extremiteten skademodeller.

Introduction

Musmodeller har blivit allt populärare för experimentell stroke forskning delvis på grund av deras bekvämlighet och överkomliga priser, samt tillgängligheten av transgena linjer som är lämpliga för in vivo imaging bland andra applikationer. Med den ökade populariteten i experimentella modeller, det intresse av att utveckla känsliga beteende bedömningar av funktionella resultatet efter skada har också ökat 1-7. Utvecklingen av djurträningsprotokoll som efterliknar både rehabilitering och kompensatoriska strategier som används av mänskliga stroke förbättrar förmågan att framgångsrikt omsätta resultaten från experimentella djurstudier att använda i kliniken 8. Motorisk träning på Pasta Matrix Nå Task (PMRT) har tidigare fastställts som en känslig beteende bedömning av motorisk resultatet efter ischemisk förolämpning av sensomotoriska cortex 3.

En av de primära intressesi stroke forskning handlar om rehabilitering och utveckling och förståelse för beteende-strategier som främjar en förbättrad återvinning av funktion efter förolämpning. För närvarande, rehabiliteringsstrategier hos människor resulterar i ofullständig återhämtning 8. Dessutom måste rehabiliteringsterapeuter bekämpa kompenserande strategier som stroke utvecklas under återhämtning som kan undergräva deras förmåga att till fullo återvinna funktion av deras drabbade extremiteten (s). Till exempel, efter en ensidig stroke som drabbar övre extremiteterna funktion, människor tenderar att utveckla en tillit till deras mindre påverkade extremiteten 9, 10. Och samtidigt förbättra en persons förmåga att fungera på kort sikt, lärde sig denna icke-användning av den drabbade extremiteten kan hindra dess slutliga återvinningspotential, som visats i djurmodeller 11-13. Dessa fynd hos djur har bidragit till att informera om utvecklingen och användningen av tvång-inducerad rörelseterapi hos människor 14. Djurmodeller är stödmottagarel för att förbättra rehabiliteringsstrategier genom att tillåta forskare att utforska de neurobiologiska mekanismer som subserve och främja återvinning av funktion. Förutom att vara en effektiv beteendemässig utvärdering av post-stroke-funktionen har PMRT etablerats som en effektiv rehabiliterande strategi för att främja bättre funktionellt resultat efter sensorimotorisk stroke 15. Den PMRT kan också användas för att effektivt härma lärt icke-användning av den drabbade extremiteten och därmed erbjuda en inblick i beteende manipulationer som kan förbättra funktionell återhämtning trots inledande övertro på den mindre påverkade extremiteten 13.

Konstruktion av PMRT har beskrivits tidigare 3. I korthet är det når kammaren består av fyra plexiglas väggar (20 cm hög, 15 cm lång och 8,5 cm bred) med en öppen topp och botten. Det är ett centrum slits (13 cm lång och 5 mm bred) som sträcker sig från den nedre basen av den främre väggen hos kammaren som tjänarsom den når öppningen (Figur 1A). Pasta matrisen är en tung plastblock (8,5 cm långa, 5 cm bred och 1,5 cm lång) med hål 1 mm diameter borras helt genom djupet av blocket. Det finns totalt 260 hål, med början 2 mm från att nå fönstret med 2 mm mellan varje hål (Figur 1B). Pasta matrisen är utformad så att torra, vertikalt orienterade pastastyckena sträcka sig genom hela djupet på matrissteg med omkring hälften av den pastastycket exponeras. En löstagbar bit overhead plast eller kartong ska klippas till rätt storlek och tejpade ordentligt på undersidan av matrisen. Detta förhindrar pastastyckena från att falla ut ur matrisen under transport och möjliggör enkelt avlägsnande av brutna pastastyckena.

Den PMRT är en mångsidig och känslig beteendeanalys som tillåter praktiker för att samla in korrekta utfallsdata och manipulera lem använda för att efterlikna kliniska fenomen. Som ett beteende outcome mått tillåter PMRT praktiker att samla beteendedata som bättre återspeglar effektiviteten i ett rehabiliterande strategi än vad den traditionella mått på infarktstorlek 3, 16. Som ett beteendemanipulation, det PMRT låter praktiker styra övre extremiteterna användning i möss i För att efterlikna kliniska erfarenheter av rehabilitering (dvs. drabbade extremiteten utbildning) eller lärt sig icke-användning (dvs. mindre påverkade extremiteten utbildning). I kombination med neuroanatomiska metoder, den PMRT ger forskarna en möjlighet att undersöka de mekanismer som stöder beteende återhämtning av funktion eller maladaptiv plasticitet efter kompensations lem användning efter stroke. Den PMRT skulle kunna tillämpas vidare till andra musmodeller av hjärnskada och övre extremiteterna nedskrivningar, till exempel traumatisk hjärnskada. En annan fördel med PMRT är dess prisvärdhet. Den utrustning som krävs för uppgiften kan konstrueras ganska rimligt i huset, gör datainsamlinginte kräver en stor mängd utrymme eller ekonomiska resurser, och uppgiften är tillräckligt enkelt för studenter att på ett tillförlitligt sätt samla in data. Vidare är det PMRT känslig för även små beteendestörningar 3, 13. Protokollet ger ett enkelt och effektivt sätt att bedöma motorisk inlärning, främja beteende återhämtning efter skada, och härma lärda icke-användning fenomen i en etablerad musmodell för stroke.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Följande metoder är i överensstämmelse med protokoll som godkänts av University of Texas i Austin och Illinois Wesleyan Djurvård och användning kommittéer. Det rekommenderas att forskare antingen bära handskar eller vidta lämpliga försiktighetsåtgärder (tvätta händerna före och efter) när du deltar i beteendevetenskaplig utbildning med alla försöksdjur. Handskar ska användas vid hantering av djur för att förbereda och under operation.

1. Tillvänjning och livsmedels Begränsning

OBS: Eftersom PMRT är en appetitive uppgift, är det fördelaktigt att begränsa storleken och tidpunkten för utfodring före starten av utbildning för att motivera nå svar och förhindra mättnad under träning.

  1. Placera möss på en begränsad utfodring schema med början minst 1 vecka före starten av utbildning för särskilda uppgifter. Väg varje mus före uppkomsten av mat begränsning för att etablera fri-matning vikter, som bestäms som the vikterna för varje djur på den första dagen av restriktiv utfodring.
    1. Feed möss en gång dagligen, med varje mus mottagande ~ 2,5 g standard gnagarfoder per dag (t ex om det finns fyra möss inrymda i en bur, kommer buren erhålla 10 g av mat dagligen). Se till utfodring sker vid samma tid varje dag, helst vid tiden dagliga träningspass förväntas ingå.
    2. Väg djuren regelbundet för att säkerställa att ingen mus förlorar mer än 10% av sin fri-matning vikt. OBS: Justera dagliga fodermängderna därefter för att främja lämpligt vikt underhåll. Möss får vanligtvis i vikt som de mognar, även med konstant restriktions mat Möss kvar på begränsning mat under hela PMRT utbildning / utvärdering.
  2. Utsätter djur för mindre bitar av pasta (kapas till 1,6 cm) i sitt hem bur flera gånger innan träning för att övervinna neophobic svar. OBS: Normalt 5-10 dagars exponering är tillräckliga, med ca 4 bitar per mus bestämded vid varje utfodring.
  3. Skär pastastyckena i storlek (3,2 cm) med användning av ett rakblad. OBS: Vi rekommenderar att ett överskott av pastabitar skärs innan du påbörjar dagens träning och oanvända bitar lagras i en lufttät behållare. Capellini pasta används för att fylla i matrisen. Eftersom olika märken av pasta varierar i konsistens och diameter, vilket skulle kunna påverka stabiliteten hos pasta i matrisen eller den mängd kraft som är nödvändig för möss för att bryta den pasta, är det rekommenderat att DeCecco varumärke pasta användas i hela träning och testning.
  4. Placera okokta capellini pastastyckena i pastamatrisen, fylla alla tillgängliga hål i matrisen (Figur 1A).
  5. Vänja mössen till testkammaren med en full pastamatrisen placeras framför (Figur 1A) och några bitar av pastaprodukter för att äta på botten av testkammaren. Vänja möss för 3 sessioner 5-10 min. OBS: Möss bör inte uppmuntras att nå för pasta under habituation träning. Möss brukar börja visa intresse för pastan som ligger utanför den når kammaren genom att sniffa på det genom öppningen. Det är möjligt att vänja två bur medlemmar i en enda kammare, om så önskas, men möss bör utformas och tränas individuellt. Alla ytor bör rengöras med 70% etanol eller liknande, säker desinficerande lösning före och efter varje djur placeras i beteendeanordningen.

2. Shaping Reach

  1. Bestäm varje djur föredrar lem genom att forma sig över 3-5 gång dagligen formning prövningar. Tillåt möss att nå för 10 min eller totalt 10 gånger, vilket som inträffar först.
    1. Placera möss individuellt i testkammaren med en hel pastamatris framför kammaren som i tillvänjning utbildning (Figur 1A).
    2. Anteckna antalet når med varje lem, som anger antalet når med höger och vänster ben för sig. Definiera en räckvidd som förlängningav lemmen genom gående öppning, så att handleden bryts det plan av kammaren; det är inte nödvändigt att den räckvidd för att vara riktad mot eller komma i kontakt med pastan.
  2. Håll flera bitar av pasta bara inuti kammaren genom gående öppning för att uppmuntra möss som är tveksamma till att nå. Rita pastabitar ut när musen visar intresse (t.ex. sniffning, bitande), på så sätt uppmuntra dem att nå efter de retirerande pastabitar. Om mössen inte inledningsvis inte visar intresse för torr pasta och sedan väta spetsarna av pastastyckena i en liten kopp varmt vatten för att göra dem mer tilltalande.
  3. Bestäm lem föredrar när en mus uppvisar ett minimum av 70% av deras dagliga räckvidderna med en enda lem. Gör inte över-formade djur, eftersom detta kan begränsa mängden lärande observeras under träningsdelen av gående uppgifter 17. Börja PMRT utbildning när möss formas. OBS: Träning kan påbörjas så snart som NEXt dag, men det är också acceptabelt att vänta flera dagar mellan formning och rutiner utbildning.

3. Att nå Utbildning

  1. Tåg möss en gång dagligen före insult för att fastställa kompetens på PMRT. OBS: Varje försök består av max 15 min eller 100 når räknas av observatören (lyckade och misslyckade), beroende på vilket som inträffar först. Möss är utbildade för att nå enbart med deras föredragna lem. Möss kommer att tolerera två försök per dag om en mer intensiv träning paradigm önskas 18.
    1. Placera möss i testkammaren med en halvfull matris placeras framför (Figur 1B). Tåg möss att nå enbart med deras föredragna lem genom att fylla endast den sida av matriskontra till önskad lem eftersom möss nå över mittlinjen av kroppen. Lämna det parti av matrisen som motsvarar den unpreferred lem obesatta för att avskräcka reach försök med denna del (som inte skulle vara mellanuccessful eftersom de inte kan nå pasta) och uppmuntra nå endast med det bästa lem.
  2. Placera en liten mängd trycket på pastan när den är i matrisen för att hjälpa mössen lyckas bryta bitar under tidiga träningspass. Bryt inte pasta stycken för musen. Uppnå detta genom att hålla ett eller två pastastyckena lätt bakom och vinkelrätt mot den avsedda att nå målet. Denna lilla mängd stöd hjälper till att stabilisera det tunna pastaprodukter, som är ganska flexibel och svårt för möss för att förstå som de initialt att lära sig uppgiften.
  3. Anteckna det totala antalet når, antal lyckade delarna, och platser för framgångsrika når. Framgångsrika når kräver musen för att nå genom öppningen, ta en bit av pasta, och bryta pastastycket att ta bort den från matrisen. OBS: Pasta bitar bör inte ersättas i matrisen förrän efter rättegången har avslutats. I början av utbildningen, kommer möss inte bryta många pastabitar.
  4. Tåg möss på PMRT till kunskaper, vilket definieras som minst 3 dagar (och upp till 5 dagar) för konsekvent prestanda (bryta minst 9 stycken av pasta med högst 2 fler eller färre bitar över dagar). Det tar ofta mellan 15-20 dagar för att utbilda unga vuxna möss till färdighet.

4. Mindre drabbade Limb Utbildning

  1. Träna mindre påverkade extremiteten (dvs. den preoperativa unpreferred lem) med början fyra dagar efter ischemisk förolämpning till motorn cortex kontra till den föredragna nå lem (se figur 2 för klargörande om drabbade / önskad och less-affected/unpreferred lemmar) . Administrera en gång dagligen 15 min eller 100-räckvidd utbildningar.
    1. Ta den första kolumnen i pasta (det vill säga, den mest mediala lodrät kolumn som sträcker sig från att nå öppningen) för den första veckan i mindre påverkade extremiteten utbildning för att säkerställa att tidigt når med den drabbade extremiteten inte är framgångsrika.
  2. Uppmuntra nå med mindre drabbade lem genom att förstärka förlängning av denna lem genom att nå öppningen. När möss förlänga mindre drabbade lem i de första dagarna av träning plats en liten (1/2 st) av pasta på golvet i den når kammar oavsett huruvida räckvidden är framgångsrik.
  3. Räkna bara de når gjorda med mindre drabbade lem mot att räckvidden totalt 100. Räkna inte förstulna försök med den drabbade extremiteten mot det totala antalet når.
  4. Returnera mest mediala vertikal kolumn av pasta till matrisen efter de första 7 dagarna av mindre påverkade extremiteten utbildning.
  5. Anteckna antalet når, antal lyckade delarna, och platser för successful når. OBS: Dessa data kan analyseras för att observera skillnader i nå mönster med mindre drabbade lem, men har inte tidigare rapporterats.

5. Att nå Analys

Bedöma effekten av mindre påverkade extremiteten användning på återvinning av funktion i den drabbade extremiteten genom att bedöma den drabbade extremiteten på PMRT uppgiften efter mindre påverkade extremiteten utbildning. Denna bedömning sker efter önskat antal mindre drabbade lem träningsdagar är kompletta (normalt 14 dagar).

  1. Placera matrisen framför kammaren, orienterade identiskt med utbildningsförfaranden (dvs., med hälften av matrisen kontra till önskad lem fyllda). OBS: Detta tvingar möss att nå med sina drabbade (och tidigare föredra) lem.
  2. Anteckna det totala antalet når, antal lyckade delarna, och platser för framgångsrika når att jämföra med pre-takts prestanda. Inte sond prestandaden drabbade extremiteten under mindre påverkade extremiteten utbildning som dessa drabbade extremiteten sonder kan fungera som utbildningstillfällen som kan påverka återhämtningen i den drabbade extremiteten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Resultaten från PMRT analys bör omfatta antalet pasta stycken bryts och mönstret av framgångsrika lopp. Resultat från möss med sensomotoriska kortikala lesioner tyder på att ischemisk förolämpning påverkar både antalet lyckade delarna samt fysisk räckvidd mönster 3, 19, vilket visas i figur 3A. Representativa mönsterförändringar kan observeras i figur 3B. Förmågan hos PMRT att härma inlärda icke-användning effekter hos möss demonstreras av försämrad återhämtning av den drabbade extremiteten följande mindre drabbade extremiteten utbildning 13, 20. Som ett resultat är det endast framgångsrika når med den drabbade extremiteten analyseras. Resultat från möss med ischemiska skador till sensomotoriska cortex antyder att två veckor av mindre påverkade extremiteten utbildning efter ischemisk stroke försämrar drabbade extremiteten bruk under minst sju dagar 13. Såsom visas i fig 4, möss, som får mindre drabbade lem tregna i 15 dagar efter unilateral ischemisk förolämpning uppvisar färre lyckade räckvidd försök under sju dagar av drabbade extremiteten bedömning. Möss som får ingen utbildning (kontroll) i 15 dagar efter stroke återfå förmågan att framgångsrikt hämta pastabitar med sju dagars drabbade extremiteten bedömning. Denna effekt har visat sig kvarstå med upp till 28 dagar senare drabbade extremiteten bedömning efter mindre påverkade utbildning 20.

Den PMRT skulle också kunna användas för att bedöma kvalitativa förändringar nå så har studerats på råttor med den enda pellets når uppgift 21. Denna bedömning, som ännu inte har genomförts på möss, skulle kräva en systematisk analys av videoinspelade lopp i PRMT.

Figur 1
Figur 1. Pasta matris når uppgiftsmaterial. (A). Under formningen, är hela matris fylld med pasta. Men under skickliga räckvidd utbildning av den drabbade eller mindre drabbade lem bara hälften av matrisen är ifyllda. Detta kräver musen för att nå över kroppen med en enda lem (t.ex. den föredragna lem under preoperativ utbildning) (B). De aktuella bilderna återges med tillstånd 3.

Figur 2
Figur 2. Påverkad and mindre drabbade lemmar. kan den PMRT manipuleras att engagera sig antingen drabbade eller mindre drabbade extremiteten. Solid svart färg indikerar Preferred / drabbade extremiteterna i de två första bilderna och mindre påverkade lem i den tredje bilden. Denna grafiska hjälper till att demonstrera de drabbade och mindre drabbade lemmar i hänvisning till den föredragna lem.

Figur 3
Figur 3. Representant gående mönster med den drabbade extremiteten. Ne mönster hos möss både före och efter unilateral ischemisk skada av sensorimotor cortex motsatt den föredragna lem presenteras (A). Anterior betecknar pastabitar som ligger allt längre framför musen, medan sido betecknar pastabitar som ligger allt mer på sidan av musen. Representativa mönsterförändringar kan observeras i 3.

Figur 4
Figur 4. Representativa resultat av mindre påverkade extremiteten utbildning på drabbade extremiteten resultatet. Utbildning av de mindre drabbade lem i 15 dagar efter unilateral ischemisk förolämpning av sensomotoriska cortex försämrar funktionella resultatet av den drabbade delen, förebygga funktionell återhämtning. Denna siffra återges med tillstånd 13.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den PMRT representerar ett enkelt, kvantitativt sätt att bedöma duktiga nå resultat i möss. Även tidskrävande, är det möjligt för tidigare oerfarna studenter som ska utbildas för att samla in tillförlitliga och reproducerbara data med bara några träningar. Uppgiften är tillräckligt känslig för att mäta även små förändringar i mus motorisk prestation efter ischemisk förolämpning 3, 13, 15, och ett antal studier citera långsiktiga underskott med en mängd olika utbildningsprotokoll 15, 20, 22. Eftersom det är en ensidig uppgift, kan det också användas för att diktera lemmen med vilken möss utföra uppgiften. Detta särdrag hos PMRT tillåter det att vara effektiva i studier av både adaptiv beteende-och neural plasticitet efter insult liksom maladaptiv och kompenserande förändringar som sker med lärt beroende av de mindre påverkade lemmen. Uppgiften lämpar sig även för studier av bimanual lem bruk, som har undersökts i råttmodeller men inte prespå annat sätt i musen 23.

De mest kritiska aspekterna av det nuvarande protokollet är: exakt bestämma önskad lem före träning, utbildning möss till kunskaper om den duktiga motor uppgiften före skadan, och byta mössen från önskad / drabbade extremiteten nå till unpreferred / mindre påverkade extremiteten når under den första veckan av postoperativ träning. Att exakt fastställa den föredragna lem före träning är det viktigt att låta mössen att nå för pasta i hela matrisen under formning. Möss bör uppmuntras att nå, men de bör inte belönas för delarna, som oavsiktligt kan snedvrida lem med vilken de når. Forma sessioner är inte utbildning sessioner, och därför möss som inte bör särskilt uppmuntras att bryta pastabitar, belönas för att nå beteende, eller nå ett alltför stort antal gånger per session 3. Det är också viktigt att möss förvärvar den motoriska före ischemisk förolämpning så thatt korrekta uppgifter kan samlas in om effekterna av både drabbade och mindre påverkade extremiteten träning efter skada, samt att möjliggöra en lämplig kvantifiering av initiala underskott efter skada. Minst 15 dagars preoperativ utbildning (exklusive formning) föreslås för att säkerställa förvärvet på uppgiften. En bra tumregel är att se till att djuren är konsekventa i sina prestationer, vilket uppvisar en stabil prestanda över minst 3-5 utbildning dagar. Detta kan bäst åstadkommas genom graf den preoperativa gående uppgifter för varje djur för att visuellt observera framgångsmönster. Om prestanda verkar asymptotisk under 3-5 dagar (dvs varierar med mindre än 2 lyckade uttag över dagar), är det säkert att anta att djuret tillräckligt förvärvat uppgiften. Möss når vanligtvis en asymptotisk framgångsnivå ~ 11 stycken, men med utökad (månader) träning kan successivt nå framgång nivåer av ~ 14 stycken 24. Slutligen, speciellt med relatidevis små lesioner 13, 20, möss får fortsätta att försöka nå den drabbade extremiteten tidigt i mindre påverkade extremiteten utbildning. Det är bra att ta bort den första kolumnen av pasta från matrisen under de första 7 dagarna av mindre påverkade extremiteten utbildning för att motverka detta beteende. Mössen kan ha möjlighet att bryta de första bitar av pasta med sina drabbade extremiteten om hela halv matris som används, och denna framgång kommer att ytterligare uppmuntra drabbade extremiteten nå trots en oförmåga att framgångsrikt hämta bitar utöver dessa första få. Under den första veckan i mindre påverkade extremiteten utbildning, kan det totala antalet drabbade når kvantifieras, men antalet lyckade pauser kommer inte att vara informativ. Såsom nämnts ovan är det endast framgångsrika drabbade extremiteten räckvidd analyseras för tolkning av data. För att ytterligare uppmuntra mindre drabbade extremiteten nå, är det bra att ge små (½ storlek) pastabitar som belöning för försök når med mindre drabbade extremiteten. Denna practice är oftast nödvändigt för de första 2-3 dagarna av mindre påverkade extremiteten utbildning, då möss bli skickliga på att nå med de mindre drabbade lem och kommer att börja med framgång bryta och hämta pastabitar.

Samla beteendedata med möss kan vara effektivt och givande, men det är viktigt att komma ihåg att möss är inte små råttor. De har en unik temperament och beteenderepertoar som bör övervägas för beteende-uppgifter. Använda väl hanteras, tämjda möss ökar framgångsrik insamling beteendedata. Flera veckors regelbunden hantering rekommenderas. Dessutom möss kräver ibland "fokus" under beteendevetenskaplig utbildning. Det är till hjälp för att försiktigt borsta pastabitar i matrisen för att tillverka en distinkt ljud som mössen svara på. Det kan också vara till hjälp att försiktigt borsta insidan av gående öppningen.

Den nuvarande protokollet beskriver en känslig beteende uppgift för insamling of skickliga nå data i möss efter små ischemisk stroke. Motornedsättningar är bland de vanligaste och kroniska konsekvenser av stroke 25, 26, och är därför i fokus för ett antal grundläggande vetenskap forskningslaboratorier (t.ex. 27-32). Skickliga gående uppgifter är de vanligaste tester av händiga forelimb användning hos gnagare, och som tidigare har oftast används i råttmodeller av skada (t.ex. 11, 19, 28, 33), även om deras användning i musmodeller blir ganska frekvent 34, 35. Tillämpningen av skickliga gående uppgifter hos möss, såsom PMRT, möjliggör förbättrade musmodeller av stroke 3 och därmed bättre translations potentialen hos dessa grundläggande vetenskapliga experiment. På grund av sin betalningsförmåga, de tillgängliga genetiska verktyg, och deras förekomst i neurobiologiska laboratorium, möss är viktiga verktyg i studien av strokemekanismer och återhämtning. Tillgängligheten av beteende manipulationer thpå lyhört bedöma motorprestanda, kan användas för rehabiliterande strategier, och kan härma kompensations svar mänskliga utvidgas tillämpningen av musmodell. De metoder som beskrivs i detta protokoll kan säkert ytterligare förfinas och utvidgas till andra modeller mus skada, inklusive traumatisk hjärnskada, studier av bimanual lem använda följande förolämpning och studier av neurala mekanismer som under betjänar och stödjer funktionell återhämtning.

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

Beteende Övre extremitet nedskrivningar musmodell rehabilitering icke-paretiska lem utbildning god lem utbildning mindre drabbade lem utbildning Lärt icke-användning Pasta matris når uppgift
Kompensations Limb Användning och Behavioral Bedömning av motorisk inlärning Efter Sensorimotor Cortex Skada i en musmodell av ischemisk stroke
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