Equilíbrio e coordenação motora são componentes críticos envolvidos no controle do movimento. Atualmente entendemos os mecanismos básicos dos inúmeros sistemas sensoriais e de processamento que nos ajudam a manter nosso equilíbrio durante a realização de diversas atividades. A nosso favor, animais de laboratório, como ratos, utilizam sistemas semelhantes para manter o equilíbrio e a coordenação motora. Os cientistas podem, portanto, usar camundongos para modelar diferentes condições fisiológicas para observar seu efeito em testes de equilíbrio e coordenação motora.
Este vídeo discutirá brevemente a neurofisiologia por trás do equilíbrio e coordenação, seguido pelos protocolos gerais para os testes comportamentais mais utilizados, ou seja, o feixe rotarod e equilíbrio. Por fim, vamos rever alguns experimentos atuais que estão sendo conduzidos usando esses paradigmas comportamentais.
Antes de nos aprofundarmos nos protocolos de testes comportamentais, vamos dar uma olhada nas entradas neurofisiológicas e unidades de processamento que determinam nosso equilíbrio e coordenação motora.
Pistas visuais combinadas com o sentido inato da posição do nosso corpo no espaço, também conhecida como propriocepção, são as principais entradas sensoriais determinando nosso equilíbrio. Os receptores envolvidos neste fenômeno, chamados proprioceptores, são encontrados em músculos e articulações, e fornecem informações sobre nosso estado físico ao sistema nervoso central. Essas informações, combinadas com a entrada do sistema vestibular, que está alojado em nosso ouvido interno, compõem o resto do nosso "sentido proprioceptivo". O sistema vestibular é composto por três dutos semicirculares cobertos por uma ampola, que juntas são conhecidas como canais. Contido dentro desses canais há um fluido chamado endolímph. Uma estrutura especializada conhecida como cupula, localizada dentro da ampola de cada canal, contém células ciliadas que produzem cílios. São essas cílios que são dobradas movendo-se endolímph e transmitem essa informação para os núcleos vestibulares, que estão localizados no tronco cerebral. No tronco cerebral, entradas dos olhos, articulações e sistema vestibular são classificadas e priorizadas.
Finalmente, todas essas entradas sensoriais viajam para o cerebelo, que coordena subconscientemente informações proprioceptivas e visuais para ajustar os comandos motores para aumentar a precisão e coordenação muscular. Embora, muito tenha sido descoberto sobre a base neurológica do equilíbrio e da coordenação, os cientistas ainda estão tentando entender a fisiopatologia de vários distúrbios do movimento. Uma das ferramentas utilizadas pelos pesquisadores para fazer isso é o teste comportamental de roedores examinando o equilíbrio e a coordenação.
Vamos discutir o teste mais comumente empregado para este fenômeno - o rotarod.
O aparelho rotarod é composto por três componentes. Primeiro, o dowel giratório, que vem em vários tamanhos. Em segundo lugar, faixas com divisões: o aparelho pode ser composto por múltiplas pistas, que permitem aos pesquisadores testar até cinco animais ao mesmo tempo, ou apenas uma única pista para testar um animal de cada vez. Em terceiro lugar, as plataformas localizadas abaixo de cada pista que fornecem uma zona de pouso segura para o animal se eles caírem do dowel giratório. Em equipamentos mais modernos, essas plataformas podem sentir a queda de animais e registrar automaticamente a "hora de cair".
Antes do treinamento ou experimentação, um período de aclimatação garante que os animais estejam em estado calmo antes dos testes. As sessões de treinamento envolvem animais caminhando em uma rotarod acelerada por várias sessões por dia ao longo de uma série de dias, e é considerado completo uma vez que o "tempo de queda" médio dos animais começa a planar. Inicialmente, o rotarod é definido para uma baixa velocidade enquanto os animais são colocados no dowel, e a rotação é gradualmente aumentada para uma velocidade máxima. Os ratos devem ser autorizados a descansar entre as corridas de treinamento, e durante esse tempo o aparelho deve ser completamente limpo.
Após o treinamento, podem ser realizadas intervenções experimentais, como tratamento medicamentoso, lesões induzidas cirurgicamente ou outras manipulações físicas. Para testes, siga o mesmo protocolo da sessão de treinamento onde a velocidade do dowel é gradualmente aumentada e os dados são registrados como "hora de cair". Um tempo máximo de teste deve ser definido para não exerir demais os animais. "Time to fall" para cada mouse é gravado e mediado em diferentes números de ensaios, dependendo do experimento.
O segundo ensaio comportamental comum que testa o equilíbrio e a coordenação utiliza um feixe. Existem numerosos feixes de equilíbrio distintos, incluindo vigas simples, complexas e inclinadas, mas a configuração básica é composta por um feixe de um metro de comprimento suspenso de 50-100 centímetros acima de uma mesa ou superfície. Sensores de movimento ou gravadores de vídeo estão presentes para medir o tempo de travessia do feixe animal. Uma caixa fechada contendo material de aninhamento localizado no ponto final serve como uma atração para o rato, enquanto a iluminação no ponto de partida agiria como um estímulo aversivo.
O treinamento no feixe de equilíbrio geralmente ocorre até três vezes por dia durante vários dias. O treinamento continua até que o tempo médio de travessia do feixe comece a planar; no entanto, o overtraining pode levar a um aumento da parada e da liga na viga. Após a modulação experimental, a fase de testes começa, e os dados são registrados como "tempo para atravessar". Normalmente, os resultados são obtidos pela média de pelo menos duas travessias em que o animal testado não parou ou exigiu o prodding.
Agora que vimos as configurações experimentais de testes comportamentais comumente empregados, vamos olhar para algumas aplicações específicas desses métodos.
O envelhecimento é um processo biológico normal, uma consequência disso é a degradação do sistema vestibular, pois as células ciliares produzem menos cílios, e também começam a morrer. O resultado disso é a perda de equilíbrio que pode resultar em aumento de quedas nos idosos. Neste experimento, camundongos de idades variadas passaram por um desafio vestibular no qual foram girados em um rotador por 20 segundos e logo depois pediram para atravessar um feixe inclinado. Os pesquisadores observaram que os camundongos mais velhos são mais dramaticamente afetados pelo desafio vestibular do que os camundongos mais jovens.
O teste rotarod é útil no estudo de déficits motores brutos e resistência à fadiga, tornando-o ideal para estudar uma doença como distrofia muscular. A marca registrada da distrofia muscular é a lesão muscular que, em última análise, resulta em déficits de mobilidade, coordenação e equilíbrio. Neste experimento, os pesquisadores compararam os tempos de execução de rotarod entre ratos do tipo selvagem e modelos de camundongos de distrofia muscular.
A doença de Parkinson é caracterizada pela morte de neurônios dopaminérgicos na substantia nigra, e muitas vezes apresenta déficits motores e perda de coordenação. Neste experimento, foi realizado um teste de feixe desafiador. Comparando camundongos do tipo selvagem a um modelo de Parkinson geneticamente modificado, observou-se que os camundongos de Parkinson tiveram erros aumentados por passo e aumentaram os erros por largura do feixe.
Você acabou de assistir ao vídeo do JoVE sobre testes de equilíbrio e coordenação. Este vídeo discutiu as correlações neurais de equilíbrio e coordenação, alguns métodos proeminentes para testar o equilíbrio, e finalmente algumas aplicações desses testes comportamentais em laboratórios de neurociência hoje. Como sempre, obrigado por assistir!
