Author Produced

Beoordeling van de autonome en gedragseffecten van passieve beweging bij ratten met behulp van Elevator Vertical Motion en Ferris-Wheel Rotation

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

Protocollen worden gepresenteerd om de autonome en gedragseffecten van passieve beweging bij knaagdieren te beoordelen met behulp van lift verticale beweging en reuzenrad rotatie.

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

Het algemene doel van deze studie is het beoordelen van de autonome en gedragseffecten van passieve beweging bij knaagdieren met behulp van de lift verticale beweging en reuzenrad rotatie-apparaten. Deze tests kunnen helpen bevestigen de integriteit en de normale werking van het autonome zenuwstelsel. Ze zijn gekoppeld aan kwantitatieve maatregelen op basis van ontlasting tellen, open-veld onderzoek, en balans balk kruising. De voordelen van deze testen zijn hun eenvoud, reproduceerbaarheid en kwantitatieve gedragsmaatregelen. De beperkingen van deze tests zijn dat de autonome reacties epifenomenen van niet-vestibulaire aandoeningen kunnen zijn en dat een functionerend vestibulair systeem vereist is. Onderzoek van aandoeningen zoals reisziekte zal sterk worden geholpen door de gedetailleerde procedures van deze tests.

Introduction

Reisziekte (MS) als gevolg van abnormale visuo-vestibulaire stimulatie leidt tot autonome reactie, het uitlokken van symptomen zoals epigastrische ongemak, misselijkheid en/of braken1. Volgens de huidige theorieën kan reisziekte worden veroorzaakt door een zintuiglijk conflict of neuronale mismatch van het ontvangen van geïntegreerde bewegingsinformatie die verschilt van het verwachte interne model van de omgeving2,3 of posturale instabiliteit zoals zou optreden op een gierend schip4,5. Ondanks aanzienlijke vooruitgang op het gebied van reisziekte en vestibulaire autonome werking6,7,8,9,10,11,12, kan toekomstig onderzoek worden ondersteund door gestandaardiseerde evaluatieprotocollen. De beoordeling van de autonome effecten van standaard passieve bewegingen zal de onderzoeken naar de oorzaken en de preventie van reisziekte ten goede komen. Het algemene doel van deze studie is het beoordelen van de autonome en gedragseffecten van passieve beweging bij knaagdieren. Diermodellen, zoals knaagdieren, maken eenvoudige experimentele manipulatie (bijvoorbeeld passieve beweging en farmaceutische) en gedragsevaluatie mogelijk, die kunnen worden gebruikt om de etiologie van reisziekte te bestuderen. Hier presenteren we een gedetailleerde batterij voor het testen van de effecten van passieve beweging en de integriteit van vestibulaire werking.

De huidige studie beschrijft twee testen, lift verticale beweging (EVM) en Reuzenrad rotatie (FWR), die autonome reacties op de passieve beweging induceren. De tests zijn gekoppeld aan drie kwantitatieve gedragsmaatregelen, de balansbalk (op muizen13 en ratten14,15,16,17), open-veld onderzoek, en ontlasting tellen. De EVM (vergelijkbaar met de toonhoogte en rol van een schip dat een golf tegenkomt) beoordeelt de vestibulaire werking door het stimuleren van de otolietsensorische organen die lineaire versnellingen coderen (d.w.z. de saccule die reageert op bewegingen in het verticale vlak)18. Het FWR (centrifugale rotatie of sinusoïdale beweging) apparaat stimuleert de otolietorganen door lineaire versnelling en de halfronde kanalen door hoekversnelling19,20. Het reuzenrad/centrifugaalrotatieapparaat is uniek in zijn autonome beoordeling. Tot op heden is het enige soortgelijke apparaat in de literatuur de off-vertical axis rotation (OVAR) draaitafel, die wordt gebruikt om de vestibulo-oculaire reflex (VOR)18,21,22, geconditioneerde vermijding23,24, en de effecten van hyperzwaartekracht25,26,27te onderzoeken . De EVM-test en de FWR-apparaattest veroorzaken vestibulaire stimulatie die leidt tot autonome reacties. We koppelen de EVM en FWR aan kwantitatieve metingen zoals balansbundel, ontlasting tellen, en open-field analyse28,29,30, om robuuste en reproduceerbare resultaten te garanderen. Vergelijkbaar met die eerder beschreven in muizen13 en ratten14,15,16,17, de balans balk test is een 1,0 m lange balk opgehangen 0,75 m van de grond tussen twee houten ontlasting met behulp van een eenvoudige black-box modificatie aan het eind van het doel (finish). De balansbalk is gebruikt om angst (obscure zwarte doos) te beoordelen14,17, traumatisch letsel15,16,17, en hier, autonome reacties die het evenwicht beïnvloeden. We hebben eerder ontlastinggeteld voor de beoordeling van de autonome respons in het reisziektemodel, en het is een betrouwbare kwantitatieve meting die gemakkelijk kan worden uitgevoerd en ondubbelzinnig wordt beoordeeld6,8,9,11. De open-field analyse maakt gebruik van een eenvoudige black box open-field gedragsbeoordeling met behulp van Ethovision28, Bonsai30, of een eenvoudige video-analyse in Matlab29 om gedrag te kwantificeren, zoals beweging. In het huidige protocol gebruiken we de totale afgelegde afstand, maar we merken dat er verschillende paradigma's bestaan (bijvoorbeeld verlenging, bewegingszone, snelheid, enz.) 28,29,30. Gezamenlijk vormen deze procedures een korte batterij van beoordelingen voor het onderzoek en de evaluatie van autonome reacties op passieve beweging, bijvoorbeeld bij reisziekte6,7,8,9,10,11. De huidige testen kunnen worden aangepast aan een verscheidenheid van dierlijke modellen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

De huidige studie en procedures werden goedgekeurd door de Ethische Commissie voor Dierproeven van de Tweede Militaire Medische Universiteit (Shanghai, China) in overeenstemming met de Gids voor de Zorg en Het Gebruik van Proefdieren (Us National Research Council, 1996).

1. Dieren

  1. Gebruik Sprague-Dawley (SD) ratten van twee maanden (200-250 g). Gebruik voor elke gedragstest een aparte groep ratten. Gebruik altijd aparte controle- en experimentele groepen.
    OPMERKING: Er waren twee autonome tests: EVM en FWR. EvM had drie voorwaarden naast een controlegroep (= 4) met drie gedragstesten (saldostraal, defecation het tellen en open gebied = 3) met 8 ratten in elk voor een totaal van 96 ratten (4 x 3 x 8). De FWR had één voorwaarde naast een controlegroep (= 2) met drie gedragstesten (balansbalk, ontlasting tellen en open veld = 3) met 8 ratten in elk voor een totaal van 48 ratten (2 x 3 x 8). In totaal melden we 144 ratten.
  2. Kooiknaagdieren onder een constante temperatuur van 25 °C en een luchtvochtigheid van 60%-70%.
  3. Huis knaagdieren in 12 h/12 h licht / donker cycli met toegang tot voedsel en drinkwater ad libitum.
    OPMERKING: Aangezien de volgende protocollen gedragsexperimenten zijn, moeten ratten voorzichtig worden behandeld. Omgaan met dieren moet met beide handen met lichaam en achter steun, om geen angst te induceren.
  4. Voer experimenten (EVM en FWR) en evaluatietesten (balansbundel en open veldevaluatie) uit in de duisternis om visuele signalen te minimaliseren.

2. Verticale bewegingsinrichting van de lift

  1. Voer de verticale bewegingsprocedures van de lift uit in volledige duisternis om visuele signalen te minimaliseren.
  2. Plaats de knaagdieren in de plexiglasdoos (22,5 cm x 26 cm x 20 cm). Hier is de Plexiglas box geschikt voor vier knaagdieren (op maat gemaakt apparaat).
  3. Zorg ervoor dat de doos dicht en veilig gesloten is om te voorkomen dat knaagdieren uitvallen. Plaats de plexiglasdoos op het liftkussen van het verticale bewegingsapparaat van de lift (op maat gemaakt apparaat).
  4. Schakel het verticale bewegingsapparaat van de lift in op de laagste instelling voor acclimatisatie.
  5. Stel de amplitude in als 22 cm omhoog en 22 cm lager van neutraal. Stapsgewijs veranderen lift verticale beweging als volgt:
    1. Stel de initiële perioden in als 2.500 ms voor 5 min, 2.000 ms voor 5 min en 1.500 ms voor 5 min.
    2. Gebruik een testperiode van 1000 ms gedurende 2 uur.
    3. Vertraag het apparaat in omgekeerde richting met perioden van 1500 ms voor 5 min, 2000 ms voor 5 min en 2500 ms gedurende 5 min.

3. Ferris-wheel rotatie-apparaat

  1. Opstelling van het draaisysteem voor reuzenrad
    1. Plaats de plexiglascontainer (22,5 cm x 26 cm x 20 cm) op een houten bank (op maat gemaakt apparaat).
    2. Plaats de knaagdieren in de plexiglascontainer met de lange as van het lichaam loodrecht op de horizontale rotatiesstaaf van het reuzenrad (op maat gemaakt apparaat).
      OPMERKING: De plaatsing met het lichaam loodrecht op horizontale staaf zorgt voor stimulatie van otolietorganen (voorste-achterste en verticale richting) tijdens de rotatie.
    3. Sluit de plexiglasdoos goed.
    4. Plaats de tweede set knaagdieren in de plexiglascontainer met de lange as van het lichaam loodrecht op de horizontale rotatiesstaaf op de tweede arm van het reuzenradrotatieapparaat. Gebruik een tweede set knaagdieren met een vergelijkbare massa om het reuzenrad in evenwicht te brengen.
    5. Sluit de plexiglasdoos stevig en plaats op het reuzenradrotatieapparaat.
  2. Draaiprocedure voor reuzenrad
    1. Voer de rotatieprocedures van het reuzenrad uit in volledige duisternis om visuele signalen te minimaliseren.
    2. Start het reuzenrad met de klok mee draaien op 16°/s2 om een hoeksnelheid van 120°/s te bereiken, en begin vervolgens te vertragen bij 48°/s2 om 0°/s te bereiken. Laat de container na een pauze van 1 uur in een tegendeklok richting draaien op dezelfde manier als hierboven (versnelling bij 16°/s2 om een hoeksnelheid van 120°/s te bereiken en vervolgens vertraging bij 48°/s2 om 0°/s te bereiken). De cyclus met de klok mee-pauze-tegen de klok in vereist ongeveer 10 s om zijn oorspronkelijke positie te bereiken.
    3. Zet de rotatie met de klok mee voort gedurende 2 uur per sessie gedurende ongeveer 720 rotaties.

4. Evaluatie van EVM en FWR

OPMERKING: De evaluatie van ferris-wheel rotatie apparaat en lift verticale beweging wordt gedaan door drie procedures: balans balk testen, ontlasting tellen, en open-veld onderzoek. Identieke procedures worden gebruikt om verticale beweging van de lift te evalueren. Deze evaluatieprocedures moeten zo spoedig mogelijk na de wisseling van het reuzenrad of de verticale beweging van de lift worden uitgevoerd.

  1. Balansbalk
    1. Balansbalksetup
      1. Zet de balansbalk10,11,12 in door twee houten krukjes (ongeveer 0,75 m hoog) in het experimentele veld te plaatsen, ongeveer 110 cm uit elkaar.
      2. Plaats een zwarte plastic doos (15 cm x 15 cm x 8 cm) op de afwerkingskruk.
      3. Plaats een smalle houten balk (2,5 cm x 130 cm) tussen de twee ontlasting, waardoor een afstand van 100 cm tussen de ontlastingranden, van de startkruk tot de afwerkingkruk.
        LET OP: De ingang van de zwarte plastic doos moet aan de finish van de 100 cm.
      4. Plaats een lamp bij de startkruk. Doe de lamp aan.
      5. Zet de kamerverlichting uit en zorg ervoor dat de kamer zo donker mogelijk is. Dit zorgt ervoor dat het knaagdier de richting van de balansbundel volgt van het verlichte gebied naar het verduisterde gebied.
    2. Balansstraalprocedures
      OPMERKING: De motorcoördinatietest van de balansbalk wordt beoordeeld door de tijd te meten die nodig is om de verhoogde houten balk te doorkruisen.
      1. Train elk knaagdier dagelijks gedurende 3 opeenvolgende dagen, vóór de onderzoeksperiode, om stabiele prestaties op de balansbalk10te bereiken . Train door de invoering van de rat aan de balk in de verlichte hoek en gevraagd om de balk kruis. Uiteindelijk zal de rat uit eigen wil oversteken. Ratten in het huidige protocol duurden 3,6 ± 0,9 seconden.
        OPMERKING: Sommige knaagdieren slagen er niet in om stabiele prestaties te bereiken tijdens de training en moeten worden uitgesloten. Sommige knaagdieren voeren de taak niet uit, terwijl anderen geen motivatie hebben om de balk over te steken. Stabiele prestaties waren twee opeenvolgende proefperiodes van kruising tijden minder dan 4 seconden. Als een rat valt tijdens de training of beoordeling moet worden gecategoriseerd als een rat 'vallen' en niet verder beoordeeld.
      2. Voor de eigenlijke procedure, plaats het getrainde knaagdier op de startkruk in de buurt van het licht en tegelijkertijd druk op start op een stopwatch. Het knaagdier moet de balansbalk snel kruisen en de zwarte doos op de afwerkingskruk invoeren.
      3. Druk op start op de stopwatch zodra het knaagdier op zijn plaats is en druk op stop wanneer de neus de donkere doos op de finishkruk binnenkomt. De tijd om de balk te doorkruisen is van startkruk tot finishkruk.
        OPMERKING: Zodra het knaagdier is opgeleid, u een interventie of manipulatie uitvoeren, zoals het opwekken van reisziekte, voorafgaand aan de evaluatie. U ook een nulmeting verkrijgen, voorafgaand aan de interventie, met behulp van de tijd om de laatste training te doorlopen.
  2. Ontlasting tellen
    1. Plaats de plexiglascontainer met de vier knaagdieren na de testperiode van het reuzenrad op een bankje.
    2. Verwijder de knaagdieren en plaats in individuele open-veld dozen (hieronder).
    3. Tel het aantal uitwerpselen pellets in de plexiglas doos toegeschreven aan elk knaagdier.
      OPMERKING: Een nulmeting kan worden verkregen, ter vergelijking met de evaluatie na liftbeweging, door uitwerpselenpellets te tellen voordat de verticale beweging van de lift wordt ondergaan.
  3. Open-veld onderzoek
    1. Plaats de knaagdieren in de open velddoos (40 cm x 40 cm x 45 cm).
    2. Neem open veldgedrag op met behulp van een IR-videocamera voor 3 min28,29,30.
    3. Bepaal de totale afgelegde afstand.
      LET OP: Het is erg belangrijk om het knaagdier NIET in de open-veld doos te plaatsen voor lift verticale beweging. Het milieu moet nieuw zijn voor het knaagdier. Daarom mogen geen basismetingen worden uitgevoerd voor onderzoek in het open veld.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figuur 2 toont representatieve balansbundelresultaten aan van de tijd die nodig is om over te gaan. Ratten werden getraind voor 3 opeenvolgende dagen om stabiele prestaties te bereiken op de balans balk10. De volgende dag werden ratten geëvalueerd op balansbundelprestaties. In de y-as van de figuur, hebben we het aantal seconden genomen voor knaagdieren om de balans balk voor reuzenrad, lift verticale beweging, en controle groepen voor demonstratieve doeleinden kruisen.

Figuur 3 toont representatieve resultaten van het aantal ontlasting. Voor lift verticale beweging, ratten waren in een van de drie verschillende rotatie groepen van 0,8 Hz, 0,4 Hz, en 0,2 Hz verticale beweging, in aanvulling op een controlegroep, genaamd de statische groep. De gelijkwaardigheid aan onze bewegingsperioden is als volgt: frequentie = 0,8Hz = 1/0,8 = 0,1250s = 1250 ms, frequentie = 0,4Hz = 1/0,4 = 0,2500s = 2500 ms, en frequentie = 0,2Hz = 1/0,2 = 0,5000s = 5000 ms. De EVM verhoogde de ontlasting aanzienlijk (enkele ANOVA, F(3,31) = 20,2306, p < 0,00001). De verandering in de verticale beweging van hz verhoogde ontlasting voor 0,4 Hz (t = 3,4064, df = 14, p = 0,0043) en 0,8 Hz (t = 10,6895, df = 14, p < 0,0001). Voor reuzenradrotatie werden ratten gedraaid in een cyclus met de klok mee-pauze-tegen de klok in van ongeveer 10 s om zijn oorspronkelijke positie te bereiken. De hele sessie van rotatie duurde 2 uur. De reuzenwielrotatiegroep werd vergeleken met een controlegroep, de statische groep. De ferris-wheel rotatie groep verhoogde ontlasting zoals bepaald door een t-test (t = 10.6895, df = 14, p < 0,0001).

Figuur 4 toont het open veldonderzoek van de totale afgelegde afstandsresultaten aan. Deze gegevens werden verzameld met behulp van commerciële video tracking software voor de analyse van open veld gedrag (Table of Materials)28, maar verschillende open source software pipelines bestaan voor gedragsvideo-analyse zoals Bonsai30 en een van onze groep heeft ontwikkeld op basis van Matlab29. Ook hier werd de totale afgelegde afstand beoordeeld als een statistiek, maar frame-voor-frame verschillen kunnen worden gebruikt voor het bepalen van ander gedrag, zoals verticale beweging. Voor lift verticale beweging, ratten waren in een van de drie verschillende rotatie groepen van 0,8 Hz, 0,4 Hz, en 0,2 Hz verticale beweging, in aanvulling op een controlegroep, genaamd de statische groep. De EVM verminderde de afgelegde afstand tussen open velden aanzienlijk (one-way ANOVA, F(3,31) = 16.5994, p < 0,00001). De verandering in de verticale beweging van hz verminderde de beweging van open velden voor 0,4 Hz (t = 3,1354, df = 14, p = 0,0073) en 0,8 Hz (t = 5,8929, df = 14, p < 0,001). Voor reuzenradrotatie werden ratten gedraaid in een cyclus met de klok mee-pauze-tegen de klok in van ongeveer 10 s om zijn oorspronkelijke positie te bereiken. De hele sessie van rotatie duurde 2 uur. De reuzenwielrotatiegroep werd vergeleken met een controlegroep, de statische groep. De ferris-wheel rotatiegroep verminderde open-veld beweging zoals bepaald door een t-test (t = 4.3341, df = 14, p = 0,0007).

In een aantal gepubliceerde studies zijn de hier beschreven protocollen gebruikt6,7,8,9,10,11,12. Een recent voorbeeld van onze groep bestudeerde de mechanismen achter anticholingenics mecamylamine en scopolamine verlichten beweging ziekte-geïnduceerde gastro-intestinale symptomen12.

Figure 1
Figuur 1: Gebruikte instrumentatie. (a) Balansbalk. De balansbalk is een smalle houten balk (2,5 cm x 130 cm) tussen de twee krukjes die 100 cm (ongeveer 0,75 m hoog) uit elkaar zijn geplaatst. Een lamp wordt geplaatst op de startkruk en een zwarte plastic doos (15 cm x 15 cm x 8 cm) op de afwerkingkruk. b) Lift verticale bewegingsinrichting. De amplitude van het liftverticale bewegingsapparaat is ingesteld op 22 cm omhoog en 22 cm naar beneden van neutraal. De warming-up verticale beweging bestaat uit 2500 ms periode voor 5 min, 2000 ms voor 5 min en 1500 ms voor 5 min. De testbeweging bestaat uit een periode van 1000 ms voor 2 uur. De lift verticale beweging apparaat wordt vertraagd in omgekeerde met behulp van een 1500 ms periode voor 5 min, 2000 ms voor 5 min, en 2500 ms voor 5 min. Ratten worden geplaatst hoofd naar de voorkant van de lift verticale beweging apparaat. c) reuzenradroulatieinrichting. Het reuzenrad draait in een richting met de klok mee bij 16°/s2 accelererend tot 120°/s, vertraagt vervolgens bij 48°/s2 om 0°/s te bereiken, pauzeert 1 s en draait vervolgens tegen de klok in (16°/s2 accelererend tot 120°/s, en vertraagt vervolgens bij 48°/s2 om 0°/s te bereiken). De cyclus met de klok mee-pauze-tegen de klok in vereist ~ 10 s om zijn oorspronkelijke positie te bereiken. Ratten worden hoofd naar het midden van het reuzenradrotatieapparaat geplaatst. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 2
Figuur 2: Balansbundel resultaten. Tijd die nodig is om de balk over te brengen (gemiddelde ± standaarddeviatie). De y-as geeft seconden aan die zijn genomen om de balk over te gaan. Ratten werden getraind voor drie dagen voorafgaand aan de evaluatie om stabiele prestaties te bereiken op de balans balk10. Voorafgaande evaluatie met de lift verticale beweging of reuzenrad apparaten aanzienlijk verhoogt de crossing tijd. Statistische tests werden uitgevoerd door twee-tailed t-test met Bonferroni correctie tussen controle en elke andere groep. geeft p < 0,001 aan. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 3
Figuur 3: Resultaten van het aantal ontlasting. Lift verticale beweging resultaten (a) Links paneel – Ontlasting tellen (gemiddelde ± standaarddeviatie) per groep voor 0,8 Hz, 0,4 Hz, en 0,2 Hz verticale beweging, in aanvulling op een controlegroep, genaamd de statische groep op 0 Hz. Let op de aanzienlijke toename van de ontlasting voor 0,8 Hz en 0,4 Hz, zoals aangegeven door de sterretjes. Ferris-wheel rotatie resultaten(b) Rechts paneel – Ontlasting tellen (gemiddelde ± standaarddeviatie) voor reuzenrad rotatie rat groep (zie beschrijving voor hoeksnelheid paradigma) en een controlegroep (0 Hz), genaamd de statische groep. Let op de aanzienlijke toename van de ontlasting voor de rotatiegroep, zoals aangegeven door de sterretjes. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Figure 4
Figuur 4: Totale afgelegde afstand. (a)Lift verticale beweging resultaten. Dit paneel bestaat uit totale afgelegde afstand (gemiddelde ± standaarddeviatie) per cm in de bewegingstest voor open velden per groep voor 0,8 Hz, 0,4 Hz en 0,2 Hz verticale beweging, naast een (statische) groep. Let op de aanzienlijke daling van de totale afgelegde afstand voor 0,8 Hz en 0,4 Hz, zoals aangegeven door de sterretjes. Statistische tests werden uitgevoerd door twee-tailed t-test met Bonferroni correctie tussen controle en elke andere groep. ** geeft p < 0,01 en *** aan p < 0,001. b) resultaten van de reuzenradrotatie. Dit paneel bestaat uit totale afgelegde afstand (gemiddelde ± standaarddeviatie) per cm in de bewegingstest in open velden voor de ratgroep van reuzenradrotatie en een (statische) groep. Let op de aanzienlijke daling van de totale afstand, zoals aangegeven door de sterretjes. Statistische tests werden uitgevoerd door tweezijdige t-test tussen controle en reuzenrad groep. geeft p < 0,001 aan. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De huidige studie beschrijft het beoordelen van autonome reacties op passieve beweging bij knaagdieren met behulp van lift verticale beweging en reuzenrad rotatie. Deze apparatuur en procedures kunnen gemakkelijk worden aangenomen om andere knaagdieren en verschillende wijzigingen van de testen bestaan om vestibulaire functioneren te bevestigen in verschillende omstandigheden, zoals tijdens in farmacologische uitdaging of chirurgische ingrepen. Onderzoek naar MS ontlokt door vestibulaire stimulatie heeft geleid tot de theorie dat zintuiglijke conflict of neuronale mismatch veroorzaakt door het ontvangen van visuele informatie die verschilt van het verwachte interne model van de omgeving2,3 leidt tot autonome reactie uitlokken symptomen zoals epigastrische ongemak, misselijkheid en / of braken1. Verdere theorieën hebben geschetst dat posturale instabiliteit, zoals zou gebeuren op een gierend schip4,5, autonome reactie uitlokt. Ondanks deze aanzienlijke vooruitgang blijven er vragen bestaan die kunnen worden geholpen door evaluatieprotocollen zoals liftverticale beweging en reuzenradrotatie.

Een cruciale stap voor balansbundel is training. Ratten moeten gemotiveerd zijn en vertrouwen hebben om de balk over te steken; anders wordt het evenwicht (d.w.z. vestibulaire integriteit) niet gemeten in een evaluatieperiode. Voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het onderzoeken van angst14,17 of traumatisch letsel15,16,17, andere gedragingen tijdens de opleiding of balans balk kruising kan relevant zijn. Bijvoorbeeld, in angst onderzoek met behulp van de balans balk, ontlasting, plassen, vallen, en misstappen kunnen worden opgesomd14. Ook in sommige onderzoeksgebieden kunnen knaagdieren die niet gemotiveerd zijn om de balk over te steken, anders worden beoordeeld13,14,15,16,17. Het is van cruciaal belang tijdens de verticale beweging van de lift en reuzenradrotatie om ervoor te zorgen dat de doos dicht en veilig gesloten wordt, omdat knaagdieren in een onbeveiligde doos kunnen worden aangedreven en gewond kunnen raken. Zorg er ook voor dat knaagdieren worden geëvalueerd in de open-field box28,29,30 slechts eenmaal en onmiddellijk na de lift verticale beweging en reuzenrad om een snelle evaluatie van vestibulaire effecten te garanderen.

De bovengenoemde protocollen maken gebruik van kwantitatieve maatregelen. Daarom zijn de beperkingen voor balansbalk knaagdieren die geen motivatie hebben om de balk over te steken, omdat balans het gedrag is dat wordt geëvalueerd. Beperkingen voor de lift verticale beweging en reuzenrad rotatie ontlasting zegt onder meer die een goed gevoed knaagdier. Dat is nodig; anders kan het knaagdier geen robuuste autonome reactie op vestibulaire stimulatie ervaren. Het is een goede gewoonte om het aantal punten van de ontlasting van de basislijn voor een normale/controleperiode van 2,5 uur voor vergelijkende doeleinden in acht te nemen.

Een andere belangrijke overweging bij het gebruik van de protocollen, en de interpretatie van de resultaten, is verschillen in bewegingsziekte reacties tussen soorten. Bij mensen, en ook andere soorten zoals katten en honden, retching en braken zijn twee veel voorkomende symptomen31,32,33,34. Ratten daarentegen kunnen niet overgeven. Ratten vertonen echter bewegingsziektesymptomen zoals pica35,36, ontlastingsreactie37en spontane bewegingsvermindering35,38. Ook mensen vertrouwen in de eerste plaats op visie voor zintuiglijke input en reisziekte is waarschijnlijk gerelateerd aan zintuiglijke conflict met de vestibulaire systeem2,39. Bij ratten, vooral albinoratten (bijvoorbeeld Sprague-Dawley), is visie meestal niet de primaire zin, maar eerder somatosensorische (snorharen). Dit kan leiden tot verschillen tussen soorten in de relatieve bijdragen van verschillende zintuiglijke inputs aan het conflict. Ten slotte zijn er verschillen tussen knaagdiersoorten in de reactie van reisziekte. Bijvoorbeeld, de spitsmuis muis (Suncus murinus) is in staat om een emetische reactiehebben 40,41.

Gezamenlijk vormen de beschreven procedures een korte batterij van beoordelingen voor het onderzoek en de evaluatie van autonome reacties bij knaagdieren tijdens reisziekte6,7,8,9,10,11. De huidige technieken gekoppeld aan meer fysiologische maatregelen zoals elektrofysiologie om de corticale gevolgen tijdens vestibulaire stimulatie te bepalen zou van groot belang zijn.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren geen financiële of niet-financiële belangenconflicten. Het FWR-apparaat heeft een patent in China: ZL201120231912.1.

Acknowledgments

Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door de Hong Kong Research Grants Council, Early Career Scheme, Project #21201217 naar C.L. Het FWR-apparaat heeft een patent in China: 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