Esta investigación fue financiada por una subvención a la AAW Descubrimiento de las Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación de Canadá.

1. Pre-requisitos para el análisis biomecánico Locomotion Antes de embarcarse en la compra de equipos costosos análisis del aparato locomotor, y la planificación de los experimentos en la cinemática y / o la evaluación del aparato locomotor cinética se llevará a cabo, es imprescindible que el investigador esté familiarizado con los aspectos técnicos y prácticos de análisis biomecánico, el comportamiento sensorio, el condicionamiento operante de los animales , y el manejo / conservación / administración de grandes cantidades de datos digitalizados. A pesar de estos pre-requisitos parecer obvio para muchos, es sólo después de embarcarse en este tipo de experimentos en los que los alumnos se dan cuenta de las complejidades técnicas y prácticas de la realización de análisis relativamente detallado del aparato locomotor. Los autores recomiendan que los experimentadores inscribirse en un curso sobre biomecánica de introducción, estar familiarizado con o contratar a alguien familiarizado con un lenguaje de programación necesarios para la gestión de datos, y de igual importancia, pasan bastante tiempo interactuando, manejo y trabajo con animales de laboratorio. Para comprender el análisis de la locomoción y el análisis sensorio de comportamiento en las neurociencias, los investigadores se refieren a varias referencias importantes (ver 1, 4-7). 2. Prueba cinemáticos y cinéticos aparato Un aparato de prueba cinemáticos y cinéticos, útil para la recogida de datos bilaterales, se compone de los siguientes componentes (ver &quot;Tabla de los reactivos y equipos específicos&quot; para más detalles): <ul><li> Habitación tranquila y de tamaño suficiente (no necesariamente a prueba de sonido, aunque está ubicado en una zona con poco tráfico) </li><li> Radio de la oferta de fondo de &quot;ruido&quot; para limitar los ruidos de distracción fuera de la sala a los animales </li><li> Plexiglás transparente, cerrada, plana superficie de la pista (180 cm de largo x 20 cm de ancho X 60 cm de alto) con un agujero cuadrado (11 cm X 11 cm), ubicado en el centro de la pista, equidistante de los extremos </li><li> Pedazo de plexiglás (10,5 cm X 10,5 cm) </li><li> Cinta de doble cara adhesiva Scotch </li><li> Reflectantes 3M cinta adhesiva para los marcadores de la piel </li><li> Perforaciones para la creación de marcadores de </li><li> Máquina de anestesia con isofluorano para los animales anestesia para el afeitado antes de la colocación de los marcadores de </li><li> Cheerios para fomentar el movimiento de los animales a lo largo de la longitud de la pista </li><li> AMTI HE6X6 forceplate </li><li> Vicon Motus personalizada del sistema (software, equipo, etc) </li><li> 4 cámaras de vídeo (por lo menos 60 muestras Hz) y trípodes con cables de conexión apropiada </li><li> 4 ante la cámara las luces halógenas proporciona una iluminación óptima para la iluminación de la materia animal y los marcadores de reflexión </li><li> Marco apropiado de calibración de tamaño o el volumen necesario para el sistema Vicon Motus para calibrar x, y, z posiciones en las medidas de distancia significativa </li></ul> 3. Animal de formación Antes de la recolección de datos, cada animal debe ser entrenado para cruzar una superficie plana, la pista cerrada. Tras la recepción de las ratas de un proveedor con animales, los animales deben aclimatarse a su nuevo hogar durante 1 semana. Durante este tiempo de aclimatación, cheerios varios se colocan todos los días en la jaula de la rata. Los animales son los alimentos restringidos a sus necesidades de mantenimiento de energía para prevenir la obesidad y garantizar la motivación para realizar esta tarea. A partir de entonces, cada animal es manejado por el investigador durante 10-15 minutos al día durante 1 semana. Durante este mismo período de tiempo, cada animal es colocado en la pista con Cheerios situado en cada extremo. Una vez que el animal se familiarice con su entorno, se empiezan a comer los cereales Cheerios. Una vez que el animal está cómodo y cheerios comer dentro de la pista, el experimentador debe operantemente la condición del animal para ejecutar la longitud de la pista de una recompensa alimenticia. Esto se logra tirando cheerio ¼ en el extremo opuesto de la pista donde se coloca la rata. Una vez que la rata come de este cereal de desayuno, otro ¼ ¡hasta la vista se coloca en el otro extremo de la pista. Esto se hace durante 15-20 minutos al día hasta que se mueve la rata constante (&gt; 90% de los lanzamientos) a lo largo de la pista a una velocidad constante (es decir, sin iniciar, detener, explorar, o sin cambio de marcha) para comer el cereal de desayuno, sin galopar / delimitador . La rata sólo se debe emplear un modo de andar al trote. El exceso de acondicionamiento de los animales para esta tarea puede llevar a los animales galopando y brincando estos aires son indicativos de los animales que viajan&gt; 90 cm / s. Delimitación y el galope aires, biomecánica, son más difíciles de interpretar para una variedad de razones (por ejemplo, la pierna criterios de inclusión de plomo, etc.) En nuestra experiencia, una vez que las ratas siempre emplean galopando o saltando aires, es difícil, si no imposible, que usen una marcha al trote, mientras locomoción en la pista. Velocidades&gt; 90 cm / s se ven raramente después de que un animal ha sufrido de una lesión del sistema nervioso central o periférico. Tiempo para alcanzar el éxito de la capacitación es variable entre las cepas y los sexos de las ratas. Wistar, Lewis, Long Evans-, y las cepas Sprague-Dawley, son capaces de atravesar constantemente la pista dentro de 2 semanas desde el inicio de entrenamiento de 8. En nuestra experiencia, Fischer (F-344) las ratas tienden a tomar más de 4-6 semanas para aprender esta tarea 8. 4. Posición común de marcado El análisis cinemático de miembro superior es poco fiable debido a los artefactos piel circulación impuestas por la colocación de los marcadores de la piel en las extremidades anteriores, que se agrava en las especies, como las ratas, que tienen una postura agachada 9. En cambio, la cinemática de las extremidades anteriores se debe lograr mediante rayos X o fluoroscopia cinematografía 10-13. Como tal, la extremidad posterior colocación conjunta marcador de posición sólo se describe en este documento. Antes de la recolección de datos, cada rata se anestesió al menos 24 horas antes de la recolección de datos mediante una adecuada anestesia inhalatoria (por ejemplo, isofluorano, 1.5-2% marcado en una vaporizor de precisión) y se administra en oxígeno a través de mascarilla, y anatómica topográfica clave puntos de referencia debe ser marcada. Dada la brevedad del procedimiento, y por agentes de acción prolongada de anestesia no se utilizan, el uso de un dispositivo de calentamiento de los animales no tiene que ser utilizado para mantener la temperatura corporal del animal. Una vez que el animal esté anestesiado, los miembros posteriores y el dorso, hasta el nivel de las crestas ilíacas están afeitadas. El animal se coloca en decúbito esternal y sus patas traseras se colocan en una posición de pie aproximada usando espuma de la empresa de embalaje para apoyarlo. La piel que cubre las porciones más craneales de las crestas ilíacas, trocánter mayor del fémur, la tuberosidad tibial lateral, la articulación del tarso, y la parte distal y lateral del 5 º metatarsiano está marcado con un marcador permanente que no sean tóxicas. El animal se recupera de la anestesia. Para los estudios de temporal, la anestesia puede ser periódica deben afeitarse las patas traseras lo que permite la posterior colocación reflectante (ver más abajo). Además, todos los días destacando de los hitos anatómicos previamente marcada (con el mismo marcador no tóxico) se requiere que las ratas lentamente quitar los marcadores a través del comportamiento natural de la preparación. 5. Registro de datos Todas las vistas de cámara se examinan para asegurar que su posición es adecuada y la captura del mismo campo de visión. Cada cámara se debe colocar a unos 60-80 grados el uno al otro. El campo de visión debe incluir la forceplate en el centro y una longitud de pista suficiente para capturar a dos pasos. El volumen de calibración se coloca dentro del área de pre-determinado de la pista. Una sola imagen de que el volumen de calibración dentro de la pista, de cada una de las cámaras, es capturado. Todas las marcas calibradas a lo largo de la longitud de cada uno de los polos están digitalizados. Sólo una vez un error satisfactoria en la digitalización se lleva a cabo, el investigador puede proceder a la recogida de datos del aparato locomotor. Este proceso de calibración es fundamental antes de la recolección de datos. Si la calibración no se realiza correctamente, o si la calibración no se produce inmediatamente antes de una sesión de grabación, todos los datos resultantes serán imprecisos e inutilizables. Es importante destacar que, si alguna de las cámaras se toca o mueve, lo más seguro es asumir que la calibración del sistema necesita ser repetido. Inmediatamente antes de colocar al animal en la pista, su peso se registra y se hizo pre-cónica marcadores de reflexión (con cinta reflectante 3M, véase la tabla) se adhieren a las marcas predeterminadas fieltro de los hitos topográficos extremidades traseras. Grabación de peso del animal permitirá la normalización retrospectiva de las fuerzas de reacción del suelo con el peso corporal - un aspecto importante si se desea hacer comparaciones entre los grupos. Además, la medición de peso corporal facilita el seguimiento de la salud general del animal para la duración del experimento. La colocación de marcadores sólo requiere de un manejo adecuado de los animales y no requiere anestesia del animal. Si el adhesivo sobre la cinta reflectante no es suficiente para adherirse a la piel del animal, una cantidad muy pequeña de pegamento no tóxico (por ejemplo, 3M adhesivo tisular VetBond) se puede utilizar para facilitar la adhesión de la marca en el cuerpo del animal. Una vez que los marcadores se colocan en las patas traseras, el experimentador debe estar en una posición cómoda al lado del teclado de la computadora y tener a mano el marcador de eventos asociados a través del sistema Vicon Motus. Utilizando el archivo de calibrado como una plantilla, varios archivos se hacen por adelantado de la grabación. Por lo general, 25 a 30 archivos necesitan ser salvos. Cada archivo debe tener un nombre único. Cada archivo se representa un grabado de ejecución de los animales que se está grabando. Veinticinco a treinta archivos son necesarios para asegurar que un número suficiente de carreras reunión de la velocidad criterio de inclusión (es decir, 60-90 cm / s) se recogen. Después de un número suficiente de los archivos se crean que el experimentador puede comenzar a recolectar datos. El experimenter deben llevar a la rata de traslado dentro de la pista, lanzando pedazos de ¼ de Cheerios en cada extremo de la pista. Con la coordinación y tiempos, el marcador de evento se activa al inicio y justo antes de la finalización de la rata de completar con éxito un pase largo de la pista. Después de examinar la fuerza de reacción crudo localización, y después de la grabación ya sea la izquierda o hacia las extremidades derechas golpear la plataforma de fuerza, el archivo se guarda y se cierra. Igual número de accesos forceplate izquierdo y derecho del miembro deben ser registrados. El proceso de grabación de los datos de un plazo determinado se repite hasta que un número suficiente de pistas han sido grabadas. 6. Análisis de Datos Al término de la recolección de datos de la cinemática y las fuerzas de reacción del suelo, cada ejecución de cada animal debe ser evaluada por la velocidad. El uso de dos marcadores relativamente fijas (por ejemplo, las alas de la iliums) se puede evaluar un punto virtual entre los marcadores (que se hace antes de la hora de crear una plantilla de Vicon Motus archivo). Antes de calcular la velocidad de este &quot;virtual&quot; punto, los marcadores de los marcadores ilíaca debe ser digitalizado. Usando Vicon motus software, la velocidad de este punto virtual en la dirección X (horizontal del movimiento) se calcula. De este modo, sólo se ejecuta dentro de un rango de velocidades dado (determinado a priori) se utilizan en el análisis final. Nos encontramos con que los animales se mueven entre 60-90 cm / s se utiliza correctamente aires al trote. Un mínimo de 10 carreras (5 carreras en la extremidad izquierda se pone en contacto con la plataforma de fuerza y ​​cinco carreras en la extremidad derecha se pone en contacto con la plataforma de fuerza) son obligatorios. Una vez que las carreras aceptables se identifican para cada animal, la digitalización de los marcadores de la piel restante deberá ser completado. Para compensar la piel artefacto de movimiento en la rodilla, la estimación de la posición de la rodilla se calcula utilizando la triangulación (intersección de dos círculos de la cinemática en 2D, o la intersección entre dos esferas 3D cinemática), como se ha descrito anteriormente. Ángulos de cadera, rodilla y corvejón, velocidades y aceleraciones se puede determinar ahora. Apoyo e impulsión veces también puede ser evaluado, aunque su precisión es limitada basada en la velocidad de muestreo de las cámaras empleadas. Estos y otros cálculos se pueden realizar directamente (es decir, sin exportación) con software Vicon Motus KineCalc, o los datos se pueden exportar como datos ASCII y se analizaron utilizando rutinas personalizadas de software tales como Matlab. Baja los datos de fuerza de reacción se mide y se amplifica por la plataforma de fuerza AMTI y se percibirá en 1200 Hz por Vicon Motus. Como tal, una vez que los datos de la fuerza de reacción del suelo se recoge, un adecuado filtro digital se aplica a los datos utilizando Motus Vicon. Dado que el investigador ya ha determinado la velocidad de desplazamiento y se identificaron corre aceptable después de la digitalización de los marcadores adecuados piel, baja los datos de fuerza de reacción que se recogió de forma simultánea como la cinemática de datos, se pueden analizar usando Vicon Motus KineCalc directamente, o indirectamente a través de un software personalizable otros de rutina. Una variedad de variables de las fuerzas, en cada una de las tres direcciones ortogonales, se puede calcular. Estas variables incluyen el pico de fuerza, und área de la curva (es decir, impulso), etc Es importante destacar, sin embargo, el experimentador debe mantener los datos de las extremidades derecha e izquierda de cada ejecución de cada animal por separado. Los datos extraídos de las extremidades derecha o la izquierda es un promedio para cada animal y se utiliza como datos representativos para ese animal. Datos se analizaron mediante procedimientos estadísticos adecuados. 7. Resultados representante Para representar a la utilidad de esta forma de análisis del aparato locomotor, la cinemática y las fuerzas de reacción del suelo se determinaron en ratas hembras jóvenes, de mediana edad, geriátricos y Wistar. A partir de este análisis, relacionada con la edad se encontraron diferencias en ratas Wistar. En particular, la fuerza de reacción del suelo el análisis demuestra que las ratas geriátrica han reducido la capacidad de frenado y patas delanteras tienden a usar sus patas traseras más para la estabilización lateral en comparación con los otros grupos de animales (Figura 1). Análisis cinemático no reveló ninguna diferencia estadística entre cada grupo, aunque demuestra que la cinemática puede ser fácilmente grabados desde casi cualquier edad de la rata (Figura 2). <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1 fuerza de reacción de seguimiento tomadas de las extremidades izquierdas de los jóvenes. (4 meses de edad, n = 7), de mediana edad (13-14 meses de edad, n = 7) y geriátrica (24 meses de edad, n = 5) mujeres ratas Wistar. Extremidades derechas fueron similares. Es evidente que las ratas utilizan sus patas delanteras geriátrica menos de frenado (* = p &lt;0,05) en comparación con las ratas jóvenes y de mediana edad, y las ratas geriátricos tienden a usar sus patas traseras más para la estabilización lateral en comparación con las ratas jóvenes (**). Las líneas continuas representan las líneas de media, de puntos representan la media ± SE; discontinualíneas representan la media SE. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">Haga clic aquí para ver una figura más grande.</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Cinemática cifras palo de la extremidad izquierda de ratas jóvenes, de mediana edad, y geriátricos. Figuras de palo representa el movimiento medio de la pierna izquierda de cada uno de los grupos. No hubo diferencias significativas entre los grupos de animales para el ángulo de la articulación durante el ciclo de paso. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">Haga clic aquí para ver una figura más grande.</a>

El presente documento ofrece una metodología para la evaluación de la locomoción continua con la cinemática y la determinación cuantitativa de reacción del suelo vigente. Importante para cualquier persona interesada en embarcarse en esta metodología es una gran experiencia en la biomecánica de la locomoción, el comportamiento animal sensoriomotor, y el manejo y manipulación de datos. A pesar de la determinación de fuerza de reacción cinemática y la tierra requiere más tiempo y experiencia, en comparación con otras formas de análisis del aparato locomotor (por ejemplo, medidas de punto final, las escalas ordinales rating), los datos obtenidos es sensible, objetiva y cuantitativa para una variedad de aparatos ortopédicos y neurológicos 14-22 1-3, 23-32 modelos de la enfermedad, en una gran variedad de especies. Nos han proporcionado datos que se describen las diferencias en la locomoción entre las diferentes edades de la tensión de concordancia información ratas que no se podía deducir con medidas sencillas y menos sensibles. Además, el análisis cinemáticos y cinéticos de la locomoción se ha utilizado para describir las alteraciones del aparato locomotor en una variedad de condiciones del sistema nervioso, donde otras formas de evaluación no tendría éxito. 8, 23-25, 27 El uso de las medidas de sensibilidad es especialmente importante cuando se evalúan productos terapéuticos potenciales para varios modelos de la enfermedad. Si una prueba no es lo suficientemente sensible para discernir el efecto de un potencial therapeutant el investigador corre el riesgo de cometer un error tipo II estadística (es decir, concluir que no hay efecto de un tratamiento cuando en realidad no era un efecto). Además, debido a las medidas de punto final y las pruebas más subjetivas que evalúan la locomoción, existe una posibilidad de sesgo. Evaluación cinemáticos y cinéticos es puramente objetiva en que, siempre que proceda de inclusión / exclusión criterio se hacen a priori, el experimentador simplemente recopila, analiza y aplica las estadísticas apropiadas a los datos (es decir, no hay un componente subjetivo de la determinación de los datos). Análisis cinemático y cinético también ofrece la capacidad de ser utilizado para multitud de especies. De hecho, la cinemática, la determinación de la fuerza de reacción del suelo, o ambos han sido utilizados en una variedad de especies como los elefantes 33-35, ganado 36, 37-40 caballos, los perros 4, 41-45, 21 gatos, 46 a 49, varios roedores 3, 8, 50, 51, 4 aves, 52-55, y el pescado de 56 años, 57 (esta lista no es exhaustiva). En la experiencia de los autores, sin embargo, el uso de ratones es problemático, dado que los ratones no son fáciles de operantemente condiciones de viajar a lo largo de una pista de aterrizaje. Ante esto, los ratones no viajará a una velocidad relativamente constante y en lugar de acelerar y frenar, al atravesar la pista de aterrizaje. Este comportamiento probablemente se puede, en parte, ser superados mediante la ejecución de los ratones en una cinta y 58 video-grabación de la locomoción de los animales en la cinta. Si el aparato experimental para la determinación de la fuerza de reacción del suelo debía ser modificada para el uso de cinta de correr, la fuerza de reacción del suelo que la determinación probablemente sólo se obtienen fácilmente de fuerza de reacción vertical del suelo como el cinturón de cinta podría interferir con proa a popa y medio-lateral determinación de la fuerza. En total, el análisis cinemático y cinético de locomoción es un método fiable y sensible, y el objetivo que se puede emplear para varios modelos de las condiciones ortopédicas y neurológicas. Además, todo el equipo se ha convertido en disponible para su uso en los roedores, lo que niega cualquier motivo relacionado para no realizar este tipo de análisis de comportamiento sensorio.

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		<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

Comportamiento, en su acepción más amplia, se puede definir como la manifestación del motor de los procesos fisiológicos. Por lo tanto, todas las conductas se manifiestan a través del sistema motor. En los campos de la neurología y ortopedia, la locomoción es un comportamiento común para evaluar una variedad de modelos de la enfermedad. Por ejemplo, la recuperación después de una lesión traumática del aparato locomotor en el sistema nervioso es uno de los comportamientos más comúnmente evaluados 1-3. A pesar de locomoción puede ser evaluada utilizando una variedad de mediciones de punto final (por ejemplo, tiempo necesario para completar una tarea motriz, etc), medidas semicuantitativas cinemáticas (por ejemplo, escalas ordinales de calificación (por ejemplo, Beattie Basso y del aparato locomotor Bresnahan (BBB) ​​escala de calificación, etc)) y sustitutos medidas de comportamiento (por ejemplo, la fuerza muscular, la velocidad de conducción nerviosa, etc), sólo la cinética (las medidas de fuerza) y la cinemática (mediciones de los segmentos corporales en el espacio) proporcionar una descripción detallada de la estrategia mediante la cual un animal es capaz de locomoción 1. Aunque no nuevas medidas, cinemáticos y cinéticos de los roedores locomoción es ahora más accesible gracias a la disponibilidad de los equipos disponibles en el mercado diseñados para este propósito. Es importante destacar, sin embargo, los investigadores deben estar muy familiarizados con la teoría de los análisis biomecánicos y entender los beneficios y limitaciones de estas formas de análisis antes de embarcarse en lo que se convertirá en un estudio relativamente intensiva en trabajo. El presente documento tiene por objeto describir un método de recogida de datos cinemática y la reacción de las fuerzas terrestres con equipos disponibles en el mercado. Detalles de los equipos y aparatos de puesta en marcha, pre-entrenamiento de los animales, criterios de inclusión y exclusión de las carreras aceptable, y los métodos para la recogida de datos se describen. Se ilustra la utilidad de esta técnica de análisis de comportamiento mediante la descripción de la cinemática y la cinética de la cepa de concordancia adulto joven, de mediana edad, y las ratas geriátricos.

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

Locomoción es a menudo examinado como un resultado del comportamiento de los distintos modelos de la enfermedad en campos como la neurociencia y la ortopedia. Este documento tiene la intención de vídeo para describir un método de recogida de las fuerzas de reacción del suelo y la cinemática de las ratas durante la locomoción sin restricciones.

La cinemática y la reacción del suelo Determinación de la Fuerza: Una demostración de habilidades Locomotor Cuantificación de adultos jóvenes, de mediana edad, y las ratas de Geriatría

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 vistas.  Riverview, NB. Locomoción es a menudo examinado como un resultado del comportamiento de los distintos modelos de la enfermedad en campos como la neurociencia y la ortopedia. Este documento tiene la intención de vídeo para describir un método de recogida de las fuerzas de reacción del suelo y la cinemática de las ratas durante la locomoción sin restricciones.

Video: 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.

Crecimiento y diferenciación de las células del hipocampo adulto ardilla de tierra del Ártico troncales nerviosas

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

Investigación

Neurociencias

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.

Fundición cerebrovascular del ratón adulto de imágenes en 3D y el análisis morfológico

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.

Determinación rápida del umbral nociceptivo térmico en ratas diabéticas

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.

Microdiálisis de etanol durante etanol operante determinación y la auto-administración de etanol por cromatografía de gases

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.

Grabación simultánea intracelular de una motoneurona lumbar y la Fuerza producida por su unidad motora en el ratón adulto<em&gt; En 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;

Determinación de la actividad locomotora espontánea en<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.

Cuantificar la morfología de la microglía de microfotografías de la inmunohistoquímica preparado tejido con 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.

Cuantificación de los flujos espontáneos de Ca2+ y sus efectos aguas abajo en las neuronas primarias de cerebro medio de ratón

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.

Una prueba métrica para evaluar la memoria de trabajo espacial en ratas adultas después de una lesión cerebral traumática

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.