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Behavior

Bewertung der Vordergliedmaße Funktion nach Einseitige Cervical SCI mit Novel Aufgaben: Gliedmaßen Step-Wechsel, Haltungsinstabilität und Pasta Handhabung

Published: September 16, 2013
doi:
10.3791/50955
, , ,
1Department of Biomedical Engineering,The University of Texas at Austin, 2Department of Psychology,The University of Texas at Austin, 3The J. Crayton Pruitt Family Department of Biomedical Engineering,University of Florida

Summary

Drei neue Verhaltenstests (Vordergliedmaße Schritt-Wechsel, Haltungsinstabilität Test, Pasta Handling-Test) für die Bewertung Vordergliedmaße Funktion nach einer zervikalen Rückenmarksverletzung bei Nagetieren beschrieben.

Abstract

Zervikalen Rückenmarksverletzung (CsCl) kann verheerende neurologische Defizite, einschließlich Beeinträchtigung oder Verlust der oberen Extremität und Handfunktion verursachen. Ein Großteil der Rückenmarksverletzungen bei Menschen auftreten, am zervikalen Ebenen. Daher ist die Entwicklung zervikalen Verletzungen Modelle und die Entwicklung relevanter und sensible Verhaltenstests ist von großer Bedeutung. Hier beschreiben wir den Einsatz eines neu entwickelten Vorderbein Schritt-Wechseltest nach einer zervikalen Rückenmarksverletzungen bei Ratten. Außerdem beschreiben wir zwei Verhaltenstests, die nicht nach Rückenmarksverletzungen eingesetzt wurden: a Haltungsinstabilität Test (PIT) und ein Pasta-Handling-Test. Alle drei Verhaltenstests sind sehr empfindlich gegen Verletzungen und sind einfach zu bedienen. Daher glauben wir, dass diese Verhaltenstests kann sich bei der Untersuchung von Therapiestrategien nach CSci sein.

Introduction

Cervical Verletzungen des Rückenmarks (CsCl) ist die häufigste Form der SCI bei Patienten, die etwa 62% aller Gebiete von gemeinschaftlicher Bedeutung ( http://www.spinalcord.uab.edu ). Verletzungen des zervikalen Rückenmark kann es zu Störungen der oberen Extremitäten sowie der Atmung führen. Eine aktuelle Studie in Patienten mit CSci legt nahe, dass eine teilweise oder volle Funktion des Armes und / oder Hand gilt als eine wichtige Priorität 1 sein. Daher ist die Entwicklung CSci Modelle und die damit verbundenen Verhaltenstests, die leicht, sensibel und zuverlässig zu bedienen sind, ist ein wichtiges Ziel. Es gibt mehrere nützliche Verhaltenstests auf Vordergliedmaße Funktion nach CSci in Nagetieren 1-17 beurteilen, aber viele dieser Tests sind schwierig zu bedienen und erfordern spezielle Ausrüstung. Pasta Handlingtests wurden von anderen Gruppen 18,19 entwickelt worden, aber diese Tests erfordern, dass die Tiere in speziellen Käfigen Pasta essen, gefilmt werden, die eine lang erfordertEinarbeitungszeit, während die Methode, die wir vorschlagen, kann im Haus Käfig der Tiere durchgeführt werden. Zuvor beschriebene Pasta Tests erfordern signifikante Analysenzeit und oft teure Software, im Gegensatz zu dem hier beschriebenen Test. Das Ziel unserer Methode ist, zu entwickeln und einzusetzen Verhaltenstests, die einfach zu bedienen, zuverlässig sind, und teure Ausrüstung nicht erforderlich. Genauer gesagt, das hier beschriebene forelimb Schritt-Wechseltest ermöglicht es Forschern, Läsionsvolumen früh nach der Verletzung zu schätzen, ein Mittel zu schaffen gleichwertige Behandlungsgruppen, bevor eine chronische Behandlung verabreicht wird. In dieser Studie beschreiben wir im Detail drei neue Verhaltenstests: (1) forelimb Schritt-Wechsel, (2) Haltungsinstabilität, und (3) Pasta Handhabung.

Die Bestimmung des richtigen Verhaltenstests zu verwenden, kann schwierig sein. In der Tat glauben wir, dass niemand Verhaltenstest kann die Funktion der Vordergliedmaßen angemessen zu beurteilen. Daher empfehlen wir die Verwendung einer Kombination von ein paar Verhaltenstests an Arschess Vordergliedmaße Funktion nach SCI. Kategorisch gesagt, sollte man ein offenes Feld der Bewegungstyp Aufgabe (zB forelimb Bewegungsskala, Zylinder) werden die Tiere auf die Nutzung ihrer Vorderbein während der normalen Fortbewegung beurteilt und eine Aufgabe spezifischen Test, wo die Tiere werden aufgefordert, eine bestimmte Aufgabe auszuführen verwenden die die Verwendung ihrer Vordergliedmaße (zB Nudeln essen, Haltungsinstabilität, Greifkraft, etc.). Die hier im Detail beschrieben Verhaltenstests sind nützlich für die Bestimmung Schwere der Läsionen bei ~ eine Woche nach der Läsion (Vordergliedmaße Schritt-Wechsel, Haltungsinstabilität, Pasta Handling), die Auswirkungen einer einseitigen Läsion an der Vordergliedmaße kontraläsionellen (Vordergliedmaße Schritt-Wechsel, Haltungsinstabilität ) und feinmotorische Bewegung der Vorderbeine (Nudeln Handling). Die Kenntnis der Schwere und der Wirkungen der Läsion verwendet werden, können auch diktieren die entsprechenden Verhaltenstests. Wenn feinmotorischen Bewegungen des Handgelenks sind nicht möglich, nach der Läsion mit einem Test, dass Maßnahmen und quantifn die Verwendung von forelimb Pfoten ist unangebracht. Zum Beispiel können viele der oben beschriebenen Nudelhandhabungstests mehr sehen in der Tiefe der einzelnen Bewegungen der Stellen, jedoch mit der Schwere und dem Ort der Schädigung wir dies irrelevant und anstatt beobachteten Unterschiede in der gesamten Anordnung der Schenkel.

Forscher könnten versucht sein, viele Verhaltenstests durchzuführen und verwenden eine Probe von ihnen zur Demonstration auf Basis der Ergebnisse werden jedoch empfiehlt es sich, für jede Versuchsmodell verwendet eine Pilotstudie durchgeführt, um entsprechende Verhaltenstests für die Läsion zu bestimmen. Daher ist es wichtig zu beachten, dass der Benutzer zumindest eine gewisse vorherige Kenntnis der Art und dem Ausmaß des Defizits eines bestimmten Typs Läsion vor der Entscheidung über Verhaltenstests eingesetzt werden können. Beurteilung der Schwere der Läsionen auf Basis von Verhaltensleistung ermöglicht auch Behandlungsgruppen mit einer gleichmäßigen Verteilung der Schwere der Läsionen vor Vergnügen geschaffen werdenment verabreicht wird.

Protocol

Alle Tier Verfahren wurden in Übereinstimmung mit genehmigten Protokolle mit dem internen IACUC an der Universität von Texas in Austin und unter National Institutes of Health (NIH)-Richtlinien durchgeführt. Tiere in dieser Studie verwendet wurde, hatte eine Prellung C3/C4 seitliche Verletzungen mit einem unendlichen Horizont Impaktor oder ein C3/C4 Seiten Hemisektion Modell und diese Methoden können im weiteren Sinne zu anderen Modellen 18 angewendet werden. Wir empfehlen, dass die Forscher testen, Tiere für 2 Wochen vor Verletzungen, 3 Tage nach der Verletzung und regelmäßig (zB wöchentlich) für die Dauer der Studie. Bei der Durchführung von Verhaltenstests auf post-operativen Tiere, vor allem an drei Tage nach der Operation, ist darauf zu achten, dass die Tiere ausreichend von der Operation erholt und dass die Verhaltens-Testverfahren keine zusätzlichen Schmerzen oder Stress für die Tiere führen kann. Im allgemeinen kann 2-3 Wochen der Behandlung und Vorprüfung vor der Operation benötigt werden. Dies beinhaltet immer das Tier angenehm auf der Testumgebung durch den Umgang mit ihnen in einer ähnlichen Weise, wie sie während der Prüfung sowie die Möglichkeit das Tier frei bewegen auf der Testoberfläche behandelt werden. Es ist auch wichtig, um das Tier gehalten verwendet, kann dies, indem das Tier auf und in der Nähe der Testoberfläche in nicht-direkten Bewegungen, um das Tier zu gewöhnen Umgang durchgeführt werden. Es ist auch wichtig, um die Tiere zu Beginn entspannen und in zwischen den Testsitzungen. Um die Tiere entspannen, halten Sie das Tier auf einem Tisch in einem Vorderbein-Haltung nur Lager, in einer "Schubkarre"-Position und Sprungkraft das Tier vorsichtig auf der Tischplatte so dass die Vorderbeine, um die Oberfläche zu berühren. Dies lehrt die Tiere unter sich spüren, für eine stabile Oberfläche und ist ein wichtiger und notwendiger Schritt in der Prozedur, weil sie gewährleistet, dass die Tiere vor der Prüfung entspannt beginnt. 1. Vorderbein Step-Wechsel-Test Testzusammenfassung: Zeigen die Tiere mit beiden Vorderbeine berührt die Tischplatte, um festzustellen, ob sie die Verwendung ihrer Vorderbeine zu wechseln. Bewegen Sie die Ratte nach vorne, verlagern ihren Schwerpunkt, sie zu zwingen, zu versuchen, Schritt. Dieser Test wird viermal mit je Tier wiederholt, und wenn ein Tier zeigt Fähigkeit, die abwechselnd oder höher als 75%, so wird es als ein Wechselstromgenerator sein. Dies ist eine Zwangsfahrauftrag, so dass Tiere, die als nicht-Generatoren sind, werden immer wieder mit dem gleichen Vorderbein zu treten. Halten Sie ein Tier auf einem Tisch in einem Vorderbein nur Gewicht tragenden Haltung, in einer "Schubkarre"-Position mit ihrem Körper bei fast 90 ° aus der Tabelle. Sobald das Tier entspannt erscheint, drücken Sie das Tier nach vorne, entlang der Oberfläche der Tischplatte zu bewegen. Ermitteln und notieren Sie, ob die Ratte wechselt verwenden der Vorderbeine, während sich über die Oberfläche. Beachten Sie, und notieren Sie die Vordergliedmaße, die die Bewegung initiiert und ob das Tier wechseln kann oder nicht, on der Vordergliedmaße Step-Wechsel Test Score Sheet (gestellt). Wiederholen Sie diesen Test mindestens zweimal, während das Tier mit einer Hand (rechts oder links) gedrückt halten. Wiederholen Sie mindestens zweimal erneut, während das Tier in der anderen Hand hält. Wenn Ratten zeigten diese Fähigkeit kann der Schritt-Wechsel wieder durch Einführen einer 5 sec Wartezeit nach dem ersten Schritt zu bestimmen, geprüft werden, wenn das Muster der Wechsel nach einer Verzögerung bleibt. Beachten Sie die Ergebnisse und aufzeichnen, die im Spiel. Dieser Test kann täglich verwendet werden, und es wird empfohlen, dass die Tiere mindestens einmal pro Woche für eine wiederholte Messungen Experiment getestet werden. Hinweis: Es ist wichtig, Handhaltung des Experimentators zu wechseln, da es die Wechselverhalten der Versuchstiere beeinflussen. Die Step-Wechsel Punktzahl Blattes kann verwendet werden, zu beachten, Pfote Position und während der Schritt verwenden. Obwohl wir die Daten nicht in unser Bewertungssystem derzeit eingearbeitet (wir haben nurgebrauchten Wechsel Status zur Gruppe der verletzten Tieren in der aktuellen Studie), können die Benutzer leicht sind Pfote Positionsdaten als Teil der Analyse abhängig von der spezifischen Projekt. 2. Haltungsinstabilität-Test Test-Fazit: Aus diesem Verhaltenstest, halten Ratten in einer ähnlichen Position wie bei der Vordergliedmaße Wechseltest, jedoch sollte jede Vordergliedmaße einzeln getestet werden. Die Tischplatte sollte mit Sandpapier (Nr. 220) abgedeckt werden Ausrutschen, Verspannung, oder Ziehen der Vorderbeine während des Tests zu verhindern. In diesem Test wird die Entfernung, die für das Tier, einen Schritt mit dem Vorderbein untersucht, um seine Balance wieder aufgenommen werden. Tiere innerhalb einer Studiengruppe sollte etwa das gleiche Gewicht, Größe und Alter als große Unterschiede im Körpergewicht kann in einer Änderung der für die Aufrechterhaltung des Schwerpunktes für ein bestimmtes Tier benötigt 19 Basis Abstand führen. Ein Schein-Gruppe sollte es seinenthalten, während mit PIT, um zu überprüfen, dass Veränderungen im Verhalten durch Regeneration oder Wiederherstellung statt des Alters-und Gewichtszunahme sind. Halten Sie ein Tier auf einem Tisch in einer komfortablen Position und damit beide Vorderbeine, um die Oberfläche zu erreichen, sollte das Tier bequem in einem "Schubkarre"-Position mit ihrem Körper auf fast 90 ° von der Tabelle sein. Beachten Sie, dass es wichtig ist, um das Tier in einer vertikalen Position zu halten. Dies ermöglicht eine konsistente Abstand benötigt, um einen Schritt auslösen Schwerpunkt wieder zu erlangen. Leicht zurückhalten ein Vorderbein des Tieres gegen den Rumpf und richten Sie die Nase der Ratte mit der Nulllinie von oben gesehen. Bewegen Sie die Ratte nach vorne. Dies wird das Tier Schwerpunkt nach vorne Stimulierung der Tier zu Schritt, um sein Gleichgewicht wieder zu verschieben. Aufzeichnen der neuen Position der Nase nach dem Ratten Schritte zweimal und verwenden den Mittelwert dieser beiden Schritte als der Abstand erforderlich, um eine Stufe auslösen. Prüfen Sie jedes forelimb unabhängig 5x, bringt das Tier zurück auf die Position 0 und überprüfen, ob das Tier weiter, bevor Sie fortfahren, um konsistente Ergebnisse zu gewährleisten in der Hand des Experimentators gelockert werden. Record in der Haltungsinstabilität Test (PIT) Bewertungsbogen, zur Verfügung gestellt. Dieser Test kann täglich erfolgen, und es wird empfohlen, dass die Tiere mindestens einmal wöchentlich für die Dauer des Experiments getestet. 3. Handhabung Pasta-Test Test-Fazit: Mit diesem Test, um die Zeit es braucht, um ein Stück von Teigwaren und die Pfote Vorliebe während eines Pasta-Essen essen Sitzung bestimmen. In diesem Test nutzen 4,0 cm Stränge der Trockenteigwaren (dünne Spaghetti, Durchmesser ~ 1,6 mm). Der Test sollte in etwa zur gleichen Zeit jeden Testtag verabreicht werden. Nagetiere fressen in der Regel trocken Nudeln leicht, aber 4-6 Stunden Futterentzug wird empfohlen, vor der Prüfung, wenn dies nicht der Fall. Ausgangsmessungen sollten 1-2 Wochen vor erworben werdenfür Verletzungen. Vor der Grundlinie aufgezeichnet haben, sollten Ratten die gleiche Art von Pasta in ihren Heimatkäfig gegeben, um sie für die Prüfung vorzubereiten. Dann erlauben die Ratten Nudeln in einer Testkammer zu essen und nehmen Sie sich Zeit, um Pasta zu essen. Teigwarenstücke sollten in der Nähe der Vorderseite der Testkammer, in der die Verwendung von Vorderbeinen kann leicht beobachtet werden, platziert werden. Jedes Pasta-Essen Sitzung sollte auch das Essen mindestens drei Stücke von Teigwaren. Ratten gelten als kompetent in Nudeln essen, wenn ihre Pasta-Essen Zeit konsistent ist für mindestens 3 Tage. Nach dem Training, die Ratten zu essen Pasta konsequent in der Testkammer, legen Ratten im Aufnahmekammern. Zeigen Pasta Stücke auf den Boden in der Nähe des vor der Prüfungskammer und Rekordzeit, ein Stück Pasta, Vorderbeine verwendet werden, und die Positionen der Vorderbeine essen, wie auf der Pasta Handhabung Score Sheet entnommen. Dieser Test kann täglich durchgeführt werden, es wird jedoch empfohlen, sie wöchentlich ausführen, während Gewicht der Tiere als to nicht über die Tiere füttern. Hinweis: Die Pasta Handhabung Score Blatt bietet Raum, um Zeit zu Pasta und Pfote Einsatz, ähnlich wie die in dieser Studie enthaltenen Daten aufzeichnen essen. Wir haben auch Bereiche, um zusätzliche Details der Pfote Verwendung während einer Pasta-Essen-Sitzung, wie Pfoten Position aufzeichnen.

Representative Results

Wir empfehlen, dass die Tiere regelmäßig während des Experiments in einem wiederholten Maßnahmen-Art Experiment für eine verbesserte Analyse getestet werden und zu einer Verbesserung im Laufe der Zeit zu analysieren. Vorderbein Step-Wechsel-Test Dieser Test wurde entwickelt, um die Fähigkeit eines Tieres, um die Verwendung der Vorderbeine abwechselnd bestimmen. Mit der Vordergliedmaße Schritt-Wechseltest, waren in der Lage, die Verwendung ihrer Vorderbeine nach CSci 19 bei 12-16 Wochen nach der Verletzung (Abbildung 1A) wechseln nur 50% der Tiere. Weiter haben wir eine Verzögerung (5 s), indem das Tier stationär nach dem ersten Schritt, bevor das Tier nach vorne für den zweiten Schritt. Nur 50% der Tiere, die abwechselnd die Verwendung ihrer Schenkel (25% der Gesamt lädierten Gruppe) waren in der Lage, abwechselnd nach 5 Sek. Verzögerung (Fig. 1B). Wir korrelieren diese Ergebnisse mit anatomischen Studien und die Analyse ergab, dass Generatoren haben significantly größeren Bereich verschont Pyramidenbahn [F (1,1) = 5,56, p <0,05] und dorsalen Säule [F (1,1) = 19,2, p <0,003] auf der kontraläsionalen Seite 19. Diese Daten zeigen, dass die Vorderbein Schritt Wechseltest kann die Schwere der Läsion sowie Einseitigkeit der Läsionen vorauszusagen. Dieser Test kann in Nenn kategoriale Daten, die mit einer wiederholten Messungen Analyse analysiert werden sollten. In diesem Beispiel war es nicht eine Maßnahme wiederholt, verwendeten wir einen Zeitpunkt, um die Differenz zwischen den Gruppen vor. Jedes Tier wird als "Wechselstromgenerator" oder "Nicht-Lichtmaschine" kategorisiert werden, die Trennung der Tiere in zwei Gruppen von Verletzungen (moderate gegen schwere, beziehungsweise). Haltungsinstabilität-Test Einseitige Schädigungen des Rückenmarks können Änderungen nicht nur auf das gestörte und / oder betroffene Extremität, sondern auch auf die nicht wert Leben verursachen. Die Haltungsinstabilität Test (PIT) war zuvor abribed und bei Tieren mit einem Nagetier-Modell der Parkinson-Krankheit und 18 in einem Nagetiermodell von CsCl 19 verwendet. Wir verwendeten PIT nach CSci und fand, dass es einen signifikanten Effekt der Läsion Status [F (1,1) = 8,17, p <0,01]. Darüber hinaus war forelimb Verschiebung (Entfernung zum Zentrum der Schwerkraft wieder) deutlich größer in der ipsilesional Seite (rechte Vorderbein) von verletzten Tieren im Vergleich zu Tieren, die mit Scheinoperation (6,00 ± 0,24 cm gegenüber 8,00 ± 0,10 cm, p <0,0001, Fig. 2 ). Die Verschiebung Abstand auf der kontraläsionellen Vorderbein war deutlich kleiner in lädierten Tieren im Vergleich zu scheinoperierten Tieren (6,00 ± 0,25 cm für Schein gegenüber 4,00 ± 0,10 cm für CSci, p <0,0001; Abbildung 2). Dieses Ergebnis zeigt, dass kontraläsionellen forelimb führte auch zu Veränderungen aufgrund von Läsionen an der gegenüberliegenden Seite (dh Veränderungen in der Körperhaltung Einstellung durch die kontraläsionellen forelimb dass sich der Schwerpunkt wieder). Die Daten aus diesem Test wird quantitativ sein und sollte mit Hilfe eines ANOVA mit wiederholten Messungen auf Veränderungen in Gruppen in einem Experiment zu untersuchen analysiert werden. Handhabung Pasta-Test Pasta Behandlung wurde entwickelt, um die qualifizierte Nutzung der Vorderbeine zu testen, während Essen ein Stück Trockenteigwaren. Ein ähnlicher Test wurde bereits verwendet worden, um Defizite in der gekonnte Einsatz von Vorderbeine in Tiermodellen der einseitigen Schlaganfall und Parkinson-Krankheit und nach 20,21 CSci 19 zu erkennen. Bei chronischen Zeitpunkten nach der Verletzung (12 Wochen nach der Verletzung), aß alle Schein Tiere Pasta mit beiden Pfoten während des Testzeitraums. Im verletzten Gruppe, fanden wir, dass die Gesamtzeit, um ein Stück von Teigwaren essen ist ähnlich zu der Kontrollgruppe (Abbildung 3). Doch mehr Lichtmaschinen (mildere Verletzungen, 10 von 15) waren in der Lage, ihre ipsilesional Vordergliedmaße im Vergleich zu nicht-Generatoren verwenden (schwer verletzt Gruppe; 1 von 7; <strong> Abbildung 3). Die Pasta Handhabung Test liefert Daten, die sowohl kontinuierliche als auch quantitativ (Zeit, Nudeln essen) und kategoriale (paw Nutzung) und sollten entsprechend analysiert werden soll. Abbildung 1. Chronische Beurteilung der Vordergliedmaße Funktion mit dem Vorderbein Schritt-Wechseltest ergab zwei verschiedene Gruppen von Tieren mit unterschiedlichen Schwere der Läsionen. Tiere zeigten einen Unterschied im Verhalten während der Vorwärtsschritt mit beiden Pfoten. Nur 50% der verletzten Tiere wechselten Pfoten während Schritt (Generatoren, 5 von 10 verletzten Ratten), während die anderen zeigten einen Mangel an Schritt-für Abwechslung, indem man zwei kontraläsionellen Schritte in einer Reihe (nicht-Generatoren; 5 von 10 verletzten Ratten). Mehr Tiere zeigten diese Tendenz um mehrere kontraläsionellen Schritte ergreifen, wenn eine 5-Sekunden Verzögerung zwischen ste eingeführtps (8 von 10 verletzten Ratten). .. Abbildung 2 Chronische forelimb Verhaltensbeurteilung mit der Haltungsinstabilität Test (PIT) Wie erwartet, ipsilesional Vorderbein bei Tieren mit zervikalen Rückenmarksverletzung (CsCl) hatten deutlich mehr Hubraum Abstand als Tiere mit Scheinoperation (6 cm gegenüber 8 cm; * p <0,0001). Darüber hinaus ist die Verschiebungsdistanz auf der kontraläsionellen Vorderbein deutlich kleiner verletzten Tieren im Vergleich zu scheinoperierten Tieren (6 cm gegenüber 4 cm; * p <0,0001). Dies kann verstärkt Funktion der Gliedmaßen während kontraläsionellen PIT in lädierten Tieren vorschlagen. <sTrong> Abbildung 3. Vorderbein Beurteilung mit der Handhabung und Pasta essen Test zeigte signifikante Beeinträchtigungen in der nicht-verletzten Generatoren. Die Tiere erhielten eine Standard-Stück Pasta gegeben. Paw Einsatz und Zeit, um Pasta zu essen wurden aufgezeichnet. Die Ergebnisse zeigten, dass eine geringe Anzahl von Lichtmaschinen (33%) ausschließlich ihre kontraläsionellen Vordergliedmaße (was mehr schwere Beeinträchtigung) im Vergleich zu nicht-Generatoren (86%). Darüber hinaus nahm Tiere in allen drei Gruppen (Schein, verletzten Lichtmaschinen, und verletzten nicht-Generatoren) eine ähnliche Länge der Zeit, die Pasta (p <0,05) zu essen. Klicken Sie hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .

Discussion

Zervikalen Rückenmarksverletzung (CsCl) können verheerend und Leben verändern Verletzungen bei Patienten führen. Es gibt eine Reihe von zervikalen Rückenmarksverletzung Modelle in Nagetieren entwickelt, die verwendet werden, um die Plastizität der neuronalen Substrate und therapeutische Mittel zu untersuchen. Entwicklung empfindlich, effektiv, reproduzierbare und einfach zu Verhaltenstests zu verwenden, um funktionelle Defizite und Recovery beurteilen nach CSci ist ein wichtiges Ziel. Hier beschreiben wir im Detail die Verwendung von drei solchen Verhaltenstests: Wechsel Gliedmaßen, Gleichgewichtsstörungen und Pasta Handhabung.

Rückenmarksverletzung bei Nagetieren, wie in der menschlichen Bevölkerung ist eine heterogene Verletzung. Eine sehr ähnliche Verletzungen können eine Vielzahl von Verhaltensdefizite verursachen. Daher ist es wichtig, um die Schwere der Läsionen in verletzten Tieren zu bestimmen. Wir fanden, dass das Glied Wechsel Aufgabe ist eine sehr effektive Art der Bestimmung, ob die kontraläsionellen Seite ist nach einer einseitigen Schädigung (hemisection oder cont beschädigtusion Typ Verletzungen) an den Halsmark 19. Daten von unserer Arbeitsgruppe hat gezeigt, dass die Verwendung dieses Glied Wechsel Aufgabe kann die Schwere der Schädigung innerhalb der ersten Woche nach der Verletzung zu bestimmen. Darüber hinaus werden die stärker verletzten Tieren (Nicht-Generatoren) hatten eine signifikant unterschiedliche Recovery-Profil im Vergleich zu Wechselstromgeneratoren (mit dem Vorderbein Bewegungsskala). Daher ist das Glied Wechsel Aufgabe äußerst nützlich Gruppieren der verletzten Ratten in Generatoren und nicht-Wechselstromgeneratoren, insbesondere, wenn die Studie umfasst chronische Behandlung zu gewährleisten, gibt es eine gleiche Verteilung der Schwere der Läsionen in jeder Behandlungsgruppe.

Es wird empfohlen, dass die Vorderbein-Wechseltest in Kombination mit anderen Aufgaben, die den Einsatz der Vorderbeine der Tiere (wie die Vordergliedmaße Bewegungsskala oder der Zylinder Pfote Präferenz-Test) untersuchen können verwendet werden. Während die Verwaltung diesen Test ist es zwingend notwendig, dass der Experimentator Führen Sie den Test die gleiche Anzahl von Zeitenmit jeder Hand (z. B. zweimal mit der linken Hand und zweimal mit rechts), um die Wirkung der Versuchshandposition auf das Verhalten der Ratten zu minimieren. Dieser Test ist nur wirksam, wenn das Tier in der Hand des Experimentators entspannt, die 2-3 Wochen der Behandlung vorgeschlagen, sollte Entspannung leisten. Ferner einmal das Tier ist entspannt, der Experimentator sollte das Tier bei fast 90 ° in einer Schubkarre Position innerhalb Tier-Variation verhindern zu halten.

Das Vorderbein-Wechseltest kann auch Einblick in Querrücken neuronalen Verbindungen, wenn die Tiere nicht imstande sind, einzeln mit einer Pfote Schritt, aber in der Lage, einen Wechsel Aufgabe durchzuführen. Für normale vierbeinigen Fortbewegung bei Tieren wie Ratten, vielen Hirnregionen als auch lokale zentralen Mustergeneratoren (CPG) entlang der Länge des Rückenmarks beteiligt sind. Speziell für forelimb rhythmische Bewegung werden die zervikalen Wirbelsäulensegmente, C3-C6 als wichtig 22 ist. Zuvor beschrie wirBett anatomischen Unterschiede zwischen Lichtmaschinen und Generatoren in nicht-verletzten Tieren (ein seitlicher Hemisektion bei C3/C4 durchgeführt wurde) und fand mehr Schäden an der dorsalen Säule kontraläsionellen und Pyramidenbahn in nicht-Wechsel 18 Tiere. Es wird vermutet, dass für die Vordergliedmaße Bewegung, rhythmische Muster-Generator auf jeder Ebene der Hals-Hemi-Segment vorhanden ist und dass die Querkabel Inhibitor-Verbindungen sind für Wechsel 23 verantwortlich. Unsere bisherigen anatomischen Befunden bedeutet auch, dass Schäden an der kontraläsionellen Seite des Rückenmarks können Störungen des rhythmischen Motorleistung (z. B. Wechsel) führen, während, wenn die kontraläsionellen des Rückenmarks ist mehr intakt ist, sind eher die rhythmischen Motorausgänge normal funktionieren. Wir haben nicht zu beobachten erhebliche Schäden an allen kontraläsionellen medialen ventralen Teile der Kabel und somit wurde, dass die Analyse nicht durchgeführt.

Die hier beschriebene Haltungsinstabilität Test ist ein ver y nützlicher Test, weil es Veränderungen sowohl in der Vordergliedmaße (ipsi-und kontraläsionalen) durch eine einseitige Läsion verursacht zu erkennen. Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Test nur verabreicht werden, wenn das Tier in die Hand des Experimentators entspannt. Nach unserer Erfahrung kann diese täglichen Umgang mit den Tieren für 2-3 Wochen dauern. Sobald der Experimentator und das Tier sind bequem, ist dieser Test sehr empfindlich und kann verwendet werden, um hochkonsistente Verschiebungsdaten für jedes Vorderbein erhalten. Wenn das Tier angespannt, kann der Experimentator das Tier sanft halten und bewegen Sie sie aus und von unten auf den Tisch, bis das Tier ist bequem und versteht, dass die Tabelle eine sicheren Ort. Sobald das Tier entspannt ist, ist es wichtig, die Tiere in einer Schubkarre Position auf fast 90 ° für konsistente Ergebnisse zu halten. Dieser Test ist einfach zu verwalten und bietet einen Einblick über andere Verhaltenstests durch Informationen über Ausgleichs-und Defizit mit einer einfachen Aufgabe.

t "> Ratten essen leicht trockene Nudeln nach dem Training vor der Kamera. Daher ist Pasta Handhabung ein relativ einfacher Test, um zu verwalten. In dieser Studie, wurden wir die Aufnahme und Nutzung von Daten für die Extremitäten Einsatz (links, rechts oder beide) und Zeit nur Pasta essen. Eine genauere Analyse einschließlich Pfote Einstellungen während der Pasta-Essen hat bereits bei Tieren mit Verletzungen wie einseitige ischämische Läsionen und einseitige striatalen Dopaminabbau 20,21,24 beschrieben worden. Daher ist es möglich, zu entwickeln und zu verwenden, eine . sensible Analyse aus der Pasta-Essen-Test nach CSci Wir enthalten Pfote Position auf dem Wertungsblatt, da dies Händigkeit oder die Fähigkeit, mit jeder Hand zeigen Ferner sind wir in Anbetracht der Griff der jeder Pfote;. einige Tiere ruhen ihre Pfote auf einer Seite die Teigwaren unter Verwendung es möglicherweise als Träger anstelle Griff die Teigwaren beim Essen. Wenn Tiere zögerlich Nudeln essen, ein Nahrungsentzug Schritt zum Protokoll vor dem Test eingebracht werden.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir möchten die Finanzierung der Mission Connect, ein Projekt der Stiftung TIRR (CES und ZZK), der Craig Neilsen Foundation (CES) und NSF Graduate Research Fellowship bestätigen (Förder #: 2011112479 SAG).

Materials

Name of Material/ Equipment Company Catalog Number Comments/Description
Sand paper 3M 5097 3M Gold Fre-Cut Sandpaper was used.
Any 220-grit sandpaper would work well
Dry Pasta Skinner Skinner Thin Spaghetti was used. It is available at Walmart
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References

  1. Anderson, K. D., Abdul, M., Steward, O. Quantitative assessment of deficits and recovery of forelimb motor function after cervical spinal cord injury in mice. Exp Neurol. 190, 184-191 (2004).
  2. Anderson, K. D., Gunawan, A., Steward, O. Quantitative assessment of forelimb motor function after cervical spinal cord injury in rats: relationship to the corticospinal tract. Exp Neurol. 194, 161-174 (2005).
  3. Anderson, K. D., Gunawan, A., Steward, O. Spinal pathways involved in the control of forelimb motor function in rats. Exp Neurol. 206, 318-331 (2007).
  4. Anderson, K. D., et al. Forelimb locomotor assessment scale (FLAS): novel assessment of forelimb dysfunction after cervical spinal cord injury. Exp Neurol. 220, 23-33 (2009).
  5. Ballermann, M., Metz, G. A., McKenna, J. E., Klassen, F., Whishaw, I. Q. The pasta matrix reaching task: a simple test for measuring skilled reaching distance, direction, and dexterity in rats. J Neurosci Methods. 106, 39-45 (2001).
  6. Cao, Y., et al. Nogo-66 receptor antagonist peptide (NEP1-40) administration promotes functional recovery and axonal growth after lateral funiculus injury in the adult rat. Neurorehabil Neural Repair. 22, 262-278 (2008).
  7. Dai, H., et al. Delayed rehabilitation with task-specific therapies improves forelimb function after a cervical spinal cord injury. Restorative Neurology and Neurosciencel. 29, 91-103 (2011).
  8. Dai, H., et al. Activity-based therapies to promote forelimb use after a cervical spinal cord injury. J Neurotrauma. 26, 1719-1732 (2009).
  9. Gensel, J. C., et al. Behavioral and histological characterization of unilateral cervical spinal cord contusion injury in rats. J Neurotrauma. 23, 36-54 (2006).
  10. Gharbawie, O. A., Whishaw, P. A., Whishaw, I. Q. The topography of three-dimensional exploration: a new quantification of vertical and horizontal exploration, postural support, and exploratory bouts in the cylinder test. Behav Brain Res. 151, 125-135 (2004).
  11. Kim, D., et al. Transplantation of genetically modified fibroblasts expressing BDNF in adult rats with a subtotal hemisection improves specific motor and sensory functions. Neurorehabil Neural Repair. 15, 141-150 (2001).
  12. Liu, Y., et al. Transplants of fibroblasts genetically modified to express BDNF promote regeneration of adult rat rubrospinal axons and recovery of forelimb function. J Neurosci. 19, 4370-4387 (1999).
  13. Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Cortical and subcortical lesions impair skilled walking in the ladder rung walking test: a new task to evaluate fore- and hindlimb stepping, placing, and co-ordination. J Neurosci Methods. 115, 169-179 (2002).
  14. Montoya, C. P., Campbell-Hope, L. J., Pemberton, K. D., Dunnett, S. B. The “staircase test”: a measure of independent forelimb reaching and grasping abilities in rats. J Neurosci Methods. 36, 219-228 (1991).
  15. Schallert, T., Fleming, S. M., Leasure, J. L., Tillerson, J. L., Bland, S. T. CNS plasticity and assessment of forelimb sensorimotor outcome in unilateral rat models of stroke, cortical ablation, parkinsonism and spinal cord injury. Neuropharmacology. 39, 777-787 (2000).
  16. Schallert, T., et al. Tactile extinction: distinguishing between sensorimotor and motor asymmetries in rats with unilateral nigrostriatal damage. Pharmacol Biochem Behav. 16, 455-462 (1982).
  17. Schrimsher, G. W., Reier, P. J. Forelimb motor performance following cervical spinal cord contusion injury in the rat. Exp Neurol. 117, 287-298 (1992).
  18. Woodlee, M. T., Kane, J. R., Chang, J., Cormack, L. K., Schallert, T. Enhanced function in the good forelimb of hemi-parkinson rats: compensatory adaptation for contralateral postural instability?. Exp Neurol. 211, 511-517 (2008).
  19. Khaing, Z. Z., et al. Assessing forelimb function after unilateral cervical spinal cord injury: novel forelimb tasks predict lesion severity and recovery. J Neurotrauma. 29, 488-498 (2012).
  20. Allred, R. P., et al. The vermicelli handling test: a simple quantitative measure of dexterous forepaw function in rats. J Neurosci Methods. 170, 229-244 (2008).
  21. Tennant, K. A., et al. The vermicelli and capellini handling tests: simple quantitative measures of dexterous forepaw function in rats and mice. J Vis Exp. , e2076 (2010).
  22. Ballion, B., Morin, D., Viala, D. Forelimb locomotor generators and quadrupedal locomotion in the neonatal rat. The European journal of neuroscience. 14, 1727-1738 (2001).
  23. Ho, S. M. Rhythmic motor activity and interlimb co-ordination in the developing pouch young of a wallaby (Macropus eugenii. The Journal of physiology. 501 (Pt 3), 623-636 (1997).
  24. Whishaw, I. Q., Coles, B. L. Varieties of paw and digit movement during spontaneous food handling in rats: postures, bimanual coordination, preferences, and the effect of forelimb cortex lesions. Behav Brain Res. 77, 135-148 (1996).

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Cervical Spinal Cord InjuryForelimb FunctionStep-alternation TestPostural Instability TestPasta Handling TestBehavioral AssessmentUpper Limb ImpairmentNeurological Deficits

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Khaing, Z. Z., Geissler, S. A., Schallert, T., Schmidt, C. E. Assessing Forelimb Function after Unilateral Cervical SCI using Novel Tasks: Limb Step-alternation, Postural Instability and Pasta Handling. J. Vis. Exp. (79), e50955, doi:10.3791/50955 (2013).
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