JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Behavior

הערכת השפעות אוטונומיות והתנהגותיות של תנועה פסיבית בחולדות באמצעות תנועה אנכית המעלית סיבוב הגלגל הענק

Published: February 07, 2020
doi:
10.3791/59837
, , , , , , ,
1School of Biomedical Engineering, Faculty of Engineering,University of Sydney, 2Department of Physics,City University of Hong Kong, 3Department of Nautical Injury Prevention, Faculty of Navy Medicine,Second Military Medical University, 4State Key Laboratory of Marine Pollution (SKLMP),City University of Hong Kong, 5Department of Biomedical Sciences, College of Veterinary Medicine and Life Sciences,City University of Hong Kong, 6Department of Materials Science and Engineering,City University of Hong Kong

Summary

הפרוטוקולים מוצגים על מנת להעריך את ההשפעות האוטונומיות וההתנהגותית של תנועה פסיבית במכרסמים באמצעות תנועה אנכית של מעלית וסיבוב גלגל פריס.

Abstract

המטרה הכוללת של מחקר זה היא להעריך את ההשפעות האוטונומיות וההתנהגותית של תנועה פסיבית במכרסמים באמצעות תנועה אנכית של המעלית והתקני סיבוב של גלגל פריס. מספר זה יכול לסייע באישור התקינות והתפקוד התקין של מערכת העצבים האוטונומית. הם מצמידים לאמצעים כמותיים המבוססים על ספירת הצרכים, בדיקות שדה פתוח, ואיזון מעבר אלומות. היתרונות של האלה הם הפשטות שלהם, התוכסות, ואמצעים התנהגותיים כמותיים. המגבלות הללו הן שהתגובות האוטונומיות עלולות להיות אפיתופעות של הפרעות בלתי-שיווי, והיא נדרשת מערכת שיווי מערכות מתפקדת. בדיקת הפרעות כגון מחלת תנועה יסייע רבות על ידי הליכים מפורטים של אלה מספר.

Introduction

מחלת תנועה (MS) בשל ויזואו נורמלי גירוי שיווי הבמה מוביל התגובה האוטונומית, המביאה סימפטומים אי נוחות כגון אפיקיבה, בחילות ו/או הקאות1. על פי התיאוריות הנוכחיות, מחלת התנועה עלולה להיגרם על ידי התנגשות חושית או חוסר התאמה עצבית מקבלת מידע משולב בתנועה השונה מהמודל הפנימי הצפוי של הסביבה2,3 או אי יציבות בזמן התרחשות על ספינת יאכנף4,5. למרות ההתקדמות המשמעותית בתחום מחלת התנועה ושיווי המצב האוטונומי בפועל6,7,8,9,10,11,12, מחקר עתידי ניתן לסייע על ידי פרוטוקולי הערכה סטנדרטית. הערכת ההשפעות האוטונומיות של תנועות פסיבי סטנדרטי יהיה להועיל מאוד חקירות לתוך הגורמים ומניעה של מחלת תנועה. המטרה הכוללת של מחקר זה היא להעריך את ההשפעות האוטונומית וההתנהגותית של תנועה פסיבית במכרסמים. מודלים בעלי חיים, כגון מכרסמים, לאפשר מניפולציה ניסיוני קל (למשל, תנועה פסיבית ותרופות) הערכה התנהגותית, אשר ניתן להשתמש כדי ללמוד את האטיולוגיה של מחלת תנועה. כאן, אנו מציגים סוללה מפורטת לבדיקת ההשפעות של תנועה פסיבית ואת השלמות של תפקוד שיווי השערות.

פרטי המחקר הנוכחי שני שאומר, תנועה אנכית מעלית (EVM) וסיבוב הגלגל הענק (FWR), כי לגרום לתגובות אוטונומיות על התנועה פסיבי. The בחני הם בשילוב של שלושה אמצעים התנהגותיים כמותיים, קרן האיזון (על עכברים13 וחולדות14,15,16,17), בדיקה בשדה הפתוח וספירת הצרכים. ה-EVM (בדומה למגרש ולגליל של ספינה הנתקלים בגל) מעריך את התפקוד העצמי על ידי עירור אברי החישה האוטותיים המקודדים האצות לינאריות (כלומר, העצה המגיב לתנועות במישור האנכי)18. המכשיר fwr (הסיבוב הצנטריפוגלי או sinusoidal motion) מעורר את אברי האוטולית על ידי האצת לינארית והתעלות בחצי העיגול בתאוצה זוויתית19,20. המכשיר המיוחד של הגלגל הענק/הסיבוב הצנטריפוגלי הוא ייחודי בהערכה האוטונומית שלו. עד היום, המכשיר הדומה היחיד בספרות הוא מנגנון סיבוב הציר האנכי (ovar), המשמש לבדיקת שיווי המשקל (VOR)18,21,22, ממוזג הימנעות23,24, ואת ההשפעות של hyperגרביטציה25,26,27. השיטת ה-EVM והתקן ה-FWR מובילים את גירוי השמיעה המוביל לתגובות אוטונומיות. אנו מזוג את evm ו-fwr למדידות כמותיים כגון קרן איזון, היווצרות הצרכים, וניתוח שדה פתוח28,29,30, כדי להבטיח תוצאות חזקות ומאודלות. בדומה לאלה שתוארו בעבר בעכברים13 וחולדות14,15,16,17, המאזן קרן מאזן היא קרן ארוכה 1.0 m מושעה 0.75 m מן הקרקע בין שני כיסאות עץ באמצעות שינוי פשוט בתיבה שחור בסוף המטרה (סיום). קרן האיזון שימש להערכת חרדה (הקופסה השחורה האלמוני)14,17, פציעה טראומטית15,16,17, וכאן, תגובות אוטונומיות המשפיעים על איזון. ביצעתי את ספירת הצרכים להערכת התגובה האוטונומית במודל מחלת תנועה בעבר, והיא מדידה כמותית אמינה כי הוא בקלות לבצע מוערך חד-משמעית6,8,9,11. ניתוח השדה הפתוח מעסיק הערכת התנהגות פשוטה של תיבה שחורה פתוחה באמצעות Ethovision28, בונסאי30, או ניתוח וידאו פשוט ב Matlab29 כדי לכמת התנהגות כגון תנועה. בפרוטוקול הנוכחי, אנו משתמשים במרחק הכולל, אך אנו מודעים לקיימות מספר תבניות שונות (לדוגמה, התארכות, אזור תנועה, מהירות וכדומה). 28,29,30. באופן קולקטיבי, הליכים אלה טופס סוללה קצרה של הערכות לבדיקה והערכה של תגובות אוטונומיות לתנועה פסיבית, למשל במחלה תנועה6,7,8,9,10,11. המתנה הנוכחית יכולה להיות מותאמת למגוון דגמי בעלי חיים.

Protocol

המחקר וההליכים הנוכחיים אושרו על-ידי ועדת האתיקה לניסויים בבעלי חיים של האוניברסיטה הצבאית השנייה (שנגחאי, סין) בהתאם למדריך לטיפול ולשימוש בבעלי חיים מעבדתיים (מועצת המחקר הלאומית של ארה ב, 1996). 1. בעלי חיים השימוש בג-דאולי (SD) חולדות של חודשיים (200 – 250 g). עבור כל שיטת התנ…

Representative Results

איור 2 מדגים מאזן נציג תוצאות הקרן של זמן שנלקח רוחבי. חולדות הוכשרו במשך 3 ימים רצופים על מנת להשיג ביצועים יציבים על קרן האיזון10. ביום שלמחרת, חולדות הוערכו לגבי ביצועי קרן מאזן. בציר y של הדמות, יש לנו את מספר השניות שצולמו עבור מכרסמים כדי לחצות את קרן האיזון ע…

Discussion

המחקר הנוכחי מתאר את הערכת התגובות האוטונומית תנועה פסיבית במכרסמים באמצעות תנועה אנכית מעלית סיבוב גלגל פריס. ציוד ונהלים אלה ניתן לאמץ בקלות מכרסמים אחרים ומספר שינויים של בחני קיים כדי לאשר את תפקוד שיווי העין בנסיבות שונות, כגון במהלך האתגר תרופתי או כירורגי התערבויות. מחקר בטרשת נפו…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

עבודה זו נתמכת בחלקו על ידי המועצה למענקים מחקר הונג קונג, תוכנית הקריירה המוקדמת, פרויקט #21201217 ל-C. L. למכשיר ה-FWR יש פטנט בסין: 201120231912.1.

Materials

Elevator vertical motion device Custom Custom-made Elevator vertical motion device to desired specifications
Ethovision Noldus Information Technology Video tracking software
Ferris-wheel rotation device Custom Custom-made Ferris-wheel rotation device to desired specifications
Latex, polyvinyl or nitrile gloves AMMEX Use unpowdered gloves 8-mil
Open field box Custom Darkened plexiglass box with IR camera
Rat or mouse JAX labs Any small rodent
Small rodent cage Tecniplast 1284L
Wooden beam and stools Custom Custom-made wooden beam and stools to specifications indicated
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Balaban, C. D. Vestibular autonomic regulation (including motion sickness and the mechanism of vomiting). Current Opinion in Neurology. 12, 29-33 (1999).
  2. Reason, J. T. Motion sickness adaptation: a neural mismatch model. Journal of the Royal Society of Medicine. 71, 819-829 (1978).
  3. Keshavarz, B., Hettinger, L. J., Kennedy, R. S., Campos, J. L. Demonstrating the potential for dynamic auditory stimulation to contribute to motion sickness. PLOS One. 9, 101016 (2014).
  4. Stoffregen, T. A., Chen, F. C., Varlet, M., Alcantara, C., Bardy, B. G. Getting your sea legs. PLoS One. 8, 66949 (2013).
  5. Smart, L. J., Pagulayan, R. J., Stoffregen, T. A. Self-induced motion sickness in unperturbed stance. Brain Research Bulletin. 47, 449-457 (1998).
  6. Wang, J. Q., et al. Temporal change in NMDA receptor signaling and GABAA receptor expression in rat caudal vestibular nucleus during motion sickness habituation. Brain Research. 1461, 30-40 (2012).
  7. Cai, Y. L., et al. Glutamatergic vestibular neurons express FOS after vestibular stimulation and project to the NTS and the PBN in rats. Neuroscience Letters. 417, 132-137 (2007).
  8. Cai, Y. L., et al. Decreased Fos protein expression in rat caudal vestibular nucleus is associated with motion sickness habituation. Neuroscience Letters. 480, 87-91 (2010).
  9. Wang, J. Q., Qi, R. R., Zhou, W., Tang, Y. F., Pan, L. L., Cai, Y. Differential Gene Expression profile in the rat caudal vestibular nucleus is associated with individual differences in motion sickness susceptibility. PLoS One. 10, 0124203 (2015).
  10. Zhou, W., et al. Sex and age differences in motion sickness in rats: The correlation with blood hormone responses and neuronal activation in the vestibular and autonomic nuclei. Frontiers in Aging Neuroscience. 9, 29 (2017).
  11. Wang, J., Liu, J., Pan, L., Qi, R., Liu, P., Zhou, W., Cai, Y. Storage of passive motion pattern in hippocampal CA1 region depends on CaMKII/CREB signaling pathway in a motion sickness rodent model. Scientific Reports. 7, 43385 (2017).
  12. Qi, R., et al. Anti-cholinergics mecamylamine and scopolamine alleviate motion sickness-induced gastrointestinal symptoms through both peripheral and central actions. Neuropharmacology. 146, 252-263 (2019).
  13. Luong, T. N., Carlisle, H. J., Southwell, A., Patterson, P. H. Assessment of motor balance and coordination in mice using the balance beam. Journal of Visualized Experiments. (49), e2376 (2011).
  14. Kalueff, A. V., Minasyan, A., Tuohimaa, P. Behavioural characterization in rats using the elevated alley Suok test. Behavioural Brain Research. 30 (1), 52-57 (2005).
  15. Piot-Grosjean, O., Wahl, F., Gobbo, O., Stutzmann, J. M. Assessment of sensorimotor and cognitive deficits induced by a moderate traumatic injury in the right parietal cortex of the rat. Neurobiology of Disease. 8 (6), 1082-1093 (2001).
  16. Goldstein, L. B., Davis, J. N. Beam-walking in rats: Studies towards developing an animal model of functional recovery after brain injury. Journal of Neuroscience Methods. 31 (2), 101-107 (1990).
  17. Sweis, B. M., et al. modified beam-walking apparatus for assessment of anxiety in a rodent model of blast traumatic brain injury. Behavioural Brain Research. 296, 149-156 (2016).
  18. Hess, B. J., Dieringer, N. Spatial organization of the maculo-ocular reflex of the rat: Responses during off-vertical axis rotation. European Journal of Neuroscience. 2, 909-919 (1990).
  19. Armstrong, P. A., et al. Preserved otolith organ function in caspase-3-deficient mice with impaired horizontal semicircular canal function. Experimental Brain Research. 233 (6), 1825-1835 (2015).
  20. Riccio, D. C., Thach, J. S. Response suppression produced by vestibular stimulation in the rat. Journal of the Experimental Analysis of Behavior. 11 (4), 479-488 (1968).
  21. Rabbath, G., et al. Abnormal vestibular control of gaze and posture in a strain of a waltzing rat. Experimental Brain Research. 136, 211-223 (2001).
  22. Brettler, S. C., et al. The effect of gravity on the horizontal and vertical vestibulo-ocular reflex in the rat. Experimental Brain Research. 132, 434-444 (2000).
  23. Hutchison, S. L. Taste aversion in albino rats using centrifugal spin as an unconditioned stimulus. Psychological Reports. 33 (2), 467-470 (1973).
  24. Green, K. F., Lee, D. W. Effects of centrifugal rotation on analgesia and conditioned flavor aversions. Physiology & Behavior. 40 (2), 201-205 (1987).
  25. Tse, Y. C., et al. Developmental expression of NMDA and AMPA receptor subunits in vestibular nuclear neurons that encode gravity-related horizontal orientations. Journal of Comparative Neurology. 508 (2), 343-364 (2008).
  26. Lai, C. H., Tse, Y. C., Shum, D. K., Yung, K. K., Chan, Y. S. Fos expression in otolith-related brainstem neurons of postnatal rats following off-vertical axis rotation. Journal of Comparative Neurology. 470 (3), 282-296 (2004).
  27. Lai, S. K., Lai, C. H., Yung, K. K., Shum, D. K., Chan, Y. S. Maturation of otolith-related brainstem neurons in the detection of vertical linear acceleration in rats. European Journal of Neuroscience. 23 (9), 2431-2446 (2006).
  28. Aitken, P., Zheng, Y., Smith, P. F. Ethovision analysis of open field behaviour in rats following bilateral vestibular loss. Journal of Vestibular Research. 27 (2-3), 89-101 (2017).
  29. Gao, V., Vitaterna, M. H., Turek, F. W. Validation of video motion-detection scoring of forced swim test in mice. Journal of Neuroscience Methods. 235, 59-64 (2014).
  30. Lopes, G., et al. Bonsai: an event-based framework for processing and controlling data streams. Frontiers in Neuroinformatics. 9, 7 (2015).
  31. Conder, G. A., Sedlacek, H. S., Boucher, J. F., Clemence, R. G. Efficacy and safety of maropitant, a selective neurokinin 1 receptor antagonist, in two randomized clinical trials for prevention of vomiting due to motion sickness in dogs. Journal of Veterinary Pharmacology and Therapeutics. 31, 528-532 (2008).
  32. Percie du Sert, N., Chu, K. M., Wai, M. K., Rudd, J. A., Andrews, P. L. Telemetry in a motion-sickness model implicates the abdominal vagus in motion-induced gastric dysrhythmia. Experimental Physiology. 95, 768-773 (2010).
  33. Lackner, J. R. Motion sickness: more than nausea and vomiting. Experimental Brain Research. 232, 2493-2510 (2014).
  34. Lucot, J. B. Effects of naloxone on motion sickness in cats alone and with broad spectrum antiemetics. Autonomic Neuroscience. 202, 97-101 (2016).
  35. McCaffrey, R. J. Appropriateness of kaolin consumption as an index of motion sickness in the rat. Physiology & Behavior. 35, 151-156 (1985).
  36. Horn, C. C., et al. Why can’t rodents vomit? A comparative behavioral, anatomical, and physiological study. PLoS One. 8 (4), 60537 (2013).
  37. Ossenkopp, K. -. P., Frisken, N. L. Defecation as an index of motion sickness in the rat. Physiological Psychology. 10, 355-360 (1982).
  38. Ossenkopp, K. P., Rabi, Y. J., Eckel, L. A., Hargreaves, E. L. Reductions in body temperature and spontaneous activity in rats exposed to horizontal rotation: abolition following chemical labyrinthectomy. Physiology & Behavior. 56, 319-324 (1994).
  39. Oman, C. M. Motion sickness: a synthesis and evaluation of the sensory conflict theory. Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 68, 294-303 (1990).
  40. Hu, D. L., et al. Emesis in the shrew mouse (Suncus murinus) induced by peroral and intraperitoneal administration of staphylococcal enterotoxin A. Journal of Food Protection. 62, 1350-1353 (1999).
  41. Ueno, S., Matsuki, N., Saito, H. Suncus murinus as a new experimental model for motion sickness. Life Sciences. 43, 413-420 (1988).

Tags

Autonomic EffectsBehavioral EffectsPassive MotionRatsElevator Vertical MotionFerris-wheel RotationVestibular SystemMotor CoordinationAutonomic Nervous SystemBehavioral TechniquesAcclimatizationAngular VelocityDeceleration

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Manno, F. A. M., Pan, L., Mao, Y., Su, Y., Manno, S. H. C., Cheng, S. H., Lau, C., Cai, Y. Assessing the Autonomic and Behavioral Effects of Passive Motion in Rats using Elevator Vertical Motion and Ferris-Wheel Rotation. J. Vis. Exp. (156), e59837, doi:10.3791/59837 (2020).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image