Diese Arbeit wurde durch ein Discovery-Stipendium unterstützt werden, um aus dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada AAW.

1. Voraussetzungen für die biomechanische Analysen Locomotion Vor Einschiffung auf den Ankauf teurer Bewegungsapparates Analyse Ausrüstung und Planung von Experimenten, wo Kinematik und / oder kinetische Bewegungsapparates Beurteilung durchgeführt wird, ist es unerlässlich, dass der Experimentator mit den technischen und praktischen Aspekte der biomechanischen Analysen werden, sensomotorische Verhalten, operante Konditionierung von Tieren und Handhabung / Lagerung / Verwaltung großer Mengen an digitalen Daten. Obwohl diese Voraussetzungen offensichtlich viele scheinen, ist es nur nach der Einschiffung auf diese Art von Experimenten, in denen Auszubildende realisieren die technischen und praktischen Komplexität der Durchführung relativ detaillierte Bewegungs-Analyse. Die Autoren empfehlen, Experimentatoren in einem Kurs den Umgang mit einleitenden Biomechanik einschreiben, werden vertraut mit oder mieten Sie jemandem vertraut mit einer Programmiersprache für die Datenverwaltung erforderlich, und von gleicher Bedeutung, verbringen viel Zeit interagieren, Handhabung und Umgang mit Versuchstieren. Für das Verständnis Fortbewegung Analyse und sensomotorischen Verhaltensanalyse in den Neurowissenschaften, sind Experimentatoren einige wichtige Hinweise bezeichnet (siehe 1, 4-7). 2. Kinematischen und kinetischen Prüfgeräte Eine kinematische und kinetische Prüfgeräte, nützlich für die Erhebung der bilateralen Daten wird aus den folgenden Komponenten (siehe &quot;Tabelle der spezifischen Reagenzien und Ausrüstung&quot; für weitere Details) zusammen: <ul><li> Ruhig und ausreichend großer Raum (nicht unbedingt schalldicht, wenn auch in geringem Verkehrsaufkommen Bereich) </li><li> Radio zum &quot;Hintergrundrauschen&quot; liefern, um störende Geräusche von außerhalb des Raumes zu begrenzen, um Tiere </li><li> Klare Plexiglas, geschlossenen, flachen Oberfläche Start-und Landebahn (180 cm lang x 20 cm breit x 60 cm hoch) mit einem viereckigen Loch (11 cm X 11 cm) in der Mitte der Landebahn gleich weit von beiden Enden entfernt </li><li> Piece of Plexiglas (10,5 cm x 10,5 cm) </li><li> Doppelseitig klebenden Klebeband </li><li> 3M reflektierende Klebeband für Hautmarker </li><li> Lochung für die Erstellung von Hautmarker </li><li> Isofluoran Narkosegerät für Anästhesie Tiere für die Rasur vor der Platzierung der Haut Marker erforderlich </li><li> Cheerios zur Förderung Bewegung des Tieres entlang der Länge der Start-und Landebahn </li><li> AMTI HE6X6 Kraftmessplatte </li><li> Vicon Motus maßgeschneidertes System (Software, Computer, etc.) </li><li> 4 Video-Kameras (mindestens 60 Hz sampling) und Stative mit entsprechenden Anschlusskabeln </li><li> 4 Kamera montiert Halogenlampen sorgt für eine optimale Beleuchtung zur Ausleuchtung des tierischen Patienten und der reflektierenden Hautmarker </li><li> Angemessene Größe Kalibrierung Rahmen oder notwendige Volumen für Vicon Motus System x, y, z-Positionen in sinnvolle Distanzmaße kalibrieren </li></ul> 3. Animal Training Vor der Datenerhebung, muss jedes Tier geschult, um eine ebene Oberfläche, geschlossene Start-und Landebahn zu überqueren. Nach Erhalt Ratten aus einem geeigneten Tierversuch Anbieter, sollten die Tiere in ihre neue Heimat für 1 Woche akklimatisiert werden. Während dieser Gewöhnungsphase Zeit sind mehrere cheerios täglich in der Ratte in den Käfig gelegt. Die Tiere sind Nahrung beschränkt, ihre Wartung Energiebedarf zu Übergewicht zu verhindern und die Motivation für diese Aufgabe. Danach wird jedes Tier vom Versuchsleiter für 10-15 Minuten täglich für 1 Woche behandelt. Während dieser Zeit wird jedes Tier in die Start-und Landebahn mit cheerios an beiden Enden platziert. Sobald das Tier wird sich mit ihrer Umwelt, werden sie anfangen zu essen die cheerios. Sobald das Tier ist bequem und essen cheerios innerhalb der Start-und Landebahn, muss der Experimentator dann operant Zustand des Tieres, um die Länge der Start-und Landebahn für ein Lebensmittel Belohnung ausgeführt werden. Dies ist durch das Werfen ¼ cheerio zum entgegengesetzten Ende der Landebahn, wo die Ratten positioniert ist vollbracht. Sobald die Ratte frisst diese cheerio, ist ein weiteres ¼ cheerio am anderen Ende der Start-und Landebahn gestellt. Dies ist für 15-20 Minuten täglich, bis die Ratte konsequent (&gt; 90% der Würfe) bewegt sich entlang der Start-und Landebahn mit einer konstanten Geschwindigkeit durchgeführt (dh ohne das Starten, Stoppen, zu erforschen, oder ohne Gang), um die cheerio ohne Galopp / bounding essen . Die Ratte sollte nur unter Verwendung eines Trab Gang. Over-Konditionierung der Tiere, um diese Aufgabe können Tieren führen galoppieren und begrenzenden diese Gangarten sind bezeichnend für Tiere Reisen&gt; 90 cm / s. Bounding und Galopp Gangarten, biomechanisch, sind schwieriger zu für eine Vielzahl von Gründen (z. B. Bein führen Einschlusskriterien, etc) zu interpretieren. In unserer Erfahrung, einmal Ratten konsequent durchziehen galoppieren oder begrenzenden Grundgangarten, ist es schwierig, wenn nicht unmöglich, haben sie einen Trab Gang, während locomoting in der Start-und Landebahn. Geschwindigkeiten&gt; 90 cm / s werden nur selten gesehen, nachdem ein Tier aus dem peripheren oder zentralen Nervensystem Verletzungen erlitten hat. Zeit für eine erfolgreiche Ausbildung zu erreichen, ist variaBLE zwischen Stämmen und Geschlechtern von Ratten. Wistar, Lewis, Long-Evans und Sprague-Dawley-Stämme sind in der Lage, konsequent durchziehen die Start-und Landebahn innerhalb von 2 Wochen ab Beginn der Ausbildung 8. Nach unseren Erfahrungen neigen Fischer (F-344) Ratten nach oben von 4-6 Wochen dauern, bis diese Aufgabe 8 zu lernen. 4. Gemeinsame Position Marking Vorderbein kinematische Analyse ist unzuverlässig wegen Haut Bewegung Artefakt, indem Haut Markierungen auf der Vorderbeine, die in Arten verschärft wird, wie die Ratten, die eine geduckte Körperhaltung 9 haben verhängt. Stattdessen müssen Kinematik der Vorderbeine erreicht mit Röntgen-Kinematografie oder Durchleuchtung 10-13 sein. Als solches Hinterbein gemeinsame Position Marker Platzierung ist nur hier beschrieben. Vor der Datenerhebung, muss jede Ratte narkotisiert werden mindestens 24 Stunden im Voraus über die Datenerhebung mit Hilfe eines geeigneten Inhalationsanästhetika (z. B. Isofluoran, 1.5-2% gewählt auf einer Präzisionswaage vaporizor) und verwaltet in Sauerstoff über Maske, und die wichtigsten topographischen Anatomie Landmarken markiert werden muss. Angesichts der Kürze des Verfahrens, und weil lang wirkenden Anästhetika nicht verwendet werden, der ein Tier Erwärmung Gerät benutzen müssen nicht verwendet werden, um das Tier seine Körpertemperatur zu halten. Sobald das Tier narkotisiert, sind die hinteren Gliedmaßen und dem Rücken, auf der Ebene der Beckenkamm rasiert. Das Tier wird dann in Brustlage gelegt und seine Hinterbeine sind in einer ungefähren stehender Position mit festen Packung Schaum zu unterstützen platziert. Die Haut über den Schädel und die meisten Teile der Beckenkamm, wird der Trochanter major des Oberschenkelknochens, die seitlichen Tuberositas, der Sprunggelenk und den distalen und lateralen Seite des 5 th Mittelfußknochen mit einer ungiftigen Filzstift markiert. Das Tier ist aus der Narkose erholt. Für zeitliche Studien kann eine periodische Narkose erforderlich, um die Hinterbeine wodurch eine spätere reflektierende Marker Platzierung (siehe unten) rasieren. Außerdem werden täglich Hervorhebung des zuvor markierten anatomischen Landmarken (mit der gleichen ungiftig Marker) erforderlich, da Ratten langsam entfernen Sie die Markierungen durch natürliche Pflege Verhalten sein. 5. Datenaufzeichnung Alle Kamera-Ansichten werden untersucht, um sicherzustellen, dass ihre Position angemessen und Erfassung der gleichen Sichtfeld ist. Jede Kamera sollte bei ca. 60-80 Grad zueinander angeordnet werden. Das Sichtfeld sollte die Kraftmessplatte in der Mitte und einer Länge von Start-und Landebahn aus, um zwei Schritte zu erfassen. Die Kalibrierung Volumen ist innerhalb der vorgegebenen Bereich der Start-und Landebahn gestellt. Ein einzelnes Bild der Kalibrierung Volumen innerhalb der Start-und Landebahn, von jeder der Kameras erfasst wird. Alle kalibrierten Markierungen entlang der Länge der einzelnen Stangen sind digitalisiert. Nur einmal eine zufriedenstellende Fehler bei der Digitalisierung erreicht ist, kann der Experimentator vor dem Sammeln Bewegungsapparates Daten. Diese Kalibrierung Schritt ist wichtig vor dem Sammeln von Daten. Wenn die Kalibrierung nicht durchgeführt wird genau, oder wenn die Kalibrierung nicht sofort geschehen, bevor eine Aufnahme-Session werden alle resultierenden Daten ungenau und unbrauchbar. Wichtig ist, dass, wenn eine der Kameras berührt oder bewegt, ist es am sichersten, anzunehmen, dass die Kalibrierung des Systems muss wiederholt werden. Unmittelbar vor dem Einbringen des Tieres in der Start-und Landebahn, sein Gewicht wird aufgezeichnet und vorgefertigte konische reflektierenden Haut Marker (mit 3M Reflexstreifen, siehe Tabelle) sind die vorgegebenen fühlte Markierungen auf der hinteren Gliedmaßen topographischen Landmarken gemacht eingehalten werden. Recording das Gewicht des Tieres wird erlauben Retrospektive Normalisierung der Bodenreaktionskräfte auf das Körpergewicht - ein wichtiger Aspekt, wenn man will Vergleiche zwischen den Gruppen zu machen. Darüber hinaus erleichtert das Körpergewicht Messung, Überwachung des Tieres den allgemeinen Gesundheitszustand für die Dauer des Experiments. Marker Platzierung benötigt nur artgerechte Handhabung und erfordert keine Narkose des Tieres. Wenn der Klebstoff auf die Reflexfolie nicht ausreicht, um auf der Haut des Tieres halten, kann eine sehr kleine Menge von nicht-toxischen Kleber (zB 3M VetBond Gewebekleber) verwendet, um die Einhaltung der Marker auf dem Körper des Tieres zu erleichtern. Sobald der Marker auf die Hinterbeine gestellt werden, sollte der Experimentator bequem in der Nähe der Tastatur des Computers positioniert und haben in Hand der Veranstaltung Marker durch die Vicon Motus System angeschlossen. Mit den kalibrierten Datei als Vorlage, mehrere Dateien im Vorfeld der Aufnahme gemacht. Normalerweise müssen 25 bis 30 Dateien gespeichert werden. Jede Datei sollte eindeutig benannt werden. Jede Datei wird stellen eine aufgezeichnete des Tieres aufgezeichnet laufen. Fünfundzwanzig bis 30 Dateien sind erforderlich, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Anzahl von Läufen, die die Einschlusskriterien Kriterium Geschwindigkeit (dh 60-90 cm / s) erhoben werden. Nach einer ausreichenden Zahl von Dateien erstellt der Experimentator kann mit der Datenerhebung beginnen. Die experimenter muss die Ratte zu Shuttle prompt innerhalb der Start-und Landebahn durch das Werfen ¼ Stücke cheerios an beiden Enden der Landebahn. Mit einer sorgfältigen Koordination und Timing, ist der Event-Marker bei der Initiierung ausgelöst und kurz vor dem Abschluss der Ratte erfolgreichem Abschluss einen Pass entlang der Start-und Landebahn. Nach Prüfung der Roh Bodenreaktionskraft Tracing, und nach der Aufnahme, ob die linke oder die rechte Glieder der Kraftplatte getroffen, wird die Datei gespeichert und geschlossen. Gleich viele linke und rechte Bein Kraftmessplatte Treffer sollte aufgezeichnet werden. Der Prozess der Aufnahme der Daten aus einer vorgegebenen Laufzeit wird wiederholt, bis eine ausreichende Anzahl von Durchläufen aufgezeichnet wurden. 6. Data Analysis Nach Abschluss der Datenerhebung für die Kinematik und Bodenreaktionskräfte, muss jedem Lauf von jedem Tier für die Geschwindigkeit ausgewertet werden. Mit Hilfe von zwei relativ festen Markern (zB Flügel der iliums) kann man beurteilen einen virtuellen Punkt zwischen den Markern (vor bei der Erstellung eines Vicon Motus Dateivorlage getan). Vor der Berechnung der Geschwindigkeit dieser &quot;virtuellen&quot; Punkt muss Marker für die iliaca Marker digitalisiert werden. Mit Vicon Motus Software, Geschwindigkeit dieser virtuellen Punkt in X-Richtung (horizontal in Bewegungsrichtung) wird berechnet. Dabei läuft nur innerhalb eines bestimmten Bereichs Geschwindigkeiten (bestimmt a priori) sind in den letzten Analysen verwendet. Wir finden, dass Tiere, die zwischen 60-90 cm / s sind nach einheitlichen Trab Gangarten. Ein Minimum von 10 Läufen (5 läuft, wo der linke Bein in Kontakt mit der Kraft-Plattform und 5 verläuft, wo das Recht des Körpers in Kontakt mit der Kraft-Plattform) erforderlich sind. Sobald die akzeptabel läuft für jedes Tier identifiziert werden, muss die Digitalisierung der übrigen Haut Marker abgeschlossen sein. Um für die Haut Bewegung Artefakt über das Knie zu kompensieren, die Einschätzung des Knies Position errechnet Triangulation (Kreuzung zwischen zwei Kreisen 2D-Kinematik, oder Schnittpunkte zwischen 2 Kugeln 3D Kinematik), wie bereits zuvor beschrieben. Hüft-, Knie und Sprunggelenk Winkeln, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen kann nun bestimmt werden. Stand-und Schwungphase Zeiten können auch ausgewertet werden, wenn ihre Genauigkeit auf der Grundlage der Abtastrate der Kameras werden eingesetzt begrenzt ist. Diese und andere Berechnungen können direkt ausgeführt werden (dh ohne Export) mit Vicon Motus KineCalc Software oder Daten können als ASCII Daten exportiert und analysiert werden mit Hilfe von anpassbaren Routinen in Software wie MATLAB. Bodenreaktionskraft Daten gemessen und durch die AMTI Kraft-Plattform verstärkt und gesammelt bei 1200 Hz von Vicon Motus. Als solcher, sobald die Bodenreaktionskraft Daten gesammelt werden, eine geeignete digitale Filter, um die Daten mit Vicon Motus angewendet wird. Da der Experimentator hat bereits die Fahrgeschwindigkeit und identifiziert akzeptabel läuft nach der Digitalisierung angemessene Hautmarker, Bodenreaktionskraft Daten, die gleichzeitig als kinematische Daten erhoben wurden, analysiert werden mit Vicon Motus KineCalc direkt oder indirekt über eine andere anpassbare Software bestimmt werden Routine. Eine Vielzahl von Variablen für Kräfte, in jeder der drei orthogonalen Richtungen, berechnet werden kann. Solche Variablen sind Spitzenkraft, Fläche und die Kurve (dh Impuls), etc. Wichtig ist jedoch, den Experimentator muss rechts und links des Körpers Daten für jeden Durchlauf der einzelnen Tiere zu trennen. Daten von rechts oder links Gliedmaßen extrahiert wird für jedes Tier gemittelt und als repräsentative Daten für dieses Tier. Die Daten werden dann mit Hilfe geeigneter statistischer Verfahren. 7. Repräsentative Ergebnisse Zur Darstellung der Nutzen dieser Form des Bewegungsapparates Analyse wurden Kinematik und Bodenreaktionskräfte für junge, im mittleren Alter, und geriatrische weibliche Wistar-Ratten bestimmt. Aus dieser Analyse wurden altersbedingte Unterschiede bei weiblichen Wistar-Ratten gefunden. Insbesondere zeigt Bodenreaktionskraft Analyse, dass geriatrische Ratten haben forelimb Bremsen Fähigkeit reduziert, und neigen dazu, ihre Hinterbeine mehr zur seitlichen Stabilisierung Nutzung im Vergleich zu anderen Tiergruppen (Abbildung 1). Kinematische Analyse ergab keine statistischen Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen, aber zeigt, dass Kinematik leicht aus nahezu jedem Zeitalter der Ratte (Abb. 2) aufgezeichnet werden. <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1 Bodenreaktionskraft Tracing von der linken Extremitäten junger genommen. (4 Monate alt, n = 7), im mittleren Alter (13-14 Monate alt; n = 7), und geriatrischen (24 Monate alt, n = 5) weibliche Wistar-Ratten. Rechten Extremitäten waren ähnlich. Es ist leicht ersichtlich, dass geriatrische Ratten ihre Vorderbeine verbrauchen weniger zum Abbremsen (* = p &lt;0,05) im Vergleich zu jungen und mittleren Alters Ratten und geriatrische Ratten neigen dazu, ihre Hinterbeine mehr zur seitlichen Stabilisierung im Vergleich zu jungen Ratten verwenden (**). Die durchgezogenen Linien repräsentieren den Mittelwert, gestrichelte Linien stellen Mittelwerte + SE, gestrichelteLinien stellen Mittelwerte SE. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Abbildung zu sehen.</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Kinematische Strichmännchen für den linken Schenkel des jungen, mittleren Alters und geriatrische Ratten. Strichmännchen stellen den Mittelwert Bewegung der linken Gliedmaßen für jede der Gruppen. Es gab keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen von Tieren für Gelenkwinkel während der Schritt-Zyklus. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Abbildung zu sehen.</a>

Das vorliegende Papier stellt Methodik für die Bewertung Fortbewegung mittels kontinuierlichen quantitativen Kinematik und Bodenreaktionskraft Entschlossenheit. Wichtig für alle, die Einschiffung auf diese Methodik interessiert ist, einen starken Hintergrund in der Biomechanik der Fortbewegung, Tier sensomotorische Verhalten und Daten-Management und-manipulation. Obwohl kinematischen und Bodenreaktionskraft Bestimmung erfordert zusätzliche Zeit und Know-how im Vergleich zu einigen anderen Formen der Bewegungs-Analyse (zB Endpunkt Maßnahmen, ordinal Rating-Skalen), wird die gewonnenen Daten sensibel, objektive und quantitative für eine Vielzahl von orthopädischen 14-22 und neurologischen 1-3, 23-32 Modelle der Krankheit, in einer Vielzahl von Arten. Wir haben Daten, die Unterschiede in der Fortbewegung zwischen den verschiedenen Altersstufen der Belastung abgestimmten Ratten Informationen, die nicht sein könnten aufgelesen mit einfachen und weniger empfindlich Maßnahmen beschreibt Verfügung gestellt. Ferner hat kinematische und kinetische Analyse der Fortbewegung benutzt worden, um Bewegungs-Änderungen in einer Vielzahl von ZNS-Bedingungen, bei denen andere Formen der Evaluation erfolglos bezeichnen würden. 8, 23-25, 27 Die Verwendung von sensiblen Maßnahmen wird besonders wichtig bei der Beurteilung potenzieller Therapeutika für verschiedene Modelle von Krankheit. Wenn ein Test ist nicht empfindlich genug, um einen Effekt einer möglichen therapeutant der Experimentator die Gefahr der Begehung einer Typ-II statistische Fehler zu erkennen (dh Abschluss gibt es keine Wirkung einer Behandlung, wenn in der Tat gab es einen Effekt). Da ferner Endpunkt Maßnahmen und subjektive Tests, die Fortbewegung zu bewerten, gibt es ein Potential für Bias. Kinematische und kinetische Auswertung ist rein objektiv, dass, sofern geeignete Inklusion / Exklusion Kriterium gemacht werden a priori, der Experimentator einfach sammelt, prüft und gilt entsprechende Statistiken zu den Daten (dh es gibt keine subjektive Komponente, um Daten-Bestimmung). Kinematische und kinetische Analyse bietet auch die Möglichkeit, für eine Vielzahl von Arten genutzt werden. In der Tat haben Kinematik, Bodenreaktionskraft Bestimmung, oder beide in einer Vielzahl von Tierarten wie Elefanten 33-35, Rinder 36, Pferde 37-40, Hunde 4, 41-45, Katzen 21, 46-49, verschiedene benutzt worden Nagetiere 3, 8, 50, 51, Vögel 4, 52-55, und Fisch 56, 57 (diese Liste ist nicht erschöpfend). In der Erfahrung des Autors, jedoch ist die Verwendung von Mäusen problematisch gegeben, dass Mäuse, die nicht leicht zu operant Zustand entlang einer Piste fahren. Vor diesem Hintergrund werden die Mäuse nicht auf einem relativ konstanten Geschwindigkeit fahren und stattdessen speed-up und Verlangsamung beim Durchlaufen der Start-und Landebahn. Dieses Verhalten kann wahrscheinlich zum Teil durch Ausführen von Mäusen auf einem Laufband und Video-Taping das Tier locomoting auf dem Laufband. 58 überwunden werden, ob die experimentelle Vorrichtung zur Bodenreaktionskraft Bestimmung war es, für Laufband Nutzung geändert werden, würde Bodenreaktionskraft Bestimmung wahrscheinlich nur leicht für die vertikale Bodenreaktionskraft erhalten, wie das Laufband mit Vorwärts-Rückwärts-und medio-lateral Kraft Bestimmung stören würde. Insgesamt ist kinematische und kinetische Analyse der Fortbewegung eine zuverlässige, sensitive und objektive Methode, die für verschiedene Modelle von orthopädischen und neurologischen Erkrankungen eingesetzt werden können. Darüber hinaus hat die gesamte Ausrüstung wird für den Einsatz in Nagetieren zur Verfügung und negiert damit alle damit verbundenen Grund für die nicht die Durchführung dieser Form der sensomotorischen Verhaltensanalyse.

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		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Low load miniature force platform</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>AMTI</td>
<td>HE6X6</td>
<td>http://amti.biz/PDFDownloads/0908HE6x6.pdf</td>
</tr>
<tr>
<td>Vicon Motus</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Vicon</td>
<td>Vicon Motus software</td>
<td>http://www.vicon.com/applications/animal.html 

The force platform can be purchased as an integrated package with the Vicon Motus system.</td>
</tr>
<tr>
<td>Vicon Motus KineCalc</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Vicon</td>
<td>Vicon Motus KineCalc software</td>
<td>http://www.vicon.com/applications/animal.html Proprietary software compatible with Vicon Motus data, thus enabling direct and customizable data calculations.
</td>
</tr>
<tr>
<td>Video Cameras</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Vicon</td>
<td>Varies depending upon needs</td>
<td>http://www.vicon.com/applications/animal.html A minimum of 4 cameras are required for bilateral 2D or 3D imaging of hindlimb kinematics during rat locomotion. Cameras that sample at 60 Hz are sufficient for rats locomoting between 60 and 90 cm/s. High speed cameras will permit identification of very small, yet possibly important, differences in interlimb coordination.</td>
</tr>
<tr>
<td>Calibration volume or frame</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Vicon</td>
<td>Custom</td>
<td>http://www.vicon.com/applications/animal.html An appropriate calibration volume must be purchased and used for calibrating the coordinates prior to performing videography each and every time of new data collection or if any of the cameras are moved. This dimensions of this calibration volume are based upon the field of view being examined.
</td>
</tr>
<tr>
<td>Reflective tape</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>3M</td>
<td>NA</td>
<td>Can be purchased bulk through a 3M distributor or on an as-needed basis from VICON
 http://solutions.3m.com/en_US/?WT.mc_id=www.3m.com/us http://www.vicon.com/applications/animal.html</td>
</tr>
<tr>
<td>Cheerios</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>General Mills</td>
<td>Cheerios</td>
<td>http://www.cheerios.com/</td>
</tr>
<tr>
<td>Tissue adhesive</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>3M</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Can be purchased through a 3M distributor 
http://solutions.3m.com/en_US/?WT.mc_id=www.3m.com/us</td>
</tr>		</tbody>
		</table>
		</div>

kinematics and ground reaction force determination: a demonstration quantifying locomotor abilities of young adult, middle-aged, and geriatric rats

Verhalten, in seiner ganzen Bandbreite, kann der Motor Manifestation der physiologischen Prozesse definiert werden. Als solche manifest alle Verhaltensweisen durch das motorische System. In den Bereichen der Neurowissenschaften und Orthopädie, ist Bewegung ein allgemein beurteilt das Verhalten für eine Vielzahl von Krankheiten Modelle. Zum Beispiel ist Bewegungsapparates Erholung nach traumatischen Verletzungen des Nervensystems eine der am häufigsten bewertet Verhaltensweisen 1-3. Obwohl Fortbewegung kann unter Verwendung einer Vielzahl von Endpunkt-Messungen (z. B. Zeit, um eine Bewegungs-Aufgabe, etc komplett), semiquantitative kinematische Maßnahmen (zB ordinale Skalen (zB Basso Beattie und Bresnahan Bewegungsapparates (BBB) ​​Rating-Skala, etc)) und Ersatz werden Maßnahmen des Verhaltens (zB Muskelkraft, Nervenleitgeschwindigkeit, etc), nur Kinetik (Kraftmessungen) und Kinematik (Messungen der Körpersegmente im Raum) eine ausführliche Beschreibung der Strategie, mit der ein Tier in der Lage ist zu 1 fortbewegen. Obwohl nicht neu, kinematische und kinetische Messungen von locomoting Nagetieren ist jetzt leichter zugänglich aufgrund der Verfügbarkeit von kommerziell erhältlichen Geräte für diesen Zweck konzipiert. Wichtig ist jedoch, müssen Experimentatoren zu sehr vertraut mit der Theorie der biomechanischen Analysen und verstehen die Vorteile und Grenzen dieser Formen von Analysen vor Einschiffung auf das, was eine relativ arbeitsintensive studieren. Die vorliegende Arbeit soll eine Methode zur Erfassung von kinematischen und Bodenreaktionskraft Daten mit den handelsüblichen Geräten beschreiben. Details der Einrichtung und Ausstattung von Set-up, sind vor dem Training der Tiere, Ein-und Ausschlusskriterien des zulässigen läuft, und Methoden für die Erhebung der Daten beschrieben. Wir illustrieren den Nutzen dieser Verhaltensanalyse-Technik durch die Beschreibung der Kinematik und Kinetik der Belastung angepassten jungen Erwachsenen mittleren Alters, und geriatrische Ratten.

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Kinematics and Ground Reaction Force Determination: A Demonstration Quantifying Locomotor Abilities of Young Adult, Middle-aged, and Geriatric Rats

Locomotion wird oft als ein Verhaltens-Ergebnis in verschiedene Modelle der Krankheit in Bereichen wie Neurologie und Orthopädie untersucht. Dieses Video Papier beabsichtigt, eine Methode zur Erfassung der Bodenreaktionskräfte und Kinematik von Ratten während der hemmungslosen Bewegung zu beschreiben.

Kinematik und Ground Reaction Force Bestimmung: Eine Demonstration Quantifizierung Bewegungsapparat Fähigkeiten der jungen Erwachsenen im mittleren Alter, und Geriatrische Rats

Behavior, in its broadest definition, can be defined as the motor manifestation of physiologic processes.  As such, all behaviors manifest through the ...

kinematics-ground-reaction-force-determination-demonstration

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.6K Aufrufe.  Riverview, NB. Locomotion wird oft als ein Verhaltens-Ergebnis in verschiedene Modelle der Krankheit in Bereichen wie Neurologie und Orthopädie untersucht. Dieses Video Papier beabsichtigt, eine Methode zur Erfassung der Bodenreaktionskräfte und Kinematik von Ratten während der hemmungslosen Bewegung zu beschreiben.

Serie: Kinematics and Ground Reaction Force Determination: A Demonstration Quantifying Locomotor Abilities of Young Adult, Middle-aged, and Geriatric Rats

Growth and Differentiation of Adult Hippocampal Arctic Ground Squirrel Neural Stem Cells

Arctic ground squirrels (Urocitellus parryii, AGS) are unique in their ability to hibernate with a core body temperature near or below freezing 1. These animals also resist ischemic injury to the brain in vivo 2,3 and oxygen-glucose deprivation in vitro 4,5. These unique qualities provided the impetus to isolate AGS neurons to examine inherent neuronal characteristics that could account for the capacity of AGS neurons to resist injury and cell death caused by ischemia and extremely cold temperatures. Identifying proteins or gene targets that allow for the distinctive properties of these cells could aid in the discovery of effective therapies for a number of ischemic indications and for the study of cold tolerance. Adult AGS hippocampus contains neural stem cells that continue to proliferate, allowing for easy expansion of these stem cells in culture. We describe here methods by which researchers can utilize these stem cells and differentiated neurons for any number of purposes. By closely following these steps the AGS neural stem cells can be expanded through two passages or more and then differentiated to a culture high in TUJ1-positive neurons (~50%) without utilizing toxic chemicals to minimize the number of dividing cells. Ischemia induces neurogenesis 6 and neurogenesis which proceeds via MEK/ERK and PI3K/Akt survival signaling pathways contributes to ischemia resistance in vivo7 and in vitro 8 (Kelleher-Anderson, Drew et al., in preparation). Further characterization of these unique neural cells can advance on many fronts, using some or all of these methods.

Neural stem cells were prepared from the hippocampus of adult non-hibernating yearling Arctic ground squirrels (AGS). These neural stem cells can be expanded through numerous passages, differentiated and maintained as a nearly 50:50 neuron to glial culture.

Wachstum und Differenzierung von adulten Hippocampus Arctic Ground Squirrel Neural Stem Cells

Arctic ground squirrels (Urocitellus parryii, AGS) are unique in their ability to hibernate with a core body temperature near or below freezing 1. These ...

Forschung

Neurowissenschaften

Cerebrovascular Casting of the Adult Mouse for 3D Imaging and Morphological Analysis

Vascular imaging is crucial in the clinical diagnosis and management of cerebrovascular diseases, such as brain arteriovenous malformations (BAVMs). Animal models are necessary for studying the etiopathology and potential therapies of cerebrovascular diseases. Imaging the vasculature in large animals is relatively easy. However, developing vessel imaging methods of murine brain disease models is desirable due to the cost and availability of genetically-modified mouse lines. Imaging the murine cerebral vascular tree is a challenge. In humans and larger animals, the gold standard for assessing the angioarchitecture at the macrovascular (conductance) level is x-ray catheter contrast-based angiography, a method not suited for small rodents.
In this article, we present a method of cerebrovascular casting that produces a durable skeleton of the entire vascular bed, including arteries, veins, and capillaries that may be analyzed using many different modalities. Complete casting of the microvessels of the mouse cerebrovasculature can be difficult; however, these challenges are addressed in this step-by-step protocol. Through intracardial perfusion of the vascular casting material, all vessels of the body are casted. The brain can then be removed and clarified using the organic solvent methyl salicylate. Three dimensional imaging of the brain blood vessels can be visualized simply and inexpensively with any conventional brightfield microscope or dissecting microscope. The casted cerebrovasculature can also be imaged and quantified using micro-computed tomography (micro-CT)1. In addition, after being imaged, the casted brain can be embedded in paraffin for histological analysis.
The benefit of this vascular casting method as compared to other techniques is its broad adaptation to various analytic tools, including brightfield microscopic analysis, CT scanning due to the radiopaque characteristic of the material, as well as histological and immunohistochemical analysis. This efficient use of tissue can save animal usage and reduce costs. We have recently demonstrated application of this method to visualize the irregular blood vessels in a mouse model of adult BAVM at a microscopic level2, and provide additional images of the malformed vessels imaged by micro-CT scan. Although this method has drawbacks and may not be ideal for all types of analyses, it is a simple, practical technique that can be easily learned and widely applied to vascular casting of blood vessels throughout the body.

In this article, we present a simple, practical technique for cerebrovascular casting that is easy to perform and can be utilized to image the vascular tree of the adult mouse brain.

Zerebrovaskuläre Casting der erwachsenen Maus für 3D-Imaging und morphologische Analyse

Vascular imaging is crucial in the clinical diagnosis and management of cerebrovascular diseases, such as brain arteriovenous malformations (BAVMs). ...

Rapid Determination of the Thermal Nociceptive Threshold in Diabetic Rats

Painful diabetic neuropathy (PDN) is characterized by hyperalgesia i.e., increased sensitivity to noxious stimulus, and allodynia i.e., hypersensitivity to normally innocuous stimuli1. Hyperalgesia and allodynia have been studied in many different rodent models of diabetes mellitus2. However, as stated by B&ouml;lcskei et al, determination of "pain" in animal models is challenging due to its subjective nature3. Moreover, the traditional methods used to determine behavioral responses to noxious thermal stimuli usually lack reproducibility and pharmacological sensitivity3. For instance, by using the hot-plate method of Ankier4, flinch, withdrawal and/or licking of either hind- and/or fore-paws is quantified as reflex latencies at constant high thermal stimuli (52-55 &deg;C). However, animals that are hyperalgesic to thermal stimulus do not reproducibly show differences in reflex latencies using those supra-threshold temperatures3,5. As the recently described method of B&ouml;lcskei et al.6, the procedures described here allows for the rapid, sensitive and reproducible determination of thermal nociceptive thresholds (TNTs) in mice and rats. The method uses slowly increasing thermal stimulus applied mostly to the skin of mouse/rat plantar surface. The method is particularly sensitive to study anti-nociception during hyperalgesic states such as PDN. The procedures described bellow are based on the ones published in detail by Alm&aacute;si et al 5 and B&ouml;lcskei et al 3. The procedures described here have been approved the Laboratory Animal Care and Use Committee (LACUC), Wright State University.

Here, we describe a rapid reliable and simple procedure to determine the lowest temperature at which rats or mice show nocifensive behavior, i.e. the thermal nociceptive threshold (TNT). This method applies a slowly increasing thermal stimulus allowing precise and reproducible estimation of TNTs with minimum, if any, stress to the animals.

Schnelle Bestimmung der Wärmeleistung und nozizeptiven Grenzwerts bei diabetischen Ratten

Painful diabetic neuropathy (PDN) is characterized by hyperalgesia i.e., increased sensitivity to noxious stimulus, and allodynia i.e., hypersensitivity ...

Microdialysis of Ethanol During Operant Ethanol Self-administration and Ethanol Determination by Gas Chromatography

Operant self-administration methods are commonly used to study the behavioral and pharmacological effects of many drugs of abuse, including ethanol. However, ethanol is typically self-administered orally, rather than intravenously like many other drugs of abuse. The pharmacokinetics of orally administered drugs are more complex than intravenously administered drugs. Because understanding the relationship between the pharmacological and behavioral effects of ethanol requires knowledge of the time course of ethanol reaching the brain during and after drinking, we use in vivo microdialysis and gas chromatography with flame ionization detection to monitor brain dialysate ethanol concentrations over time. 
Combined microdialysis-behavioral experiments involve the use of several techniques. In this article, stereotaxic surgery, behavioral training and microdialysis, which can be adapted to test a multitude of self-administration and neurochemical centered hypotheses, are included only to illustrate how they relate to the subsequent phases of sample collection and dialysate ethanol analysis. Dialysate ethanol concentration analysis via gas chromatography with flame-ionization detection, which is specific to ethanol studies, is described in detail. Data produced by these methods reveal the pattern of ethanol reaching the brain during the self-administration procedure, and when paired with neurochemical analysis of the same dialysate samples, allows conclusions to be made regarding the pharmacological and behavioral effects of ethanol.

A method to determine the time course of ethanol concentration in the brains of rats during operant ethanol self-administration is described. Gas chromatography with flame ionization detection is used to quantify ethanol in the dialysate samples, because it has the sensitivity required for the small volumes that are generated.

Microdialysis Ethanol während operante Ethanol Selbstverwaltung und Ethanol Bestimmung durch Gaschromatographie

Operant self-administration methods are commonly used to study the behavioral and pharmacological effects of many drugs of abuse, including ethanol.  ...

Simultaneous Intracellular Recording of a Lumbar Motoneuron and the Force Produced by its Motor Unit in the Adult Mouse In vivo

The spinal motoneuron has long been a good model system for studying neural function because it is a neuron of the central nervous system with the unique properties of (1) having readily identifiable targets (the muscle fibers) and therefore having a very well-known function (to control muscle contraction); (2) being the convergent target of many spinal and descending networks, hence the name of "final common pathway"; and (3) having a large soma which makes it possible to penetrate them with sharp intracellular electrodes. Furthermore, when studied in vivo, it is possible to record simultaneously the electrical activity of the motoneurons and the force developed by their muscle targets. Performing intracellular recordings of motoneurons in vivo therefore put the experimentalist in the unique position of being able to study, at the same time, all the compartments of the "motor unit" (the name given to the motoneuron, its axon, and the muscle fibers it innervates1): the inputs impinging on the motoneuron, the electrophysiological properties of the motoneuron, and the impact of these properties on the physiological function of the motoneurons, i.e. the force produced by its motor unit. However, this approach is very challenging because the preparation cannot be paralyzed and thus the mechanical stability for the intracellular recording is reduced. Thus, this kind of experiments has only been achieved in cats and in rats. However, the study of spinal motor systems could make a formidable leap if it was possible to perform similar experiments in normal and genetically modified mice.
For technical reasons, the study of the spinal networks in mice has mostly been limited to neonatal in vitro preparations, where the motoneurons and the spinal networks are immature, the motoneurons are separated from their targets, and when studied in slices, the motoneurons are separated from most of their inputs. Until recently, only a few groups had managed to perform intracellular recordings of motoneurons in vivo2-4 , including our team who published a new preparation which allowed us to obtain very stable recordings of motoneurons in vivo in adult mice5,6. However, these recordings were obtained in paralyzed animals, i.e. without the possibility to record the force output of these motoneurons. Here we present an extension of this original preparation in which we were able to obtain simultaneous recordings of the electrophysiological properties of the motoneurons and of the force developed by their motor unit. This is an important achievement, as it allows us to identify the different types of motoneurons based on their force profile, and thereby revealing their function. Coupled with genetic models disturbing spinal segmental circuitry7-9, or reproducting human disease10,11, we expect this technique to be an essential tool for the study of spinal motor system.

Simultaneous Intracellular Recording of a Lumbar Motoneuron and the Force Produced by its Motor Unit in the Adult Mouse In vivo

This new method permits the simultaneous intracellular recording of a single adult mouse motoneuron and the measurement of the force produced by its muscle fibers. The combined investigation of the electrical and mechanical properties of motor units in normal and genetically modified animals is a breakthrough for the study of the neuromuscular system.

Gleichzeitige Intrazelluläre Aufnahme eines Lumbar Motoneuron und dem Force durch seine Motor Unit in der adulten Maus Produziert<em&gt; In vivo</em

The  spinal motoneuron has long been a good model system for studying neural  function because it is a neuron of the central nervous system with the ...

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such behavior is spontaneous locomotor activity. Here we describe our protocol that utilizes Drosophila population monitors and a tracking system that allows continuous monitoring of the spontaneous locomotor activity of flies for several days at a time. This method is simple, reliable, and objective and can be used to examine the effects of aging, sex, changes in caloric content of food, addition of drugs, or genetic manipulations that mimic human diseases.

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster are useful in studying genetic or environmental manipulations that affect behaviors such as spontaneous locomotor activity.&#160; Here we describe a protocol that utilizes monitors with infrared beams and data analysis software to quantify spontaneous locomotor activity.&#160;

Bestimmung der spontanen lokomotorischen Aktivität in<em&gt; Drosophila melanogaster</em

Drosophila melanogaster has been used as an excellent model organism to study environmental and genetic manipulations that affect behavior. One such ...

Quantifying Microglia Morphology from Photomicrographs of Immunohistochemistry Prepared Tissue Using ImageJ

Microglia are brain phagocytes that participate in brain homeostasis and continuously survey their environment for dysfunction, injury, and disease. As the first responders, microglia have important functions to mitigate neuron and glia dysfunction, and in this process, they undergo a broad range of morphologic changes. Microglia morphologies can be categorized descriptively or, alternatively, can be quantified as a continuous variable for parameters such as cell ramification, complexity, and shape. While methods for quantifying microglia are applied to single cells, few techniques apply to multiple microglia in an entire photomicrograph. The purpose of this method is to quantify multiple and single cells using readily available ImageJ protocols. This protocol is a summary of the steps and ImageJ plugins recommended to convert fluorescence and bright-field photomicrographs into representative binary and skeletonized images and to analyze them using software plugins AnalyzeSkeleton (2D/3D) and FracLac for morphology data collection. The outputs of these plugins summarize cell morphology in terms of process endpoints, junctions, and length as well as complexity, cell shape, and size descriptors. The skeleton analysis protocol described herein is well suited for a regional analysis of multiple microglia within an entire photomicrograph or region of interest (ROI) whereas FracLac provides a complementary individual cell analysis. Combined, the protocol provides an objective, sensitive, and comprehensive assessment tool that can be used to stratify between diverse microglia morphologies present in the healthy and injured brain.

Microglia are brain immune cells that survey and react to altered brain physiology through morphologic changes which may be evaluated quantitatively. This protocol outlines an ImageJ based analysis protocol to represent microglia morphology as continuous data according to metrics such as cell ramification, complexity, and shape.

Quantifizierung der Mikroglia Morphologie von Mikrofotos von Immunohistochemistry vorbereitet Gewebe mit ImageJ

Microglia are brain phagocytes that participate in brain homeostasis and continuously survey their environment for dysfunction, injury, and disease. As ...

Quantifying Spontaneous Ca2+ Fluxes and their Downstream Effects in Primary Mouse Midbrain Neurons

Parkinson&#8217;s disease (PD) is a devastating neurodegenerative disorder caused by the degeneration of dopaminergic (DA) neurons. Excessive Ca2+ influx due to the abnormal activation of glutamate receptors results in DA excitotoxicity and has been identified as an important mechanism for DA neuron loss. In this study, we isolate, dissociate, and culture midbrain neurons from the mouse ventral mesencephalon (VM) of ED14 mouse embryos. We then infect the long-term primary mouse midbrain cultures with an adeno-associated virus (AAV) expressing a genetically encoded calcium indicator, GCaMP6f under control of the human neuron-specific synapsin promoter, hSyn. Using live confocal imaging, we show that cultured mouse midbrain neurons display spontaneous Ca2+ fluxes detected by AAV-hSyn-GCaMP6f. Bath application of glutamate to midbrain cultures causes abnormal elevations in intracellular Ca2+ within neurons and this is accompanied by caspase-3 activation in DA neurons, as demonstrated by immunostaining. The techniques to identify glutamate-mediated apoptosis in primary mouse DA neurons have important applications for the high content screening of drugs that preserve DA neuron health.

Quantifying Spontaneous Ca2+ Fluxes and their Downstream Effects in Primary Mouse Midbrain Neurons

Here we present a protocol to measure in vitro Ca2+ fluxes in midbrain neurons and their downstream effects on caspase-3 using primary mouse midbrain cultures. This model can be employed to study pathophysiologic changes related to abnormal Ca2+ activity in midbrain neurons, and to screen novel therapeutics for anti-apoptotic properties.

Quantifizierung von Spontan-Ca2+-Fluxes und ihren nachgelagerten Auswirkungen in primären Maus-Midbrain-Neuronen

Parkinson&#8217;s disease (PD) is a devastating neurodegenerative disorder caused by the degeneration of dopaminergic (DA) neurons. Excessive Ca2+ influx ...

A Metric Test for Assessing Spatial Working Memory in Adult Rats Following Traumatic Brain Injury

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of human studies, animal models provide suitable alternatives to test treatment methods, and to study the mechanisms and related complications of the condition. Experimental rodent models have historically been the most widely used due to their accessibility, low cost, reproducibility, and validated approaches. A metric test, which tests the ability to recall the placement of two objects at various distances and angles from one another, is a technique to study impairment in spatial working memory (SWM) after TBI. The significant advantages of metric tasks include the possibility of dynamic observation, low cost, reproducibility, relative ease of implementation, and low stress environment. Here, we present a metric test protocol to measure impairment of SWM in adult rats after TBI. This test provides a feasible way to evaluate physiology and pathophysiology of brain function more effectively.

Traumatic brain injury (TBI) is commonly associated with memory impairment. Here, we present a protocol to assess spatial working memory after TBI via a metric task. A metric test is a useful tool to study spatial working memory impairment after TBI.

Ein metrischer Test zur Beurteilung des räumlichen Arbeitsgedächtnisses bei erwachsenen Ratten nach traumatischer Hirnverletzung

Impairments to sensory, short-term, and long-term memory are common side effects after traumatic brain injury (TBI). Due to the ethical limitations of ...

A Scalable Model to Study the Effects of Blunt-Force Injury in Adult Zebrafish

Blunt-force traumatic brain injuries (TBI) are the most common form of head trauma, which spans a range of severities and results in complex and heterogenous secondary effects. While there is no mechanism to replace or regenerate the lost neurons following a TBI in humans, zebrafish possess the ability to regenerate neurons throughout their body, including the brain. To examine the breadth of pathologies exhibited in zebrafish following a blunt-force TBI and to study the mechanisms underlying the subsequent neuronal regenerative response, we modified the commonly used rodent Marmarou weight drop for the use in adult zebrafish. Our simple blunt-force TBI model is scalable, inducing a mild, moderate, or severe TBI, and recapitulates many of the phenotypes observed following human TBI, such as contact- and post-traumatic seizures, edema, subdural and intracerebral hematomas, and cognitive impairments, each displayed in an injury severity-dependent manner. TBI sequelae, which begin to appear within minutes of the injury, subside and return to near undamaged control levels within 7 days post-injury. The regenerative process begins as early as 48 hours post-injury (hpi), with the peak cell proliferation observed by 60 hpi. Thus, our zebrafish blunt-force TBI model produces characteristic primary and secondary injury TBI pathologies similar to human TBI, which allows for investigating disease onset and progression, along with the mechanisms of neuronal regeneration that is unique to zebrafish.

We modified the Marmarou weight drop model for adult zebrafish to examine a breadth of pathologies following blunt-force traumatic brain injury (TBI) and the mechanisms underlying subsequent neuronal regeneration. This blunt-force TBI model is scalable, induces a mild, moderate, or severe TBI, and recapitulates injury heterogeneity observed in human TBI.