Summary
Traumatisch hersenletsel (TBI) wordt vaak geassocieerd met geheugenstoornissen. Hier presenteren we een protocol om het ruimtelijk werkgeheugen na TBI te beoordelen via een metrische taak. Een metrische test is een nuttig hulpmiddel om ruimtelijke werkgeheugenstoornissen na TBI te bestuderen.
Abstract
Stoornissen in het sensorische, kortetermijn- en langetermijngeheugen zijn veel voorkomende bijwerkingen na traumatisch hersenletsel (TBI). Vanwege de ethische beperkingen van menselijke studies bieden diermodellen geschikte alternatieven voor testbehandelingsmethoden en om de mechanismen en gerelateerde complicaties van de aandoening te bestuderen. Experimentele knaagdiermodellen zijn historisch gezien het meest gebruikt vanwege hun toegankelijkheid, lage kosten, reproduceerbaarheid en gevalideerde benaderingen. Een metrische test, die het vermogen test om de plaatsing van twee objecten op verschillende afstanden en hoeken van elkaar te herinneren, is een techniek om stoornissen in het ruimtelijk werkgeheugen (SWM) na TBI te bestuderen. De belangrijke voordelen van metrische taken zijn de mogelijkheid van dynamische observatie, lage kosten, reproduceerbaarheid, relatief implementatiegemak en een omgeving met weinig stress. Hier presenteren we een metriek testprotocol om de aantasting van SWM bij volwassen ratten na TBI te meten. Deze test biedt een haalbare manier om de fysiologie en pathofysiologie van de hersenfunctie effectiever te evalueren.
Introduction
De prevalentie van neurologische tekorten zoals aandacht, uitvoerende functie en bepaalde geheugentekorten na matig traumatisch hersenletsel (TBI) is meer dan 50 procent1,2,3,4,5,6,7,8. TBI kan leiden tot ernstige stoornissen in het ruimtelijke korte-, langetermijn- en werkgeheugen9. Deze geheugenstoornissen zijn waargenomen in knaagdiermodellen van TBI. Knaagdiermodellen hebben de ontwikkeling van technieken mogelijk gemaakt om het geheugen te testen, waardoor dieper onderzoek mogelijk is naar het effect van TBI op geheugenverwerking in neurale geheugensystemen.
Twee tests, respectievelijk gerelateerd aan topologische en metrische ruimtelijke informatieverwerking, helpen bij het meten van ruimtelijk werkgeheugen (SWM). De topologische test is afhankelijk van het veranderen van de grootte van de omgevingsruimte of gerelateerde verbindingsruimten of omheining rond een object, terwijl de metrische test veranderingen in hoeken of afstand tussen objectenbeoordeelt 10,11. Goodrich-Hunsaker et al. pasten eerst de menselijke topologische test voor ratten10 aan en pasten de metrische taak toe om de rollen van de pariëtale cortex (PC) en dorsale hippocampus in ruimtelijke informatieverwerking te dissociëren11. Evenzo evalueerden Gurkoff en collega's metrische, topologische en temporele ordeningsgeheugentaken na laterale vloeistofpercussieletsel9. Er is een verband tussen schade aan bepaalde delen van de hersenen en aantasting van het metrische of topologische geheugen. Er is gesuggereerd dat metrische geheugenstoornissen gerelateerd zijn aan laesies in bilaterale dorsale dentaat gyrus en cornu ammonis (CA) subregio CA3 van de hippocampus, en dat topologische geheugenstoornissen gerelateerd zijn aan bilaterale pariëtale cortexlaesies10,12.
Het doel van dit protocol is om het ruimtelijk geheugentekort in een rattenpopulatie te beoordelen via een metrische taak. Deze methode is een geschikt alternatief om mechanismen van SWM na hersenletsel te onderzoeken, en de voordelen zijn onder meer het relatieve gemak van implementatie, hoge gevoeligheid, lage kosten van reproduceerbaarheid, de mogelijkheid van dynamische observatie en een omgeving met weinig stress. In vergelijking met andere gedragstaken zoals het Barnes-doolhof13,14,Morris-waternavigatietaak15,16,17of ruimtelijke doolhoftaken18,19,is deze metrische test minder ingewikkeld. Vanwege het gemak van implementatie vereist de metrische test een kortere en minder stressvolle trainingsperiode en vindt plaats over slechts 2 dagen9:1 dag voor gewenning en 1 dag voor de taak. Bovendien is onze voorgestelde test gemakkelijker uit te voeren dan andere lage stresstests, zoals de taak voor nieuwe objectherkenning (NOR), en vereist deze niet de extra dag van gewenning20.
Dit artikel biedt een eenvoudig model voor het evalueren van SWM na hersenletsel. Deze beoordeling van post-TBI SWM kan helpen bij een uitgebreider onderzoek van de pathofysiologie.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
De experimenten werden uitgevoerd volgens de aanbevelingen van de verklaringen van Helsinki en Tokio en de richtsnoeren voor het gebruik van proefdieren van de Europese Gemeenschap. De experimenten werden goedgekeurd door het Animal Care Committee van de Ben-Gurion Universiteit van de Negev. Een protocoltijdlijn wordt geïllustreerd in figuur 1.
1. Chirurgische ingrepen en vloeibare percussie TBI
- Selecteer mannelijke en vrouwelijke volwassen Sprague-Dawley-ratten, gehuisvest bij een kamertemperatuur van 22 ± 1 ° C en vochtigheid van 40% -60%, met 12-12 uur licht-donkercycli.
- Zorg voor voedsel als chow en water ad libitum. Voer experimenten uit tussen de ochtenduren, d.w.z. 6:00 uur .m en 12:00 uur.m.
- Voer een neurologische baselinebeoordeling uit voor zowel de controlegroep als de TBI-groep voorafgaand aan de start van het experiment (zie rubriek 2 hieronder).
- Verdoof de ratten met geïnhaleerd 4% isofluraan voor inductie en 1,5% voor onderhoud van anesthesie. Zorg ervoor dat de rat wordt geïmmobiliseerd door pedaalreflex of beweging te testen als reactie op een irriterende stof.
OPMERKING: Gebruik een continu isofluraan toedieningssysteem voor anesthesie. Voer alle procedures uit in aseptische omstandigheden. - Voer parasagittale vloeistof-percussieletsel uit zoals eerder beschreven21,22.
- Injecteer subcutaan 0,2 ml 0,5% bupivacaïne langs de prospectieve incisieplaats, voorafgaand aan de incisie. de rat naar de verkoeverkamer te brengen en de neurologische (bijv. verlamming), ademhalingstoestand (bijv. Ademstilstand) en cardiovasculaire toestand (bijv. Afname van wekedelenperfusie, kleurveranderingen van pupillen en bradycardie) gedurende 24 uur te blijven volgen. Vóór het verschijnen van anesthesie, dien 0,01 - 0,05 mg / kg intramusculaire buprenorfine toe als postoperatieve analgesie. Herhaal de doses elke 6 - 12 uur gedurende ten minste 48 uur.
2. Evaluatie van neurologische ernstscore (NSS)
OPMERKING: Beoordeling van neurologisch tekort werd uitgevoerd en beoordeeld met behulp van een NSS, zoals eerder beschreven23,24. De maximale score van verandering in motorische functie en gedrag is 24 punten. Een score van 0 duidt op een intacte neurologische status en 24 duidt op ernstige neurologische disfunctie, zoals eerder beschreven24.
- Test het onvermogen van de rat om een cirkel (50 cm in diameter) te verlaten wanneer deze in het midden wordt geplaatst. Voer deze taak drie keer uit, waarbij elke sessie 30 minuten, 60 minuten en meer dan 60 minuten duurt.
OPMERKING: Als u ratten bij de staart oppakt, houdt u de basis van de staart vast. - Test de rat op een verlies van rechtreflex.
- Plaats het dier op zijn rug in de palm van de hand van de onderzoeker. Geef een score van 1 als het dier in staat is om zichzelf recht tezetten 25 (staand op alle vier de poten).
- Test de rat op hemiplegie, het onvermogen van de rat om geforceerde positionering te weerstaan.
- Til de rat bij zijn staart op om de reflexieve buiging van de achterpoot te testen.
- Leg de rat op de grond om zijn vermogen om rechtdoor te lopen te testen.
- Voer testen uit voor drie reflexieve gedragingen: de pinna-reflex, de hoornvliesreflex en de schrikreflex.
- Voer voor de pinna-reflex lichte tactiele stimulatie uit om de oorterugtrekking te testen zoals eerder beschreven25.
- Om de hoornvliesreflex te testen, controleert u de knipperrespons bij het licht aanbrengen van een zachte stok op het oog en meet u op een schaal van 0 (geen respons) tot drievoudig knipperen met de ogen (3), zoals eerder beschreven25.
- Sleep voor de schrikreflex een pen over de bovenkant van de draadkooi en registreer de respons met een schaal van 0 (geen respons) tot 3 (1 cm sprong of meer), zoals eerder beschreven25.
- Beoordeel de rat op basis van verlies van zoekgedrag en prostratie (niet bewegen van hun snorharen, snuiven of rennen nadat ze naar een nieuwe omgeving zijn overgebracht)24.
- Test ledemaatreflexen voor de plaatsing op de linker- en rechtervoorpoten en vervolgens de linker- en rechterachterpoten.
- Analyseer functionaliteit via de bundelbalanceringstaak met een balk die 1,5 cm breed is. Voer de test uit voor sessies van 20 seconden, 40 seconden en meer dan 60 seconden.
- Voer de beam walking test uit met drie verschillende balken: 8,5 cm breed, 5 cm breed en 2,5 cm breed.
3. Voorbereiding op de metrische taak
- Uitrusting
- Plaats een zwart rond platform met een diameter van 200 cm en een dikte van 1 cm op een tafel. De hoogte van de tafel moet 80 cm boven de vloer zijn.
- Plaats twee verschillende objecten in het midden van een cirkelvormig platform op 68 cm afstand van elkaar.
OPMERKING: In dit experiment werden twee glazen flessen gebruikt voor objecten, een ronde fles met een hoogte van 13,5 cm en een andere gefaceteerde fles met een hoogte van 20 cm. Vul flessen met water om stabiliteit te garanderen. - Bereid een camera voor en installeer de vereiste computersoftware voor het vastleggen, opslaan en verwerken van gegevens. Installeer de camera op een hoogte van 290 cm van de vloer.
OPMERKING: De afstand tussen het platform en de camera is afhankelijk van de cameraspecificaties. Het cameraframe moet het hele gebied van de arena bestrijken waarin de test wordt uitgevoerd. De afstand voor ons experiment tussen het platform en de camera was 210 cm.
- Gewenning
- Op de dag voor de taak, wen de rat 10 minuten aan de nieuwe omgeving door op de arena te plaatsen zonder video-opname.
OPMERKING: Voer de neurologische taken en de metrische taak niet op dezelfde dag uit.
OPMERKING: Voer metrische tests uit in een gebied met rood licht.
- Op de dag voor de taak, wen de rat 10 minuten aan de nieuwe omgeving door op de arena te plaatsen zonder video-opname.
4. De metrische taak uitvoeren
OPMERKING: Het uitvoeren van de metrische taak bestaat uit twee perioden: 1) gewenning (15 min) en 2) test (5 min) periode.
- Gewenningsperiode
- Plaats twee verschillende objecten in het midden van het cirkelvormige platform op 68 cm afstand van elkaar.
- Plaats de rat gedurende een periode van 15 minuten op het uiteinde van het platform op gelijke afstand van de objecten en neem de video op.
- Verwijder de rat van het platform en plaats deze gedurende 5 minuten in een individuele kooi.
- Reinig het platform met 5% -10% alcohol.
OPMERKING: Tot 70% alcohol kan worden gebruikt om het platform te reinigen in goed geventileerde ruimtes.
- Testperiode
- Verklein de afstand tussen objecten tot 34 cm.
- Plaats de rat gedurende 5 minuten op het platform en noteer de verkenningsactiviteit van de rat op video.
- Reinig het platform met 5% -10% alcohol.
5. Data-analyse
OPMERKING: Gegevensanalyse wordt uitgevoerd door videotrackingsoftware die speciaal is ontworpen voor diergedragsstudies die automatisch de activiteit en beweging van dieren registreert (zie Tabel met materialen). Deze software automatiseert een reeks gedragsvariabelen, waaronder mobiliteit, activiteit en exploratief gedrag.
- Voordat u de videobestanden analyseert, plaatst u de softwarehardwaresleutel. Start de software voor het bijhouden van video's en open vooraf ingestelde sjabloon.
- Controleer in het gedeelte Instellen de instellingen als volgt: Arena, Proefbeheeren Instellingen detecteren (zie Afbeelding 2a).
OPMERKING: Voor dit experiment worden parameters voor het verkenningsgebied gedefinieerd als 6 cm rond het object van belang. De tijd dat de rat dit gebied binnenkwam, werd gemeten. - Nadat u de instellingen hebt gecontroleerd, dupliceert u ze en hernoemt u ze.
- Op het algemene scherm van het programma, Grab Background door met de rechtermuisknop op de muis te klikken.
- Selecteer een videobestand voor de achtergrondafbeelding. Selecteer in het menu Bladeren de locatie van het videobestand.
- Leg de afbeelding vast en markeer de onderzochte gebieden en zones, waarbij u de afbeelding kalibreert voor analyse. Voer dezelfde stappen uit voor Proefbeheer en Detectie-instellingen.
- Selecteer in het algemene menu Proeflijst en download de lijst met videobestanden voor analyse.
- Voeg de video's toe en geef de locatie aan met de vereiste instellingen.
- Selecteer acquisitie en start proef (zie figuur 2b,c). Exporteer alle gegevens als Excel-bestanden (zie Figuur 2d).
OPMERKING: Voer alle berekeningen uit voor de gewennings- en testperioden. Metrische taakbeoordeling wordt voorbereid met een geavanceerde sjabloon.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De significantie van vergelijkingen tussen groepen werd bepaald met behulp van de Mann-Whitney-test. Statistische significantie van de resultaten werd beschouwd bij P < 0,05, terwijl statistisch hoge relevantie werd gemeten bij P < 0,01.
De resultaten toonden geen verschillen in NSS tussen alle groepen vóór interventie en 28 dagen na TBI. Elke groep bestond uit 12 vrouwelijke of 12 mannelijke ratten. De NSS-scores verkregen 48 h na TBI worden weergegeven in tabel 1. Ratten uit de TBI-groep die op dag 28 na verwonding een significant neurologisch tekort vertoonden, werden uitgesloten van het experiment. De gegevens worden gemeten als tellingen en gepresenteerd als mediaan ± bereik.
De schijnbediende controlegroep vertoonde geen neurologisch tekort na 48 uur na de eerste dag van het onderzoek (NSS-0). Neurologisch tekort na 48 uur na TBI was significant groter voor de mannelijke TBI-ratten dan voor de mannelijke schijnratten (5,5(4-7) vs. 0(0-0), U = 0, p < 0,01, r = -0,89), en voor de vrouwelijke TBI-ratten dan voor de vrouwelijke schijnratten (4,5(3,25-6) vs. 0(0-0), U = 0, p < 0,01, r = -0,91), volgens de Mann-Whitney-test (tabel 1).
Een Mann-Whitney-test gaf aan dat de objectverkenningstijd tijdens de metrische taak aanzienlijk korter was voor de mannelijke TBI-ratten versus mannelijke schijnratten (130% ± 44,3% vs. 1978% ± 59,2%), U = 0, p < 0,01, r = -0,85 (zie figuur 3a, b). De gegevens worden gemeten als seconden uitgedrukt in % van het basislijnpunt en gepresenteerd als gemiddelde ± SEM. Baseline wordt gemeten als de tijd van exploratie gedurende de eerste 5 minuten van de gewenningsperiode. De overige drie tijdspunten (5-10 min, 10-15 min en 20-25 min) werden berekend als een percentage van de baseline.
Een Mann-Whitney-test gaf aan dat de objectverkenningstijd tijdens de metrische taak aanzienlijk korter was voor de vrouwelijke TBI-ratten versus vrouwelijke schijnratten (89% ± 43,5% versus 2160% ± 43,6%), U = 0, p < 0,01, r = -0,85 (zie figuur 4a, b). De gegevens worden gemeten als seconden uitgedrukt in % van het basispunt en gepresenteerd als gemiddelde ± SEM. Baseline wordt gemeten als het tijdstip van exploratie tijdens de gewenningsperiode.
Er werd geen significant verschil gevonden tussen mannelijke en vrouwelijke groepen.
Figuur 1: Protocolschema met tijdlijnen. In deze afbeelding ziet u de protocoltijdlijn. Groepen ratten op verschillende tijdstippen omvatten een schijnbediende controlegroep en TBI-groep en werden beoordeeld op NSS-score op -1 h, 48 h en 28 dagen na letsel. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Representatieve data-analyse. Schermafbeeldingen van de videotrackingsoftware voor (A) Instellingen voor proefbeheer (B) Proeflijst en (C) Acquisitie, en voorbeeldgegevens geëxporteerd naar Excel (D). Zie tekst en video voor details. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Metrische taak voor mannelijke ratten. De objectverkenningstijd tijdens de metrische taak was aanzienlijk korter voor de mannelijke TBI-ratten versus de mannelijke schijnratten (zie figuur 3a(b), die de gegevens op verschillende y-asschalen illustreert). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Metrische taak voor vrouwelijke ratten. De objectverkenningstijd tijdens de metrische taak was aanzienlijk korter voor vrouwelijke TBI-ratten versus vrouwelijke schijnratten (zie figuur 4a,b, die de gegevens op verschillende y-asschalen illustreert). Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| NSS-waarden van de studiegroepen op 48 h na TBI | Mediaan (bereik) | |||||
| Dierengroep | N | Basislijn | 48u | 1w | 2w | 4w |
| Sham-geopereerde vrouwelijke /mannelijke ratten | 12 | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) |
| TBI mannelijke ratten | 12 | 0(0-0) | 5.5(4-7)* | 2(1-6)* | 1.5(0-2)* | 0(0-2) |
| TBI vrouwelijke ratten | 12 | 0(0-0) | 4.5(3.25-6)* | 1.5(0.25-2.8)* | 1(0-2)* | 0(0-0.8) |
Tabel 1: Bepaling van neurologische prestaties. Neurologisch tekort na 48 uur na TBI was significant groter voor de mannelijke TBI-ratten dan voor de mannelijke schijn-geopereerde ratten en vrouwelijke TBI-ratten dan voor de vrouwelijke sham-geopereerde ratten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Door zich specifiek te richten op het metrische ruimtelijke informatieproces, biedt deze metrische test een noodzakelijk hulpmiddel om geheugentekort na TBI te begrijpen. Het protocol dat in dit artikel wordt gepresenteerd, is een wijziging van eerder beschreven gedragstaken11. Een eerder beschreven metrische taak gebruikte twee verschillende paradigma's, elk bestaande uit drie gewenningssessies en één testsessie. Het eerste paradigma bestond uit het dichter bij elkaar brengen van de bekende objecten na gewenning en het tweede paradigma verplaatste de objecten verder weg11.
In vergelijking met het Barnes-doolhof, dat gedurende vijf13 of veertien14 dagen wordt uitgevoerd, wordt de hier gepresenteerde metrische taak binnen 2 dagen uitgevoerd, de eerste dag voor gewenning en de tweede dag voor de taak9. De taak in dit protocol is minder stressvol dan vergelijkbare gedragstaken zoals het Morris-waterdoolhof, vanwege de stress veroorzaakt door zwemmen in het doolhof en de langere duur van de taak15,16,17. Doolhoftests voor ruimtelijk geheugen vereisen een aanzienlijke leerperiode; zelfs een eenvoudig T-doolhof vereist minstens 5 dagen training18. Voor complexere radiale doolhoven wordt 15-20 dagen dagelijkse tests aanbevolen19.
Dit protocol bevat verschillende kritieke stappen. Een cruciaal onderdeel is de noodzaak om de arena te behandelen met een alcoholoplossing en de objecten erop. Het is ook noodzakelijk dat het oppervlak van de arena droog en schoon is, omdat de geur van alcohol en geuren die overblijven van eerdere dieren het gedrag van het bestudeerde dier kunnen veranderen. Bovendien is constant voldoende ventilatie van de gedragsruimte van vitaal belang. Omdat lawaai een van de stressfactoren is die het gedrag van dieren kan veranderen, raden we een goede geluidsisolatie aan. Bovendien is de platformhoogte van 80 cm en de relatieve afstand van het platform tot andere objecten noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de rat niet op een ander object springt of klimt. Verder helpt het handhaven van consistente instellingen bij het verwerken van opgenomen videobestanden tijdens het instellen onjuiste interpretatie van de gegevens te voorkomen.
Het neurologische tekort dat ontstaat als gevolg van TBI moet worden overwogen bij de beoordeling van het geheugen. Neurologische tekorten na hoofdtrauma zijn een bijdragende factor die deel uitmaakt van deze ziekte. Beoordeling van neurologische tekorten is erg belangrijk in het knaagdiermodel van hersenletsel en is een zeer gevoelige en vaak gebruikte uitkomst26. Ernstige neurologische tekorten kunnen echter een effect hebben op gedragstests, vooral op tests die geheugenbeoordeling meten27. De vergelijkbare Morris waterdoolhoftaak beoordeelt ook geheugenstoornissen28. Een lage score op de Morris-test bij TBI of geaaide ratten is sterk gecorreleerd met neurologische tekorten en weerspiegelt in feite niet geheugen of cognitieve stoornissen, maar eerder neurologische prestaties en het vermogen om stress te weerstaan.
Om het effect van TBI-gerelateerde neurologische tekorten op geheugenscores te minimaliseren, gebruikten we de volgende benaderingen: 1) we gebruikten modellen van TBI van milde tot matige ernst, die spontaan neurologische prestaties herstellen na 1 maand. 2) Ratten die 28 dagen na TBI neurologische afwijking vertoonden, werden uitgesloten van gedragsexperimenten, op basis van onze observaties dat alle ratten met licht letsel herstellen. In groepen van 10-20 ratten met ernstige TBI heeft gemiddeld één rat een significant neurologisch tekort dat de mobiliteit kan beïnvloeden. 3) Om het geheugen na trauma te beoordelen, hebben we geen tests met betrekking tot beweging gebruikt, waarvan de resultaten kunnen worden beïnvloed door neurologische deficiëntie (zoals in het Morris-waterdoolhof). Hoewel de Barnes-test en gerelateerde tests nuttig zijn om het geheugen in modellen van TBI en beroerte te beoordelen, is de metrische test beter geschikt om SWM te beoordelen. De metrische test is dus de test bij uitstek voor het beoordelen van de SWM van ratten na TBI.
Een beperking van dit protocol is het gebruik van een metrische test alleen in plaats van een topologische test. We voorzien toekomstige studies die ook topologische tests bevatten om andere aspecten van SWM te meten. Verrassend genoeg werd er volgens onze resultaten geen statistisch significant verschil gevonden tussen mannelijke en vrouwelijke ratten. Een groot aantal studies toont geslachtsverschillen na TBI29, veel gebaseerd op het verschil in concentraties van reproductieve hormonen. Oestrogeen en progesteron spelen een neuroprotectierol na TBI, waarvan is aangetoond dat ze de intracraniale druk verlagen en de neurologische functiescore respectievelijkverbeteren 30. Volgens een meta-analysestudie hebben mannen vaker last van TBI, maar vrouwen hebben slechtere prognoses31. Cognitieve stoornissen, de meest voorkomende complicatie na TBI, trend in de richting van geslachtsverschillen, waarbij vrouwen een grotere verbetering vertonen bij ruimtelijke positioneringstaken en mannen beter presteren op verbale taken32,33,34. Onze resultaten wijzen echter op de mogelijkheid van onzekerheid over gendergerelateerde ruimtelijke geheugenverschillen.
Onder de verschillende soorten TBI-modellen is het model van vloeistofpercussie-geïnduceerde TBI goed gedocumenteerd en beschreven, is het gemakkelijk reproduceerbaar en heeft het een lagere variabiliteit dan andere modellen35,36. Het is echter belangrijk op te merken dat de metrische test een breed nut heeft en effectief kan worden gebruikt met andere TBI-modellen. De metrische test die in dit protocol wordt beschreven, maakt ook verder onderzoek mogelijk naar geheugenstoornissen in vergelijkbare modellen van neurologische schade, zoals modellen van diffuus axonaal hersenletsel24,37 en beroerte38. Dit protocol kan ook nuttig zijn voor het bestuderen van de werkzaamheid van verschillende behandelingsmodaliteiten bij het herstellen van SWM na TBI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Wij danken professor Olena Severynovska; Maryna Kuscheriava M.Sc; Maksym Kryvonosov M.Sc; Daryna Yakumenko M.Sc; Evgenia Goncharyk M.Sc; en Olha Shapoval, promovendus bij de afdeling Fysiologie, Faculteit Biologie, Ecologie en Geneeskunde, Oles Honchar Dnipro University, Dnipro, Oekraïne voor hun ondersteunende en nuttige bijdragen. De gegevens zijn verkregen als onderdeel van het proefschrift van Dmitry Frank.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2% chlorhexidine in 70% alcohol solution | SIGMA - ALDRICH | 500 cc | For general antisepsis of the skin in the operatory field |
| Bupivacaine 0.1 % | |||
| 4 boards of different thicknesses (1.5cm, 2.5cm, 5cm and 8.5cm) | This is to evaluate neurological defect | ||
| 4-0 Nylon suture | 4-00 | ||
| Bottles | Techniplast | ACBT0262SU | 150 ml bottles filled with 100 ml of water and 100 ml 1%(w/v) sucrose solution |
| Bottlses (four) for topological an metric tasks | For objects used two little bottles, first round (height 13.5 cm) and second faceted (height 20 cm) shape and two big faceted bottles, first 9x6 cm (height 21 cm) and second 7x7 cm (height 21 cm). | ||
| Diamond Hole Saw Drill 3mm diameter | Glass Hole Saw Kit | Optional. | |
| Digital Weighing Scale | SIGMA - ALDRICH | Rs 4,000 | |
| Dissecting scissors | SIGMA - ALDRICH | Z265969 | |
| Ethanol 99.9 % | Pharmacy | 5%-10% solution used to clean equipment and remove odors | |
| EthoVision XT (Video software) | Noldus, Wageningen, Netherlands | Optional | |
| Fluid-percussion device | custom-made at the university workshop | No specific brand is recommended. | |
| Gauze Sponges | Fisher | 22-362-178 | |
| Gloves (thin laboratory gloves) | Optional. | ||
| Heater with thermometer | Heatingpad-1 | Model: HEATINGPAD-1/2 | No specific brand is recommended. |
| Horizon-XL | Mennen Medical Ltd | ||
| Isofluran, USP 100% | Piramamal Critical Care, Inc | NDC 66794-017 | Anesthetic liquid for inhalation |
| Office 365 ProPlus | Microsoft | - | Microsoft Office Excel |
| Olympus BX 40 microscope | Olympus | ||
| Operating forceps | SIGMA - ALDRICH | ||
| Operating Scissors | SIGMA - ALDRICH | ||
| PC Computer for USV recording and data analyses | Intel | Intel® core i5-6500 CPU @ 3.2GHz, 16 GB RAM, 64-bit operating system | |
| Plexiglass boxes linked by a narrow passage | Two transparent 30 cm × 20 cm × 20 cm plexiglass boxes linked by a narrow 15 cm × 15 cm × 60 cm passage | ||
| Purina Chow | Purina | 5001 | Rodent laboratory chow given to rats, mice and hamster is a life-cycle nutrition that has been used in biomedical researc for over 5 |
| Rat cages (rat home cage or another enclosure) | Techniplast | 2000P | No specific brand is recommended |
| Scalpel blades 11 | SIGMA - ALDRICH | S2771 | |
| SPSS | SPSS Inc., Chicago, IL, USA | 20 package | |
| Stereotaxic Instrument | custom-made at the university workshop | No specific brand is recommended | |
| Timing device | Interval Timer:Timing for recording USV's | Optional. Any timer will do, although it is convenient to use an interval timer if you are tickling multiple rats | |
| Topological and metric tasks device | Self made in Ben Gurion University of Negev | White circular platform 200 cm in diameter and 1 cm thick on table | |
| Video camera | Logitech | C920 HD PRO WEBCAM | Digital video camera for high definition recording of rat behavior under plus maze test |
| Windows 10 | Microsoft |
References
- Binder, L. M. Persisting symptoms after mild head injury: A review of the postconcussive syndrome. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 8 (4), 323-346 (1986).
- Binder, L. M. A review of mild head trauma. Part II: Clinical implications. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 19 (3), 432-457 (1997).
- Binder, L. M., Rohling, M. L., Larrabee, G. J. A review of mild head trauma. Part I: Meta-analytic review of neuropsychological studies. Journal of Clinical and Experimental Neuropsychology. 19 (3), 421-431 (1997).
- Leininger, B. E., Gramling, S. E., Farrell, A. D., Kreutzer, J. S., Peck, E. A. Neuropsychological deficits in symptomatic minor head injury patients after concussion and mild concussion. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry. 53 (4), 293-296 (1990).
- Levin, H. S., et al. Neurobehavioral outcome following minor head injury: a three-center study. Journal of Neurosurgery. 66 (2), 234-243 (1987).
- McMillan, T. M.
- Millis, S. R., et al. Long-term neuropsychological outcome after traumatic brain injury. The Journal of Head Trauma Rehabilitation. 16 (4), 343-355 (2001).
- Stuss, D., et al. Reaction time after head injury: fatigue, divided and focused attention, and consistency of performance. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry. 52 (6), 742-748 (1989).
- Gurkoff, G. G., et al. Evaluation of metric, topological, and temporal ordering memory tasks after lateral fluid percussion injury. Journal of Neurotrauma. 30 (4), 292-300 (2013).
- Goodrich-Hunsaker, N. J., Howard, B. P., Hunsaker, M. R., Kesner, R. P. Human topological task adapted for rats: Spatial information processes of the parietal cortex. Neurobiology of Learning and Memory. 90 (2), 389-394 (2008).
- Goodrich-Hunsaker, N. J., Hunsaker, M. R., Kesner, R. P. Dissociating the role of the parietal cortex and dorsal hippocampus for spatial information processing. Behavioral Neuroscience. 119 (5), 1307 (2005).
- Goodrich-Hunsaker, N. J., Hunsaker, M. R., Kesner, R. P. The interactions and dissociations of the dorsal hippocampus subregions: how the dentate gyrus, CA3, and CA1 process spatial information. Behavioral Neuroscience. 122 (1), 16 (2008).
- Rosenfeld, C. S., Ferguson, S. A. Barnes maze testing strategies with small and large rodent models. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (84), e51194 (2014).
- O'leary, T. P., Brown, R. E. The effects of apparatus design and test procedure on learning and memory performance of C57BL/6J mice on the Barnes maze. Journal of Neuroscience Methods. 203 (2), 315-324 (2012).
- Bromley-Brits, K., Deng, Y., Song, W. Morris water maze test for learning and memory deficits in Alzheimer's disease model mice. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (53), e2920 (2011).
- Smith, C., Rose, G. M. Evidence for a paradoxical sleep window for place learning in the Morris water maze. Physiology & Behavior. 59 (1), 93-97 (1996).
- Roof, R. L., Zhang, Q., Glasier, M. M., Stein, D. G. Gender-specific impairment on Morris water maze task after entorhinal cortex lesion. Behavioural Brain Research. 57 (1), 47-51 (1993).
- Deacon, R. M., Rawlins, J. N. P.
- Penley, S. C., Gaudet, C. M., Threlkeld, S. W. Use of an eight-arm radial water maze to assess working and reference memory following neonatal brain injury. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (82), e50940 (2013).
- Davis, A. R., Shear, D. A., Chen, Z., Lu, X. -C. M., Tortella, F. C. A comparison of two cognitive test paradigms in a penetrating brain injury model. Journal of Neuroscience Methods. 189 (1), 84-87 (2010).
- Jones, N. C., et al. Experimental traumatic brain injury induces a pervasive hyperanxious phenotype in rats. Journal of Neurotrauma. 25 (11), 1367-1374 (2008).
- Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552 (2010).
- Ohayon, S., et al. Cell-free DNA as a marker for prediction of brain damage in traumatic brain injury in rats. Journal of Neurotrauma. 29 (2), 261-267 (2012).
- Frank, D., et al. Induction of Diffuse Axonal Brain Injury in Rats Based on Rotational Acceleration. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (159), e61198 (2020).
- Hunter, A., et al. Functional assessments in mice and rats after focal stroke. Neuropharmacology. 39 (5), 806-816 (2000).
- Yarnell, A. M., et al. The revised neurobehavioral severity scale (NSS-R) for rodents. Current Protocols in Neuroscience. 75, 1-16 (2016).
- Fujimoto, S. T., Longhi, L., Saatman, K. E., McIntosh, T. K. Motor and cognitive function evaluation following experimental traumatic brain injury. Neuroscience & Biobehavioral Reviews. 28 (4), 365-378 (2004).
- Hausser, N., et al. Detecting behavioral deficits in rats after traumatic brain injury. Journal of Visualized Experiments:JoVE. (131), e56044 (2018).
- Ma, C., et al. Sex differences in traumatic brain injury: a multi-dimensional exploration in genes, hormones, cells, individuals, and society. Chinese Neurosurgical Journal. 5 (1), 1-9 (2019).
- Shahrokhi, N., Khaksari, M., Soltani, Z., Mahmoodi, M., Nakhaee, N. Effect of sex steroid hormones on brain edema, intracranial pressure, and neurologic outcomes after traumatic brain injury. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 88 (4), 414-421 (2010).
- Farace, E., Alves, W. M. Do women fare worse: a metaanalysis of gender differences in traumatic brain injury outcome. Journal of Neurosurgery. 93 (4), 539-545 (2000).
- Basso, M. R., Harrington, K., Matson, M., Lowery, N. FORUM sex differences on the WMS-III: findings concerning verbal paired associates and faces. The Clinical Neuropsychologist. 14 (2), 231-235 (2000).
- Janowsky, J. S., Chavez, B., Zamboni, B. D., Orwoll, E. The cognitive neuropsychology of sex hormones in men and women. Developmental Neuropsychology. 14 (2-3), 421-440 (1998).
- Halari, R., et al. Sex differences and individual differences in cognitive performance and their relationship to endogenous gonadal hormones and gonadotropins. Behavioral Neuroscience. 119 (1), 104 (2005).
- Rowe, R. K., Griffiths, D., Lifshitz, J. Pre-Clinical and Clinical Methods in Brain Trauma Research. , Springer. 97-110 (2018).
- Kabadi, S. V., Hilton, G. D., Stoica, B. A., Zapple, D. N., Faden, A. I. Fluid-percussion-induced traumatic brain injury model in rats. Nature Protocols. 5 (9), 1552-1563 (2010).
- Losurdo, M., Davidsson, J., Sköld, M. K. Diffuse axonal injury in the rat brain: axonal injury and oligodendrocyte activity following rotational injury. Brain Sciences. 10 (4), 229 (2020).
- Kuts, R., et al. A novel method for assessing cerebral edema, infarcted zone and blood-brain barrier breakdown in a single post-stroke rodent brain. Frontiers in Neuroscience. 13, 1105 (2019).
