Cette recherche a été soutenue par une subvention à la découverte d&#39;AAW des sciences naturelles et en génie du Canada.

1. Pré-requis pour les analyses biomécaniques Locomotion Avant de se lancer dans l&#39;achat de coûteux équipements d&#39;analyse de locomotion, et la planification des expériences où la cinématique et / ou l&#39;évaluation de locomotion cinétiques seront réalisées, il est impératif que l&#39;expérimentateur se familiariser avec les aspects techniques et pratiques d&#39;analyses biomécaniques, le comportement sensori-moteur, conditionnement opérant des animaux , et de manutention / stockage / gestion de grandes quantités de données numérisées. Bien que ces pré-requis sembler évident pour beaucoup, c&#39;est seulement après l&#39;embarquement sur ces types d&#39;expériences où les stagiaires réalisent la complexité technique et pratique d&#39;effectuer l&#39;analyse de locomotion relativement détaillées. Les auteurs recommandent que les expérimentateurs s&#39;inscrire à un cours traitant de la biomécanique d&#39;introduction, se familiariser avec ou embaucher quelqu&#39;un de familier avec un langage de programmation nécessaires pour la gestion des données, et d&#39;égale importance, passent beaucoup de temps d&#39;interagir, de manutention et de travailler avec des animaux de laboratoire. Pour comprendre l&#39;analyse de locomotion et sensori analyse comportementale dans les neurosciences, les expérimentateurs sont mentionnés à plusieurs références importantes (voir 1, 4-7). 2. Appareil d&#39;essai cinématique et cinétique Un appareil d&#39;essai cinématiques et cinétiques, utile pour la collecte des données bilatérales, est composé des éléments suivants (voir «Tableau des réactifs et équipements spécifiques&quot; pour plus de détails): <ul><li> Chambre calme et suffisamment entreprises (pas nécessairement insonorisées, bien situé dans la région un trafic faible) </li><li> Radio de fournir «bruit de fond» pour limiter les bruits gênants provenant de l&#39;extérieur de la salle pour les animaux </li><li> En plexiglas transparent, fermé, plat surface de la piste (180 cm de long X 20 cm de large X 60 cm de haut) avec un trou carré (11 cm X 11 cm) situé dans le centre de la piste à égale distance de chaque extrémité </li><li> Morceau de verre acrylique (10,5 cm X 10,5 cm) </li><li> Double face scotch adhésif </li><li> Ruban adhésif 3M réfléchissantes pour les marqueurs de la peau </li><li> Perforation pour créer des marqueurs de peau </li><li> Appareil d&#39;anesthésie isofluorane requis pour les animaux anesthésiant pour le rasage avant le placement des marqueurs de la peau </li><li> Cheerios pour les mouvements de l&#39;animal en encourageant le long de la longueur de la piste </li><li> AMTI HE6X6 forceplate </li><li> Vicon Motus système personnalisé (logiciels, ordinateur, etc) </li><li> 4 caméras vidéo (au moins 60 d&#39;échantillonnage Hz) et trépieds avec câbles de connexion appropriés </li><li> 4 lampes halogènes sur une caméra fournit un éclairage optimal pour l&#39;éclairage du sujet animal et les marqueurs réfléchissants la peau </li><li> Cadre approprié étalonnage de taille ou du volume nécessaire pour le système Vicon Motus pour calibrer x, y, z positions en mesures de distance significative </li></ul> 3. Dressage Avant de recueillir des données, chaque animal doit être formé pour traverser une plate-surface, la piste fermée. Dès réception des rats d&#39;un fournisseur animal approprié, les animaux doivent être acclimatés à leur nouvelle maison pour 1 semaine. Pendant ce temps d&#39;acclimatation, Cheerios sont placés plusieurs quotidiens dans la cage du rat. Les animaux sont limités à l&#39;alimentation de leurs besoins énergétiques d&#39;entretien pour prévenir l&#39;obésité et d&#39;assurer la motivation pour effectuer cette tâche. Par la suite, chaque animal est manipulé par l&#39;expérimentateur pendant 10-15 minutes par jour pendant 1 semaine. Durant cette même période, chaque animal est placé dans la piste avec Cheerios situés à chaque extrémité. Une fois que l&#39;animal devient familier avec leur environnement, ils vont commencer à manger des céréales Cheerios. Une fois que l&#39;animal est confortable et Cheerios manger dans la piste, l&#39;expérimentateur doit alors opérante état de l&#39;animal à courir la longueur de la piste pour une récompense alimentaire. Ceci est accompli en jetant cheerio ¼ à l&#39;extrémité opposée de la piste où le rat est placé. Une fois que le rat mange ce cheerio, un autre cheerio ¼ est placé à l&#39;autre bout de la piste. Ceci est fait pendant 15-20 minutes tous les jours jusqu&#39;à la rate systématiquement (&gt; 90% de lancers) se déplace le long de la piste à une vitesse constante (c&#39;est à dire sans démarrer, d&#39;arrêter, d&#39;exploration ou sans changer la démarche) pour manger l&#39;cheerio sans galop / englobante . Le rat ne doit être employant une démarche au trot. Plus de conditionnement des animaux à cette tâche peut conduire à des animaux au galop et de délimitation de ces allures sont indicatifs des animaux voyageant&gt; 90 cm / s. Délimitation et au galop allures, biomécanique, sont plus difficiles à interpréter pour des raisons diverses (par exemple les critères d&#39;inclusion jambe avant, etc.) Dans notre expérience, une fois les rats constamment emploient au galop ou bondissant allures, il est difficile, voire impossible, de les utiliser ont une démarche de trot tandis locomoting dans la piste. Vitesses&gt; 90 cm / s sont rarement observées après un animal a souffert d&#39;une lésion du système nerveux périphérique ou central. Temps pour atteindre la formation réussie est Variables entre les souches et les sexes de rats. Wistar, Lewis, Long-Evans, et Sprague-Dawley souches sont capables de parcourir régulièrement la piste dans les 2 semaines après le début de la formation 8. Dans notre expérience, Fischer (F-344) chez le rat ont tendance à prendre plus de 4-6 semaines pour apprendre cette tâche 8. 4. Position commune de marquage Forelimb analyse cinématique n&#39;est pas fiable en raison de mouvements de peau artefact imposées en plaçant des marqueurs de peau sur les pattes avant qui est exacerbé dans les espèces, comme les rats, qui ont une posture accroupie 9. Au lieu de cela, la cinématique des membres antérieurs doivent être réalisés en utilisant des rayons X cinématographie ou la fluoroscopie 10-13. En tant que tel, des membres postérieurs conjointe de placement marqueur de position est uniquement décrit aux présentes. Avant la collecte de données, chaque rat doit être anesthésié au moins 24 heures à l&#39;avance de la collecte de données en utilisant une anesthésie par inhalation approprié (par exemple isofluorane, 1,5-2% composé sur une vaporizor précision) et administré de l&#39;oxygène au masque, et les principaux anatomiques topographiques repères doivent être marqués. Compte tenu de la brièveté de la procédure, et parce longue durée d&#39;action des agents anesthésiques ne sont pas utilisées, l&#39;utilisation d&#39;un dispositif de réchauffement des animaux ne doivent pas être utilisés pour maintenir la température corporelle de l&#39;animal. Une fois que l&#39;animal est anesthésié, les membres postérieurs et le dos, au niveau des crêtes iliaques sont rasés. L&#39;animal est ensuite placé en décubitus sternal et ses membres postérieurs sont placés dans une position debout approximative à l&#39;aide de mousse ferme d&#39;emballage pour le soutenir. La peau recouvrant les portions crânienne plus des crêtes iliaques, le grand trochanter du fémur, la tubérosité tibial externe, l&#39;articulation du tarse, et la partie distale et latérale de la 5 e métatarse est marqué avec un marqueur non toxique permanente. L&#39;animal est récupéré de l&#39;anesthésie. Pour les études temporelles, l&#39;anesthésie périodiques peuvent être nécessaires pour se raser les membres postérieurs permettant ainsi placement ultérieur marqueurs réfléchissants (voir ci-dessous). Aussi, chaque jour mettant en évidence des points de repère anatomiques précédemment marqués (en utilisant le même marqueur non toxique) sera nécessaire que les rats se retirer lentement les marqueurs par un comportement de toilettage naturel. 5. Enregistrement des données Toutes les vues de caméra sont examinés afin de s&#39;assurer que leur position est appropriée et capturer le même champ de vision. Chaque caméra doit être placée à environ 60-80 degrés à l&#39;autre. Le champ de vision doit inclure les forceplate dans le centre et d&#39;une longueur de piste suffisante pour capturer deux enjambées. Le volume de calibration est placé dans la zone pré-déterminée de la piste. Un cadre unique de calibration du volume intérieur de la piste, à partir de chacune des caméras, est capturé. Toutes les marques calibrées sur toute la longueur de chacun des pôles sont numérisés. Une seule fois une erreur satisfaisante dans la numérisation est accompli, l&#39;expérimentateur peut procéder à la collecte de données locomoteur. Cette étape de calibrage est essentiel avant de collecte de données. Si le calibrage n&#39;est pas effectué correctement, ou si l&#39;étalonnage n&#39;a pas lieu immédiatement avant une session d&#39;enregistrement, toutes les données résultant sera inexacte et inutilisable. Surtout, si l&#39;un de ces caméras sont touchés ou déplacés, il est plus sûr de supposer que l&#39;étalonnage du système doit être répété. Immédiatement avant de placer l&#39;animal dans la piste, son poids est enregistré et pré-faites coniques marqueurs réfléchissants la peau (en utilisant des bandes réfléchissantes 3M, voir tableau) sont respectées les marques pré-déterminé feutre sur les repères topographiques des membres postérieurs. Enregistrement du poids de l&#39;animal permettra la normalisation rétrospective des forces de réaction du sol au poids du corps - un aspect important si l&#39;on veut faire des comparaisons entre les groupes. De plus, la mesure du poids du corps facilite le suivi de la santé globale de l&#39;animal pour la durée de l&#39;expérience. Marqueur de placement ne nécessite que la manipulation des animaux appropriés et ne nécessite pas d&#39;anesthésie de l&#39;animal. Si l&#39;adhésif sur le ruban réfléchissant est insuffisante pour adhérer à la peau de l&#39;animal, une très petite quantité de colle non toxique (par exemple, 3M colle tissulaire Vetbond) peuvent être utilisés pour faciliter l&#39;observance du marqueur sur le corps de l&#39;animal. Une fois les marqueurs sont placés sur les membres postérieurs, l&#39;expérimentateur doit être positionné confortablement près du clavier de l&#39;ordinateur et avoir en main le marqueur d&#39;événements attachés à travers le système Vicon Motus. Utilisation du fichier calibré comme un modèle, plusieurs fichiers sont faites à l&#39;avance de l&#39;enregistrement. Typiquement, 25 à 30 fichiers ont besoin d&#39;être sauvé. Chaque fichier doit être nommé de manière unique. Chaque fichier sera enregistrée représentent une course de l&#39;animal en cours d&#39;enregistrement. Vingt-cinq à 30 fichiers sont nécessaires pour assurer qu&#39;un nombre suffisant de pistes de réunion de la vitesse critère d&#39;inclusion (c&#39;est à dire 60-90 cm / s) sont collectées. Après un nombre suffisant de fichiers sont créés à l&#39;expérimentateur peut commencer à recueillir des données. Le courrierxperimenter doit inciter le rat à l&#39;intérieur de la piste de navette en jetant des morceaux de ¼ de Cheerios à chaque extrémité de la piste. Avec une coordination minutieuse et le calendrier, le marqueur d&#39;événement est déclenché lors de l&#39;initiation et juste avant l&#39;achèvement du rat réussissant une passe le long de la piste. Après avoir examiné la force terrestre brut réactionnel traçage, et après l&#39;enregistrement si la gauche ou la droite a frappé les membres de la plaque vigueur, le fichier est enregistré et fermé. Un nombre égal de gauche et de droite frappe forceplate membres devraient être enregistrées. Le processus d&#39;enregistrement des données d&#39;un essai donné est répété jusqu&#39;à ce que suffisamment de pistes ont été enregistrées. 6. Analyse des données Après avoir terminé la collecte de données pour la cinématique et les forces de réaction au sol, chaque série de chaque animal doit être évalué pour la vitesse. L&#39;utilisation de deux marqueurs relativement fixe (par exemple les ailes de l&#39;iliums), on peut évaluer un point virtuel entre les marqueurs (fait avant lors de la création d&#39;un modèle de fichier Vicon Motus). Avant de calculer la vitesse de ce «virtuel» point, les marqueurs pour les marqueurs iliaques doivent être numérisées. Utiliser Vicon motus logiciel, la vitesse de ce point virtuel dans la direction X (direction horizontale du mouvement) est calculé. En ce faisant, ne fonctionne que dans un intervalle donné vitesses (déterminé a priori) sont utilisés dans les analyses finales. Nous constatons que les animaux se déplaçant entre 60-90 cm / s sont compatibles avec des allures de trot. Un minimum de 10 pistes (5 pistes où le membre gauche est en contact avec la plateforme de force et 5 séries où le bras droit est en contact avec la plateforme de force) sont obligatoires. Une fois les pistes acceptables sont identifiés pour chaque animal, la numérisation des marqueurs peau restante doit être rempli. Pour compenser le mouvement d&#39;artefact peau sur le genou, l&#39;estimation de la position du genou est calculée par triangulation (intersection entre deux cercles cinématiques 2D ou intersection entre deux sphères 3D cinématique), comme cela a été décrit précédemment. Les angles des articulations de la hanche, du genou et du jarret, vitesses, accélérations et peut maintenant être déterminé. Stance et swing peuvent parfois aussi être évaluée, même si leur précision est limitée basée sur la vitesse d&#39;échantillonnage des caméras employées. Ces calculs et d&#39;autres peuvent être effectuées directement (ie sans l&#39;exportation) en utilisant Vicon Motus KineCalc logiciels ou des données peuvent être exportées sous forme de données ASCII et analysées à l&#39;aide des routines personnalisable dans les logiciels tels que Matlab. Données au sol la force de réaction est mesurée et amplifiée par la plateforme de force AMTI et recueillis à 1200 Hz par Vicon Motus. En tant que tel, une fois les données de terrain force de réaction sont recueillis, une numériques appropriés filtre est appliqué aux données en utilisant Motus Vicon. Étant donné que l&#39;expérimentateur a déjà déterminé la vitesse de déplacement et identifié fonctionne acceptable après la numérisation des marqueurs de peau échéant, des données de terrain force de réaction qui ont été recueillies simultanément les données cinématiques, peuvent être analysées à l&#39;aide Vicon Motus KineCalc directement, soit indirectement en utilisant un autre logiciel personnalisable de routine. Une variété de variables pour les forces, dans chacune des trois directions orthogonales, peuvent être calculés. Ces variables comprennent la force maximale, und domaine de la courbe (c&#39;est à dire d&#39;impulsion), etc Il est important, cependant, l&#39;expérimentateur doit conserver les données des membres droit et gauche pour chaque exécution de chaque animal séparé. Données extraites de branches droite ou la gauche est en moyenne pour chaque animal et utilisé comme données représentatives pour cet animal. Les données sont ensuite analysées à l&#39;aide des procédures statistiques appropriées. 7. Les résultats représentatifs Pour représenter l&#39;utilité de cette forme d&#39;analyse de locomotion, la cinématique et les forces de réaction au sol ont été déterminées pour les jeunes, d&#39;âge moyen, et gériatriques rats Wistar femelles. De cette analyse, liée à l&#39;âge des différences ont été trouvées pour les rats Wistar femelles. En particulier, l&#39;analyse de la force terrestre de réaction démontre que des rats de gériatrie ont réduit la capacité de freinage et des membres antérieurs ont tendance à utiliser leurs pattes arrière plus pour la stabilisation latérale par rapport aux autres groupes d&#39;animaux (figure 1). L&#39;analyse cinématique n&#39;a pas révélé de différences statistiques entre chaque groupe, démontre bien que les cinématiques peuvent être facilement enregistrées à partir de pratiquement n&#39;importe quel âge de rat (figure 2). <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1 force de réaction au sol traçage prises de la gauche de membres jeunes. (4 mois, n = 7), d&#39;âge moyen (13-14 mois, n = 7), et gériatriques (24 mois, n = 5) des rats Wistar femelles. Membres droits étaient similaires. Il est bien évident que les rats utilisent leurs pattes avant gériatriques moins pour le freinage (* = p &lt;0,05) par rapport à des rats jeunes et d&#39;âge moyen, et les rats de gériatrie ont tendance à utiliser leurs pattes arrière plus pour la stabilisation latérale par rapport à de jeunes rats (**). Les lignes continues représentent la moyenne, les lignes en pointillés représentent la moyenne ± SE; pointilléslignes représentent la moyenne SE. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une figure plus grande.</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="Figure 2" /> Figure 2. Bâton chiffres cinématique pour le bras gauche du rat jeune, d&#39;âge moyen, et en gériatrie. Stick Figures représenter le mouvement moyen de la jambe gauche pour chacun des groupes. Il n&#39;y avait pas de différences significatives entre les groupes d&#39;animaux pour l&#39;angle conjointe au cours du cycle étape. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">S&#39;il vous plaît cliquer ici pour voir une figure plus grande.</a>

Le présent document fournit une méthodologie pour évaluer la locomotion en utilisant la cinématique continue et la détermination quantitative de la force terrestre de réaction. Important pour quiconque s&#39;intéresse à lancer dans cette méthodologie est une solide expérience en biomécanique de la locomotion, les animaux sensori le comportement et la gestion des données et la manipulation. Bien cinématique et la détermination du sol une force de réaction nécessite plus de temps et d&#39;expertise, par rapport à certaines autres formes d&#39;analyse locomoteur (mesures critère par exemple, des échelles de notation ordinale), les données obtenues est sensible, objective et quantitative pour une variété d&#39;orthopédie 14-22 et neurologiques 1-3, 23-32 modèles de la maladie, dans une variété d&#39;espèces. Nous avons fourni des données qui décrit les différences dans la locomotion entre les différents âges de la souche appariés informations rats qui n&#39;ont pas pu être glanée à l&#39;aide de mesures simples et les moins sensibles. En outre, l&#39;analyse cinématique et cinétique de la locomotion a été utilisé pour décrire des altérations de locomotion dans une variété de troubles du système nerveux, où d&#39;autres formes d&#39;évaluation seraient infructueuses. 8, 23-25, 27 L&#39;utilisation de mesures sensibles devient particulièrement important quand on évalue le potentiel thérapeutiques pour différents modèles de la maladie. Si un test n&#39;est pas assez sensible pour discerner l&#39;effet d&#39;un produit thérapeutique potentielle de l&#39;expérimentateur prend le risque de commettre une erreur de type II statistique (ie conclusion il n&#39;y a aucun effet d&#39;un traitement, alors qu&#39;en fait il y avait un effet). En outre, parce que les mesures et les tests critère plus subjectif que d&#39;évaluer la locomotion, il existe un risque de partialité. L&#39;évaluation cinématique et cinétique est purement objective en ce que, à condition appropriée d&#39;inclusion / exclusion critère sont faites a priori, l&#39;expérimentateur recueille tout simplement, examine et applique des statistiques appropriées pour les données (c&#39;est à dire il n&#39;ya pas de composante subjective de la détermination des données). L&#39;analyse cinématique et cinétique offre également la possibilité d&#39;être utilisé pour une multitude d&#39;espèces. En fait, la cinématique, la détermination de la force terrestre de réaction, ou les deux ont été utilisés dans une variété d&#39;espèces comme les éléphants 33-35, 36 des bovins, des chevaux 37-40, 4 chiens, 41-45, 21 chats, 46-49, diverses rongeurs 3, 8, 50, 51, 4 oiseaux, 52-55, et les poissons 56, 57 (cette liste n&#39;est pas exhaustive). Dans l&#39;expérience des auteurs, cependant, l&#39;utilisation de souris est problématique étant donné que les souris ne sont pas faciles à opérante état de voyager le long d&#39;une piste. Compte tenu de cela, les souris ne se rendra pas à une vitesse relativement constante et, au lieu d&#39;accélérer et de ralentissement lors de la traversée de la piste. Ce comportement peut probablement, en partie, être surmontée en exécutant souris sur un tapis roulant et de l&#39;enregistrement vidéo locomoting animal sur le tapis roulant. 58 Si l&#39;appareil expérimental pour la détermination de la force terrestre de réaction a été d&#39;être modifiés pour un usage sur tapis roulant, la détermination de la force terrestre de réaction serait probablement être facilement obtenue pour une force de réaction du sol verticaux comme la ceinture de tapis roulant qui interfèrent avec avant-arrière et de détermination vigueur médio-latérale. Au total, l&#39;analyse cinématique et cinétique de la locomotion est une méthode fiable, sensible et objectif qui peut être employée pour différents modèles de conditions orthopédiques et neurologiques. Par ailleurs, tout l&#39;équipement est devenu disponible pour une utilisation chez les rongeurs, niant ainsi toute raison liée pour ne pas exécuter cette forme de sensori analyse comportementale.

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

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

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

Comportement, dans sa définition la plus large, peut être définie comme la manifestation du moteur de processus physiologiques. En tant que tel, tous les comportements se manifester à travers le système moteur. Dans les domaines des neurosciences et de l&#39;orthopédie, la locomotion est un comportement généralement évalué pour une variété de modèles de maladie. Par exemple, la récupération locomotrice après traumatisme du système nerveux est l&#39;un des comportements les plus couramment évalués 1-3. Bien que la locomotion peut être évaluée en utilisant une variété de mesures de critère (ex.: temps nécessaire pour achever une tâche de locomotion, etc), semi-quantitative des mesures cinématiques (par exemple, des échelles de notation ordinale (par exemple, Basso Beattie et locomotrices Bresnahan (BBB) ​​échelle de notation, etc)) et de substitution mesures du comportement (par exemple la force musculaire, la vitesse de conduction nerveuse, etc), seulement cinétiques (mesures de force) et de la cinématique (mesures de segments du corps dans l&#39;espace) fournir une description détaillée de la stratégie par laquelle un animal est capable de locomote 1. Bien que n&#39;étant pas de nouvelles mesures, cinématique et cinétique de rongeurs locomoting est désormais plus facilement accessibles en raison de la disponibilité des équipements disponibles dans le commerce conçu à cet effet. Fait important, cependant, les expérimentateurs ont besoin d&#39;être très familier avec la théorie d&#39;analyses biomécaniques et comprendre les avantages et les limites de ces formes d&#39;analyse avant de s&#39;engager dans ce qui deviendra une étude relativement main-d&#39;œuvre. Le présent document vise à décrire une méthode de collecte de données cinématiques et au sol une force de réaction en utilisant l&#39;équipement disponible dans le commerce. Détails des équipements et des appareils de set-up, de pré-dressage d&#39;animaux, d&#39;inclusion et d&#39;exclusion de pistes acceptables, et les méthodes de collecte des données sont décrits. Nous illustrons l&#39;utilité de cette technique d&#39;analyse comportementale en décrivant la cinématique et la cinétique de déformation appariés jeune adulte, d&#39;âge moyen, et les rats âgés.

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

Locomotion est souvent étudié comme un résultat de comportement dans les différents modèles de la maladie dans des domaines tels que la neuroscience et l&#39;orthopédie. Ce document vidéo se propose de décrire une méthode de collecte des forces de réaction du sol et la cinématique des rats durant la locomotion effrénée.

Cinématique et détermination Ground Force de réaction: Une démonstration Abilities locomoteur Quantification des jeunes adultes, d&#39;âge moyen, et Rats gériatrique

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 vues.  Riverview, NB. Locomotion est souvent étudié comme un résultat de comportement dans les différents modèles de la maladie dans des domaines tels que la neuroscience et l'orthopédie. Ce document vidéo se propose de décrire une méthode de collecte des forces de réaction du sol et la cinématique des rats durant la locomotion effrénée.

Vidéo: 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.

Croissance et différenciation des cellules adultes hippocampe Arctic écureuil souches neurales au sol

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

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Neurosciences

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.

Moulage cérébrovasculaire de la souris adulte pour l&#39;imagerie 3D et l&#39;analyse morphologique

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.

Détermination rapide du seuil thermique nociceptive chez les rats diabétiques

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.

Microdialyse d&#39;éthanol au cours de l&#39;éthanol détermination opérant auto-administration et d&#39;éthanol par chromatographie en phase gazeuse

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.

Enregistrement simultané intracellulaire d&#39;un motoneurone lombaire et la force produite par l&#39;unité de moteur chez la souris adulte<em&gt; In vivo</em

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

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

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

Determination of the Spontaneous Locomotor Activity in Drosophila melanogaster

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

Détermination de l&#39;activité locomotrice spontanée,<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.

Quantifier les cellules microgliales morphologie de microphotographies d’immunohistochimie préparé des tissus à l’aide de 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.

Quantification spontanée Ca2+ Fluxes et leurs effets en aval dans les neurones midbrains de souris primaires

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.

Un test métrique pour évaluer la mémoire de travail spatiale chez les rats adultes après une lésion cérébrale traumatique

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.