Merdiven ve Silindir Testi: Yeni Bir Yaklaşım Hemiparkinsonian Rat Derin beyin stimülasyonu Etkileri Motor Sonuçlarını Değerlendirmek için
Summary
Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment option for Parkinson’s disease. We established a study design to screen novel stimulation paradigms in rats. The protocol describes the use of the staircase test and cylinder test for motor outcome assessment in DBS treated hemiparkinsonian rats.
Abstract
subtalamik nükleus derin beyin stimülasyonu Parkinson hastalığı için etkili bir tedavi seçeneğidir. Laboratuvarda biz hemiparkinsonian (tek taraflı lezyonlu) sıçanlarda farklı nörostimülasyon desenleri ekrana bir protokol kurdu. Kablo bağlı harici nörostimülasyon 24 saat süreleri sonunda motorlu sonuçları, sağ medial ön beyin demeti içine 6-hidroksidopamin (6-OHDA) enjekte subtalamik çekirdek içine kronik stimülasyon elektrotlar implante ve değerlendirerek tek taraflı Parkinson lezyon oluşturma oluşur . stimülasyon sabit akım uyarımı ile gerçekleştirilmiştir. genlik yan etkileri bireysel eşiğin altına% 20 kuruldu. Motor sonuç değerlendirme Shallert ve Montoya göre merdiven testinde ulaşan yetenekli değerlendirilmesi ile uygun silindir testi spontan pençe kullanımının değerlendirilmesi yapıldı. Bu protokol detaylı merdiven kutusuna eğitim açıklanır, cylinder testi, hem de hemiparkinsonian sıçanlarda hem de kullanımı. merdiven testi ince motor beceri düşüklüğü için daha duyarlı gibi görünüyor ve nörostimülasyon sırasında değiştirmek için daha fazla hassasiyet sergileyen çünkü her iki testin kullanımı gereklidir. tek taraflı Parkinson modeli ve iki davranış testleri kombinasyonu standart bir şekilde farklı stimülasyon parametreleri değerlendirilmesine olanak sağlamaktadır.
Introduction
Subtalamik çekirdek (STN) Derin beyin stimülasyonu Parkinson hastalığı 1 ve diğer hareket bozukluklarının için etkili bir tedavi seçeneğidir. Altta yatan mekanizmalar hala tam olarak anlaşılamamıştır ve çok faktörlü, ama önemli bir özelliği uyarıcı elektrot 2-4 civarında akson tekrarlayan depolarizasyon nöronal ağ etkinliğinin modülasyonu olduğunu vardır. Yüksek frekanslı (> 100 Hz) stimülasyonu beyin hedefleri ve DBS belirtiler için yararlı bir etki için gereklidir. stimülasyon hacmi kapsadığı ve diğer liflerin, yanlışlıkla koaktivasyonuna derin beyin stimülasyonu sonucu yan etkileri gibi piramidal yolu olarak farklı işlevler, işine yaramak. Bu nedenle, yan etki elemanları 5,6 Koaktivasyon kaçınarak, tercihen faydalı bir nöral elemanlar aktive uyarım parametrelerinin geliştirilmesi istenebilecektir. neurophysiology örneğin ince Modifiye sunabilir rağmenprogramlama stratejileri öncelikle oldukça nörofizyolojik fikir kullanmak yerine, piyasada mevcut DBS cihazların sınırlı programlama seçenekleri ile hastaların "deneme-yanılma" ile değerlendirilen ve kısıtlı olmasından dolayı DBS ng seçenekleri, bilimsel ilerleme, son yirmi yılda en az olmuştur ve sistematik tam parametre alanı keşfetmek için deneysel ayarları tanımlı.
Biz önce klinik keşif Parkinsonizmin kemirgen modellerinde alternatif uyarım parametrelerini ekrana bir protokol öneriyoruz DBS araştırma translasyonel barikat aşmak için. Sıçanlarda tek taraflı Parkinson hastalığı sağ medial ön beyin demeti 7,8 içine 6-hidroksidopamin enjeksiyonları kullanılarak modellenmiştir. Elde edilen lezyon, hemiparkinsonian olarak ayrıca tarif, tirozin hidroksilaz immunohist düşük doz apomorfin enjeksiyonundan sonra rotasyon puanı değerlendirilmesi ile apomorfin testinde değerlendirilir ve onaylanır ölüm sonrasıochemistry. Düşük mortalite ve morbidite taşırken yöntemi uygulamak kolay ve son derece tekrarlanabilir. Elde edilen motorlu açıkları 7,8 çok ayrık; hayvanlar kendiliğinden keşif ve karmaşık kavrama hem davranış 9,10 sırasında karşı taraftaki sol pençe hafif bir bozulma gösterirler.
Motor performansında hızlı ve güvenilir bir değişim ölçüm izin ve farklı nörostimülasyon ayarları ile zamanla tekrar edilebilir testler gereklidir derin beyin stimülasyonu protokollerinin etkinliğini değerlendirmek için. Çeşitli gruplar son derece değişken ve tutarsız sonuçlar 11-14 sıçanlarda 11 motor fonksiyonlarını değerlendirmek için farklı stimülasyon yaklaşımları ve farklı testler önerdi. Bu geçerlilik ve tamamlayıcılık predict yüksek olan testlerin bir dizi seçmek için bizi zorladı. Ayrıca, derin beyin stimülasyonu koşullarında motorun sonuçlarının değerlendirilmesi için, testler ani tarafından icra edilebilecek olan tercih edildimals uyaran jeneratör kablo ile bağlı. Bu amaçla biz pençe kullanım asimetri için bir test ve yetenekli ulaşmak için bir test oluşan test pili kurdu. Çalışmanın tasarımı, Şekil 1 'de gösterilmiştir.
Spontan pençe kullanım için biz dikey keşif sırasında pençe kullanım için yaygın olarak kullanılan bir testtir Shallert 15, tarif silindir testi uygulandı. hayvan Hiçbir eğitim gereklidir. Daha karmaşık kavrama davranışının değerlendirilmesi için biz Montoya 16 göre merdiven testi kurdu. Bizim protokol KLOTH 17'ye göre modifiye edilir. fareler test kutusundan pelet ulaşmada on iki gün süre ile yetiştirilmektedir. eğitimden sonra deney yemiş pelet sayısı olarak tarif edilen bir başarı oranı sayarak karmaşık kavrama davranışı ölçülmesi için tatbik edilebilir. makale beh merdiven kutusunda detaylı eğitimi yanı sıra hem performansını sunarnaif, hemiparkinsonian ve derin beyin stimülasyonu koşullarında avioral testler.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bu makalede, silindir ve merdiven testi için ayrıntılı bir eğitim protokolü açıklanır. İkincisi nedeniyle vasıflı sıçanlarda 16,17 ulaşan karmaşık kavrama davranış ve ince motor hareketlerini değerlendirmek için tasarlanmıştır. sonuç ölçümü objektif bir ölçümü olan test boyunca yemiş pelet sayısı olarak ifade edilir. Protokol, Parkinson hastalığı ve diğer motor hastalığı modellerinde sıçan modellerinde kullanılabilir. silindir testi sıçanlarda pençe kullanımı…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung (IZKF), University Clinics Würzburg, Germany (project N-215).
Materials
| Staircase box witout lid | Glas Keil, Germany | custom made | |
| Cylinder box | Glas Keil, Germany | custom made | |
| Dustless precision pellets, 45 mg | Bio Serv | F0021 |
References
- Fasano, A., Lozano, A. M. Deep brain stimulation for movement disorders: 2015 and beyond. Current opinion in neurology. , (2015).
- McIntyre, C. C., Savasta, M., Kerkerian-Le Goff, L., Vitek, J. L. Uncovering the mechanism(s) of action of deep brain stimulation: activation, inhibition, or both. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 115, 1239-1248 (2004).
- Deniau, J. M., Degos, B., Bosch, C., Maurice, N. Deep brain stimulation mechanisms: beyond the concept of local functional inhibition. The European journal of neuroscience. 32, 1080-1091 (2010).
- Modolo, J., Legros, A., Thomas, A. W., Beuter, A. Model-driven therapeutic treatment of neurological disorders: reshaping brain rhythms with neuromodulation. Interface focus. 1, 61-74 (2011).
- Groppa, S., et al. Physiological and anatomical decomposition of subthalamic neurostimulation effects in essential tremor. Brain : a journal of neurology. 137, 109-121 (2014).
- Reich, M. M., et al. Short pulse width widens the therapeutic window of subthalamic neurostimulation. Annals of clinical and translational neurology. 2, 427-432 (2015).
- Blandini, F., Armentero, M. T., Martignoni, E. The 6-hydroxydopamine model: news from the past. Parkinsonism & related disorders. 14, 124-129 (2008).
- Bove, J., Perier, C. Neurotoxin-based models of Parkinson’s disease. Neuroscience. 211, 51-76 (2012).
- Metz, G. A., Tse, A., Ballermann, M., Smith, L. K., Fouad, K. The unilateral 6-OHDA rat model of Parkinson’s disease revisited: an electromyographic and behavioural analysis. The European journal of neuroscience. 22, 735-744 (2005).
- Miklyaeva, E. I., Castaneda, E., Whishaw, I. Q. Skilled reaching deficits in unilateral dopamine-depleted rats: impairments in movement and posture and compensatory adjustments. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 14, 7148-7158 (1994).
- Li, X. H., et al. High-frequency stimulation of the subthalamic nucleus restores neural and behavioral functions during reaction time task in a rat model of Parkinson’s disease. Journal of neuroscience research. 88, 1510-1521 (2010).
- Darbaky, Y., Forni, C., Amalric, M., Baunez, C. High frequency stimulation of the subthalamic nucleus has beneficial antiparkinsonian effects on motor functions in rats, but less efficiency in a choice reaction time task. The European journal of neuroscience. 18, 951-956 (2003).
- Fang, X., Sugiyama, K., Akamine, S., Namba, H. Improvements in motor behavioral tests during deep brain stimulation of the subthalamic nucleus in rats with different degrees of unilateral parkinsonism. Brain research. 1120, 202-210 (2006).
- Lindemann, C., Krauss, J. K., Schwabe, K. Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus in the 6-hydroxydopamine rat model of Parkinson’s disease: effects on sensorimotor gating. Behavioural brain research. 230, 243-250 (2012).
- 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).
- 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. Journal of neuroscience. 36, 219-228 (1991).
- Kloth, V., Klein, A., Loettrich, D., Nikkhah, G. Colour-coded pellets increase the sensitivity of the staircase test to differentiate skilled forelimb performances of control and 6-hydroxydopamine lesioned rats. Brain research bulletin. 70, 68-80 (2006).
- Fluri, F., Volkmann, J., Kleinschnitz, C. Microelectrode guided implantation of electrodes into the subthalamic nucleus of rats for long-term deep brain stimulation. JoVE. , (2015).
- Paxinos, G., Watson, C. . The rat brain in stereotactic coordinates. , (2008).
- Nikkhah, G., Rosenthal, C., Hedrich, H. J., Samii, M. Differences in acquisition and full performance in skilled forelimb use as measured by the ‘staircase test’ in five rat strains. Behavioural brain research. 92, 85-95 (1998).
- Angelov, S. D., Dietrich, C., Krauss, J. K., Schwabe, K. Effect of Deep Brain Stimulation in Rats Selectively Bred for Reduced Prepulse Inhibition. Brain stimulation. , (2014).
- de Haas, R., et al. Wireless implantable micro-stimulation device for high frequency bilateral deep brain stimulation in freely moving mice. Journal of neuroscience methods. 209, 113-119 (2012).
- Heo, M. S., et al. Fully Implantable Deep Brain Stimulation System with Wireless Power Transmission for Long-term Use in Rodent Models of Parkinson’s Disease. Journal of Korean Neurosurgical Society. 57, 152-158 (2015).
- Gut, N. K., Winn, P. Deep brain stimulation of different pedunculopontine targets in a novel rodent model of parkinsonism. J. Neurosci. 35, 4792-4803 (2015).
- Whishaw, I. Q., Gorny, B., Foroud, A., Kleim, J. A. Long-Evans and Sprague-Dawley rats have similar skilled reaching success and limb representations in motor cortex but different movements: some cautionary insights into the selection of rat strains for neurobiological motor research. Behavioural brain research. 145, 221-232 (2003).
- Honndorf, S., Lindemann, C., Tollner, K., Gernert, M. Female Wistar rats obtained from different breeders vary in anxiety-like behavior and epileptogenesis. Epilepsy research. 94, 26-38 (2011).
- Jadavji, N. M., Metz, G. A. Sex differences in skilled movement in response to restraint stress and recovery from stress. Behavioural brain research. 195, 251-259 (2008).
- Kucker, S., Tollner, K., Piechotta, M., Gernert, M. Kindling as a model of temporal lobe epilepsy induces bilateral changes in spontaneous striatal activity. Neurobiology of disease. 37, 661-672 (2010).
- Smith, L. K., Metz, G. A. Dietary restriction alters fine motor function in rats. Physiology & behavior. 85, 581-592 (2005).
