التقييم السلوكي للنظام الدهليزي ماوس الشيخوخة
Summary
ومن المعروف التحكم في المحركات والأداء التوازن في التدهور مع تقدم العمر. تعرض هذه الورقة على عدد من الاختبارات السلوكية موسع القياسية مع إضافة حافزا دوارة بسيطة لتحدي النظام وتظهر التغيرات في الأداء الدهليزي التوازن في نموذج الفئران الشيخوخة.
Abstract
ويرتبط انخفاض سن ذات الصلة في أداء التوازن مع تدهور قوة العضلات، والتنسيق الحركي وظيفة الدهليزي. في حين أن عددا من الدراسات تظهر تغيرات في توازن النمط الظاهري مع التقدم في العمر في القوارض، وعدد قليل جدا عزل مساهمة الدهليزي لتحقيق التوازن تحت أي ظروف طبيعية أو أثناء الشيخوخة. نحن نستخدم اثنين من الاختبارات السلوكية معيار لتميز الأداء ميزان الفئران في نقاط محددة على مدى عمر عمر: اختبار rotarod ويميل اختبار عارضة التوازن. على الرغم من أهمية، يتم استخدام محور دوار العرف بنيت أيضا على تحفيز الجهاز الدهليزي من الفئران (دون التسبب علامات العلني من دوار الحركة). وقد استخدمت هذه الاختبارين تبين أن التغيرات في الأداء الدهليزي بوساطة التوازن موجودة على مدى عمر الفئران. تظهر النتائج الأولية أن كلا من اختبار rotarod وتعديل اختبار التوازن شعاع يمكن استخدامها لتحديد التغييرات في الأداء التوازن أثناء الشيخوخة كبديل لأكثر difficتقنيات الموج والغازية مثل الدهليزي العيني (VOR) القياسات.
Introduction
لدينا نوع من التوازن ربما يكون واحدا من المكونات الحيوية أكثر التغاضي حتى الآن حتى في الأنشطة الحركية الأساسية بما في ذلك المشي وتحول. ويتأثر التوازن عن طريق العديد من العوامل بما في ذلك قوة العضلات، والتنسيق الحركي وظيفة الدهليزي، وأنها ليست سوى في وجود اعتلال الأعصاب الدهليزي أو أثناء الشيخوخة الطبيعية التي هي محل تقدير أهمية وجود نظام توازن تعمل بشكل كامل. غالبا ما ترتبط اضطرابات للنظام الدهليزي مع الخبرات من الدوار والدوخة أو واختلال التوازن مما يؤدي إلى زيادة خطر السقوط والإصابات اللاحقة 1. هذا أمر بالغ الأهمية ولا سيما في السكان المسنين حيث السقوط هي واحدة من الأسباب الرئيسية للإصابة 2.
وتستند اختبارات وظائف الدهليزي عادة على ردود الفعل الدهليزي، على وجه الخصوص، إلى الدهليزي العيني (VOR) أو إلى الدهليزي collic العاكسة (VCR). وVOR وVCR ضرورية لتحقيق الاستقرار في الصور علىموقف شبكية العين والرأس خلال حركات الرأس والجسم على التوالي. عادة، والقياسات VOR تتطلب زرع الغازية من بحث ملفات لقياس حركات العين أو تتبع حركة العين من الفيديو 3. هذا هو التحدي في الفئران بسبب طبيعة صغير من العين الماوس وصعوبة في الكشف عن التلميذ لتحليل الفيديو 3. كبديل، تم استخدام جهاز فيديو لقياس استقرار الرأس في استجابة لحركات الجسم في الفئران دون الحاجة للجراحة الغازية 4. على الرغم من هذا، والتركيز على عدد قليل من الدراسات على وجه التحديد كيفية أداء النظام الدهليزي ككل، والأهم من ذلك كيف يتغير أثناء الشيخوخة.
لتقييم الأداء التوازن العام ببساطة ونحن noninvasively تعديل اختبارين السلوكية شائعة الاستخدام. وrotarod ويميل الميزان شعاع اختبارات تقييم جوانب مختلفة من الأداء الحركي في القوارض والدراسات السابقة استخدمت في بطارية اختبار لاكتساب كاملةالملف الشخصى القدرة الحركية. يمكن أن تتأثر هذه القدرة عن طريق المرض أو التعديل الوراثي، وأيضا حساسة للعمليات المرتبطة التطور الطبيعي والشيخوخة 5-7. العمل في وقت سابق باستخدام rotarod قد أظهرت أن التنسيق الحركي في الفئران ينخفض بعد 3 أشهر من 8 السن. بالإضافة إلى ذلك، تظهر الفئران عجز الميزان ملحوظ مع زيادة العمر على اختبار التوازن شعاع 9.
تصف هذه الورقة استخدام rotarod والتوازن شعاع الاختبارات بالتزامن مع التحفيز الدهليزي من أجل تحدي النظام الدهليزي وتوصيف الأثر اللاحق على التوازن في أداء الفئران الشباب وكبار السن. في حين أن وسائل بسيطة وموسع وصفها ليست مصممة باعتبارها تدابير قائمة بذاتها وظيفة دهليزي الطرفية، وأنها لا توفر مقياسا السلوكية مفيدة وبسيطة لمقارنة التغيرات الخلوية والتحت خلوية في مراحل متعددة من خلال تجهيز الدهليزي الشيخوخة الطبيعية في الفئران.
Protocol
Representative Results
Discussion
خطوات حاسمة في إطار بروتوكول
وقد أظهرت الأعمال السابقة أنه من السهل أن الفئران إفرط في التدريب على كل من rotarod وجهاز عارضة التوازن ونتيجة لذلك، واقتناء قياسات دقيقة يمكن أن يكون تحديا 15. على سبيل المثال، بإفراط على rotarod يمكن أن…
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).
