בדיקות איזון ותיאום

איזון וקואורדינציה מוטורית הם מרכיבים קריטיים המעורבים בשליטה בתנועה. כיום אנו מבינים את המנגנונים הבסיסיים של מערכות החישה ועיבוד הרבות המסייעות לנו לשמור על שיווי המשקל שלנו תוך ביצוע פעילויות שונות. לטובתנו, חיות מעבדה, כגון עכברים, משתמשות במערכות דומות לשמירה על איזון וקואורדינציה מוטורית. לפיכך, מדענים יכולים להשתמש בעכברים כדי לדגמן מצבים פיזיולוגיים שונים כדי לבחון את השפעתם בבדיקות איזון וקואורדינציה מוטורית.

וידאו זה ידון בקצרה הנוירופיזיולוגיה מאחורי איזון וקואורדינציה, ואחריו הפרוטוקולים הכלליים עבור הבדיקות ההתנהגותיות הנפוצות ביותר, כלומר רוטרוד וקרן איזון. לבסוף, נסקור כמה ניסויים עכשוויים המתבצעים באמצעות פרדיגמות התנהגותיות אלה.

לפני שמתעמקת בפרוטוקולים של בדיקות התנהגותיות, בואו נסתכל על התשומות הנוירופיזיולוגיות ויחידות העיבוד שקובעים את האיזון והתיאום המוטורי שלנו.

רמזים חזותיים בשילוב עם התחושה המולדת של מיקום הגוף שלנו בחלל, הידוע גם בשם proprioception, הם התשומות החושיות העיקריות הקובעות את האיזון שלנו. הקולטנים המעורבים בתופעה זו, הנקראים פרופריוספטורים, נמצאים בשרירים ובמפרקים, והם מספקים מידע על מצבנו הפיזי למערכת העצבים המרכזית. מידע זה, בשילוב עם קלט ממערכת שיווי המשקל, השוכנת באוזן הפנימית שלנו, מהווים את שאר "חוש הפרופריוספקטיביות" שלנו. מערכת שיווי המשקל מורכבת משלוש תעלות חצי עיגול מכוסות על ידי אמפולה, אשר יחד ידועים כתעלות. בתוך תעלות אלה הוא נוזל שנקרא אנדולימפ. מבנה מיוחד המכונה קופולה, הממוקם בתוך האמפולה של כל תעלה, מכיל תאי שיער המייצרים ריסים. אלה cilia כי הם כפופים על ידי הזזת אנדולימף ולהעביר את המידע הזה הגרעינים שיווי המשקל, אשר ממוקמים ב גזע המוח. באסט המוח, תשומות מהעיניים, המפרקים ומערכת שיווי המשקל ממוינות ומתועדפות.

לבסוף, כל התשומות החושיות הללו נוסעות למוח הקטן, אשר מתאם בתת מודע מידע פרופריו-תפיסתי וחזותי לכוונן פקודות מוטוריות כדי להגביר את דיוק השרירים ואת הקואורדינציה. אמנם, הרבה התגלה על הבסיס הנוירולוגי של איזון וקואורדינציה, מדענים עדיין מנסים להבין את הפתופיזיולוגיה של הפרעות תנועה שונות. אחד הכלים המשמשים את החוקרים לעשות זאת הוא הבדיקה ההתנהגותית של המכרסמים הבוחנת איזון וקואורדינציה.

בואו נדון במבחן הנפוץ ביותר לתופעה זו - הרוטרוד.

מנגנון הרוטרוד מורכב משלושה מרכיבים. ראשית, הכפיל המסתובב, שמגיע בגדלים שונים. שנית, נתיבים עם חטיבות: המנגנון עשוי להיות מורכב ממספר נתיבים, המאפשרים לחוקרים לבדוק עד חמישה בעלי חיים בו זמנית, או רק נתיב אחד לבדיקת חיה אחת בכל פעם. שלישית, הפלטפורמות הממוקמות מתחת לכל נתיב המספקות אזור נחיתה בטוח עבור החיה אם הם נופלים מהסגלגל המסתובב. בציוד מודרני יותר, פלטפורמות אלה יכולות לחוש נפילת בעלי חיים, ולתעד באופן אוטומטי את "הזמן ליפול".

לפני אימון או ניסויים, תקופה של התאקלמות מבטיחה כי בעלי חיים נמצאים במצב רגוע לפני הבדיקה. אימונים כוללים בעלי חיים שהולכים על רוטרוד מואץ במשך מספר מפגשים ביום במשך סדרה של ימים, ונחשב שלם ברגע ש"זמן הנפילה " הממוצע של בעלי החיים מתחיל לרמה. בתחילה, הרוטרוד מוגדר למהירות נמוכה בעוד בעלי חיים ממוקמים על הדובל, והרוטציה גדלה בהדרגה למהירות מקסימלית. יש לאפשר לעכברים לנוח בין ריצות אימון, ובמהלך הזמן הזה יש לנקות ביסודיות את המנגנון.

לאחר אימון, התערבויות ניסיוניות, כגון טיפול תרופתי, נגעים הנגרמים בניתוח, או מניפולציה פיזית אחרת, ניתן לבצע. לבדיקה, פעל לפי אותו פרוטוקול של האימון שבו מהירות הדובל גדלה בהדרגה והנתונים נרשמים כ"זמן ליפול". יש להגדיר זמן בדיקה מרבי כדי לא להגזים עם בעלי החיים. "זמן ליפול" עבור כל עכבר נרשם וממוצע על מספר שונה של ניסויים בהתאם לניסוי.

הבדיקה ההתנהגותית הנפוצה השנייה שבוחנת איזון וקואורדינציה משתמשת בקורה. קורות איזון שונות רבות קיימות, כולל קורות פשוטות, מורכבות ומלוכסנות, אך ההקמה הבסיסית מורכבת מקרן באורך מטר אחד התלויה 50-100 ס"מ מעל שולחן או משטח. חיישני תנועה או מקליטי וידאו נוכחים כדי למדוד זמן חציית קרן בעלי חיים. קופסה סגורה המכילה חומר קינון הממוקם בנקודת הקצה משמשת כאטרקציה לעכבר, ואילו תאורה בנקודת ההתחלה תשמש כגירוי מרתיע.

אימון על קרן האיזון מתרחש בדרך כלל עד שלוש פעמים ביום במשך מספר ימים. האימונים נמשכים עד שזמן חציית הקרן הממוצע מתחיל להתרומם; עם זאת, אימון יתר יכול להוביל השתהות מוגברת והפעלת הקרן. לאחר אפנון ניסיוני, שלב הבדיקה מתחיל, והנתונים נרשמים כ"זמן לחצות". בדרך כלל, התוצאות מתקבלות על ידי ממוצע של לפחות שני מעברים שבהם החיה הנבדקת לא עצרה או דרשה דרבון.

עכשיו שראינו את ההקמות הניסיוניות של בדיקות התנהגותיות נפוצות, בואו נסתכל על כמה יישומים ספציפיים של שיטות אלה.

הזדקנות היא תהליך ביולוגי נורמלי, שתוצאה אחת שלו היא השפלה של מערכת שיווי המשקל כמו תאי שיער לייצר פחות ריסים, וגם להתחיל למות. התוצאה של זה היא אובדן שיווי משקל שיכול לגרום לנפילות מוגברות אצל קשישים. בניסוי זה, עכברים בגילאים שונים עברו אתגר שיווי משקל שבו הם סובבו בסיבוב במשך 20 שניות ומיד לאחר מכן ביקשו לחצות קרן משופעת. החוקרים הבחינו כי עכברים מבוגרים מושפעים באופן דרמטי יותר על ידי אתגר שיווי המשקל מאשר העכברים הצעירים.

בדיקת רוטרוד שימושית בחקר ליקויים מוטוריים גולמיים ועמידות בפני עייפות, מה שהופך אותה לאידיאלית לחקר מחלה כמו ניוון שרירים. סימן ההיכר של ניוון שרירים הוא נזק לשרירים שבסופו של דבר גורם לליכויים בניידות, בקואורדינציה ובאיזון. בניסוי זה, החוקרים השוו זמני ריצה רוטארוד בין עכברים מסוג בר ומודלים עכבר של ניוון שרירים.

מחלת פרקינסון מאופיינת במוות של נוירונים דופאמין בסובסטנציה ניגרה, ולעתים קרובות מציג עם ליקויים מוטוריים ואובדן קואורדינציה. בניסוי זה בוצעה בדיקת קרן מאתגרת. השוואת עכברי סוג בר למודל פרקינסון מהונדס גנטית, נצפתה כי עכברי פרקינסון היו טעויות מוגברות לכל צעד ושגיאות מוגברות לכל רוחב קרן.

הרגע צפית בסרטון של ג'וב בבדיקת איזון וקואורדינציה. וידאו זה דן בקורלציה העצבית של איזון וקואורדינציה, כמה שיטות בולטות לבדיקת איזון, ולבסוף כמה יישומים של בדיקות התנהגותיות אלה במעבדות מדעי המוח היום. כמו תמיד, תודה שצפית!