Summary
이 연구는 쥐에 효과적인 운동 활동을 정량화하는 혁신적인 주행 휠 기반의 동물 이동 시스템을 제공합니다. 쥐에게 친숙한 테스트 베드는 소정 적응 가속도 곡선을 사용하여 구축되고, 효과적인 운동 속도 및 경색 량 사이의 높은 상관 관계 뇌졸중 예방 실험 프로토콜의 가능성을 시사한다.
Abstract
이 연구는 쥐 스트로크의 영향의 정도를 감소시키는 운동 활동의 효과를 정량화하는 방법으로서, 측위 주행 륜 (PRW)를 구비 한 동물 이동 시스템을 제공한다. 이 시스템은 러닝 머신과 모터 주행 바퀴 (MRWS)와 같은 상업적으로 이용 가능한 시스템보다 더 효과적 동물 운동 교육을 제공합니다. 단보다 속도를 달성 할 수있는 MRW 대조적으로 20 m / 분, 래트 30m 안정된 속도로 실행하도록 허용 된 / 분 15 폭 cm 아크릴 휠에 의해지지되는 더 넓은 고밀도 고무 주행 트랙 이 작품에서 55cm의 직경. 소정 적응 가속도 곡선을 사용하여, 시스템뿐만 아니라, 작업자의 실수를 감소뿐만 아니라 소정의 강도에 도달 할 때까지 지속적으로 실행하도록 쥐를 훈련. 운동 효과를 평가하는 방법으로, 쥐의 실시간 위치를 주행 바퀴에 배치 된 적외선 센서 네 쌍에 의해 검출된다. 번적응 가속도 곡선을, 마이크로 컨트롤러를 이용하여 시작되는 적외선 센서에 의해 획득 된 데이터는 자동으로 컴퓨터에 기록되고 분석된다. 비교를 위해 3 주 훈련 디딜, MRW 및 PRW을 사용하여 래트에서 수행된다. 수술 중간대 뇌동맥 폐색 (MCAO)을 유도 한 후, 변성 신경계 중증도 스코어 (MNSS)과 경사면 시험은 래트 신경 손상을 평가하기 위해 수행되었다. PRW 실험적으로 이러한 동물 이동 시스템 중 가장 효과적인으로 검증됩니다. 또한, 래트 위치 분석에 기초하여 운동 효과 측정은이 효과적인 운동과 경색 량과 높은 음의 상관 관계이고, 뇌 손상 환원 실험에서 임의의 타입의 쥐 훈련을 정량화하는데 이용 될 수 있다는 것을 보여 주었다.
Introduction
스트로크는 물리적으로 1, 2 정신 장애인 수많은 환자를 떠나, 전 세계적으로 국가 재정 부담으로 지속적으로 존재한다. 가 일정한 운동 신경 재생을 개선하고 신경 연결 3,4-을 강화할 수 있다고 제안하는 임상 증거이며, 또한 그 운동 허혈성 뇌졸중 5 당할 위험을 감소시킬 수 나타낸다. 8 - 러닝 머신이나 쥐와 같은 운동 훈련 시스템, 설치류, 같은 실행중인 휠 중 하나로, 임상 실험 (6)의 대부분에서 운동의 효과를 테스트하기위한 인간에 대한 프록시 역할을합니다. 트레이닝 시스템은 보통 쥐 일정한 속도로 작동하는 동안 특정 시간에 대해 래트를 훈련하는 것을 포함한다. 8 - 따라서, 훈련 강도는 일반적으로 운동 속도 및 지속 시간 (6)에 따라 계산된다. 동일한 방식이 적용된다신경 생리 학적 보호를 위해 필요한 운동의 양을 추정한다. 11 - 그러나, 실험적인 운동은 때로는 쥐의 비틀이, 폭포, 또는 그들이 실행중인 휠 속도 9 따라 잡을 수없는 한 번 레일을 잡고 때와 같이 효과가 발견된다. 물론이 효과 운동의 사건은 크게 운동 효과를 감소, 대답. 않음 보편적으로 허용 방법이없는 경우에도 현재 뇌 손상을 감소시키기위한 효과적인 운동을 정량화하는 효과적인 운동의 정도는 여전히 임상 연구는 신경 생리학의 분야에서 운동의 효과를 설명하기위한 객관적인 평가로 나타낸다.
오늘날의 뇌 손상 환원 실험 12에 사용 된 시판 동물 이동 시스템에 많은 한계가 존재한다. 디딜 방아의 경우, 쥐 심리적 엄청난 유도, 전기 충격에 의해 실행하도록 강요최종 신경 생리 학적 시험 동물 스트레스함으로써 간섭이 8, 13, 14을 초래한다. 실행 휠 즉 자발적 강제 두 가지 유형으로 분류 될 수있다. 동력 실행 바퀴 (MRWS)를 실행하는 쥐를 강제로 바퀴를 회전하는 모터를 사용하면서 자율 주행 바퀴 인해 쥐 '물리적 특성과 능력 (15)의 차이의 과도한 변동성을 만들고, 쥐 자연스럽게 실행할 수 있습니다. 또한 강제 교육의 한 형태에도 불구하고, MRWS는 러닝 머신 13, 16, 17보다 쥐에 덜 심리적 스트레스를 부과한다. 그러나 MRWS를 사용하여 실험 쥐 때로는 휠 트랙 레일을 잡아 20 m / 분 (9)를 초과하는 속도로 실행하기를 거부하여 운동을 중단 할 것으로보고있다. 이러한 예는 현재 동물 이동 시스템은 운동 효과가 억제 고유의 단점을 가지고 있음을 보여준다. 에 대한목적 쥐의 교육 목적은 매우 효과적인 교육 시스템의 개발하지만 낮은 간섭 따라서 신경 생리 학적 운동 실험에 대한 긴급한 문제로 볼 수 있습니다.
이 연구는, 스트로크 (11)의 영향의 정도를 줄이는 실험 매우 효과적인 주행 륜 시스템을 제공한다. 훈련 과정에서 방해 요인의 감소 된 수에 더하여, 본 시스템은 이에 효과적인 운동 활동의보다 신뢰성있는 추정치를 얻기 휠에 내장 된 적외선 센서를 이용하여 쥐의 주행 위치를 검출한다. 전통적인 디딜 방아와 MRWS 모두에서 자주 운동 중단에 의해 부과 심리적 스트레스는 결과 운동 평가의 객관성을 왜곡. 효과적인 EXE 정량화하는 신뢰할 훈련 모델을 제공하면서 본 연구에서 제시된 위치 결정 주행 륜 (PRW) 시스템은 원치 않는 간섭을 최소화하기위한 시도에서 개발rcise.
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Protocol
윤리 정책 : 실험 절차는 과학 기술 실험 동물 센터 남부 대만 대학, 국립 과학위원회, 중화 민국 (대만 타이난)의 동물 윤리위원회에 의해 승인되었다.
1. 실행 휠 구조를 구축
주 : 모든 아크릴 투명해야한다. 각 사용 후 고무 트랙과 아크릴 시트를 닦아 알코올을 사용 후, 물을 분해 휠을 세척 할 것.
- 직경 55cm, 폭 15cm로 아크릴 실행 휠을 얻습니다.
참고 : (F의 igure의 1A)이 휠은 기존의 실행 휠 (폭 = 12cm 직경 = 35cm)보다 크다. - 커터를 사용하여, 입구 및 랫트 용뿐만 아니라 출구 (도 1b)로서 작용하는 주행 바퀴의 일측으로 분기 써클 개구를 잘랐다. 제어 국의 내부에 고 마찰 고무 트랙의 층을 배치복실 휠 (그림 1B).
- 실행중인 휠 (그림 1B)을 연결하는 베어링 철 막대를 놓습니다. 지지 프레임 (도 1b)로서 작용하는 주행 차륜의 양쪽에 두 개의 아크릴 삼각 기둥을 배치.
- 나사를 사용하여 두 개의 삼각 기둥의 외부 측면에 1 mm 두께의 반원형 투명 아크릴 시트를 연결합니다. 적외선 센서를 배포하는이 시트를 사용합니다. 아크릴 시트는 약 3cm 거리 주행 바퀴의 각 측면에서 있는지 확인합니다.
2. 적외선 센서를 배포하고 효과적인 운동 영역을 정의
참고 : 계정으로 실행 휠 크기와 적외선 시스템의 설계에서 쥐의 길이를 가져 가라. 쥐가 한 번에 하나의 센서를 트리거합니다. 이 실험에서, 래트가 20 내지 23 ㎝ 길이이다.
- 거리와 아크릴 시트에서 매 45 ° (ARC 간격 = 21cm)에 구멍을 뚫는다두 개의 구멍 사이에 테스트 쥐의 길이와 거의 비슷 주도했습니다. 구멍의 적외선 센서 (도 2A)와 같은 크기로 만든다.
참고 : 기존 MRWS를 들어, (= 21cm,도 2b를 아크 간격) 구멍마다 70 °를 드릴. - PRW 실험 중, 135 ° 0 ° 사이에 실행의 정상 상태에서 쥐를 유지한다.
따라서, 효과적인 운동 영역으로이 영역을 정의하는 효과 운동 영역으로보기 동안 다른 모든 섹션 : 주. 전통적인 MRWS를 들어, 140 ° (그림 2B) 0 ° 사이의 부분으로 효과적인 운동 영역을 정의합니다.
3. 실행 휠을 운전
- 주행 륜을 구동하는 브러시리스 DC 모터 및 모터 구동기를 사용한다.
- 모터의 중심 축 (그림 1B)에 10cm 직경의 고무 디스크를 마운트합니다.
- 모터를 지원하는 철 프레임과 스프링을 사용하면, 고무 디스크에서 연결주행 륜의 외측에 모터의 중심 축.
주 : 스프링 동적 모터의 높이를 조정할 수 있도록 나사와 협력해야 때문에 느슨한 스프링의 주행 륜 트랙에 연결되는 고무 디스크를 방지 할 수있다. - 마이크로 컨트롤러를 이용하여 10cm 직경의 고무 디스크를 구동하는 모터를 작동하고 휠을 관찰은 전동 주행 륜 플랫폼을 생성 고무 디스크 및 휠의 통로 사이의 마찰에 의한 회전한다.
- 0 ° ~ 135 ° (그림 2A) 사이의 마운트 사 적외선 센서 순차적으로.
참고 : 기존 MRWS를 들어, 140 ° (그림 2B) 0 ° 사이에 센서를 탑재합니다. - 이에 측위 실행 휠 시스템을 형성하는 단일 코어 케이블을 사용하여 마이크로 컴퓨터의 일반적인 핀 모두 아크릴 시트에 장착 된 적외선 센서 4 쌍 연결한다.
4. 적응 Accelerati을 구축곡선에
- 세 일 공식 삼주 운동 훈련의 시작하기 전에 수동으로 실행 휠을 조작하여 쥐를 훈련.
참고 : 목표는 쥐가 실행 환경에 익숙해 질 수 있도록하는 것입니다, 각 쥐 20 m / 분에서 실행 견딜 수 있는지 여부를 테스트하는 것입니다.- 쥐가 보조를 맞출 수 없을 때까지 수동으로 작동 훈련 동안 서서히 실행 속도를 가속화 할 수 있습니다. 이 때 래트는 정상 주행 속도를 회복 할 때까지의 속도를 감소시키고, 래트 20 m / 분 (도 3의 점선)에 도달 할 때까지 다시 점진적으로 속도를 증가시킨다. 수동 훈련은 훈련 곡선을 구성하는 일곱 쥐를 포함한다.
- 수치 적 수학 식을 사용하여 수동 테스트 3 일째에 측정 된 데이터에 맞는 교육 설명서 (원 곡선,도 3)에 가장 가까운 가속도 곡선을 산출한다. 원시 데이터, C INI = 8, C 핀에 맞추기 식 (1) 참고 :이 방정식은 쥐의 몸 상태에 적응. 따라서, 적응 가속 교육 모델로 계산 된 곡선을 참조하십시오.
(1) - 공식 훈련의 주 1 식 1을 사용합니다.
- 주 2 및 훈련의 3, 수학 식 1의 매개 변수를 조정할 경우, 즉, 12에서 22로 변경 A, 말하는 속도가 30m / 분에 도달 할 수 있도록하는 것입니다.
(1) 5. 소프트웨어 프로그램을 제어
주 : 전용 마이크로 컨트롤러 - 기반의 모터 동작 및 후속 데이타 분석을 위해 컴퓨터로 적외선 센서로부터의 신호 전송에 대한 코드를 개발한다.
- 하나의 메인 프로그램과 두 타이머 인터럽트 서비스 루틴을 포함하는 소프트웨어 제어 프로그램을 작성하는 C 프로그래밍 언어를 사용하여마이크로 컨트롤러 18.
- 주요 프로그램은 마이크로 컨트롤러의 레지스터를 초기화하고 마이크로 컨트롤러의 메모리에 적응 가속 곡선 모델을 구성했는지 확인하십시오.
- 적응 가속도 곡선을 활성화하고 전체 훈련 기간을 계산하기 위해 타이머 0 인터럽트 서비스 루틴을 사용한다.
- 적외선 센서로부터 신호 데이터를 추출하기 위해 타이머 (1)의 인터럽트 서비스 루틴을 사용하여 컴퓨터로 데이터를 전송.
- 주행 바퀴의 속도를 조절 공 (O)의 위치를 기록하는 메인 프로그램을 사용한다.
- 0 ℃에서의 IR 수신 센서가 트리거되면, 메인 프로그램에 의해 축적 하강 발생률로 해석한다. 가을 발생률의 발생 시간 순간 래트 위치 탐지 수의 10 % 액에 도달 훈련 래트위한 안전 장치로 자동적으로 주행 바퀴 deaccelerate. 참고 : 속도 오쥐가 안전 조치에 대한 안정적인 실행 상태를 (135 오에 O를 0) 안전 지대로 돌아가 유지 할 수있을 때까지 f를 실행 휠이 감소된다.
6. 위치 실행 휠 시스템 운영
- 마이크로 컨트롤러의 전원을 켜고 운영자가 각 주 교육 모델을 시작하는 버튼을 누릅니다 기다립니다.
- 주 1 교육 모델을 시작하려면 "시작"버튼을 누릅니다.
참고 : 20 m / 분에 도달하고, 자동으로 30 분 후 멈출 때까지 모터가 자동으로 적응 가속 곡선에 따라 가속. - 주 2 교육 모델을 시작하려면 "시작"버튼을 누릅니다.
참고 : 30 m / 분에 도달하고, 자동으로 30 분 후 멈출 때까지 모터가 자동으로 적응 가속 곡선에 따라 가속. - 주 3 교육 모델을 시작하려면 "시작"버튼을 누릅니다.
참고 : 모터 자동 accelera자동 30m / 분에 도달 할 때까지 가속 적응 곡선에 기초 TES 60 분 후에 정지한다.
주 : 전체 훈련 과정을 통해 무선으로 컴퓨터에 적외선 센서로부터 수신 된 신호 데이터를 전송한다.
- 주 1 교육 모델을 시작하려면 "시작"버튼을 누릅니다.
- 컴퓨터를 사용 (전체 운동 처리에 효과적인 운동 측정을 획득하기 위해 위치 데이터를 분석
). 식 (2)를 참조하십시오. 
(2)
참고 : EEE, EED와 IED는 각각 효과적인 운동 측정, 효과적이고 비효율적 인 운동 지속 시간을 나타냅니다.
). 식 (2)를 참조하십시오. 
(2) 7. 쥐를 훈련
- 가짜, 제어, 디딜 방아, MRW 및 PRW 그룹 : 무작위 (각 그룹 N = 9) 5 개 그룹으로 성인 남성 흰쥐를 나눕니다.
- 거래 정보 저장소, 즉 세 가지 운동 그룹에 대해 3 주간의 운동 훈련을 실시eadmill, MRW 및 PRW 그룹, 가짜 및 제어 그룹을하지 않는 동안.
참고 : 각각의 운동 그룹의 3 주간의 운동 훈련은 3 주 동안 / 주 1시 30 분, 60 분, 30 주 2시 30 분 m / 분, 30 m / 분 분 20m이다.
8. 동물과 스트로크 모델
- 절에 명시된 바와 같이. 7.1, 무작위로 5 개의 그룹으로, 250~280g 사이에 무게 모든 관련 성인 남성 흰쥐를 나눕니다.
- 정확한 약물 투여 량의 계산을 위해 모든 동물을 단다. (25 ㎎ / ㎏, 복강 [IP]) 및 이들의 혼합물 포함 케타민 (4.4 ㎎ / ㎏, 근육 [메신저]), 아트로핀 (0.02633 ㎎ / ㎏, [메신저])과 자일 라진을 (6.77 mg의 나트륨 펜 토바 비탈로 쥐를 마취 / kg [IM]).
- 호흡 속도 (정상 70-115 호흡 / 분), 리듬, 호흡, 점막 색상과 반사 신경의 정기적 인 테스트의 깊이, 예를 들면 발가락 핀치, 꼬리 핀치, 눈꺼풀 / 속눈썹을 모니터링하여 마취 깊이를 평가그리고 눈꺼풀.
- 직장에 온도 프로브를 삽입하고 별도의 난방 램프를 사용하여 37.5 ° C 37 사이의 직장 온도를 유지한다.
- 외부 경동맥 방식 (19)을 통해 중간 대뇌 동맥 폐색하는 오리피스 내부 경동맥으로 필라멘트를 삽입하여 국소 허혈, 일시적 중간대 뇌동맥 폐색 (MCAO)를 유도한다.
- 내부 경동맥에 필라멘트를 삽입하지 않는 동안 가짜 운영 동물에 동일한 운영 절차를 수행합니다. 1 시간 동안 국소 뇌허혈을 유지 필라멘트를 제거, 절개를 닫은 다음 재관류를 허용 철회 될 수있는 돌출 나일론 봉합사의 1cm를 둡니다.
- 3 일간 하루에 두 번 진통제의 동물에 피하 (SC) 진통제 (프레 노르 핀 (0.05 ㎎ / ㎏, 사우스 캐롤라이나))의 주사를 관리 할 수 있습니다.
9. 신경 손상 평가
- 평가신경 심각도 점수 (MNSS) (20)과 경사면 테스트 (21)에 의해 각각 uate 신경과 운동 기능.
참고 : MNSS 모터 (근육 상태, 이상 운동), 감각 (시각, 촉각과 고유 수용성) 및 반사 검사의 복합체이다. 작업을 수행하기 위해 실패에 대한 한 점을 지정합니다. 0-18의 규모에 속도 신경 기능 (표준 점수 = 0; 최대 적자 점수 = 18). - 수술 후 7 일의 시간 범위에 걸쳐 하루 전에 매일 행동 성능면에서 모든 쥐를 평가합니다.
- 경사면을 이용하여 쥐의 뒷다리 악력을 측정한다.
- 매일 경사 등반 장치에 래트를 놓고, 1 주간 시험 전에있어서 쥐와 시험 조건을 순응.
- 장치에 각각 쥐를 놓고 적응 기간 동안 장치의 상단까지 플랫폼을 등반 쥐 바랍니다.
- 에서 쥐를 놓습니다테스트하는 동안 아래쪽으로 머리 장치의 상단. 경사면에 20 × 20cm 2 고무 리브 표면에 따라 쥐 숙박의 몸 축이 25 °의 각도에서 시작되었는지 확인합니다.
- 동적 동물 평면에 보유 할 수있는 최대 각도를 결정하기 위해 스텝 모터에 연결된 볼 나사를 사용하여 각도를 증가시킨다. 마우스가 경사면에 개최하는 데 실패 할 때까지 점차적으로 경사면의 각도를 증가 한 다음 아래로 슬라이딩 이벤트를 감지합니다. 경사면의 기준선도는 처음에는 25 °이다.
- 독립적으로 왼쪽 및 오른쪽 최대 각도의 평균 즉, 검사하고 모든 행동 테스트를 점수로 두 관찰자 (쥐가 주어진 있었는지 치료의 인식)을 요청합니다.
- Sacri Fi를 가전 MCAO 후 7 일째에 모든 동물. (100 ㎎ / ㎏, IP 나트륨 펜토 바르 비탈) 식염수 (22) 깊은 마취하에 동물의 마음을 관류 (22)를 사용하여 2.0 mm 관상 섹션으로 분리되어 5 분 동안 차가운 식염수의 뇌 조직 몰입.
- 다음 24 시간 동안 39 ° C에서 파이 xation 5 % 포름 알데히드 용액으로 조각을 전송하고, 30 분 동안 37 ℃에서 2, 3, 5- 트리 페닐 테트라 졸륨 클로라이드 (TTC)로 신선한 뇌 부분을 담근다. 플렉시 글라스 홀더에 스테인드 뇌 조각을 놓습니다.
- 이미지 처리 소프트웨어로드, 퍼스널 컴퓨터에 연결된 CCD 카메라를 사용하여 보정 된 스케일로 TTC 염색 슬라이스 사진. 각 TTC 염색 뇌 슬라이스 (23)로부터 경색 지역 (mm 2)을 추정하기 위해뿐만 아니라 반 - 자동화 영상 분석 시스템을 사용한다.
- 모든 뇌 조각의 경색 영역의 합으로 각 슬라이스에 대한 총 경색 볼륨을 계산합니다. 마크는 개별적 2mm 두께의 슬라이스의 각면에 흠없는 영역 (허혈성 뇌) 후 경색 용적 및 평균값을 계산한다.
- Calcu늦게 수정 경색 볼륨 (CIV) 등
CIV = {LT- (RT-RI)}
(D) (3)
주 : LT와 RT는 2 mm에 좌우 반구의 영역을 나타내고, 각각은 RI mm 2의 경색 면적이고, D = 2 mm 슬라이스 두께이다.
(D) (3) Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
이 섹션에서는, 비교에 전념 5 개 그룹 중 MNSS 점수, 경사면 시험 결과 뇌 경색 볼륨, 수술 후 일주를했다.도 4a를 각각 평균 MNSS 점수와 경사면 시험 결과의 평균을 제시 4B된다. PRW 그룹은 MNSS 개선의 측면에서 최고로 나타납니다. PRW과 MRW 사이 디딜 방아와 PRW 사이의 유의 한 차이는 명확하게 PRW 현재 사용할 수있는 다른 동물 이동 시스템보다 더 효과적으로 뇌졸중을 방지하는 것이 좋습니다. 경사면 테스트는 분명히 행정의 영향의 정도를 감소시키는 수단으로서 운동의 장점을 보여주는 수술 후 7 일의 시간 기간 동안 대조군에 비해 모든 운동 그룹에서 유의 급격한 경사 각도로 수행된다. 특히, PRW 그룹의 경사각은 강철 받침대로 입증되었다트레드밀과 MRW보다 회복의 높은 수준을 나타내는 모든 운동 그룹 중 해충 및 모의 군이 심지어 대등하다. 또한,도 4c는 신경 손상 평가 7 일 이후 뇌 부분을 추출 후 PRW 기뿐만 아니라 대조군보다 훨씬 작은 경색 량을 나타내 아니라 모든 운동 그룹 중 가장 작은 경색 량을 나타내 것을 나타낸다. 이 때문에 명확 PRW를 사용하여 훈련 된 래트 뇌 손상 저감 훈련 대하여 PRW의 우수성을 확인할 시판 교육 시스템을 사용하는 것보다 뇌경색 손상 훨씬 적은 양의 고통 것을 증명한다.
이 연구는 뇌 손상 감소 훈련에 효과적인 운동 활동을 정량화하기위한 과학적인 접근 방법을 제시했다. 훈련 3 주 동안, PRW의 98 % 효과적인 운동 측정하는 반면,이 MRW 만 68 % (표 1). 효과적인 운동 율이 유의 한 차이는 PRW 교육 메커니즘의 우수성 있음을 보여줍니다. 1로 정의 된 효과 운동 측정, - 효과적인 운동 측정 및 MNSS 점수 (그림 4A)과의 상관 관계는 MNSS 점수 (표 1)와 88 %의 상관 관계를 제공합니다. 또한, 효과적인 운동 측정하고 경사면 각도 (표 1) 및 무효 운동 측정하고 경색 량 (표 1)과 92 %의 상관과 85 %의 상관 관계가 존재한다. 특히, 98 %의 높은 운동 효과 측정은 PRW 경우에 매우 낮은 경색 량과 관련된다. 유의 한 상관 관계는 따라서 무효 운동 신경 손상 정도 사이에서 입증된다.
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그림 1 : PRW 시스템 PRW의 (A) 설계 도면.. 실행중인 휠은 직경 55cm, 폭 15cm입니다. 실행중인 휠의 아래쪽에 구멍이 적외선 센서 할부마다 45 °를 뚫고있다. (나) PRW의 실제 사진. 높은 마찰 고무 트랙의 층이 아크릴계 휠의 안쪽에 배치된다. 주행 륜의 한쪽 분기 써클 개구는 입구와 출구뿐만 아니라 훈련 용 동물로서 작용한다. 베어링 철 막대는 실행중인 휠을 지원하고, 삼각 컬럼에 실행중인 휠을 연결합니다. 모터는 주행 차륜 트랙의 외측에 설정하고, 10cm의 중앙 축에 장착 된 고무 디스크에 의해 주행 륜 선로에 접속된다. 마이크로 컨트롤러는 모터를 작동시켜 주행 륜을 명령한다. 반원형, 투명 아크릴 판의 한 쌍의 삼각 기둥, 트러스, 빔에 연결된 MNS, 적외선 센서 네 쌍은 아크릴 시트에 포함됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 2 : 적외선 센서의 배치 (A)를 PRW의 크기와 쥐의 본체의 길이에 따라, 적외선 센서의 한 쌍의 각 45 ° 0 ° 내지 135 ° (8 센서 총 제조)를 배치 하였다. . ° 0 ° 내지 135 래트를 정상 주행 상태를 발휘하므로,이 영역은 효과적인 운동 영역으로 정의 하였다. MRW 케이스 (B)는, 적외선 센서 쌍은 140 ° 0 ° 70 ° 사이 각을 배치 하였다.= "_ 빈"을 얻을>이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 3 :. 부드러운 속도 향상 운동에 대한 적응 가속 훈련 모델의 건설 점선은 3 일에 7 쥐의 훈련을 위해 수동으로 지정된 가속 곡선을 나타내며, 지수 함수로 특징 될 수있다. 비선형 커브 피팅은 그에 따라 수행된다. 원 곡선은 1 주에 대한 초기 적응 가속 곡선을 나타내고, 짧은에 대한 주 1 곡선. 주 2, 3의 곡선은 30 m / 분 (C 핀 = 30)에 최종 속도로 주 1 곡선의 조정 된 버전입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4 :. 수술 후 7 일의 시간 범위에 걸쳐 그룹 중 신경 손상 평가 (9 쥐와 각 그룹)에 비교 (A) 평균 MNSS 점수 (평균 ± SD). 모든 운동들 사이에 상당한 변화와 제어 그룹, 증거 그 운동의 혜택 뇌 손상 감소가 존재한다. PRW 기는 다른 교육 시스템 우수한 신경 메카니즘을 보여주는 운동 그룹 중 가장 낮은 점수를 제공한다. (B) 평균 뒷 다리 테스트 각도 (SD ± 의미). 훨씬 가파른 각도는 대조군보다 PRW에서 증명되고, 모든 운동 군간 가파른로 설명된다. 또한 PRW 및 모의 군 사이에 큰 차이가 있었다 indicati높은 수준에 그 PRW 재생 쥐 '뒷 다리 그립 NG. 경색 볼륨 (C) 비교 (평균 ± SD). PRW이 대조군보다 훨씬 작은 부피를 취득하고, 뇌 손상 감소에 PRW의 눈에 띄는 효과를 검증, 모든 운동 그룹 중 가장 낮은 위를 기록하고 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 그룹 | 효과적인 운동 측정 % (EEE) | MNSS | 경사면의 각도 | 경색 량 |
| PRW | 98.88 ± 1.11 | 23.54 ± 3.08 | (100) | 37.6 ± 1.08 |
| MRW | 68.05 ± 5.39 | 70.7 ± 6.48 | 34.23 ± 4.48 | 72.76 ± 6.52 </ TD> |
| 제어 | 0 | (100) | 0 | (100) |
| EEE와 상관 계수 (R 2) | -0.88 | 0.85 | -0.92 |
표 1 : 효과적인 운동 활동과 신경 손상의 상관 관계에 대한 비교 PRW, MRW과 대조군 사이에 효과적인 운동 활동 비교.. PRW 및 MRW 기는 PRW 효율적인 트레이닝의 큰 양을 제공하는 것을 의미 3 주 훈련 후 각각 98 % 및 68 %의 평균 유효 운동 측정을 제공한다. MNSS 비효율적 운동 계수 유효 운동 측정 및 경사면 각도 및 무효 운동 측정하고 경색 량 간의 상관 사이 0.92 0.85 상관 대하여 0.88 사이의 상관 관계가 존재ively. 특히, 98 %까지 효과적인 운동 속도는 PSW의 매우 작은 경색 량과 관련된다. MNSS의 데이터 경사면 각도 경색 볼륨 정규화된다.
| 기능 | PRW (본 연구) | MRW | 밟아 돌리는 바퀴 |
| 운동 훈련 | 강제 (측면 동력) | 강제 (중앙 동력) | 강제 (전기 충격) |
| 동시에 훈련 동물의 수 | 단일 | 단일 | 복수 |
| 활주로 구조 | 질감 고무 벨트 | 바 | 고무 벨트 |
| 학습 가능한 강도 | 낮음, 중간, 높은 | 낮음, 중간 | 낮음, 중간, 높은 |
| 적응 가속훈련 | 예 | 아니 | 아니 |
| 위치 검출을 실행 | 예 | 아니 | 아니 |
| 감속 교육 | 예 | 아니 | 아니 |
| 효과적인 운동 평가 | 예 | 아니 | 아니 |
표 2. 동물의 이동성 시스템간에 비교 PRW는 훈련 강도의 모든 수준에서 사용될 수있다. 적응 훈련 곡선과 사용자 정의 바퀴를 결합, PRW는 대응에 우수한 대안으로 역할을한다. 또한, 적외선 위치 검출 방식은 뇌 손상의 감소에 효과적인 운동 활성을 정량화하는데 사용된다.
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Discussion
이 프로토콜은 동물 스트로크의 영향의 정도를 감소시키는 매우 효과적인 주행 륜 시스템을 설명한다. 래트 친화 시험대,이 플랫폼은 안정된 주행 속도가 소정의 가속도 적응 곡선에 의해 실행중인 프로세스를 통해 쥐에 의해 유지 될 수있는 방식으로도 설계된다. 일반적인 교육 시스템에서 사전 훈련 속도와 지속 시간을 수동으로 설정됩니다. 운동이 시작되면, 미리 설정된 속도는 매우 곧 도달한다. 이러한 맥락에서, 쥐들을 텀블 및 하강하게하고 이에 따라 그 실행의 안정성에 영향을 미치는보다 높은 속도에 도달 할 수없는 가능성이 높다. 중요한 단계는, MRW 반대로 PRW의 주요 특징은 1.1, 4.1 및 4.2이다. 단계에 기재된 바와 같이 넓은 실행 트랙 간의 통합. 1.1 및 적응 가속 교육 모델 구축 단계에서 언급. 4.1 및 4.2, (A)의 개선 된 버전으로 제공됩니다전형적인 MRW. 이러한 주요 기능은 MRW보다 감소 경색 볼륨으로 이어집니다. 제시된 시스템의 전체 디자인은 비효율적 운동의 감소 래트 친화 시험대로 설계된다. 보다 구체적으로, 적외선 센서 4 쌍 단계에서 정의 효과적인 운동 활성을 정량화하는 척도를 제공하고, 쥐의 실시간 위치를 검출하도록 배치된다. 6.6의 MNSS 점수와의 상관 관계에 대한 비교, 경사면의 각도와 뇌 경색 볼륨. 이 측정은 통상적 인 트레이닝 플랫폼 아직 실현되지 신경 생리 학적 실험의 모든 유형을 정량화하는데 사용될 수있다. 그러나 인해 IR 센서 성긴 분배하는 효과적인 운동 작은 쥐에 대한 검출 할 수없는 가능성이 높다. 또한, 디딜 방아의 주요 단점 상대는 단 하나의 쥐가이 플랫폼에서 한 번에 훈련 할 수 있다는 것입니다. 시스템 문제 해결은 두 부분을 포함한다. 하나는 신호의 송수신을위한 정확한 정렬 센서 인인해 IR의 지향성에 다른 분 (RPM)에 따라 규정 회전 수로 회전 주행 륜된다. 적외선 소스 / 검출기 쌍은 강한 신호가 검출기에 의해 수신 될 때까지 정렬 될 필요가있다. 주행 륜에 관해서는 10cm 직경의 고무 디스크 휠 장시간 회전 될 때 점차 마모된다. 따라서, 스프링이 필요 통상 차륜 회전 부적절한 고무 디스크 마찰을 보완하기위한 방법으로 완화 될 수있다. 표 2는 뇌 손상 환원 실험에 사용 강제 동물 이동 시스템의 비교를 제공한다.
테스트 대조군 (p <0.05)보다 PRW 그룹의 MNSS 점수 경사각 경색 부피의 측면에서 훨씬 더 나은 결과를 제공한다. PRW 그룹은 모든 운동 그룹간에 효과적인 운동 훈련의 가장 양을 제공 하나로서 확인되었다. 전통적인 MRW를 사용하여 훈련 때 본 연구에서, 쥐 아칸소전자는 자주 활주로의 바 붙잡고 20m / 분, 이전 작업 (9)의 조각과 계약 이상의 속도로 실행을 거부하는 것으로. 래트 훈련 성능을 개선하기위한 방법으로, 상기 금속 활주로이 작품 고밀도 고무 주행 트랙으로 재 설계된다. 러닝 머신에서, 심리적 스트레스는 필연적으로 과거 생리학의 분야에서, 감전 중심 쥐에 미해결 문제가 부과됩니다. 따라서, 방법은 텀블러 주파수를 감소시키고 훈련 동안 랫트에 부과 심리적 스트레스를 완화하는 것으로해야한다. 이러한 방식으로, 테스트 결과는 뇌 손상의 감소에 운동 효과를 입증하는 확실한 방법으로,보다 정확하게 해석 할 수있다. 이것은이 작품 뒤에 주요 동기이다.
이 연구는 성공적 경색 량, 뇌졸중 손상의 가장 직접적인 증거와 관련 효과적인 운동 활성의 정량적 측정 값을 제공한다. 따라서, 효과적인 운동동물 기반 테스트의 다른 유형에 따라 규정 될 수 있습니다. 도 6에 제시된 바와 같이 - (8), 운동 강도 및 지속 모두 사용자 특정 신경 생리 학적 실험에서, 그러나 고려 운동 훈련의 효과 량을 복용하지. 효과적인 운동 활성이 래트 친화 혁신적인 동물 이동성 시스템을 이용하여, 스트로크 신경의 핵심 인자로서 확인된다.
이 플랫폼이 미래에 문제를 가변 속도 훈련에 적용 관련 될 수 있다고 생각된다. 24, 25에서 지적한 바와 같이, 가변 속도 훈련은 운동 생리학의 분야에서보다 효과적인 교육으로 간주된다. 기초로서 적외선 위치 검출 기술을 이용하여, 가변 속도 훈련 정확하게 신경 생리 보호 메커니즘에 깊은 조사 선수에 수행 될 수있다.
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Brushless DC motor | Oriental Motor | BLEM512-GFS | |
| Motor driver | Oriental Motor | BLED12A | |
| Motor reducer | Oriental Motor | GFS5G20 | |
| Speedometer | Oriental Motor | OPX-2A | |
| Treadmill | Columbus Instruments | Exer-6M | |
| Infrared transmitter | Seeed Studio | TSAL6200 | |
| Infrared Receiver | Seeed Studio | TSOP382 | |
| Microcontroller | Silicon Labs | C8051F330 | |
| CCD camera | Canon Inc. | EOS 450D | |
| Image processing software | Adobe Systems Incorporated | ADOBE Photoshop CS5 12.0 | |
| Image analysis | Media Cybernetics | Pro Plus 4.50.29 | |
| Sodium pentobarbital | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA P-3761 | |
| Ketamine | Pfizer (Kent, UK) | 1867-66-9 | |
| Atropine | Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan) | A03BA01 | |
| Xylazine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | SIGMA X1126 | |
| Buprenorphine | Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA) | B9275 |
References
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