Author Produced

Trappan Rung Walking Uppgift: ett poängsystem och dess praktiska tillämpning.

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

Stegen ringt promenader uppgift är ett nytt test för att bedöma duktiga promenader och mäta både forelimb och bakdelen placering, stepping, och inter-lem samordning.

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

Framsteg i utvecklingen av djurmodeller för / stroke, ryggmärgsskador, och andra neurodegenerativa sjukdomar kräver tester av hög känslighet för att utveckla olika aspekter av motorisk funktion och för att avgöra ens subtila förlust av rörelse kapacitet. För att öka effektiviteten och upplösning av testning bör test möjliggöra kvalitativa och kvantitativa mått på motorisk funktion och vara känsliga för förändringar i prestanda under återhämtning perioder. Den aktuella studien beskriver en ny uppgift att bedöma duktiga vandra i råtta för att mäta både forelimb och bakdelen fungerar på samma gång. Djur måste gå längs en horisontell stege på vilken avståndet mellan stegpinnarna är rörlig och är med jämna mellanrum ändras. Förändringar i ringt avstånd hindrar djuren från att lära sig absoluta och relativa placeringen av pinnar och så minskar möjligheten för djuren att kompensera för funktionsnedsättningar genom lärande. Dessutom, ändra avståndet mellan stegpinnarna gör testet ska användas upprepade gånger i långtidsstudier. Metoder beskrivs för både kvantitativ och kvalitativ beskrivning av både fram-och bakbenen prestanda, inklusive lem placering, stepping, koordination. Dessutom är användningen av kompensatoriska strategier indikeras av felsteg eller kompenserande åtgärder som svar på en annan lem är felplacering.

Protocol

Ladder ringt gångtest apparater

Den horisontella stegen ringt gångtest apparater bestod av sidoväggar av klart plexiglas och stegpinnar metall (3 mm diameter), som skulle kunna införas för att skapa ett golv med ett minsta avstånd på 1 cm mellan stegpinnar (se bild 1,. Metz och Whishaw , 2003). Sidoväggarna var 1 m lång och 19 cm hög mätt från höjden på stegpinnarna. Stegen var förhöjt 30 cm över marken med en neutral start bur och en tillflykt (buren) på slutet. Eftersom djuren var vana under träningen, var höjden av apparaten osannolikt att orsaka ångest. Bredden på gränden var anpassad till storleken på djuret, så att det var ca 1 cm bredare än ett djur för att hindra djuret från att vända sig om.

Svårigheten att uppgiften ändrades genom att variera placeringen av de metallkomponenter stegpinnarna. Ett regelbundet mönster av pinnar får djuren att lära sig mönstret över flera utbildningstillfällen och förutse vilken position stegpinnarna (Fig. 1, Mönster A). Ett oregelbundet mönster som ändrades från rättegång till rättegång hindrade djuret från att lära sig mönstret (Fig. 1, Mönster B). För den vanliga arrangemanget var stegpinnar placeras med 2 cm mellanrum. För oregelbundet mönster varierade avståndet mellan stegpinnarna systematiskt 1 till 5 cm. Fem mallar av oregelbundna ringt mönster har använts, så att samma mönster gäller för alla djur att standardisera svårigheten av testet och öka jämförbarheten av resultatet (se resultat).

Videoinspelning

En kamera (Canovision, Canon Inc.) var placerad i en lätt ventral vinkel, så positioner av alla fyra benen kunde registreras samtidigt. Slutartiden var satt till 500 - 2000 s. Den videorecordings analyserades med bildruta för bildruta analys på 30 f / sek.

Behavioral utbildning och test analys

Djuren har utbildats för att korsa stegen från en neutral bur för att nå sina hem bur, så buren med syskon gav positiv förstärkning för promenader. Alla djur korsade stegen i samma riktning. Inga ytterligare förstärkning gavs att motivera djuren att passera stegen. Alla djur var utbildade och testade fem gånger per session.

Fotfel poäng

Den kvalitativa utvärderingen av forelimb och bakdelen placering genomfördes med en fot systemfel poängsystem som tidigare beskrivits (Metz och Whishaw, 2003). Analys gjordes av inspektion av videoinspelningar bildruta för bildruta. Endast på varandra följande steg i varje lem analyserades. Därför var det sista steget innan en gångart avbrott, till exempel ett stopp eller en fot fel och det första steget efter ett avbrott inte poäng. Den sista kliva cykeln utförs i slutet av stegen var också undantagna från att göra poäng. Limb placering var mål i termer av lem placering på en stegpinne och lem utstick mellan stegpinnar när en miss inträffade.

De typer av mul-eller tass placering på stegpinnarna bedömdes med hjälp av en 7-kategori skalan (se figur. 2). Fots eller tass placering på stegpinnen bedömdes utifrån deras position och fel som inträffade i placeringen noggrannhet.

(0) Summa missa. 0 poäng fick när lem helt missat en ringt, hade alltså inte röra den, och ett fall inträffat. Ett fall definierades som en lem djupt faller i-mellan stegpinnar och kroppshållning och balans stördes.
(1) Djupa slip. Den lem början var placerad på en stegpinne, sedan halkade av när viktbärande och orsakade ett fall.
(2). Lätt sätts de lem var placerad på en stegpinne, halkade av när viktbärande, men resulterade inte i ett fall eller avbryta gångcykeln. I detta fall var djuret kan hålla balansen och fortsätta en samordnad gång.
(3) Replacement. Den lem var placerad på ett ringt, men innan det var viktbärande det var snabbt lyftas och placeras på en annan ringt.
(4) Korrigering. Den lem vänder sig till en ringt, men var då placerad på en annan ringt utan att röra den första. Alternativt, var en poäng av 4 registreras om en lem placerades på en stegpinne och var snabbt flyttas samtidigt som den är på samma stegpinnen.
(5). Partiell placering av lem var placerad på en stegpinne med antingen handleden eller siffrorna i forelimb eller hälen eller tår på bakbenen.
(6). Korrekt placering av midportion på insidan av en lem placerades på stegpinnen med full tyngd stöd.

När olika fel inträffade vid samma tidpunkt, var den lägsta av de poäng inspelade. Till exempel var om en fot först släpptes ut på en stegpinne och sedan placeras på en annan i samma steg (betyg 3), och sedan halkade och föll i-mellan stegpinnar (poäng 1), en poäng på 1 registreras. Whsv ett fall inträffat, bara lem inledande felet var betyg och ingen av de andra benen var gjorde förrän djuret hade flyttas alla lemmar. Fel betyg för fem prövningar var i genomsnitt för analys.

Foot placering noggrannhet analys (antalet fel)

Antalet fel i varje korsning räknades. Fel fastställdes baserat på foten fel poängsystem. Ett fel definieras som varje lem placering som fick poängen 0, 1 eller 2 poäng, det vill säga ett fel som utgör någon form av mul halka eller totalt missar. Antalet fel och antalet steg noterades för varje kroppsdel ​​för sig. Utifrån dessa uppgifter var den genomsnittliga antalet fel per steg beräknas och genomsnitt för fem försök. Den andra kvantitativa parametern analyseras var den genomsnittliga tiden det tar att korsa hela längd på stegen uppgiften. Tidmätning startade efter djuret upp på stegen och började gå längs hela den. Den tid som ett djur tillbringas i ett stopp ingick inte i mätningen.

Framtassarna siffra poäng

Den framtassarna siffran poäng noterades när tassen var korrekt placerad med sin midportion på stegpinnen (dvs poäng 6 i foten felet poängsystem). I vilken grad de siffrorna i framtassarna kan böjas runt ett ringde var klassade i en tregradig skala (Fig. 2). Ställningen var appliceras på position med maxvikt stöd, dvs forelimb var placerad vertikalt på en stegpinne. Poängen gavs enligt följande:
(0) siffror stängd i en cirka 90-graders vinkel.
(1) Siffror stängd i en cirka 45 graders vinkel.
(2) siffror spände runt hela pinnen.
Mängder av fem steg var i genomsnitt och används för analys.

Figur legender

Figur 1

Fig. 1. Skickliga stege ringt gångtest apparater i frontolateral vyn med de specifika mätningar av utrustningen enligt anvisningarna. Två olika ringt mönster användes i denna studie: Modell A, regelbunden ringt arrangemang, Mönster B, oregelbundna ringt arrangemang. Den oregelbundna ringt arrangemanget varierade mellan försök i rad.

Figur 2

Fig.. 2. Representant fotografier som illustrerar de tre kategorierna av siffran poäng. Notera vinkeln på siffrorna i relation till forelimb vid full vikt stöd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den aktuella studien presenterar en stege ringt gå uppgift som ett nytt test för att bedöma duktiga promenader, lem placering och lem samordning. Stegen ringt gå uppgift låter diskriminering mellan subtila störningar i motorik genom att kombinera kvalitativ och kvantitativ analys av skickliga promenader. Videon förfarande för analys kan användas för en mer beskrivande hänsyn till funktionshinder och den enkla skala som beskrivs i detta dokument avslöjar eventuella felaktigheter i armar och ben placering och siffran flexion när gripa en stegpinne. Kvalitativa analyser räkna antalet stegljud fel gjorts och den tid som behövs för att korsa apparaten. Dessa åtgärder möjliggör en effektiv och giltig undersökning av foten placering noggrannhet och siffran användning.

Det finns ett antal tester av att gå med test av rotorod promenader, balk promenader, cylinder testa och gånganalys, och marken reaktionskraft analys (Muir, 2005). Var och en av dessa tester kan med fördel fragment lem placering för beteendeanalys. Det finns ett antal av styrka för den nuvarande testprotokoll, dock. Först gör testet spontana promenader som skall undersökas, eftersom djuren behöver ingen mat eller vatten försakelser för motivation. För det andra kliva över stegpinnarna kräver en exakt foten placering och förstå, vilket möjliggör analys av både kliva och förstå. Viktigast av allt ger den nuvarande testa en utmaning till pågående förflyttning på grund av att avståndet mellan stegpinnarna är omväxlande. Variationen kan användas för att utmana pågående promenader och / eller minne av det inledande mönster (McVea och Pearson, 2007).

Styrkan i stegen ringt gångtest är att det är tillräckligt utmanande för att avslöja subtila kroniska funktionsnedsättningar i både fram-och bakbenen använda och avslöja nedskrivningar som kräver framhjärnan kontroll. I den oregelbundna ringt skick uppgiften, djur inte kan förutse stegpinnen plats och lära sig ett specifikt gångmönster. Därför kräver varje steg anpassning i tassen placering, steglängden, och i fördelningen av kroppsvikten. Medan normala djur kan anpassa sig till en oregelbunden ringt mönster inom några studier är denna förmåga begränsad till djur med motoriska systemet lesion. Den oregelbundna ringt arrangemanget kräver också att djuren anpassar sina regelbundna lem samordning för att ändra ringt avstånd. För att anpassa lem samordning, djur har att kontrollera sin vikt stöd för att snabbt korrigera för eventuella lem placering fel. Efter en ensidig lesion, djur delvis kompensera för placering misstag genom att använda intakta lemmar för vikt-stöd. Följaktligen kan stegen ringt gångtest mäta ersättning genom att avslöja fots placering fel på den intakta sidan.

Den stegpinnen gångtest har visat sig vara känsliga för kronisk rörelse underskott efter vuxna och nyfödda barnet skador på motorn, inklusive råttmodeller av stroke (Emerick och Kartje, 2004; Rieck-Burchardt et al, 2004;.. Farr et al, 2006; PLÖJARE et al, 2007), Parkinsons sjukdom Metz och Whishaw (, 2002;. Faraji och Metz, 2007), och ryggmärgsskada (Z'Graggen et al, 1998;. Merkler et al, 2000).. Dessutom upptäcker stegen ringt gå uppgift förändringar i finmotorik prestanda som orsakas av fysiologiska variabler såsom mild stress (Metz) och även förändringar i kost (Smith och Metz, 2005). Förutom råtta modeller uppgift är också användbart för att studera skickliga promenader i möss (Farr et al., 2006). Varning använda detta test behöver användas om allvarliga ryggmärgen skador testas (Metz et al., 2000), som ringt gå uppgift kräver att djuren kan utföra viktbärande steg.

Det finns påtagliga bevis för att djur med motoriska systemet lesion kan kompensera för skada som orsakas av underskott på skickliga rörelser (Whishaw et al, 1997a, b, 1998;. Miklyaeva et al, 1994;. Kleim et al, 1998;. Chu och Jones, 2000). Kan dock svåra funktionsnedsättningar fortfarande finnas. Till exempel djur med dopaminerga eller röd kärna lesioner återfå förmågan att gå på släta ytor eller smala strålar, men åtgärder av markstyrkor reaktion visar att deras njurfunktion är kronisk (Muir och Whishaw, 1999, 2000). Eftersom det avslöjar även subtila återstående motoriken och kompenserande justeringar är ringt gångtest ett värdefullt verktyg för bedömning av förlust och återhämtning av funktion på grund av hjärn-eller ryggmärgsskada, och nyttan av behandling metoder.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Vi har ingenting att lämna ut.

Acknowledgements

Denna forskning har finansierats med bidrag från Vetenskapsrådet, naturvetenskap och teknisk forskning Council of Canada och den kanadensiska Stroke Network. GAM stöddes också av den Alberta Heritage Foundation för medicinsk forskning.

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