L'uso di Rotorod come un metodo per l'analisi qualitativa del Camminare in Rat

Biology

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ERRATUM NOTICE

Summary

Il test rotorod viene usato per valutare lo stato del motore nel movimento dei piedi emi-Parkinson ratti analogico.

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Whishaw, I. Q., Li, K., Whishaw, P. A., Gorny, B., Metz, G. A. Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat. J. Vis. Exp. (22), e1030, doi:10.3791/1030 (2008).

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Abstract

Il test rotorod, in cui gli animali camminare su un tamburo rotante, è ampiamente usato per valutare lo stato del motore nei roditori da laboratorio. La performance è misurata dalla durata che un animale rimane sul tamburo in funzione della velocità del tamburo. Qui si segnala che il compito fornisce una ricca fonte di informazioni su aspetti qualitativi dei movimenti a piedi. Perché i movimenti sono eseguiti in una posizione fissa, possono facilmente essere esaminati utilizzando ad alta velocità, metodi di registrazione video. Il presente studio è stato intrapreso per esaminare il potenziale del rotorod per rivelare cambiamenti qualitativi nei movimenti a piedi di emi-Parkinson ratti analogico, ottenuta per iniezione di 6-idrossidopamina (6-OHDA) nel fascio diritto nigrostriatale ad esaurire dopamina nigrostriatale (DA ). A partire dal giorno successivo l'intervento chirurgico e poi periodicamente nel corso dei prossimi due mesi, i ratti sono stati girati da vista frontale, laterale e posteriore mentre camminavano sul rotorod. Comportamento è stato analizzato fotogramma per fotogramma per fotogramma riproduzione delle registrazioni video. Scale di valutazione di intensificare comportamento indicato che l'emi-Parkinson ratti erano cronicamente alterata nella loro postura e l'uso degli arti controlaterali al DA-esaurimento. Gli arti controlaterale non solo visualizzati anomalie posturali e di movimento, hanno partecipato meno di avviare e sostenere la propulsione che ha gli arti omolaterali. Questi risultati non solo rivela nuovi disavanzi unilaterale secondaria a DA-esaurimento, ma mostrano anche che il rotorod in grado di fornire uno strumento valido per l'analisi qualitativa del movimento.

Protocol

Rotorod camminare apparato

Il rotorod era un cilindro rotante, 4 cm di diametro, fissato 35 centimetri dal suolo e chiuso da plexiglas trasparente. Il cilindro rotorod era coperta di rivestimento in gomma testurizzata, che facilita la trazione. Il pavimento dell'apparato era coperto da uno strato di schiuma per evitare lesioni quando gli animali è caduto. Un piccolo motore elettrico fornito di alimentazione per accendere il rotorod tramite una cinghia di gomma. Il rotorod è stato impostato per ruotare una volta ogni 5 s.

Registrazioni video e cinematica

Ad alta velocità videocamera digitale è stata utilizzata per filmare gli animali, con un tempo di posa di un 1000 di secondo. Il frontale, laterale e posteriore viste sono state girate, mentre l'animale stava camminando sul rotorod. A due bracci Nikon, fonte di luce fredda MII e un set di luci in fibra ottica sono stati utilizzati per fornire l'illuminazione adeguata durante la registrazione. I nastri sono stati analizzati frame-by-frame utilizzando un Sony DSR 20 DV ponte CAM. Fotogrammi del video sono stati catturati con un frame grabber e computer Macintosh.

Procedura di prova e analisi

Al fine di valutare le differenze tra i movimenti a piedi del 6-OHDA e ratti di controllo, le registrazioni video da post-chirurgica giorni 15 - 30 (dopo l'eventuale recupero dalla lesione ci si potrebbe aspettare di essere in gran parte completa) sono stati esaminati da due indipendenti osservatori ciechi alle condizioni sperimentali. Il nigrostriatale 6-OHDA lesione è stata indotta in dell'emisfero destro, con conseguente deficit duratura nella sinistra anteriori e gli arti posteriori. Una scala di valutazione è stato sviluppato per tasso di postura dei topi 'ei movimenti passo degli arti anteriori (Whishaw et al., 2003). Cinque componenti di intensificare sono stati valutati:

  1. postura, la valutazione della postura è stata fatta esaminando la posizione del ratto sul tamburo;
  2. ascensore e di rilascio, la parte del ciclo di un passo in cui è stata sollevata la zampa dal tamburo;
  3. trasportare, la parte del ciclo di passo in cui si è tenuto l'arto sopra il tamburo, come il topo spostato in avanti;
  4. anticipo, la porzione di raggiungere, in cui è stato esteso l'arto per ritrovare il contatto con il tamburo, e
  5. collocamento, in cui è stata posta la zampa posteriore sul tamburo.

I seguenti criteri sono stati utilizzati per definire un movimento normale:

  • Postura: Il corpo del topo era orientata sul tamburo con la testa in su.
  • Sollevare e rilascio: Il, gomito spalla e polso flesso alzando la zampa dalla superficie del tamburo.
  • Carry: La zampa è tenuta al di sopra della superficie del tamburo, le cifre sono liberamente flesse, e le punte cifre sono centrati sulla linea mediana del corpo. Anticipo: L'arto è esteso in avanti con le cifre in movimento da una posizione semiflessa ad una posizione esteso e aperto.
  • Posizionamento: L'arto è esteso alla spalla, del gomito e del polso e le cifre sono aperti per posizionare la zampa in avanti e sulla superficie del tamburo, con 2 cifre (seconda cifra dalla linea mediana) che si trova circa al centro della di ratto il corpo.

Ogni movimento è stato valutato su una scala a 3 punti: 1 = / il movimento simile a quello di un ratto di controllo, 0,5 = / il movimento è apparso un po 'anormale, e 0 = / il movimento era chiaramente anomala (Whishaw et al, 2003).. Questa scala di valutazione è stato poi utilizzato per valutare cinque movimenti un passo da ogni ratto nei giorni post-operatorio 1, 3, 5, 7, 9 e 15. I punteggi dei cinque misure sono state in media per ogni ratto ogni giorno, ed i risultati sottoposto ad un ANOVA con giornate come misura ripetuta.

Panoramica delle rotorod camminare in 6-OHDA e ratti di controllo

La scala di valutazione movimento è stato applicato al sessioni di test post-operatorio per l'analisi del movimento qualitativo. Durante le sessioni di test, il 6-OHDA gruppo lesione ricevuto punteggi significativamente più bassi rispetto al gruppo di controllo, F (1,8) = 33,2, p <0,001, ma non c'era alcun effetto significativo della giornata di test, né vi era un gruppo significativo dall'interazione giorni di test. I punteggi di intensificare sono stati poi analizzati separatamente con la zampa anteriore come una variabile (per la 6-OHDA ratti dell'arto anteriore controlaterale rispetto alla lesione dell'arto anteriore ipsilaterale alla lesione, per i ratti di controllo, la zampa sinistra contro la zampa destra). C'è stato un effetto significativo del forelimb, F (1,40) = 15,8, p <0.01, e ci fu una significativa interazione di gruppo da parte forelimb, F (1,40) = 15.0, p <0,01. Follow-up t-test ha indicato che il controlaterale a lesione zampa anteriore del 6-OHDA gruppo ha ricevuto punteggi significativamente più bassi rispetto al ipsilaterale a zampa anteriore o lesione degli arti anteriori dei topi di controllo, che non differiva. Al fine di determinare quali componenti del movimento hanno contribuito al punteggio ottenuto dai poveri 6-OHDA gruppo, le misure della posturaed i singoli componenti del ciclo passo dalla arti anteriori ipsilaterale e controlaterale del 6-OHDA gruppo sono stati confrontati con i valori ottenuti dai topi di controllo. Il 6-OHDA gruppo differivano per postura e tutti i componenti passo da parte dell'arto controlaterale, ma nessuno dei componenti dell'arto omolaterale (p <0,05).

Differenze qualitative e descrittivi della postura sotto controllo e 6-OHDA ratti

In un ratto di controllo, la testa è tenuto in posizione orizzontale, e la zampa anteriore di sostegno e arti posteriori si estendono al tamburo formando un arco di sostegno. I ratti 6-OHDA tipicamente camminava con la testa in giù con le loro arti anteriori compromessa (di fronte allo spettatore) posizionato più vicini e più in alto sulla superficie del tamburo che si è verificato per gli arti ipsilaterale o degli arti di ratti di controllo (vedi video di un topo di controllo con punteggio "1" per la postura, e un 6-OHDA animale lesione con un punteggio di "0"). Tipicamente, l'anomalia della postura possono essere visto a colpo d'occhio dalla posizione relativa della testa di un topo.

Forelimb passo

Nella sequenza di controllo, il passo è zampa anteriore sollevata, flettendo la, spalla gomito e polso. Come l'arto viene sollevato, le cifre sono liberamente flesse, e l'arto viene sollevato ben al di sopra della superficie del tamburo. Quando l'arto è avanzata, si estende alle spalle, gomito e polso e come è collocato le cifre sono estese e aperte. Rispetto ai topi di controllo, l'ampiezza di tutti i componenti del DA-impoverito ratti dell'arto controlaterale alla lesione è attenuato. L'arto rilascia il tamburo più tardi, viene sollevato di meno, ed è avanzato una distanza più breve è il controllo degli arti anteriori. Inoltre, quando l'arto viene sollevato, le cifre sono flesse più, e quando l'arto viene posto, le cifre sono estesi e aperti meno di quelli di un topo di controllo. La zampa anteriore di controllo viene sollevato una volta raggiunta la cima del tamburo, il polso è flesso per sollevare la zampa alto e in avanti, e il polso è esteso con l'avanzare degli arti. Al contrario, la 6-OHDA ratto controlaterale alla lesione degli arti anteriori è portato avanti caudalmente dal movimento del tamburo, e rilascia così poi con il polso ancora esteso. Flessione del polso sembra essere passivo e si verifica come le cifre sono trasportati indietro dal movimento del tamburo, e quando dell'arto anteriore è portato in avanti, la zampa e avambraccio non sono chiaramente sollevati dalla superficie del tamburo. La zampa anteriore di un topo di controllo si estende ben in avanti e le cifre aperto con l'avanzare degli arti. Come l'arto viene posto, è posizionato con un movimento arpeggio, con 5 cifre contatto con la superficie del primo tamburo, seguito successivamente da numeri 4, 3, e 2. Al contrario, l'arto del 6-OHDA ratto è alzato ed esteso di meno, le cifre sono meno estesi, e contatto con la superficie del tamburo quasi in concomitanza con un 'schiaffo'. Il video mostra passo-passo i movimenti degli arti anteriori in un animale di controllo che sono stati segnati come "1", i movimenti degli arti anteriori e passo in un 6-OHDA animale lesione che sono stati principalmente punteggio di "0".

Degli arti posteriori passo

C'erano anche menomazioni agli arti posteriori controlaterale a lesione del 6-OHDA ratti. Come l'arto di controllo posteriori si muove all'indietro, sembra spingere contro il tamburo che ruota e come lo fa, le dita ruotare verso l'esterno. Come l'arto si muove in avanti, il piede è oscillato verso l'esterno. L'arto posteriore del 6-OHDA ratto si muove direttamente indietro, con rotazione del tamburo e se non altro, svolta leggermente verso l'interno. Come l'arto si muove in avanti, il piede è portato direttamente in avanti. Il piede di altalene ratto di controllo verso l'esterno e come è avanzata, le dita si tengono superiore alla caviglia e le dita dei piedi estendere. Durante il posizionamento del ratto controllo, punta 5 contatti sulla superficie del tamburo primo e il peso è distribuito attraverso le dita dei piedi e il palmo. Al contrario, le dita del 6-OHDA ratto sono flesse durante trasportare e il posizionamento è fatto senza un movimento arpeggio. Le dita del ratto di controllo vengono rilasciati in un modello invertito arpeggio come toe 5 è sollevata prima e punta 1 è sollevato scorso. Questo movimento mancava nel 6-OHDA ratto lesione alla caviglia, mentre ha mantenuto la sua postura flessa durante il movimento di trasporto. Ancora una volta i movimenti prima del 6-OHDA ratto sono attenuate, con l'arto inferiore exorotated, sollevato di meno, e avanzato inferiore a quella del ratto di controllo. Come ratti di controllo posto le dita dei piedi, sono estesi e aperti, in modo tale che punta 5 punti lateralmente rispetto al corpo del ratto. Toe 5 contatti del tamburo primo seguito da le dita restanti in modo che il topo sostenuto il suo peso sulle punte dei piedi. Per la 6-OHDA ratto, le dita sono un po 'flesse come il piede è portato avanti, le dita sono più bassi rispetto a orizzontale fino alla caviglia, c'è meno apertura delle dita quando il piede è posto sul tamburo. Lunghezza del passo è anche un po 'più breve di quella dei topi di controllo. Al fine di quantificare le differenze tra i control e 6-OHDA movimenti degli arti posteriori, le componenti di ascensore e di rilascio, trasporto, promozione, posizionamento e stati valutati su una scala a 3 punti, così come le arti anteriori. Le misure sono state fatte da registrazioni video effettuate giorno dopo chirurgici 20, e tre cicli di passo sono stati valutati per ogni ratto. Ci sono state differenze significative del gruppo, F (1,8) = 47.6, p <0,001. Follow-up t-test sui componenti indicato che tutti i componenti dei topi di controllo ha ricevuto punteggi significativamente più alti di quanto facessero le componenti della 6-OHDA ratti. Il video mostra i movimenti degli arti posteriori passo in un animale di controllo che sono stati segnati come "1". Dell'arto posteriore passo i movimenti nel 6-OHDA mostrato nel video sono state principalmente valutate con un punteggio di "0".

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Discussion

Lo scopo del presente studio era di esaminare se il test di abilità rotorod roditori locomozione può essere utilizzato per l'esame qualitativo della postura, passo zampa anteriore e degli arti posteriori intervenendo ratti sistema nervoso feriti. Per l'analisi, i ratti con unilaterale svuotamenti DA e ratti di controllo sono stati video registrati dalla vista frontale, laterale e posteriore. Una scala di valutazione della postura e dei movimenti degli arti anteriori hanno indicato che i movimenti passo erano cronicamente compromessa dopo l'intervento. L'esame dei movimenti degli arti indicato che, mentre il DA-impoverito ratti potevano usare gli arti controlaterali alla lesione per il supporto, hanno ricevuto un uso minimo per lo spostamento del peso. I risultati di questo studio indicano che il compito rotorod, oltre a fornire misure quantitative di compromissioni motorie, può anche fornire intuizioni sulla compromissioni qualitative.

Il compito rotorod è stato ampiamente utilizzato per valutare lo stato del motore di roditori. Fino ad oggi la misura più importanti presi dal compito di misure punto finale, le misure della velocità / durata che un animale è in grado di camminare. Abbiamo sentito che ci sono gli attributi del compito che potrebbe rendono ideale per l'esame qualitativo dei movimenti a piedi. Primo, perché un animale deve bilanciare e step, il compito coinvolge l'abilità considerevole e può quindi rivelare danni che possono non essere evidenti in semplici compiti di locomozione overground (Schallert et al, 1992;. Olsson et al, 1995;. Chang et al. , 1999; Muir e Whishaw1999b; Metz et al, 2005).. La sensibilità di questo compito e il metodo di analisi video è dimostrata dalla presenza di disabilità nelle fasi acute e croniche, dopo la lesione. In secondo luogo, gli animali non devono essere cibo o acqua privata per motivare il comportamento, come richiesto per lo studio della forelimb qualificati raggiungere (Miklyaeva et al., 1994). In terzo luogo, il compito richiede una formazione minima. Per esempio, siamo stati in grado di filmare i movimenti passo non appena l'animale è stato posto nel apparecchio. Quarto, perché l'animale rimane al suo posto mentre passo, è più facile movimenti registrare video da una varietà di angolazioni. Quinto, il metodo di analisi consente di valutare gli aspetti qualitativi dei movimenti a piedi con i sistemi di classificazione semplice. I sistemi di rating produrre risultati affidabili anche in una sequenza di registrazione da un animale, e quindi sono in tempo efficiente per lo sperimentatore.

Con lo sviluppo di una semplice scala a 3 punti di valutazione della postura, e per quattro componenti del ciclo passo (sollevare, trasportare, anticipo, e luogo) è stato possibile identificare alterazioni nel controlaterale a lesione arti del DA-impoverito ratti già come un giorno dopo l'intervento. La compromissione è apparso cronico perché il danno era simile a 15 giorni dopo l'intervento chirurgico, e nei test informale, dato un certo numero di mesi dopo l'intervento chirurgico. Anche se le nostre misure sono state derivate da ben cinque cicli passo per ratto, il danno era sufficientemente robusto per essere identificati da un singolo ciclo intervenendo sia degli arti anteriori o arti posteriori. La compromissione nell'uso degli arti è stata evidente anche nella postura degli animali in modo che una semplice ispezione della postura dell'animale potrebbe rivelare che aveva un valore.

Una serie di studi precedenti hanno identificato la fonte della compromissione degli arti di 6-OHDA animali lesione (Miklyaeva et al, 1995;. Morrissey et al, 1989;. Muir e Whishaw, 1999a;. Schallert et al, 1979). Gli arti compromessa in grado di sostenere il peso corporeo e dei riflessi alleati tenuti a mantenere la postura sono presenti. Così gli animali sono in grado di stare sugli arti, e sostegno contro i tentativi di spostare loro. Gli arti vengono usati per riconquistare il sostegno posturale, quando il supporto è perduto. Così gli animali passo o salto di riconquistare il sostegno quando perdono il loro equilibrio. Durante la deambulazione o di svolta, gli arti partecipare a un passo, ma solo quando lo slancio dell'animale sposta l'arto dal suo ruolo a sostegno posturale. Così, durante la locomozione overground l'animale lesione unilaterale 'zoppica' come le sue membra compromessa catch-up come sposta in avanti il ​​movimento dell'animale l'arto dal sostegno posturale. Quando si gira, la ruota animale al compromissione degli arti posteriori quando si gira ipsilaterale all'arto compromessa, e 'cade' quando si gira controlaterale per l'arto posteriore ridotta per spostare dalla sua azione di sostegno. Siamo stati in grado di osservare alterazioni molto simili, supporto peso ma non lo spostamento del peso, nel controlaterale a lesione agli arti dei topi che hanno ricevuto unilaterale 6-OHDA lesioni mentre camminavano sul tamburo. Sebbene sia l'arto arti anteriori e posteriori sono stati utilizzati per il supporto posturale, né arti sembrava essere utilizzato per lo spostamento del peso. Per esempio, sia la zampa anteriore e gli arti posteriori sono stati sollevati dal tamburo molto più tardi si è verificato per l'arto intatto, o gli arti dei ratti di controllo. Quando il movimento del tamburo sfollati gli arti dalle loro funzioni di supporto, il loro movimento in avanti è stato attenuato, spostando solo la distanza necessaria per sostenere il peso corporeo. Né l'izampa anteriore mpaired né l'arto posteriore sembrava sollevare il corpo sufficientemente in modo che il suo compagno di coppia potrebbe oscillare chiara la superficie del tamburo. Gli arti, inoltre, non sembra di partecipare a spostare il peso dei topi 'in avanti. Per esempio, mentre l'arto posteriore di ratti di controllo rapiti e spinto contro il tamburo per spingere in avanti l'animale, i ratti ha fatto fare movimenti simili con le loro arti compromessa posteriori.

Siamo stati anche in grado di osservare alcune caratteristiche nuove dei movimenti ratto passo-passo e quindi menomazioni romanzo nel modo in cui il DA-impoverito ratti spostato i loro arti compromessa. Sia la zampa anteriore e l'arto posteriore contattato la superficie del tamburo con un movimento arpeggio in cui la cifra al di fuori (cifra 5) ha contattato la superficie del tamburo per primo, seguito successivamente da numeri 4, 3, e 2. La zampa anteriore compromessa e dell'arto posteriore non sembra di individuare in modo simile e anticipare la superficie del tamburo, e così contattato la superficie con un piatto di palma-down movimento. Un movimento simile arpeggio è stato descritto nella zampa dei ratti come mettere le loro zampe anteriori per afferrare cibo (Whishaw e Gorny, 1994), e questo movimento è inoltre compromessa l'arto compromesso di DA-impoverito ratti (Miklyaeva et al., 1994 ). In sintesi, i risultati di questo studio indicano che il rotorod in grado di fornire un modo molto utile per esaminare la postura e il rafforzamento nel cervello di topi feriti. Il compito richiede equilibrio e qualificati movimenti passo-passo, richiede un addestramento minimo, nessuna ricompensa in cibo motivante, ed è facile segnare e film. Inoltre, menomazioni osservato sul rotorod possono essere generalizzati ad altre situazioni di prova.

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Acknowledgments

Supportato da sovvenzioni da parte del Canadian Institutes of Health Research, il Canadian Stroke, e Alberta Heritage Foundation for Medical Research.

References

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Erratum

Formal Correction: Erratum: Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat
Posted by JoVE Editors on 04/01/2012. Citeable Link.

A correction was made to: Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat. An additional paragraph was added to the discussion, the abstract was modified, and another reference was included.

Additional reference:

15. Whishaw IQ, Li K, Whishaw PA, Gorny B, Metz GA. Distinct forelimb and hind limb stepping impairments in unilateral dopamine-depleted rats: use of the rotorod as a method for the qualitative analysis of skilled walking. J Neurosci Meth 126, 13-23 (2003).

Revised Abstract:

High speed videoanalysis of the details of movement can provide a source of information about qualitative aspects of walking movements. When walking on a rotorod, animals remain in approximately the same place making repetitive movements of stepping. Thus the task provides a rich source of information on the details of foot stepping movements. Subjects were hemi-Parkinson analogue rats, produced by injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the right nigrostriatal bundle to deplete nigrostriatal dopamine (DA). The present report provides a video analysis illustration of animals previously were filmed from frontal, lateral, and posterior views as they walked (15). Rating scales and frame-by-frame replay of the video records of stepping behavior indicated that the hemi-Parkinson rats were chronically impaired in posture and limb use contralateral to the DA-depletion. The contralateral limbs participated less in initiating and sustaining propulsion than the ipsilateral limbs. These deficits secondary to unilateral DA-depletion show that the rotorod provides a use task for the analysis of stepping movements.

Additional Discussion Paragraph:

A more detailed presentation of the present study has been made (Whishaw et al, 2003), but the present study presents the video support describing the stepping movement in the good and affected limbs of unilateral dopamine-depleted rats. For the analysis, rats with unilateral DA depletions and control rats were video recorded from front, lateral and posterior views. A rating scale of posture and forelimb movements indicated that stepping movements were chronically impaired following surgery. Examination of limb movements indicated that whereas the DA-depleted rats could use the limbs contralateral to the lesion for support, they received minimal use for shifting weight. The results of this study indicate that the rotorod task, in addition to providing quantitative measures of motor impairments, can also provide insights into the qualitative impairments.

Original Abstract:

The rotorod test, in which animals walk on a rotating drum, is widely used to assess motor status in laboratory rodents. Performance is measured by the duration that an animal stays up on the drum as a function of drum speed. Here we report that the task provides a rich source of information about qualitative aspects of walking movements. Because movements are performed in a fixed location, they can readily be examined using high-speed video recording methods. The present study was undertaken to examine the potential of the rotorod to reveal qualitative changes in the walking movements of hemi-Parkinson analogue rats, produced by injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the right nigrostriatal bundle to deplete nigrostriatal dopamine (DA). Beginning on the day following surgery and then periodically over the next two months, the rats were filmed from frontal, lateral, and posterior views as they walked on the rotorod. Behavior was analyzed by frame-by-frame replay of the video records. Rating scales of stepping behavior indicated that the hemi-Parkinson rats were chronically impaired in their posture and in the use of the limbs contralateral to the DA-depletion. The contralateral limbs not only displayed postural and movement abnormalities, they participated less in initiating and sustaining propulsion than did the ipsilateral limbs. These findings not only reveal new deficits secondary to unilateral DA-depletion, but also show that the rotorod can provide a robust tool for the qualitative analysis of movement.

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