Author Produced

שלב בסולם הליכה משימה: שיטת הניקוד ואת היישום המעשי שלה.

Biology

Your institution must subscribe to JoVE's Biology section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

שלב בסולם הליכה המשימה הוא מבחן חדש להערכת הליכה מיומנים למדוד גם forelimb ו hindlimb הצבת, דריכה, והוא בין איבר תיאום.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Metz, G. A., Whishaw, I. Q. The Ladder Rung Walking Task: A Scoring System and its Practical Application.. J. Vis. Exp. (28), e1204, doi:10.3791/1204 (2009).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

התקדמות בפיתוח מודלים של בעלי חיים עבור / שבץ מוחי, פגיעה בחוט השדרה, מחלות ניווניות אחרות דורש בדיקות של רגישות גבוהה לפרט היבטים שונים של התפקוד המוטורי ולקבוע הפסד עדין אפילו יכולת תנועה. כדי לשפר את היעילות ברזולוציה של בדיקות, בדיקות צריך היתר אמצעים איכותיים וכמותיים של התפקוד המוטורי ולהיות רגיש לשינויים הביצועים בתקופות התאוששות. המחקר הנוכחי מתאר משימה חדשה כדי להעריך הליכה מיומנים החולדה למדוד הן forelimb ותפקוד hindlimb באותו זמן. בעלי חיים נדרשים ללכת לאורך סולם אופקי שבו המרווח של השלבים משתנה והיא משתנה מעת לעת. שינויים המרווח שלב למנוע חיות מללמוד את המיקום מוחלט ויחסי של שלבים וכך לצמצם את היכולת של בעלי החיים כדי לפצות על ליקויי למידה דרך. בנוסף, לשנות את המרווח בין השלבים מאפשר את הבדיקה כדי לשמש שוב ושוב מחקרים ארוכי טווח. שיטות מתוארים לתיאור הן כמותי ואיכותי של ביצועים הקדמי ואת hindlimb שניהם, כולל הצבת איבר, דריכה תיאום,. יתר על כן, השימוש באסטרטגיות פיצוי הוא הצביע על ידי צעדים שגויים או צעדים הפיצוי בתגובה מוזרים אחר איבר.

Protocol

סולם שלב ההליכה מנגנון בדיקה

שלב סולם אופקי הליכה מנגנון הבדיקה כללה הקירות הצדדיים עשויים פלסטיק ברורה שלבי המתכת (3 מ"מ קוטר), שיכול להיות מוכנס כדי ליצור הרצפה עם מרחק מינימלי של 1 ס"מ בין שלבי (ראה איור 1;. מץ Whishaw , 2003). הקירות היו צד 1 מ 'אורך ו -19 ס"מ שנמדדו גבוה מגובה של השלבים. הסולם היה גבוה 30 ס"מ מעל פני הקרקע עם כלוב להתחיל נייטרלי מקלט (כלוב בבית) בסוף. בגלל החיות היו מורגלים באימון, גובה המנגנון היה סביר לגרום לחרדה. רוחב של הסמטה הותאם לגודל של החיה, כך שזה היה בערך 1 ס"מ יותר מאשר חיה כדי למנוע מן החי להסתובב.

הקושי של המשימה שונה על ידי שינוי המיקום של שלבי המתכת. דפוס קבוע של שלבים אפשרו לבעלי חיים כדי ללמוד את התבנית על האימונים כמה לחזות את מיקומו של שלבים (איור 1, דפוס). דפוס לא סדיר זה היה שונה ממשפט למשפט מנעו את החיה מלימוד דפוס (איור 1, תבנית ב '). עבור הסדר הרגיל, השלבים היו במרווחים של 2 ס"מ במרווחים. עבור דפוס לא סדיר, את המרחק של השלבים מגוונים שיטתי 1-5 ס"מ. חמש תבניות של דפוסים שלב סדיר שימשו, כך דפוסי אותו יושמו כל בעלי החיים לתקנן את הקושי של המבחן ולשפר את ההשוואה של התוצאות (ראה תוצאות).

Videorecording

מצלמה (Canovision, Canon Inc) הוצב בזווית הגחון קלה, ולכן העמדות של כל ארבעת הגפיים יכול להיות מוקלט בו זמנית. מהירות תריס נקבע על 500 - 2000 ש ' Videorecordings נותחו באמצעות מסגרת לפי מסגרת ניתוח ב 30 f / sec.

הדרכה התנהגותית וניתוח מבחן

החיות אומנו לחצות את סולם מכלוב לכלוב נייטרלי להגיע לביתם, כך את הכלוב הביתה עם להמלטה סיפק את חיזוק חיובי להליכה. כל החיות חצה את הסולם באותו כיוון. חיזוק נוסף לא ניתנה כדי לעודד את בעלי החיים לחצות את הסולם. כל החיות הוכשרו ונבדקו חמש פעמים בכל הפעלה.

השבר ברגל ניקוד

הערכה איכותית של מיקום forelimb ו hindlimb בוצעה באמצעות מערכת ניקוד השבר ברגל כפי שתואר קודם לכן (מץ Whishaw, 2003). ניתוח נעשה על ידי בדיקה של הקלטות וידאו מסגרת לפי מסגרת. רק צעדים רצופות של כל איבר נותחו. לכן, הצעד האחרון לפני הפסקת הליכה, כגון להפסיק או פגם ברגל, הצעד הראשון אחרי הפסקה לא דורגו. המחזור האחרון ביצע קפיצה בסוף הסולם הוצא גם הניקוד. מיקום האיבר היה הבקיע במונחים של מיקום האיבר על בליטה שלב ואת איבר בין שלבי כאשר לפספס התרחשה.

סוגים של מיקום ברגל או כפה על השלבים דורגו באמצעות סולם 7-קטגוריה (ראה איור. 2). רגל או כפה מיקום על השלב דורגה על פי עמדתם שגיאות שהתרחשו דיוק מיקום.

(0) סך להחמיץ. 0 נקודות ניתנו כאשר האיבר לחלוטין החמיץ שלב, כלומר לא לגעת בה, ובסתיו התרחש. בסתיו הוגדר איבר עמוק נופלים בין השלבים ואת תנוחת הגוף ואיזון הופרעו.
(1) להחליק עמוק. איבר הוצב בתחילה על שלב, ואז חמק כאשר נושאת משקל וגרמה ליפול.
(2) להחליק קלות. איבר הוצב על שלב, החליקה כאשר נושאת משקל, אבל לא לגרום לירידה ולא לקטוע את מחזור ההליכה. במקרה זה, החיה הצליחה לשמור על איזון ולהמשיך הליכה מתואמת.
(3) החלפה. איבר הושם על שלב, אבל לפני זה היה נשיאת משקל זה הוסר במהירות דגש על שלב אחר.
(4) תיקון. איבר נועד עבור שלב אחד, אבל הוצב אז בלי לגעת הראשון על שלב אחר. לחילופין, ציון של 4 נרשם אם איבר הוצב על שלב והיה מיקומו במהירות תוך שמירה על שלב אחד.
(5) מיקום חלקית. איבר הושם על שלב עם היד או ספרות של forelimb או עקב או בהונות hindlimb.
(6) מיקום נכון. Midportion של כף איבר הושם על השלב עם תמיכה מלוא המשקל.

כאשר טעויות שונות התרחשו באותו זמן, הנמוך ביותר של עשרות נרשמה. למשל, אם רגל היה במקום הראשון על שלב ולאחר מכן הניח על עוד אחת באותו השלב (ציון 3), ואז החליק ונפל בין השלבים (ציון 1), ציון של 1 נרשם. When נפילה התרחשה, רק האיבר שיזם את השגיאה דורגה ואף אחד האיברים השני הבקיע עד שהחיה היתה מיקומו כל הגפיים. עשרות שגיאה של חמישה מחקרים היו בממוצע לניתוח.

מיקום פוט ניתוח דיוק (מספר טעויות)

מספר שגיאות מעבר לכל נמנה. שגיאות נקבעו בהתבסס על מערכת השבר ברגל הניקוד. שגיאה הוגדר מיקום כל איבר שקיבלו ציון של 0 נקודות, 1 או 2, כלומר שגיאה מייצג כל סוג של פליטת ברגל או להחמיץ מוחלט. מספר שגיאות את מספר הצעדים נרשם עבור כל איבר בנפרד. מתוך נתונים אלה, מספר ממוצע של טעויות לכל צעד היה מחושב בממוצע חמש ניסויים. הפרמטר הכמותי second ניתחו היה הזמן הממוצע הדרוש כדי לעבור את אורכה של המשימה הסולם. מדידת זמן החלה לאחר החיה הונח על הסולם והחל ללכת לכל אורכה של זה. השעה חיה בילה לעצור לא נכלל המדידה.

בכפו ספרות ציון

הציון בכפו ספרות נרשמה כאשר כפה הוצב כהלכה עם midportion שלה על שלב (כלומר ציון 6 במערכת פגם ברגל הניקוד). המידה שבה הספרות של בכפו יכול להיות מכווצת סביב השלב דורגה בסולם של שלוש נקודות (איור 2). ציון היה להחיל את עמדתה בתמיכת המשקל המקסימלי, כלומר forelimb היה במאונך על שלב. הציונים ניתנו כדלקמן:
(0) ספרות סגורים בזווית של 90 מעלות בקירוב.
(1) ספרות סגורים בזווית 45 מעלות בקירוב.
(2) ספרות לחלוטין מכווצת סביב השלב.
עשרות חמישה צעדים בממוצע היו בשימוש לניתוח.

איור אגדות

דמות 1

איור 1. שלב בסולם מיומנים בהליכה מנגנון בדיקה בתצוגת frontolateral, עם מדידות ספציפיות של המנגנון המצוין. שלב שני דפוסים שונים ששימשו במחקר הנוכחי: דפוס, סידור שלב רגיל, B דפוס, סידור שלב סדיר. ההסדר שלב לא סדיר נע בין משפטים רצופים.

דמות 2

איור. 2. תמונות הממחישות את נציג שלוש קטגוריות של הציון ספרות. הערה הזווית של ספרות ביחס forelimb כאשר תמיכה מלוא המשקל.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

המחקר הנוכחי מציג את שלב בסולם הליכה משימה כמבחן חדש להעריך הליכה מיומן, מיקום האיבר ואת איבר תיאום. שלב בסולם הליכה משימה מאפשר אפליה בין הפרעות עדין של התפקוד המוטורי על ידי שילוב של ניתוח איכותי וכמותי של הליכה מיומנים. הליך הניתוח וידאו יכול לשמש עבור חשבון תיאורי יותר של ליקויים, לבין סולם הדירוג פשוט המתואר במאמר זה מגלה שגיאות מיקום האיבר ואת כיפוף ספרתי כאשר תפס שלב. ניתוח איכותני לספור את מספר השגיאות שנעשו פסיעה ואת הזמן הדרוש לעבור את המנגנון. אמצעים אלו מאפשרים בחינה יעילה של חוקי דיוק מיקום ברגל ולהשתמש ספרות.

ישנן מספר בדיקות של הליכה, כולל בדיקות של הליכה rotorod, הליכה קרן הבדיקה, גליל, ניתוח הליכה, והתגובה הקרקע בכוח הניתוח (מיור, 2005). כל הבדיקות הללו ניתן מועילה איבר שבר מיקום לניתוח התנהגות. ישנם מספר של כוח פרוטוקול הבדיקה הנוכחית, עם זאת. ראשית, הבדיקה מאפשרת הליכה ספונטנית להיבדק, כי החיות לא דורשים מניעת מזון או מים במשך מוטיבציה. שנית, וחלפתי על פני שלבי דורש מיקום כף הרגל מדויקת אחיזה, דבר המאפשר ניתוח של שני המדרך אחיזה. והחשוב מכל, את המבחן הנוכחי מספק אתגר תנועה מתמשכת בגלל המרווח של השלבים מגוונת. וריאציה יכול לשמש אתגר מתמשך הליכה ו / או זיכרון של דפוסי דריכה (McVea ו פירסון, 2007).

כוחו של מבחן הסולם שלב ההליכה היא שזה מספיק מאתגר כדי לחשוף ליקויים כרוניים עדין בשני הקדמי ואת hindlimb לשימוש לחשוף ליקויים הדורשים שליטה forebrain. במצב השלב סדיר של המשימה, בעלי חיים אינם מסוגלים לחזות את המיקום שלב ולמידה דפוס הילוך ספציפי. כתוצאה מכך, כל שלב דורש התאמה השמה כפה, אורך צעד, ועל חלוקת משקל הגוף. בעוד בעלי חיים נורמליים מסוגלים להסתגל דפוס שלב סדיר בתוך כמה נסיונות, יכולת זו היא מוגבלת בחיות עם פגיעה במערכת המוטורית. ההסדר שלב סדיר גם דורש כי בעלי החיים להסתגל איבר הרגיל שלהם תיאום למרחקים שלב משתנה. על מנת להתאים את איבר תיאום, בעלי חיים צריכים לשלוט תמיכה המשקל שלהם במהירות הנכונה עבור כל טעות מיקום האיבר. לאחר פגיעה חד צדדית, חיות חלקית לפצות על טעויות המיקום באמצעות איברים שלמים לתמיכה במשקל. כתוצאה מכך, שלב בסולם מבחן הליכה יכולים למדוד את הפיצוי על ידי גילוי שגיאות מיקום כף הרגל בצד כנן.

המבחן שלב ההליכה הוכח להיות רגיש גירעונות תנועה כרוניים לאחר למבוגרים נגעים הילוד למערכת המוטורית, כולל מודלים של עכברוש שבץ (Emerick ו Kartje, 2004; Rieck-Burchardt et al, 2004;.. פאר ואח', 2006; Ploughman et al, 2007), מחלת פרקינסון (מץ Whishaw, 2002;. Faraji ו Metz, 2007), פגיעה בחוט השדרה (Z'Graggen et al, 1998;. Merkler et al, 2000).. יתר על כן, שלב בסולם משימה הליכה מזהה שינויים ביצועים מוטוריות המושרה על ידי משתנים פיזיולוגיים כגון מתח קלה (מץ) ואפילו שינויים בתזונה (סמית מץ, 2005). בנוסף מודלים חולדה, המשימה היא גם שימושי לחקר ההליכה מיומנים עכברים (פאר et al. 2006). זהירות בשימוש במבחן הזה צריך לשמש אם חמורות נגעים בחוט השדרה נבדקים (מץ et al., 2000), כמו המשימה שלב ההליכה דורשת חיות כי הם מסוגלים לבצע נושאת משקל צעדים.

יש ראיות משמעותיות כי בעלי חיים עם פגיעה במערכת המוטורית מסוגלים לפצות על הפגיעה הנגרמת גירעונות בתנועות מיומן (Whishaw et al, 1997a, b, 1998;. Miklyaeva et al, 1994;. Kleim et al, 1998;. צ'ו ג'ונס, 2000). עם זאת, ליקויים חמורים עלול עדיין להיות נוכח. לדוגמה, בעלי חיים עם נגעים גרעין דופאמין או אדום לשחזר את היכולת ללכת על משטחים חלקים או קורות צרות, אבל צעדים של כוחות הקרקע התגובה עולה כי ליקוי שלהם היא כרונית (מיור Whishaw, 1999, 2000). כי זה חושף גם ליקויים עדין מנוע הנותרים והתאמות הפיצוי, במבחן הליכה שלב הוא כלי רב ערך להערכת אובדן התאוששות של תפקוד המוח או עקב פגיעה בחוט השדרה, וכן את היתרון של גישות טיפוליות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין לנו שום דבר לגלות.

Acknowledgements

מחקר זה נתמך על ידי תרומות של המועצה למחקר רפואי, מדעי הטבע וההנדסה מועצת המחקר של קנדה, ואת רשת שבץ הקנדי. GAM נתמכה גם על ידי הקרן למורשת אלברטה למחקר רפואי.

References

  1. Chu, C. J., Jones, T. A. Experience-dependent structural plasticity in cortex heterotopic to focal sensorimotor cortical damage. Exp Neurol. 166, 403-414 (2000).
  2. Emerick, A. J., Kartje, G. L. Behavioral recovery and anatomical plasticity in adult rats after cortical lesion and treatment with monoclonal antibody IN-1. Behav Brain Res. 152, 315-325 (2004).
  3. Faraji, J., Metz, G. A. Sequential bilateral striatal lesions have additive effects on single skilled limb use in rats. Behav Brain Res. 177, 195-204 (2007).
  4. Farr, T. D., Liu, L., Colwell, K. L., Whishaw, I. Q., Metz, G. A. Bilateral alteration in stepping pattern after unilateral motor cortex injury: a new test strategy for analysis of skilled limb movements in neurological mouse models. J Neurosci Methods. 153, 104-113 (2006).
  5. Kleim, J. A., Barbay, S., Nudo, R. J. Functional reorganization of the rat motor cortex following motor skill learning. J Neurophysiol. 80, 3321-3325 (1998).
  6. Merkler, D., Metz, G. A., Raineteau, O., Dietz, V., Schwab, M. E., Fouad, K. Locomotor recovery in spinal cord-injured rats treated with an antibody neutralizing the myelin-associated neurite growth inhibitor Nogo-A. J Neurosci. 21, 3665-3673 (2001).
  7. McVea, D. A., Pearson, K. G. Stepping of the forelegs over obstacles establishes long-lasting memories in cats. Curr Biol. 17, R621-R623 (2007).
  8. Metz, G. A. S., Dietz, V., Schwab, M. E., Meent, H. vande The effects of unilateral pyramidal tract section on hindlimb motor performance in the rat. Behav Brain Res. 95, 37-46 (1998).
  9. Metz, G. A. S., Dietz, V., Schwab, M. E., Fouad, K. Efficient testing of motor function in spinal cord injured rats. Brain Res. 883, 165-177 (2000).
  10. Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Drug-induced rotation intensity in unilateral dopamine-depleted rats is not correlated with end point or qualitative measures of forelimb or hindlimb motor performance. Neuroscience. 111, 325-336 (2002).
  11. Miklyaeva, E. I., Castaneda, E., Whishaw, I. Q. Skilled reaching deficits in unilateral dopamine-depleted rats: impairments in movement and posture and compensatory adjustments. J Neurosci. 14, 7148-7158 (1994).
  12. Muir, G. D. Locomotion in The Behavior of the laboratory rat. Whishaw, I. Q., Kolb, B. Oxford University Press. Oxford. 150-161 (2005).
  13. Muir, G. D., Whishaw, I. Q. Ground reaction forces in locomoting hemi-parkinsonian rats: a definitive test for impairments and compensations. Exp Brain Res. 126, 307-314 (1999).
  14. Muir, G. D., Whishaw, I. Q. Red nucleus lesions impair overground locomotion in rats: a kinetic analysis. Eur J Neurosci. 12, 1113-1122 (2000).
  15. Riek-Burchardt, M., Henrich-Noack, P., Metz, G. A., Reymann, K. G. Detection of chronic sensorimotor impairments in the ladder rung walking task in rats with endothelin-1-induced mild focal ischemia. J Neurosci Methods. 137, 227-233 (2004).
  16. Ploughman, M., Attwood, Z., White, N., Doré, J. J., Corbett, D. Endurance exercise facilitates relearning of forelimb motor skill after focal ischemia. Eur J Neurosci. 25, 3453-3460 (2007).
  17. Thallmair, M., Metz, G. A. S., Z'Graggen, W. J., Kartje, G. L., Schwab, M. E. Functional recovery parallels enhanced plasticity of the lesioned adult CNS by antibodies to neurite growth inhibitors. Nature Neurosci. 1, 124-131 (1998).
  18. Meyenburg, J. von, Brosamle, C., Metz, G. A., Schwab, M. E. Regeneration and sprouting of chronically injured corticospinal tract fibers in adult rats promoted by NT-3 and the mAb IN-1, which neutralizes myelin-associated neurite growth inhibitors. Exp Neurol. 154, 583-594 (1998).
  19. Whishaw, I. Q., Coles, B. L., Pellis, S. M., Miklyaeva, E. I. Impairments and compensation in mouth and limb use in free feeding after unilateral dopamine depletions in a rat analog of human Parkinson's disease. Behav Brain Res. 84, 167-177 (1997a).
  20. Whishaw, I. Q., Woodward, N. C., Miklyaeva, E., Pellis, S. M. Analysis of limb use by control rats and unilateral DA-depleted rats in the Montoya staircase test: movements, impairments and compensatory strategies. Behav Brain Res. 89, 167-177 (1997b).
  21. Whishaw, I. Q., Gorny, B., Sarna, J. Paw and limb use in skilled and spontaneous reaching after pyramidal tract, red nucleus and combined lesions in the rat: behavioral and anatomical dissociations. Behav Brain Res. 93, 167-183 (1998).
  22. Z'Graggen, W. J., Metz, G. A. S., Kartje, G. L., Schwab, M. E. Functional recovery and enhanced ccrtico-fugal plasticity in the adult rat after unilateral pyramidal tract section and blockade of myelin-associated neurite growth inhibitors. J Neurosci. 18, 4744-4757 (1998).

Comments

6 Comments

  1. Could I get a detailed drawing of the ladder rung walking apparatus for my own construction
    Any one made one of these ladders . I need info to do same . 'Thank you

    Reply
    Posted by: Anonymous
    July 24, 2009 - 10:21 AM
  2. I too would like more information regarding the construction of my own ladder apparatus. I've looked at the available models and found them lacking the option to rearrange the rungs. Where did you get the clear plastic materials? I love how you've setup your assay to tease apart motor coordination from possible learning effects. I want this!!! ...please

    Reply
    Posted by: Eric R.
    October 14, 2009 - 12:04 PM
  3. I already subscribed, logged in but I still cannot access the article

    Reply
    Posted by: Enrique P.
    April 22, 2010 - 7:23 AM
  4. Please try logging out and then logging back in. If you are still having problems, please contact us at support@jove.com.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    April 22, 2010 - 7:29 AM
  5. I'm also trying to do this test but I'm a bit stuck with the analysis. What kind of program would you recommend to analyse the foot errors,...?
    Thanks!!

    Reply
    Posted by: Anonymous
    November 28, 2011 - 9:30 AM
  6. For further information on scoring procedures and the apparatus please refer to Metz and Whishaw, J Neurosci Methods 115(²), ²00² or contact the authors by email.

    Reply
    Posted by: Anonymous
    November 28, 2011 - 12:19 PM

Post a Question / Comment / Request

You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

Usage Statistics