Questa ricerca è stata sostenuta da una sovvenzione Discovery per AAW dalle scienze naturali e ingegneria Research Council del Canada.

1. Pre-requisiti per l&#39;analisi biomeccanica della locomozione Prima di intraprendere l&#39;acquisto di costose apparecchiature di analisi locomotore, e di pianificazione di esperimenti in cui cinematica e / o valutazione locomotore cinetica verrà eseguita, è imperativo che lo sperimentatore avere familiarità con gli aspetti tecnici e pratici di analisi biomeccanica, il comportamento sensomotorio, condizionamento operante di animali , e la gestione / archiviazione / gestione di grandi quantità di dati digitalizzati. Sebbene questi pre-requisiti sembrare ovvio a molti, è solo dopo intraprendere questo tipo di esperimenti in cui i tirocinanti realizzare la complessità tecnica e pratica di effettuare analisi dettagliate relativamente locomotore. Gli autori raccomandano che gli sperimentatori iscriversi ad un corso introduttivo si occupano di biomeccanica, avere familiarità con o assumere qualcuno conosce un linguaggio di programmazione necessarie per la gestione dei dati, e di pari importanza, trascorrono interagendo notevole tempo, la manipolazione, e lavorare con gli animali da laboratorio. Per comprendere l&#39;analisi della locomozione e di analisi del comportamento sensomotorio nelle neuroscienze, gli sperimentatori sono indicati alcuni riferimenti importanti (vedi 1, 4-7). 2. Apparecchi di prova cinematiche e cinetiche Un apparato di test cinematica e dinamica, utile per la raccolta dei dati bilaterale, è composto dai seguenti componenti (vedi &quot;Tabella di reagenti e attrezzature specifiche&quot; per maggiori dettagli): <ul><li> Stanza tranquilla e sufficientemente imprese (non necessariamente insonorizzate, anche se situato in zona a basso traffico) </li><li> Radio per la fornitura di sottofondo &quot;rumore&quot; per limitare i rumori distraggono dall&#39;esterno della sala per gli animali </li><li> Plexiglass trasparente, chiuso, piatto superficie della pista (180 cm X 20 cm di larghezza x 60 cm di altezza) con un foro quadrato (11 cm X 11 cm) situato all&#39;interno del centro della pista equidistante da entrambe le estremità </li><li> Pezzo di plexi-glass (10,5 cm X 10,5 cm) </li><li> Nastro biadesivo scotch adesivo </li><li> Riflettente 3M nastro adesivo per i marcatori della pelle </li><li> Foratura per la creazione di marcatori della pelle </li><li> Macchina per anestesia Isofluorane necessari per anestetizzare gli animali per la rasatura prima del posizionamento dei marcatori della pelle </li><li> Cheerios per incoraggiare il movimento dell&#39;animale per tutta la lunghezza della pista </li><li> AMTI HE6X6 forceplate </li><li> Vicon Motus sistema personalizzato (software, computer, ecc) </li><li> 4 telecamere (almeno 60 Hz di campionamento) e treppiedi con cavi connettore appropriato </li><li> 4 telecamere montate lampade alogene fornisce un&#39;illuminazione ottimale per l&#39;illuminazione del soggetto animali e la pelle marcatori riflettenti </li><li> Appropriata cornice di taratura standard o volume necessario per il sistema Vicon Motus per calibrare x, y, z in posizioni significative misure di distanza </li></ul> 3. Formazione degli animali Prima della raccolta dei dati, ogni animale deve essere addestrato per attraversare una superficie piatta, pista chiusa. Dopo aver ricevuto i ratti da un fornitore animale appropriato, gli animali dovrebbero essere acclimatati alla loro nuova casa per 1 settimana. Durante questo periodo di acclimatazione, Cheerios diversi vengono inseriti ogni giorno nella gabbia del ratto. Gli animali sono cibo limitato a interventi di manutenzione la loro energia per prevenire l&#39;obesità e assicurare la motivazione per svolgere questo compito. Successivamente, ogni animale viene gestita dallo sperimentatore per 10-15 minuti al giorno per 1 settimana. Durante questo stesso periodo di tempo, ogni animale viene messo in pista con Cheerios situati alle due estremità. Una volta che l&#39;animale diventa familiarità con l&#39;ambiente, inizieranno a mangiare i Cheerios. Una volta che l&#39;animale sta bene e Cheerios mangiare all&#39;interno della pista, lo sperimentatore deve poi operantly condizione l&#39;animale a correre la lunghezza della pista per una ricompensa in cibo. Ciò si ottiene lanciando ciao ¼ al lato opposto della pista dove è posizionato il topo. Una volta che il topo mangia questo ciao, ciao un altro ¼ è posta all&#39;altra estremità della pista. Questo viene fatto per 15-20 minuti al giorno fino a quando il ratto consistente (&gt; 90% di lanci) si muove lungo la pista ad una velocità costante (cioè senza avviamento, arresto, esplorare, o senza cambiare andatura) a mangiare i ciao senza galoppo / delimitazione . Il ratto dovrebbe essere solo impiegando una andatura al trotto. Over-condizionamento degli animali a questo compito può portare agli animali al galoppo e delimitazione queste andature sono indicativi di animali viaggiare&gt; 90 cm / s. Delimitazione e galoppo andature, biomeccanico, sono più difficili da interpretare per vari motivi (ad esempio gamba criteri di inclusione di piombo, ecc.) Nella nostra esperienza, una volta che i ratti costantemente impiegare al galoppo o di delimitazione andature, è difficile, se non impossibile averli utilizzare un andatura al trotto, mentre locomoting in pista. Velocità&gt; 90 cm / s sono raramente osservati dopo un animale ha sofferto periferico o centrale lesioni del sistema nervoso. Tempo per raggiungere la formazione di successo è VariaBLE tra i sessi e ceppi di ratti. Wistar, Lewis, Long-Evans, e Sprague-Dawley ceppi sono in grado di attraversare sempre la pista entro 2 settimane dall&#39;inizio della formazione 8. Nella nostra esperienza, Fischer (F-344) ratti tendono ad assumere verso l&#39;alto di 4-6 settimane per imparare questo compito 8. 4. Posizione comune Marcatura Analisi cinematica degli arti anteriori è inaffidabile a causa di artefatti pelle movimento imposte mettendo marcatori pelle degli arti anteriori, che è aggravata in specie, come i topi, che hanno una postura accovacciata 9. Invece, la cinematica degli arti anteriori deve essere realizzato utilizzando raggi X cinematografia o la fluoroscopia 10-13. Come tale, degli arti posteriori congiunta posizionamento indicatore di posizione è solo qui descritti. Prima della raccolta dei dati, ogni topo deve essere anestetizzato almeno 24 ore prima della raccolta dei dati utilizzando un apposito anestetico inalatorio (ad es isofluorane, 1,5-2% composti su un vaporizor precisione) e amministrato in ossigeno tramite maschera facciale, e la chiave anatomica topografica punti di riferimento devono essere contrassegnati. Data la brevità della procedura, sia perché lunga durata d&#39;azione anestetici non vengono utilizzati, l&#39;uso di un dispositivo di riscaldamento animali non devono essere utilizzati per mantenere la temperatura corporea dell&#39;animale. Una volta che l&#39;animale è anestetizzato, gli arti posteriori e sul dorso, al livello delle creste iliache sono rasata. L&#39;animale viene quindi posto in decubito sternale e le sue zampe posteriori sono posti in una posizione eretta approssimativa utilizzando schiuma ditta di imballaggio per sostenerlo. La cute sovrastante il cranio-più porzioni delle creste iliache, il grande trocantere del femore, della tuberosità tibiale laterale, l&#39;articolazione del tarso, e la porzione distale e laterale del 5 ° metatarso è contrassegnato da un non-tossico pennarello indelebile. L&#39;animale è ripreso dall&#39;anestesia. Per gli studi temporale, anestesia periodica può essere richiesto di radere la zampe posteriori permettendo successivo collocamento marker riflettenti (vedi sotto). Inoltre, ogni giorno mettendo in evidenza dei punti di riferimento precedentemente segnato anatomici (utilizzando lo stesso marker non tossico) verrà richiesto come i ratti rimuovere lentamente il marker naturale, attraverso un comportamento governare. 5. Registrazione dei dati Tutte le viste fotocamera vengono esaminati per assicurare che la loro posizione è appropriato e catturare lo stesso campo di vista. Ogni telecamera deve essere posizionato a circa 60-80 gradi l&#39;uno all&#39;altro. Il campo visivo deve includere il forceplate al centro e una lunghezza di pista sufficiente a catturare due passi. Il volume di calibrazione si colloca all&#39;interno del pre-determinata zona della pista. Un singolo fotogramma del volume di calibrazione all&#39;interno della pista, da ciascuna delle telecamere, viene catturato. Tutti i marchi calibrato per tutta la lunghezza di ciascuno dei poli sono digitalizzati. Solo una volta un errore soddisfacente nella digitalizzazione è compiuto, lo sperimentatore può procedere alla raccolta di dati locomotore. Questa fase di calibrazione è fondamentale prima di raccolta dati. Se la calibrazione non viene eseguita correttamente, o se la calibrazione non si verifica immediatamente prima di una sessione di registrazione, tutti i dati risultanti saranno imprecisi e inutilizzabile. Importante, se una qualsiasi delle telecamere vengono toccati o spostati, è più sicuro supporre che la taratura del sistema deve essere ripetuto. Immediatamente prima di mettere l&#39;animale in pista, il suo peso viene registrato e pre-made conica marcatori riflettenti della pelle (con nastro riflettente 3M, vedi tabella) sono rispettati i segni sentito predeterminato effettuata sulla arto posteriore punti di riferimento topografico. Registrazione del peso dell&#39;animale permetterà normalizzazione retrospettiva di forze di reazione terra per il peso corporeo - un aspetto importante se si vuole fare confronti tra i gruppi. Inoltre, la misurazione del peso corporeo facilita il controllo della salute generale dell&#39;animale per tutta la durata dell&#39;esperimento. Posizionamento Marker richiede solo la gestione appropriata degli animali e non richiede l&#39;anestesia dell&#39;animale. Se l&#39;adesivo sul nastro riflettente non è sufficiente per aderire alla pelle dell&#39;animale, una piccola quantità di colla non tossica (es. tessuto adesivo 3M VetBond) può essere utilizzato per facilitare l&#39;aderenza del marcatore sul corpo dell&#39;animale. Una volta che i marcatori sono immessi sul arti posteriori, lo sperimentatore deve essere posizionato comodamente vicino alla tastiera del computer e hanno in mano il marcatore evento collegato attraverso il sistema Vicon Motus. Utilizzando il file calibrato come modello, diversi file sono in anticipo di registrazione. Tipicamente, 25 a 30 file devono essere salvati. Ogni file dovrebbe avere un nome univoco. Ogni file rappresenta uno registrato corsa dell&#39;animale in fase di registrazione. Venticinque a 30 file sono tenuti a garantire che un numero sufficiente di corse incontro la velocità criterio di inclusione (cioè 60-90 cm / s) sono raccolti. Dopo un numero sufficiente di file vengono creati lo sperimentatore può iniziare la raccolta dei dati. L&#39;indirizzo experimenter deve indurre il ratto di navetta all&#39;interno della pista gettando pezzi ¼ di Cheerios alle due estremità della pista. Con un attento coordinamento e la tempistica, il marcatore evento viene attivato al momento di cominciare e solo prima del completamento del ratto aver completato con successo un passaggio lungo la pista. Dopo aver esaminato il greggio forza di reazione terra da lucidi, e dopo la registrazione se la sinistra o le arti di destra ha colpito la piattaforma di forza, il file viene salvato e chiuso. Ugual numero di visite arto destro e sinistro forceplate dovrebbero essere registrati. Il processo di registrazione dei dati da una data stima viene ripetuta fino a quando un numero sufficiente di corse sono stati registrati. 6. Analisi dei dati Dopo aver completato la raccolta dei dati per la cinematica e le forze di reazione di terra, ogni esecuzione di ogni animale ha bisogno di essere valutato per la velocità. Utilizzando due marcatori relativamente fissi (ad esempio ali di iliums) si può valutare un punto virtuale tra i marcatori (fatto prima quando si crea un file di Vicon Motus modello). Prima di calcolare la velocità di questo punto &quot;virtuale&quot;, gli indicatori per i marcatori iliache devono essere digitalizzati. Utilizzando Vicon motu software, la velocità di questo punto virtuale in direzione X (direzione orizzontale del movimento) viene calcolato. In tal modo, funziona solo all&#39;interno di una gamma di velocità di dato (determinato a priori) sono utilizzati nelle analisi finale. Troviamo che gli animali in movimento tra 60-90 cm / s sono coerenti con andature al trotto. Un minimo di 10 prove (5 corre in cui l&#39;arto sinistro entra in contatto con la piattaforma di forza e 5 piste dove l&#39;arto destro entra in contatto con la piattaforma di forza) sono obbligatori. Una volta che le piste accettabili sono individuati per ogni animale, la digitalizzazione dei marcatori pelle rimanenti devono essere completati. Per compensare il movimento artefatto pelle sopra il ginocchio, la stima della posizione del ginocchio è calcolata usando triangolazione (intersezione tra due cerchi cinematica 2D; o incrocio tra 2 sfere 3D cinematica), come è stato descritto in precedenza. Angoli articolari dell&#39;anca, del ginocchio e garretto, velocità, accelerazioni e ora può essere determinato. Statica e dinamica volte può anche essere valutata, anche se la loro precisione è limitata in base alla velocità di campionamento delle telecamere essere impiegato. Questi e altri calcoli possono essere eseguiti direttamente (cioè senza export) con Vicon Motus software KineCalc, o dati possono essere esportati come dati ASCII e analizzati utilizzando le routine personalizzabile in software come MatLab. Dati a terra forza di reazione viene misurata e amplificata dalla piattaforma di forza AMTI e raccolti a 1200 Hz da Vicon Motus. Come tale, una volta che i dati reazione forza di terra vengono raccolti, un appropriato filtro digitale viene applicato ai dati utilizzando Motus Vicon. Dato che lo sperimentatore ha già stabilito la velocità del viaggio e identificato corre accettabile marcatori dopo la digitalizzazione della pelle del caso, i dati a terra forza di reazione che è stato raccolto contemporaneamente come i dati cinematici, possono essere analizzati utilizzando Vicon Motus KineCalc direttamente, o indirettamente tramite qualche altro software personalizzabile di routine. Una serie di variabili per le forze, in ciascuna delle tre direzioni ortogonali, può essere calcolato. Tali variabili includono forza massima, und zona della curva (cioè impulso), ecc importante, però, lo sperimentatore devono conservare i dati arto destro e sinistro per ogni esecuzione di ogni animale separati. Dati estratti da arti di destra o sinistra è la media per ogni animale e utilizzato come dati rappresentativi per quella animale. I dati vengono poi analizzati utilizzando procedure statistiche appropriate. 7. Rappresentante Risultati Per rappresentare l&#39;utilità di questa forma di analisi locomotore, cinematica e le forze di reazione di terra sono stati determinati per i ratti femmine giovani, di mezza età, e geriatrica Wistar. Da questa analisi, età-correlate sono state rilevate differenze per le femmine di ratti Wistar. In particolare, la reazione analisi terreno forza dimostra che i topi anziani hanno ridotto la capacità di frenata e arti anteriori tendono ad usare le loro zampe posteriori più per la stabilizzazione laterale rispetto agli altri gruppi di animali (Figura 1). Analisi cinematica non hanno evidenziato differenze statistiche tra ciascun gruppo, dimostra però che cinematica può essere facilmente registrare da qualsiasi età di ratto (Figura 2). <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1 forza di reazione terra tracciamento presi dalle membra sinistra di giovani. (4 mesi, n = 7), di mezza età (13-14 mesi di età, n = 7) e geriatrico (24 mesi di età, n = 5) ratti femmine Wistar. Arti di destra erano simili. E &#39;evidente che i ratti geriatrica usare i loro arti anteriori meno per la frenata (* = p &lt;0,05) rispetto ai ratti giovani e di mezza età, e ratti anziani tendono ad usare le loro zampe posteriori più per la stabilizzazione laterale rispetto ai ratti giovani (**). Linee continue rappresentano dire, le linee tratteggiate rappresentano media + SE; tratteggiatalinee rappresentano dire SE. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">Clicca qui per vedere una figura più grande.</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2. Figurine stilizzate cinematica per l&#39;arto sinistro di ratti giovani, di mezza età, e geriatrica. Stick figure rappresentano il movimento medio del arto sinistro per ciascuno dei gruppi. Non ci sono state differenze significative tra i gruppi di animali per l&#39;angolo comune durante il ciclo di passo. <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">Clicca qui per vedere una figura più grande.</a>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Il presente documento fornisce la metodologia per la valutazione locomozione utilizzo continuo cinematica quantitativa e la reazione determinazione a terra la forza. Importante per chiunque sia interessato a intraprendere questa metodologia è un forte background nella biomeccanica della locomozione, animale comportamento sensomotorio e gestione dei dati e la manipolazione. Anche se cinematica e la terra determinazione forza di reazione richiede ulteriore tempo e competenze, rispetto ad altre forme di analisi locomotore (misure endpoint ad esempio, scale di valutazione ordinale), i dati ottenuti è sensibile, oggettiva e quantitativa per una varietà di 14-22 ortopedica e neurologica 1-3, 23-32 i modelli di malattia, in una varietà di specie. Abbiamo fornito i dati che descrivono le differenze di locomozione tra varie epoche di tensione-abbinato informazioni ratti che non potevano essere raccolte con misure semplici e meno sensibili. Inoltre, l&#39;analisi cinematica e cinetica di locomozione è stato usato per descrivere le alterazioni dell&#39;apparato locomotore in una varietà di condizioni del sistema nervoso in cui altre forme di valutazione sarebbe successo. 8, 23-25, 27 L&#39;uso di misure sensibili diventa particolarmente importante quando si valutano therapeutants potenziale per vari modelli di malattia. Se un test non è abbastanza sensibile per distinguere un effetto di una potenziale therapeutant lo sperimentatore corre il rischio di commettere un errore di tipo II statistica (cioè concludere vi è alcun effetto di un trattamento quando in realtà c&#39;è stato un effetto). Inoltre, perché le misure di endpoint e le prove più soggettiva che valutano locomozione, esiste un potenziale di bias. Valutazione cinematica e cinetica è puramente oggettivo, in quanto, purché esistano appropriati di inclusione / esclusione criterio sono fatte a priori, semplicemente lo sperimentatore raccoglie, esamina e applica le statistiche relative ai dati (cioè non c&#39;è componente soggettiva alla determinazione dei dati). Analisi cinematica e cinetica offre anche la possibilità di essere utilizzato per una moltitudine di specie. Infatti, la cinematica, la reazione determinazione a terra la forza, o entrambi sono stati usati in una varietà di specie come elefanti 33-35, bestiame 36, 37-40 cavalli, cani 4, 41-45, i gatti 21, 46-49, vari roditori 3, 8, 50, 51, uccelli 4, 52-55, e di pesce 56, 57 (l&#39;elenco non è esaustivo). Secondo l&#39;esperienza degli autori &#39;, tuttavia, l&#39;uso dei topi è un problema dato che i topi non sono facili da operantly condizione di viaggiare lungo una pista. Detto questo, i topi non viaggeranno ad una velocità relativamente costante e invece accelerare e rallentare quando si attraversa la pista. Questo comportamento può probabilmente, in parte, essere superata eseguendo topi su un tapis roulant e video-registrando il locomoting animale sul tapis roulant. 58 Se l&#39;apparato sperimentale per la determinazione della forza di reazione di terra è stato quello di essere modificati per l&#39;utilizzo tapis roulant, la reazione di determinazione terreno forza avrebbe probabilmente solo essere facilmente ottenuto per la forza verticale di reazione del terreno come la cintura di tapis roulant potrebbe interferire con longitudinale e medio-laterale determinazione forza. Complessivamente, l&#39;analisi cinematica e cinetica di locomozione è un metodo affidabile, sensibile, e obiettivo che può essere impiegato per vari modelli di patologie di interesse ortopedico e neurologico. Inoltre, tutte le apparecchiature si sono rese disponibili per l&#39;uso in roditori, così negando qualsiasi motivo non correlati per l&#39;esecuzione di questa forma di analisi del comportamento sensomotorio.

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

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

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

Comportamento, nella sua accezione più ampia, può essere definita come la manifestazione motore di processi fisiologici. Come tale, tutti i comportamenti si manifestano attraverso il sistema motorio. Nel campo delle neuroscienze e ortopedia, locomozione è un comportamento comunemente valutata per una varietà di modelli di malattia. Per esempio, il recupero motorio dopo lesioni traumatiche del sistema nervoso è uno dei comportamenti più comunemente valutata 1-3. Anche se locomozione può essere valutato utilizzando una varietà di misure dell&#39;endpoint (per esempio il tempo impiegato per completare un compito motorio, ecc), le misure semiquantitative cinematica (ad esempio scale di valutazione ordinale (ad es Basso Beattie e locomotore Bresnahan (BBB) ​​scala di valutazione, ecc)) e surrogato misure di comportamento (per esempio la forza muscolare, velocità di conduzione nervosa, ecc), solo cinetica (misure di forza) e cinematica (misure di segmenti del corpo nello spazio) fornire una descrizione dettagliata della strategia con cui un animale è in grado di locomote 1. Anche se non nuove misure, cinematica e dinamica dei roditori locomoting è ora più facilmente accessibili grazie alla disponibilità di attrezzature disponibili in commercio progettato per questo scopo. Importante, però, gli sperimentatori devono essere molto familiare con la teoria di analisi biomeccaniche e comprendere i vantaggi ei limiti di queste forme di analisi prima di intraprendere quello che diventerà uno studio relativamente alta intensità di lavoro. Il presente lavoro si propone di descrivere un metodo per la raccolta di dati cinematici e di terra della forza di reazione utilizzando apparecchiature disponibili in commercio. Dettagli di attrezzature e apparecchi di set-up, pre-addestramento di animali, criteri di inclusione ed esclusione di piste accettabile, e metodi per la raccolta dei dati sono descritti. Illustriamo l&#39;utilità di questa tecnica di analisi comportamentale descrivendo la cinematica e la cinetica di tensione-matched giovane adulto, mezza età, e di ratti anziani.

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

Locomozione è spesso esaminato come un risultato di comportamento in vari modelli di malattie in campi quali le neuroscienze e ortopedia. In questo documento il video propone di descrivere un metodo per raccogliere le forze di reazione del terreno e la cinematica di ratti durante la locomozione sfrenato.

Cinematica e di reazione Determinazione terra Force: Un Quantificazione Abilità Dimostrazione Locomotore di Giovane adulto, mezza età, e Ratti geriatrica

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 Views.  Riverview, NB. Locomozione è spesso esaminato come un risultato di comportamento in vari modelli di malattie in campi quali le neuroscienze e ortopedia. In questo documento il video propone di descrivere un metodo per raccogliere le forze di reazione del terreno e la cinematica di ratti durante la locomozione sfrenato.

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

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

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

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

Crescita e la differenziazione degli adulti ippocampale suolo artico Cellule Staminali neurali Squirrel

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

Ricerca

Neuroscienze

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.

Casting cerebrovascolare del topo adulto per l&#39;imaging 3D e analisi morfologica

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.

Rapida determinazione della soglia termica nocicettivo in ratti diabetici

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.

Microdialisi di etanolo durante la determinazione operante auto-amministrazione ed etanolo etanolo mediante gascromatografia

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.

Registrazione simultanea intracellulare di un motoneuroni lombare e la forza prodotta dal suo gruppo motore nel topo adulto<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;

Determinazione del locomotore attività spontanea in<em&gt; Drosophila melanogaster</em

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

Quantifying Microglia Morphology from Photomicrographs of Immunohistochemistry Prepared Tissue Using ImageJ

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

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

Quantificare la morfologia di Microglia da microfotografie di Immunohistochemistry preparato tessuto usando 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.

Quantificare i flussispontanei di Ca 2 e i loro effetti a valle nei neuroni Midbrain del topo primario

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 metrico per valutare la memoria di lavoro spaziale nei ratti adulti a seguito di lesioni cerebrali traumatiche

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.