Waiting
Login processing...

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

Behavior

Vurdering af de autonome og adfærdsmæssige virkninger af passiv bevægelse i rotter ved hjælp af Elevator Lodret Bevægelse og pariserhjul rotation

Published: February 7, 2020 doi: 10.3791/59837
Automatic Translation
1,2, 3, 3, 3, 2,4,5, 4,5,6, 2, 3
1School of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering, University of Sydney, 2Department of Physics, City University of Hong Kong, 3Department of Nautical Injury Prevention, Faculty of Navy Medicine, Second Military Medical University, 4State Key Laboratory of Marine Pollution (SKLMP), City University of Hong Kong, 5Department of Biomedical Sciences, College of Veterinary Medicine and Life Sciences, City University of Hong Kong, 6Department of Materials Science and Engineering, City University of Hong Kong

Summary

Protokoller præsenteres for at vurdere de autonome og adfærdsmæssige virkninger af passiv bevægelse i gnavere ved hjælp af elevator lodret bevægelse og pariserhjul rotation.

Abstract

Det overordnede mål med denne undersøgelse er at vurdere de autonome og adfærdsmæssige virkninger af passiv bevægelse i gnavere ved hjælp af elevatoren lodret bevægelse og pariserhjul rotation enheder. Disse analyser kan hjælpe med at bekræfte integriteten og normal funktion af det autonome nervesystem. De er koblet til kvantitative foranstaltninger baseret på afføringstælling, åben markundersøgelse og balancepassage af stråle. Fordelene ved disse analyser er deres enkelhed, reproducerbarhed, og kvantitative adfærdsmæssige foranstaltninger. Begrænsningerne ved disse analyser er, at de autonome reaktioner kan være epifænomener af ikke-vestibulære lidelser, og at der er behov for et fungerende vestibulært system. Undersøgelse af lidelser som køresyge vil i høj grad blive hjulpet på grund af de detaljerede procedurer i disse analyser.

Introduction

Køresyge (MS) på grund af unormal visuo-vestibulær stimulation fører til en autonom reaktion, fremkalder symptomer som epigastrisk ubehag, kvalme og/eller opkastning1. Ifølge de nuværende teorier kan køresyge være forårsaget af en sensorisk konflikt eller neuronal uoverensstemmelse fra at modtage integrerede bevægelsesoplysninger , der adskiller sig fra den forventede interne model af miljøet2,3 eller postural ustabilitet, som ville opstå på et yawing skib4,5. Trods betydelige fremskridt inden for køresyge og vestibulære autonome funktion6,7,8,9,10,11,12, kan fremtidig forskning støttes af standardiserede evalueringsprotokoller. En vurdering af de autonome virkninger af passive standardbevægelser vil i høj grad gavne undersøgelser af årsagerne til og forebyggelsen af køresyge. Det overordnede mål med denne undersøgelse er at vurdere de autonome og adfærdsmæssige virkninger af passiv bevægelse i gnavere. Dyremodeller, såsom gnavere, tillader nem eksperimentel manipulation (f.eks passiv bevægelse og farmaceutisk) og adfærdsmæssige evaluering, som kan bruges til at studere ætiologi en køresyge. Her præsenterer vi et detaljeret batteri til test af virkningerne af passiv bevægelse og integriteten af vestibulær funktion.

Denne undersøgelse beskriver to analyser, elevator lodret bevægelse (EVM) og pariserhjulrotation (FWR), der inducerer autonome reaktioner på den passive bevægelse. Analyserne er koblet til tre kvantitative adfærdsmæssige foranstaltninger, balancen stråle (på mus13 og rotter14,15,16,17), open-field undersøgelse, og afføring tælle. EVM (svarende til tonehøjden og rullen på et skib, der støder på en bølge) vurderer vestibulær funktion ved at stimulere otolith sensoriske organer, der koder lineære accelerationer (dvs. den saccule, der reagerer på bevægelser i det lodrette plan)18. FWR-anordningen (centrifugalrotation eller sinusformet bevægelse) stimulerer otolithorganerne ved lineær acceleration og halvcirkelformede kanaler ved vinkelacceleration19,20. Den pariserhjul/centrifugalrotationsanordning er unik i sin autonome vurdering. Til dato er den eneste lignende enhed i litteraturen den off-lodrette akse rotation (OVAR) pladespiller, som bruges til at undersøge vestibulo-okulær refleks (VOR)18,21,22, betinget undgåelse23,24, og virkningerne af hypertyngdekraft25,26,27. EVM-analysen og FWR-enhedsanalysen fremkalder vestibulær stimulation, der fører til autonome reaktioner. Vi kobler EVM og FWR til kvantitative målinger såsom balance stråle, afføring tælle, og open-field analyse28,29,30, for at sikre robuste og reproducerbare resultater. Svarende til dem, der tidligere er beskrevet i mus13 og rotter14,15,16,17, balancestråle analysen er en 1,0 m lang stråle suspenderet 0,75 m fra jorden mellem to træ afføring ved hjælp af en simpel sort boks modifikation i målslutningen (finish). Balancestrålen er blevet brugt til at vurdere angst (obskur e-boks)14,17, traumatisk skade15,16,17, og her, autonome reaktioner, der påvirker balancen. Vi har tidligere foretaget afføringstifikation til vurdering af den autonome reaktion i køresygemodellen, og det er en pålidelig kvantitativ måling, der let kan udføres og entydigt vurderes6,8,9,11. Den åbne felt analyse beskæftiger en simpel sort boks open-field adfærd vurdering ved hjælp af Ethovision28, Bonsai30, eller en simpel video analyse i Matlab29 at kvantificere adfærd såsom bevægelse. I den nuværende protokol bruger vi den samlede tilbagelagte afstand, men vi bemærker flere forskellige paradigmer findes (f.eks. forlængelse, bevægelseszone, hastighed osv.) 28,29,30. Samlet set udgør disse procedurer et kort batteri af vurderinger til undersøgelse og vurdering afautonome reaktioner på passiv bevægelse,f.eks. De nuværende analyser kan tilpasses en række dyremodeller.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Denne undersøgelse og procedurer blev godkendt af Den Etiske Komité for Dyreforsøg ved Det Andet Militære Medicinske Universitet (Shanghai, Kina) i overensstemmelse med vejledningen for pleje og anvendelse af laboratoriedyr (US National Research Council, 1996).

1. Dyr

  1. Brug Sprague-Dawley (SD) rotter på to måneder (200-250 g). For hver adfærdsmæssige analyse, bruge en separat gruppe af rotter. Brug altid separate kontrol- og forsøgsgrupper.
    BEMÆRK: Der var to autonome tests: EVM og FWR. EVM havde tre betingelser ud over en kontrolgruppe (= 4) med tre adfærdsmæssige analyser (balance stråle, afføring tælle og åbent felt = 3) med 8 rotter i hver for i alt 96 rotter (4 x 3 x 8). FWR havde en betingelse ud over en kontrolgruppe (= 2) med tre adfærdsmæssige analyser (balance stråle, afføring tælle og åbent felt = 3) med 8 rotter i hver for i alt 48 rotter (2 x 3 x 8). I alt rapporterer vi 144 rotter.
  2. Burgnavere under en konstant 25 °C temperatur og 60% -70% fugtighed.
  3. Hus gnavere i 12 h/12 h lys / mørke cykler med adgang til mad og drikkevand ad libitum.
    BEMÆRK: Da følgende protokoller er adfærdsmæssige eksperimenter, rotter bør håndteres forsigtigt. Håndtering af dyr bør være med begge hænder med krop og bageste støtte, for ikke at fremkalde angst.
  4. Udfør eksperimenter (EVM og FWR) og evalueringsanalyser (balancestråle og open field evaluering) i mørket for at minimere visuelle signaler.

2. Elevator lodret bevægelse enhed

  1. Udfør elevatorens vertikale bevægelsesprocedurer i komplet mørke for at minimere visuelle signaler.
  2. Læg gnavere i Plexiglasboksen (22,5 cm x 26 cm x 20 cm). Her kan Plexiglas-boksen rumme fire gnavere (specialfremstillet enhed).
  3. Sørg for, at kassen er lukket og sikkert lukket for at undgå, at gnavere falder ud. Placer plexiglasboksen på elevatorpuden på elevatorens lodrette bevægelsesenhed (specialfremstillet enhed).
  4. Tænd elevatorens lodrette bevægelsesenhed til den laveste indstilling for akklimatisering.
  5. Indstil amplitude som 22 cm op og 22 cm ned fra neutral. Skift gradvist lodret bevægelse i elevatoren på følgende måde:
    1. Indstil de indledende perioder som 2.500 ms for 5 min, 2.000 ms for 5 min og 1.500 ms i 5 min.
    2. Brug en testperiode på 1000 ms i 2 timer.
    3. Langsom enheden i bakgear ved hjælp af perioder på 1500 ms i 5 min, 2000 ms i 5 min og 2500 ms i 5 min.

3. Rotationsanordning for pariserhjul

  1. Opsætning af rotationsenhed for pariserhjul
    1. Plexiglasbeholderen (22,5 cm x 26 cm x 20 cm) anbringes på en træbænk (specialfremstillet enhed).
    2. Placer gnavere i plexiglasbeholderen med kroppens lange akse vinkelret på pariserhjulets vandrette rotationsstang (specialfremstillet enhed).
      BEMÆRK: Placeringen med kroppen vinkelret på vandret stang sikrer stimulering af otolith organer (anterior-posterior og lodret retning) under rotation.
    3. Luk plexiglaskassen sikkert.
    4. Placer det andet sæt gnavere i plexiglasbeholderen med kroppens lange akse vinkelret på den vandrette rotationsstang på den anden arm af rotationsanordningen for pariserhjul. Brug et andet sæt gnavere med samme masse til at afbalancere pariserhjulet.
    5. Luk plexiglaskassen sikkert, og placer på ferrishjulsrotationsenheden.
  2. Ferris-hjul rotation procedure
    1. Udfør pariserhjulsrotationsprocedurerne i komplet mørke for at minimere visuelle signaler.
    2. Start pariserhjulet, der roterer med uret ved 16°/s2 for at nå en vinkelhastighed på 120°/s, og begynd derefter at aftage ved 48°/s2 for at nå 0°/s. Efter en pause på 1 s skal beholderen fortsætte med at rotere i retning mod uret på samme måde som ovenfor (acceleration ved 16°/s2 for at nå en vinkelhastighed på 120°/s og derefter deceleration ved 48°/s2 for at nå 0°/s). Den med uret-pause-mod uret cyklus kræver ca 10 s at nå sin oprindelige position.
    3. Fortsæt rotationen mod uret med uret i 2 timer pr. session i ca. 720 omdrejninger.

4. Evaluering af EVM og FWR

BEMÆRK: Evalueringen af rotationsanordning en roterende rotation stil med pariserhjul og lodret bevægelse af elevatorer sker ved tre procedurer: balancestråletest, afføringstælling og åben feltundersøgelse. Identiske procedurer bruges til at evaluere elevator lodret bevægelse. Disse evalueringsprocedurer bør udføres så hurtigt som muligt efter rotation af pariserhjul eller lodret bevægelse af elevatorer.

  1. Balance stråle
    1. Opsætning af balancestråle
      1. Opsæt balancebjælken10,11,12 ved at placere to træafføringer (ca. 0,75 m i højden) i forsøgsfeltet, ca. 110 cm fra hinanden.
      2. Placer en sort plastikkasse (15 cm x 15 cm x 8 cm) på målafføringen.
      3. Placer en smal træbjælke (2,5 cm x 130 cm) mellem de to afføring, hvilket efterlader en afstand på 100 cm mellem afføringskanterne, fra startafføringen til målafføringen.
        BEMÆRK: Indgangen til den sorte plastikkasse skal være ved målstregen på de 100 cm.
      4. Placer en lampe ved startafføringen. Tænd for lampen.
      5. Sluk for rumlysene, og sørg for, at rummet er så mørkt som muligt. Dette sikrer, at gnaveren følger retningen af balancestrålen fra det oplyste område til det tilslørede område.
    2. Balance stråle procedurer
      BEMÆRK: Den motoriske koordinationsanalyse af balancestrålen vurderes ved at måle den tid, det tager at krydse den forhøjede træbjælke.
      1. Træn hver gnaver dagligt i 3 på hinanden følgende dage, før undersøgelsesperioden, for at opnå stabil ydeevne på balancebjælken10. Toget ved at indføre rotten til strålen i det oplyste hjørne og bede den om at krydse strålen. Til sidst rotten vil krydse af sin egen vilje. Rotter i denne protokol tog 3,6 ± 0,9 sekunder.
        BEMÆRK: Nogle gnavere opnår ikke stabil ydeevne under træningen og bør udelukkes. Nogle gnavere udfører ikke opgaven, mens andre mangler motivation til at krydse bjælken. Stabil ydeevne var to på hinanden følgende prøveperioder med overskridelsestider mindre end 4 sekunder. Hvis en rotte falder af under træning eller vurdering, bør den kategoriseres som et rottefald og ikke vurderes yderligere.
      2. For den faktiske procedure, placere den uddannede gnaver på start afføring nær lyset og samtidig trykke på start på et stopur. Gnaveren skal krydse balancestrålen hurtigt og indtaste den sorte boks på målafføringen.
      3. Tryk på stopuret, når gnaveren er på plads, og tryk på stop, når næsen kommer ind i den mørke boks på målskamlen. Tiden til at krydse strålen er fra start afføring til afføring.
        BEMÆRK: Når gnaveren er uddannet, kan du udføre en intervention eller manipulation, såsom fremkaldekøresyge, forud for evalueringen. Du kan også få en baseline måling, før interventionen, ved hjælp af tiden til at krydse af den sidste træningssession.
  2. Optælling af afføring
    1. Plexiglasbeholderen, der indeholder de fire gnavere på en bænk, anbringes efter prøveperioden for pariserhjul.
    2. Fjern gnavere og sted i individuelle åbne felt bokse (nedenfor).
    3. Tæl antallet af afføringspiller i plexiglaskassen, der tilskrives hver gnaver.
      BEMÆRK: Der kan til sammenligning opnås en baselinemåling ved sammenligning med evalueringen efter elevatorbevægelse ved at tælle afføringspiller, før de gennemgår lodret bevægelse i elevatoren.
  3. Åben undersøgelse
    1. Læg gnavere i åbenfeltboksen (40 cm x 40 cm x 45 cm).
    2. Optag åben felt adfærd ved hjælp af en IR-videokamera i 3 min28,29,30.
    3. Bestemme den samlede tilbagelagte afstand.
      BEMÆRK: Det er meget vigtigt IKKE at placere gnaveren i åben feltboksen før elevatorlodret bevægelse. Miljøet skal være nyt for gnaveren. Der bør derfor IKKE foretages basismålinger til åben undersøgelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2 viser repræsentative balancestråleresultater af den tid, det tager at tvære. Rotter blev uddannet i 3 på hinanden følgende dage for at opnå stabil ydeevne på balancebjælken10. Den efterfølgende dag, rotter blev evalueret for balance stråle ydeevne. I figurens y-akse har vi det antal sekunder, der er taget for gnavere til at krydse balancestrålen til pariserhjul, elevatorlodret bevægelse og kontrolgrupper til demonstrative formål.

Figur 3 viser repræsentative resultater af afføringsantal. For elevator lodret bevægelse, rotter var i en af tre forskellige rotation grupper på 0,8 Hz, 0,4 Hz, og 0,2 Hz lodret bevægelse, ud over en kontrolgruppe, kaldet den statiske gruppe. Ækvivalensen til vores bevægelsesperioder er som følger: frekvens = 0,8 Hz = 1/0,8 = 0,1250s = 1250 ms, frekvens = 0,4 Hz = 1/0,4 = 0,2500s = 2500 ms, og frekvens = 0,2 Hz = 1/0,2 = 0,5000s = 5000 ms. EVM signifikant øget afføring (envejs ANOVA, F(3,31) = 20,2306, p < 0,00001). Ændringen i Hz lodret bevægelse øget afføring for 0,4 Hz (t = 3,4064, df = 14, p = 0,0043) og 0,8 Hz (t = 10,6895, df = 14, p < 0,0001). For pariserhjulrotation blev rotterne roteret i en cyklus med uret-pause mod uret, der varede ca. 10 år for at nå sin oprindelige position. Hele rotationssessionen varede i 2 timer. Ferris-hjulet rotation gruppe blev sammenlignet med en kontrolgruppe, kaldet den statiske gruppe. Ferris-hjulet rotation gruppe øget afføring som bestemt af en t-test (t = 10,6895, df = 14, p < 0,0001).

Figur 4 viser, at der er foretaget en gennemgang af de samlede tilbagelagte afstande. Disse data blev indsamlet ved hjælp af kommercielle video tracking software til analyse af open field adfærd (Tabel over materialer)28, men flere open source software rørledninger findes for adfærdsmæssige video analyse såsom Bonsai30 og en vores gruppe har udviklet baseret på Matlab29. Også her, den samlede tilbagelagte afstand blev vurderet som en metrisk, men frame-by-frame forskelle kan bruges til at bestemme andre adfærdsmønstre såsom lodret bevægelse. For elevator lodret bevægelse, rotter var i en af tre forskellige rotation grupper på 0,8 Hz, 0,4 Hz, og 0,2 Hz lodret bevægelse, ud over en kontrolgruppe, kaldet den statiske gruppe. EVM faldt betydeligt åbningsdistancen (envejs ANOVA, F(3,31) = 16,5994, p < 0,00001). Ændringen i Hz lodret bevægelse faldt open-field bevægelse for 0,4 Hz (t = 3,1354, df = 14, p = 0,0073) og 0,8 Hz (t = 5,8929, df = 14, p < 0,001). For pariserhjulrotation blev rotterne roteret i en cyklus med uret-pause mod uret, der varede ca. 10 år for at nå sin oprindelige position. Hele rotationssessionen varede i 2 timer. Ferris-hjulet rotation gruppe blev sammenlignet med en kontrolgruppe, kaldet den statiske gruppe. Ferris-hjulrotationsgruppen faldt open-field bevægelse som bestemt af en t-test (t = 4,3341, df = 14, p = 0,0007).

En række offentliggjorte undersøgelser har anvendt de protokoller , der er beskrevether, 7,8,9,10,11,12. Et nyligt eksempel fra vores gruppe studerede mekanismerne bag anticholingenics mecamylamin og scopolamin lindre køresyge-induceret gastrointestinale symptomer12.

Figure 1
Figur 1: Anvendt instrumentering. a) Balance Stråle. Balancestrålen er en smal træbjælke (2,5 cm x 130 cm) mellem de to afføringsveje, der er placeret 100 cm fra hinanden. En lampe placeres ved startafføringen og en sort plastikkasse (15 cm x 15 cm x 8 cm) på målafføringen. b) Elevator lodret bevægelsesanordning. Elevatorens lodrette bevægelsesanordning er sat til 22 cm op og 22 cm ned fra neutral. Opvarmningen lodret bevægelse består af 2500 ms periode i 5 min, 2000 ms i 5 min og 1500 ms i 5 min. Prøvningsbevægelsen består af en periode på 1000 ms i 2 timer. Elevatorens lodrette bevægelsesanordning bremses i bakgear ved hjælp af en periode på 1500 ms i 5 min. 2000 ms i 5 min. og 2500 ms i 5 min. Rotter placeres direkte mod forsiden af elevatorens lodrette bevægelsesanordning. c) rotationsanordning for pariserhjul. Pariserhjulet roterer med uret ved 16°/s2, der accelererer til 120°/s, og derefter falder ved 48°/s2 for at nå 0°/s, holder pause i 1 s og derefter roteres i mod uret (16°/s2 accelererer til 120°/s, derefter aftager ved 48°/s2 for at nå 0°/s). Den med uret-pause-mod uret cyklus kræver ~ 10 s for at nå sin oprindelige position. Rotter er placeret hovedet mod midten af pariserhjul rotation enhed. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 2
Figur 2: Balancestråleresultater. Tid, det tager at omforsner strålen (gennemsnitlig ± standardafvigelse). Y-aksen angiver sekunder, det tager at forkloge strålen. Rotter blev uddannet i tre dage før evaluering for at opnå stabil ydeevne på balancebjælken10. Forudgående evaluering med elevatoren lodret bevægelse eller pariserhjul enheder øger overfartstiden betydeligt. Statistisktest blev udført ved to-tailed t-test med Bonferroni korrektion mellem kontrol og hver anden gruppe. angiver p < 0,001. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 3
Figur 3: Resultaterne af afføringstallet. Elevator lodrette bevægelse resultater (a) Venstre panel - Afføring tæller (gennemsnitlig ± standard afvigelse) efter gruppe for 0,8 Hz, 0,4 Hz, og 0,2 Hz lodret bevægelse, ud over en kontrolgruppe, kaldet den statiske gruppe på 0 Hz. Bemærk den betydelige stigning i afføring for 0,8 Hz og 0,4 Hz som angivet af stjernerne. Ferris-hjul rotation resultater (b) Højre panel - Afføring tæller (gennemsnitlig ± standard afvigelse) for pariserhjul rotation rotte gruppe (se beskrivelse af vinkelhastighed paradigme) og en kontrolgruppe (0 Hz), kaldet den statiske gruppe. Bemærk den betydelige stigning i afføring for rotationsgruppen som angivet i stjerner. Klik her for at se en større version af denne figur.

Figure 4
Figur 4: Samlet tilbagelagt distance. a) Elevator lodrette bevægelse resultater. Dette panel består af den samlede tilbagelagte afstand (gennemsnitlig ± standardafvigelse) med cm i den åbne længdebevægelsesprøve efter gruppe for 0,8 Hz, 0,4 Hz og 0,2 Hz lodret bevægelse ud over en kontrolgruppe (statisk). Bemærk det betydelige fald i den samlede tilbagelagte afstand for 0,8 Hz og 0,4 Hz som angivet af stjernerne. Statistisktest blev udført ved to-tailed t-test med Bonferroni korrektion mellem kontrol og hver anden gruppe. ** angiver p < 0,01 og *** angiver p < 0,001. b) ferrishjulsrotationsresultater. Dette panel består af den samlede tilbagelagte afstand (gennemsnitlig ± standardafvigelse) med cm i den åbne bevægelsesprøve for rotationsrottegruppen for pariserhjulsrat og en kontrolgruppe (statisk). Bemærk det betydelige fald i den samlede afstand som angivet af stjernerne. Statistisktest blev udført af to-tailed t-test mellem kontrol og pariserhjul gruppe. angiver p < 0,001. Klik her for at se en større version af denne figur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Denne undersøgelse beskriver vurdering af autonome reaktioner på passiv bevægelse i gnavere ved hjælp af elevator lodret bevægelse og pariserhjul rotation. Disse udstyr og procedurer kan let vedtages til andre gnavere og flere ændringer af analyserne eksisterer for at bekræfte vestibulære funktion under forskellige omstændigheder, såsom under i farmakologiske udfordring eller kirurgiske indgreb. Forskning i MS fremkaldt af vestibulær stimulation har ført til teorien om, at sensorisk konflikt eller neuronal mismatch forårsaget af at modtage visuelle oplysninger, der adskiller sig fra den forventede interne model af miljøet2,3 fører til autonome reaktion fremkalde symptomer såsom epigastrisk ubehag, kvalme og / eller opkastning1. Yderligere teorier har skitseret, at postural ustabilitet, som det ville ske på et yawing skib4,5, fremkalder autonome reaktion. På trods af disse betydelige fremskridt er der stadig spørgsmål, der kan hjælpes af evalueringsprotokoller såsom elevator lodret bevægelse og pariserhjulrotation.

Et kritisk skridt for balance stråle er uddannelse. Rotter skal motiveres og have tillid til at krydse strålen; Ellers måles balancen (dvs. vestibulær integritet) ikke i en evalueringsperiode. For forskere interesseret i at undersøge angst14,17 eller traumatisk skade15,16,17, andre adfærd under træning eller balance stråle passage kan være relevant. For eksempel, i angst forskning ved hjælp af balancen stråle, afføring, vandladning, falder, og fejltrin kan opregnes14. Også på nogle forskningsområder, gnavere, der mangler motivation til at krydse strålen kan evalueres forskelligt13,14,15,16,17. Det er kritisk under elevatorlodret bevægelse og rotation af pariserhjul for at sikre, at kassen er lukket og sikkert lukket, da gnavere i en usikker kasse kan blive fremdrevet og skadet. Sørg også for, at gnavere evalueres i åben feltboks28,29,30 kunén gang og umiddelbart efter elevatorens lodrette bevægelse og pariserhjul for at sikre hurtig evaluering af vestibulære effekter.

Ovennævnte protokoller anvender kvantitative foranstaltninger. Derfor er begrænsningerne for balance stråle omfatter gnavere, der mangler motivation til at krydse strålen, som balance er den adfærd, der evalueres. Begrænsninger for elevatoren lodret bevægelse og pariserhjul rotation afføring assays omfatter kræver en velfodret gnaver. Det er nødvendigt. Ellers kan gnaveren ikke opleve en robust autonom reaktion på vestibulær stimulation. Det er god praksis at observere baseline afføringstællingstal for en normal/kontrolperiode på 2,5 timer i sammenligningsøjemed.

En anden vigtig overvejelse, når du bruger protokollerne, og fortolke resultater, er forskelle i køresyge reaktioner på tværs af arter. Hos mennesker, og også andre arter som katte og hunde, retching og opkastning er to almindelige symptomer31,32,33,34. Rotter, på den anden side, kan ikke kaste op. Rotter udviser dog køresyge symptomer som pica35,36, afføringsrespons37og spontan bevægelsesreduktion35,38. Også, mennesker er primært afhængige af vision for sensorisk input og køresyge er sandsynligvis relateret til sensorisk konflikt med det vestibulære system2,39. Hos rotter, især albino rotter (f.eks Sprague-Dawley), vision er ikke typisk den primære forstand, men snarere somatosensoriske (whiskers). Dette kan føre til forskelle mellem arterne i de relative bidrag fra forskellige sensoriske input til konflikten. Endelig er der forskelle mellem gnavere i køresygereaktionen. For eksempel, den spidsmus (Suncus murinus) er i stand til at have en emetisk respons40,41.

De beskrevne procedurer udgør tilsammen et kort batteri af vurderinger til undersøgelse og vurdering af autonome reaktioner hos gnavere under køresyge6,7,8,9,10,11. De nuværende teknikker koblet til mere fysiologiske foranstaltninger såsom elektrofysiologi til at bestemme de kortikale konsekvenser under vestibulære stimulation ville være af stor interesse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne erklærer ingen finansielle eller ikke-finansielle interessekonflikter. FWR-enheden har patent i Kina: ZL201120231912.1.

Acknowledgments

Dette arbejde blev delvist støttet af Hong Kong Research Grants Council, Early Career Scheme, Project #21201217 til C.L. FWR-enheden har patent i Kina: ZL201120231912.1.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Elevator vertical motion device Custom Custom-made Elevator vertical motion device to desired specifications
Ethovision Noldus Information Technology Video tracking software
Ferris-wheel rotation device Custom Custom-made Ferris-wheel rotation device to desired specifications
Latex, polyvinyl or nitrile gloves AMMEX Use unpowdered gloves 8-mil
Open field box Custom Darkened plexiglass box with IR camera
Rat or mouse JAX labs Any small rodent
Small rodent cage Tecniplast 1284L
Wooden beam and stools Custom Custom-made wooden beam and stools to specifications indicated

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Balaban, C. D. Vestibular autonomic regulation (including motion sickness and the mechanism of vomiting). Current Opinion in Neurology. 12, 29-33 (1999).
  2. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71, 819-829 (1978).
  3. Keshavarz, B., Hettinger, L. J., Kennedy, R. S., Campos, J. L. Demonstrating the potential for dynamic auditory stimulation to contribute to motion sickness. PLOS One. 9, 101016 (2014).
  4. Stoffregen, T. A., Chen, F. C., Varlet, M., Alcantara, C., Bardy, B. G. Getting your sea legs. PLoS One. 8, 66949 (2013).
  5. Smart, L. J. Jr, Pagulayan, R. J., Stoffregen, T. A. Self-induced motion sickness in unperturbed stance. Brain Research Bulletin. 47, 449-457 (1998).
  6. Wang, J. Q., et al. Temporal change in NMDA receptor signaling and GABAA receptor expression in rat caudal vestibular nucleus during motion sickness habituation. Brain Research. 1461, 30-40 (2012).
  7. Cai, Y. L., et al. Glutamatergic vestibular neurons express FOS after vestibular stimulation and project to the NTS and the PBN in rats. Neuroscience Letters. 417, 132-137 (2007).
  8. Cai, Y. L., et al. Decreased Fos protein expression in rat caudal vestibular nucleus is associated with motion sickness habituation. Neuroscience Letters. 480, 87-91 (2010).
  9. Wang, J. Q., Qi, R. R., Zhou, W., Tang, Y. F., Pan, L. L., Cai, Y. Differential Gene Expression profile in the rat caudal vestibular nucleus is associated with individual differences in motion sickness susceptibility. PLoS One. 10, 0124203 (2015).
  10. Zhou, W., et al. Sex and age differences in motion sickness in rats: The correlation with blood hormone responses and neuronal activation in the vestibular and autonomic nuclei. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 29 (2017).
  11. Wang, J., Liu, J., Pan, L., Qi, R., Liu, P., Zhou, W., Cai, Y. Storage of passive motion pattern in hippocampal CA1 region depends on CaMKII/CREB signaling pathway in a motion sickness rodent model. Scientific Reports. 7, 43385 (2017).
  12. Qi, R., et al. Anti-cholinergics mecamylamine and scopolamine alleviate motion sickness-induced gastrointestinal symptoms through both peripheral and central actions. Neuropharmacology. 146, 252-263 (2019).
  13. Luong, T. N., Carlisle, H. J., Southwell, A., Patterson, P. H. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. Journal of Visualized Experiments. (49), e2376 (2011).
  14. Kalueff, A. V., Minasyan, A., Tuohimaa, P. Behavioural characterization in rats using the elevated alley Suok test. Behavioural Brain Research. 30 (1), 52-57 (2005).
  15. Piot-Grosjean, O., Wahl, F., Gobbo, O., Stutzmann, J. M. Assessment of sensorimotor and cognitive deficits induced by a moderate traumatic injury in the right parietal cortex of the rat. Neurobiology of Disease. 8 (6), 1082-1093 (2001).
  16. Goldstein, L. B., Davis, J. N. Beam-walking in rats: Studies towards developing an animal model of functional recovery after brain injury. Journal of Neuroscience Methods. 31 (2), 101-107 (1990).
  17. Sweis, B. M., et al. modified beam-walking apparatus for assessment of anxiety in a rodent model of blast traumatic brain injury. Behavioural Brain Research. 296, 149-156 (2016).
  18. Hess, B. J., Dieringer, N. Spatial organization of the maculo-ocular reflex of the rat: Responses during off-vertical axis rotation. European Journal of Neuroscience. 2, 909-919 (1990).
  19. Armstrong, P. A., et al. Preserved otolith organ function in caspase-3-deficient mice with impaired horizontal semicircular canal function. Experimental Brain Research. 233 (6), 1825-1835 (2015).
  20. Riccio, D. C., Thach, J. S. Jr Response suppression produced by vestibular stimulation in the rat. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 11 (4), 479-488 (1968).
  21. Rabbath, G., et al. Abnormal vestibular control of gaze and posture in a strain of a waltzing rat. Experimental Brain Research. 136, 211-223 (2001).
  22. Brettler, S. C., et al. The effect of gravity on the horizontal and vertical vestibulo-ocular reflex in the rat. Experimental Brain Research. 132, 434-444 (2000).
  23. Hutchison, S. L. Taste aversion in albino rats using centrifugal spin as an unconditioned stimulus. Psychological Reports. 33 (2), 467-470 (1973).
  24. Green, K. F., Lee, D. W. Effects of centrifugal rotation on analgesia and conditioned flavor aversions. Physiology & Behavior. 40 (2), 201-205 (1987).
  25. Tse, Y. C., et al. Developmental expression of NMDA and AMPA receptor subunits in vestibular nuclear neurons that encode gravity-related horizontal orientations. Journal of Comparative Neurology. 508 (2), 343-364 (2008).
  26. Lai, C. H., Tse, Y. C., Shum, D. K., Yung, K. K., Chan, Y. S. Fos expression in otolith-related brainstem neurons of postnatal rats following off-vertical axis rotation. Journal of Comparative Neurology. 470 (3), 282-296 (2004).
  27. Lai, S. K., Lai, C. H., Yung, K. K., Shum, D. K., Chan, Y. S. Maturation of otolith-related brainstem neurons in the detection of vertical linear acceleration in rats. European Journal of Neuroscience. 23 (9), 2431-2446 (2006).
  28. Aitken, P., Zheng, Y., Smith, P. F. Ethovision analysis of open field behaviour in rats following bilateral vestibular loss. Journal of Vestibular Research. 27 (2-3), 89-101 (2017).
  29. Gao, V., Vitaterna, M. H., Turek, F. W. Validation of video motion-detection scoring of forced swim test in mice. Journal of Neuroscience Methods. 235, 59-64 (2014).
  30. Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Frontiers in Neuroinformatics. 9, 7 (2015).
  31. Conder, G. A., Sedlacek, H. S., Boucher, J. F., Clemence, R. G. Efficacy and safety of maropitant, a selective neurokinin 1 receptor antagonist, in two randomized clinical trials for prevention of vomiting due to motion sickness in dogs. Journal of Veterinary Pharmacology and Therapeutics. 31, 528-532 (2008).
  32. Percie du Sert, N., Chu, K. M., Wai, M. K., Rudd, J. A., Andrews, P. L. Telemetry in a motion-sickness model implicates the abdominal vagus in motion-induced gastric dysrhythmia. Experimental Physiology. 95, 768-773 (2010).
  33. Lackner, J. R. Motion sickness: more than nausea and vomiting. Experimental Brain Research. 232, 2493-2510 (2014).
  34. Lucot, J. B. Effects of naloxone on motion sickness in cats alone and with broad spectrum antiemetics. Autonomic Neuroscience. 202, 97-101 (2016).
  35. McCaffrey, R. J. Appropriateness of kaolin consumption as an index of motion sickness in the rat. Physiology & Behavior. 35, 151-156 (1985).
  36. Horn, C. C., et al. Why can't rodents vomit? A comparative behavioral, anatomical, and physiological study. PLoS One. 8 (4), 60537 (2013).
  37. Ossenkopp, K. -P., Frisken, N. L. Defecation as an index of motion sickness in the rat. Physiological Psychology. 10, 355-360 (1982).
  38. Ossenkopp, K. P., Rabi, Y. J., Eckel, L. A., Hargreaves, E. L. Reductions in body temperature and spontaneous activity in rats exposed to horizontal rotation: abolition following chemical labyrinthectomy. Physiology & Behavior. 56, 319-324 (1994).
  39. Oman, C. M. Motion sickness: a synthesis and evaluation of the sensory conflict theory. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 68, 294-303 (1990).
  40. Hu, D. L., et al. Emesis in the shrew mouse (Suncus murinus) induced by peroral and intraperitoneal administration of staphylococcal enterotoxin A. Journal of Food Protection. 62, 1350-1353 (1999).
  41. Ueno, S., Matsuki, N., Saito, H. Suncus murinus as a new experimental model for motion sickness. Life Sciences. 43, 413-420 (1988).

Tags

Adfærd køresyge balance stråle pariserhjul roatation elevator lodret bevægelse gnavere open-field undersøgelse
Vurdering af de autonome og adfærdsmæssige virkninger af passiv bevægelse i rotter ved hjælp af Elevator Lodret Bevægelse og pariserhjul rotation
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Manno, F. A. M., Pan, L., Mao, Y.,… More

Manno, F. A. M., Pan, L., Mao, Y., Su, Y., Manno, S. H. C., Cheng, S. H., Lau, C., Cai, Y. Assessing the Autonomic and Behavioral Effects of Passive Motion in Rats using Elevator Vertical Motion and Ferris-Wheel Rotation. J. Vis. Exp. (156), e59837, doi:10.3791/59837 (2020).

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