Nos gustaría agradecer a la financiación de la Misión de Connect, un proyecto de la Fundación TIRR (CES y ZZK), la Fundación Craig Neilsen (CES) y NSF Graduate Research Fellowship (Grant #: 2011112479 a SAG).

Todos los procedimientos con animales se realizaron de acuerdo con protocolos aprobados con el IACUC interna en la Universidad de Texas en Austin y en virtud de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) directrices. Los animales utilizados en este estudio tenían una lesión por contusión lateral C3/C4 usando un Impactador de Infinite Horizon, o un modelo de hemisección lateral C3/C4 y estos métodos se pueden aplicar más ampliamente a otros modelos 18. Recomendamos que los investigadores prueban los animales durante 2 semanas antes de la lesión, 3 días después de la lesión y de forma regular (por ejemplo, semanalmente) durante la duración del estudio. Al realizar las pruebas de comportamiento en animales de post quirúrgicos, especialmente en cirugía de tres días posteriores, se debe tener cuidado de que los animales se han recuperado lo suficiente de la cirugía y que los procedimientos de las pruebas de comportamiento no causan más dolor o estrés a los animales. En general, se puede necesitar 2-3 semanas de tratamiento y las pruebas preliminares antes de la cirugía. Esto implica conseguir el animal cómodo para el entorno de pruebas por el manejo de una manera similar a la forma en que serán tratados durante la prueba, así como permitir que el animal se mueva libremente en la superficie de prueba. También es importante para obtener el animal acostumbrado a ser celebrada, esto se puede hacer moviendo el animal en y cerca de la superficie de pruebas en movimientos no directos para aclimatarse al animal a la manipulación. También es importante relajar los animales al principio y en medio de las sesiones de prueba. Para relajar los animales, mantener al animal en una mesa en una postura de sólo extremidad anterior lleva, en una posición de &quot;carretilla&quot; y rebotar al animal suavemente sobre la mesa que permite a los miembros anteriores se toquen la superficie. Esto enseña a los animales para detectar debajo de ellos para una superficie estable y es un paso importante y necesario en el procedimiento, ya que garantiza que los animales están relajados antes de que comience la prueba. 1. Miembro Anterior Prueba Paso alternancia <ol><li> Resumen de la prueba: Coloque los animales con las dos patas delanteras tocando la mesa para determinar si se alternan el uso de sus patas delanteras. Mueva la rata hacia adelante, cambiando su centro de gravedad, lo que obligó a tratar de dar un paso. Esta prueba se repitió cuatro veces en cada animal y si una capacidad de muestra de animales a alternar a, o mayor que, 75%, que se considera que es un alternador. Esta es una tarea de movimiento forzado, por lo que los animales que se consideran que no son alternadores intensificarán en varias ocasiones con la misma extremidad anterior. </li><li> Mantenga un animal sobre una mesa en una postura de levantamiento de peso-extremidad anterior solamente, en una posición de &quot;carretilla&quot; con su cuerpo en casi 90 ° de la tabla. </li><li> Una vez que el animal parece relajado, empujar el animal hacia adelante para mover a lo largo de la superficie de la mesa. </li><li> Determinar y registrar si los suplentes de ratas utilizan los miembros delanteros mientras se mueve por la superficie. </li><li> Mantenga un registro de la extremidad anterior de que inició el movimiento y si el animal puede alternar o no on el paso a la alternancia Hoja de prueba Score Miembro Anterior (incluido). </li><li> Repita esta prueba por lo menos dos veces mientras mantiene al animal con una mano (la mano derecha o izquierda). Repita por lo menos dos veces de nuevo mientras se mantiene el animal en el otro lado. </li><li> Si las ratas mostraron esta capacidad, paso a la alternancia se puede probar de nuevo mediante la introducción de una espera de 5 segundos después de que el primer paso para determinar si el patrón de alternancia permanece después de un retraso. Tenga en cuenta los resultados y registro en el acta del partido. </li><li> Esta prueba se puede utilizar a diario, y se recomienda que los animales pueden probar por lo menos semanalmente para un experimento de medidas repetidas. </li></ol> Nota: Es importante alternar posición de la mano del experimentador, ya que puede afectar el comportamiento de alternancia de los animales de prueba. La hoja de la cuenta paso a la alternancia proporcionada se puede utilizar para observar la posición de la pata y el uso durante el paso a paso. Aunque no hemos incorporado esos datos en nuestro sistema de puntuación actual (sólo tenemosestado de alternancia se utiliza para agrupar los animales lesionados en el presente estudio), los usuarios pueden incluir fácilmente datos de la posición de la pata, como parte del análisis en función del proyecto específico. 2. Prueba Inestabilidad postural <ol><li> Resumen de la prueba: Para esta prueba de comportamiento, mantenga las ratas en una posición similar a la de la prueba de la alternancia de la extremidad anterior, sin embargo, cada miembro delantero debe probarse de forma individual. El tablero de la mesa se debe cubrir con papel de lija (N º 220) para evitar los resbalones, preparándose, o arrastre de las patas delanteras durante la prueba. <ol><li> En esta prueba, la distancia que se necesita para que el animal para dar un paso con la extremidad anterior siendo examinado por recuperar su equilibrio se grabará. </li><li> Animales dentro de un grupo de estudio debe ser aproximadamente el mismo peso, tamaño y edad como grandes diferencias en el peso corporal puede dar lugar a variación de la distancia de línea de base necesaria para mantener el centro de gravedad para un animal dado 19. Un grupo de simulación debe serincluido durante el uso de PIT para verificar que los cambios en el comportamiento se deben a la regeneración o recuperación en lugar de la edad y el aumento de peso. </li></ol></li><li> Mantenga un animal sobre una mesa en una postura cómoda y permita que ambas extremidades anteriores para llegar a la superficie, el animal debe estar cómodamente en una posición de &quot;carretilla&quot; con su cuerpo en casi 90 ° de la tabla. Tenga en cuenta que es importante para mantener al animal en una posición más vertical. Esto permitirá una distancia más consistente necesaria para desencadenar un paso para recuperar el centro de gravedad. </li><li> Ligeramente contener una extremidad anterior contra el torso del animal y alinear la nariz de la rata con la línea de cero como se ve desde arriba. </li><li> Mueva la rata hacia adelante. Esto cambiará el centro del animal de gravedad hacia adelante estimular al animal con el paso de recuperar su equilibrio. </li><li> Registre la nueva posición de la nariz después de los pasos de rata dos veces y utilizará el promedio de estos dos pasos como la distancia necesaria para desencadenar un paso. </li><li> Pruebe cada forelimb independientemente 5x, con lo que el animal vuelve a la posición 0 y la verificación de que el animal sigue estando relajado en manos del experimentador antes de continuar para asegurar resultados consistentes. </li><li> Record en la Prueba de la inestabilidad postural (PIT) Hoja de Puntuación, siempre. Esta prueba se puede realizar diariamente, y se recomienda que los animales se prueban al menos semanalmente durante la duración del experimento. </li></ol> 3. Prueba de Manejo Pasta <ol><li> Resumen de la prueba: Utilice esta prueba para determinar el tiempo que se necesita para comer un pedazo de pasta y la preferencia de la pata durante una sesión de pasta de comer. En esta prueba, utilice 4,0 cm hebras de la pasta seca (espaguetis finos; diámetro ~ 1,6 mm). La prueba se debe administrar aproximadamente a la misma hora todos los días de prueba. Los roedores suelen comer pasta seca con facilidad, sin embargo, de 4-6 horas de abstinencia de alimentos se recomienda antes de la prueba, si esto no ocurre. </li><li> Las mediciones iniciales deben ser adquiridos 1-2 semanas antesa las lesiones. Antes de las grabaciones de la línea de base, las ratas se debe dar el mismo tipo de pasta en sus jaulas a fin de prepararlos para la prueba. Luego, deje que las ratas para comer pasta en una cámara de pruebas y registrar el tiempo para comer pasta. Piezas de pasta deben ser colocados cerca de la parte frontal de la cámara de ensayo donde el uso de las extremidades anteriores se puede observar fácilmente. Cada sesión de pasta de comer debe incluir comer al menos tres piezas de pasta. Las ratas se consideran competentes en comer pasta si su tiempo de comer pasta es consistente durante al menos 3 días. </li><li> Después de entrenar a las ratas a comer pasta consistente en la cámara de prueba, colocar ratas en las cámaras de grabación. </li><li> Coloque las piezas de pasta en el suelo cerca de la parte frontal de la cámara de pruebas y el tiempo record de comer un pedazo de pasta, patas delanteras usadas, y las posiciones de las extremidades anteriores, como se ve en el acta Manejo Pasta. </li><li> Esta prueba se puede realizar todos los días, pero se recomienda llevar a cabo semanalmente mientras se observa el peso de los animales como to no exceso de comer a los animales. </li></ol> Nota: la hoja de puntuación Manejo Pasta proporciona espacio para registrar la hora de comer pasta y el uso de la pata, similar a los datos incluidos en este estudio. También hemos incluido las áreas para grabar detalles adicionales de uso de la pata durante una sesión de comer pasta, tales como la posición de la pata.

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No hay conflictos de interés declarado.

Lesión de la médula espinal cervical (CSIC) puede dar lugar a lesiones que alteran y devastadores en los pacientes. Hay un número de modelos de lesión de la médula espinal cervical desarrollados en roedores que se utilizan para estudiar la plasticidad de los sustratos neurales y agentes terapéuticos. Desarrollar sensible, efectiva, reproducible y fácil de usar pruebas de comportamiento para evaluar los déficits funcionales y la recuperación después de CSCI es un objetivo importante. A continuación, describimos en detalle el uso de tres de estas pruebas de comportamiento: alternancia de extremidades, inestabilidad postural y manipulación de la pasta. La lesión medular en roedores, como en la población humana, es una lesión heterogénea. Una lesión muy similar puede inducir una variedad de anomalías de comportamiento. Por lo tanto, es importante para determinar la gravedad de las lesiones en los animales lesionados. Hemos encontrado que la tarea de alternancia extremidad es una manera muy eficaz de determinar si el lado contralesional está dañado después de una lesión unilateral (hemisección o contTipo de usion lesiones) a la médula espinal cervical 19. Los datos de nuestro grupo mostraron que el uso de esta tarea de alternancia extremidad puede determinar la gravedad de la lesión dentro de la primera semana después de la lesión. Además, los animales heridos más gravemente (no-alternadores) tenían un perfil de recuperación significativamente diferente en comparación con alternadores (usando la escala locomotora extremidad anterior). Por lo tanto, la tarea de alternancia extremidad es extremadamente útil agrupando las ratas lesionadas en alternadores y no alternadores, sobre todo si el estudio incluye un tratamiento crónico para asegurar que haya una distribución equitativa de la gravedad de la lesión en cada grupo de tratamiento. Se recomienda que la prueba de la extremidad anterior-alternancia puede utilizar en combinación con otras tareas que puede examinar el uso de las extremidades anteriores de los animales (tales como la escala locomotora extremidad anterior o la prueba de preferencia de la pata del cilindro). Mientras que la administración de esta prueba es imperativo que el experimentador realizar la prueba el mismo número de vecescon cada mano (por ejemplo, dos veces con la mano izquierda y dos veces con la derecha) para minimizar el efecto de la posición experimentador mano en el comportamiento de las ratas. Esta prueba sólo es efectiva si el animal está relajado en manos del experimentador; las 2-3 semanas de manejo sugeridas deben permitir la relajación. Además, una vez que el animal está relajado, el experimentador debe mantener al animal en casi 90 ° en posición de carretilla para evitar que la variación dentro del animal. La prueba de la extremidad anterior-alternancia también puede dar una idea a las conexiones neuronales cruzadas espinales cuando los animales son incapaces de intervenir de forma individual con una pata, pero son capaces de realizar una tarea de alternancia. Para la locomoción cuadrúpedo normal en animales tales como ratas, muchas regiones del cerebro, así como generadores de patrones centrales locales (GPC) a lo largo de la longitud de la médula espinal están involucradas. Específicamente para la extremidad anterior movimiento rítmico, los segmentos de la columna vertebral cervical, cicloalquilo C3-C6 se cree que son importantes 22. Anteriormente, hemos Descridiferencias anatómicas entre alternadores cama y no alternadores en animales lesionados (una hemisección lateral en C3/C4 se realizó) y encontraron más daño a la columna dorsal contralesional y tracto corticoespinal en animales no se alternan 18. Se cree que para el movimiento de la extremidad anterior, generador de patrón rítmico está presente en cada nivel de la hemi-segmento cervical y que las conexiones de inhibidor de cable transversal son responsables de alternancia 23. Nuestros hallazgos anatómicos anteriores también implica que los daños en el lado contralesional de la médula espinal puede causar la interrupción de la salida del motor rítmica (como alternación), mientras que si la contralesional de la médula espinal es más intacta, las salidas de motor rítmicos son más propensos a funcionar normalmente. No se observó un daño significativo a cualquier parte ventral medial contralesional de las cuerdas y por lo tanto no se realizó ese análisis. La prueba de la inestabilidad postural descrito aquí es una versión<html> prueba útil y porque puede detectar los cambios tanto en la extremidad anterior (IPSI y contralesional) causada por una lesión unilateral. Es importante tener en cuenta que esta prueba se debe administrar sólo cuando el animal se relajó en manos del experimentador. En nuestra experiencia, esto puede tomar la manipulación diaria de los animales durante 2-3 semanas. Una vez que el experimentador y el animal son cómodas, esta prueba es muy sensible y se puede utilizar para obtener datos de desplazamiento altamente consistentes para cada miembro anterior. Si el animal está tenso, el experimentador puede coloque un lado del animal y se mueven hacia arriba y hacia abajo fuera de encima de la mesa hasta que el animal se sienta cómodo y entiende que la mesa es un lugar seguro. Una vez que el animal es relajado, es importante para mantener los animales en una posición carretilla en cerca de 90 ° para obtener resultados consistentes. Esta prueba es fácil de administrar y proporciona una visión más allá de otras pruebas de comportamiento, proporcionando información sobre la compensación y el déficit con una tarea simple. t &quot;&gt; Las ratas comen fácilmente pasta seca después de la formación frente a la cámara. Por lo tanto, el manejo de la pasta es una prueba relativamente fácil de administrar. En este estudio, estábamos grabando y el uso de datos para su uso extremidad (izquierda, derecha o ambas) y el tiempo comer pasta solamente. Un análisis más detallado que incluya ajustes pata durante comer pasta se ha descrito previamente en animales con lesiones tales como lesiones isquémicas unilaterales y unilateral estriatal 20,21,24 agotamiento de la dopamina. Por lo tanto, es posible desarrollar y utilizar una más . análisis confidencial de la prueba después de comer pasta CSIC Hemos incluido la posición de la pata en la hoja de puntuación, ya que esto puede revelar la prepotencia o habilidad con cada mano Además, estamos notando las garras de cada pata;. algunos animales descansan su pata en un lado del la pasta, utilizando posiblemente como un soporte, en lugar de agarre la pasta durante la comida. Si los animales son reacios a comer pasta, un paso privación de alimentos puede ser introducido en el protocolo antes de la prueba.

Lesión de la médula espinal cervical (CSIC) es la forma más prevalente de la lesión medular en pacientes, lo que representa alrededor del 62% de todos los lugares de importancia comunitaria ( <a href="http://www.spinalcord.uab.edu" target="_blank">http://www.spinalcord.uab.edu</a> ). Las lesiones de la médula espinal cervical pueden dar lugar a deficiencias en las extremidades superiores, así como la respiración. Un estudio reciente en pacientes con CSIC sugiere que la función parcial o total del brazo y / o la mano se considera que es una prioridad 1. Por lo tanto, el desarrollo de modelos de CsCl y ensayos de conducta asociados que son fáciles, sensible y fiable para su uso es un objetivo importante. Hay varias pruebas de comportamiento útiles para evaluar la función de la extremidad anterior después CSIC en roedores 1-17, sin embargo, muchas de estas pruebas son difíciles de utilizar y requieren un equipo especializado. Pruebas de manejo Pasta han sido desarrollados por otros grupos 18,19, pero estas pruebas requieren que los animales se filmarán en jaulas de comer pasta específicos, que requiere un largola formación de período, mientras que el método que proponemos se puede realizar en casa jaula de los animales. Pruebas de pasta descritas anteriormente requieren tiempo de análisis significativa ya menudo costoso software, a diferencia de la prueba que se describe aquí. El objetivo de este método es desarrollar y utilizar las pruebas de comportamiento que son fáciles de usar, fiable, y no requieren equipos costosos. Específicamente, la prueba de paso a la alternancia de la extremidad anterior se describe aquí permite a los investigadores estiman volumen de la lesión temprana después de la lesión, proporcionando un medio para crear grupos de tratamiento equivalentes, antes de administrar un tratamiento crónico. En este estudio, se describe en detalle tres nuevas pruebas de comportamiento: (1) la extremidad anterior paso a la alternancia, (2) la inestabilidad postural, y (3) manejo de pasta. La determinación de las pruebas de comportamiento adecuadas para usar puede ser difícil. De hecho, nos parece que hay una prueba de comportamiento se puede evaluar el funcionamiento de las extremidades anteriores de manera adecuada. Por lo tanto, le sugerimos que utilice una combinación de un par de pruebas de comportamiento al culola función de la extremidad anterior ess después de la lesión. Categóricamente hablando, se debe utilizar un tipo de locomotora tarea de campo abierto (por ejemplo, la extremidad anterior escala locomotor, cilindro) cuando los animales son evaluados sobre la utilización de su extremidad anterior durante la locomoción normal, y una prueba específica de tareas, donde se les pide a los animales para realizar una tarea específica que implica el uso de su extremidad anterior (por ejemplo, comer pasta, inestabilidad postural, la fuerza de agarre, etc). Las pruebas de comportamiento descritos aquí en detalle son útiles para determinar la severidad de la lesión en ~ una semana después de la lesión (extremidad anterior paso a la alternancia, inestabilidad postural, la manipulación de pasta), los efectos de una lesión unilateral en la extremidad anterior contralesional (extremidad anterior paso a la alternancia, inestabilidad postural ) y el movimiento de la motricidad fina de las extremidades anteriores (manejo de pasta). El conocimiento de la gravedad y los efectos de la lesión utilizado también puede dictar las pruebas de comportamiento apropiadas. Si los movimientos de motricidad fina de la muñeca no son posibles después de la lesión, mediante una prueba de que las medidas y quantifIES el uso de las patas de la extremidad anterior es inapropiado. Por ejemplo, muchas de las pruebas de manipulación de la pasta previamente descritas mirar más en profundidad a los movimientos individuales de cifras, sin embargo, nos encontramos con la severidad y la ubicación de nuestra lesión, esto era irrelevante y en su lugar observó diferencias en la colocación total de la extremidad. Los investigadores pueden tener la tentación para llevar a cabo muchas pruebas de comportamiento y utilizar una muestra de ellos para demostración basada en los resultados, sin embargo, se recomienda que para cada modelo experimental que está siendo utilizado se lleva a cabo un estudio piloto para determinar pruebas de comportamiento apropiadas para la lesión. Por lo tanto, es importante tener en cuenta que el usuario debe tener al menos algún conocimiento previo del tipo de déficit y el alcance de un tipo de lesión particular, antes de decidir sobre las pruebas de comportamiento a ser empleadas. La evaluación de la severidad de la lesión basado en el rendimiento de comportamiento también permite a los grupos de tratamiento que se crean con una distribución equitativa de la severidad de la lesión antes de tratarción se administra.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of Material/ Equipment</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalog Number</td>
 <td>Comments/Description</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sand paper</td>
 <td>3M</td>
 <td>5097</td>
 <td>3M Gold Fre-Cut Sandpaper was used. 
 Any 220-grit sandpaper would work well </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dry Pasta</td>
 <td>Skinner</td>
 <td></td>
 <td>Skinner Thin Spaghetti was used. It is available at Walmart</td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

assessing forelimb function after unilateral cervical sci using novel tasks: limb step-alternation, postural instability and pasta handling

Lesión de la médula espinal cervical (CSIC) puede causar déficits neurológicos devastadores, incluyendo el deterioro o pérdida de la extremidad superior y función de la mano. La mayoría de las lesiones de la médula espinal en seres humanos se producen en los niveles cervical. Por lo tanto, el desarrollo de modelos de lesión del cuello uterino y el desarrollo de pruebas de comportamiento relevantes y sensibles es de gran importancia. Aquí se describe el uso de una extremidad anterior prueba de paso a la alternancia de nuevo desarrollo después de la lesión de la médula espinal cervical en ratas. Además, se describen dos pruebas de comportamiento que no se hayan utilizado después de la lesión de la médula espinal: una prueba de la inestabilidad postural (PIT), y una prueba de pasta de manipulación. Todas las tres pruebas de comportamiento son muy sensibles a las lesiones y son fáciles de usar. Por lo tanto, consideramos que estas pruebas de comportamiento pueden ser fundamentales en la investigación de estrategias terapéuticas después CSIC.

Se recomienda que los animales se comprobarán periódicamente durante todo el experimento en un experimento de tipo de medidas repetidas para un mejor análisis y analizar la mejora en el tiempo. Miembro Anterior Prueba Paso alternancia Esta prueba está diseñado para determinar la capacidad de un animal para alternar el uso de sus patas delanteras. El uso de la prueba de paso a la alternancia de la extremidad anterior, sólo el 50% de los animales fueron capaces de alternar el uso de sus extremidades después de CSCI 19 a 12-16 semanas después de la lesión (Figura 1A). A continuación presentamos un retraso (5 seg) por mantener parado animales después de que el primer paso antes de pasar al animal hacia adelante para el segundo paso. Sólo 50% de los animales que fueron alternando el uso de sus miembros (25% del grupo lesionado total) fueron capaces de alternar después de un retardo de 5 seg (Figura 1B). Se correlacionaron estos hallazgos con los estudios anatómicos y el análisis reveló que los alternadores tienen significantly mayor área de tracto corticoespinal escatimado [F (1,1) = 5,56, p &lt;0,05] y la columna dorsal [F (1,1) = 19,2, p &lt;0,003] en el lado contralesional 19. Estos datos indican que la prueba de alternancia paso extremidad anterior puede predecir la gravedad de la lesión, así como unilateralidad de las lesiones. Esta prueba puede resultar en datos categóricos nominal que debe ser analizada con un análisis de medidas repetidas. En este ejemplo, no era una medida repetida, se utilizó un punto de tiempo para ilustrar la diferencia entre los grupos. Cada animal se clasifica como un &quot;alternador&quot; o un &quot;no-alternador&quot;, que separa a los animales en dos grupos de lesiones (moderadas vs severa, respectivamente). Prueba Inestabilidad postural Las lesiones unilaterales de la médula espinal pueden causar cambios no sólo a la extremidad afectada y / o afectados, pero también a la extremidad no afectada. La prueba de la inestabilidad postural (PIT) fue anteriormente described y utilizado en animales con un modelo de roedor de la enfermedad de Parkinson y 18 en un modelo de roedor de CsCl 19. Utilizamos PIT después CSIC y encontramos que hubo un efecto significativo de la situación de la lesión [F (1,1) = 8,17, p &lt;0,01]. Además, el desplazamiento de la extremidad anterior (distancia de recuperar el centro de gravedad) fue significativamente mayor en el lado ipsilesional (extremidad anterior derecha) de los animales heridos en comparación con los animales con cirugía simulada (6,00 ± 0,24 frente a 8,00 cm ± 0,10 cm, p &lt;0,0001; Figura 2 ). La distancia de desplazamiento en la extremidad anterior contralesional fue significativamente menor en animales lesionados en comparación con los animales con operación simulada (6,00 ± 0,25 cm para simulada frente a 4,00 ± 0,10 cm para CSIC, p &lt;0,0001; Figura 2). Este resultado indica que la extremidad anterior contralesional también dio lugar a cambios debido a la lesión a la cara opuesta (es decir, cambios en el ajuste postural por los foreli contralesionalmb para recuperar el centro de gravedad). Los datos de esta prueba será cuantitativa y deben ser analizados mediante un ANOVA de medidas repetidas para examinar los cambios en los grupos a lo largo de un experimento. Prueba de Manejo Pasta Manejo Pasta fue diseñado para probar el uso experto de las extremidades anteriores, mientras que comer un pedazo de pasta seca. Una prueba similar se ha utilizado anteriormente para detectar déficits en uso experto de las extremidades anteriores en modelos animales de accidente cerebrovascular unilateral y la enfermedad de Parkinson 20,21 y después de CsCl 19. En los puntos de tiempo crónicas después de la lesión (12 semanas después de la lesión), todos los animales de simulación comieron la pasta usando ambas patas durante el período de prueba. En el grupo lesionado, se encontró que el tiempo total para comer un pedazo de pasta es similar a la del grupo de control (Figura 3). Sin embargo, más alternadores (lesión más leve; 10 de 15) fueron capaces de utilizar su extremidad anterior ipsilesional comparación con los no alternadores (gravemente herido grupo; 1 de cada 7; <strong&gt; Figura 3). La prueba de manejo de la pasta proporciona datos que es a la vez continua y cuantitativa (tiempo de comer pasta), y categórica (utilización de la pata) y debe ser analizado de manera apropiada. <img alt="Figura 1" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50955/50955fig1highres.jpg" /> Figura 1. Evaluación crónica de la función de la extremidad anterior mediante la prueba de paso a la alternancia de la extremidad anterior reveló dos grupos diferentes de animales con diferente severidad de la lesión. Animales mostraron una diferencia en el comportamiento durante el avance paso a paso con las dos patas. Sólo el 50% de los animales lesionados alternó patas al pisar (alternadores, 5 de cada 10 ratas lesionadas), mientras que los otros mostraron una falta de paso a la alternancia mediante la adopción de dos medidas contralesional en una fila (no alternadores, 5 de los 10 lesionados ratas). Más animales muestran esta tendencia a tomar múltiples medidas contralesional si un retardo de 5 segundos se introdujo entre steps (8 de cada 10 ratas lesionadas). <img alt="Figura 2" fo:content-width="4.6in" src="/files/ftp_upload/50955/50955fig2highres.jpg" /> .. Figura 2 Crónica extremidad anterior evaluación de la conducta mediante la prueba de la inestabilidad postural (PIT) Como era de esperar, la extremidad anterior ipsilesional en animales con lesión medular cervical (CSIC) tuvieron significativamente mayor distancia de desplazamiento de los animales con cirugía simulada (6 cm frente a 8 cm; * p &lt;0,0001). Además, la distancia de desplazamiento en la extremidad anterior contralesional fue significativamente menor en animales lesionados en comparación con los animales con operación simulada (6 cm frente a 4 cm; * p &lt;0,0001). Esto puede sugerir una mayor función de la extremidad contralesional durante PIT en animales lesionados. <img alt="Figura 3" fo:content-width="6in" src="/files/ftp_upload/50955/50955fig3highres.jpg" /> <strong&gt; Figura 3. evaluación Extremidad anterior utilizando el manejo de pasta y comer prueba mostró alteraciones significativas en los no alternadores lesionadas. Los animales se les dio una pieza estándar de pasta. Se registraron el uso y el tiempo para comer pasta Paw. Los resultados indicaron que un bajo número de alternadores (33%) utiliza exclusivamente su extremidad anterior contralesional (que indica un deterioro más grave) en comparación con los no alternadores (86%). Además, los animales de los tres grupos (tratamiento simulado, alternadores lesionadas y lesionados no alternadores) tuvieron un período de tiempo similar a comer la pasta (p &lt;0,05). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50955/50955fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver más grande la figura</a> .

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Assessing Forelimb Function after Unilateral Cervical SCI using Novel Tasks: Limb Step-alternation, Postural Instability and Pasta Handling

Se describen tres nuevas pruebas de comportamiento (extremidad anterior paso a la alternancia, las pruebas inestabilidad postural, la prueba de manejo pasta) para evaluar la función de la extremidad anterior después de la lesión de la médula espinal cervical en los roedores.

La evaluación de la función Miembro Anterior tras unilateral cervical SCI usando Tareas Novela: Limb Paso alternancia, inestabilidad postural y manipulación Pasta

Cervical spinal cord injury (cSCI) can cause devastating neurological deficits, including impairment or loss of upper limb and hand function. A majority ...

assessing-forelimb-function-after-unilateral-cervical-sci-using-novel

Research

JoVE Journal

Behavior

21.6K vistas.  The University of Texas at Austin.  Se describen tres nuevas pruebas de comportamiento (extremidad anterior paso a la alternancia, las pruebas inestabilidad postural, la prueba de manejo pasta) para evaluar la función de la extremidad anterior después de la lesión de la médula espinal cervical en los roedores. 

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Automated Visual Cognitive Tasks for Recording Neural Activity Using a Floor Projection Maze

Neuropsychological tasks used in primates to investigate mechanisms of learning and memory are typically visually guided cognitive tasks. We have developed visual cognitive tasks for rats using the Floor Projection Maze1,2&#160;that are optimized for visual abilities of rats permitting stronger comparisons of experimental findings with other species.
In order to investigate neural correlates of learning and memory, we have integrated electrophysiological recordings into fully automated cognitive tasks on the Floor Projection Maze1,2. Behavioral software interfaced with an animal tracking system allows monitoring of the animal's behavior with precise control of image presentation and reward contingencies for better trained animals. Integration with an in vivo electrophysiological recording system enables examination of behavioral correlates of neural activity at selected epochs of a given cognitive task.
We describe protocols for a model system that combines automated visual presentation of information to rodents and intracranial reward with electrophysiological approaches. Our model system offers a sophisticated set of tools as a framework for other cognitive tasks to better isolate and identify specific mechanisms contributing to particular cognitive processes.

We describe protocols for training rats for chronic electrophysiological recordings in fully automated cognitive tasks on a Floor Projection Maze.

Tareas Cognitivas Visuales automatizadas para grabación Neural actividad utilizando una proyección del suelo Maze

Neuropsychological tasks used in primates to investigate mechanisms of learning and memory are typically visually guided cognitive tasks. We have ...

Investigación

Comportamiento

Performing Behavioral Tasks in Subjects with Intracranial Electrodes

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in different areas of their brain for the localization of their seizure focus and eloquent areas. After implantation, the patient must remain in the hospital until the pathological area of brain is found and possibly resected. During this time, these patients offer a unique opportunity to the research community because any number of behavioral paradigms can be performed to uncover the neural correlates that guide behavior. Here we present a method for recording brain activity from intracranial implants as subjects perform a behavioral task designed to assess decision-making and reward encoding. All electrophysiological data from the intracranial electrodes are recorded during the behavioral task, allowing for the examination of the many brain areas involved in a single function at time scales relevant to behavior. Moreover, and unlike animal studies, human patients can learn a wide variety of behavioral tasks quickly, allowing for the ability to perform more than one task in the same subject or for performing controls. Despite the many advantages of this technique for understanding human brain function, there are also methodological limitations that we discuss, including environmental factors, analgesic effects, time constraints and recordings from diseased tissue. This method may be easily implemented by any institution that performs intracranial assessments; providing the opportunity to directly examine human brain function during behavior.

Patients implanted with intracranial electrodes provide a unique opportunity to record neurological data from multiple areas of the brain while the patient performs behavioral tasks. Here, we present a method of recording from implanted patients that can be reproducible at other institutions with access to this patient population.

Realización de tareas de comportamiento en sujetos con intracraneales Electrodos

Patients having stereo-electroencephalography (SEEG) electrode, subdural grid or depth electrode implants have a multitude of electrodes implanted in ...

Acquisition of a High-precision Skilled Forelimb Reaching Task in Rats

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor learning and execution is of critical importance in order to understand the principles and processes that underlie motor function. Here we present a paradigm to study movement acquisition within a daily session of training (within-session) representing the fast learning component and primary acquisition as well as skilled motor learning over several training sessions (between-session) representing the slow learning component and consolidation of the learned task. This behavioral paradigm increases the degree of difficulty and complexity of the motor skill task due to two features: First, the animal realigns its body prior to each pellet retrieval forcing renewed orientation and preventing movement execution from the same angle. Second, pellets are grasped from a vertical post that matches the diameter of the pellet and is placed in front of the cage. This requires a precise grasp for successful pellet retrieval and thus prevents simple pulling of the pellet towards the animal. In combination with novel genetics, imaging and electrophysiological technologies, this behavioral method will aid to understand the morphological, anatomical and molecular underpinnings of motor learning and memory.

A paradigm is presented to analyze the acquisition of a high-precision skilled forelimb reaching task in rats.

Adquisición de una alta precisión Skilled Miembro Anterior Alcanzar Tarea en Ratas

Movements are the main measurable output of central nervous system function. Developing behavioral paradigms that allow detailed analysis of motor ...

Using Fiberless, Wearable fNIRS to Monitor Brain Activity in Real-world Cognitive Tasks

Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a neuroimaging technique that uses near-infrared light to monitor brain activity. Based on neurovascular coupling, fNIRS is able to measure the haemoglobin concentration changes secondary to neuronal activity. Compared to other neuroimaging techniques, fNIRS represents a good compromise in terms of spatial and temporal resolution. Moreover, it is portable, lightweight, less sensitive to motion artifacts and does not impose significant physical restraints. It is therefore appropriate to monitor a wide range of cognitive tasks (e.g., auditory, gait analysis, social interaction) and different age populations (e.g., new-borns, adults, elderly people). The recent development of fiberless fNIRS devices has opened the way to new applications in neuroscience research. This represents a unique opportunity to study functional activity during real-world tests, which can be more sensitive and accurate in assessing cognitive function and dysfunction than lab-based tests. This study explored the use of fiberless fNIRS to monitor brain activity during a real-world prospective memory task. This protocol is performed outside the lab and brain haemoglobin concentration changes are continuously measured over the prefrontal cortex while the subject walks around in order to accomplish several different tasks.

Monitoring brain activity outside the lab without physical constraints presents methodological challenges. A fiberless, wearable functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) system was used to measure brain activity during an ecological prospective memory task. It was demonstrated that this system could be used to monitor brain activity during non-lab based experiments.

El uso sin fibras, fNIRS Wearable para monitorear la actividad cerebral en tareas cognitivas del mundo real

Functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) is a neuroimaging technique that uses near-infrared light to monitor brain activity. Based on neurovascular ...

Event-related Potentials During Target-response Tasks to Study Cognitive Processes of Upper Limb Use in Children with Unilateral Cerebral Palsy

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral motor impairments that are frequently dominated in the upper limb. In addition to a reduced movement capacity of the affected upper limb, several children with unilateral CP show a reduced awareness of the remaining movement capacity of that limb. This phenomenon of disregarding the preserved capacity of the affected upper limb is regularly referred to as Developmental Disregard (DD). Different theories have been postulated to explain DD, each suggesting slightly different guidelines for therapy. Still, cognitive processes that might additionally contribute to DD in children with unilateral CP have never been directly studied. The current protocol was developed to study cognitive aspects involved in upper limb control in children with unilateral CP with and without DD. This was done by recording event-related potentials (ERPs) extracted from the ongoing EEG during target-response tasks asking for a hand-movement response. ERPs consist of several components, each of them associated with a well-defined cognitive process (e.g., the N1 with early attention processes, the N2 with cognitive control and the P3 with cognitive load and mental effort). Due to its excellent temporal resolution, the ERP technique enables to study several covert cognitive processes preceding overt motor responses and thus allows insight into the cognitive processes that might contribute to the phenomenon of DD. Using this protocol adds a new level of explanation to existing behavioral studies and opens new avenues to the broader implementation of research on cognitive aspects of developmental movement restrictions in children.

Several children with unilateral Cerebral Palsy seem to disregard the preserved capacity of their affected upper limb. This Developmental Disregard is extensively described in the literature but the involved cognitive processes have not been studied. To study underlying cognitive factors of upper limb control, an event-related potential protocol was developed.

Potenciales relacionados con eventos durante las tareas de Target-respuesta para estudiar los procesos cognitivos de las extremidades superiores uso en niños con parálisis cerebral unilateral

Unilateral Cerebral Palsy (CP) is a neurodevelopmental disorder that is a very common cause of disability in childhood. It is characterized by unilateral ...

Sit-to-stand-and-walk from 120% Knee Height: A Novel Approach to Assess Dynamic Postural Control Independent of Lead-limb

Individuals with sensorimotor pathology e.g., stroke have difficulty executing the common task of rising from sitting and initiating gait (sit-to-walk: STW). Thus, in clinical rehabilitation separation of sit-to-stand and gait initiation - termed sit-to-stand-and-walk (STSW) - is usual. However, a standardized STSW protocol with a clearly defined analytical approach suitable for pathological assessment has yet to be defined.
Hence, a goal-orientated protocol is defined that is suitable for healthy and compromised individuals by requiring the rising phase to be initiated from 120% knee height with a wide base of support independent of lead limb. Optical capture of three-dimensional (3D) segmental movement trajectories, and force platforms to yield two-dimensional (2D) center-of-pressure (COP) trajectories permit tracking of the horizontal distance between COP and whole-body-center-of-mass (BCOM), the decrease of which increases positional stability but is proposed to represent poor dynamic postural control.
BCOM-COP distance is expressed with and without normalization to subjects&#39; leg length. Whilst COP-BCOM distances vary through STSW, normalized data at the key movement events of seat-off and initial toe-off (TO1) during steps 1 and 2 have low intra and inter subject variability in 5 repeated trials performed by 10 young healthy individuals. Thus, comparing COP-BCOM distance at key events during performance of an STSW paradigm between patients with upper motor neuron injury, or other compromised patient groups, and normative data in young healthy individuals is a novel methodology for evaluation of dynamic postural stability.

Here, we present a novel protocol to measure positional stability at key events during the sit-to-stand-to-walk using the center-of-pressure to the whole-body-center-of-mass distance. This was derived from the force platform and three-dimensional motion-capture technology. The paradigm is reliable and can be utilized for the assessment of neurologically compromised individuals.

Sentado o de pie-y-pie de 120% Altura de la rodilla: Un nuevo enfoque para evaluar la dinámica postural control independiente de plomo-extremidad

Individuals with sensorimotor pathology e.g., stroke have difficulty executing the common task of rising from sitting and initiating gait (sit-to-walk: ...

The Knob Supination Task: A Semi-automated Method for Assessing Forelimb Function in Rats

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity largely use video analysis of reaching or food manipulation. While these tasks are easy to implement and are robust across disease models, they are subjective and laborious for the experimenter. Automating traditional tasks or creating new automated tasks can make the tasks more efficient, objective, and quantitative. Since rats are less dexterous than primates, central nervous system (CNS) injury produces more subtle deficits in dexterity, however, supination is highly affected in rodents and crucial to hand function in primates. Therefore, we designed a semi-automated task that measures forelimb supination in rats. Rats are trained to reach and grasp a knob-shaped manipulandum and turn the manipulandum in supination to receive a reward. Rats can acquire the skill within 20 &plusmn; 5 days. While the early part of training is highly supervised, much of the training is done without direct supervision. The task reliably and reproducibly captures subtle deficits after injury and shows functional recovery that accurately reflects clinical recovery curves. Analysis of data is performed by specialized software through a graphical user interface that is designed to be intuitive. We also give solutions to common problems encountered during training, and show that minor corrections to behavior early in training produce reliable acquisition of supination. Thus, the knob supination task provides efficient and quantitative evaluation of a critical movement for dexterity in rats.

This manuscript describes a semi-automated task that quantifies supination in rats. Rats reach, grasp, and supinate a spherical manipulandum. The rat is rewarded with a pellet if the turn angle exceeds a criterion set by the user. This task increases throughput, sensitivity to injury, and objectivity compared to traditional tasks.

La tarea de supinación de mando: Un método semiautomático para evaluar la función de Forelimb en ratas

Tasks that accurately measure dexterity in animal models are critical to understand hand function. Current rat behavioral tasks that measure dexterity ...

Control of Eating Behavior Using a Novel Feedback System

Subjects eat food from a plate that sits on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal and makes up a curve of food intake, meal duration and rate of eating modeled by a quadratic equation. The purpose of the method is to change eating behavior by providing visual feedback on the computer screen that the subject can adapt to because her/his own rate of eating appears on the screen during the meal. The data generated by the method is automatically analyzed and fitted to the quadratic equation using a custom made algorithm. The method has the advantage of recording eating behavior objectively and offers the possibility of changing eating behavior both in experiments and in clinical practice. A limitation may be that experimental subjects are affected by the method. The same limitation may be an advantage in clinical practice, as eating behavior is more easily stabilized by the method. A treatment that uses this method has normalized body weight and restored the health of several hundred patients with anorexia nervosa and other eating disorders and has reduced the weight and improved the health of severely overweight patients.

Subjects eat food from a plate placed on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal. Feedback on the computer screen allows the subject to adapt her/his eating behavior to reference curves thus normalizing body weight.

Control de comportamiento mediante un novedoso sistema de comer

Subjects eat food from a plate that sits on a scale connected to a computer that records the weight loss of the plate during the meal and makes up a curve ...

A Novel Single Animal Motor Function Tracking System Using Simple, Readily Available Software

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor deficits. Motor impairments were manually quantified through an open field grid test to measure the gross motor function and through a ladder test to measure the fine motor function. Here, we discuss a technique for the automated quantification of the video-recorded tests using our custom Capadona Behavioral Video Analysis System: Grid and Ladder Test, or BVAS. Leveraging simple and readily available coding software (see the Table of Materials), this program allows for the tracking of a single animal on both the open field grid and the ladder tests. In open field grid tracking, the code thresholds the video for intensity, tracks the position of the rat over the 3 min duration of the grid test, and analyzes the path. It then computes and returns measurements for the total distance traveled, the maximum velocity achieved, the number of left- and right-handed turns, and the total number of grid lines crossed by the rat. In ladder tracking, the code again thresholds the video for intensity, tracks the movement of the rat across the ladder, and returns calculated measurements including the time it took the rat to cross the ladder, the number of paw slips occurring below the plane of the ladder rungs, and the incidence of failures due to stagnation or reversals. We envision that the BVAS developed here can be employed for the analysis of motor function in a variety of applications, including many injury or disease models.

The current study aimed to automate the quantification of motor deficits in rats. The initial evaluation model assesses motor loss resulting from an intracortical microelectrode implantation in the motor cortex. We report on the development and use of a tracking algorithm using easily adaptable, simple, and readily available coding software.

Una novela única función Motor Animal utilizando el Software Simple, fácilmente disponible del sistema de seguimiento

We have recently demonstrated that implanting intracortical microelectrodes in the motor corteces of rats&#160;results in immediate and lasting motor ...

An Instrumented Pull Test to Characterize Postural Responses

Impairment of postural reflexes, termed postural instability, is a common and disabling deficit in Parkinson's disease. To assess postural reflexes, clinicians typically employ the pull test to grade corrective responses to a backward perturbation at the shoulders. However, the pull test is prone to issues with reliability and scaling (score/4). Here, we present an instrumented version of the pull test to more precisely quantify postural responses. Akin to the clinical test, pulls are manually administered except pull force is also recorded. Displacements of the trunk and feet are captured by a semi-portable motion tracking system. Raw data represent distance traveled (in millimeter units), making subsequent interpretation and analysis intuitive. The instrumented pull test also detects variabilities influencing pull test administration, such as pull force, thereby identifying and quantifying potential confounds that can be accounted for by statistical techniques. The instrumented pull test could have application in studies seeking to capture early abnormalities in postural responses, track postural instability over time, and detect responses to therapy.

Impairment of postural reflexes, termed postural instability, is difficult to quantify. Clinical assessments such as the pull test suffer issues with reliability and scaling. Here, we present an instrumented version of the pull test to objectively characterize postural responses.

Una prueba de extracción instrumentada para caracterizar las respuestas posturales

Impairment of postural reflexes, termed postural instability, is a common and disabling deficit in Parkinson's disease. To assess postural reflexes, ...