Summary
Travmatik beyin hasarı (TBI) genellikle hafıza bozukluğu ile ilişkilidir. Burada, TBI'dan sonra mekansal çalışma belleğini bir metrik görev aracılığıyla değerlendirmek için bir protokol sunuyoruz. Metrik test, TBI'dan sonra mekansal çalışma belleği bozukluğunu incelemek için yararlı bir araçtır.
Abstract
Duyusal, kısa süreli ve uzun süreli hafıza bozuklukları travmatik beyin hasarından (TBI) sonra yaygın yan etkilerdir. İnsan çalışmalarının etik sınırlamaları nedeniyle, hayvan modelleri test tedavi yöntemlerine ve durumun mekanizmalarını ve ilgili komplikasyonlarını incelemek için uygun alternatifler sağlar. Deneysel kemirgen modelleri, erişilebilirlik, düşük maliyet, tekrarlanabilirlik ve doğrulanmış yaklaşımları nedeniyle tarihsel olarak en yaygın kullanılan model olmuştur. İki nesnenin bir birinden çeşitli mesafe ve açılarda yerleştirilmesini hatırlama yeteneğini test eden bir metrik test, TBI'dan sonra mekansal çalışma belleğindeki (SWM) bozukluğu incelemek için kullanılan bir tekniktir. Ölçüm görevlerinin önemli avantajları arasında dinamik gözlem imkanı, düşük maliyet, tekrarlanabilirlik, göreceli uygulama kolaylığı ve düşük stres ortamı sayılabilir. Burada, TBI'dan sonra yetişkin sıçanlarda SWM bozukluğunu ölçmek için bir metrik test protokolü sunuyoruz. Bu test, beyin fonksiyonlarının fizyolojisini ve patofizyolojisini daha etkili bir şekilde değerlendirmek için uygulanabilir bir yol sağlar.
Introduction
Orta travmatik beyin hasarı (TBI) sonrası dikkat, yönetici fonksiyonu ve bazı hafıza açıkları gibi nörolojik açıkların yaygınlığı yüzde 50'den fazladır1, 2,3,4,5,6,7,8. TBI, mekansal kısa süreli, uzun süreli ve çalışma belleğinde ciddi bozukluklara yol açabilir9. Bu hafıza bozuklukları TBI kemirgen modellerinde gözlenmiştir. Kemirgen modelleri, belleği test etmek için tekniklerin geliştirilmesini sağlayarak, TBI'ın sinirsel bellek sistemlerinde bellek işleme üzerindeki etkisine daha derin incelemeler yapılmasına izin verir.
Sırasıyla topolojik ve metrik mekansal bilgi işleme ile ilgili iki test, uzamsal çalışma belleğinin (SWM) ölçülmesine yardımcı oluyor. Topolojik test, bir nesnenin etrafındaki çevresel alanın veya ilgili bağlantı veya muhafaza alanlarının boyutunu değiştirmeye bağlıdır, metrik test ise nesneler arasındaki açılardaki veya uzaklıktaki değişiklikleri değerlendirir10,11. Goodrich-Hunsaker ve ark. ilk olarak sıçanlar için insan topolojik testiniuyarladı 10 ve mekansal bilgi işlemede parietal korteks (PC) ve dorsal hipokampus rollerini ayrıştırmak için metrik görevi uyguladı11. Benzer şekilde, Gurkoff ve meslektaşları lateral sıvı perküsyon yaralanmasından sonra metrik, topolojik ve zamansal sıralama bellek görevlerini değerlendirdi9. Beynin belirli bölgelerindeki hasar ile metrik veya topolojik hafıza bozukluğu arasında bir korelasyon vardır. Metrik hafıza bozukluğunun hipokampüsün bilateral dorsal dentat girus ve cornu ammonis (CA) alt bölgesi CA3'teki lezyonlarla ilişkili olduğu, topolojik hafıza bozukluğunun bilateral parietal korteks lezyonları10,12ile ilişkili olduğu ileri sürlenmiştir.
Bu protokolün amacı, bir sıçan popülasyonundaki mekansal bellek açığını metrik bir görevle değerlendirmektir. Bu yöntem, beyin hasarından sonra SWM mekanizmalarını araştırmak için uygun bir alternatiftir ve avantajları arasında göreceli uygulama kolaylığı, yüksek hassasiyet, düşük tekrarlanabilirlik maliyeti, dinamik gözlem olasılığı ve düşük stres ortamı bulunur. Barnes labirenti13 , 14, Morris su navigasyon görevi15,16,17veya uzamsal labirent görevleri18,19gibi diğer davranışsal görevlerlekarşılaştırıldığında,bu ölçüm testi daha az karmaşıktır. Uygulama kolaylığı nedeniyle, metrik test daha kısa ve daha az stresli bir eğitim süresi gerektirir ve sadece 2 günboyunca gerçekleşir 9: alışkanlık için 1 gün ve görev için 1 gün. Ayrıca, önerdiğimiz testin gerçekleştirilmesi, yeni nesne tanıma (NOR) görevi gibi diğer düşük stres testlerinden daha kolaydır ve fazladan alışkanlık günü gerektirmez20.
Bu makale, beyin hasarından sonra SWM'yi değerlendirmek için basit bir model sunmaktadır. TBI sonrası SWM'nin bu değerlendirmesi patofizyolojisinin daha kapsamlı bir şekilde araştırılmasına yardımcı olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Deneyler, Helsinki ve Tokyo Bildirgeleri ve Avrupa Topluluğu Deney Hayvanlarının Kullanımına İlişkin Kılavuzların tavsiyeleri sonrasında gerçekleştirildi. Deneyler, Negev Ben-Gurion Üniversitesi Hayvan Bakım Komitesi tarafından onaylandı. Şekil 1'de bir protokol zaman çizelgesi gösterilmiştir.
1. Cerrahi prosedürler ve sıvı perküsyon TBI
- 22 ± 1 °C oda sıcaklığında ve 12-12 saat açık-karanlık döngülerle% 40-60 nemde bulunan erkek ve dişi yetişkin Sprague-Dawley sıçanlarını seçin.
- Yemek ve su ad libitumolarak yiyecek sağlayın. Sabah saatleri arasında, yani .m 6:00 ile 12:00 .m arasında deneyler yapın.
- Deney başlamadan önce hem kontrol hem de TBI grupları için temel nörolojik değerlendirme yapın (aşağıdaki bölüm 2'ye bakın).
- İndüksiyon için% 4 izofluran ve anestezi bakımı için% 1.5 solunan sıçanları uyuşturun. Tahriş edici bir tepki olarak pedal refleksi veya hareketini test ederek sıçanın hareketsiz hale getirilmesini sağlayın.
NOT: Anestezi için sürekli izofluran uygulama sistemi kullanın. Tüm yordamları aseptik koşullarda gerçekleştirin. - Daha önce açıklandığı gibi paraziteral sıvı-perküsyon yaralanması gerçekleştirin21,22.
- Deri altı, kesiden önce prospektif kesi bölgesi boyunca% 0.5 bupivakainin 0.2 mL enjekte eder. sıçanı iyileşme odasına koşturmak ve nörolojik (örneğin felç), solunum (örneğin solunum durması) ve kardiyovasküler durumu (örneğin, yumuşak doku perfüzyonunda azalmalar, gözbebeklerinin renginde değişiklikler ve bradikardi) izlemeye devam edin. Anesteziden önce ameliyat sonrası analjezi olarak 0.01 - 0.05 mg/kg intramüsküler buprenorfin uygulanır. En az 48 saat boyunca her 6 - 12 saat dozları tekrarlayın.
2. Nörolojik Şiddet Skorunun Değerlendirilmesi (NSS)
NOT: Nörolojik eksikliğin değerlendirilmesi, daha önce açıklandığı gibi bir NSS kullanılarak yapıldı ve derecelendirildi23,24. Motor fonksiyon ve davranıştaki maksimum değişiklik puanı 24 puandır. 0 puanı bozulmamış bir nörolojik durumu gösterir ve 24, daha önce açıklandığı gibi şiddetli nörolojik disfonksiyonu gösterir24.
- Sıçanın merkezine yerleştirildiğinde bir daire (50 cm çapında) bırakamamasını test edin. Her oturum 30 dakika, 60 dk ve her biri 60 dakikadan fazla sürecek şekilde bu görevi üç kez gerçekleştirin.
NOT: Sıçanları kuyruk tarafından topluyorsanız, kuyruğun tabanını tutun. - Sıçanı sağ refleks kaybı için test edin.
- Hayvanı sırta araştırmacının avucunun içine yerleştirin. Hayvan kendini25 (dört pençenin üzerinde durarak) düzeltebiliyorsa 1 puan verin.
- Sıçanı hemipleji, sıçanın zorla konumlandırmaya karşı koyamaması için test edin.
- Arkadakinin refleks bükümünü test etmek için sıçanı kuyruğundan kaldırın.
- Sıçanı düz yürüme yeteneğini test etmek için yere koyun.
- Üç refleks davranışı için test gerçekleştirin: pinna refleksi, kornea refleksi ve ürkütme refleksi.
- Pinna refleksi için, daha önce açıklandığı gibi kulak geri çekilmesini test etmek için hafif dokunsal stimülasyon gerçekleştirin25.
- Kornea refleksini test etmek için, göze hafifçe yumuşak bir çubuk uygularken yanıp sönme tepkisini izleyin ve daha önce açıklandığı gibi üçlü göz kırpmasına (3) 0 (yanıt yok) ölçeğinde ölçümuygulayın.
- Ürkütme refleksi için, bir kalemi tel kafesin üst kısmına sürükleyin ve daha önce açıklandığı gibi 0 'dan (yanıt yok) 3'e (1 cm atlama veya daha fazla) bir ölçekle yanıt kaydedin25.
- Sıçanı arama davranışı ve secde kaybına göre derecelendirin (bıyıklarını hareket ettirmemek, koklamak veya yeni bir ortama transfer edildikten sonra koşmak)24.
- Sol ve sağ ön ayaklara ve ardından sol ve sağ arka planlara yerleştirme için uzuv reflekslerini test edin.
- 1,5 cm genişliğinde bir ışın ile ışın dengeleme görevi ile işlevselliği analiz edin. 20 saniye, 40 saniye ve 60 saniyeden fazla süren oturumlar için testi gerçekleştirin.
- Kiriş yürüyüş testini üç farklı kirişle çalıştırın: 8,5 cm genişliğinde, 5 cm genişliğinde ve 2,5 cm genişliğinde.
3. Ölçüm görevine hazırlanma
- Ekipman
- Bir tablanın üzerine 200 cm çapında ve 1 cm kalınlığında siyah dairesel bir platform yerleştirin. Masanın yüksekliği zeminden 80 cm yukarıda olmalıdır.
- Birbirinden 68 cm uzaklıktaki dairesel platformun ortasına iki farklı nesne kurun.
NOT: Bu deneyde nesneler için iki cam şişe, 13,5 cm yüksekliğinde bir yuvarlak şişe ve 20 cm yüksekliğinde başka bir yüzlü şişe kullanılmıştır. Stabiliteyi sağlamak için şişeleri suyla doldurun. - Bir kamera hazırlayın ve verileri yakalamak, kaydetmek ve işlemek için gerekli bilgisayar yazılımını yükleyin. Kamerayı zeminden 290 cm yüksekliğe takın.
NOT: Platform ve kamera arasındaki mesafe kamera özelliklerine bağlıdır. Kamera çerçevesi, testin yapıldığı arenanın tüm alanını kapsamalıdır. Platform ve kamera arasındaki denememizin mesafesi 210 cm idi.
- Alışkanlık
- Görevden bir gün önce, video kaydı olmadan arenaya yerleştirerek sıçanı 10 dakika boyunca yeni ortama alışın.
NOT: Nörolojik görevleri ve metrik görevi aynı gün gerçekleştirmeyin.
NOT: Kırmızı ışık alanında ölçüm testleri gerçekleştirin.
- Görevden bir gün önce, video kaydı olmadan arenaya yerleştirerek sıçanı 10 dakika boyunca yeni ortama alışın.
4. Ölçüm görevini gerçekleştirme
NOT: Ölçüm görevinin gerçekleştirilmesi iki dönemden oluşur: 1) alışkanlık (15 dk) ve 2) test (5 dk) dönem.
- Alışkanlık dönemi
- Dairesel platformun ortasına birbirinden 68 cm uzaklıkta iki farklı nesne oluşturun.
- Sıçanı 15 dakikalık bir süre boyunca nesnelerden eşitlikçi platformun ucuna yerleştirin ve videoyu kaydedin.
- Sıçanı platformdan çıkarın ve 5 dakika boyunca tek bir kafese yerleştirin.
- Platformu% 5-10 alkolle temizleyin.
NOT: Platformu iyi havalandırılan alanlarda temizlemek için %70'e kadar alkol kullanılabilir.
- Test dönemi
- Nesneler arasındaki mesafeyi 34 cm'ye düşürün.
- Sıçanı platforma 5 dakika yerleştirin ve sıçanın keşif aktivitesini videoya kaydedin.
- Platformu% 5-10 alkolle temizleyin.
5. Veri analizi
NOT: Veri analizi, hayvan aktivitesini ve hareketini otomatik olarak kaydeden hayvan davranış çalışmaları için özel olarak tasarlanmış video izleme yazılımı tarafından gerçekleştirilir (bkz. Malzeme Tablosu). Bu yazılım, hareketlilik, etkinlik ve keşif davranışı da dahil olmak üzere çeşitli davranış değişkenlerini otomatikleştirir.
- Video dosyalarını çözümlemeden önce yazılım donanım anahtarını takın. Video izleme yazılımını başlatın ve hazır ayar Şablonu 'naaçın.
- Kurulum bölümünde ayarları aşağıdaki gibi doğrulayın: Arena, Deneme Denetimive Ayarları Algılama (bkz. Şekil 2a) .
NOT: Bu deney için, keşif alanı parametreleri ilgi çekici nesnenin etrafında 6 cm olarak tanımlanır. Farenin bu bölgeye girdiği süre ölçüldü. - Ayarları doğruladıktan sonra çoğaltın ve yeniden adlandırın.
- Programın genel ekranında, fareye sağ tıklayarak Arka Planı Kap.
- Arka plan görüntüsü için bir video dosyası seçin. Gözat menüsünde video dosyasının konumunu seçin.
- Görüntüyü yakalayın ve incelenen alanları ve bölgeleri işaretleyin, görüntüyü analiz için kalibre edin. Deneme Denetimi ve Algılama Ayarlarıiçin de aynı adımları uygulayın.
- Genel menüde Deneme Listesi'ni seçin ve analiz için video dosyalarının listesini indirin.
- Videoları ekleyin ve gerekli ayarlarla konumu belirtin.
- Edinme ve Denemeyi Başlat'ı seçin (bkz. Şekil 2b,c). Tüm verileri Excel dosyaları olarak dışa aktarma (bkz. Şekil 2d).
NOT: Alışkanlık ve test dönemleri için tüm hesaplamaları gerçekleştirin. Metrik görev değerlendirmesi gelişmiş bir şablonla hazırlanır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Gruplar arasındaki karşılaştırmaların önemi Mann-Whitney testi kullanılarak belirlendi. Sonuçların istatistiksel önemi 0.05 < P <'da dikkate alınırken, istatistiksel olarak yüksek alaka düzeyi 0.01 olarak ölçüldü.
Sonuçlar, müdahaleden önce ve TBI'dan 28 gün sonra tüm gruplar arasında NSS'de herhangi bir fark göstermedi. Her grup 12 dişi veya 12 erkek sıçandan oluşuyordu. TBI tablo 1'desunulduktan sonra 48 saat elde edilen NSS puanları. Yaralanmadan sonra 28. günde önemli nörolojik eksiklik gösteren TBI grubundan sıçanlar deneyden çıkarıldı. Veriler sayım olarak ölçülür ve ortanca ± aralığı olarak sunulur.
Sham-operated kontrol grubu, çalışmanın ilk gününden sonra (NSS-0) 48 saat boyunca herhangi bir nörolojik açık göstermedi. TBI'dan sonra 48 saatte nörolojik açık, erkek TBI sıçanları için erkek sham-operated sıçanlara göre önemli ölçüde daha fazlaydı (5.5(4-7) ve 0(0-0), U = 0, p < 0.01, r = -0.89) ve dişi TBI sıçanları için dişi sham-operated sıçanlara göre (4.5(3.25-6) ve 0(0-0), U = 0, p < 0.01, r = -0.91), Mann-Whitney testine göre (Tablo 1).
Bir Mann-Whitney testi, metrik görev sırasında nesne keşif süresinin erkek TBI sıçanları için önemli ölçüde daha kısa olduğunu gösterdi. erkek sham-operated sıçanlar (%130 ± %44,3 ile %1978 ± %59,2), U = 0, p < 0,01, r = -0,85 (bkz. Şekil 3a,b). Veriler, taban noktasının % olarak ifade edilen saniye olarak ölçülür ve ortalama olarak sunulur ± SEM. Kalan üç zaman puanı (5-10 dk, 10-15 dk ve 20-25 dk) taban çizgisinin yüzdesi olarak hesaplandı.
Bir Mann-Whitney testi, metrik görev sırasında nesne keşif süresinin dişi TBI sıçanları vs. için önemli ölçüde daha kısa olduğunu gösterdi. dişi sham-operated sıçanlar (%89 ± %43,5 ile %2160 ± %43,6), U = 0, p < 0,01, r = -0,85 (bkz. Şekil 4a,b). Veriler, taban noktasının % olarak ifade edilen saniye olarak ölçülür ve ortalama olarak sunulur ± SEM.
Erkek ve kadın grupları arasında anlamlı bir fark bulunmadı.
Şekil 1: Zaman çizelgeleri ile protokol şeması. Bu şekil protokol zaman çizelgesini gösterir. Farklı zamanlarda sıçan grupları sham-operated kontrol grubu ve TBI grubunu içeriyordu ve yaralanmadan 28 gün sonra -1 saat, 48 saat ve 28 gün olarak NSS skoru ile değerlendirildi. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Temsili veri analizi. (A) Deneme kontrol ayarları (B) Deneme listesi ve (C) Edinme için video izleme yazılımının ekran yakalamaları ve Excel'e (D)dışa aktarılan örnek veriler. Ayrıntılar için metin ve videoya bakın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Erkek sıçanlar için metrik görev. Metrik görev sırasında nesne arama süresi, erkek TBI sıçanları ve erkek sham-operated sıçanlar için önemli ölçüde daha kısaydı (bkz. Şekil 3a,b, farklı y ekseni ölçeklerindeki verileri göstermektedir). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: Dişi sıçanlar için metrik görev. Metrik görev sırasında nesne keşif süresi, dişi TBI sıçanları ve dişi şem-operated sıçanlar için önemli ölçüde daha kısaydı (bkz. Şekil 4a,b, verileri farklı y ekseni ölçeklerinde göstermektedir). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
| TBI'dan sonra 48 saat olan çalışma gruplarının NSS değerleri | Ortanca (aralık) | |||||
| Hayvan Grubu | N | Taban çizgisi | 48 saat | 1w | 2w | 4w |
| Sham tarafından işletilen dişi/erkek sıçanlar | 12 | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) | 0(0-0) |
| TBI erkek sıçanlar | 12 | 0(0-0) | 5.5(4-7)* | 2(1-6)* | 1.5(0-2)* | 0(0-2) |
| TBI dişi sıçanlar | 12 | 0(0-0) | 4.5(3.25-6)* | 1.5(0.25-2.8)* | 1(0-2)* | 0(0-0.8) |
Tablo 1: Nörolojik performansın belirlenmesi. TBI'dan sonra 48 saat olan nörolojik açık, erkek TBI sıçanları için erkek sham-operated sıçanlara ve dişi TBI sıçanlarına göre kadın sham-operated sıçanlara göre önemli ölçüde daha fazlaydı.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Ölçüm uzamsal bilgi sürecini özellikle hedefleyerek, bu ölçüm testi TBI'dan sonra bellek eksikliğini anlamak için gerekli bir araç sağlar. Bu makalede sunulan protokol, daha önce açıklanan davranışsal görevlerin bir değişikliğidir11. Daha önce açıklanan bir ölçüm görevi, her biri üç alışkanlık oturumu ve bir test oturumundan oluşan iki farklı paradigma kullandı. İlk paradigma, alışılmış nesneleri alışkanlıktan sonra birbirine yaklaştırmaktan ve ikinci paradigma nesneleri daha uzağa taşımaktan oluşuyordu11.
Beş13 veya on dört14 gün boyunca gerçekleştirilen Barnes labirenti ile karşılaştırıldığında, burada sunulan metrik görev 2 gün içinde, alışkanlık için ilk gün ve görev için ikinci gün9. Bu protokoldeki görev, labirentte yüzmenin neden olduğu stres ve görevin daha uzun süresi nedeniyle Morris su labirenti gibi karşılaştırılabilir davranışsal görevlerden daha azstreslidir 15,16,17. Mekansal bellek için labirent testleri önemli bir öğrenme dönemi gerektirir; basit bir T labirenti bile en az 5 günlük eğitim gerektirir18. Daha karmaşık radyal labirentler için, 15-20 günlük testönerilir 19.
Bu protokol birkaç kritik adım içerir. Önemli bir bileşen, arenayı bir alkol çözeltisinin yanı sıra üzerindeki nesnelerle tedavi etme ihtiyacıdır. Arenanın yüzeyinin kuru ve temiz olması da gereklidir, çünkü önceki hayvanlardan kalan alkol ve koku kokusu, incelenerek hayvanın davranışını değiştirebilir. Ek olarak, davranış odasının sürekli yeterli havalandırılması hayati önem taşır. Gürültü, hayvanların davranışını değiştirebilecek stres faktörlerinden biri olduğundan, uygun ses yalıtımını öneririz. Ek olarak, sıçanın başka bir nesneye atlamaması veya tırmanmaması için platformun 80 cm yüksekliği ve platformun diğer nesnelerden göreceli mesafesi gereklidir. Ayrıca, kurulum sırasında kaydedilen video dosyalarının işlenmesinde tutarlı ayarların korunması, verilerin yanlış yorumlanmasını önlemeye yardımcı olacaktır.
Hafızanın değerlendirilmesinde TBI sonucu gelişen nörolojik eksikliğin göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Kafa travması sonrası nörolojik eksiklikler bu hastalığın bir parçası olan katkıda bulunan bir faktördür. Nörolojik açıkların değerlendirilmesi, beyin hasarının kemirgen modelinde çok önemlidir ve oldukça hassas ve sık kullanılan bir sonuçtur26. Bununla birlikte, ciddi nörolojik eksiklikler davranış testleri üzerinde, özellikle hafıza değerlendirmesini ölçen testlerde bir etkiye sahip olabilir27. Karşılaştırılabilir Morris su labirenti görevi de hafıza bozukluğunu değerlendirir28. TBI'daki Morris testinde veya inme farelerinde düşük bir puan nörolojik eksikliklerle oldukça ilişkilidir ve aslında hafıza veya bilişsel bozukluğu değil, nörolojik performansı ve strese dayanma yeteneğini yansıtır.
TBI ile ilgili nörolojik açıkların hafıza skorları üzerindeki etkisini en aza indirmek için şu yaklaşımları kullandık: 1) 1 ay sonra nörolojik performansı kendiliğinden geri kazanabilen hafif ve orta şiddette TBI modelleri kullandık. 2) TBI'dan 28 gün sonra nörolojik açık gösteren sıçanlar, hafif yaralanmalı tüm sıçanların iyileştiği gözlemlerimize dayanarak davranış deneylerinin dışında bırakıldı. Şiddetli TBI ile etkilenen 10-20 sıçan gruplarında, ortalama olarak bir sıçan hareketliliği etkileyebilecek önemli bir nörolojik açığa sahiptir. 3) Travma sonrası hafızayı değerlendirmek için, sonuçları nörolojik eksiklikten etkilenebilecek hareketle ilgili testler kullanmadık (Morris su labirentinde olduğu gibi). Barnes testi ve ilgili testler TBI ve inme modellerindeki belleği değerlendirmek için yararlı olsa da, ölçüm testi SWM'yi değerlendirmek için daha uygundur. Bu nedenle, metrik test, TBI'dan sonra sıçanların SWM'lerini değerlendirmek için tercih edildiği testtir.
Bu protokolün bir sınırlaması, topolojik bir test yerine tek başına bir ölçüm testinin kullanılmasıdır. SWM'nin diğer yönlerini ölçmek için topolojik testleri de içeren gelecekteki çalışmaları öngörüyoruz. Şaşırtıcı bir şekilde, sonuçlarımıza göre, erkek ve dişi sıçanlar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark bulunmadı. Çok sayıda çalışma TBI29'dansonra cinsiyet farklılıklarını göstermektedir Üreme hormonlarının konsantrasyonlarındaki farka dayanarak. Östrojen ve progesteron, TBI'dan sonra intrakraniyal basıncı azalttığı ve nörolojik fonksiyonskorunu artırdığı gösterilen nöroproteksiyon rolü oynar. Bir meta-analiz çalışmasına göre, erkekler daha sık TBI'dan muzdariptir, ancak kadınların daha kötü prognozları vardır31. TBI'dan sonra en sık görülen komplikasyon olan bilişsel bozukluklar, cinsiyet farklılıklarına doğru eğilim, kadınların mekansal konumlandırma görevlerinde daha fazla iyileşme göstermesi ve erkeklerin sözel görevlerde daha iyi performans göstermesi32,33,34. Ancak sonuçlarımız, cinsiyetle ilgili mekansal bellek farklılıkları hakkında belirsizlik olasılığını göstermektedir.
Çeşitli TBI modelleri arasında, sıvı perküsyon kaynaklı TBI modeli iyi belgelenmiş ve tanımlanmıştır, kolayca tekrarlanabilir ve diğer modellerden daha düşük değişkenliğe sahiptir35,36. Ancak, ölçüm testinin geniş bir yardımcı programı olduğunu ve diğer TBI modelleriyle etkili bir şekilde kullanılabileceğini belirtmek önemlidir. Bu protokolde açıklanan metrik test ayrıca, dağınık aksonal beyin hasarımodelleri 24, 37 ve inme38 gibi benzer nörolojik hasar modellerinde hafıza bozukluğu hakkında daha fazla araştırma yapmanıza izin verir. Bu protokol, TBI'dan sonra SWM'nin geri yüklenmesinde çeşitli tedavi yöntemlerinin etkinliğini incelemek için de yararlı olabilir.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Acknowledgments
Profesör Olena Severynovska'ya teşekkür ederiz; Maryna Kuscheriava M.Sc; Maksym Kryvonosov M.Sc; Daryna Yakumenko M.Sc; Evgenia Goncharyk M.Sc; ve Olha Shapoval, Fizyoloji Bölümü, Biyoloji, Ekoloji ve Tıp Fakültesi doktora adayı, Oles Honchar Dnipro Üniversitesi, Dnipro, Ukrayna destekleyici ve yararlı katkılarından dolayı. Veriler Dmitry Frank'in doktora tezinin bir parçası olarak elde edildi.
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. Minor head injury. Current Opinion in Neurology. 10 (6), 479-483 (1997).
- 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. T-maze alternation in the rodent. Nature Protocols. 1 (1), 7 (2006).
- 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).
