Behavioral Assessment van de Aging Mouse evenwichtsorgaan
Summary
Motorische controle en balans prestaties is bekend dat ze verslechteren met de leeftijd. Dit document presenteert een aantal standaard-invasieve gedragstesten met de toevoeging van een eenvoudige roterende stimulans voor het evenwichtsorgaan maken en veranderingen in balans prestaties uitdagen in een muismodel van de vergrijzing.
Abstract
Leeftijd gerelateerde daling in balans prestaties wordt geassocieerd met verslechterende spierkracht, motorische coördinatie en vestibulaire functie. Terwijl een aantal studies tonen de veranderingen in balans fenotype met de leeftijd bij knaagdieren, zeer weinig isoleren van de vestibulaire bijdrage in evenwicht onder zowel normale omstandigheden of tijdens veroudering. We maken gebruik van twee standaard gedragstesten om de balans prestaties van muizen te karakteriseren op bepaalde leeftijd punten over de levensduur: de rotarod test en de schuine evenwichtsbalk test. Belangrijker nog, is een custom-built rotator ook gebruikt om het evenwichtsorgaan van muizen (zonder het induceren van openlijke tekenen van reisziekte) te stimuleren. Deze tests zijn om aan te tonen dat veranderingen in vestibulaire gemedieerde saldoprestaties onderhavige via murine levensduur zijn. Voorlopige resultaten tonen aan dat zowel de rotarod test en de gewijzigde balk test kan worden gebruikt om wijzigingen in saldoprestaties identificeren tijdens veroudering als alternatief meer difficult en invasieve technieken zoals vestibulo-oculaire (VOR) metingen.
Introduction
Ons gevoel van evenwicht is misschien wel een van de nog meest over het hoofd vitale onderdelen van zelfs de meest elementaire motorische activiteiten zoals wandelen en draaien. Balans wordt beïnvloed door tal van factoren, waaronder spierkracht, motorische coördinatie en vestibulaire functie, en het is alleen in de aanwezigheid van vestibulaire neuropathieën of tijdens normale veroudering dat het belang van een volledig functionerende balans systeem wordt gewaardeerd. Verstoringen van het evenwichtsorgaan worden vaak geassocieerd met ervaringen van vertigo of duizeligheid en onevenwichtigheid leidt tot een verhoogde kans op vallen en daaropvolgende verwondingen 1. Dit is bijzonder kritisch bij oudere bevolkingsgroepen waar watervallen zijn een van de belangrijkste oorzaken van letsel 2.
Vestibulaire functietests zijn gewoonlijk gebaseerd op de vestibulaire reflexen met name de vestibulo-oculaire (VOR) of de vestibulo-Collic reflex (VCR). De VOR en videorecorder zijn essentieel voor de stabilisatie van afbeeldingen ophet netvlies en de positie van het hoofd tijdens bewegingen van het hoofd en lichaam respectievelijk. Gewoonlijk VOR metingen vereisen invasieve implantatie van zoekspoelen oogbewegingen of video volgen van oogbewegingen meten 3. Dit is een uitdaging bij muizen vanwege de kleine aard van de muis oog en de moeilijkheid om de pupil voor video analyse 3 detecteren. Als alternatief is de videorecorder gebruikt om stabilisatie van het hoofd te meten in reactie op bewegingen in muizen zonder de noodzaak van invasieve chirurgie 4. Ondanks dit, weinig studies richten zich specifiek op hoe het evenwichtsorgaan presteert als geheel en wat nog belangrijker is hoe het verandert tijdens het ouder worden.
Om de algehele balans prestaties te beoordelen gewoon en niet-invasief gemodificeerde we twee veelgebruikte gedragstesten. De rotarod en hellende balk proeven te beoordelen verschillende aspecten van de motorprestaties in knaagdieren en voorgaande studies zijn gebruikt in een test batterij volledig verwervenprofiel van de motor vermogen. Deze mogelijkheid kan worden aangetast door ziekte of genetische modificatie, en is ook gevoelig voor processen geassocieerd met een normale ontwikkeling en veroudering 5-7. Eerder werk met behulp van de rotarod is gebleken dat de motorische coördinatie bij muizen af na 3 maanden 8 leeftijd. Bovendien, ratten blijkt merkbaar evenwicht tekorten met toenemende leeftijd op de evenwichtsbalk proef 9.
Dit document beschrijft het gebruik van de rotarod en evenwichtsbalk testen in combinatie met een vestibulaire prikkel om het evenwichtsorgaan uitdagen en karakteriseren de daaropvolgende impact op de balans prestaties bij jonge en oudere muizen. Terwijl de eenvoudige en niet-invasieve werkwijzen beschreven niet zijn bedoeld als stand-alone maatregelen van perifere vestibulaire functie zij een nuttig en gemakkelijk gedragsmaat cellulaire en subcellulaire veranderingen te vergelijken op verschillende stadia van vestibulaire verwerking tijdens normale veroudering bij muizen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Kritische stappen in het protocol
Vorige werk heeft aangetoond dat het gemakkelijk is om muizen ondertraint op zowel de rotarod en evenwichtsbalk apparaat en als gevolg daarvan, kan de overname van nauwkeurige metingen zijn uitdagende 15. Bijvoorbeeld, overtraining op de rotarod kan leiden tot muizen opzettelijk springen uit de pluggen zowel tijdens de acclimatisatie en proefperiodes, terwijl overtraining op de evenwichtsbalk kan leiden tot vaker stoppen (verkennend gedrag) en reizen…
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).
