Author Produced

De Ladder Rung Walking Taak: een scoresysteem en de praktische toepassing.

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

De ladder trede lopen taak is een nieuwe test om geschoolde lopen te beoordelen en meten van zowel de voorpoot en achterbeen plaatsen, steppen, en inter-ledematen coördinatie.

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

Vooruitgang in de ontwikkeling van diermodellen voor / slag, dwarslaesie, en andere neurodegeneratieve ziekte vereist tests van hoge gevoeligheid voor verschillende aspecten van de motorische functies te werken en zelfs subtiele verlies van beweging capaciteit te bepalen. Ter verbetering van effectiviteit en de resolutie van het testen, moeten de tests mogelijk kwalitatieve en kwantitatieve maatregelen van de motorische functie en zijn gevoelig voor veranderingen in de prestaties tijdens het herstel periodes. De huidige studie beschrijft een nieuwe taak geschoolde lopen te beoordelen in de rat om zowel voorpoot en achterbeen functie te meten op hetzelfde moment. Dieren zijn verplicht om te wandelen langs een horizontale ladder waarop de afstand tussen de sporten is variabel en wordt periodiek gewijzigd. Veranderingen in de sport ruimte te voorkomen dat dieren uit het leren van de absolute en relatieve locatie van de sporten en dus het minimaliseren van de mogelijkheid van de dieren om voor bijzondere waardeverminderingen te compenseren door te leren. Daarnaast, het veranderen van de afstand tussen de sporten kan de test herhaaldelijk worden gebruikt in de lange-termijn studies. Methoden zijn beschreven voor zowel kwantitatieve als kwalitatieve beschrijving van zowel de voor-en achterbeen prestaties, met inbegrip ledematen plaatsen, stepping, coördinatie. Verder wordt het gebruik van compenserende strategieën aangegeven door misstappen of compenserende maatregelen in reactie op een ander ledemaat misplaatsing's.

Protocol

Ladder sport lopen testapparatuur

De horizontale ladder trede looptest apparaat bestond uit zijwanden gemaakt van helder plexiglas en metaal sporten (3 mm diameter), die kan worden ingebracht om een ​​vloer te creëren met een minimale afstand van 1 cm tussen de sporten (zie figuur 1;. Metz en Whishaw , 2003). De zijwanden waren 1 meter lang en 19 cm hoog gemeten vanaf de hoogte van de sporten. De ladder werd verheven 30 cm boven de grond met een neutrale start kooi en een schuilplaats (kooi) aan het eind. Omdat de dieren werden gewend tijdens de training, de verheffing van het apparaat was waarschijnlijk niet om angst te veroorzaken. De breedte van het steegje was aangepast aan de grootte van het dier, zodat het was ongeveer 1 cm breder dan een dier om het dier te voorkomen dat ze rond.

De moeilijkheid van de taak werd gewijzigd door het variëren van de positie van de metalen sporten. Een regelmatige patroon van de sporten kon de dieren om het patroon te leren over meerdere trainingen en om de positie van de treden (Fig. 1, Patroon A) te anticiperen. Een onregelmatig patroon, dat werd veranderd van proef tot proef voorkomen dat het dier uit het leren van de patroon (afb. 1, Patroon B). Voor de regelmatige rangschikking, waren de sporten een onderlinge afstand van 2 cm intervallen. Voor het onregelmatige patroon, de afstand van de sporten varieerde systematisch van 1 tot 5 cm. Vijf templates van onregelmatige sport patronen werden gebruikt, zodat dezelfde patronen werden toegepast voor alle dieren om de moeilijkheidsgraad van de test te standaardiseren en de vergelijkbaarheid van de uitkomsten te verbeteren (zie resultaten).

Videorecording

Een camera (Canovision, Canon Inc) was geplaatst op een lichte buik hoek, zodat posities van alle vier de ledematen kunnen tegelijkertijd worden opgenomen. De sluitertijd is vastgesteld op 500 - 2000 s. De videorecordings werden geanalyseerd met behulp van beeld-voor-beeld analyse bij 30 f / sec.

Behavioral training en test analyse

De dieren werden getraind om de ladder van een neutrale kooi te steken naar hun huis kooi te komen, zodat de kooi met nestgenoten op voorwaarde dat de positieve versterking om te wandelen. Alle dieren stak de ladder in dezelfde richting. Geen verdere versterking werd gegeven aan de dieren te motiveren om de ladder te steken. Alle dieren werden getraind en getest vijf keer per sessie.

Voetfout scoren

De kwalitatieve evaluatie van de voorpoot en achterbeen plaatsing werd uitgevoerd met behulp van een voetfout scoringssysteem, zoals eerder beschreven (Metz en Whishaw, 2003). De analyse werd gemaakt door de inspectie van het video-opnamen beeld-voor-frame. Alleen opeenvolgende stappen van elk ledemaat werden geanalyseerd. Daarom werden de laatste stap voordat een gang onderbreking, zoals een stop of een voetfout, en de eerste stap na een onderbreking niet gescoord. De laatste stap cyclus uitgevoerd op het einde van de ladder is eveneens uitgesloten van de scoren. Limb plaatsing werd gescoord in termen van ledematen plaatsing op een sport-en ledematen uitsteeksel tussen sporten als een misser heeft plaatsgevonden.

De aard van de voet of poot plaatsing op de sporten werden beoordeeld met behulp van een 7-categorie schaal (zie Fig. 2). Te voet of poot plaatsing op de sport werd gewaardeerd op basis van hun positie en de fouten die zijn opgetreden in de plaatsing van nauwkeurigheid.

(0) Totaal missen. 0 punten werden gegeven wanneer de ledemaat volledig een trede gemist, was dus niet aanraken, en een daling opgetreden. Een daling werd gedefinieerd als een ledemaat diep vallen in-tussen sporten en de lichaamshouding en balans werden verstoord.
(1) Deep slip. Het lichaamsdeel was in eerste instantie op een trede, daarna gleed als dragende en veroorzaakte een val.
(2) Lichte slip. Het ledemaat werd geplaatst op een trede, gleed wanneer het gewicht lager, maar resulteerde niet in een val, noch onderbreken de voetafwikkeling. In dit geval, het dier was in staat om het evenwicht te bewaren en een coördinatie van het lopen voort te zetten.
(3) vervangen. Het ledemaat werd geplaatst op een trede, maar voordat het werd gewichtdragende het was al snel opgeheven en geplaatst op een andere sport.
(4) correctie. De ledematen bedoeld voor een sport, maar werd vervolgens geplaatst op een andere trede, zonder het aanraken van de eerste. Als alternatief werd een score van 4 opgenomen als er een ledemaat werd geplaatst op een sport en werd al snel verplaatst terwijl zij zich op dezelfde trede.
(5) Gedeeltelijke plaatsing. Het ledemaat werd geplaatst op een sport met of pols of cijfers van de voorpoot of hiel of tenen van het achterbeen.
(6) juiste plaatsing. De midportion van de palm van een ledemaat werd geplaatst op de trede met volledige gewicht te ondersteunen.

Wanneer verschillende fouten zijn opgetreden op hetzelfde moment, was de laagste van de scores opgenomen. Zo werd als een voet werd voor het eerst geplaatst op een sport en dan op een ander in dezelfde stap (score 3), en vervolgens gleed uit en viel in-tussen de sporten (score 1), een score van 1 opgenomen. When een daling opgetreden, alleen de ledematen het inleiden van de fout werd gewaardeerd en geen van de andere ledematen werd gescoord totdat het dier had verplaatst alle ledematen. Fout scores van de vijf onderzoeken waren gemiddeld voor analyse.

Foot plaatsing nauwkeurigheid analyse (aantal fouten)

Het aantal fouten in elke kruising werd geteld. Fouten werden bepaald op basis van de voet fout scoring systeem. Er is een fout werd gedefinieerd als elke ledemaat plaatsing die een score van 0, 1 of 2 punten gekregen, dat wil zeggen een fout staat voor elke vorm van mond slip of totale missen. Het aantal fouten en het aantal stappen is opgenomen voor elk ledemaat afzonderlijk. Uit deze gegevens werd het gemiddelde aantal fouten per stap berekend en gemiddeld voor vijf proeven. De tweede analyse van kwantitatieve parameter was de gemiddelde tijd die nodig is om de gehele lengte van de ladder taak over te steken. Tijdmeting gestart nadat het dier werd geplaatst op de ladder en liep de hele lengte van het. De tijd die een dier doorgebracht in een stop was niet opgenomen in de meting.

Voorpoot digit score

De voorpoot cijfer score werd opgenomen toen de poot goed was geplaatst met haar midportion op een trede (dwz score 6 in de voetfout scoring systeem). De mate waarin de cijfers van de voorpoot kan worden gebogen rond een sport werd gewaardeerd in een drie-punts schaal (afb. 2). De score werd toegepast op de positie met het maximale gewicht te ondersteunen, dat wil zeggen de voorpoot verticaal werd geplaatst op een sport. De scores werden als volgt:
(0) cijfers gesloten in een ongeveer 90 graden.
(1) cijfers gesloten in een ongeveer 45 graden.
(2) cijfers volledig gebogen rond de sport.
Scores van de vijf stappen werden gemiddeld en gebruikt voor analyse.

Figuur legendes

figuur 1

Fig. 1. De vakman ladder trede looptest apparaat in de frontolateral uitzicht, met de specifieke afmetingen van het apparaat aangegeven. Twee verschillende sport patronen werden gebruikt in de onderhavige studie: Patroon A, reguliere sport regeling, Patroon B, onregelmatig sport arrangement. De onregelmatige sport regeling varieerde tussen opeenvolgende proeven.

figuur 2

Fig. 2. Representatieve foto's ter illustratie van de drie categorieën van het cijfer scoren. Let op de hoek van de cijfers met betrekking tot de voorpoot toen in volle gewicht te ondersteunen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De huidige studie introduceert de ladder trede lopen taak als een nieuwe test om geschoolde wandelen, ledematen plaatsing en ledematen coördinatie te beoordelen. De ladder trede lopen taak maakt onderscheid tussen subtiele stoornissen van de motorische functie door het combineren van kwalitatieve en kwantitatieve analyse van geschoolde lopen. De video-analyse procedure kan worden gebruikt voor een meer beschrijvend rekening van stoornissen, en de eenvoudige rating scale beschreven in dit document blijkt dat er fouten in de ledematen plaatsing en cijfers flexie wanneer grijpen een sport. Kwalitatieve analyses tellen van het aantal voetstappen fouten gemaakt en de tijd die nodig is om het apparaat te steken. Deze maatregelen die een efficiënte en valide onderzoek van de voet plaatsing nauwkeurigheid en cijfers gebruiken.

Er zijn een aantal tests van lopen, met inbegrip van tests van rotorod wandelen, balk lopen, cilinder testen, en ganganalyse, en op de grond reactie kracht analyse (Muir, 2005). Elk van deze testen kan nuttig fragment ledemaat plaatsing voor gedragsanalyse. Er zijn een aantal van kracht voor de huidige testprotocol, echter. Ten eerste, de test laat spontaan lopen te worden onderzocht, omdat de dieren vereisen geen voedsel of water ontbering voor de motivatie. Ten tweede, stap over de sporten vereist nauwkeurige plaatsing en voet grijpen, waardoor de analyse van zowel de stepping en grijpen. Het belangrijkste is dat de huidige test geeft een uitdaging om continue beweging, omdat de afstand van de sporten is gevarieerd. De variatie kan worden gebruikt om lopende wandel-en / of het geheugen van de tijdelijke patronen (McVea en Pearson, 2007) uitdaging.

De kracht van de ladder trede looptest is dat het voldoende is een uitdaging om subtiele chronische stoornissen openbaren in zowel de voor-en achterbeen gebruik en ontmaskert bijzondere waardeverminderingen die voorhersenen controle nodig hebben. In de onregelmatige sport conditie van de taak, de dieren zijn niet in staat te anticiperen op de sport locatie en het leren van een specifiek looppatroon. Bijgevolg is elke stap vereist aanpassing in de poot plaatsing, paslengte, en in de verdeling van het lichaamsgewicht. Terwijl de normale dieren zijn in staat om aan een onregelmatig patroon aan te passen sport binnen een paar keer proberen, is dit vermogen beperkt is bij dieren met een motorische systeem laesie. De onregelmatige sport regeling vereist ook dat de dieren hun reguliere ledematen coördinatie aan te passen aan veranderende sport afstanden. Om de ledematen coördinatie aan te passen, dieren hebben om hun gewicht te ondersteunen controle om snel te corrigeren voor een van de extremiteiten plaatsing fout. Na een unilaterale laesie, dieren gedeeltelijke compensatie voor plaatsing van fouten met behulp van de intacte ledematen voor het gewicht te ondersteunen. Bijgevolg kan de ladder trede looptest te meten vergoeding door de onthulling van voet plaatsing fouten op de intacte zijde.

De sport walking test is gebleken dat gevoelig is voor chronische tekorten beweging na de volwassene en pasgeborene letsels aan de motor systeem, met inbegrip rat modellen van een beroerte (Emerick en Kartje, 2004; Rieck-Burchardt et al., 2004;.. Farr et al., 2006; Ploeger et al., 2007), de ziekte van Parkinson (Metz en Whishaw, 2002;. Faraji en Metz, 2007), en het ruggenmerg letsel (Z'Graggen et al., 1998;. Merkler et al., 2000).. Bovendien is de ladder trede lopen taak detecteert veranderingen in de fijn-motorische prestaties veroorzaakt door fysiologische variabelen, zoals milde stress (Metz) en zelfs veranderingen in dieet (Smith en Metz, 2005). Naast de rat modellen, de taak is ook handig voor het bestuderen van geschoold wandelen in muizen (Farr et al., 2006).. Let op het gebruik van deze test moet worden gebruikt als een ernstige dwarslaesie worden getest (Metz et al.., 2000), aangezien de sport lopen taak noodzakelijk is dat dieren in staat zijn om dragende stappen uit te voeren.

Er is substantieel bewijs dat dieren met een motorische systeem laesie in staat zijn om voor de laesie-geïnduceerde tekorten te compenseren in vakkundige bewegingen (Whishaw et al., 1997a, b, 1998;. Miklyaeva et al., 1994;. Kleim et al., 1998;. Chu en Jones, 2000). Toch kan ernstige beperkingen nog steeds aanwezig zijn. Bijvoorbeeld, dieren met dopaminerge of rode kern letsels herstellen het vermogen om te lopen op gladde oppervlakken of smalle balken, maar maatregelen van de grond reactie krachten laten zien dat hun beperking chronisch is (Muir en Whishaw, 1999, 2000). Omdat het laat zien zelfs subtiele resterende motorische stoornissen en compenserende aanpassingen, de sport looptest is een waardevol instrument voor de beoordeling van het verlies en herstel van functie als gevolg van hersenen of ruggenmerg letsel, en het voordeel van de behandeling benaderingen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

We hebben niets te onthullen.

Acknowledgements

Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van de Medical Research Council, het Natural Sciences and Engineering Research Council van Canada, en de Canadese Stroke Network. GAM werd ook gesteund door de Alberta Heritage Foundation for Medical Research.

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