התנהגות הערכה של מערכת שיווי המשקל עכבר ההזדקנות
Summary
שליטה מוטורית וביצועי איזון ידועים להידרדר עם גיל. מאמר זה מציג מספר המבחנים סטנדרטיים פולשנית התנהגותיות עם התוספת של גירוי סיבובי פשוט לאתגר את שיווי המשקל במערכת ולהראות שינויים בביצועי איזון במודל עכברי של הזדקנות.
Abstract
ירידה בגיל הקשורים בביצועי איזון קשור לכוח הידרדרות שרירים, קואורדינציה מוטורית ותפקוד שיווי המשקל. בעוד מספר מחקרים מראים שינויים בפנוטיפ איזון עם גיל במכרסמים, מעט מאוד לבודד את תרומת שיווי המשקל כדי לאזן תחת שני תנאים נורמלים או במהלך הזדקנות. אנו משתמשים בשני מבחנים סטנדרטיים התנהגותיות כדי לאפיין את ביצועי האיזון של עכברים בנקודות גיל קבועים על פני אורך החיים: במבחן rotarod ובדיקת קרן איזון נוטה. חשוב לציין כי, הכתף בנוי מותאם אישית משמש גם כדי לעורר את מערכת שיווי המשקל של עכברים (ללא גרימת סימנים גלויים של מחלת תנועה). שתי בדיקות אלה היו בשימוש כדי להראות ששינויים בביצועים בתיווך איזון שיווי המשקל נמצאים מעל תוחלת החיים העכבריות. תוצאות ראשוניות מראות כי גם במבחן rotarod ובדיקת קרן איזון שונה ניתן להשתמש כדי לזהות שינויים בביצועי איזון במהלך הזדקנות כחלופה ליותר difficטכניקות ult ופולשניים, כגון מדידות vestibulo העינית (VOR).
Introduction
תחושת האיזון שלנו היא אולי אחד המרכיבים החיוניים התעלמו ביותר עד כה של אפילו הפעילויות המוטוריות הבסיסיות ביותר כולל הליכה ומפנה. איזון מושפע מגורמים רבים, כולל כוח שריר, קואורדינציה מוטורית ותפקוד שיווי המשקל, וזה רק בנוכחות נוירופתיה שיווי המשקל או במהלך הזדקנות נורמלית כי החשיבות של מערכת שיווי משקל לתפקוד מלא מוערכת. הפרעות למערכת שיווי המשקל הקשורים לעתים קרובות עם חוויות של סחרחורת או סחרחורת וחוסר שיווי משקל וכתוצאה מכך עלייה בסיכון לנפילות והפציעות הבאות 1. זה הוא קריטי במיוחד באוכלוסיות מבוגרות בי נפילות הן אחד הגורמים העיקריים לפגיעה 2.
בדיקות תפקודי שיווי המשקל מבוססים בדרך כלל על רפלקסים שיווי המשקל, בפרט, vestibulo העיני (VOR) או רפלקס vestibulo-collic (וידאו). VOR ומכשיר הווידאו הם חיוניים לייצוב תמונות עלעמדת רשתית ואת הראש בתנועות הראש והגוף בהתאמה. בדרך כלל, מדידות VOR דורשות השתלה פולשנית של סלילי חיפוש למדוד תנועות עיניים או וידאו מעקב אחר תנועות עיני 3. זה מאתגר בעכברים בשל האופי הקטן של העין העכבר והקושי באיתור את התלמיד לוידאו ניתוח 3. כחלופה, מכשיר הווידאו נעשה שימוש כדי למדוד את התייצבותו של הראש בתגובה לגוף תנועות בעכברים ללא הצורך בניתוח פולשני 4. למרות זאת, מעט מחקרים להתמקד דווקא על אופן שבו מערכת שיווי המשקל מבצעת בכללותו וחשובה יותר כיצד הוא משתנה במהלך הזדקנות.
כדי להעריך את ביצועי איזון הכוללים פשוט וnoninvasively שינינו שתי בדיקות התנהגותיות נפוצות. בדיקות קרן איזון rotarod ונוטה להעריך אספקטים שונים של ביצועי מנוע במכרסמים ובמחקרים קודמים כבר בשימוש בסוללת מבחן לרכישה מלאפרופיל של יכולת המוטורית. יכולת זו יכולה להיות מושפעת על ידי מחלה או הנדסה גנטית, והוא גם רגיש לתהליכים הקשורים להתפתחות תקינה והזדקנות 5-7. העבודה קודמת באמצעות rotarod הוכיחה כי קואורדינציה מוטורית בעכברים יורדת לאחר 3 חודשים של גיל 8. בנוסף, חולדות מראות גירעונות איזון בולטים עם העלייה בגיל במבחן קרן איזון 9.
מאמר זה מתאר את השימוש בבדיקות rotarod וקרן איזון בשילוב עם גירוי שיווי המשקל במטרה לאתגר את מערכת שיווי המשקל ולאפיין את ההשפעה שלאחר מכן על ביצועי איזון בעכברים צעירים ומבוגרים. בעוד שהשיטות פשוטות ולא פולשנית שתוארו לא נועדו כאמצעי עצמאי של תפקוד שיווי המשקל היקפי, הם לספק מידה התנהגותיות שימושית ופשוטה להשוואת שינויים תאיים וsubcellular בשלבים שונים של עיבוד שיווי המשקל במהלך הזדקנות נורמלית בעכברים.
Protocol
Representative Results
Discussion
שלבים קריטיים בפרוטוקול
העבודות קודמות הראו כי זה קל overtrain עכברים בשני rotarod ומכשירי קרן איזון וכתוצאה מכך, הרכישה של מדידות מדויקות יכולה להיות 15 מאתגרים. לדוגמא, לגרום לאימון יתר על rotarod יכול להוביל לעכברים לקפוץ בכוונה פיני?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to acknowledge The Garnett Passe and Rodney Williams Memorial Foundation and the Bosch Institute Animal Behavioural Facility.
Materials
| Rotarod | IITC Life Science Inc. | #755 | "Rat dowels" = 70 mm diameter. Do not allow ethanol contact perspex. |
| iPhone | Apple | Can use any type of camera (e.g. Logitech webcam described above). Velcro fixed to the back surface for attachment to the the 3D articulated arm. | |
| 3D articulated arm | Fisso/Baitella | Classic 3300-28 | Any type of stable vertical stand would be adequate. Velcro is fixed to the apical end of the arm for iPhone attachment. |
| Wooden walking beam: 1m long strip of smooth wood with a circular cross-section of 14 mm diameter | A range of diameters and cross section shapes can be used to suit experimental parameters | ||
| Wooden goal box (130 x 140 x 220 mm) made from 11 mm thick boards | |||
| Support stand made of 41 x 41 mm beams: 2 vertical beams 525 and 590 mm from ground at the start and goal ends respectively; 803 mm horizontal beam that runs along the ground directly under the walking beam; two 20 mm long beams act as "feet", joining the horizontal and vertical beams at each end; a 21 x 21 x 36 mm block hewn at the apical end of the "starting" vertical beam; a 13 x 13 mm aperture cut out of the centre of this block, forming a tunnel which runs perpendicular to the walking beam. | Brace all joins with small steel brackets. | ||
| Adjustible metal ring (13 mm wide) | Pass this through the aperture in the block, pass the starting end of the balance beam through this ring and tighten until the beam is firmly in place. | ||
| Black paint (water based) | Handycan | Acrylic Matt Black | 2-3 coats for all wooden surfaces of the balance beam apparatus |
| Clear finish | Wattle Estapol | Polyurethane Matt | Single coat for all beams. Double coat for all other surfaces of the balance beam apparatus |
| Foam, packaging material | To cushion any falls from the balance beam | ||
| Electrical tape | Fix webcam to roof. | ||
| 70% Ethanol, paper towels | Clean beam and goal box between each animal. | ||
| Gauze pads/paper towels | To line the floor of the goal box | ||
| Mouse house (from home cage) |
References
- Agrawal, Y., et al. Disorders of balance and vestibular function in US adults: data from the National Health and Nutrition Examination Survey, 2001-2004. Arch. Intern. Med. 169, 938-944 (2009).
- Schwab, C. W., Kauder, D. R. Trauma in the geriatric patient. Arch. Surg. 127, 701-706 (1992).
- Stahl, J. S., et al. A comparison of video and magnetic search coil recordings of mouse eye movements. J. Neurosci. Methods. 99, 101-110 (2000).
- Takemura, K., King, W. M. Vestibulo-collic reflex (VCR) in mice. Exp. Brain Res. 167, 103-107 (2005).
- Carter, R. J., et al. Characterization of progressive motor deficits in mice transgenic for the human Huntington’s disease mutation. J. Neurosci. 19, 3248-3257 (1999).
- Wallace, J. E., et al. Motor and reflexive behavior in the aging rat. J. Gerontol. 35, 364-370 (1980).
- Ingram, D. K., et al. Differential effects of age on motor performance in two mouse strains. Neurobiol. Aging. 2, 221-227 (1981).
- Serradj, N., Jamon, M. Age-related changes in the motricity of the inbred mice strains 129/sv and C57BL/6j. Behav. Brain Res. 177, 80-89 (2007).
- Gage, F. H., et al. Spatial learning and motor deficits in aged rats. Neurobiol. Aging. 5, 43-48 (1984).
- Rustay, N. R., et al. Influence of task parameters on rotarod performance and sensitivity to ethanol in mice. Behav. Brain Res. 141, 237-249 (2003).
- Xiaocheng, W., et al. Expression of calcitonin gene-related peptide in efferent vestibular system and vestibular nucleus in rats with motion sickness. PloS One. 7, (2012).
- Beraneck, M., et al. Ontogeny of mouse vestibulo-ocular reflex following genetic or environmental alteration of gravity sensing. PloS One. 7, (2012).
- Carter, R. J., et al. Motor coordination and balance in rodents. Curr. Protoc. Neurosci. , (2001).
- Brooks, S. P., Dunnett, S. B. Tests to assess motor phenotype in mice: a user’s guide. Nat. Rev. Neurosci. 10, 519-529 (2009).
- Luong, T. N., et al. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. J. Vis. Exp. (49), (2011).
- McFadyen, M. P., et al. Differences among eight inbred strains of mice in motor ability and motor learning on a rotorod. Genes Brain Behav. 2, 214-219 (2003).
- Shiga, A., et al. Aging effects on vestibulo-ocular responses in C57BL/6 mice: comparison with alteration in auditory function. Audiol. Neurootol. 10, 97-104 (2005).
- Stahl, J. S. Eye movements of the murine P/Q calcium channel mutant rocker, and the impact of aging. J. Neurophysiol. 91, 2066-2078 (2004).
- Fahlstrom, A., et al. Behavioral changes in aging female C57BL/6 mice. Neurobiol. Aging. 32, 1868-1880 (2011).
- Bâ, A., Seri, B. V. Psychomotor functions in developing rats: ontogenetic approach to structure-function relationships. Neurosci. Biobehav. Rev. 19, 413-425 (1995).
- Yu, X., et al. A novel animal model for motion sickness and its first application in rodents. Physiol. Behav. 92, 702-707 (2007).
- Tung, V. W., et al. An isolated semi-intact preparation of the mouse vestibular sensory epithelium for electrophysiology and high-resolution two-photon microscopy. J. Vis. Exp. (76), (2013).
