Author Produced

Bedömning av autonoma och beteendemässiga effekter av passiv rörelse hos råttor med hiss vertikal rörelse och pariserhjulrotation

Behavior

Your institution must subscribe to JoVE's Behavior section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

Protokoll presenteras för att bedöma de autonoma och beteendemässiga effekterna av passiv rörelse hos gnagare med hiss vertikal rörelse och pariserhjulsrotation.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Manno, F. A. M., Pan, L., Mao, Y., Su, Y., Manno, S. H. C., Cheng, S. H., Lau, C., Cai, Y. Assessing the Autonomic and Behavioral Effects of Passive Motion in Rats using Elevator Vertical Motion and Ferris-Wheel Rotation. J. Vis. Exp. (156), e59837, doi:10.3791/59837 (2020).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Det övergripande målet med denna studie är att bedöma de autonoma och beteendemässiga effekterna av passiv rörelse hos gnagare med hjälp av hissen vertikal rörelse och pariserhjul rotation enheter. Dessa analyser kan bidra till att bekräfta integriteten och normal funktion av det autonoma nervsystemet. De är kopplade till kvantitativa åtgärder baserade på avföringsräkning, öppen fältundersökning och balansstrålkorsning. Fördelarna med dessa analyser är deras enkelhet, reproducerbarhet och kvantitativa beteendemässiga åtgärder. Begränsningarna i dessa analyser är att de autonoma reaktionerna kan vara epiphenomena av icke-vestibulära sjukdomar och att ett fungerande vestibulära system krävs. Prövning av sjukdomar som åksjuka kommer att få stor hjälp av de detaljerade förfarandena i dessa analyser.

Introduction

Åksjuka (MS) på grund av onormal visuo-vestibulära stimulering leder till autonoma reaktion, framkalla symtom såsom epigastrisk obehag, illamående och/ eller kräkningar1. Enligt nuvarande teorier kan åksjuka orsakas av en sensorisk konflikt eller neuronal obalans från att få integrerad rörelseinformation som skiljer sig från den förväntade interna modellen av miljön2,3 eller postural instabilitet som skulle inträffa på ett yawing fartyg4,5. Trots betydande framsteg inom åksjuka och vestibulära autonoma fungerar6,7,8,9,10,11,12, framtida forskning kan få hjälp av standardiserade utvärderingsprotokoll. Bedömningen av de autonoma effekterna av vanliga passiva motioner kommer i hög grad att gynna utredningar av orsakerna till och förebyggandet av åksjuka. Det övergripande målet med denna studie är att bedöma de autonoma och beteendemässiga effekterna av passiv rörelse hos gnagare. Djurmodeller, såsom gnagare, möjliggör enkel experimentell manipulation (t.ex. passiv rörelse och farmaceutiska) och beteendemässig utvärdering, som kan användas för att studera etiologin för åksjuka. Här presenterar vi ett detaljerat batteri för att testa effekterna av passiv rörelse och integriteten hos vestibulära funktion.

Den närvarande studien detaljer två analyser, hiss vertikal rörelse (EVM) och pariserhjul rotation (FWR), som inducerar autonoma reaktioner på passiv rörelse. Analyserna är kopplade till tre kvantitativa beteendemässiga åtgärder, balansbalken (på möss13 och råttor14,15,16,17), öppen fältundersökning och avföringsräkning. EVM (liknande tonhöjd och rulle av ett fartyg som stöter på en våg) bedömer vestibulära fungerar genom att stimulera otolit sensoriska organ som kodar linjära accelerationer (dvs. den sackakulsom svarar på rörelser i det vertikala planet)18. FWR-enheten (centrifugal rotation eller sinusformad rörelse) stimulerar otolitorganen genom linjär acceleration och de halvcirkelformade kanalerna genom vinkelacceleration19,20. Järnhjulet/centrifugalrotationsanordningen är unik i sin autonoma bedömning. Hittills är den enda liknande enheten i litteraturen off-vertical axel rotation (OVAR) skivspelare (OVAR) skivspelare, som används för att undersöka vestibulo-okulär reflex (VOR)18,21,22, konditionerade undvikande23,24, och effekterna av hypergravitation25,26,27. EVM-analysen och FWR-enhetens analys inducerar vestibulära stimulering som leder till autonoma reaktioner. Vi par EVM och FWR till kvantitativa mätningar såsom balansbalk, avföring räkna, och öppna fält analys28,29,30, för att säkerställa robusta och reproducerbara resultat. I likhet med dem som tidigare beskrivits hos möss13 och råttor14,15,16,17, balansbalken analysen är en 1,0 m lång balk upphängd 0,75 m från marken mellan två trästolar med hjälp av en enkel svart-box modifiering i målslutet (slut). Balansbalken har använts för att bedöma ångest (obskyr svart låda)14,17, traumatisk skada15,16,17, och här, autonoma reaktioner som påverkar balansen. Vi har utfört defecation räkna för att bedöma den autonoma svar i åksjuka modellen tidigare, och det är en tillförlitlig kvantitativ mätning som lätt utförs och entydigt bedöms6,8,9,11. Analysen med öppet fält använder en enkel svart låda open-field beteende bedömning med Ethovision28, Bonsai30, eller en enkel video analys i Matlab29 för att kvantifiera beteende såsom rörelse. I det nuvarande protokollet använder vi den totala tillryggalagda sträckan, men vi noterar att det finns flera olika paradigm (t.ex. förlängning, rörelsezon, hastighet osv.) 28,29,30. Sammantaget utgör dessa förfaranden ett kort batteri av bedömningar för undersökning och utvärdering av autonoma reaktioner på passiv rörelse, till exempel i åksjuka6,7,8,9,10,11. De nuvarande assaysna kan anpassas till en variation av djurmodeller.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den aktuella studien och förfarandena godkändes av etikkommittén för djurexperiment vid andra militära medicinska universitetet (Shanghai, Kina) i enlighet med guide för vård och användning av laboratoriedjur (US National Research Council, 1996).

1. Djur

  1. Använd Sprague-Dawley (SD) råttor på två månader (200–250 g). För varje beteendeanalys, använd en separat grupp av råttor. Använd alltid separata kontroll- och experimentella grupper.
    OBS: Det fanns två autonoma tester: EVM och FWR. EVM hade tre villkor utöver en kontrollgrupp (= 4) med tre beteendeanalyser (balansbalk, avföringsräkning och öppet fält = 3) med 8 råttor i vardera för totalt 96 råttor (4 x 3 x 8). FWR hade ett villkor utöver en kontrollgrupp (= 2) med tre beteendemässiga analyser (balansbalk, avföringsräkning och öppet fält = 3) med 8 råttor i vardera för totalt 48 råttor (2 x 3 x 8). Totalt rapporterar vi 144 råttor.
  2. Burgnagare under en konstant 25 °C-temperatur och 60–70 % luftfuktighet.
  3. Husgnagare i 12 h/12 h ljus/mörk cykler med tillgång till mat och dricksvatten ad libitum.
    OBS: Eftersom följande protokoll är beteendeexperiment, råttor bör hanteras försiktigt. Hantering av djur bör vara med båda händerna med kropps- och bakstöd, för att inte framkalla ångest.
  4. Utför experiment (EVM och FWR) och utvärderingsanalyser (balansbalk och öppen fältutvärdering) i mörkret för att minimera visuella ledtrådar.

2. Hiss vertikal rörelseanordning

  1. Utför hissenvertikala rörelseprocedurer i fullständigt mörker för att minimera visuella ledtrådar.
  2. Placera gnagare i plexiglaslådan (22,5 cm x 26 cm x 20 cm). Här kan Plexiglasboxen rymma fyra rodents (specialtillverkad apparat).
  3. Se till att lådan är faststängd och ordentligt stängd för att undvika att gnagare faller ut. Placera plexiglasboxen på hissplattan på hissens vertikala rörelseenhet (skräddarsydd enhet).
  4. Slå på hissens vertikala rörelseenhet till den lägsta inställningen för acklimatisering.
  5. Ställ in amplituden som 22 cm upp och 22 cm ner från neutral. Stegvis ändra hiss vertikal rörelse enligt följande:
    1. Ställ in de första perioderna som 2 500 ms för 5 min, 2 000 ms för 5 min och 1 500 ms i 5 min.
    2. Använd en testperiod på 1000 ms för 2 h.
    3. Sakta enheten i omvänd med perioder på 1500 ms i 5 min, 2000 ms för 5 min och 2500 ms i 5 min.

3. Rotationsanordning för pariserhjul

  1. Inställning av järnvarvsrotationsenhet
    1. Placera plexiglasbehållaren (22,5 cm x 26 cm x 20 cm) på en träbänk (specialtillverkad anordning).
    2. Placera gnagare i plexiglasbehållaren med kroppens långa axel vinkelrätt mot pariserhjulets horisontella rotationsstång (skräddarsydd anordning).
      OBS: Placeringen med kroppen vinkelrätt mot horisontell stav säkerställer stimulering av otolitorgan (främre bakre och vertikal riktning) under rotation.
    3. Stäng plexiglaslådan ordentligt.
    4. Placera den andra uppsättningen gnagare i plexiglasbehållaren med kroppens långa axel vinkelrätt mot den horisontella rotationsstången på den andra armen på järnishjulsrotationsanordningen. Använd en andra uppsättning gnagare med liknande massa för att balansera pariserhjulet.
    5. Stäng plexiglaslådan ordentligt och placera på järnishjulsrotationsenheten.
  2. Rotationsförfarande för pariserhjul
    1. Utför järnhjulsrotationsprocedurerna i fullständigt mörker för att minimera visuella ledtrådar.
    2. Starta pariserhjulet rotera i medurs riktning vid 16°/s2 för att nå en vinkelhastighet på 120°/s och börja sedan bromsa vid 48°/s2 för att nå 0°/s. Efter en 1 s paus, låt behållaren fortsätta att rotera i moturs riktning på samma sätt som ovan (acceleration vid 16° /s2 för att nå en vinkelhastighet på 120°/s och sedan retardation vid 48°/s2 för att nå 0°/s). Medurs-paus-moturs cykeln kräver cirka 10 s för att nå sitt ursprungliga läge.
    3. Fortsätt medurs-moturs rotation för 2 h per session för cirka 720 rotationer.

4. Utvärdering av EVM och FWR

OBS: Utvärderingen av ferrishjulsrotationsanordning och hiss vertikal rörelse sker genom tre förfaranden: balansstrålprovning, avföringsräkning och öppen fältundersökning. Identiska procedurer används för att utvärdera hiss vertikal rörelse. Dessa utvärderingsförfaranden bör göras så snart som möjligt efter pariserhjulsrotation eller hiss vertikal rörelse.

  1. Balansbalk
    1. Inställningar för balansbalk
      1. Ställ in balansbalken10,11,12 genom att placera två trästolar (ca 0,75 m i höjd) i det experimentella fältet, cirka 110 cm ifrån varandra.
      2. Placera en svart plastlåda (15 cm x 15 cm x 8 cm) på pallen.
      3. Placera en smal trästråle (2,5 cm x 130 cm) mellan de två pallarna och lämna ett avstånd på 100 cm mellan pallkanterna, från startpallen till målpallen.
        Ingången till den svarta plastlådan ska vara vid mållinjen på 100 cm.
      4. Placera en lampa vid startpallen. Slå på lampan.
      5. Stäng av rumsbelysningen och se till att rummet är så mörkt som möjligt. Detta säkerställer att gnagaren följer riktningen på balansbalken från den upplysta regionen till den skymda regionen.
    2. Balansbalkförfaranden
      OBS: Motorns strålanalys bedöms genom att mäta den tid det tar att korsa den upphöjda trästrålen.
      1. Träna varje gnagare dagligen i 3 dagar i följd, före undersökningsperioden, för att uppnå stabil prestanda på balansbalken10. Träna genom att införa råttan till balken i det upplysta hörnet och föranledde den att korsa strålen. Så småningom råttan kommer att korsa sin egen vilja. Råttor i det aktuella protokollet tog 3,6 ± 0,9 sekunder.
        VISSA gnagare misslyckas med att uppnå stabila prestanda under träning och bör uteslutas. Vissa gnagare utför inte uppgiften medan andra saknar motivation att korsa strålen. Stabil prestanda var två på varandra följande provperioder av passage gånger mindre än 4 sekunder. Om en råtta faller av under utbildning eller bedömning bör den kategoriseras som en råtta "falla" och inte bedömas ytterligare.
      2. För själva proceduren, placera den utbildade gnagaren på startpallen nära ljuset och tryck samtidigt på start på ett stoppur. Gnagaren ska korsa balansbalken snabbt och gå in i den svarta lådan på målpallen.
      3. Tryck på start på stoppuren när gnagaren är på plats och tryck stopp när näsan kommer in i den mörka lådan på målpallen. Tiden att korsa strålen är från startpall till finish pall.
        OBS: När gnagaren är utbildad, kan du utföra en intervention eller manipulation, såsom inducerande åksjuka, före utvärdering. Du kan också få en baslinjemätning före ingripandet med tiden för att gå igenom det senaste träningspasset.
  2. Defecation räkna
    1. Placera plexiglasbehållaren som innehåller de fyra gnagare på en bänk efter pariserhjulsperioden.
    2. Ta bort gnagare och placera i enskilda öppna fältlådor (nedan).
    3. Räkna antalet avföringpellets i plexiglaslådan som tillskrivs varje gnagare.
      OBS: En baslinjemätning kan erhållas, jämfört med utvärderingen efter hissrörelse, genom att räkna avföringpellets innan hissvertikal rörelse genomgårs.
  3. Undersökning av öppna fält
    1. Placera gnagare i den öppna boxen (40 cm x 40 cm x 45 cm).
    2. Spela in öppet fältbeteende med hjälp av en IR-videokamera i 3 min28,29,30.
    3. Bestäm den totala tillryggalagda sträckan.
      OBS: Det är mycket viktigt att inte placera gnagaren i öppna fältboxen innan hissvertikal rörelse. Miljön måste vara ny för gnagaren. Därför bör baslinjemätningar inte göras för undersökning på öppet fält.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 2 visar representativa balansstrålar sett till tvärgående. Råttor utbildades i 3 dagar i följd för att uppnå stabil prestanda på balansbalken10. Den efterföljande dagen utvärderades råttor för balansbalkprestanda. I y-axeln av figuren har vi antalet sekunder tas för gnagare att korsa balansbalken för pariserhjul, hiss vertikal rörelse, och kontrollgrupper för demonstrativa ändamål.

Figur 3 visar representativa defecation räkna resultat. För hiss vertikal rörelse, råttor var i en av tre olika rotationsgrupper på 0,8 Hz, 0,4 Hz och 0,2 Hz vertikal rörelse, förutom en kontrollgrupp, kallas den statiska gruppen. Likvärdigheten med våra rörelseperioder är följande: frekvens = 0,8 Hz = 1/0.8 = 0.1250s = 1250 ms, frekvens = 0,4 Hz = 1/0,4 = 0,2500s = 2500 ms, och frekvens = 0,2 Hz = 1/0.2 = 0.5000s = 5000 ms. EVM signifikant ökad avföring (enkelriktad ANOVA, F(3,31) = 20.2306, p < 0.00001). Förändringen i Hz vertikal rörelse ökad avföring för 0,4 Hz (t = 3,4064, df = 14, p = 0,0043) och 0,8 Hz (t = 10,6895, df = 14, p < 0,0001). För ferrishjulsrotation roterades råttor i en medurs-paus-moturs cykel som varar cirka 10 s för att nå sitt ursprungliga läge. Hela rotationssessionen varade i 2 timmar. Järnhjulsrotationsgruppen jämfördes med en kontrollgrupp, kallad den statiska gruppen. Järnsvarvshjulsrotationsgruppen ökade avföringen enligt ett t-test (t = 10.6895, df = 14, p < 0.0001).

Figur 4 visar öppen fältundersökning av det totala antalet tillryggalagda resultat. Dessa data samlades in med hjälp av kommersiella video spårningsprogram för analys av öppet fält beteende(Table of Materials)28, men flera öppen källkod rörledningar finns för beteendemässiga video analys såsom Bonsai30 och en vår grupp har utvecklats baserat på Matlab29. Dessutom, här, den totala reste sträckan bedömdes som ett mått, men ram-för-bildruta skillnader kan användas för att bestämma andra beteenden såsom vertikal rörelse. För hiss vertikal rörelse, råttor var i en av tre olika rotationsgrupper på 0,8 Hz, 0,4 Hz och 0,2 Hz vertikal rörelse, förutom en kontrollgrupp, kallas den statiska gruppen. EVM minskade signifikant öppna fältavstånd (enkelriktad ANOVA, F(3,31) = 16,5994, p < 0,00001). Förändringen i Hz vertikal rörelse minskade open-field locomotion för 0,4 Hz (t = 3,1354, df = 14, p = 0,0073) och 0,8 Hz (t = 5,8929, df = 14, p < 0,001). För ferrishjulsrotation roterades råttor i en medurs-paus-moturs cykel som varar cirka 10 s för att nå sitt ursprungliga läge. Hela rotationssessionen varade i 2 timmar. Järnhjulsrotationsgruppen jämfördes med en kontrollgrupp, kallad den statiska gruppen. Järnhjulsrotationsgruppen minskade rörelse med öppen fält enligt ett t-test (t = 4,3341, df = 14, p = 0,0007).

Ett antal publicerade studier har använt de protokoll som beskrivs här6,7,8,9,10,11,12. Ett färskt exempel från vår grupp studerade mekanismerna bakom anticholingenics mecamylamine och scopolamine lindra åksjuka-inducerad gastrointestinala symtom12.

Figure 1
Figur 1: Instrumentering används. a) Balansbalk. Balansbalken är en smal träbalk (2,5 cm x 130 cm) mellan de två pallarna placerade 100 cm (ca 0,75 m i höjd) isär. En lampa placeras vid startpallen och en svart plastlåda (15 cm x 15 cm x 8 cm) på pallen. b)Hiss vertikal rörelseanordning. Hissens vertikala rörelseanordningsamplitud är inställd på 22 cm upp och 22 cm ner från neutral. Uppvärmningen vertikal rörelse består av 2500 ms period för 5 min, 2000 ms för 5 min, och 1500 ms för 5 min. Teströrelsen består av en period på 1000 ms för 2 timmar. Hissens vertikala rörelseanordning bromsas i omvänd med en 1500 ms period i 5 min, 2000 ms i 5 min och 2500 ms i 5 min. Råttor placeras huvudet mot framsidan av hissen vertikal rörelseanordning. c)Rotationsanordning för pariserhjul. Pariserhjulet roterar i medurs riktning vid 16°/s2 accelererande till 120°/s, därefter bromsa vid 48°/s2 för att nå 0°/s, pausa för 1 s, och sedan rotera i en moturs (16°/s2 accelererande till 120°/s, därefter avtagande vid 48°/s2 för att nå 0°/s). Den medurs-paus-moturs cykel kräver ~ 10 s för att nå sin ursprungliga position. Råttor placeras huvud mot mitten av pariserhjulsrotationsanordningen. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 2
Figur 2: Balansera strålresultat. Tid det tar att tvärgående balken (medelvärde ± standardavvikelse). Y-axeln anger sekunder som tagits för att tvärgående balken. Råttor utbildades i tre dagar före utvärdering för att uppnå stabil prestanda på balansbalken10. Förhandsutvärdering med hissens vertikala rörelse eller pariserhjulsanordningar ökar avsevärt passagetiden. Statistiska tester utfördes genom två-tailed t-test med Bonferroni korrigering mellan kontroll och varannan grupp. visar p < 0,001. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 3
Bild 3: Defecation räkna resultat. Hiss vertikala rörelseresultat(a) Vänster panel – Avföringsantal (genomsnittlig ± standardavvikelse) efter grupp för 0,8 Hz, 0,4 Hz och 0,2 Hz vertikal rörelse, utöver en kontrollgrupp, kallas den statiska gruppen vid 0 Hz. Observera den betydande ökningen av avföring en 0,8 Hz och 0,4 Hz som anges av asterisker. Järnhjulsrotationsresultat (b)Högerpanel – Avföringsantal (genomsnittlig ± standardavvikelse) för ferrihjulsrotationsråttagrupp (se beskrivning för vinkelhastighetsparadigm) och en kontrollgrupp (0 Hz), kallad den statiska gruppen. Notera den betydande ökningen av avföring för rotationsgruppen enligt asteriskerna. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Figure 4
Bild 4: Total sträcka tillryggalagd. a)Hiss vertikala rörelseresultat. Denna panel består av total sträcka som tillryggalagts (genomsnittlig ± standardavvikelse) med cm i det öppna fältets rörelsetest per grupp för 0,8 Hz, 0,4 Hz och 0,2 Hz vertikal rörelse, utöver en kontrollgrupp (statisk). Observera den betydande minskningen av den totala tillryggalagda sträckan för 0,8 Hz och 0,4 Hz enligt asteriskerna. Statistiska tester utfördes genom två-tailed t-test med Bonferroni korrigering mellan kontroll och varannan grupp. ** anger p < 0,01 och *** anger p < 0,001. b)Rotationsresultat i pariserhjulet. Denna panel består av total färdrum (genomsnittlig ± standardavvikelse) med cm i rörelsetestet för pariserhjulsrotationsråttagrupp och en kontrollgrupp (statisk). Notera den betydande minskningen av det totala avståndet enligt asteriskerna. Statistiska tester utfördes genom tvåsidigt t-test mellan kontroll och pariserhjulsgrupp. visar p < 0,001. Klicka här för att se en större version av denna siffra.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I den aktuella studien beskrivs bedömning av autonoma reaktioner på passiv rörelse hos gnagare med hiss vertikal rörelse och pariserhjulsrotation. Dessa utrustning och förfaranden kan lätt antas för andra gnagare och flera ändringar av assays finns för att bekräfta vestibulära fungerar under olika omständigheter, såsom under i farmakologisk utmaning eller kirurgiska ingrepp. Forskning i MS framkallas av vestibulära stimulering har lett till teorin att sensorisk konflikt eller neuronal obalans orsakas av att ta emot visuell information som skiljer sig från den förväntade interna modellen av miljön2,3 leder till autonoma reaktion framkalla symtom såsom epigastriskobehag, illamående och / eller kräkningar1. Ytterligare teorier har beskrivit att postural instabilitet, som skulle inträffa på en yawing fartyg4,5, framkallar autonoma reaktion. Trots dessa betydande framsteg kvarstår frågor som kan underlättas av utvärderingsprotokoll som hiss vertikal rörelse och pariserhjulsrotation.

Ett kritiskt steg för balansbalkär träning. Råttor måste motiveras och ha förtroende för att korsa strålen; I annat fall mäts inte balans (dvs. vestibulära integritet) under en utvärderingsperiod. För forskare som är intresserade av att undersöka ångest14,17 eller traumatisk skada15,16,17, andra beteenden under utbildning eller balans balk korsning kan vara relevant. Till exempel, i ångest forskning med hjälp av balansbalken, avföring, urinering, fall och felsteg kan räknas upp14. Även inom vissa forskningsområden, gnagare som saknar motivation att korsa strålen kan utvärderas på olikasätt 13,14,15,16,17. Det är kritiskt under hiss vertikal rörelse och pariserhjul rotation för att säkerställa att lådan är faststängd och säkert stängd, eftersom gnagare i en osäker låda kan drivas och skadas. Se också till att gnagare utvärderas i den öppna fältboxen28,29,30 endast en gång och omedelbart efter hissens vertikala rörelse och pariserhjul för att säkerställa snabb utvärdering av vestibulära effekter.

De ovannämnda protokollen använder kvantitativa åtgärder. Därför inkluderar begränsningarna för balansbalk gnagare som saknar motivation att korsa strålen, eftersom balansen är det beteende som utvärderas. Begränsningar för hissvertikal rörelse och Ferris-wheel rotation avföring analyser inkluderar kräver en välnärd gnagare. Detta är nödvändigt; Annars kan gnagaren inte uppleva en robust autonom reaktion på vestibulära stimulering. Det är god praxis att observera antalet prefektureringsvidar vid baslinjen under en normal/kontrollperiod på 2,5 h för jämförande ändamål.

En annan viktig faktor vid användning av protokollen, och tolkningsresultat, är skillnader i motionssjuka svar över arter. Hos människor, och även andra arter som katter och hundar, retching och kräkningar är två vanliga symtom31,32,33,34. Råttor, å andra sidan, kan inte kräkas. Emellertid, råttor visa åksjuka symtom såsom pica35,36, avföring svar37, och spontana rörelse minskning35,38. Dessutom är människor främst beroende av vision för sensorisk input och åksjuka är sannolikt relaterade till sensorisk konflikt med vestibulära systemet2,39. Hos råttor, särskilt albino råttor (t.ex. Sprague-Dawley), är synen vanligtvis inte den primära meningen, utan snarare somatosensory (morrhår). Detta kan leda till skillnader mellan arter i de relativa bidragen från olika sensoriska ingångar till konflikten. Slutligen finns det skillnader mellan gnagare i motionssjukdomssvaret. Till exempel kan shrew musen (Suncus murinus) ha ett emetisk svar40,41.

Tillsammans bildar de förfaranden som beskrivs ett kort batteri av bedömningar för undersökning och utvärdering av autonoma reaktioner hos gnagare under åksjuka6,7,8,9,10,11. De nuvarande teknikerna kopplade till mer fysiologiska åtgärder såsom elektrofysiologi för att fastställa de när konsekvenserna under vestibulära stimulering skulle vara av stort intresse.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar inga ekonomiska eller icke-finansiella intressekonflikter. FWR-enheten har ett patent i Kina: ZL201120231912.1.

Acknowledgments

Detta arbete stöddes delvis av Hong Kong Research Grants Council, Early Career Scheme, Project #21201217 till C. L. FWR-enheten har ett patent i Kina: ZL201120231912.1.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Elevator vertical motion device Custom Custom-made Elevator vertical motion device to desired specifications
Ethovision Noldus Information Technology Video tracking software
Ferris-wheel rotation device Custom Custom-made Ferris-wheel rotation device to desired specifications
Latex, polyvinyl or nitrile gloves AMMEX Use unpowdered gloves 8-mil
Open field box Custom Darkened plexiglass box with IR camera
Rat or mouse JAX labs Any small rodent
Small rodent cage Tecniplast 1284L
Wooden beam and stools Custom Custom-made wooden beam and stools to specifications indicated

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Balaban, C. D. Vestibular autonomic regulation (including motion sickness and the mechanism of vomiting). Current Opinion in Neurology. 12, 29-33 (1999).
  2. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71, 819-829 (1978).
  3. Keshavarz, B., Hettinger, L. J., Kennedy, R. S., Campos, J. L. Demonstrating the potential for dynamic auditory stimulation to contribute to motion sickness. PLOS One. 9, 101016 (2014).
  4. Stoffregen, T. A., Chen, F. C., Varlet, M., Alcantara, C., Bardy, B. G. Getting your sea legs. PLoS One. 8, 66949 (2013).
  5. Smart, L. J. Jr, Pagulayan, R. J., Stoffregen, T. A. Self-induced motion sickness in unperturbed stance. Brain Research Bulletin. 47, 449-457 (1998).
  6. Wang, J. Q., et al. Temporal change in NMDA receptor signaling and GABAA receptor expression in rat caudal vestibular nucleus during motion sickness habituation. Brain Research. 1461, 30-40 (2012).
  7. Cai, Y. L., et al. Glutamatergic vestibular neurons express FOS after vestibular stimulation and project to the NTS and the PBN in rats. Neuroscience Letters. 417, 132-137 (2007).
  8. Cai, Y. L., et al. Decreased Fos protein expression in rat caudal vestibular nucleus is associated with motion sickness habituation. Neuroscience Letters. 480, 87-91 (2010).
  9. Wang, J. Q., Qi, R. R., Zhou, W., Tang, Y. F., Pan, L. L., Cai, Y. Differential Gene Expression profile in the rat caudal vestibular nucleus is associated with individual differences in motion sickness susceptibility. PLoS One. 10, 0124203 (2015).
  10. Zhou, W., et al. Sex and age differences in motion sickness in rats: The correlation with blood hormone responses and neuronal activation in the vestibular and autonomic nuclei. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 29 (2017).
  11. Wang, J., Liu, J., Pan, L., Qi, R., Liu, P., Zhou, W., Cai, Y. Storage of passive motion pattern in hippocampal CA1 region depends on CaMKII/CREB signaling pathway in a motion sickness rodent model. Scientific Reports. 7, 43385 (2017).
  12. Qi, R., et al. Anti-cholinergics mecamylamine and scopolamine alleviate motion sickness-induced gastrointestinal symptoms through both peripheral and central actions. Neuropharmacology. 146, 252-263 (2019).
  13. Luong, T. N., Carlisle, H. J., Southwell, A., Patterson, P. H. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. Journal of Visualized Experiments. (49), e2376 (2011).
  14. Kalueff, A. V., Minasyan, A., Tuohimaa, P. Behavioural characterization in rats using the elevated alley Suok test. Behavioural Brain Research. 30, (1), 52-57 (2005).
  15. Piot-Grosjean, O., Wahl, F., Gobbo, O., Stutzmann, J. M. Assessment of sensorimotor and cognitive deficits induced by a moderate traumatic injury in the right parietal cortex of the rat. Neurobiology of Disease. 8, (6), 1082-1093 (2001).
  16. Goldstein, L. B., Davis, J. N. Beam-walking in rats: Studies towards developing an animal model of functional recovery after brain injury. Journal of Neuroscience Methods. 31, (2), 101-107 (1990).
  17. Sweis, B. M., et al. modified beam-walking apparatus for assessment of anxiety in a rodent model of blast traumatic brain injury. Behavioural Brain Research. 296, 149-156 (2016).
  18. Hess, B. J., Dieringer, N. Spatial organization of the maculo-ocular reflex of the rat: Responses during off-vertical axis rotation. European Journal of Neuroscience. 2, 909-919 (1990).
  19. Armstrong, P. A., et al. Preserved otolith organ function in caspase-3-deficient mice with impaired horizontal semicircular canal function. Experimental Brain Research. 233, (6), 1825-1835 (2015).
  20. Riccio, D. C., Thach, J. S. Jr Response suppression produced by vestibular stimulation in the rat. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 11, (4), 479-488 (1968).
  21. Rabbath, G., et al. Abnormal vestibular control of gaze and posture in a strain of a waltzing rat. Experimental Brain Research. 136, 211-223 (2001).
  22. Brettler, S. C., et al. The effect of gravity on the horizontal and vertical vestibulo-ocular reflex in the rat. Experimental Brain Research. 132, 434-444 (2000).
  23. Hutchison, S. L. Taste aversion in albino rats using centrifugal spin as an unconditioned stimulus. Psychological Reports. 33, (2), 467-470 (1973).
  24. Green, K. F., Lee, D. W. Effects of centrifugal rotation on analgesia and conditioned flavor aversions. Physiology & Behavior. 40, (2), 201-205 (1987).
  25. Tse, Y. C., et al. Developmental expression of NMDA and AMPA receptor subunits in vestibular nuclear neurons that encode gravity-related horizontal orientations. Journal of Comparative Neurology. 508, (2), 343-364 (2008).
  26. Lai, C. H., Tse, Y. C., Shum, D. K., Yung, K. K., Chan, Y. S. Fos expression in otolith-related brainstem neurons of postnatal rats following off-vertical axis rotation. Journal of Comparative Neurology. 470, (3), 282-296 (2004).
  27. Lai, S. K., Lai, C. H., Yung, K. K., Shum, D. K., Chan, Y. S. Maturation of otolith-related brainstem neurons in the detection of vertical linear acceleration in rats. European Journal of Neuroscience. 23, (9), 2431-2446 (2006).
  28. Aitken, P., Zheng, Y., Smith, P. F. Ethovision analysis of open field behaviour in rats following bilateral vestibular loss. Journal of Vestibular Research. 27, (2-3), 89-101 (2017).
  29. Gao, V., Vitaterna, M. H., Turek, F. W. Validation of video motion-detection scoring of forced swim test in mice. Journal of Neuroscience Methods. 235, 59-64 (2014).
  30. Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Frontiers in Neuroinformatics. 9, 7 (2015).
  31. Conder, G. A., Sedlacek, H. S., Boucher, J. F., Clemence, R. G. Efficacy and safety of maropitant, a selective neurokinin 1 receptor antagonist, in two randomized clinical trials for prevention of vomiting due to motion sickness in dogs. Journal of Veterinary Pharmacology and Therapeutics. 31, 528-532 (2008).
  32. Percie du Sert, N., Chu, K. M., Wai, M. K., Rudd, J. A., Andrews, P. L. Telemetry in a motion-sickness model implicates the abdominal vagus in motion-induced gastric dysrhythmia. Experimental Physiology. 95, 768-773 (2010).
  33. Lackner, J. R. Motion sickness: more than nausea and vomiting. Experimental Brain Research. 232, 2493-2510 (2014).
  34. Lucot, J. B. Effects of naloxone on motion sickness in cats alone and with broad spectrum antiemetics. Autonomic Neuroscience. 202, 97-101 (2016).
  35. McCaffrey, R. J. Appropriateness of kaolin consumption as an index of motion sickness in the rat. Physiology & Behavior. 35, 151-156 (1985).
  36. Horn, C. C., et al. Why can't rodents vomit? A comparative behavioral, anatomical, and physiological study. PLoS One. 8, (4), 60537 (2013).
  37. Ossenkopp, K. -P., Frisken, N. L. Defecation as an index of motion sickness in the rat. Physiological Psychology. 10, 355-360 (1982).
  38. Ossenkopp, K. P., Rabi, Y. J., Eckel, L. A., Hargreaves, E. L. Reductions in body temperature and spontaneous activity in rats exposed to horizontal rotation: abolition following chemical labyrinthectomy. Physiology & Behavior. 56, 319-324 (1994).
  39. Oman, C. M. Motion sickness: a synthesis and evaluation of the sensory conflict theory. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 68, 294-303 (1990).
  40. Hu, D. L., et al. Emesis in the shrew mouse (Suncus murinus) induced by peroral and intraperitoneal administration of staphylococcal enterotoxin A. Journal of Food Protection. 62, 1350-1353 (1999).
  41. Ueno, S., Matsuki, N., Saito, H. Suncus murinus as a new experimental model for motion sickness. Life Sciences. 43, 413-420 (1988).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics