Author Produced

Görev Yürüyüş Merdiven Basamak: Puanlama Sistemi ve Pratik Uygulama.

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

Görev yürüyen merdiven basamak yetenekli yürüme değerlendirmek ve ön ayakları ve hindlimb, yerleştirme adım ve ekstremite arası koordinasyon ölçmek için yeni bir testtir.

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

/ Inme, omurilik yaralanması, ve diğer nörodejeneratif hastalık hayvan modellerinin geliştirilmesinde ilerleme, motor fonksiyon farklı yönlerini ayrıntılı ve hareket kapasitesinin bile ince kaybını belirlemek için, yüksek hassasiyet testleri gerektirir. Test etkinliği ve çözünürlüğü artırmak için, testleri, motor fonksiyon kalitatif ve kantitatif tedbirler izni ve iyileşme dönemlerinde performans değişikliklerine duyarlı olmalıdır. Bu çalışmada sıçan yetenekli yürüme değerlendirmek için aynı zamanda ön ayakları ve hindlimb fonksiyonu ölçmek için yeni bir görev açıklamaktadır. Hayvanlar basamak boşluğu değişkendir ve periyodik olarak değiştirilmelidir üzerinde yatay bir merdiven boyunca yürümek için gereklidir. Basamak aralık değişiklikler basamaklarının mutlak ve göreli konumunu öğrenme hayvanlar önlemek ve böylece, hayvanların öğrenme yoluyla bozuklukları telafi etmek için yeteneği en aza indirmek. Buna ek olarak, basamaklara arasındaki aralığı değiştirerek testi, uzun vadeli çalışmalar tekrar tekrar kullanılmasına imkan verir. Yöntemleri uzuv yerleştirerek, adım, ortak koordinasyon da dahil olmak üzere, ön ve hindlimb performans hem nicel hem de nitel bir açıklama için açıklanmıştır. Ayrıca, telafi edici stratejileri kullanımı missteps veya başka bir uzuv yanlış yerleştirilmesini telafi edici adımlar tarafından gösterilir.

Protocol

Merdiven basamak yürüme test cihazı

Metz ve Whishaw; yürüme test cihazı yatay merdiven basamak basamaklarının arasında 1 cm'lik bir mesafe (bkz. Şekil 1 bir zemin oluşturmak için takılmış olabilir Pleksiglas ve metal basamaklara (3 mm çapında), yan duvarları , 2003). Ayrıca yan duvarlar yüksek, basamak yüksekliği ölçülür 1 m uzunluğunda ve 19 cm. Merdiven sonunda, nötr bir başlangıç ​​kafes ve bir sığınak (ev kafes) ile yerden 30 cm yükselmiş. Hayvanlar eğitim sırasında alışmış olduğu için, cihazın yükseklik anksiyete neden olma ihtimali oldu. Sokağın genişliği etrafında dönen hayvan önlemek için bir hayvan için yaklaşık 1 cm daha geniş, böylece hayvanın boyutuna göre ayarlandı.

Görevin zorluk metal basamak konumunu değiştirerek güncellenmiştir. Basamaklarının düzenli bir desen çeşitli eğitim oturumları hayvanlar üzerinde desen öğrenmek ve basamaklarının pozisyonlar (Şekil 1, A Pattern) tahmin etmek için izin verdi. Deneme yargılanma değişti düzensiz bir desen desen (Şekil 1, Desen B) öğrenme hayvan engelledi. Basamaklara düzenli olarak düzenlenmesi için, 2 cm aralıklarla aralıklı idi. Düzensiz desen için basamak mesafe 1 ile 5 cm sistematik olarak değişiyordu. Beş düzensiz basamak kalıpları şablonları aynı desen (sonuçlar) test zorluk standartlaştırmak ve sonucu karşılaştırılabilirliği geliştirmek için tüm hayvanlar için uygulanmış ve böylece kullanılmıştır.

İşitsel

Bir kamera (Canovision, Canon Inc.), Hafif bir ventral açıyla yerleştirildi, böylece her dört bacağı pozisyonları aynı anda kayıt olabilir. Obtüratör hızı 500 - 2000 s Videorecordings 30 f / s hızla kare-kare analizi kullanılarak analiz edildi.

Davranışsal eğitim ve test analizi

Hayvanları evlerine kafes ulaşmak için nötr bir kafes merdiven geçmek için eğitilmiştir littermates evde kafes yürüyüş için pozitif pekiştirici. Bütün hayvanlar aynı yönde merdiven geçti. Merdiven geçmek için daha fazla takviye hayvanlar motive etmek için verildi. Bütün hayvanlar, eğitimli ve seans başına beş kez test edildi.

Ayak hatası skorlama

(Metz ve Whishaw, 2003) daha önce açıklanan bir ayak hatası skorlama sistemi kullanılarak, ön ayakları ve hindlimb yerleştirme nitel değerlendirme yapıldı. Analizi video kayıtlarını kare kare muayene yapıldı. Sadece her uzuv ardışık adımlar incelendi. Bu nedenle, böyle bir durak veya ayak hatası gibi bir yürüyüş kesintiye ve bir kesintiden sonra ilk adım önce son adımı attı. Merdivenin sonunda yapılan son adımlama döngüsü de puanlama çıkarılmıştır. Ekstremite yerleştirme bakımından bir özledim meydana basamaklarının arasında bir basamak ve uzuv çıkıntısı uzuv yerleştirme puan oldu.

Tür basamaklara yürüyerek ya da pençe yerleştirme (bkz. Şekil 2) 7 kategori skalası kullanılarak değerlendirildi. Basamak yürüyerek ya da pençe yerleştirme konumlarını ve yerleştirme doğruluğu meydana gelen hatalar göre oylandı.

(0) Toplam özledim. 0 puan uzuv tamamen bir basamak cevapsız verildi, yani dokunma vermedi ve bir düşme oluştu. Bir sonbaharda derin arasındaki basamaklara ve vücut duruş ve denge rahatsız düşen bir uzuv olarak tanımlanmıştır.
(1) Derin kayma uzuv başlangıçta bir basamak üzerine yerleştirilir, sonra zaman ağırlık taşıyan kapalı terlik ve bir düşüş neden oldu.
(2) hafif bir kayma uzuv bir basamak üzerinde yer, zaman ağırlık taşıyan kapalı terlik, ancak düşme sonucu ne yürüyüş döngüsü kesmedi. Bu durumda, hayvanın dengesini korumak ve koordineli bir yürüyüş devam başardı.
(3) Yedek uzuv bir basamak üzerine yerleştirildi, ancak bu ağırlığı taşımaktan önce hızla kaldırdı ve başka bir basamak üzerine yerleştirilir.
(4) Düzeltme. Uzuv bir basamak amaçlayan, ancak daha sonra ilk dokunmadan başka bir basamak üzerine yerleştirilmiştir. Alternatif olarak, bir uzuv, bir basamak üzerine yerleştirilen ise 4 puan kaydedildi ve aynı basamağı kalırken hızlı bir şekilde yeniden konumlandırılmış.
(5) Kısmi yerleştirme bacak bilek ya da ön ayakları veya topuk veya hindlimb ayak parmakları iki basamak basamak yerleştirilmiştir.
(6) doğru yerleştirilmesi bir bacak palmiye midportion tam ağırlığı desteği ile basamak yerleştirilmiştir.

Farklı hataları aynı anda oluştuğu zaman, en düşük puan kaydedildi. Örneğin, bir ayak basamak ilk yerleştirilir ve daha sonra aynı adımı (skor 3) başka bir yer, ve daha sonra 1 puan süzüldü ve basamaklara (1 puan) arasında düştü ise kaydedildi. Whbir düşüş meydana geldi tr, sadece hata başlatan uzuv oylandı ve hayvan bütün uzuvları repositioned kadar diğer uzuvları hiçbiri gol oldu. Analizi için beş çalışmada hata puanları ortalamaları alındı.

Ayak yerleştirme doğruluğu analizi (hata sayısı)

Her geçerken hataların sayısı sayılmıştır. Hatalar ayak hatası skorlama sistemi göre belirlenmiştir. 0, 1 veya 2 puan bir puan alan her uzuv yerleşim olarak tanımlanan bir hata, bir hata, ayağı kayma veya toplam özledim her türlü temsil eder yani. Hataları ve adım sayısı, her bacak için ayrı ayrı kaydedildi. Bu verilere göre, adım başına hataların ortalama sayısı hesaplanmış ve beş denemeleri için ortalama. Analiz ikinci nicel parametre merdiven görevi tüm uzunluğu geçmek için gerekli ortalama süre oldu. Zaman ölçümü hayvan merdiven yerleştirildi sonra başlayan ve tüm uzunluğu yürümeye başladı. Bir hayvan, bir stop harcanan zaman ölçüm dahil değildi.

Forepaw haneli puan

Forepaw haneli skor pençe, bir basamak üzerindeki midportion (yani, ayak hatası skorlama sistemi skor 6) ile doğru yerleştirildi kaydedildi. Forepaw rakamlar etrafında fleksiyon bir basamak olabilir derecesi (Şekil 2), üç noktalı bir ölçekte oylandı. Puan ön ayakları bir basamak üzerinde dikey olarak konumlandırılmış, yani maksimum ağırlık desteği ile pozisyon uygulandı. Puanlar şöyle verildi:
(0) Rakamlar yaklaşık 90 derecelik bir açı kapattı.
(1) Rakamlar yaklaşık 45 derecelik bir açı kapattı.
(2) Rakamlar tamamen basamak çevresinde fleksiyondayken.
Beş adım puanları ortalaması ve analizi için kullanılır.

Şekil açıklamaları

Şekil 1

Şekil 1 frontolateral görünümünde test aparatı yürüyüş yetenekli cihazın ölçülerini, merdiven basamak belirtti. Bu çalışmada iki farklı basamak desen kullanılmıştır: Desen, düzenli basamak düzenleme, Desen B, düzensiz basamak düzenleme. Düzensiz basamak düzenleme ardışık denemeler arasında değişmektedir.

Şekil 2

Şekil 2. Temsilcisi fotoğraflar haneli skor üç kategoride gösteren. Tam ağırlık desteği ön ayakları ile ilgili basamak açısı Not.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Bu çalışmada, yetenekli yürüyüş, bacak yerleştirme ve bacak koordinasyonu değerlendirmek için yeni bir test olarak görev yürüyen merdiven basamak tanıttı. Görev yürüyen merdiven basamak nitelikli yürüme kalitatif ve kantitatif analiz birleştirerek ince motor fonksiyon bozuklukları arasında ayırım sağlar. Bozuklukların daha açıklayıcı bir hesap için kullanılan video analiz prosedürü ve bir basamak açgözlü Bu yazıda anlatılan basit bir derecelendirme ölçeği ekstremite yerleşimi ve haneli fleksiyon herhangi bir hata ortaya koymaktadır. Insan trafiği hataların sayısını sayma Niteliksel analizler yaptı ve zaman cihazın geçmek gerekiyordu. Bu önlemler, ayak yerleştirme doğruluk ve hane kullanımı etkin bir ve geçerli muayene izin verir.

Rotorod yürüme testleri, kiriş yürüme, silindir testi, yürüme analizi ve zemin reaksiyon kuvvet analizi (Muir, 2005) de dahil olmak üzere bir dizi yürüyüş testleri vardır. Bu testlerin her uzuv yerleştirme davranış analizi için yararlı bir parçası. Ancak mevcut test protokolü için güç bir dizi vardır. İlk olarak, test hayvanlar motivasyon için herhangi bir yiyecek veya su kısıtlaması gerektiren çünkü spontan yürüyüş, incelenmek üzere izin verir. İkincisi, basamaklara boyunca adım adım ve açgözlü hem de analiz için izin vererek, hassas ayak yerleştirme ve açgözlü gerektirir. Basamaklara boşluk çeşitlidir, çünkü en önemlisi, mevcut test devam eden hareketlilik için bir meydan okuma sağlar. Varyasyon adım desenleri (McVea ve Pearson, 2007) devam eden yürüyüş ve / veya bellek meydan okumak için kullanılabilir.

Merdiven basamağı yürüme testi gücü ön ve hindlimb kullanmak ve ön beyin kontrolü gerektiren bozukluğu maskesini hem yeterince ince kronik bozukluklar ortaya çıkarmak için zorlu olduğunu. Görevin düzensiz basamak durum, hayvanlar, basamak konumu tahmin ve belirli bir yürüyüş deseni öğrenme yeteneğine sahip değildir. Sonuç olarak, her adım pençe yerleşim ayarlama, adım uzunluğu ve vücut ağırlığı dağılımı gerektirir. Normal hayvanlar birkaç deneme içinde düzensiz bir basamak deseni ayarlamak mümkün olsa da, motor sistemi lezyonu olan hayvanlarda bu yeteneği sınırlıdır. Düzensiz basamak düzenleme de hayvanların değişen basamak mesafelerde düzenli bacak koordinasyon adapte olduğunu gerektirir. Ekstremite ortak koordinasyon uyum sağlamak için, hayvanlar onların kilo destek kontrol etmek için hızlı bir şekilde herhangi bir uzuv yerleştirme hata düzeltmek için var. Tek taraflı bir lezyon sonra, hayvanların kısmen sağlam bacaklarda ağırlık desteği ile yerleştirme hataları telafi. Sonuç olarak, merdiven basamak yürüme testi sağlam tarafta ayak yerleşim hataları ortaya çıkararak tazminat ölçebilirsiniz.

Farr ve ark; Rieck-Burchardt ve ark, 2004;. Yürüme testi basamak inme sıçan modelleri (Emerick ve Kartje, 2004 de dahil olmak üzere, motor sistemi, yetişkin ve yenidoğan lezyonlar sonra kronik hareket açıkları, duyarlı olmaya gösterildiği olmuştur 2006; Ploughman ve diğerleri, 2007), Parkinson hastalığı (Metz ve Whishaw, 2002; Faraji ve Metz, 2007) ve spinal kord yaralanması (Z'Graggen ve ark, 1998; Merkler ve ark, 2000).. Ayrıca, merdiven basamak yürüme görev gibi hafif stres (Metz) ve hatta diyet değişiklikleri (Smith ve Metz, 2005) gibi fizyolojik değişkenler tarafından oluşturulan ince motor performansı değişiklikleri algılar. Rat modellerinde ek olarak, görev farelerde yetenekli yürüyüş (Farr ve ark, 2006) çalışmak için de yararlıdır. Bu testi kullanarak Dikkat hayvanların ağırlık taşıyan adımları gerçekleştirmek için basamak görevi yürüme gibi ciddi spinal kord lezyonları (Metz ve ark, 2000) test edilmektedir kullanılması gerekir.

Miklyaeva ve ark, 1994;. Kleim ve ark, 1998; Chu ve motor sistemi lezyonu olan hayvanlar yetenekli hareketleri (Whishaw ve ark, 1997a, b, 1998 lezyon kaynaklı açıkları telafi etmek için mümkün olduğu önemli bir kanıt yoktur Jones, 2000). Bununla birlikte, ciddi bozukluklar hala mevcut olabilir. Örneğin, dopaminerjik veya kırmızı nükleus lezyonu olan hayvanlar, pürüzsüz yüzeyler veya dar kirişler üzerinde yürüme yeteneğine iyileşir, ancak zemin reaksiyon kuvvetleri tedbirleri kendi yetmezliği (Muir ve Whishaw, 1999, 2000), kronik olduğunu ortaya koymaktadır. Hatta ince kalan motor defisiti ve telafi edici ayarlamalar ortaya koymaktadır, çünkü basamak yürüme testi, beyin veya omurilik yaralanması nedeniyle fonksiyon kaybı ve kurtarma ve tedavi yaklaşımları yararına değerlendirmek için değerli bir araçtır.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Biz ifşa etmek için bir şey var.

Acknowledgements

Bu araştırma, Tıp Araştırma Konseyi, Doğa Bilimleri ve Kanada'nın Mühendislik Araştırma Konseyi ve Kanada İnme Ağ hibeler, tarafından desteklenmiştir. GAM Tıbbi Araştırma Alberta Heritage Vakfı tarafından desteklenmiştir.

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