Name: wheel running and environmental complexity as a therapeutic intervention in an animal model of fasd
Uploaded: 2017-02-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 9 s
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We would like to dedicate this work to the memory of late Dr. William T. Greenough, a great mentor, a colleague and a friend. This work was supported by NIH/NIAAA grant number AA009838 and NIH/NIGMS COBRE: The Delaware Center for Neuroscience research grant 1P20GM103653 to AYK. We are grateful to the former and current members of Klintsova lab.

Ethik-Statement: Das folgende Protokoll von der Institutional Animal Care und Use Committee (IACUC) der University of Delaware genehmigt wurde. 1. Entwicklungs Exposure (oder Modell von Binge-wie Ethanol Exposure) <ol><li> Auf PD3 bestimmen das Geschlecht eines jeden Tieres und Quer fördern alle Tiere bei Bedarf Wurfgröße (8 Tiere) und Geschlechtsverteilung (4 Rüden: 4 Frauen) konsistent zu halten in jedem Wurf. HINWEIS: Es ist wichtig, Wurfgröße und Geschlechtsverteilung so konsistent wie möglich experimentelle verwechselt zu halten zu vermeiden. Obwohl dieses Protokoll 8 Welpen (4 Männer und 4 Frauen) verwendet pro Wurf, alternative Wurfgrößen oder Geschlechtsverteilungen können auf die Bedürfnisse des experimentellen Design angepasst werden. </li><li> Subkutan injizieren eine kleine Menge von schwarzen Tusche in die Pfoten in jedem Wurf Tiere zu identifizieren. </li><li> Pseudo-Zufallsprinzip zuweisen Würfe als Versuchs (mit 50% Alkohol-exponierten (AE) und 50% Sham-intubiert Kontrolle (SI) pups) oder säugen Regelung (SC) (Tiere, die, Schwanz Clipping oder Trennung Protokolle von PD 4 keine Intubation unterziehen - 9, außer für den täglichen Wiegen und Ohr-Stanzen). <ol><li> Um eine konsistente Gruppengröße behalten, weisen doppelt so viele experimentelle Würfe als SC Würfe. </li></ol></li><li> Wiegen Sie jedes Tier zurückkehren es dann in seinen Heimkäfig. Tierwiegung sollte täglich während der Intubationsdauer (PD 4-9) auftreten. <ol><li> Entfernen Sie den ganzen Wurf aus dem Damm. </li><li> Legen Sie Welpen auf Heizkissen. </li><li> Das Gewicht jedes einzelnen Welpen. </li></ol></li><li> Auf PD4, nachdem jedes Tier mit einem Gewicht von die notwendige Alkoholmenge für insgesamt 5,25 g / kg / Tag pro jedem Tier (basierend auf pup Gewicht von Schritt 1.4) 8 berechnen. <ol><li> Verabreichen Alkohol als 11,9% Ethanol-in-Milchersatz (vol / vol). </li></ol></li><li> Beginnend um 9 Uhr, entfernen Sie von der Mutter zu einer Zeit, ein Wurf Welpen. </li><li> Verabreichen Sie die Ethanol-in-Milch zu jedem AE pup <li> Sham-intubieren jeder SI Welpe 8. </li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1.5. durch 1.8. Für jeden experimentellen Wurf. </li><li> Zwei Stunden nach der ersten Dosis, wiederholen Sie den Dosiervorgang (Schritte 1.5 bis 1.8) für einen zweiten Alkohol-Dosis. </li><li> Eineinhalb Stunden nach der zweiten Dosis Alkohol (der Punkt , an dem Spitzen täglichen Blutalkoholgehalt erreicht wird), zu sammeln und Zentrifuge Blut aus den AE und SI Welpen über Schwanz für zukünftige Blutalkoholgehalt Analyse Clipping - 35. <ol><li> Sammeln Sie 60 ul Blut. </li><li> Legen Sie Blut in einem 1 ml Reaktionsgefäß. Zentrifuge Blut bei 1,5 g für 25 min. </li><li> Vorsichtig sammeln für zukünftige Blutalkoholgehalt Analyse der Überstand Serum aus dem Zentrifugenröhrchen und sparen. </li></ol></li><li> Wiederholen Sie den Dosiervorgang (Schritte 1,5 bis 1,8) unter Verwendung von Milch anstelle von Ethanol-in-Milch Ernährungsdefizite in AE von Pflege Unfähigkeit zu verhindernWelpen. <ol><li> Führen Sie eine Gesamtzahl von 2 zusätzlichen Milchdosen 2 h auseinander liegen, auf PD 4. </li></ol></li><li> Wiederholen Sie die Schritte 1.4 bis 1.12 (außer Schritt 1.11) auf PD 5 bis 9. </li><li> Nach dem abschließenden Ergänzungsmilchdosis auf PD9, Punsch Ohr alle Welpen zur Identifikation in der EG-Käfig. <ol><li> Koordinaten gestanzt Ohr mit einem gewissen Maß an Streu - Nummer oder Kennung (zB ungeraden Würfe innerhalb einer Kohorte würde ihr linkes Ohr bekommen gestanzt , während Tiere aus geradzahlige Würfe würden ihre rechte Ohr bekommen gestanzt). Dadurch wird es einfacher, Tiere zu identifizieren, in dem EG-Käfig sollte mehrere Tiere aus verschiedenen Würfen haben die gleiche pawmark Muster. </li></ol></li></ol> 2. Weaning <ol><li> Auf PD 23, Haus alle Tiere in Käfigen von 2 - 3. <ol><li> Stellen Sie sicher, dass alle im selben Käfig untergebracht Tiere gleichen Geschlechts sind. </li><li> Fügen Sie ein SC, ein SI, und ein AE Tier pro Käfig, wenn möglich. </li><li> Minimieren Sie die Anzahl der Käfiggenossen than sind aus dem gleichen Wurf. </li><li> Stellen Sie sicher, dass alle Tiere für den Zugriff auf Nahrung und Wasser in der Lage sind. </li></ol></li></ol> 3. Rad-Lauf <ol><li> Auf PD30, weisen die Hälfte der Käfige mit den Tieren zu WR. Haus diese Tiere in Käfigen mit einem freien Zugang zu befestigten Edelstahl Laufrad. <ol><li> Stellen Sie sicher, dass die Räder einen Zähler haben die Gesamtzahl der Umdrehungen zu beurteilen. </li></ol></li><li> Wiegen Sie alle Tiere auf PD 30 und PD 36. </li><li> Überprüfen Sie die Anzahl der Umdrehungen jedes Rades um 9 Uhr jeden Tag. </li><li> Lassen Sie Tiere in ihrem jeweiligen Gehäuse Zustand für 12 Tage. </li></ol> 4. Umwelt Komplexität <ol><li> Bereiten Sie die EG-Käfig vor 9.00 Uhr an dem Tag, an PD 42 für Versuchstiere entspricht. <ol><li> Holen Sie sich ein 30 &quot;x 18&quot; x 36 &quot;verzinkte Stahlkäfig. HINWEIS: Der Käfig mehrere Ebenen haben sollte, der Lage sein, das Gewicht von mehreren Ratten unterstützen, mit Standard gefüllt werdenBettwäsche und haben mehrere Standorte Wasserflaschen und Futterspender zu befestigen. </li><li> Setzen Sie neue, bunte Objekte von variablen Größen und Formen in den Käfig. <ol><li> Legen Sie 6 große Spielzeug in der EG-Käfig. Stellen Sie sicher, dass jedes Spielzeug groß genug für 3 oder mehr Ratten ist mit gleichzeitig zu interagieren. </li><li> Legen Sie 6 Medium Spielzeug in der EG-Käfig. Stellen Sie sicher, dass jedes Spielzeug ist groß genug für 3 bis 4 Ratten mit gleichzeitig zu interagieren. </li><li> Legen Sie eine Menge (mindestens 20) von kleiner Spielzeug im EG-Käfig. </li><li> Verwenden Sie Spielzeug mit unterschiedlichen Farben, Formen, Größe usw. Neuheit dieser Intervention kritisch ist (siehe Diskussion). </li></ol></li><li> Legen Sie zwei Gerichte von Lebensmitteln an entgegengesetzten Enden des Käfigs. </li><li> Platzieren zwei Flaschen Wasser an den gegenüberliegenden Enden des Käfigs. </li></ol></li><li> Um 9 Uhr am PD 42, wiegen alle Tiere und die WR Tiere auf den EG-Käfig zu verlagern. 12 Tiere - Jedes EG-Käfig sollte 9 enthalten. <ol><li> Stellen Sie sicher, dass keine Tiere haben beide die gleiche pawmark und Ohr-punch Muster. </li></ol></li><li> Überprüfen Sie alle Lebensmittel und Wasser täglich. </li><li> Alle zwei Tage entfernen Sie das Spielzeug aus dem EG-Käfig und ersetzen sie (gemäß Schritt 4.1.2.). </li><li> Alle drei Tage, reinigen Sie die EG-Käfig. <ol><li> Entfernen Sie die Tiere aus dem EG-Käfig und legte sie in temporären Haltekäfigen von 2 - 3 Tiere. </li><li> Entfernen all der Betten aus dem Boden des Käfigs. </li><li> Bringen Sie die gleiche Spielzeug in den Käfig, es sei denn dieser Tag mit dem Spielzeug Ersatz Zeitplan übereinstimmt (nach 4.4 zu Schritt.). </li><li> Ersetzen Sie alle Lebensmittel und Wasser. </li><li> Ersetzen Sie die Ratten in den EG-Käfig. </li></ol></li></ol> 5. Collect Tissue HINWEIS: Gewebesammlung (zB Perfusion mit Paraformaldehyd) und Speicherung (beispielsweise Gefrieren, Paraffineinbettung) kann mit einer Vielzahl von Methoden durchgeführt werden. Im Folgenden wird der Prozess der Perfusion mit 4% Paraformaldehyd in 0,1 M Phosphat-gepufferter Kochsalzlösung (4% Paraformaldehyd in PBS erklären) Lösung 8. Achtung: Paraformaldehyd ist krebserregend und können auch Hautreizungen, allergische Hautreaktionen oder Augenschäden verursachen. Verwenden Sie geeignete Schutzbrille / Hautschutz. <ol><li> Expose eine Ratte in einer Zeit, um das Tier zu betäuben leicht zu Isofluran. </li><li> Intraperitoneal injizieren, um die Ratte mit 2 ml / kg Ketamin / Xylazin-Mischung (1,5 ml Xylazin mit 10 ml Ketamin gemischt). HINWEIS: Ketamin und Xylazin beide auf Lager Konzentrationen von 100 mg / ml vor Injektions Mischung kombiniert. </li><li> Sobald Ratte nicht mehr reagiert, perfundieren das Tier mit 0,1 M phosphatgepufferter Salzlösung (PBS; pH = 7,2), gefolgt von 4% Paraformaldehyd in PBS (pH = 7,2). </li><li> Entfernen Sie Gehirn und Speicher in 4% Paraformaldehyd in PBS bei 4 ° C für 48 Stunden. </li><li> Nach 2 Tagen Übertragung auf Lösung von 30% Sucrose zugesetzt 4% Paraformaldehyd in PBS bei 4 ° C. </li></ol>

The authors have nothing to disclose.

In dem obigen Protokoll haben wir gezeigt, eine sinnvolle Intervention folgende neuroanatomischen Defizite Neugeborenen Alkoholexposition zu retten. Dieser Eingriff kann aufgrund der Robustheit der jede der Komponenten des Eingriffs in anderen Tiermodellen als Therapeutikum verwendet werden. Freiwilligen kardiovaskuläre Aktivität in Form von WR wurde 38 mehrere Verhaltensergebnisse gezeigt profitieren, 39 und funktionelle Kunststoff Veränderungen in Gehirnreg...

Aufzucht in verschiedenen Umgebungen ist seit langem bekannt in verschiedenen Maßnahmen von neurologischen Wellness Veränderungen zu verursachen. Viele Studien Blick auf die positiven Auswirkungen der in einer komplexen Umgebung (EG) Aufzucht mit bahnbrechende Forschung von Diamond und Rosenzweig beginnen (zB 1, 2) und Greenough (Beispielsweise 3, 4). EG hat sich gezeigt , 6 im Gehirn 5, eine unbestreitbare positive Auswirkungen auf die synaptische und zelluläre Veränderungen zu haben, 7. EG kann eine Vielzahl von Hirnregionen beeinflussen , einschließlich der Hippocampus 8, 9 und visuellen Kortex 10, 11, ventralen Striatum 12, 13, sowiewie Gehirn weite Neuroimmun - Funktion (in 14 überprüft). Von besonderem Interesse ist aus den Untersuchungen an Hippocampus entwickelt , wenn es wurde gezeigt , dass die EG die Überlebensrate der erwachsenen geborenen Körnerzellen des Gyrus dentatus durch dendritische Plastizität 9, 13 zu erhöhen. Dieser letzte Punkt hat angibt viel Interesse auf Grund der wachsenden Körper der Literatur gesammelt , dass Ausdauertraining adulten Neurogenese sowohl in der gesunden und geschädigten Gehirn 15, 16, 17, 18 fördert. Radfahr (WR) ist eine einfache Form der freiwilligen kardiovaskuläre Aktivität zu implementieren , die in Nagetiermodellen von neurologischen Erkrankungen als vorteilhaft gezeigt hat, oder Alterungs 17, 19, 20. WR wirkt sich auf die Expression von Wachstumsfaktoren<html> sowohl im zentralen und peripheren Nervensystem 21, 22, 23. Die Kombination von (später) WR und EG in eine &quot;superintervention&quot; (WR-EC) (dh 12 Tagen um 30 Tage in EG des WR) bietet eine robuste Zunahme des Hippocampus - adulten Neurogenese und ein verlängertes Überleben der neu proliferierten Zellen 8, die die Wirkung der einzelnen Komponenten erreicht im Tiermodell von FASD nicht (siehe unten). Da beide Komponenten von WR-EC eine Vielfalt von Strukturen innerhalb des Gehirns 13 beeinflussen (WR in 22 überprüft, überprüft EC in 24), die Umsetzung dieser Maßnahme leicht zu Nagetiermodellen beider Entwicklungs- und späteren Leben Beginn Modelle von neurologischen angewendet werden kann , Beeinträchtigung (zB neonatale Exposition Alkohol, Altern, Stress frühen Leben). nt &quot;&gt; Integration von WR-EC in den Jugendlichen und jungen Erwachsenen Perioden (dh postnatalen Tag 30 bis 72) können einige der negativen Auswirkungen eines Rattenmodell der fetalen Alkohol - Spektrum - Störungen verbessern (FASDs) 8 Eine Sammlung von Studien haben. gezeigt , dass 31 bis Alkohol aus postnatalen Tag (PD) 4 bis 9 Anzeige erhebliche Defizite in neuroanatomischen Maßnahmen wie dendritischen Komplexität 25, des Kleinhirns Entwicklung 26, 27 und Neuroimmun - Ansprechbarkeit 28 sowie Manifestationen von beeinträchtigter Lernen und Gedächtnis 29, 30, ausgesetzt Nagetiere . Auch eine reduzierte Menge an Alkohol - Exposition innerhalb dieses Zeitfensters (dh PD 7 bis 9) nicht mehr auf Defizite in Lernen und Gedächtnis führen bei jugendlichen und erwachsenen Ratten 32 , während einige Strukturen sig sehenwerten Beeinträchtigung neuroanatomische 27. Viele dieser Defizite - zusätzlich zu Verhaltensstörungen bei Hippocampus-abhängigen Aufgaben - wurden 8, 33 oder WR allein 25, 31 nach Exposition mit diesem WR-EC Paradigma gemildert. Obwohl allein WR eine weit verbreitete Intervention gewesen ist, hat sich die Kombination von WR-EG noch nicht in der Literatur trotz seiner Fähigkeit verwendet worden 8 die relativ kürzer fristigen Vorteile der WR aufrecht zu erhalten. Dieser Artikel wird die Umsetzung des WR-EG-Intervention während der Adoleszenz zu diskutieren. Obwohl dieses Paradigma im Kontext der frühen postnatalen Exposition Alkohol verwendet wird, kann es zu verschiedenen Nagetiermodellen eingeführt werden, um Gehirnpotenziale neuroplasticity in den Modellen von Hirnerkrankungen zu beurteilen.

<table><tbody><tr><td>Female Time-pregnant Long Evans Rats</td><td>Envigo (Formerly: Harlan, Inc.)</td><td></td><td>Average litter size is 8 - 10 pups</td></tr><tr><td>Black India Ink</td><td>Higgins (Chartpak, Inc.)</td><td>44201</td><td></td></tr><tr><td>Syringes and Injection Needles</td><td>Becton, Dickinson and Company (BD)</td><td>Assorted</td><td>For injection of pawmarking ink, administration of milk-alcohol solution</td></tr><tr><td>Ear Punch</td><td>Kent Scientific Corporation</td><td>INS750076</td><td></td></tr><tr><td>Running Wheels</td><td>Wahmann Labs</td><td></td><td>Wahmann Running Wheel is discontinued. One per cage.</td></tr><tr><td>EC Cage</td><td>Martin&#039;s Cages, Inc.</td><td>R-695</td><td></td></tr><tr><td>Small EC Toys</td><td>Assorted</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Medium EC Toys</td><td>Assorted</td><td></td><td>Should be able to fit 1 - 2 rats inside of/on top of object</td></tr><tr><td>Large EC Toys</td><td>Assorted</td><td></td><td>Should be able to fit 3 or more rats inside of/on top of object</td></tr></tbody></table>

wheel running and environmental complexity as a therapeutic intervention in an animal model of fasd

Aerobic - Übungen (zB Rad läuft (WR) ausgiebig in der Tierforschung) einen positiven Einfluss auf viele Maßnahmen von neuroplastische Potenzial im Gehirn, wie der Zahl der adulten Neurogenese, Angiogenese, und die Expression von neurotrophen Faktoren bei Nagern. Dieser Eingriff wurde auch Verhaltens- und neuroanatomische Aspekte der negativen Auswirkungen von teratogens (dh Entwicklungs Exposition gegenüber Alkohol) und altersbedingte Neurodegeneration bei Nagetieren zu mildern gezeigt. Umwelt Komplexität (EG) wurde mit zahlreichen neuroplastische Vorteile in kortikalen und subkortikalen Strukturen zu erzeugen, dargestellt und können mit Radfahr gekoppelt werden, um die Proliferation und das Überleben von neuen Zellen im erwachsenen Hippocampus zu erhöhen. Die Kombination dieser beiden Maßnahmen bietet eine robuste &quot;superintervention&quot; (WR-EC), die in einem Bereich von Nagetiermodellen von neurologischen Störungen durchgeführt werden kann. Wir werden die Umsetzung von WR / EG und ihren konstituierenden diskutieren inInterventionen für den Einsatz als leistungsfähigeren therapeutische Intervention bei Ratten, die das Tiermodell der pränatalen Exposition gegenüber Alkohol beim Menschen verwendet wird. Wir werden diskutieren, auch, welche Elemente der Verfahren unbedingt notwendig sind für die Eingriffe und welche verändert werden kann, abhängig von der Frage des Experimentators oder Einrichtungen.

Um die Wirkung des Super Intervention beurteilen zu können, müssen wir die Auswirkungen jedes seiner Bestandteile zu finden - WR und EC - auf unserer Maßnahmen von Interesse. Die 1 bis 3 (unten) in einer früheren Publikation erschien 8 dieses Paradigma nutzen. Abbildung 4 erschien in einer Doktorarbeit 36. Diese Daten zeigen die Auswirkungen der WR-EC auf Hippokampus-adulten Neurogenese...

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Wheel Running and Environmental Complexity as a Therapeutic Intervention in an Animal Model of FASD

Herz-Kreislauf Training und anregend Erfahrungen in einem komplexen Umfeld haben positive Auswirkungen auf mehrere Maßnahmen der Neuroplastizität im Gehirn von Nagetieren. Dieser Artikel wird die Umsetzung dieser Maßnahmen als &quot;superintervention&quot; diskutieren, die Radfahr und Umwelt Komplexität kombiniert und die Grenzen dieser Interventionen begegnen.

Rad-Laufen und Umwelt Komplexität als therapeutische Intervention in einem Tiermodell der FASD

Aerobic exercise (e.g., wheel running (WR) extensively used in animal research) positively impacts many measures of neuroplastic potential in the brain, ...

wheel-running-environmental-complexity-as-therapeutic-intervention-an

Research

JoVE Journal

Behavior

6.7K Aufrufe.  University of Delaware.  Herz-Kreislauf Training und anregend Erfahrungen in einem komplexen Umfeld haben positive Auswirkungen auf mehrere Maßnahmen der Neuroplastizität im Gehirn von Nagetieren. Dieser Artikel wird die Umsetzung dieser Maßnahmen als "superintervention" diskutieren, die Radfahr und Umwelt Komplexität kombiniert und die Grenzen dieser Interventionen begegnen. 

Serie: Wheel Running and Environmental Complexity as a Therapeutic Intervention in an Animal Model of FASD

Using the Activity-based Anorexia Rodent Model to Study the Neurobiological Basis of Anorexia Nervosa

Anorexia nervosa (AN) is a psychiatric illness characterized by excessively restricted caloric intake and abnormally high levels of physical activity. A challenging illness to treat, due to the lack of understanding of the underlying neurobiology, AN has the highest mortality rate among psychiatric illnesses. To address this need, neuroscientists are using an animal model to study how neural circuits may contribute toward vulnerability to AN and may be affected by AN. Activity-based anorexia (ABA) is a bio-behavioral phenomenon described in rodents that models the key symptoms of anorexia nervosa. When rodents with free access to voluntary exercise on a running wheel experience food restriction, they become hyperactive &#8211; running more than animals with free access to food. Here, we describe the procedures by which ABA is induced in adolescent female C57BL/6 mice. On postnatal day 36 (P36), the animal is housed with access to voluntary exercise on a running wheel. After 4 days of acclimation to the running wheel, on P40, all food is removed from the cage. For the next 3 days, food is returned to the cage (allowing animals free food access) for 2 hr daily. After the fourth day of food restriction, free access to food is returned and the running wheel is removed from the cage to allow the animals to recover. Continuous multi-day analysis of running wheel activity shows that mice become hyperactive within 24 hr following the onset of food restriction. The mice run even during the limited time during which they have access to food. Additionally, the circadian pattern of wheel running becomes disrupted by the experience of food restriction. We have been able to correlate neurobiological changes with various aspects of the animals&#8217; wheel running behavior to implicate particular brain regions and neurochemical changes with resilience and vulnerability to food-restriction induced hyperactivity.

Here we present a protocol to induce activity-based anorexia (ABA) in female adolescent mice. ABA is a condition of hyperactivity evoked by imposing food restriction on rodents with access to a running wheel. This phenomenon is being used as a model to study the underlying neurobiology of anorexia nervosa.

Unter Verwendung des Activity-based Anorexia Nagetiermodell die neurobiologischen Grundlagen von Anorexia Nervosa Study

Anorexia nervosa (AN) is a psychiatric illness characterized by excessively restricted caloric intake and abnormally high levels of physical activity. A ...

Forschung

Verhalten

An Innovative Running Wheel-based Mechanism for Improved Rat Training Performance

This study presents an animal mobility system, equipped with a positioning running wheel (PRW), as a way to quantify the efficacy of an exercise activity for reducing the severity of the effects of the stroke&#160;in rats. This system provides more effective animal exercise training than commercially available systems such as treadmills and motorized running wheels (MRWs). In contrast to an MRW that can only achieve speeds below 20 m/min, rats are permitted to run at a stable speed of 30 m/min on a more spacious and high-density rubber running track supported by a 15 cm wide acrylic wheel with a diameter of 55 cm in this work. Using a predefined adaptive acceleration curve, the system not only reduces the operator error but also trains the rats to run persistently until a specified intensity is reached. As a way to evaluate the exercise effectiveness, real-time position of a rat is detected by four pairs of infrared sensors deployed on the running wheel. Once an adaptive acceleration curve is initiated using a microcontroller, the data obtained by the infrared sensors are automatically recorded and analyzed in a computer. For comparison purposes, 3 week training is conducted on rats using a treadmill, an MRW and a PRW. After surgically inducing middle cerebral artery occlusion (MCAo), modified neurological severity scores (mNSS) and an inclined plane test were conducted to assess the neurological damages to the rats. PRW is experimentally validated as the most effective among such animal mobility systems. Furthermore, an exercise effectiveness measure, based on rat position analysis, showed that there is a high negative correlation between the effective exercise and the infarct volume, and can be employed to quantify a rat training in any type of brain damage reduction&#160;experiments.

This study presents an innovative running wheel-based animal mobility system to quantify an effective exercise activity in rats. A rat-friendly testbed is built, using a predefined adaptive acceleration curve, and a high correlation between the effective exercise rate and the infarct volume suggests the protocol&#39;s potential for stroke prevention experiments.

Eine innovative Laufrad-basierten Mechanismus für die Verbesserung der Ratte Trainingsleistung

This study presents an animal mobility system, equipped with a positioning running wheel (PRW), as a way to quantify the efficacy of an exercise activity ...

Assessing Spatial Memory Impairment in a Mouse Model of Traumatic Brain Injury Using a Radial Water Tread Maze

Despite the recent increase in use of mouse models in scientific research, researchers continue to use cognitive tasks that were originally designed and validated for rat use. The Radial Water Tread (RWT) maze test of spatial memory (designed specifically for mice and requiring no swimming) has been shown previously to successfully distinguish between controlled cortical impact-induced TBI mice and sham controls. Here, a detailed protocol for this task is presented. The RWT maze capitalizes on the natural tendency of mice to avoid open areas in favor of hugging the sides of an apparatus (thigmotaxis). The walls of the maze are lined with nine escape holes placed above the floor of the apparatus, and mice are trained to use visual cues to locate the escape hole that leads out of the maze. The maze is filled with an inch of cold water, sufficient to motivate escape but not deep enough to require that the mouse swim. The acquisition period takes only four training days, with a test of memory retention on day five and a long-term memory test on day 12. The results reported here suggest that the RWT maze is a feasible alternative to rat-validated, swimming-based cognitive tests in the assessment of spatial memory deficits in mouse models of TBI.

Here we present a protocol for a mouse-specific test of cognition that does not require swimming. This test can be used to successfully distinguish controlled cortical impact-induced traumatic brain injury mice from sham controls.

Beurteilung der räumlichen Gedächtnisstörung in einem Mausmodell der traumatischen Gehirnverletzung unter Verwendung eines Radialwasserlaufstreifens

Despite the recent increase in use of mouse models in scientific research, researchers continue to use cognitive tasks that were originally designed and ...

Assessing Activity-based Anorexia in Mice

Rodents develop activity-based anorexia (ABA) when exposed to a restricted feeding schedule and allowed free access to a running wheel. These conditions lead to a life-threatening reduction in body weight. However, rodents exposed to only one of these conditions ultimately adapt to re-establish normal body weight. Although increased running coupled with reduction in voluntary food intake appear paradoxical under ABA conditions, ABA behavior is observed across numerous mammalian species. 
The ABA paradigm provides an animal model for anorexia nervosa (AN), an eating disorder with severe dysregulation of appetite-behavior. Subjects are singly housed with free access to a running wheel. Each day, the subject is offered food for a limited amount of time. During the course of the experiment, a subject's body weight decreases from high activity and low caloric intake. The duration of the study varies based on how long food is offered daily, the type of food offered, the strain of mouse, if drugs are being tested, and environmental factors.
A lack of effective pharmacological treatments for AN patients, their low quality of life, high cost of treatment, and their high mortality rate indicate the urgency to further research AN. We provide a basic outline for performing ABA experiments with mice, offering a method to investigate AN-like behavior in order to develop novel therapies. This protocol is optimized for use in Balb/cJ mice, but can easily be manipulated for other strains, providing great flexibility in working with different questions, especially related to genetic factors of ABA.

Mice individually housed with a running wheel while given limited access to food develop reductions in food consumption and increase activity on the running wheel. This experimental phenomenon is called activity-based anorexia. This paradigm provides an experimental tool for studying the neurobiology and behaviors underlying aspects of anorexia nervosa.

Beurteilung der Activity based Anorexie bei Mäusen

Rodents develop activity-based anorexia (ABA) when exposed to a restricted feeding schedule and allowed free access to a running wheel. These conditions ...

Tracking Individual Running Metrics in Mice Using a Voluntary Wheel Running Protocol that Minimizes Social Isolation

Voluntary wheel running (VWR) in rodents is used to evaluate performance and endurance and to simulate exercise. In contrast to other exercise paradigms that require aversive stimulus to induce active movement, wheel running is voluntary. VWR generally consists of placing a running wheel inside the mouse home cage. However, analyzing exercise parameters can typically only be conducted when mice are individually housed, while overall cage effects can be reported when mice are group-housed. Therefore, the current models force experimenters to choose between measuring individual exercise parameters in single-housed mice or measuring group effects in group-housed mice; depending on the research question and model, this could be limiting. 
Therefore, the goal of this method is to demonstrate a protocol that assesses VWR in a mouse model by quantifying running parameters in individual mice, with minimal isolation. We report on device design, preoperative preparations, and experiment setup. Results of a 6-week training protocol using this VWR model suggest it provides sufficient stimulus to increase spatial object recognition memory, comparable to the clinical effect of exercise. This simple and inexpensive model facilitates investigation into the effect of VWR on multiple measurements of wheel activity, minimizing factors that could limit or affect experimental outcomes.

This protocol describes an effective voluntary wheel-running model that can be implemented in various research contexts. Unlike other voluntary running models, this method avoids isolation housing while tracking running metrics in individual mice.

Voluntary wheel running (VWR) in rodents is used to evaluate performance and endurance and to simulate exercise. In contrast to other exercise paradigms ...

Motor and Hippocampal Dependent Spatial Learning and Reference Memory Assessment in a Transgenic Rat Model of Alzheimer's Disease with Stroke

Alzheimer&#39;s disease (AD) is a debilitating neurodegenerative disease that results in neurodegeneration and memory loss. While age is a major risk factor for AD, stroke has also been implicated as a risk factor and an exacerbating factor. The co-morbidity of stroke and AD results in worsened stroke-related motor control and AD-related cognitive deficits when compared to each condition alone. To model the combined condition of stroke and AD, a novel transgenic rat model of AD, with a mutated form of amyloid precursor protein (a key protein involved in the development of AD) incorporated into its DNA, is given a small unilateral striatal stroke.
For a model with the combination of both stroke and AD, behavioral tests that assess stroke-related motor control, locomotion and AD-related cognitive function must be implemented. The cylinder task involves a cost-efficient, multipurpose apparatus that assesses spontaneous forelimb motor use. In this task, a rat is placed in a cylindrical apparatus, where the rat will spontaneously rear and contact the wall of the cylinder with its forelimbs. These contacts are considered forelimb motor use and quantified during video analysis after testing. Another cost-efficient motor task implemented is the beam-walk task, which assesses forelimb control, hindlimb control and locomotion. This task involves a rat walking across a wooden beam allowing for the assessment of limb motor control through analysis of forelimb slips, hindlimb slips and falls. Assessment of learning and memory is completed with Morris water maze for this behavioral paradigm. The protocol starts with spatial learning, whereby the rat locates a stationary hidden platform. After spatial learning, the platform is removed and both short-term and long-term spatial reference memory is assessed. All three of these tasks are sensitive to behavioral differences and completed within 28 days for this model, making this paradigm time-efficient and cost-efficient.

To investigate the co-morbid Alzheimer&#39;s disease (AD) and stroke condition in a novel model, three behavior tasks are described that assess both motor control and cognitive behaviors. These tasks include the beam-walk task, cylinder task and Morris water maze.

Motor und Hippokampus-Dependent Spatial Learning und Referenz-Gedächtnis-Bewertung in einem transgenen Mausmodell der Alzheimer-Krankheit mit Schlaganfall

Alzheimer&#39;s disease (AD) is a debilitating neurodegenerative disease that results in neurodegeneration and memory loss. While age is a major risk ...

Medizin

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) on a treadmill is widely used as a rehabilitation tool in the SCI population with many benefits and improvements to daily life. We utilize this method of activity-based task-specific training (ABT) in rodents after SCI to both elucidate the mechanisms behind such improvements and to enhance and improve upon existing clinical rehabilitation protocols. Our current goal is to determine the mechanisms underlying ABT-induced improvements in urinary, bowel, and sexual function in SCI rats after a moderate to severe level of contusion. After securing each individual animal in a custom-made adjustable vest, they are secured to a versatile body weight support mechanism, lowered to a modified three-lane treadmill and assisted in step-training for 58 minutes, once a day for 10 weeks. This setup allows for the training of both quadrupedal and forelimb-only animals, alongside two different non-trained groups. Quadrupedal-trained animals with body weight support are aided by a technician present to assist in stepping with proper hind limb placement as necessary, while forelimb-only trained animals are raised at the caudal end to ensure no hind limb contact with the treadmill and no weight-bearing. One non-trained SCI group of animals is placed in a harness and rests next to the treadmill, while the other control SCI group remains in its home cage in the training room nearby. This paradigm allows for the training of multiple SCI animals at once, thus making it more time-efficient in addition to ensuring that our pre-clinical animal model mimics the clinical representation as close as possible, particularly with respect to the body weight support with manual assistance.

This protocol demonstrates our model of activity-based locomotor treadmill training for rats with spinal cord injury (SCI). Included is both quadrupedal and forelimb-only groups, in addition to two distinct types of non-trained control groups. Investigators are able to assess training effects on SCI rats using this protocol.

Activity-based Training auf einem Laufband mit Rückenmark verletzt Wistar-Ratten

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

Neurowissenschaften

WheelCon: A Wheel Control-Based Gaming Platform for Studying Human Sensorimotor Control

Feedback control theory has been extensively implemented to theoretically model human sensorimotor control. However, experimental platforms capable of manipulating important components of multiple feedback loops lack development. This paper describes WheelCon, an open-source platform aimed at resolving such insufficiencies. Using only a computer, a standard display, and inexpensive gaming steering wheel equipped with a force feedback motor, WheelCon safely simulates the canonical sensorimotor task of riding a mountain bike down a steep, twisting, bumpy trail. The platform provides flexibility, as will be demonstrated in the demos provided, so that researchers may manipulate the disturbances, delay, and quantization (data rate) in the layered feedback loops, including a high-level advanced plan layer and a low-level delayed reflex layer. In this paper, we illustrate WheelCon&#39;s graphical user interface (GUI), the input and output of existing demos, and how to design new games. In addition, we present the basic feedback model and the experimental results from the demo games, which align well with the model&#39;s prediction. The WheelCon platform can be downloaded at https://github.com/Doyle-Lab/WheelCon. In short, the platform is featured to be cheap, simple to use, and flexible to program for effective sensorimotor neuroscience research and control engineering education.

WheelCon is a novel, free and open-source platform to design video games that noninvasively simulates mountain biking down a steep, twisting, bumpy trail. It contains components presenting in human sensorimotor control (delay, quantization, noise, disturbance, and multiple feedback loops) and allows researchers to study the layered architecture in sensorimotor control.

WheelCon: Eine radgesteuerte Gaming-Plattform zum Studium der menschlichen sensorimotorischen Steuerung

Feedback control theory has been extensively implemented to theoretically model human sensorimotor control. However, experimental platforms capable of ...

Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ultrafast doppler angiography. As brain perfusion is strongly linked to local neuronal activity, this technique allows the whole-brain 3D mapping of task-induced regional activation as well as resting-state functional connectivity, non-invasively, with unmatched spatio-temporal resolution and operational simplicity. In comparison with fMRI (functional magnetic resonance imaging), a main advantage of fUS imaging consists in enabling a complete compatibility with awake and behaving animal experiments. Moreover, fMRI brain mapping in mice, the most used preclinical model in Neuroscience, remains technically challenging due to the small size of the brain and the difficulty to maintain stable physiological conditions. Here we present a simple, reliable and robust protocol for whole-brain fUS imaging in anesthetized and awake mice using an off-the-shelf commercial fUS system with a motorized linear transducer, yielding significant cortical activation following sensory stimulation as well as reproducible 3D functional connectivity pattern for network identification.

This protocol describes the quantification of volumetric cerebral hemodynamic variations in the mouse brain using functional ultrasound (fUS). Procedures for 3D functional activation map following sensory stimulation as well as resting-state functional connectivity are provided as illustrative examples, in anesthetized and awake mice.

3D-Aktivierung des gesamten Gehirns und funktionelle Konnektivitätskartierung bei Mäusen mit transkranieller funktioneller Ultraschallbildgebung

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ...

Multifactorial Assessment of Motor Behavior in Rats after Unilateral Sciatic Nerve Crush Injury

The induction of a peripheral nerve injury is a widely used method in neuroscience for the assessment of repair and pain mechanisms among others. In addition, in the research field of movement disorders, sciatic crush injury has been employed to trigger a dystonia-like phenotype in genetically predisposed DYT-TOR1A rodent models of dystonia. To achieve consistent, reproducible and comparable results after a sciatic nerve crush injury, a standardized method for inducing the nerve crush is essential, in addition to a standardized phenotypical characterization. Attention must be paid not only to the specific assortment of behavioral tests, but also to the technical requirements, the correct execution and consecutive data analysis. This protocol describes in detail how to perform a sciatic nerve crush injury and provides a behavioral test battery for the assessment of motor deficits in rats that includes the open field test, the CatWalk XT gait analysis, the beam walking task, and the ladder rung walking task.

We provide a protocol for the assessment of motor behavior via a behavioral test battery in rats after sciatic nerve crush injury.

Multifaktorielle Beurteilung des motorischen Verhaltens bei Ratten nach einseitiger Ischiasnervenquetschverletzung

The induction of a peripheral nerve injury is a widely used method in neuroscience for the assessment of repair and pain mechanisms among others. In ...