Waiting
Login processing...

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

Behavior

Vurdere de autonome og atferdsmessige effektene av passiv bevegelse hos rotter ved hjelp av heis vertikal bevegelse og pariser-hjulet rotasjon

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 presenteres for å vurdere de autonome og atferdsmessige effektene av passiv bevegelse hos gnagere ved hjelp av heis vertikal bevegelse og pariserhjulrotasjon.

Abstract

Det overordnede målet med denne studien er å vurdere de autonome og atferdsmessige effektene av passiv bevegelse hos gnagere ved hjelp av heisen vertikal bevegelse og pariserhjulrotasjonsenheter. Disse analyser kan bidra til å bekrefte integriteten og normal funksjon av det autonome nervesystemet. De er koblet til kvantitative tiltak basert på avføringstelling, åpen feltundersøkelse og balansestrålekryssing. Fordelene med disse analysene er deres enkelhet, reproduserbarhet og kvantitative atferdstiltak. Begrensningene i disse uttalelsene er at de autonome reaksjonene kan være epifenomener av ikke-vestibulære lidelser og at et fungerende vestibulær system er nødvendig. Undersøkelse av lidelser som reisesyke vil bli sterkt hjulpet av de detaljerte prosedyrene i disse assene.

Introduction

Reisesyke (MS) på grunn av unormal visuo-vestibulær stimulering fører til autonom reaksjon, noe som fremkaller symptomer som epigastrisk ubehag, kvalme og/eller oppkast1. Ifølge dagens teorier kan reisesyke skyldes en sensorisk konflikt eller nevronal mismatch fra å motta integrert bevegelsesinformasjon som avviker fra den forventede interne modellen av miljøet2,3 eller postural ustabilitet som ville oppstå på et yawing skip4,5. Til tross for betydelige fremskritt innen reisesyke og vestibulær autonom funksjon6,7,8,9,10,11,12, kan fremtidig forskning hjelpes av standardiserte evalueringsprotokoller. Å vurdere de autonome effektene av standard passive bevegelser vil i stor grad være til nytte for undersøkelser av årsakene og forebyggingen av reisesyke. Det overordnede målet med denne studien er å vurdere de autonome og atferdsmessige effektene av passiv bevegelse hos gnagere. Dyremodeller, som gnagere, tillater enkel eksperimentell manipulasjon (f.eks. passiv bevegelse og farmasøytisk) og atferdsevaluering, som kan brukes til å studere evighetssykdommen. Her presenterer vi et detaljert batteri for å teste effekten av passiv bevegelse og integriteten til vestibulær funksjon.

Den nåværende studien beskriver to analyser, heis vertikal bevegelse (EVM) og pariser-hjulet rotasjon (FWR), som induserer autonome reaksjoner på passiv bevegelse. Analysene er kombinert til tre kvantitative atferdstiltak, balansestrålen (på mus13 og rotter14,15,16,17), åpen feltundersøkelse og avføringstelling. EVM (ligner på tonehøyde og rull av et skip som møter en bølge) vurderer vestibulær funksjon ved å stimulere otolitten sensoriske organer som koder lineære akselerasjoner (dvs. saccule som reagerer på bevegelser i det vertikale planet)18. FWR (sentrifugal rotasjon eller bisinusoidal bevegelse) enheten stimulerer otolittorganene ved lineær akselerasjon og halvsirkelformet kanaler ved kantete akselerasjon19,20. Ferris-hjulet/sentrifugalrotasjonsenheten er unik i sin autonome vurdering. Til dags dato er den eneste lignende enheten i litteraturen den off-vertikale akserotasjonen (OVAR) platespiller, som brukes til å undersøke vestibulo-okulær refleks (VOR)18,21,22, betinget unngåelse23,24, og effekten av hypergravity25,26,27. EVM-analysen og FWR-enhetens analyse induserer vestibulær stimulering som fører til autonome reaksjoner. Vi kobler EVM og FWR til kvantitative målinger som balansestråle, avføringstelling og åpen feltanalyse28,29,30, for å sikre robuste og reproduserbare resultater. I likhet med de som tidligere er beskrevet hos mus13 og rotter14,15,16,17, balansestrålen er en 1,0 m lang stråle suspendert 0,75 m fra bakken mellom to trekrakker ved hjelp av en enkel black-box modifikasjon på målenden (finish). Balansestrålen har blitt brukt til å vurdere angst (obskur svart boks)14,17, traumatisk skade15,16,17, og her, autonome reaksjoner påvirker balanse. Vi har utført avføringstelling for å vurdere den autonome responsen i reisesykemodellen tidligere, og det er en pålitelig kvantitativ måling som lett utføres og utvetydig vurdert6,8,9,11. Åpen feltanalyse bruker en enkel svart boks åpen felt atferdsvurdering ved hjelp av Ethovision28,Bonsai30,eller en enkel videoanalyse i Matlab29 for å kvantifisere atferd som bevegelse. I den nåværende protokollen bruker vi den totale avstanden som er reist, men vi merker oss at det finnes flere forskjellige paradigmer (f.eks. forlengelse, bevegelsessone, hastighet osv.) 28,29,30. Samlet danner disse prosedyrene et kort batteri av vurderinger for undersøkelse og evaluering av autonome reaksjoner på passiv bevegelse, for eksempel i reisesyke6,7,8,9,10,11. De nåværende analysene kan tilpasses en rekke dyremodeller.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den nåværende studien og prosedyrene ble godkjent av Etikkkomiteen for dyreeksperimentering av det andre militære medisinske universitetet (Shanghai, Kina) i samsvar med veiledningen for omsorg og bruk av laboratoriedyr (US National Research Council, 1996).

1. Dyr

  1. Bruk Sprague-Dawley (SD) rotter på to måneder (200–250 g). For hver atferdsanalyse bruker du en egen gruppe rotter. Bruk alltid separate kontroll- og eksperimentelle grupper.
    MERK: Det var to autonome tester: EVM og FWR. EVM hadde tre forhold i tillegg til en kontrollgruppe (= 4) med tre atferdsanalyser (balansestråle, avføringstelling og åpent felt = 3) med 8 rotter i hver for totalt 96 rotter (4 x 3 x 8). FWR hadde en betingelse i tillegg til en kontrollgruppe (= 2) med tre atferdsanalyser (balansestråle, avføringstelling og åpent felt = 3) med 8 rotter i hver for totalt 48 rotter (2 x 3 x 8). Totalt rapporterer vi 144 rotter.
  2. Burgnagere under en konstant 25 °C-temperatur og 60 %–70 % fuktighet.
  3. Husgnagere i 12 timer/ 12 t lyse / mørke sykluser med tilgang til mat og drikkevann ad libitum.
    MERK: Siden følgende protokoller er atferdseksperimenter, bør rotter håndteres forsiktig. Håndtering av dyr bør være med både hender med kropp og bakre støtte, for ikke å indusere angst.
  4. Utfør eksperimenter (EVM og FWR) og evalueringsanalyser (balansestråle og åpen feltevaluering) i mørket for å minimere visuelle signaler.

2. Heis vertikal bevegelsesenhet

  1. Utfør heisen vertikalbevegelsesprosedyrer i fullstendig mørke for å minimere visuelle signaler.
  2. Plasser gnagere i Plexiglas-esken (22,5 cm x 26 cm x 20 cm). Her kan Plexiglas-boksen romme fire gnagere (skreddersydd enhet).
  3. Kontroller at boksen er festet lukket og sikkert lukket for å unngå at gnagere faller ut. Plasser Plexiglass-boksen på heisblokken på heisenvertikal bevegelsesenhet (skreddersydd enhet).
  4. Slå på heisen vertikal bevegelseenhet til den laveste innstillingen for akklimatisering.
  5. Sett amplituden som 22 cm opp og 22 cm ned fra nøytral. Endre loddrett bevegelse trinnvis på følgende måte:
    1. Angi de første periodene som 2500 ms i 5 min, 2000 ms i 5 min og 1500 ms i 5 min.
    2. Bruk en testperiode på 1000 ms i 2 timer.
    3. Senk enheten i revers ved hjelp av perioder på 1500 ms i 5 min, 2000 ms i 5 min og 2500 ms i 5 min.

3. Rotasjonsenhet for pariserhjul

  1. Oppsett av ferris-hjuletrotasjonsenhet
    1. Plasser plexiglassbeholderen (22,5 cm x 26 cm x 20 cm) på en trebenk (spesiallaget enhet).
    2. Plasser gnagere i plexiglassbeholderen med kroppens lange akse vinkelrett på den horisontale rotasjonsstangen på pariserhjulet (skreddersydd enhet).
      MERK: Plasseringen med kroppen vinkelrett på horisontal stang sikrer stimulering av otolittorganer (fremre bakre og vertikal retning) under rotasjon.
    3. Lukk plexiglassboksen godt.
    4. Plasser det andre settet med gnagere i plexiglassbeholderen med kroppens lange akse vinkelrett på den horisontale rotasjonsstangen på den andre armen på ferrishjulrotasjonsenheten. Bruk et annet sett med gnagere med lignende masse for å balansere pariserhjulet.
    5. Lukk plexiglassboksen på en sikker måte og plasser på rotasjonsenheten for pariserhjulet.
  2. Prosedyre for rotasjon av pariserhjul
    1. Utfør ferris-hjulet rotasjon prosedyrer i fullstendig mørke for å minimere visuelle signaler.
    2. Start pariserhjulet svirater i retning med urviseren ved 16°/s2 for å nå en kantete hastighet på 120°/s, og begynn deretter å avta ved 48°/s2 for å nå 0°/s. Etter en pause på 1 s, må beholderen fortsette å rotere i retning mot klokken på samme måte som ovenfor (akselerasjon ved 16°/s2 for å nå en vinkelhastighet på 120 °/s og deretter avta ved 48°/s2 for å nå 0°/s). Syklusen med klokken-pause-mot klokken krever ca. 10 s for å nå sin opprinnelige posisjon.
    3. Fortsett rotasjonen med klokken mot klokken i 2 timer per økt for ca. 720 rotasjoner.

4. Evaluering av EVM og FWR

MERK: Evalueringen av ferris-hjulet rotasjon enhet og heis vertikal bevegelse er gjort av tre prosedyrer: balanse stråle testing, avføring teller, og åpen felt undersøkelse. Identiske prosedyrer brukes til å evaluere heis vertikal bevegelse. Disse evalueringsprosedyrene bør gjøres så snart som mulig etter ferris-hjulet rotasjon eller heis vertikal bevegelse.

  1. Balansebjelke
    1. Oppsett av balansebjelke
      1. Sett opp balansestrålen10,11,12 ved å plassere to trekrakker (ca. 0,75 m i høyden) i det eksperimentelle feltet, ca. 110 cm fra hverandre.
      2. Legg en svart plastboks (15 cm x 15 cm x 8 cm) på ferdigkrakken.
      3. Plasser en smal trebjelke (2,5 cm x 130 cm) mellom de to avføringene, og la en avstand på 100 cm mellom avføringskantene, fra startkrakken til ferdigkrakken.
        MERK: Inngangen til den svarte plastboksen skal være på målstreken på 100 cm.
      4. Plasser en lampe ved startkrakken. Slå på lampen.
      5. Slå av romlysene og sørg for at rommet er så mørkt som mulig. Dette sikrer at gnageren følger retningen på balansestrålen fra den opplyste regionen til den skjulte regionen.
    2. Prosedyrer for balansestråle
      MERK: Den motoriske koordineringsanalysen av balansestrålen vurderes ved å måle tiden det tar å krysse den forhøyede trebjelken.
      1. Tren hver gnager daglig i 3 påfølgende dager, før eksamensperioden, for å oppnå stabil ytelse på balansestrålen10. Tren ved å introdusere rotten til strålen i det opplyste hjørnet og be den om å krysse strålen. Til slutt vil rotten krysse av sin egen vilje. Rotter i den nåværende protokollen tok 3,6 ± 0,9 sekunder.
        MERK: Noen gnagere klarer ikke å oppnå stabil ytelse under trening og bør utelukkes. Noen gnagere utfører ikke oppgaven, mens andre mangler motivasjon til å krysse strålen. Stabil ytelse var to påfølgende prøveperioder med kryssingstider mindre enn 4 sekunder. Hvis en rotte faller av under trening eller vurdering, bør den kategoriseres som et rottefall og ikke vurderes videre.
      2. For selve prosedyren plasserer du den opplærte gnageren på startkrakken i nærheten av lyset og samtidig trykker på start på en stoppeklokke. Gnageren skal krysse balansestrålen raskt og gå inn i den svarte boksen på ferdigkrakken.
      3. Trykk start på stoppeklokken når gnageren er på plass, og trykk stopp når nesen kommer inn i den mørke boksen på ferdigavføringen. Tiden for å krysse strålen er fra startkrakk til ferdig krakk.
        MERK: Når gnageren er opplært, kan du utføre en intervensjon eller manipulasjon, for eksempel indusere reisesyke, før evaluering. Du kan også oppnå en måling ved baseline, før intervensjonen, ved hjelp av tiden for å krysse den siste treningsøkten.
  2. Avføring stell
    1. Plasser plexiglassbeholderen som inneholder de fire gnagere på en benk etter ferris-hjulettestperioden.
    2. Fjern gnagere og plasser i individuelle åpne feltbokser (nedenfor).
    3. Telle antall avføring pellets i plexiglass boksen tilskrives hver gnager.
      MERK: En baseline måling kan oppnås, for sammenligning med evalueringen etter heisbevegelse, ved å telle avføringpellets før du gjennomgår heis vertikal bevegelse.
  3. Åpen feltundersøkelse
    1. Plasser gnagere i åpen feltboks (40 cm x 40 cm x 45 cm).
    2. Ta opp åpen feltvirkemåte ved hjelp av et IR-videokamera i 3 min28,29,30.
    3. Bestem den totale avstanden som er reist.
      MERK: Det er svært viktig Å IKKE plassere gnageren i åpen feltboks før heisen vertikal bevegelse. Miljøet må være romanen til gnageren. Grunnlinjemålinger bør derfor IKKE tas for åpen feltundersøkelse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2 viser representative balansestråleresultater av tid tatt til tverrgående. Rotter ble trent i 3 påfølgende dager for å oppnå stabil ytelse på balansestrålen10. Den påfølgende dagen ble rotter evaluert for balansestråleytelse. I figurens y-akse har vi antall sekunder tatt for gnagere å krysse balansestrålen for pariserhjul, heis vertikal bevegelse og kontrollgrupper for demonstrative formål.

Figur 3 viser representative defecation count resultater. For heis vertikal bevegelse, rotter var i en av tre forskjellige rotasjonsgrupper på 0,8 Hz, 0,4 Hz, og 0,2 Hz vertikal bevegelse, i tillegg til en kontrollgruppe, kalt statisk gruppe. Ekvivalensen til våre bevegelsesperioder 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 økte defecation betydelig (enveis ANOVA, F(3,31) = 20.2306, p < 0.00001). Endringen i Hz vertikal bevegelse økte avføring en økning på 0,4 Hz (t = 3.4064, df = 14, p = 0,0043) og 0,8 Hz (t = 10.6895, df = 14, p < 0.0001). For ferris-hjulet rotasjon, rotter ble rotert i en urviser-pause-mot klokken syklus som varer ca 10 s for å nå sin opprinnelige posisjon. Hele rotasjonsøkten varte i 2 timer. Rotasjonsgruppen for pariserhjul ble sammenlignet med en kontrollgruppe, kalt den statiske gruppen. Rotasjonsgruppen for pariserhjul økte avføringen som bestemt av en t-test (t = 10.6895, df = 14, p < 0.0001).

Figur 4 viser den åpne feltundersøkelsen av totale distanser. Disse dataene ble samlet inn ved hjelp av kommersiell videosporingsprogramvare for analyse av åpen feltatferd (Table of Materials)28, men det finnes flere programvarerørledninger med åpen kildekode for atferdsvideoanalyse som Bonsai30 og en av gruppen vår har utviklet seg basert på Matlab29. Her ble også den totale avstanden som ble reist vurdert som en beregning, men ramme-for-ramme-forskjeller kan også brukes til å bestemme andre atferder som vertikal bevegelse. For heis vertikal bevegelse, rotter var i en av tre forskjellige rotasjonsgrupper på 0,8 Hz, 0,4 Hz, og 0,2 Hz vertikal bevegelse, i tillegg til en kontrollgruppe, kalt statisk gruppe. EVM reduserte den åpne feltavstanden betydelig (enveis ANOVA, F(3,31) = 16.5994, p < 0.00001). Endringen i Hz vertikal bevegelse redusert åpen felt bevegelse 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 ferris-hjulet rotasjon, rotter ble rotert i en urviser-pause-mot klokken syklus som varer ca 10 s for å nå sin opprinnelige posisjon. Hele rotasjonsøkten varte i 2 timer. Rotasjonsgruppen for pariserhjul ble sammenlignet med en kontrollgruppe, kalt den statiske gruppen. Rotasjonsgruppen for pariserhjul reduserte bevegelse sto di åpen felt som bestemt av en t-test (t = 4,3341, df = 14, p = 0,0007).

En rekke publiserte studier har ansatt protokollene som er beskrevet her6,7,8,9,10,11,12. Et ferskt eksempel fra gruppen vår studerte mekanismene bak antikolinogene mecamylamin og scopolamine som lindrer bevegelsessykeinduserte gastrointestinale symptomer12.

Figure 1
Figur 1: Instrumentering som brukes. (a) Balanse Bjelke. Balansestrålen er en smal trebjelke (2,5 cm x 130 cm) mellom de to krakkene plassert 100 cm fra hverandre. En lampe er plassert ved startkrakken og en svart plastboks (15 cm x 15 cm x 8 cm) på ferdigkrakken. (b) Heis vertikal bevegelseenhet. Amplituden for heisens vertikale bevegelsesenhet er satt til 22 cm opp og 22 cm ned fra nøytral. Oppvarmingsvertikal bevegelse består av 2500 ms periode i 5 min, 2000 ms for 5 min, og 1500 ms for 5 min. Testbevegelsen består av en periode på 1000 ms i 2 timer. Heisen vertikal bevegelse enheten er bremset i revers ved hjelp av en 1500 ms periode i 5 min, 2000 ms for 5 min, og 2500 ms for 5 min. Rotter er plassert hodet mot forsiden av heisen vertikal bevegelse enhet. (c) Rotasjonsenhet for pariserhjul. Pariserhjulet roterer i en retning med urviseren ved 16°/s2 som akselererer til 120°/s, og deretter avtar det ved 48°/s2 for å nå 0°/s, pause i 1 s, og deretter rotere i en motur (16°/s2 akselererer til 120°/s, og deretter avtar ved 48°/s2 for å nå 0°/s). Syklusen med klokken-pause-mot klokken krever ~ 10 s for å nå sin opprinnelige posisjon. Rotter er plassert hodet mot midten av pariser-hjulet rotasjon enhet. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: Balansestråleresultater. Tid for å tverrgå strålen (gjennomsnittlig ± standardavvik). Y-aksen indikerer sekunder som er tatt for å tverrgå strålen. Rotter ble trent i tre dager før evaluering for å oppnå stabil ytelse på balansestrålen10. Tidligere evaluering med heisen vertikal bevegelse eller pariserhjul enheter øker overfarten tid betydelig. Statistisk testing ble utført av to-tailed t-test med Bonferroni korreksjon mellom kontroll og alle andre grupper. indikerer p < 0,001. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: Resultater for avføringsantall. Heis vertikale bevegelsesresultater (a) Venstre panel - Avføring (gjennomsnittlig ± standardavvik) etter gruppe for 0,8 Hz, 0,4 Hz og 0,2 Hz vertikal bevegelse, i tillegg til en kontrollgruppe, kalt den statiske gruppen ved 0 Hz. Legg merke til den betydelige økningen i avføring for 0,8 Hz og 0,4 Hz som angitt av stjernene. Resultater for rotasjon av pariserhjul (b) Høyre panel – Avføring (gjennomsnittlig ± standardavvik) for ferris-hjuletrotasjonsrottegruppe (se beskrivelse for vinkelhastighetsparadigme) og en kontrollgruppe (0 Hz), kalt den statiske gruppen. Legg merke til den signifikante økningen i avføring for rotasjonsgruppen som indikert av stjernene. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: Total tilbakelagt distanse. (a) Heis vertikale bevegelsesresultater. Dette panelet består av total tilbakelagt avstand (gjennomsnittlig ± standardavvik) med cm i den åpne feltbevegelsestesten etter gruppe for 0,8 Hz, 0,4 Hz og 0,2 Hz vertikal bevegelse, i tillegg til en kontrollgruppe (statisk). Legg merke til den betydelige nedgangen i total distanse som er reist for 0,8 Hz og 0,4 Hz, som angitt av stjernene. Statistisk testing ble utført av to-tailed t-test med Bonferroni korreksjon mellom kontroll og alle andre grupper. ** indikerer p < 0,01 og *** indikerer p < 0,001. (b) Resultater for rotasjon av pariserhjul. Dette panelet består av total tilbakelagt avstand (gjennomsnittlig ± standardavvik) med cm i bevegelsestesten for bevegelseskontroll for ferrishjulrotasjonsrottegruppe og en kontrollgruppe (statisk). Legg merke til den signifikante nedgangen i total avstand som indikert av stjernene. Statistisk testing ble utført av to-tailed t-test mellom kontroll og pariserhjulgruppe. indikerer p < 0,001. Vennligst klikk her for å vise en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den nåværende studien beskriver å vurdere autonome svar på passiv bevegelse hos gnagere ved hjelp av heis vertikal bevegelse og pariserhjulrotasjon. Disse utstyret og prosedyrene kan enkelt vedtas til andre gnagere, og det finnes flere modifikasjoner av analysene for å bekrefte vestibulær funksjon under ulike omstendigheter, for eksempel under farmakologisk utfordring eller kirurgiske inngrep. Forskning i MS fremkalt av vestibulær stimulering har ført til teorien om at sensorisk konflikt eller nevronal mismatch forårsaket av å motta visuell informasjon som avviker fra den forventede interne modellen av miljøet2,3 fører til autonom reaksjon som fremkaller symptomer som epigastrisk ubehag, kvalme og / eller oppkast1. Ytterligere teorier har skissert at postural ustabilitet, som ville skje på et yawing skip4,5, fremkaller autonom reaksjon. Til tross for disse betydelige fremskrittene, gjenstår spørsmål som kan hjelpes av evalueringsprotokoller som heis vertikal bevegelse og pariserhjulrotasjon.

Et kritisk skritt for balansestråle er trening. Rotter må være motivert og ha tillit til å krysse strålen; Ellers måles ikke balanse (dvs. vestibulær integritet) i en evalueringsperiode. For forskere som er interessert i å undersøke angst14,17 eller traumatisk skade15,16,17, kan annen atferd under trening eller balansestrålekryssing være relevant. For eksempel, i angstforskning ved hjelp av balansestrålen, kan avføring, vannlating, fall og feiltrinn nummereres14. Også i noen forskningsområder, gnagere som mangler motivasjon til å krysse strålen kan evalueres annerledes13,14,15,16,17. Det er kritisk under heis vertikal bevegelse og pariserhjulrotasjon for å sikre at boksen er festet lukket og sikkert lukket, som gnagere i en usikret boks kan bli drevet og skadet. Sørg også for at gnagere evalueres i åpen feltboks28,29,30 bare én gang og umiddelbart etter heisens vertikale bevegelse og pariserhjul for å sikre rask evaluering av vestibulære effekter.

Ovennevnte protokoller bruker kvantitative tiltak. Derfor inkluderer begrensningene for balansestrålen gnagere som mangler motivasjon til å krysse strålen, da balanse er atferden som evalueres. Begrensninger for heisen vertikal bevegelse og pariserhjulrotasjon avføring assays inkluderer krever en godt matet gnager. Dette er nødvendig; Ellers kan gnageren ikke oppleve en robust autonom reaksjon på vestibulær stimulering. Det er god praksis å observere baseline avføring for en normal/ kontrollperiode på 2,5 h varighet for komparative formål.

Et annet viktig hensyn ved bruk av protokollene, og tolke resultater, er forskjeller i reisesykeresponser på tvers av arter. Hos mennesker, og også andre arter som katter og hunder, er retching og oppkast to vanlige symptomer31,32,33,34. Rotter, derimot, kan ikke kaste opp. Rotter viser imidlertid symptomer på reisesyke som pica35,36, avføringsrespons37og spontan bevegelsesreduksjon35,38. Også mennesker stole primært på visjon for sensorisk input og reisesyke er sannsynlig knyttet til sensorisk konflikt med vestibulær system2,39. Hos rotter, spesielt albinorotter (f.eks. Sprague-Dawley), er synet vanligvis ikke den primære forstanden, men heller somatosensorisk (whiskers). Dette kan føre til forskjeller mellom arter i de relative bidragene fra ulike sensoriske innganger til konflikten. Til slutt er det inter-gnagerarter forskjeller i reisesykeresponsen. For eksempel er shrew musen (Suncus murinus) i stand til å ha en emetisk respons40,41.

Samlet sett danner prosedyrene som er beskrevet et kort batteri av vurderinger for undersøkelse og evaluering av autonome reaksjoner hos gnagere under reisesyke6,7,8,9,10,11. De nåværende teknikkene kombinert med mer fysiologiske tiltak som elektrofysiologi for å bestemme de kortikale konsekvensene under vestibulær stimulering ville være av stor interesse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

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

Acknowledgments

Dette arbeidet ble delvis støttet av Hong Kong Research Grants Council, Early Career Scheme, Project #21201217 til C. L. FWR-enheten har et 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

Atferd Utgave 156 reisesyke balansestråle pariserhjulsroatasjon heisvertikal bevegelse gnagere åpen feltundersøkelse
Vurdere de autonome og atferdsmessige effektene av passiv bevegelse hos rotter ved hjelp av heis vertikal bevegelse og pariser-hjulet rotasjon
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