İskemik İnme bir Fare Modeli Duyusal Cortex Sakatlık sonrasında telafi edici Ekstremite Kullanımı ve Motor Beceri Öğrenme Davranışsal Değerlendirme
Summary
Mouse models have become increasingly popular in studies of behavioral neuroscience. As models advance, it is important to develop sensitive behavioral measures specific to the mouse. This protocol describes the Pasta Matrix Reaching Task, which is a skilled motor task for use in mouse models of stroke.
Abstract
Fare modelleri davranışsal nörobilim alanında giderek daha popüler hale ve özellikle deneysel inme çalışmalarda var. Modelleri peşin olarak, fare özgü duyarlı davranış önlemler geliştirmek önemlidir. Bu protokol, inme fare modellerinde kullanılmak üzere bir uzman motorlu görevini açıklar. Pasta Matrix doğru sonuç verilerini toplamak ve telafi edici stratejiler (örneğin, sigara kullanımını öğrendim) ve rehabilite odaklı eğitim dahil olmak üzere insan klinik fenomenleri taklit ekstremite kullanımını işlemek için denemeyen izin veren bir çok yönlü ve duyarlı davranış deneyi olarak görev fonksiyonları ulaşma. Nöroanatomik araçları ile kombine edildiğinde, bu görev de inme aşağıdaki fonksiyonu (ya da bunların eksikliği) davranışsal toparlanmayı desteklemek mekanizmalarını keşfetmek için araştırmacılar izin verir. Görev fu ile ilgili çok sayıda araştırma soruları için eğitim ve test çeşitli seçenekler sunan, basit ve uygun fiyatlı kurmak ve davranış hemyaralanmasının ardından nctional sonuç. Görev inme fare modelleri uygulanabilir olmasına rağmen, aynı zamanda diğer üst ekstremite yaralanması modelleri fonksiyonel sonuçlara çalışmalarında yararlı olabilir.
Introduction
Fare model nedeniyle kısmen kolaylık ve uygun yanı sıra, diğer uygulamalar arasında in vivo görüntüleme için uygun olan transjenik çizgilerin durumuna deneysel inme araştırma için giderek daha popüler hale gelmiştir. Bu, deneysel modellerde popülaritesi artmış ile yaralanma sonrası fonksiyonel sonucun duyarlı davranış değerlendirmeleri gelişmekte olan ilgi de 1-7 artmıştır. Insan inme kurtulanların tarafından kullanılan rehabilitasyon ve telafi edici stratejiler hem taklit hayvan eğitim protokolleri geliştirme başarıyla klinikte 8 kullanmak için deneysel hayvan çalışmalarından elde edilen bulguları çevirmek için yeteneğini geliştirir. Görevi (PMRT) ulaşan Pasta Matrix Motor beceri eğitimi önce sensorimotor korteksin 3 iskemik hakaret aşağıdaki motor beceri sonucun bir duyarlı davranış değerlendirme olarak kurulmuştur.
Birincil ilgi biriinme araştırma kaygıları rehabilitasyonu ve hakaret aşağıdaki fonksiyon gelişmiş kurtarma teşvik davranış stratejilerinin geliştirilmesi ve anlayış içinde s. Şu anda insanlarda rehabilitasyon stratejileri eksik kurtarma 8 neden olur. Buna ek olarak, rehabilitasyon terapistleri tam olarak etkilenen ekstremite (ler) işlevini yeniden kazanmak için kendi engelleyebilirler inme geçiren kurtarma sırasında geliştirmek telafi edici stratejiler mücadele etmeliyiz. Örneğin, üst ekstremite fonksiyonunu etkileyen tek taraflı felç sonrasında, insanlar onların daha az etkilenen uzuv 9, 10 bir güven geliştirmek eğilimindedir. Kısa vadede çalışması için bir kişinin yeteneğini geliştirirken, bu etkilenen ekstremitenin olmayan kullanımı öğrendim 11-13 hayvan modellerinde gösterildiği gibi, nihai iyileşme potansiyeli engelleyebilirler. Hayvanlarda Bu bulgular, insanlarda 14 kısıt kaynaklı hareket terapisinin kullanılmasını ve geliştirilmesini bilgilendirmek için yardımcı olmuştur. Hayvan modelleri beneficia vardırAraştırmacılar işine yaramak nörobiyolojik mekanizmaları keşfetmek ve fonksiyonun kurtarma teşvik sağlayarak rehabilitasyon stratejileri geliştirmek için l. Inme sonrası işlevinin etkili bir davranışsal değerlendirme olmasının yanı sıra, PMRT sensorimotor kontur 15, aşağıdaki gelişmiş fonksiyonel sonuç teşvik etmek için etkili bir strateji iyileştirici olarak kurulmuştur. PMRT da etkilenen ekstremitenin etkili bir şekilde taklit öğrendi olmayan kullanım için kullanılır ve bu nedenle ilk rağmen fonksiyonel düzeltebilir davranış manipülasyonlar fikir sunabilir aşırı güven az etkilenen ekstremite 13.
PMRT yapımı, daha önce 3 tarif edilmiştir. Kısaca, oda ulaşan bir açık üst ve alt (20 cm boyunda, 15 cm uzunluğunda ve 8,5 cm genişliğinde) dört PLEXIGLAS duvar oluşmaktadır. Hizmet veren bölmenin ön duvarın alt tabandan uzanan bir orta yarık (13 cm boyunda ve 5 mm genişliğinde) bulunmaktadırulaşan açıklık (Şekil 1A) elde edildi. Makarna matris bloğun derinliği boyunca tamamen açılmış 1 mm çaplı delikli (8.5 cm uzunluğunda, 5 cm genişliğinde ve 1,5 cm boyunda) bir ağır hizmet tipi plastik bloktur. 260 deliklerinin toplam her bir deliğe (Şekil 1B) arasında 2 mm ulaşmasını penceresinden 2 mm başlayarak vardır. Makarna matris kuru, dikey olarak yönlendirilmiş makarna parçaları maruz pasta parçasının yaklaşık olarak yarısı ile matris kademesinin bütün derinliği boyunca uzanır şekilde tasarlanmıştır. Genel plastik ya da kart çıkarılabilir bir parça boyutuna kesme ve matrisin alt tarafına sıkıca bantlanmalıdır. Bu taşıma sırasında, matrisin düşmesini makarna parçaları önler ve kırık makarna parçalarının kolayca sökülebilir.
PMRT doğru sonuç verileri toplamak ve klinik fenomenleri taklit ekstremite kullanımını işlemek için denemeyen izin veren bir çok yönlü ve duyarlı davranış testtir. O gibi bir davranışutcome tedbir, PMRT deneyciler daha doğru infarkt büyüklüğü 3, 16, geleneksel ölçüsü yok daha rehabilite stratejisinin etkinliğini yansıtan davranışsal veri toplamak için izin verir. davranışsal manipülasyon olarak, PMRT deneyciler farelerde üst ekstremite kullanımını kontrol sağlar rehabilitasyon klinik deneyimler (örneğin etkilenen uzuv eğitim) veya öğrenilen kullanım dışı (yani daha az etkilenen ekstremite eğitim) taklit etmek için. Nöroanatomik yöntemleri ile kombine edildiğinde, PMRT inme sonrası telafi uzuv kullanımı sonrasında işlev veya uyumsuz plastisitesindeki davranışsal toparlanmayı desteklemek mekanizmalarını keşfetmek için bir fırsat araştırmacılar sağlar. PMRT ayrıca, travmatik beyin hasarı gibi beyin hasarı ve üst ekstremite düşüklüğü diğer kemirgen modelleri için uygulanabilir. PMRT bir diğer avantajı uygun fiyatta olduğu. Görev için gerekli ekipman evde oldukça makul inşa edilebilir, veri toplama yaparboşluk veya mali kaynakların büyük miktarda gerektirir ve görev güvenilir veri toplamak için lisans öğrencileri için yeteri kadar basit değildir. Ayrıca, PMRT hatta küçük davranışsal açıkları 3, 13 duyarlıdır. Bu protokol, motor beceri öğrenmelerini değerlendirmek yaralanma sonrasında davranışsal kurtarma teşvik ve inme kurulmuş bir fare modelinde taklitçisi öğrenilen kullanım dışı olaylar için basit ve etkili bir yol sağlar.
Protocol
Representative Results
Discussion
PMRT farelerde yetenekli ulaşan performansını değerlendirmek için basit, kantitatif bir şekilde temsil eder. Zaman alıcı olsa da, eğitim için daha önce deneyimsiz lisans sadece bir kaç eğitim oturumları ile güvenilir ve tekrarlanabilir veri toplamak mümkündür. Görev iskemik hakaret 3, 13, 15 aşağıdaki fare motor beceri performansı bile küçük değişiklikleri ölçmek kadar hassas olduğunu ve olduğundan çalışmalar bir dizi. Eğitim protokolleri 15, 20, 22 çeşitli uzu…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Theresa Jones, Ph.D. for her guidance and assistance in adapting the reaching task to mice. Data presented in this manuscript were supported by grants from NIH-NINDS (NS64586 to TAJ and NS076275 to ALK) and a predoctoral NRSA to KAT (F31AG034032). The NIH was not involved in any aspect of study designs or analyses presented in this manuscript nor in the composition of this manuscript.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Reaching Chamber | Reaching chambers are made in house with Plexiglas | ||
| Pasta Matrix Block | The Pasta Matrix box is made in house using a heavy plastic block | ||
| Capellini Pasta | DeCecco | DeCecco brand capellini pasta can be purchased in a grocery store or through an online retailer such as Amazon |
References
- Branchi, I., Ricceri, L. Transgenic and knock-out mouse pups: the growing need for behavioral analysis. Genes Brain and Behavior. 1 (3), 135-141 (2002).
- Bucan, M., Abel, T. The mouse: Genetics meets behaviour. Nature Reviews Genetics. 3 (2), 114-123 (2002).
- Tennant, K. A., Jones, T. A. Sensorimotor behavioral effects of endothelin-1 induced small cortical infarcts in C57BL/6 mice. J. Neurosci. Methods. 181 (1), 18-26 (2009).
- Tennant, K. A., et al. The organization of the forelimb representation of the C57BL/6 mouse motor cortex as defined by intracortical microstimulation and cytoarchitecture. Cerebral Cortex. 21 (4), 865-876 (2011).
- Zhang, L., et al. A test for detecting long-term sensorimotor dysfunction in the mouse after focal cerebral ischemia. J. Neurosci. Methods. 117 (2), 207-214 (2002).
- Li, X. L., Blizzard, K. K., Zeng, Z. Y., DeVries, A. C., Hurn, P. D., McCullough, L. D. Chronic behavioral testing after focal ischemia in the mouse: functional recovery and the effects of gender. Exp. Neurol. 187 (1), 94-104 (2004).
- Bouet, V., Freret, T., Toutain, J., Divoux, D., Boulouard, M., Schumann-Bard, P. Sensorimotor and cognitive deficits after transient middle cerebral artery occlusion in the mouse. Exp. Neurol. 203 (2), 555-567 (2007).
- Krakauer, J. W., Carmichael, S. T., Corbett, D., Wittenberg, G. F. Getting Neurorehabilitation Right: What Can Be Learned From Animal Models. Neurorehabil. Neural Repair. 26 (8), 923-931 (2012).
- Taub, E., Uswatte, G., Mark, V. W., Morris, D. M. M. The learned nonuse phenomenon: implications for rehabilitation. Europa Medicophysica. 42 (3), 241-256 (2006).
- Taub, E. Harnessing brain plasticity through behavioral techniques to produce new treatments in neurorehabilitation. Am. Psychol. 59 (8), 692-704 (2004).
- Allred, R. P., Maldonado, M. A., Hsu, J. E., Jones, T. A. Training the “less-affected” forelimb after unilateral cortical infarcts interferes with functional recovery of the impaired forelimb in rats. Restorative Neurol. Neurosci. 23 (5-6), 297-302 (2005).
- Allred, R. P., Jones, T. A. Maladaptive effects of learning with the less-affected forelimb after focal cortical infarcts in rats. Exp. Neurol. 210 (1), 172-181 (2008).
- Kerr, A. L., Wolke, M. L., Bell, J. A., Jones, T. A. Post-stroke protection from maladaptive effects of learning with the non-paretic forelimb by bimanual home cage experience in C57BL/6 mice. Behav. Brain Res. 252, 180-187 (2013).
- Taub, E., et al. Method for enhancing real-world use of a more affected arm in chronic stroke: transfer package of constraint-induced movement therapy. Stroke. 44 (5), 1383-1388 (2013).
- Tennant, K. A., et al. Age-dependent reorganization of peri-infarct “premotor” cortex with task-specific rehabilitative training in mice. Neurorehabilitation and Neural Repair. , (2014).
- Binkofski, F., Seitz, R. J., Hacklander, T., Pawelec, D., Mau, J., Freund, H. J. Recovery of motor functions following hemiparetic stroke: A clinical and magnetic resonance-morphometric study. Cerebrovascular Diseases. 11 (3), 273-281 (2001).
- Xu, T., et al. Rapid formation and selective stabilization of synapses for enduring motor memories. Nature. 462 (7275), 915-919 (2009).
- Bell, J. A., Wolke, M. L., Ortez, R. C., Jones, T. A., Kerr, A. L. The effects of training intensity on functinal outcome following unilateral ischemic insult of sensorimotor cortex in C57BL/6 mice. Society for Neuroscience Annual Convention. , (2012).
- Ballermann, M., Metz, G. A. S., 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 (1), 39-45 (2001).
- Cheffer, K. A., Kerr, A. L. Effects of “good” limb training on long-term rehabilitation of motor function following ischemic stroke in C57BL/6 mice. Society for Neuroscience Annual Convention. , (2013).
- Alaverdashvili, M., Whishaw, I. Q. A behavioral method for identifying recovery and compensation: hand use in a preclinical stroke model using the single pellet reaching task. Neurosci. Biobehav. Rev. 37 (5), 950-967 (2013).
- Rosenzweig, S., Carmichael, S. T. Age-dependent exacerbation of white matter stroke outcomes: a role for oxidative damage and inflammatory mediators. Stroke. 44 (9), 2579-2586 (2013).
- Allred, R. P., Cappellini, C. H., Jones, T. A. The “good” limb makes the “bad” limb worse: experience-dependent interhemispheric disruption of functional outcome after cortical infarcts in rats. Behav. Neurosci. 124 (1), 124-132 (2010).
- Tennant, K. A., et al. Skill learning induced plasticity of motor cortical representations is time and age-dependent. Neurobiol. Learn. Mem. 98 (3), 291-302 (2012).
- Mathers, C. D., Boerma, T., Fat, D. M. Global and regional causes of death. Br. Med. Bull. 92 (1), 7-32 (2009).
- Go, A. S., et al. Heart disease and stroke statistics–2013 update: a report from the American Heart Association. Circulation. 127 (1), (2013).
- Clarke, J., Mala, H., Windle, V., Chernenko, G., Corbett, D. The Effects of Repeated Rehabilitation “Tune-Ups” on Functional Recovery After Focal Ischemia in Rats. Neurorehabil. Neural Repair. 23 (9), 886-894 (2009).
- Adkins, D. L., Voorhies, A. C., Jones, T. A. Behavioral and neuroplastic effects of focal endothelin-1 induced sensorimotor cortex lesions. Neuroscience. 128 (3), 473-486 (2004).
- Bryant, A., Bernier, B., Jones, T. A. Abnormalities in skilled reaching movements are improved by peripheral anesthetization of the less-affected forelimb after sensorimotor cortical infarcts in rats. Behav. Brain Res. 177 (2), 298-307 (2007).
- Whishaw, I. Q., Coles, B. 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 (1-2), 135-148 (1996).
- Whishaw, I. Q., Dringenberg, H. C., Pellis, S. M. Spontaneous Forelimb Grasping in Free Feeding by Rats – Motor Cortex Aids Limb and Digit Positioning. Behav. Brain Res. 48 (2), 113-125 (1992).
- Horie, N., Maag, A., Hamilton, S. A., Shichinohe, H., Bliss, T. M., Steinberg, G. K. Mouse model of focal cerebral ischemia using endothelin-1. J. Neurosci. Methods. 173 (2), 286-290 (2008).
- Maldonado, M. A., Allred, R. P., Felthauser, E. L., Jones, T. A. Motor skill training, but not voluntary exercise, improves skilled reaching after unilateral ischemic lesions of the sensorimotor cortex in rats. Neurorehabil. Neural Repair. 22 (3), 250-261 (2008).
- Clarkson, A. N., Lopez-Valdes, H. E., Overman, J. J., Charles, A. C., Brennan, K. C., Carmichael, S. T. Multimodal examination of structural and functional remapping in the mouse photothrombotic stroke model. Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 33 (5), 716-723 (2013).
- Liu, Z., Chopp, M., Ding, X., Cui, Y., Li, Y. Axonal remodeling of the corticospinal tract in the spinal cord contributes to voluntary motor recovery after stroke in adult mice. Stroke. 44 (7), 1951-1956 (2013).
