Summary
פגיעה מוחית טראומטית (TBI) קשורה בדרך כלל עם פגיעה בזיכרון. כאן, אנו מציגים פרוטוקול להערכת זיכרון עבודה מרחבי לאחר TBI באמצעות משימה מטרית. מבחן מטרי הוא כלי שימושי לחקר ליקויים בזיכרון העבודה המרחבי לאחר TBI.
Abstract
ליקויים בזיכרון חושי, לטווח קצר ולטווח ארוך הם תופעות לוואי נפוצות לאחר פגיעה מוחית טראומטית (TBI). בשל המגבלות האתיות של מחקרים בבני אדם, מודלים מן החי מספקים חלופות מתאימות לבדיקת שיטות הטיפול, ולחקר המנגנונים והסיבוכים הקשורים למצב. מודלים של מכרסמים ניסיוניים היו בשימוש הנפוץ ביותר מבחינה היסטורית בשל הנגישות שלהם, עלות נמוכה, רבייה וגישות מאומתות. מבחן מטרי, הבוחן את היכולת להיזכר במיקום של שני אובייקטים במרחקים וזוויות שונות זה מזה, הוא טכניקה לחקר ליקויים בזיכרון העבודה המרחבי (SWM) לאחר TBI. היתרונות המשמעותיים של משימות מטריות כוללים אפשרות של התבוננות דינמית, עלות נמוכה, רבייה, קלות יישום יחסית וסביבת לחץ נמוכה. כאן, אנו מציגים פרוטוקול בדיקה מטרי למדידת ליקוי של SWM בחולדות מבוגרות לאחר TBI. בדיקה זו מספקת דרך ריאלית להעריך פיזיולוגיה ופתופיזיולוגיה של תפקוד המוח בצורה יעילה יותר.
Introduction
השכיחות של ליקויים נוירולוגיים כגון קשב, תפקוד מבצעי, ליקויי זיכרון מסוימים לאחר פגיעה מוחית טראומטית מתונה (TBI) היא יותר מ 50 אחוז1,2,3,4,5,6,7,8. TBI יכול להוביל לליקויים חמורים בזיכרון עבודה מרחבי לטווח קצר, ארוך טווח ועבודה9. ליקויי זיכרון אלה נצפו במודלים מכרסמים של TBI. מודלים מכרסמים אפשרו פיתוח של טכניקות לבדיקת זיכרון, המאפשר בדיקות עמוקות יותר לתוך ההשפעה של TBI על עיבוד זיכרון במערכות זיכרון עצבי.
שתי בדיקות, הקשורות לעיבוד מידע מרחבי טופולוגי ומדדי בהתאמה, מסייעות במדידת זיכרון עבודה מרחבי (SWM). הבדיקה הטופולוגית תלויה בשינוי גודל המרחב הסביבתי או מרחבי חיבור או מארז קשורים סביב אובייקט, בעוד המבחן המדדי מעריך שינויים בזוויות או במרחק בין אובייקטים10,11. גודריץ'-הונסאקר ואח' התאימו תחילה את הבדיקה הטופולוגית האנושית לחולדות10 ויישמו את המשימה המטרית לניתוק התפקידים של קליפת המוח הקודקודית (PC) וההיפוקמפוס האל-קולי בעיבוד מידע מרחבי11. באופן דומה, גורקוף ועמיתיו העריכו משימות זיכרון מטרי, טופולוגי וטמפורלי לאחר פגיעה בהקשה לרוחב נוזל9. יש קשר בין נזק לאזורים מסוימים במוח לבין פגיעה בזיכרון מטרי או טופולוגי. הוצע כי ליקוי זיכרון מטרי קשור נגעים בgyrus gyrus gyrus דו צדדית ו cornu ammonis (CA) תת אזור CA3 של ההיפוקמפוס, וכי פגיעה בזיכרון הטופולוגי קשור נגעים קליפת המוח הקודקודית הדו צדדית10,12.
מטרת פרוטוקול זה היא להעריך גירעון זיכרון מרחבי באוכלוסיית חולדה באמצעות משימה מטרית. שיטה זו מהווה חלופה מתאימה לחקור מנגנונים של SWM לאחר פגיעה מוחית, ויתרונותיה כוללים את קלות היישום היחסית, רגישות גבוהה, עלות נמוכה של רבייה, אפשרות לתצפית דינמית וסביבת לחץ נמוכה. בהשוואה למשימות התנהגותיות אחרות כגון מבוך בארנס13,14, מוריס משימת ניווט במים15,16,17, או משימות מבוך מרחבי18,19, מבחן מטרי זה הוא פחות מסובך. בשל קלות היישום, המבחן המדדי דורש תקופת הכשרה קצרה ופחות מלחיצה ומתקיימת על פני יומייםבלבד 9: יום אחד להרגלה ויום אחד למשימה. יתר על כן, הבדיקה המוצעת שלנו קלה יותר לביצוע מאשר מבחני לחץ נמוכים אחרים, כגון משימת זיהוי האובייקטים החדשים (NOR), ואינה דורשת יום נוסף של הרגלה20.
מאמר זה מספק מודל פשוט להערכת SWM לאחר פגיעה מוחית. הערכה זו של לאחר TBI SWM עשויה לסייע בחקירה מקיפה יותר של הפתופיזיולוגיה שלה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
הניסויים בוצעו בעקבות המלצות הצהרות הלסינקי וטוקיו וההנחיות לשימוש בבעלי חיים ניסיוניים של הקהילה האירופית. הניסויים אושרו על ידי הוועדה לטיפול בבעלי חיים באוניברסיטת בן-גוריון בנגב. ציר זמן של פרוטוקול מאויר באיור 1.
1. הליכים כירורגיים וכלי הקשה נוזליים TBI
- בחר חולדות Sprague-Dawley מבוגר זכר ונקבה, שוכנות בטמפרטורת החדר של 22 ± 1 °C (50 °F), ולחות של 40%-60%, עם מחזורים בהירים-כהים של 12-12 שעות.
- ספקו אוכל כמו צ'או ומים עד ליביטום. בצע ניסויים בין שעות הבוקר, כלומר, 6: 00 בבוקר.m ו-12: 00.m.
- בצע הערכה נוירולוגית בסיסית הן עבור קבוצות הבקרה והן עבור קבוצות TBI לפני תחילת הניסוי (ראה סעיף 2 להלן).
- מרדים את החולדות עם בשאיפה 4% איזופלוראן עבור אינדוקציה ו 1.5% לתחזוקה של הרדמה. ודא כי חולדה משותקת על ידי בדיקת רפלקס דוושה או תנועה בתגובה לגירא.
הערה: השתמש במערכת ניהול איזופלוריין רציפה להרדמה. בצע את כל ההליכים בתנאים אספטיים. - בצע פגיעה בכלי הקשה נוזל parasagittal כפי שתואר בעבר21,22.
- להזריק תת עורית 0.2 מ"ל של 0.5% bupivacaine לאורך אתר החתך הפוטנציאלי, לפני החתך. רנספר החולדה לחדר ההתאוששות ולהמשיך לעקוב אחר הנוירולוג (למשל, שיתוק), נשימה (למשל, דום נשימה) ומצב לב וכלי דם (למשל, ירידה זלוף רקמות רכות, שינויים בצבע של אישונים, ברדיקרדיה) עבור 24 שעות. לפני הופעתה מהרדמה, לנהל 0.01 - 0.05 מ"ג/ק"ג buprenorphine תוך שרירי כמו מנטל לאחר הניתוח. מינונים חוזרים כל 6 - 12 שעות לפחות 48 שעות.
2. הערכת ציון חומרה נוירולוגית (NSS)
הערה: הערכת הגירעון הנוירולוגי בוצעה ודורגה באמצעות NSS, כפי שתואר בעבר23,24. הציון המרבי של שינוי בתפקוד המוטורי ובהתנהגות הוא 24 נקודות. ציון 0 מצביע על מצב נוירולוגי שלם ו -24 מצביע על תפקוד נוירולוגי חמור, כפי שתואר בעבר24.
- בדוק את חוסר היכולת של החולדה להשאיר עיגול (בקוטר 50 ס"מ) כאשר הוא ממוקם במרכזו. בצע משימה זו שלוש פעמים, כאשר כל הפעלה נמשכת 30 דקות, 60 דקות ויותר מ -60 דקות כל אחת.
הערה: אם להרים חולדות בזנב, להחזיק את בסיס הזנב. - בחן את החולדה לאובדן רפלקס ימין.
- מניחים את החיה על גבו בכף ידו של החוקר. תן ציון של 1 אם החיה מסוגלת לתקן את עצמה25 (עומד על כל ארבע כפות).
- בדוק את החולדה עבור hemiplegia, חוסר היכולת של החולדה להתנגד מיצוב כפוי.
- הרם את החולדה בזנבו כדי לבדוק את הכיפוף הרפלקסיבי של האחורי.
- שים את החולדה על הרצפה כדי לבחון את יכולתו ללכת ישר.
- בצע בדיקות עבור שלוש התנהגויות רפלקסיביות: רפלקס פינה, רפלקס הקרנית, ואת רפלקס הבהלה.
- עבור רפלקס pinna, לבצע גירוי מישוש אור כדי לבדוק את נסיגה האוזן כפי שתואר בעבר25.
- כדי לבדוק את רפלקס הקרנית, לפקח על תגובת מצמוץ בעת החלת מקל רך בקלילות על העין ולמדוד בסולם של 0 (ללא תגובה) למצמוץ עיניים משולש (3), כפי שתואר בעבר25.
- עבור רפלקס הבהלה, גרור עט על פני החלק העליון של כלוב התיל ורשום תגובה עם קנה מידה מ 0 (ללא תגובה) ל 3 (1 ס"מ קפיצה או יותר), כפי שתואר בעבר25.
- דרג את החולדה בהתבסס על אובדן התנהגות ושקדוח (לא להזיז את השפם שלהם, לרחרח או לרוץ לאחר שהועבר לסביבה חדשה)24.
- מבחן רפלקסים גפיים עבור המיקום על החלק השמאלי והיומי, ולאחר מכן השמאלי והיומי אחורי.
- נתח את הפונקציונליות באמצעות משימת איזון הקרן עם קרן ברוחב 1.5 ס"מ. בצע את הבדיקה עבור הפעלות שנמשכו 20 שניות, 40 שניות ויותר מ- 60 שניות.
- תריץ את מבחן ההליכה של הקורה עם שלוש קורות שונות: רוחב 8.5 ס"מ, רוחב 5 ס"מ ורוחב 2.5 ס"מ.
3. הכנה למשימה המטרית
- ציוד
- מניחים משטח עגול שחור בקוטר 200 ס"מ ובעובי 1 ס"מ על שולחן. גובה השולחן צריך להיות 80 ס"מ מעל הרצפה.
- צור שני עצמים שונים במרכז הפלטפורמה המעגלית במרחק של 68 ס"מ זה מזה.
הערה: בניסוי זה, שני בקבוקי זכוכית שימשו לחפצים, בקבוק עגול אחד בגובה של 13.5 ס"מ ובקבוק פנים נוסף בגובה של 20 ס"מ. מלא בקבוקים במים כדי להבטיח יציבות. - הכן מצלמה והתקן את תוכנת המחשב הנדרשת ללכידה, שמירה ועיבוד של נתונים. התקן את המצלמה בגובה של 290 ס"מ מהרצפה.
הערה: המרחק בין הפלטפורמה למצלמה תלוי במפרט המצלמה. מסגרת המצלמה צריכה לכסות את כל שטח הזירה שבה מתבצעת הבדיקה. המרחק לניסוי שלנו בין הפלטפורמה למצלמה היה 210 ס"מ.
- הרגלה
- ביום שלפני המשימה, להרגיל את החולדה לסביבה החדשה במשך 10 דקות על ידי הצבה על הזירה ללא הקלטת וידאו.
הערה: אל תבצע את המשימות הנוירולוגיות ואת המשימה המטרית באותו יום.
הערה: בצע בדיקות מטריות באזור אור אדום.
- ביום שלפני המשימה, להרגיל את החולדה לסביבה החדשה במשך 10 דקות על ידי הצבה על הזירה ללא הקלטת וידאו.
4. ביצוע המשימה המטרית
הערה: ביצוע המשימה המטרית מורכב משתי תקופות: 1) תקופת מבחן (15 דקות) ו- 2) (5 דקות).
- תקופת ההרגלה
- קבע שני אובייקטים שונים במרכז הפלטפורמה המעגלית במרחק של 68 ס"מ זה מזה.
- הנח את החולדה בקצה הפלטפורמה שווה מהאובייקטים למשך תקופה של 15 דקות, והקלט את הווידאו.
- הסר את החולדה מן הפלטפורמה ומניחים בכלוב בודד במשך 5 דקות.
- נקה את הפלטפורמה עם 5%-10% אלכוהול.
הערה: עד 70% אלכוהול עשוי לשמש לניקוי הפלטפורמה באזורים מאווררים היטב.
- תקופת בדיקה
- צמצם את המרחק בין עצמים ל-34 ס"מ.
- הנח את החולדה על הרציף למשך 5 דקות ותיעד את פעילות המחקר של החולדה בוידאו.
- נקה את הפלטפורמה עם 5%-10% אלכוהול.
5. ניתוח נתונים
הערה: ניתוח נתונים מבוצע על ידי תוכנת מעקב וידאו שתוכננה במיוחד למחקרי התנהגות בעלי חיים המתעדים באופן אוטומטי פעילות ותנועה של בעלי חיים (ראה טבלת חומרים). תוכנה זו הופכת מגוון משתנים התנהגותיים לאוטומטיים, כולל ניידות, פעילות והתנהגות חקרנית.
- לפני ניתוח קבצי הווידאו, הכנס את מפתח חומרת התוכנה. הפעל את תוכנת מעקב הווידאו ופתח תבניתמוגדרת מראש .
- במקטע התקנה, אמת הגדרות באופן הבא: ארנה, בקרת ניסיון וזיהוי הגדרות (ראה איור 2a) .
הערה: עבור ניסוי זה, פרמטרים עבור אזור המחקר מוגדרים כ 6 ס"מ סביב מושא העניין. הזמן שהחולדה נכנסה לאזור הזה נמדדה. - לאחר אימות ההגדרות, שכפל ושנה את שמן.
- על המסך הכללי של התוכנית, Grab רקע על ידי לחיצה ימנית על העכבר.
- בחר קובץ וידאו עבור תמונת הרקע. בתפריט עיון, בחר את המיקום של קובץ הווידאו.
- לכוד את התמונה וסמן את האזורים והאזורים הנחקרים, תוך כיול התמונה לניתוח. בצע את אותם שלבים עבור הגדרות בקרת ניסיון וזיהוי.
- בתפריט הכללי, בחר רשימת ניסיון והורד את רשימת קבצי הווידאו לניתוח.
- הוסף את סרטוני הווידאו וציין את המיקום עם ההגדרות הנדרשות.
- בחר רכישה וניסיון התחלה (ראה איור 2b,c). ייצוא כל הנתונים כקבצי Excel (ראה איור 2d).
הערה: בצע את כל החישובים עבור תקופות ההרגלה והבדיקה. הערכת פעילות מטרית מוכנה עם תבנית מתקדמת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
משמעות ההשוואות בין הקבוצות נקבעה באמצעות מבחן מאן-ויטני. המשמעות הסטטיסטית של התוצאות נשקלה ב- P < 0.05, בעוד רלוונטיות גבוהה סטטיסטית נמדדה ב- P < 0.01.
התוצאות לא הראו הבדלים ב- NSS בין כל הקבוצות לפני ההתערבות ו -28 ימים לאחר TBI. כל קבוצה כללה 12 חולדות או 12 גברים. ציוני NSS שהתקבלו 48 שעות לאחר TBI מוצגים בטבלה 1. חולדות מקבוצת TBI שהראו גירעון נוירולוגי משמעותי ביום ה-28 לאחר הפציעה הוחרגו מהניסוי. הנתונים נמדדים כספירות ומוצגים כטווח חציוני ±.
קבוצת הביקורת המופעלת בשאפתן לא הראתה גירעון נוירולוגי כלשהו בשעה 48 שעות לאחר היום הראשון של המחקר (NSS-0). הגירעון הנוירולוגי ב 48 שעות לאחר TBI היה גדול משמעותית עבור חולדות TBI זכר מאשר עבור חולדות זיוף זכר (5.5(4-7) לעומת. 0(0-0), U = 0, p < 0.01, r = -0.89), ולעכברושות TBI מאשר לחולדות המופעלות באמצעות זיוף (4.5(3.25-6) לעומת 0(0-0), U = 0, p < 0.01, r = -0.91), על פי מבחן מאן-ויטני(טבלה 1).
בדיקה של מאן-ויטני הצביעה על כך שזמן חיפוש האובייקטים במהלך המשימה המטרית היה קצר משמעותית עבור חולדות TBI זכרות לעומת חולדות המופעלות בזיוף זכר (130% ± 44.3% לעומת 1978% ± 59.2%), U = 0, p < 0.01, r = -0.85 (ראה איור 3a,ב). הנתונים נמדדים כשנות המבוטאות ב- % נקודת הבסיס ומוצגים כממוצע ± SEM. תוכנית בסיסית נמדדת כזמן החיפוש במהלך 5 הדקות הראשונות של תקופת ההרגלה. שלוש נקודות הזמן הנותרות (5-10 דקות, 10-15 דקות ו-20-25 דקות) חושבו כאחוז מקו הבסיס.
מבדיקת מאן-ויטני עולה כי זמן חיפוש האובייקטים במהלך המשימה המטרית היה קצר משמעותית עבור חולדות TBI הנשיות לעומת חולדות המופעלות בשאפתן (89% ± 43.5% לעומת 2160% ± 43.6%), U = 0, p < 0.01, r = -0.85 (ראה איור 4a, ב). הנתונים נמדדים כשנות המבוטאות ב- % נקודת הבסיס ומוצגים כממוצע ± SEM. תוכנית בסיסית נמדדת כזמן המחקר במהלך תקופת ההרגלה.
לא נמצא הבדל משמעותי בין קבוצות זכריות ונקביות.
איור 1: שרטוט פרוטוקול עם צירי זמן. איור זה מציג ציר זמן של פרוטוקול. קבוצות של חולדות בזמנים שונים כללו קבוצת ביקורת המופעלת במזוף וקבוצת TBI והוערכה על ידי ציון NSS ב -1 שעות, 48 שעות ו -28 ימים לאחר הפציעה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 2: ניתוח נתונים מייצג. לכידות מסך של תוכנת מעקב הווידאו עבור (A) הגדרות בקרת ניסיון (B) רשימת ניסיון ו (C) רכישה, ונתונים לדוגמה שיוצאו ל- Excel (D). לקבלת פרטים, עיין בטקסט ובווידאו. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 3: משימה מטרית לחולדות זכריות. זמן חקר האובייקטים במהלך המשימה המטרית היה קצר משמעותית עבור חולדות TBI הזכריות לעומת החולדות הגבריות המופעלות בזיוף (ראו איור 3a, b, הממחיש את הנתונים בסולםים שונים של ציר y). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
איור 4: משימה מטרית לחולדות. זמן חקר האובייקטים במהלך המשימה המטרית היה קצר משמעותית עבור חולדות TBI נשיות לעומת חולדות המופעלות על ידי נשים (ראו איור 4a,b, הממחיש את הנתונים בסקאלות שונות של ציר y). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
| ערכי NSS של קבוצות המחקר ב 48 שעות לאחר TBI | חציון (טווח) | |||||
| קבוצת בעלי חיים | N | בסיסית | 48h | 1w | 2w | 4w |
| חולדות נקבה/זכר המופעלות בשאפת שמים | 12 | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) |
| חולדות זכר TBI | 12 | 0(0-0) | 5.5(4-7)* | 2(1-6)* | 1.5(0-2)* | 0(0-2) |
| חולדות נקבה TBI | 12 | 0(0-0) | 4.5(3.25-6)* | 1.5(0.25-2.8)* | 1(0-2)* | 0(0-0.8) |
טבלה 1: קביעת הביצועים הנוירולוגיים. הגירעון הנוירולוגי ב 48 שעות לאחר TBI היה גדול באופן משמעותי עבור חולדות TBI זכר מאשר עבור חולדות זיוף זכרים ועכברושי TBI הנשיים מאשר עבור חולדות המופעלות בשאפת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
על ידי מיקוד ספציפי של תהליך המידע המרחבי המדדי, בדיקה מטרית זו מספקת כלי הכרחי להבנת מחסור בזיכרון לאחר TBI. הפרוטוקול המוצג במאמר זה הוא שינוי של משימות התנהגותיות שתוארו בעבר11. משימה מטרית אחת שתוארה בעבר השתמשה בשתי פרדיגמות שונות, שכל אחת מהן כללה שלושה מפגשי הרגלה ומפגש בדיקה אחד. הפרדיגמה הראשונה כללה קירוב בין האובייקטים המוכרים לאחר ההרגלה והפרדיגמה השנייה הרחיקה את האובייקטים11.
בהשוואה למבוך בארנס, המבוצע על פני חמישה13 או14 ימים, המשימה המטרית המוצגת כאן מתבצעת תוך יומיים, היום הראשון להרגלה והיום השני למשימה9. המשימה בפרוטוקול זה היא פחות מלחיצה מאשר משימות התנהגותיות דומות כגון מבוך המים מוריס, בשל הלחץ שנגרם על ידי שחייה במבוך ואת משך הזמן הארוך יותר של המשימה15,16,17. מבחני מבוך לזיכרון מרחבי דורשים תקופת למידה משמעותית; אפילו מבוך T פשוט דורש לפחות 5 ימים של אימון18. עבור מבוכים רדיאליים מורכבים יותר, מומלץ 15-20 יום של בדיקות יומיות19.
פרוטוקול זה מכיל מספר שלבים קריטיים. מרכיב מכריע אחד הוא הצורך לטפל בזירה עם פתרון אלכוהול, כמו גם את האובייקטים על זה. כמו כן, יש צורך כי פני השטח של הזירה יבש ונקי, שכן ריח של אלכוהול וריחות שנותרו מבעלי חיים קודמים יכול לשנות את ההתנהגות של החיה תחת מחקר. בנוסף, אוורור הולם כל הזמן של חדר ההתנהגות הוא חיוני. מאז רעש הוא אחד מגורמי הלחץ שיכולים לשנות את ההתנהגות של בעלי חיים, אנו ממליצים בידוד רעש נכון. בנוסף, גובה הרציף של 80 ס"מ והמרחק היחסי של האסדה מחפצים אחרים יש צורך על מנת שהחולדה לא תקפוץ או תטפס על אובייקט אחר. יתר על כן, שמירה על הגדרות עקביות בעיבוד קבצי וידאו מוקלטים במהלך ההגדרה תסייע להימנע מפרשנות שגויה של הנתונים.
הגירעון הנוירולוגי המתפתח כתוצאה מ- TBI חייב להילקח בחשבון בהערכת הזיכרון. ליקויים נוירולוגיים לאחר פגיעת ראש הם גורם תורם המהווה חלק ממחלה זו. הערכת ליקויים נוירולוגיים חשובה מאוד במודל המכרסמים של פגיעה מוחית והיא תוצאה רגישה מאוד בשימוש לעתים קרובות26. עם זאת, ליקויים נוירולוגיים חמורים יכולים להשפיע על בדיקות התנהגותיות, במיוחד על בדיקות המודדות הערכת זיכרון27. המשימה דומה מוריס מבוך מים גם מעריך ליקוי זיכרון28. ציון נמוך במבחן מוריס ב- TBI או בחולדות ליטפו מתואם מאוד עם ליקויים נוירולוגיים, ולמעשה, אינו משקף זיכרון או פגיעה קוגניטיבית, אלא ביצועים נוירולוגיים ויכולת לעמוד בלחץ.
כדי למזער את ההשפעה של ליקויים נוירולוגיים הקשורים TBI על ציוני זיכרון, השתמשנו בגישות הבאות: 1) השתמשנו במודלים של TBI של חומרה קלה עד בינונית, אשר באופן ספונטני לשחזר ביצועים נוירולוגיים לאחר חודש אחד. 2) חולדות שהראו גירעון נוירולוגי 28 ימים לאחר TBI הוחרגו מניסויים התנהגותיים, בהתבסס על התצפיות שלנו כי כל החולדות עם פציעה קלה להתאושש. בקבוצות של 10-20 חולדות מושפעות TBI חמור, חולדה אחת בממוצע יש גירעון נוירולוגי משמעותי אשר עשוי להשפיע על הניידות. 3) כדי להעריך זיכרון לאחר טראומה, לא השתמשנו בבדיקות הקשורות לתנועה, שתוצאותיה עשויות להיות מושפעות ממחסור נוירולוגי (כמו במבוך המים מוריס). בעוד מבחן בארנס ובדיקות הקשורות שימושיים להערכת זיכרון בדגמים של TBI ושבץ, המבחן המדדי מתאים יותר להערכת SWM. לכן, המבחן המדדי הוא מבחן הבחירה להערכת SWM של חולדות לאחר TBI.
מגבלה של פרוטוקול זה היא שימוש במבחן מטרי בלבד ולא במבחן טופולוגי. אנו חוזים מחקרים עתידיים המשלבים גם בדיקות טופולוגיות כדי למדוד היבטים אחרים של SWM. באופן מפתיע, על פי התוצאות שלנו, לא נמצא הבדל מובהק סטטיסטית בין חולדות זכר ונקבה. מספר רב של מחקרים מראים הבדלי מין לאחר TBI29, רבים מבוססים על ההבדל בריכוזים של הורמוני הרבייה. אסטרוגן ופרוגסטרון לשחק תפקיד neuroprotection לאחר TBI, אשר מוצגים כדי להפחית את הלחץ תוך גולגולתי ולשפר את ציון התפקוד הנוירולוגי בהתאמה30. על פי מחקר מטא-אנליזה, גברים סובלים לעתים קרובות יותר מ- TBI, אך לנשים יש כרזות גרועות יותר31. ליקויים קוגניטיביים, הסיבוך הנפוץ ביותר לאחר TBI, מגמה כלפי הבדלים מגדריים, עם נשים מראה שיפור גדול יותר על משימות מיקום מרחבי וגברים ביצועים טובים יותר על משימות מילוליות32,33,34. התוצאות שלנו, לעומת זאת, מצביעות על האפשרות לאי ודאות לגבי הבדלי זיכרון מרחביים הקשורים למגדר.
בין סוגים שונים של מודלים TBI, המודל של כלי הקשה נוזלים המושרה TBI מתועד היטב ומתואר, ניתן לשחזור בקלות, ויש לו שונות נמוכה יותר מאשר דגמים אחרים35,36. עם זאת, חשוב לציין כי המבחן המדדי יש תועלת רחבה וניתן להשתמש בו ביעילות עם דגמי TBI אחרים. הבדיקה המטרית המתוארת בפרוטוקול זה מאפשרת גם מחקר נוסף על ליקוי בזיכרון במודלים דומים של נזק נוירולוגי, כגון מודלים של פגיעה מוחית אקסונית מפוזרת24,37 ושבץ38. פרוטוקול זה עשוי גם להיות שימושי לחקר היעילות של שיטות טיפול שונות בשיקום SWM לאחר TBI.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
למחברים אין מה לחשוף.
Acknowledgments
אנו מודים לפרופסור אולנה סברינובסקיה; M.Sc מרינה קושריאבה; M.Sc טקסים קריבונוסוב; דרינה יעקובמנקו M.Sc; יבגניה גונצ'ריק M.Sc; ואולהה שפובל, דוקטורנטית במחלקה לפיזיולוגיה, הפקולטה לביולוגיה, אקולוגיה ורפואה, אוניברסיטת אולס הונצ'ר דניפרו, דניפרו, אוקראינה על תרומתם התומכת והשימושית. הנתונים הושגו כחלק מ עבודת הדוקטורט של דמיטרי פרנק.
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).
