Author Produced

Il ramo Ladder Walking attività: un sistema di punteggio e la sua applicazione pratica.

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

Il ramo scala camminare compito è un nuovo test per valutare a piedi qualificati e misurare sia degli arti posteriori e la zampa anteriore collocamento, passo-passo, e tra arti coordinamento.

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

Progressi nello sviluppo di modelli animali per / ictus, lesioni del midollo spinale, e di altre malattie neurodegenerative richiede test ad alta sensibilità per elaborare aspetti distinti della funzione motoria e per determinare la perdita anche di sottile capacità di movimento. Per migliorare l'efficacia e la risoluzione dei test, i test dovrebbero consentire misure qualitative e quantitative della funzione motoria e di essere sensibile ai cambiamenti nelle prestazioni durante i periodi di recupero. Il presente studio descrive un nuovo compito per valutare camminare abile nel ratto di misurare sia la zampa anteriore e la funzione degli arti posteriori, allo stesso tempo. Gli animali sono tenuti a camminare lungo una scala orizzontale su cui la distanza tra i gradini è variabile e viene periodicamente cambiata. Variazioni nella spaziatura gradino evitare che gli animali imparando la posizione assoluta e relativa dei pioli e quindi minimizzare la capacità degli animali di compensare la disabilità attraverso l'apprendimento. Inoltre, cambiando la distanza tra i pioli consente la prova di essere utilizzato più volte in studi a lungo termine. I metodi sono descritti per la descrizione sia quantitativi che qualitativi di prestazioni anteriori e degli arti posteriori, tra cui arti collocare, passo-passo, la coordinazione. Inoltre, l'uso di strategie di compensazione è indicata da passi falsi o fasi di compensazione in risposta a un altro smarrimento dell'arto.

Protocol

Scala a pioli camminando apparecchiatura di prova

Il ramo scala orizzontale a piedi apparecchiatura di prova consisteva di pareti laterali in plexiglas trasparente e gradini in metallo (3 mm di diametro), che potrebbe essere inserito per creare un pavimento con una distanza minima di 1 cm tra i pioli (vedi Fig. 1;. Metz e Whishaw , 2003). Le pareti laterali sono stati 1 m di lunghezza e 19 cm di altezza misurata dalla altezza della pioli. La scala è stata elevata 30 cm sopra il terreno con una gabbia di partenza neutro e un rifugio (gabbia di casa) alla fine. Perché gli animali sono stati abituati durante l'allenamento, l'elevazione degli apparati è stata poche probabilità di causare ansia. La larghezza del vicolo è stato adattato alle dimensioni dell'animale, in modo che fosse di circa 1 cm più largo di un animale per evitare che l'animale da voltarsi.

La difficoltà del compito è stata modificata variando la posizione dei pioli metallici. Un andamento regolare dei pioli permesso agli animali di imparare il modello più sessioni di formazione diversi e di anticipare la posizione dei pioli (Fig. 1, modello A). Un modello irregolare che è stato cambiato da prova a prova impedito all'animale di imparare il disegno (Fig. 1, modello B). Per la disposizione regolare, i pioli sono distanziati ad intervalli di 2 cm. Per l'irregolare, la distanza dei pioli varia sistematicamente da 1 a 5 cm. Cinque modelli di modelli gradino irregolari sono stati utilizzati, in modo che gli stessi modelli sono stati applicati a tutti gli animali di standardizzare la difficoltà della prova e migliorare la comparabilità dei risultati (vedi risultati).

Videoregistrazione

Una macchina fotografica (Canovision, Canon Inc.) è stata posizionata con una leggera angolazione ventrale, in modo da posizioni di tutti e quattro gli arti possono essere registrate simultaneamente. La velocità dell'otturatore è stato fissato a 500 - 2000 s. Le videoregistrazioni sono stati analizzati usando frame-by-frame di analisi a 30 f / sec.

Formazione comportamentale e analisi di test

Gli animali sono stati addestrati ad attraversare la scala da una gabbia neutrale per raggiungere il loro gabbia casa, quindi la gabbia a casa con fratellini fornito il rinforzo positivo per camminare. Tutti gli animali attraversato la scala nella stessa direzione. Nessun ulteriore rafforzamento è stata data per motivare gli animali ad attraversare la scala. Tutti gli animali sono stati addestrati e testati cinque volte per sessione.

Colpa punteggio piede

La valutazione qualitativa del posizionamento degli arti posteriori e la zampa anteriore è stata effettuata utilizzando un piede sistema di punteggio di guasto come descritto in precedenza (Metz e Whishaw, 2003). L'analisi è stata fatta con l'ispezione delle registrazioni video fotogramma per fotogramma. A pochi passi consecutivi di ogni arto sono stati analizzati. Pertanto, l'ultimo passo prima di una interruzione del cammino, come ad esempio un arresto o un guasto del piede, e il primo passo dopo un'interruzione non sono stati segnati. Il ciclo di stepping ultimo eseguito alla fine della scala è stata esclusa dal punteggio. Posizionamento degli arti è stato segnato, in termini di posizionamento degli arti su un gradino e protrusione degli arti tra pioli quando una miss si è verificato.

I tipi di posizionamento piedi o zampa sui gradini sono stati valutati utilizzando un 7-categoria di scala (vedi fig. 2). La posizione dei piedi o zampa sul gradino è stata valutata in base alla loro posizione e gli errori che si sono verificati nel posizionamento di precisione.

(0) Totale perdere. 0 punti sono stati dati quando l'arto completamente saltato un gradino, cioè non lo tocco, e una caduta si è verificato. Una caduta è stata definita come un arto profondamente caduta in-tra pioli e la postura e l'equilibrio sono stati disturbati.
(1) scivolamento profondo. L'arto è stato inizialmente posto su un gradino, poi sfilò quando il peso-cuscinetto e ha causato una caduta.
(2) scivolare leggermente. L'arto è stato posto su un ramo, quando sfilò sostenere il peso, ma non provocare una caduta, né interrompere il ciclo del passo. In questo caso, l'animale era in grado di mantenere l'equilibrio e continuare a un'andatura coordinato.
(3) sostituzione. L'arto è stato posto su un ramo, ma prima che fosse il carico è stato rapidamente sollevato e posto su un altro gradino.
(4) Correzione. L'arto volti per un gradino, ma è stato poi messo su un altro gradino, senza toccare il primo. In alternativa, un punteggio di 4 è stato registrato, se un arto è stato posto su un ramo ed è stato subito riposizionato, pur rimanendo sul gradino stesso.
(5) collocamento parziale. L'arto è stato posto su un ramo con entrambi i polsi o le cifre della zampa anteriore e tallone o le dita delle arti posteriori.
(6) Il corretto posizionamento. La porzione mediana del palmo di un arto è stato immesso sul gradino con il supporto peso.

Quando diversi errori avvenuti nello stesso momento, il più basso dei punteggi è stato registrato. Per esempio, se un piede è stato posto su un gradino e poi messo su un altro nello stesso passaggio (punteggio 3), e poi scivolato ed è caduto nel mezzo pioli (punteggio 1), un punteggio di 1 è stato registrato. When una caduta avvenuta, solo l'arto di iniziare l'errore è stato valutato e nessuna delle altre membra è stato segnato fino a quando l'animale aveva riposizionato tutti gli arti. Punteggi errore di cinque studi sono stati in media per l'analisi.

Piede accuratezza analisi collocazione (numero di errori)

Il numero di errori in ogni incrocio è stato contato. Gli errori sono stati determinati sulla base del sistema di punteggio piedi colpa. Un errore è stato definito come ogni posizionamento degli arti che hanno ricevuto un punteggio di punti 0, 1 o 2, cioè un errore rappresenta alcun tipo di scivolare a piedi o perdere totale. Il numero di errori e il numero di passaggi è stato registrato per ogni arto separatamente. Da questi dati, il numero medio di errori per ogni passo è stato calcolato e una media di cinque prove. Il secondo parametro quantitativo è stato analizzato il tempo medio necessario per attraversare tutta la lunghezza del compito scala. Misurazione del tempo ha iniziato dopo che l'animale è stato posto sulla scala e cominciò a camminare per l'intera lunghezza di essa. Il tempo trascorso in un animale una sosta non è stata inclusa nella misurazione.

Zampe anteriori punteggio cifre

Il punteggio zampe anteriori cifra è stata registrata quando la zampa è stato posto correttamente con la sua porzione mediana su un ramo (ovvero punteggio 6 nel sistema di punteggio piede errore). La misura in cui le cifre della zampa anteriore può essere piegato intorno ad un gradino è stato valutato in una scala di tre punti (Fig. 2). Il punteggio è stato applicato alla posizione con il supporto peso massimo, cioè la zampa anteriore è stato posizionato in verticale su un ramo. I punteggi sono stati dati come segue:
(0) cifre chiuso in un approssimativo di 90 gradi.
(1) chiuso in cifre di circa 45 gradi.
(2) cifre completamente flesso in tutto il ramo.
Decine di cinque passi sono stati mediati e utilizzati per l'analisi.

Figura leggende

figura 1

Fig. 1. Il ramo scala qualificati camminare apparecchiatura di prova in vista frontolateral, con le misure specifiche dell'apparato indicato. Due modelli gradino differenti sono stati utilizzati nel presente studio: Modello A, arrangiamento gradino regolare, modello B, disposizione gradino irregolare. La disposizione gradino irregolari variano tra prove consecutive.

figura 2

Fig. 2. Rappresentante fotografie che illustrano le tre categorie del punteggio cifra. Si noti l'angolo delle cifre in relazione alle arti anteriori quando nel sostenere il peso totale.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Il presente studio presenta il gradino scala a piedi un'attività come un nuovo test per valutare a piedi qualificati, il posizionamento degli arti e nella coordinazione degli arti. Il ramo scala camminare attività consente discriminazioni tra i sottili disturbi della funzione motoria, combinando analisi qualitativa e quantitativa di camminare qualificati. La procedura di analisi video può essere utilizzato per un resoconto più descrittivo dei danni, e la scala di valutazione semplice, descritto in questo documento rivela gli errori nel posizionamento degli arti e la flessione cifra quando afferrare un ramo. Analisi qualitative contando il numero di errori di calpestio fatto e il tempo necessario per attraversare l'apparecchio. Queste misure consentono un esame efficiente e valido di precisione la posizione dei piedi e l'uso cifra.

Ci sono una serie di test di camminare, compresi i test di camminare rotorod, camminando fascio, test del cilindro, e l'analisi del cammino, e la reazione di analisi a terra la forza (Muir, 2005). Ognuno di questi test possono utilmente posizionamento degli arti frammento per l'analisi comportamentale. Ci sono una serie di forza per il protocollo di test presente, però. In primo luogo, il test permette di camminare spontanea da esaminare, perché gli animali non necessitano di privazione di cibo o acqua per la motivazione. In secondo luogo, passo attraverso i pioli richiede una precisa posizione dei piedi e afferrare, consentendo l'analisi di entrambi passo e afferrare. Più importante, il test presente rappresenta una sfida alla locomozione in corso perché la spaziatura dei pioli è varia. La variazione può essere usato per sfidare a piedi in corso e / o la memoria dei modelli passo (McVea e Pearson, 2007).

La forza del test gradino scala camminare è che sia sufficientemente impegnativa per rivelare sottili deficit cronico in entrambe le anteriori e l'uso degli arti posteriori e smascherare menomazioni che richiedono il controllo proencefalo. Nella condizione del ramo irregolare del compito, gli animali non sono in grado di anticipare la posizione gradino e di apprendimento un modello specifico andatura. Di conseguenza, ogni fase richiede l'aggiustamento nel posizionamento zampa, la lunghezza del passo e nella distribuzione del peso corporeo. Mentre gli animali normali sono in grado di adattarsi a un modello gradino irregolare all'interno di un paio di prove, questa capacità è limitata negli animali con lesione del sistema motorio. La disposizione irregolare gradino richiede anche che gli animali adattare le loro arti regolare coordinamento a distanze gradino cambiando. Al fine di adattare coordinazione degli arti, gli animali devono controllare il loro sostegno peso per correggere rapidamente eventuali errori per il posizionamento degli arti. Dopo una lesione unilaterale, gli animali in parte compensare gli errori posizionamento utilizzando gli arti intatta per sostenere il peso. Di conseguenza, il test gradino scala a piedi può misura di compensazione, rivelando gli errori di posizionamento del piede sul lato intatto.

Il test gradino piedi ha dimostrato di essere sensibile a deficit movimento cronica dopo adulti e lesioni al neonato il sistema motorio, compresi i modelli di ratto di ictus (Emerick e Kartje, 2004; Rieck-Burchardt et al, 2004;.. Farr et al, 2006; Aratore et al, 2007), morbo di Parkinson (Metz e Whishaw, 2002;. Faraji e Metz, 2007), e lesioni del midollo spinale (Z'Graggen et al, 1998;. Merkler et al, 2000).. Inoltre, il ramo compito scala camminare rileva le modifiche in termini di prestazioni motorie indotte da variabili fisiologiche quali stress lieve (Metz) e anche cambiamenti nella dieta (Smith e Metz, 2005). Oltre ai modelli di ratto, il compito è anche utile per lo studio a piedi qualificati nei topi (Farr et al., 2006). Attenzione con questo test deve essere utilizzato se gravi lesioni del midollo spinale sono testati (Metz et al., 2000), in quanto il compito gradino a piedi richiede che gli animali sono in grado di eseguire il peso-cuscinetto passi.

C'è una sostanziale evidenza che gli animali con lesione del sistema motorio sono in grado di compensare le lesioni indotte da deficit nei movimenti qualificati (Whishaw et al, 1997a, b, 1998;. Miklyaeva et al, 1994;. Kleim et al, 1998;. Chu e Jones, 2000). Tuttavia, menomazioni gravi può essere ancora presente. Per esempio, gli animali con lesioni nucleo dopaminergici o rosso recuperare la capacità di camminare su superfici lisce o fasci stretti, ma le misure delle forze di reazione del terreno rivelano che il loro valore è cronica (Muir e Whishaw, 1999, 2000). Perché rivela anche sottili deficit motori rimanenti e le regolazioni di compensazione, il test del cammino ramo è un valido strumento per valutare la perdita e il recupero della funzione dovuta a lesioni cerebrali o del midollo spinale, e il beneficio di approcci terapeutici.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Non abbiamo nulla da rivelare.

Acknowledgements

Questa ricerca è stata sostenuta dalle concessioni dal Medical Research Council, le scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada, e il Canadian Stroke. GAM è stata sostenuta anche dalla 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