이 연구 지원 부분에서 장점을 검토 수상 #B1495-R (Capadona)과 대통령 이른 경력 포상에 의해 과학자와 엔지니어 (PECASE, Capadona)에서 미국 (미국) 학과의 재향 군인 담당 재활 연구 및 개발 서비스입니다. 또한,이 작품 일부 사무실의 길잡이 국방 장관의 피어 검토 의료 연구에서 프로그램 수상 번호를 통해 건강 문제에 의해 지원 되었다 W81XWH-15-1-0608입니다. 내용을 미국 재향 군인 담당 부서 또는 미국 정부의 의견을 대표 하지 않는다. 저자 박사 히로유키 아라카와 CWRU 쥐 행동 코어 설계 및 테스트 설치류 행동 프로토콜에 대 한 그의 감사 하 고 싶습니다. 저자 또한 제임스 드레이 크와 케빈 탤벗 CWRU 부 기계 및 항공 우주 공학에서 설계 하 고 제조 설치류 사다리 테스트에 그들의 도움에 감사 하 고 싶습니다.

모든 절차 및 동물 관리 관행에 의해 승인 되었고 루이 스톡 클리블랜드 학과의 재향 군인 담당 센터 기관 동물 의료 및 사용 위원회 수행.
참고: 컨트롤 자상 부상 모델의 사용에 대 한 결정에 연구원 교육, 것이 좋습니다 외. 포터 의해 수행 하는 작업을 검토 하 21.
1. microelectrode 이식 수술
<ol><li>
미리 수술 동물 준비
	<ol>
<li>Isoflurane (2-4%)를 사용 하 여 유도 챔버에서 동물 anesthetize 마 취에서 지속적으로 심장 박동과 혈액 산소 함유량을 모니터링 하는 중요 한 측정 시스템을 사용 하 여 동물을 모니터링 합니다.</li>
		<li>마 취를 계속 코 콘에 동물을 이동 합니다. 피하 (SQ) cephalosporin 항생제, 예: cefazolin (25 mg/kg) 및 비 스테로이드 항 염증, 감염을 방지 하 고 통증, 각각 관리를 예를 들면 carprofen (5 mg/kg) 주사.</li>
		<li>후 한 건조에서 그들을 방지 하기 위해 동물의 눈에 안과 연 고를 적용 합니다.</li>
		<li>작은 동물성 손톱깎이 사용 하는 봉합 상처 치유 하는 동안 긁 기에서 동물을 방지 하기 위해 발톱 손질. 못 하지 잘린 너무 짧고, 통증과 출혈 동물에 대 한 발생할 수 있습니다으로 확인 합니다.</li>
		<li>전기 면도기 트리머를 사용 하 여 눈 사이 귀 뒤에 철저 하 게 동물의 머리를 면도.</li>
		<li>절 개의 영역에서 동물의 머리의 상단에 로컬 진통 bupivacaine (0.125 %bupivacaine 재고 솔루션에서 희석의 0.3 mL)의 SQ 주사 제공.</li>
		<li>동물을 머리 수술 하는 동안 이동 하는 것을 막기 위해 귀 막대를 사용 하 여 stereotaxic 프레임에 탑재 합니다. 동물의 내부 온도 유지 하기 위해 동물 아래 패드 난방 순환 수를 놓습니다.</li>
		<li>무 균 드 레이프, 예를 들어, 제도 승인 살 균 플라스틱 랩, 외과 분야를 분리 하는 적용.</li>
		<li>스크럽 번갈아 betadine 솔루션을 사용 하 여 외과 영역 그리고 소 프로 파 놀 스크럽.</li>
		<li>되도록 동물 외과 비행기 아래 기관 프로토콜에 따라 발가락 핀치를 수행 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
동물 이식 준비
	<ol>
<li>No. 10 메스 블레이드를 사용 하 여 두개골을 노출 하는 중간 선 아래에 약 1의 절 개를 만듭니다. 퉁 명 스럽게 솜 밀고 주걱을 사용 하 여과 제거 하 고 어떤 출혈 거 즈 패드 사용을 중지. 악어 클립을 사용 하 여 주변 조직 철회 하 고 깨끗 하 고 과산화 수소와 두개골을 탈수.</li>
		<li>나중 단계에서 결합 치과 시멘트를 개선 하기 위해 노출 된 두개골에 cyanoacrylate 기반 조직 접착제의 몇 방울을 놓습니다.</li>
		<li>선택한 반구에서 뼈에는 닉을 만들어 forepaw 운동 약 3 m m 중간을 2mm bregma에 앞쪽 측면에 해당 하는 모터 피 질 영역을 표시 합니다.</li>
		<li>1.75 m m 둥근된 팁 치과 드릴을 사용 하 여, 특별 한 배려는 너무 빨리 또는 너무 깊이 드릴 하지 복용 및 stereotaxic 프레임에 한 손으로 지원 두개골의 일부를 제거 합니다. 드릴31과열 방지를 간헐적으로 두개골에 적용 되어야 한다.</li>
		<li>잘 구부려 진된 45 ° dura 선택을 사용 하 여 경질을 반영 합니다.</li>
		<li>어떤 출혈을 사용 하 여 면 밀고 주걱 및 염 분, 직접 터치를 돌보는 뇌 표면 청소.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Microelectrode 모터 피 질에의 삽입
	<ol>
<li>신중 하 게 복용 하지 전극의 정강이 범프를 주의 stereotaxic 프레임에 범용 홀더에서 소독된 microelectrode를 탑재 합니다. 전극의 headstage 인터페이스 커넥터 단단히 소유자에 의해 개최 됩니다 확인 하십시오. 참고: 여기, 그리고 2 m m x 123 µ m x 15 µ m 측정 비 기능 미시간 스타일 실리콘 생크 전극 사용, 생크 미세 집게를 사용 하 여 삽입 했다.</li>
		<li>Stereotaxic 프레임에는 micromanipulators을 사용 하 여 신중 하 게 놓고 전극의 팁 오픈 craniotomy.</li>
		<li>부드럽게 측정 가이드로는 micromanipulators를 사용 하 여 뇌에 전극 약 2 m m 낮은 (전극의 선택에 따라 제어 속도에서 자동된 삽입 필요할 수 있습니다.) 어떤 표시 맥 관 구조 가능할 때마다을 피하기 위해 주의. 일단 전극 장소에, 신중 하 게 보편적인 홀더에서 커넥터 놓고 삽입 팔을 철회.</li>
		<li>조심 스럽게 면 밀고 주걱 및 식 염 수를 사용 하 여 전극 주위에서 출혈이 청소.</li>
		<li>실리콘 고무를 사용 하 여 이식된 전극 주위 craniotomy 오프 인감.</li>
		<li>치과 시멘트를 사용 하 여 두개골에 전극 수정.</li>
		<li>시멘트는 완전히 건조, 일단 절 개의 가장자리 함께 가져 앞에 그리고 시멘트 headcap 및 봉합 그들 종료 뒤.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
수술 치료
	<ol>
<li>동물의 생체 신호를 모니터링 하면서 패드를가 열 순환 물에 복구할 수 있습니다. 사용 하 여 열 램프 램프에서 온도 더 제어 하기 어려운 동물 과열 수 있습니다 하지 마십시오.</li>
		<li>일단 동물은 완전히 깨어 있는, 음식과 물에 쉽게 접근할 깨끗 한 케이지를 동물을 이동 합니다.</li>
		<li>수술 일 1-3 일 동안 스퀘어 cephalosporin 항생제 (25 mg/kg)와 비 스테로이드 항 염증 (5 mg/kg) 감염을 방지 하 고 그들의 고통을 관리 하는 동물을 제공 합니다.</li>
		<li>매일 통증 또는 불편 함, 출혈, 체중 변화, 또는 적어도 수술 하루 5 문제를 봉합의 흔적에 대 한 동물을 모니터링 합니다.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. 행동 테스트
<ol><li>모든 동작 테스트를 위해 테스트 동물 2 x 그들의 사전 수술 기준 점수를 계산 하기 위해 전극 이식 수술 전에 주에 테스트 당. 수술 다음 각 테스트에 주 당 2 x 테스트 동작을 시작 하기 전에 1 주 동안 휴식을 동물 허용. 일관 된 테스트 조건 사전 및 수술 후 불안의 측정에서 발생할 수 있는 성능에 스트레스의 영향을 최소화 하기 위해 테스트에 대 한 연구를 통해 사용 되어야 한다.<ol>
<li>각 동물 전후 각 테스트 세션의 시작 부분에서 염소 이산화 기반 sterilant와 모든 테스트 장비를 청소 하십시오.</li>
		<li>오픈 필드 그리드와 사다리 테스트 영화. 이러한 테스트 필요 비디오 카메라 (1080p, 15fps, 78 ° 대각선의 시야의 최소), 노트북, 및 비디오 데이터를 저장 하는 방.</li>
		<li>각 테스트의 시작 부분에서 시험장에 동물을 가져오고 테스트를 시작 하기 전에 적어도 20 분 동안 적응 하도록 허용. 방에 빛과 온도 제어, 그리고 같은 인사는 모든 테스트 완료 해야 합니다. 이상적으로, 같은 방에 방에 변경 없이 테스트의 과정을 통해 모든 동물에 대 한 사용 됩니다.</li>
		<li>작업을 완료 하는, 특히 사다리 훈련 기간 동안 동물을 장려 하기 위해 사용 하 여 음식 보상. 시리얼 이나 바나나 칩 또는 크래커의 작은 조각을 좋은 보상을 확인합니다.</li>
		<li>각 개별 동물 (공식 1)에 대 한 사전 수술 점수에 모든 주간 테스트 공연 정상화. 방정식 1:<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/57829/57829eq1.jpg">
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
필드 표 테스트 오픈 참고: 오픈 필드 그리드 테스트 사내 고 약 40 cm 높은 불투명 측 벽 1 m2 의 실행 표면 있다. 실행 하는 눈금의 표면 아래 테이프 (그림 1A)를 사용 하 여 아래쪽에서 9 동등 사각형으로 나뉘어져 있습니다. 기록 카메라 비 계에는 격자의 중심 위에 영구적으로 장착 됩니다.<ol>
<li>오픈 필드 그리드 테스트 하려면 동물 테스터 멀리 직면 하는 눈금의 중앙에 놓습니다.</li>
		<li>동물 비디오를 기록 하는 동안 3 분 동안 자유롭게 실행을 허용 합니다.</li>
		<li>동물 테스트 완료 되 면, 그리드에서 동물을 제거 하 고 감 금 소에 반환. 염소 이산화 기반 sterilant와 철저 하 게 그리드를 청소.</li>
		<li>각 동물 1 테스트 x 하루 테스트 당.</li>
		<li>비디오 추적 소프트웨어를 사용 하 여 총 모터 함수의 통계로 넘어 눈금선, 여행, 총 거리 및 동물의 최대 속도의 수를 분석 합니다. 참고: 여기에 제시 된 데이터는 수동으로 훈련 된 연구원에 의해 계량 했다 하지만 그것은 사내 최근에 개발 된 사용 하 여 선호 추적 알고리즘32.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
사다리 테스트 참고: 사다리 테스트 사내 고 2 취소 아크릴 측 벽, 길이, 직경 3 mm 가로 2 c m 간격 (그림 2A)에서 간격으로 연결 된 각 1 m의 구성 됩니다. 사다리 테스트 숙련 된 시험 이며 따라서 사전 수술 기준 점수를 기록 하기 전에 훈련의 1 주를 요구 한다. 교육에 대 한 프로토콜 테스트는 동일.<ol>
<li>사다리 테스트 하려면 임시 깨끗 한 보관 케이지를 동물을 이동 합니다.</li>
		<li>2 감 금 소 교량을 사다리 설정 합니다. 깨끗 한 케이지 달려있다 사다리의 시작 끝 그리고 끝 끝 실행을 완료 하는 데 동기 부여로 봉사 하는 동물의 집 케이지에 달려있다.</li>
		<li>사다리의 중심에 삼각대에 동일한 (또는 유사한) 비디오 카메라를 배치 합니다. 카메라의 위치 가로 대 높이에 있어야 볼 수 전체 사다리에 대 한 허용 합니다.</li>
		<li>실행 비디오 카메라와 함께 첫 번째 울 렸으 면 터치를 그들의 정면 발을 수 있도록 사다리의 출발선에 동물을 개최.</li>
		<li>그들의 자신의 걸음에 사다리를 건너 동물 허용. 동물의 발 닿은 첫 번째 울 렸으 면 마지막 가로 대에 제 3에서 결승 선을 교차 하는 동물의 시간 결정 순간 사이의 시간 경과.</li>
		<li>동물 사다리에 돌아서 또는 20의 기간 동안 이동 하지 않습니다 경우 s, 실행 실패 하 동물을 고려 하십시오. 동물 페널티킥 실패 각 시간 실행 점수를 할당 합니다. 사전 수술 테스트27동안 기록 느린 성능에 의해 형벌 시간을 결정 합니다.</li>
		<li>건너 사다리 5 각 동물 허용 x 각 실행 사이 약 1 분 나머지와 함께 하루를 테스트 당.</li>
		<li>정밀한 모터 함수의 통계로 하루 빠른 3 실행의 평균입니다. 또한, 각각의 소프트웨어를 추적 하는 비디오를 사용 하 여 가로 대에서 미끄러져 발 횟수를 기록 합니다. 참고: 여기에 제시 된 데이터는 수동으로 훈련 된 연구원에 의해 계량 했다 하지만 그것은 나 외. 를 사용 하 여 최근에 개발 된 사내 추적 알고리즘을 사용 하 선호 32.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
그립 강도 테스트
	<ol>
<li>각 테스트 세션 전에 그립 강도 측정기를 교정 하 고 그램의 강도 측정.</li>
		<li>위치는 카운터 바닥 위에 확장 그립 핸들의 가장자리에 그립 강도 미터입니다.</li>
		<li>(그림 3A) 꼬리의 기지에 의해 동물을 잡고 두 앞 발과 자전거 핸들을 잡아 동물 허용.</li>
		<li>일단 동물에는 각 발에와 함께 확고 한 그립, 느리고 꾸준한 힘으로 꼬리의 기지에 의해 미터에서 동물을 당겨.</li>
		<li>디지털 그립 강도 측정기에 의해 출력에 표시 되는 동물에가 해지는 최대 그립 강도 기록 합니다.</li>
		<li>각 동물 3 테스트 x 각 테스트 사이 약 2 분 나머지와 함께 하루를 테스트 당.</li>
		<li>정밀한 모터 함수의 통계로 기록 하 고 3의 각 출력 최대 그립 강도 평균.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. 사후 행동 프로토콜
<ol><li>동물 마 취 제 (160 mg/kg)를 사용 하 여 깊이 anesthetize 모든 행동 (예를 들어, 주입 후 8-16 주), 테스트 수행 및 xylazine (20 mg/kg), transcardially 그들을 perfuse, 그들의 두뇌 및 곳을 알아내는-슬라이스를 수확, 그리고 조직 얼룩 immunohistochemical 마커를 사용 하 여 계량 주입33,34,35,36,,3738의 사이트 주위 세포 응답.</li>
</ol>4. 통계 분석
참고: 예비 전력 분석은 특정 연구 질문에 대답을 추구 하는 어떤 학문 든 지에 대 한 강력 하 게 제안 했다. 특정 연구 디자인에 대 한 통계적 의미를 달성 하는 데 필요한 동물의 수를 알려 줍, 전력 분석, 특정 연구 가설, 실험, 예상된 효과 크기의 다양성의 디자인에 따라 결정 되어야 의도 된 치료, 임상 또는 과학적인 관련성을 달성 하는 데 필요한 잘 효과 크기.
<ol><li>일반적인 통계 소프트웨어를 사용 하 여 통계 분석을 수행 합니다.</li>
	<li>설명 통계를 집계 하 고 평균 ± 표준 오차도 그들을 표시 합니다.</li>
	<li>두 표본 t-검정을 사용 하 여 그룹 대 이식 컨트롤 비교 주간 각 시간 점에서 [오픈 필드 그리드 (2.2 단계), 사다리 (2.3 단계), 및에서 그립 강도 테스트 (2.4 단계)] 행동 성능 분석. 독립적인 측정 각 주간 시간 포인트를 고려 하십시오.</li>
	<li>혼합된 효과 선형 모델을 사용 하 여 경도 성능을 수량화 합니다. 주 및 그룹 요소를 고정 되 고 실험 동물 임의의 효과 서 그룹 내에 중첩 된. 분산 분석 (ANOVA) p < 0.05의 의미 수준 요인 효과 결정 하는 데 사용 됩니다.</li>
	<li>사다리 성능을 비교 하 여 선형 회귀 분석을 사용 하 여 immunoglobin G (IgG) 강도. 상관 계수는 Pearson의 방법으로 계산 합니다.</li>
</ol>

저자는 공개 없다.

여기에 설명 된 프로토콜을 효과적으로 그리고 reproducibly 측정 벌금과 총 모터 적자의 설치류 뇌 손상 모델에서 사용 되었습니다. 또한, 모터 피 질에서 microelectrode 주입 다음 조직학 결과 괜 찮 모터 동작의 상관 관계에 대 한 수 있습니다. 메서드는 따라 하기 쉽고, 설정, 저렴 하 고 연구원의 개별 요구에 맞게 수정할 수 있습니다. 또한, 동작 테스트 발생 하지 않습니다 큰 스트레스 나 통증 동물; ...

원래 intracortical microelectrodes 지도, 두뇌의 회로 그리고 기능 출력1을 생산 하기 위해 사용 될 수 있는 모터 의도의 탐지를 가능 하 게 하는 유용한 도구도 개발에 사용 되었다. 감지 기능 출력 제어 로봇 또는 컴퓨터 커서2,3 의 척수 상해, 뇌성 마비, 루 경화 증 (ALS), 또는 다른 운동 제한 조건에서 고통 개인을 제공할 수 있습니다. 4,,56, 팔 또는 그들의 자신의 장애 사지7기능을 복원 합니다. 따라서, intracortical microelectrode 기술 유망 하 고 신속 하 게 성장 하는 분야8로 떠오르고 있다.
때문에 분야에 성공, 임상 연구 진행 향상 BMI 기술5,,910의 가능성을 이해 하는. 뇌의 신경 세포와의 커뮤니케이션의 모든 잠재력을 실현 하 여 재활 응용 프로그램은 무한 한8로 인식 됩니다. Intracortical microelectrode 기술의 미래에 대 한 좋은 낙관론은, 비록 그것은 또한 유명한 microelectrodes 결국11, 이식 다음 급성 neuroinflammatory 응답으로 인해 실패. 두뇌에 있는 외국 물자의 주입 즉시 손상 주변 조직에 발생 하 고 이식12의 속성에 따라 달라 집니다 neuroinflammatory 응답으로 인 한 추가 피해를 연결. 더하여, 두뇌에 있는 임 플 란 트 microlesion 효과 발생할 수 있습니다: 포도 당 대사 감소 급성 부 종 및 출혈 때문에 장치 삽입13에 의해 발생할 수 생각. 또한, 신호 품질 및 유용한 신호는 기록 될 수 있는 시간의 길이 동물 모델11,14,,1516에 일치 하지 않습니다. 여러 연구 결과 neuroinflammation와 microelectrode 성능17,,1819사이 연결을 설명 했다. 따라서, 공동체의 일치 microelectrodes, 주변 신경 조직의 염증 반응 적어도 부분적으로, 전극 신뢰성 타협 이다.
많은 연구 조사 지역의 염증11,20,,2122 또는 삽입11,23, 으로 인 한 뇌 손상을 줄이기 위해 방법을 탐험 24,25시간14,26동안 녹음 성능 개선의 목표. 또한, 우리는 최근 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 삽입으로 인 한 의원 성 상해는 즉각적이 고 지속적인 좋은 모터 적자27발생 표시는. 따라서, 여기에 제시 된 프로토콜의 목적은 주고 연구자 주입 및 intracortical 장치의 영구 존재 하는 뇌 외상 결과로 가능한 모터 적자를 평가 하기 위해 양적 방법 (microelectrodes에는 이 원고의 경우)입니다. 여기 설명 하는 동작 테스트 모두 그로스와 잘 모터 기능 장애, 애타게 하도록 설계 되었습니다 그리고 뇌 손상의 많은 모델에서 사용할 수 있습니다. 이러한 방법 간단, 재현성, 및 설치류 모델에서 쉽게 구현 될 수 있습니다. 또한, 여기에 제시 된 방법 조직학 결과 모터 동작의 상관 관계에 대 한 혜택을까지 최근, 저자 안 본 BMI 필드에 게시 된 수 있습니다. 마지막으로,이 방법 괜 찮 모터 기능28, 총 모터 기능29, 그리고 스트레스와 불안 행동29,30, 테스트 하도록 설계 되었습니다으로 여기에 제시 된 방법을 구현할 수도 있습니다에 연구원은 밖으로 (또는)을 지배 하 고 머리 부상 모델의 다양 한 모든 모터 함수 적자.

<table><tbody><tr><td>Sprague Dawley rats, male, 201-225g</td><td>Charles River</td><td>CD</td><td></td></tr><tr><td>Compac5 anesthesia system</td><td>Vetequip</td><td>901812</td><td></td></tr><tr><td>Electric trimmers</td><td>Wahl</td><td>9918-6171</td><td></td></tr><tr><td>Stereotaxic frame</td><td>David Kopf Instruments</td><td>1760</td><td></td></tr><tr><td>Gaymar heated water pad and pump</td><td>Braintree Scientific Inc</td><td>&amp;nbsp;TP-700</td><td></td></tr><tr><td>Vetbond tissue adhesive</td><td>3M</td><td>07-805-5031</td><td></td></tr><tr><td>Dental drill</td><td>Pearson Dental</td><td>O60-0045</td><td></td></tr><tr><td>Dura pick</td><td>Fine Science Tools</td><td>10064-14</td><td></td></tr><tr><td>Silicon shank microelectrode</td><td>Made in-house at Cleveland VA Medical Center</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>KwikCast silicone elastomer</td><td>World Precision Instruments</td><td>KWIK-CAST</td><td></td></tr><tr><td>Teets dental cement&amp;nbsp;</td><td>A-M Systems</td><td>525000</td><td></td></tr><tr><td>Webcam HD Pro c920</td><td>Logitec</td><td>960-000764</td><td></td></tr><tr><td>Grip strength meter</td><td>Harvard Apparatus</td><td>565084</td><td></td></tr><tr><td>Minitab 17 statistical software</td><td>Minitab Inc</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Open field grid test</td><td>Made in-house at Case Western Reserve University</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Ladder test</td><td>Made in-house at Case Western Reserve University</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Rabbit anti rat IgG antibody</td><td>Bio-Rad</td><td>618501</td><td></td></tr></tbody></table>

rodent behavioral testing to assess functional deficits caused by microelectrode implantation in the rat motor cortex

뇌에 이식 하는 의료 기기는 엄청난 잠재력을 만요. 두뇌 기계 인터페이스 (BMI) 시스템의 일환으로, intracortical microelectrodes 신경의 개인 또는 작은 그룹에서 활동 전위를 기록 하는 기능을 보여 줍니다. 이러한 기록 된 신호를 환자를 허용 하거나 컴퓨터, 로봇 팔 다리, 그리고 그들의 자신의 사지를 제어 성공적으로 사용 되었습니다. 그러나, 이전 동물 연구는 두뇌에 있는 microelectrode 주입 주변 조직 손상 뿐만 아니라 기능적인 적자 발생 시킬 수 있습니다 나타났습니다. 여기, 우리는 일련의 행동 테스트 intracortical microelectrodes 이식 쥐의 모터 피 질에 따라 잠재적인 모터 장애 척도를 논의. 오픈 필드 그리드, 사다리 교차점, 및 그립 강도 테스트 메서드 microelectrode 이식에서 발생 하는 잠재적인 합병증에 관한 귀중 한 정보를 제공 합니다. 행동 테스트의 결과 병 적인 결과 인접 한 조직에서이 절차의 영향에 추가 정보를 제공 하는 끝점 조직학와 상관 된다.

여기에 제시 하는 방법을 사용 하 여, 모터 피 질에서 microelectrode 이식 수술은 완료 된 다음 설립된 절차39,40,41,42, 오픈 필드 그리드 테스트 하 여 다음 총 모터 기능 및 사다리 그립을 평가 강도 정밀한 모터를 평가 하기 위해 테스트 기능27. 모터 기능 테스트?...

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Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

우리는 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 주입 하면 즉각적이 고 지속적인 모터 적자는 나타났습니다. Microelectrode 이식 수술 및 3 설치류 행동 작업 모터 피 질에 주입 한 손상 때문에 또는 총 모터 기능에 잠재적인 변화를 명료 하 게 하는 방법 여기 개요 제안.

설치류 쥐 모터 피 질에서 Microelectrode 주입으로 인 한 기능적 적자를 평가 하기 위해 테스트 행동

Medical devices implanted in the brain hold tremendous potential. As part of a Brain Machine Interface (BMI) system, intracortical microelectrodes ...

rodent-behavioral-testing-to-assess-functional-deficits-caused

Research

JoVE Journal

Bioengineering

8.8K 조회수.  Louis Stokes Cleveland Department of Veterans Affairs Medical Center. 우리는 쥐의 모터 피 질에서 microelectrode 주입 하면 즉각적이 고 지속적인 모터 적자는 나타났습니다. Microelectrode 이식 수술 및 3 설치류 행동 작업 모터 피 질에 주입 한 손상 때문에 또는 총 모터 기능에 잠재적인 변화를 명료 하 게 하는 방법 여기 개요 제안.

비디오: Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

연구

신경과학

A Novel Approach to Assess Motor Outcome of Deep Brain Stimulation Effects in the Hemiparkinsonian Rat: Staircase and Cylinder Test

Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus is an effective treatment option for Parkinson&#39;s disease. In our lab we established a protocol to screen different neurostimulation patterns in hemiparkinsonian (unilateral lesioned) rats. It consists of creating a unilateral Parkinson&#39;s lesion by injecting 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the right medial forebrain bundle, implanting chronic stimulation electrodes into the subthalamic nucleus and evaluating motor outcomes at the end of 24 hr periods of cable-bound external neurostimulation. The stimulation was conducted with constant current stimulation. The amplitude was set 20% below the individual threshold for side effects. The motor outcome evaluation was done by the assessment of spontaneous paw use in the cylinder test according to Shallert and by the assessment of skilled reaching in the staircase test according to Montoya. This protocol describes in detail the training in the staircase box, the cylinder test, as well as the use of both in hemiparkinsonian rats. The use of both tests is necessary, because the staircase test seems to be more sensitive for fine motor skill impairment and exhibits greater sensitivity to change during neurostimulation. The combination of the unilateral Parkinson model and the two behavioral tests allows the assessment of different stimulation parameters in a standardized way.

Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment option for Parkinson's disease. We established a study design to screen novel stimulation paradigms in rats. The protocol describes the use of the staircase test and cylinder test for motor outcome assessment in DBS treated hemiparkinsonian rats.

계단 및 실린더 테스트 : 소설 접근은 Hemiparkinsonian 쥐에 깊은 뇌 자극 효과의 모터 결과를 평가하는

Deep brain stimulation of the subthalamic nucleus is an effective treatment option for Parkinson&#39;s disease. In our lab we established a protocol to ...

행동분석학

Detecting Behavioral Deficits in Rats After Traumatic Brain Injury

With the increasing incidence of traumatic brain injury (TBI) in both civilian and military populations, TBI is now considered a chronic disease; however, few studies have investigated the long-term effects of injury in rodent models of TBI. Shown here are behavioral measures that are well-established in TBI research for times early after injury, such as two weeks, until two months. Some of these methods have previously been used at later times after injury, up to one year, but by very few laboratories. The methods demonstrated here are a short neurological assessment to test reflexes, a Beam-Balance to test balance, a Beam-Walk to test balance and motor coordination, and a working memory version of the Morris water maze that can be sensitive to deficits in reference memory. Male rats were handled and pre-trained to neurological, balance, and motor coordination tests prior to receiving parasagittal fluid percussion injury (FPI) or sham injury. Rats can be tested on the short neurological assessment (neuroscore), the beam-balance, and the Beam-Walk multiple times, while testing on the water maze can only be done once. This difference is because rats can remember the task, thus confounding the results if repeated testing is attempted in the same animal. When testing from one to three days after injury, significant differences are detected in all three non-cognitive tasks. However, differences in the Beam-Walk task were not detectable at later time points (after 3 months). Deficits were detected at 3 months in the Beam-Balance and at 6 months in the neuroscore. Deficits in working memory were detected out to 12 months after injury, and a deficit in a reference memory first appeared at 12 months. Thus, standard behavioral tests can be useful measures of persistent behavioral deficits after FPI.

The goal of the behavioral tests presented here is to detect functional deficits in rats after traumatic brain injury. Four specific tests are presented that detect deficits in behaviors to reflect the damage to specific brain areas at times extending to one year after injury.

외상 성 뇌 손상 후 쥐에서 행동 적자를 감지

With the increasing incidence of traumatic brain injury (TBI) in both civilian and military populations, TBI is now considered a chronic disease; however, ...

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer scale. However, current methods mostly rely on tethered cable recordings or only use unidirectional systems, allowing either recording or stimulation of neural activity, but not at the same time or same target. Here, a new wireless, bidirectional device for simultaneous multichannel recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats is described. The system operates through a single portable head stage that both transmits recorded activity and can be targeted in real-time for brain stimulation using a telemetry-based multichannel software. The head stage is equipped with a preamplifier and a rechargeable battery, allowing stable long-term recordings or stimulation for up to 1 h. Importantly, the head stage is compact, weighs 12 g (including battery) and thus has minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire, making the method applicable to a broad set of behavioral tasks. Moreover, the method has the major advantage that the effect of brain stimulation on neural activity and behavior can be measured simultaneously, providing a tool to assess the causal relationships between specific brain activation patterns and behavior. This feature makes the method particularly valuable for the field of deep brain stimulation, allowing precise assessment, monitoring, and adjustment of stimulation parameters during long-term behavioral experiments. The applicability of the system has been validated using the inferior colliculus as a model structure.

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A wireless, bidirectional system for multi-channel neural recordings and stimulation in freely behaving rats is introduced. The system is light and compact, thus having minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire. Moreover, this bidirectional system provides a sophisticated tool to assess causal relationships between brain activation patterns and behavior.

무선, Vivo에서 녹음 하 고 자유롭게 행동 하는 쥐에서 신경 활동의 자극에 대 한 양방향 인터페이스

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

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

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

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

소설 동물 모터 기능 추적 간단 하 고 쉽게 사용할 수 있는 소프트웨어를 사용 하 여 시스템

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

Simultaneous Monitoring of Wireless Electrophysiology and Memory Behavioral Test as a Tool to Study Hippocampal Neurogenesis

Brainwaves amplitude obtained from electroencephalography (EEG) has been well-recognized as a basis for cognitive capacity, memory, and learning on animals and humans. Adult neurogenesis mechanism is also linked to memory and learning improvement. Traditionally, researchers used to assess learning and memory parameters in rodent models by behavioral tasks. Therefore, the simultaneous monitoring of behavioral changes and EEG is particularly interesting in correlating data between brain activity and task-related behaviors. However, most of the equipment required to perform both studies are either complex, expensive, or uses a wired setup network that hinders the natural animals&#8217; movement. In this study, EEG was recorded with a wireless electrophysiology device along with the execution of a novel object recognition task (NORT). The animal&#8217;s behavior was monitored simultaneously by a video tracking system. Both recordings were analyzed offline by their timestamps which were synched to link EEG signals with the animal&#8217;s actions. Subjects consist of adult Wistar rats after medium-term environmental enrichment treatment. Six skull screw electrodes were fixed in pairs on both hemispheres over frontal, central, and parietal regions and were referenced to an electrode located posterior of the nasal bone. NORT protocol consists of exposing the animal to two identical objects for 10 min. After 2 h and 24 h, one of the objects was replaced with a novel one. Exploration time for each object was monitored by a behavioral tracking software (BTS) and EEG data recording. The analysis of the EEG synced with behavioral data consists of estimations of alpha and beta relative band power and comparisons between novel object recognition versus familiar object exploration, between three experimental stages. In this manuscript, we have discussed electrodes manufacturing process, epidural electrodes implantation surgery, environmental enrichment protocol, NORT protocol, BTS setup, EEG &#8211; BTS coupling for simultaneous monitoring in real-time, and EEG data analysis based on automatic events detection.

The protocol presented here provides information on the simultaneous electroencephalography (EEG) and behavioral assessment in real-time. We have discussed all steps involved in this protocol as an attractive solution for researchers in many fields of neuroscience, particularly in learning and memory areas.

해마 신경 발생을 연구하기 위한 도구로서의 무선 전기생리학 및 기억 행동 테스트의 동시 모니터링

Brainwaves amplitude obtained from electroencephalography (EEG) has been well-recognized as a basis for cognitive capacity, memory, and learning on ...

Gathering Self-Initiated Rat Behavioral Data to Characterize Post-Stroke Deficits

Behavioral testing in rat models is frequently utilized for diverse purposes, including psychological, biomedical, and behavioral research. Many traditional approaches involve individual, one-on-one testing sessions between a single researcher and each animal in an experiment. This setup can be very time consuming for the researcher, and their presence may impact the behavioral data in unwanted ways. Additionally, traditional caging for rat research imposes a lack of enrichment, exercise, and socialization that would normally be typical for the species, and this context may also skew the results of behavioral data. Overcoming these limitations may be worthwhile for several research applications, including the study of acquired brain injury. Here, an example method is presented for automatically training and testing individual rat behavior in a colony cage without the presence of humans. Radio frequency identification can be utilized to tailor sessions to the individual rat. The validation of this system occurred in the example context of measuring skilled forelimb motor performance before and after stroke. Traditional characteristics of post-stroke behavioral impairments and novel measures enabled by the system are measured, including success rate, various aspects of pull force, bout analysis, initiation rate and patterns, session duration, and circadian patterns. These variables can be collected automatically with few limitations; though the apparatus removes experimental control of exposure, timing and practice, the validation produced reasonable consistency in these variables from animal to animal.

A system for acquiring data from self-initiated individual behavior sessions within a social colony cage setting is presented. The efficacy of this system is demonstrated using an automated skilled reach assessment, enabling the characterization of post-stroke motor impairments, potential behavioral alterations related to motivation, circadian variations, and other innovative dependent variables.

뇌졸중 후 결핍을 특성화하기 위해 자가 주도적인 쥐 행동 데이터 수집

Behavioral testing in rat models is frequently utilized for diverse purposes, including psychological, biomedical, and behavioral research. Many ...

Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, dystonia or tremor. DBS is based on the delivery of electrical stimuli to specific deep anatomic structures of the central nervous system. However, the mechanisms underlying the effect of DBS remain enigmatic. This has led to an interest in investigating the impact of DBS in animal models, especially in rats. As DBS is a long-term therapy, research should be focused on molecular-genetic changes of neural circuits that occur several weeks after DBS. Long-term DBS in rats is challenging because the rats move around in their cage, which causes problems in keeping in place the wire leading from the head of the animal to the stimulator. Furthermore, target structures for stimulation in the rat brain are small and therefore electrodes cannot easily be placed at the required position. Thus, a set-up for long-lasting stimulation of rats using platinum/iridium electrodes with an impedance of about 1 M&#937; was developed for this study. An electrode with these specifications allows for not only adequate stimulation but also recording of deep brain structures to identify the target area for DBS. In our set-up, an electrode with a plug for the wire was embedded in dental cement with four anchoring screws secured onto the skull. The wire from the plug to the stimulator was protected by a stainless-steel spring. A swivel was connected to the circuit to prevent the wire from becoming tangled. Overall, this stimulation set-up offers a high degree of free mobility for the rat and enables the head plug, as well as the wire connection between the plug and the stimulator, to retain long-lasting strength.

A method for implanting electrodes into the subthalamic nucleus (STN) of rats is described. Better localization of the STN was achieved by using a microrecording system. Furthermore, a stimulation set-up is presented that is characterized by long-lasting connections between the head of the animal and the stimulator.

미세 전극은 장기 깊은 뇌 자극 쥐의 Subthalamic 핵에 전극의 주입을 가이드

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, ...

Establishment of Acute Pontine Infarction in Rats by Electrical Stimulation

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided here is a protocol for successfully establishing a rat model of acute pontine infarction. Rats weighing about 250 g are used, and a probe with an insulated sheath is injected into the pons using a stereotaxic apparatus. A lesion is produced by the electrical stimulation with a single pulse. The Longa score, Berderson score, and beam balance test are used to assess neurological deficits. Additionally, the adhesive-removal somatosensory test is used to determine sensorimotor function, and the limb placement test is used to evaluate proprioception. MRI scans are then used to assess the infarction in vivo, and TTC staining is used to confirm the infarction in vitro. Here, a successful infarction is identified that is located in the anterolateral basis of the rostral pons. In conclusion, a new method is described to establish an acute pontine infarction rat model.

Presented here is a protocol for establishing acute pontine infarction in a rat model via electrical stimulation with a single pulse.

전기 자극에 의한 쥐에 급성 폰틴 경색 의 설립

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided ...

Implanting a Wireless Bidirectional Microelectrode System in a Rat Brain

Source: Melo-Thomas, L., et al., <a href="https://app.jove.com/v/56299">A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats.</a> J. Vis. Exp. (2017)
The video demonstrates a procedure for implanting a wireless bidirectional multichannel electrode unit into a rat brain to record and stimulate multichannel neural networks.

쥐의 뇌에 무선 양방향 미세전극 시스템 이식

All procedures involving animal models have been reviewed by the local institutional animal care committee and the JoVE veterinary review board.
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