Author Produced

Лестница Rung Прогулки Задача: Система подсчета очков и ее практическое применение.

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

Лестницы ступени ходьбе задача нового теста для оценки квалифицированных ходьбе и измерить и передних конечностей и задних конечностей размещения, степпинг, и между конечности координации.

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

Прогресс в развитии животных моделей для / инсульт, травмы спинного мозга, и других нейродегенеративных заболеваний требует испытания высокой чувствительностью к разработке различных аспектов моторной функции и определить даже небольшие потери мощности движения. Для повышения эффективности и разрешение тестирования, тесты должны позволить качественные и количественные показатели моторной функции и быть чувствительными к изменениям в производительности во время восстановления периоды. Данное исследование описывает новую задачу для оценки квалифицированных ходить в крысу, чтобы измерить и передних конечностей и задние конечности функции одновременно. Животные должны пройти по горизонтальной лестнице, по которой расстояние между ступеньками является переменной и периодически меняются. Изменения в ступени расстояния предотвратить животных от обучения абсолютное и относительное расположение ступеньки и так минимизировать способность животных, чтобы компенсировать нарушения путем обучения. Кроме того, изменение расстояния между ступенями позволяет тестов, которые будут использоваться неоднократно в долгосрочные исследования. Описаны методы количественного и качественного описания и исполнения передних и задних конечностей, в том числе конечностей размещения, степпинг, координации. Кроме того, использование компенсаторные стратегии указывается оплошности или компенсационной меры в ответ на неправильное другой конечности.

Protocol

Лестницы ступени ходьбе испытательное оборудование

Горизонтальные ступеньки лестницы ходьбе тест установка состояла из боковых стен из прозрачного плексигласа и металлические ступеньки (3 мм в диаметре), которые могут быть вставлены для создания этаж с минимального расстояния 1 см между ступеньками (см. рис 1;. Мец и Whishaw , 2003). Боковые стены были длиной 1 м и 19 см в высоту измеряется от высоты перекладины. Лестница была возведена 30 см над землей с нейтральным клетка начала и приют (дом клетка) в конце. Потому что животные привыкли во время тренировки, высота аппарата вряд ли могут вызвать беспокойство. Ширина аллеи доводили до размера животного, так что она составляла около 1 см шире, чем животное, чтобы предотвратить животное от оборачиваясь.

Сложность этой задачи был изменен путем изменения положения металла ступеньки. Закономерность ступеней позволили животным, чтобы узнать образец в течение нескольких тренировок и предвидеть положение ступеньки (рис. 1, Pattern). Нерегулярный рисунок, который был изменен от испытания к испытанию предотвратить животных от обучения картина (рис. 1, Pattern B). Для регулярного расположения, ступени находились на расстоянии в 2-сантиметровыми интервалами. Для нерегулярный, расстояние ступеней разнообразны систематически от 1 до 5 см. Пять шаблонов нерегулярной ступени были использованы, так что же модели были применены ко всем животным стандартизировать трудность тестирования и повышения сопоставимости результатов (см. результаты).

Видеозапись

Камеры (Canovision, Canon Inc) была расположена под небольшим углом вентральной, так что позиции всех четырех конечностей может быть записана одновременно. Выдержка была установлена ​​на уровне 500 - 2000 С. Видеозаписи анализировались с помощью кадра за кадром анализа при 30 к / сек.

Поведенческие обучение и анализ результатов испытаний

Животные были обучены, чтобы пересечь лестнице от нейтральной клетку, чтобы достичь своего дома клетке, так что домой клетку с однопометников при условии положительного подкрепления для прогулок. Все животные пересекли лестнице в том же направлении. Нет дальнейшему укреплению было дано мотивировать животных пересечь лестнице. Все животные были обучены и испытаны в пять раз за сессию.

Ноги забив вине

Качественной оценки размещения передних конечностей и задних конечностей проводили с использованием ног балльной системы вины, как это было описано ранее (Мец и Whishaw, 2003). Анализ был сделан осмотр видеозаписи кадр за кадром. Только последовательные шаги каждой конечности были проанализированы. Таким образом, последний шаг перед походка перерыва, такие, как остановить или ногой вина, и первым шагом после перерыва не забили. Последний цикл степпинг осуществляется в конце лестницы был также исключен из скоринга. Лимб размещения был забит с точки зрения конечности размещение на ступеньки и конечностей выступ между ступеньками, когда пропустить произошло.

Типы пешком или лапу размещение на ступеньках были оценены использованием 7-категории шкале (см. рис. 2). Ноги и лапы размещения на перекладине была оценена в соответствии с их положением и ошибки, которые произошли в размещении точности.

(0) Всего пропустить. 0 баллов получили, когда конечности полностью пропустил ступени, то есть не прикасайтесь к ним, и падение произошло. Падение было определено как конечности глубоко падение в период между ступенями и положение тела и баланс был нарушен.
(1) Глубокое скольжения. Конечности изначально размещены на ступень, а затем соскользнул, когда несущие и вызвал падение.
(2) незначительные скольжения. Конечности был сделан на ступеньку, соскользнула, когда веса, но не привело к падению, ни прерывания цикла походки. В этом случае животное удалось сохранить баланс и продолжать скоординированные походки.
(3) замены. Конечности был сделан на ступень, но до того, как вес, имеющий она быстро поднята и установлена ​​на другой ступени.
(4) коррекции. Конечности направленных для одной ступени, но затем был сделан на другой ступени, не касаясь первого. Кроме того, 4 балла был зафиксирован, если конечности был сделан на ступеньки и быстро перемещены, оставаясь на той же ступени.
(5) Частичное размещение. Конечности был сделан на ступень или с запястья или цифры передних конечностей или пятки или пальцы задних конечностей.
(6) Правильное положение. Средняя часть из ладони конечностей был сделан на ступень, с полной поддержкой веса.

При различных ошибок в то же время, самый низкий из оценки был записан. Например, если нога была впервые размещены на ступень, а затем помещается на другой в том же шаге (3 балла), а потом поскользнулся и упал в период между ступенями (оценка 1), 1 балл был записан. Белыйан падение произошло, только конечности инициирование ошибки была оценена, и никто из других конечностей был забит до животного были перемещены все конечности. Ошибка оценки пяти исследований были усреднены для анализа.

Ноги анализ точности размещения (количество ошибок)

Количество ошибок в каждом пересечении подсчитывали. Ошибки были определены на основе балльной системы ногой вине. Ошибка была определена как каждой конечности размещения, которые получили счетом 0, 1 или 2 балла, то есть ошибка представляет любой ноге соскользнуть или общего пропустить. Количество ошибок и число шагов, был записан для каждой конечности в отдельности. Исходя из этих данных, среднее количество ошибок на шаг был рассчитан и в среднем в течение пяти испытаний. Второй количественный параметр был проанализирован среднем время, необходимое, чтобы пересечь всю длину лестницы задачи. Время измерения начались после животного был сделан на лестницу и стал ходить по всей длине его. Время, проведенное в животных остановка не была включена в измерения.

Передней лапой цифра оценка

Передней лапой цифра оценка была записана, когда лапа была помещена правильно с его средняя часть на ступени (т.е. оценка 6 в ногу системы скоринга вине). Степень, в которой цифры передней лапой может быть согнутым вокруг ступень была оценена в три-балльной шкале (рис. 2). Оценка была применена к позиции с максимальной поддержки веса, то есть передняя конечность была расположена вертикально на ступеньку. Оценки были даны следующим образом:
(0) Цифры закрыта в приблизительный 90-градусный угол.
(1) Цифры закрытыми в приближенном 45 градусов.
(2) цифры полностью согнуты вокруг ступени.
Десятки пять шагов были усреднены и используются для анализа.

Рис легенды

Рисунок 1

Рис 1. Квалифицированных стремянка ходьбе испытаний аппарата в frontolateral зрения, с конкретными измерения аппарата указано. Два разных форм ступени использовались в настоящем исследовании: Структура, правильное расположение ступени, Pattern B, нерегулярное расположение ступени. Нерегулярное расположение ступеньки колебалась от последовательных испытаний.

Рисунок 2

Рис. 2. Представителю фотографий, иллюстрирующих три категории цифр счета. Обратите внимание на угол цифры по отношению к передней лапе, когда в полной поддержкой веса.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Настоящее исследование представляет ступени лестницы ходьбе задача, как новый тест для оценки квалифицированных ходьбу, конечность размещения и конечностей координации. Лестницы ступени ходьбе задачи позволяет дискриминации между тонкие нарушения моторной функции, объединяя качественный и количественный анализ квалифицированных ходьбе. Процедура видеоанализа могут быть использованы для более описательный учет нарушений, и простой шкале описанных в этой статье показывает, что ошибки в размещении конечностей и цифр при сгибании схватив ступени. Качественный анализ подсчета количества топот ошибок и время, необходимое для пересечения аппарата. Эти меры позволяют эффективным и действительным обследование стопы точность размещения и использования цифр.

Есть целый ряд испытаний ходьбе, в том числе испытания rotorod ходьба, ходьба луч, цилиндр тестирования и анализа походки, и наземные силы реакции анализа (Muir, 2005). Каждый из этих тестов можно с пользой фрагмент конечности размещения для поведенческого анализа. Есть целый ряд сил для настоящего протокола тестирования, однако. Во-первых, тест позволяет спонтанного ходьба должны быть рассмотрены, потому что животные не требуют пищи и воды лишений для мотивации. Во-вторых, перешагнув через ступеньки требует точного размещения ногой и хватание, что позволяет анализ как степпинг и захватывающей. Самое главное, настоящий тест дает вызов текущих передвижения, поскольку расстояние между ступеньками варьируется. Изменения могут быть использованы для текущих вызов ходьбе и / или память о степпинге шаблонов (McVea и Пирсон, 2007).

Сила лестницы ступени ходьбе теста является то, что он достаточно сложно выявить тонкие хронических нарушений в обеих передних и задних конечностей использования и разоблачать нарушения, которые требуют контроля переднего мозга. В нарушений в ступени задачу, животные не способны предвидеть ступени месте и обучение определенной схеме походки. Следовательно, каждый шаг требует корректировки в лапу размещения, длину шага, а в распределении массы тела. Хотя нормальные животные способны адаптироваться к нерегулярный ступени в течение нескольких испытаний, эта способность ограничена у животных с поражением опорно-двигательного аппарата. Нерегулярное расположение ступени также требует, чтобы животные приспосабливаются их регулярных конечностей координации на изменение расстояния ступени. Для того, чтобы адаптироваться конечностей координации, животные должны контролировать свой вес поддержки быстро исправить за любые ошибки размещения конечности. После одностороннего поражения, животные частично компенсировать размещение ошибки с помощью нетронутыми конечностей для веса поддержки. Следовательно, лестницы ступени ходьбе тест может измерять компенсации, открывая ногой ошибки размещения на интактной стороне.

Ступень ходьбе теста показали, чтобы быть чувствительным к хроническому дефициту движения после взрослых и новорожденных поражений опорно-двигательного аппарата, в том числе крыс модели инсульта (Эмерик и Kartje, 2004; Rieck-Burchardt и др., 2004;.. Фарр и др., 2006; Пахарь и др., 2007), болезни Паркинсона (Мец и Whishaw, 2002;. Faraji и Мец, 2007), и травмы спинного мозга (Z'Graggen и др., 1998;. Merkler и др., 2000).. Кроме того, ходьба лестницы ступени задача обнаруживает изменения в хорошую производительность двигателя индуцированных физиологических переменных, таких как мягкий стресс (Metz) и даже изменения в диете (Смит и Мец, 2005). В дополнение к модели крысы, задача также полезны для изучения квалифицированных ходьбе у мышей (Фарр и соавт., 2006). Осторожно с помощью этого теста должна быть использована, если тяжелые поражения спинного мозга проходят испытания (Мец и соавт., 2000), как ступень ходьбе задача требует, что животные способны выполнять несущие шагов.

Существует немало доказательств того, что животные с поражением опорно-двигательного аппарата способны компенсировать поражение вызванной дефицитом квалифицированных движений (Whishaw и др., 1997а, б, 1998;. Микляева и др., 1994;. Kleim и др., 1998;. Чу и Jones, 2000). Тем не менее, тяжелыми нарушениями все еще может присутствовать. Например, животные с дофаминергической или красные повреждения ядра восстановить способность ходить на гладких поверхностях или узких пучков, но меры сухопутные силы реакции показывают, что их нарушение является хроническим (Muir и Whishaw, 1999, 2000). Потому что она показывает даже тонкие оставшиеся двигателя дефицита и компенсационные корректировки, тест ступени ходьба является ценным инструментом для оценки потерь и восстановления функции из-за головного мозга или спинного мозга, и в интересах подходы к лечению.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Нам нечего раскрывать.

Acknowledgements

Это исследование было поддержано грантами от Совета медицинских исследований, естественным наукам и инженерным исследованиям Совета Канады, и канадские Stroke Сети. GAM была также поддержана Наследие Альберты Фонда медицинских исследований.

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