Name: an innovative running wheel-based mechanism for improved rat training performance
Uploaded: 2016-09-19T13:00:00
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The authors would like to thank Dr. Jhi-Joung Wang, who is the Vice Superintendent of Education at Chi-Mei Medical Center, and Dr. Chih-Chan Lin from the Laboratory Animal Center, Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, 901 Zhonghua, Yongkang Dist., Tainan City 701, Taiwan, for providing the shooting venue. They would also like to thank Miss Ling-Yu Tang and Mr. Chung-Ham Wang from the Department of Medical Research, Chi-Mei Medical Center, Tainan, Taiwan, for their valuable assistance in demonstrating the prototype system in real experiments with rats. The author gratefully acknowledges the support provided for this study by the Ministry of Science and Technology (MOST 104- 2218-E-167-001-) of Taiwan.

倫理の声明：実験手順は、科学技術研究所動物センターの南台湾大学、国家科学委員会、中華民国（台湾台南市）の動物倫理委員会によって承認されました。 1.実行中のホイール構造を構築注：すべてのアクリルは透明であるべきです。各使用後のゴムクローラとアクリルシートを拭くためにアルコールを使用し、その後、水で分解し、ホイー?...

<ol>
	<li>Mayo, N. E., Wood-Dauphinee, S., Cote, R., Durcan, L., Carlton, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activity,+participation,+and+quality+of+life+6+months+poststroke.">Activity, participation, and quality of life 6 months poststroke.</a> Arch Phys Med Rehabil. 83 (8), 1035-1042 (2002).</li><li>Duncan, P. W., Goldstein, L. B., Horner, R. D., Landsman, P. B., Samsa, G. P., Matchar, D. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Similar+motor+recovery+of+upper+and+lower-extremities+after+stroke.">Similar motor recovery of upper and lower-extremities after stroke.</a> Stroke. 25 (6), 1181-1188 (1994).</li><li>Raichlen, D. A., Gordon, A. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+exercise+capacity+and+brain+size+in+mammals.">Relationship between exercise capacity and brain size in mammals.</a> PLoS One. 6 (6), (2011).</li><li>Trejo, J. L., Carro, E., Torres-Aleman, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Circulating+insulin-like+growth+factor+I+mediates+exercise-induced+increases+in+the+number+of+new+neurons+in+the+adult+hippocampus.">Circulating insulin-like growth factor I mediates exercise-induced increases in the number of new neurons in the adult hippocampus.</a> J Neurosci. 21 (5), 1628-1634 (2001).</li><li>Zhang, F., Wu, Y., Jia, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exercise+preconditioning+and+brain+ischemic+tolerance.">Exercise preconditioning and brain ischemic tolerance.</a> Neuroscience. 177, 170-176 (2011).</li><li>Wang, R. Y., Yang, Y. R., Yu, S. 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C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Forced+running+wheel+system+with+a+microcontroller+that+provides+high-intensity+exercise+training+in+an+animal+ischemic+stroke+model.">A Forced running wheel system with a microcontroller that provides high-intensity exercise training in an animal ischemic stroke model.</a> Braz J Med Biol Res. 47 (10), 858-868 (2014).</li><li>Chen, C. -. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+infrared-sensing+running+wheel+systems+with+an+effective+exercise+activity+indicator.">Improved infrared-sensing running wheel systems with an effective exercise activity indicator.</a> PLoS One. 10 (4), (2015).</li><li>Fantegrossi, W. E., Xiao, W. R., Zimmerman, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+technology+for+modulating+locomotor+activity+as+an+operant+response+in+the+mouse:+Implications+for+neuroscience+studies+involving+&#34;exercise&#34;+in+rodents.">Novel technology for modulating locomotor activity as an operant response in the mouse: Implications for neuroscience studies involving &#34;exercise&#34; in rodents.</a> J Neurosci Methods. 212 (2), 338-343 (2013).</li><li>Hayes, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forced,+not+voluntary,+exercise+effectively+induces+neuroprotection+in+stroke.">Forced, not voluntary, exercise effectively induces neuroprotection in stroke.</a> Acta Neuropathol. 115 (3), 289-296 (2008).</li><li>Arida, R. M., Scorza, C. A., da Silva, A. V., Scorza, F. A., Cavalheiro, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+effects+of+spontaneous+versus+forced+exercise+in+rats+on+the+staining+of+parvalbumin-positive+neurons+in+the+hippocampal+formation.">Differential effects of spontaneous versus forced exercise in rats on the staining of parvalbumin-positive neurons in the hippocampal formation.</a> Neurosci Lett. 364 (3), 135-138 (2004).</li><li>Waters, R. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selection+for+aerobic+capacity+affects+corticosterone,+monoamines+and+wheel-running+activity.">Selection for aerobic capacity affects corticosterone, monoamines and wheel-running activity.</a> Physiol Behav. (4-5), 1044-1054 (2008).</li><li>Ke, Z., Yip, S. P., Li, L., Zheng, X. -. X., Tong, K. -. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+voluntary,+involuntary,+and+forced+exercises+on+brain-derived+neurotrophic+factor+and+motor+function+recovery:+A+rat+brain+ischemia+model.">The effects of voluntary, involuntary, and forced exercises on brain-derived neurotrophic factor and motor function recovery: A rat brain ischemia model.</a> PLoS One. 6 (2), (2011).</li><li>Caton, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-carbohydrate+high-fat+diets+in+combination+with+daily+exercise+in+rats:+Effects+on+body+weight+regulation,+body+composition+and+exercise+capacity.">Low-carbohydrate high-fat diets in combination with daily exercise in rats: Effects on body weight regulation, body composition and exercise capacity.</a> Physiol Behav. 106 (2), 185-192 (2012).</li><li>. C8051F330/1/2/3/4/5 datasheet Available from: <a target="_blank" href="https://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/C8051F33x.pdf">https://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/C8051F33x.pdf</a> (2006)</li><li>Longa, E. Z., Weinstein, P. R., Carlson, S., Cummins, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reversible+middle+cerebral+artery+occlusion+without+craniectomy+in+rats.">Reversible middle cerebral artery occlusion without craniectomy in rats.</a> Stroke. 20 (1), 84-91 (1989).</li><li>Chen, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+benefit+of+intravenous+administration+of+bone+marrow+stromal+cells+after+cerebral+ischemia+in+rats.">Therapeutic benefit of intravenous administration of bone marrow stromal cells after cerebral ischemia in rats.</a> Stroke. 32 (4), 1005-1011 (2001).</li><li>Chang, M. -. W., Young, M. -. S., Lin, M. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+inclined+plane+system+with+microcontroller+to+determine+limb+motor+function+of+laboratory+animals.">An inclined plane system with microcontroller to determine limb motor function of laboratory animals.</a> J Neurosci Methods. 168 (1), 186-194 (2008).</li><li>Gartshore, G., Patterson, J., Macrae, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+ischemia+and+reperfusion+on+the+course+of+brain+tissue+swelling+and+blood-brain+barrier+permeability+in+a+rodent+model+of+transient+focal+cerebral+ischemia.">Influence of ischemia and reperfusion on the course of brain tissue swelling and blood-brain barrier permeability in a rodent model of transient focal cerebral ischemia.</a> Exp Neurol. 147 (2), 353-360 (1997).</li><li>Chen, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rodent+stroke+induced+by+photochemical+occlusion+of+proximal+middle+cerebral+artery:+Evolution+monitored+with+MR+imaging+and+histopathology.">Rodent stroke induced by photochemical occlusion of proximal middle cerebral artery: Evolution monitored with MR imaging and histopathology.</a> Eur J Radiol. 63 (1), 68-75 (2007).</li><li>Almenning, I., Rieber-Mohn, A., Lundgren, K. M., Lovvik, T. S., Garnaes, K. K., Moholdt, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+high+intensity+interval+training+and+strength+training+on+metabolic,+cardiovascular+and+hormonal+outcomes+in+women+with+polycystic+ovary+syndrome:+a+pilot+study.">Effects of high intensity interval training and strength training on metabolic, cardiovascular and hormonal outcomes in women with polycystic ovary syndrome: a pilot study.</a> PLoS One. 10 (9), (2015).</li><li>Costigan, S. A., Eather, N., Plotnikoff, R. C., Taaffe, D. R., Lubans, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-intensity+interval+training+for+improving+health-related+fitness+in+adolescents:+a+systematic+review+and+meta-analysis.">High-intensity interval training for improving health-related fitness in adolescents: a systematic review and meta-analysis.</a> Br J Sports Med. 49 (19), (2015).</li></ol>

このプロトコルは、動物における脳卒中の影響の重症度を減少させるための非常に効果的な走行輪システムを記載しています。ラット向けテストベッドとして、このプラットフォームは、安定した走行速度が所定の適応加速度曲線を用いて、実行中のプロセス全体を通してラットによって維持することができるように同様に設計されています。典型的な訓練システムでは、予め設定されたト?...

ストロークは肉体的にも精神的に無効になって1、2数え切れないほどの患者を残して、世界的に国への財政負担として継続的に存在します。そこに定期的な運動は、神経再生を改善し、神経接続3を強化することができることを示唆する臨床的証拠、4であり、そしてまた、運動は、虚血性脳卒中5に罹患するリスクを減少させることができることが示されています。 8 -運動トレーニングシステムとしてトレッドミルや走行輪のいずれかで、例えば、ラットなどのげっ歯類は、臨床実験6の大多数の演習の有効性を試験するための人間のためのプロキシとして機能します。トレーニングシステムは、通常、ラットが一定の速度で実行される時に、一定期間、ラットを訓練することを含みます。 8 -したがって、トレーニング強度は、一般的に、運動速度および持続時間6に従って計算されます。同じアプローチがに適用されます神経生理学的保護のために必要な運動量を推定します。 11 -しかし、実験演習は時々 、このようなラットつまずくが、落下、またはそれらが走行車輪速度9に追いつくことができません一度レールをつかむときのように、効果がないことが判明しています。言うまでもなく、効果のない運動の事件が大幅に運動効果を減少させます。何の任意の普遍的に受け入れアプローチが存在しないにもかかわらず、現在、脳の損傷を低減するための効果的なエクササイズを定量化するために、効果的なエクササイズのレベルはまだ臨床研究者が神経生理学の規律に運動の利点を説明するための客観的な評価として立っています。 今日の脳のダメージ減少実験12で使用される市販の動物モビリティ・システム上の多くの制限が存在します。トレッドミルのケースでは、ラットは、心理的な驚異的な誘導、電気ショックによって実行することを余儀なくされています動物や最終的な神経生理学的検査結果8における干渉のストレス、13、14。走行車輪、すなわち自発的かつ強制的に2種類、に分類することができます。電動走行車輪（MRWs）を実行するために、ラットを強制的に、ホイールを回すためにモーターを採用しながら、自主ランニングホイールは、原因ラットの物理的特性と能力15の違いの過度の変動を作成し、ラットは自然に実行できるようにします。また、強制的な訓練の形であるにもかかわらず、MRWsはトレッドミル13、16、17よりもラットにあまり心理的ストレスを課します。しかし、MRWsを用いた実験では、ラットは時々輪トラックにレールをつかみ、20メートル/分の9を超える速度で動作するように拒否することによって、運動を中断することを報告しています。これらの例は、現在利用可能な動物の移動システムは、運動効果的な阻害固有の欠点を有していることを示しています。ために客観的なラットの訓練の目的は、非常に効果的なトレーニングシステムの開発が、低干渉では、したがって、神経生理学、運動実験のための喫緊の課題と見られています。 本研究では、脳卒中11の効果の重症度を低下させる上での実験のために非常に効果的なランニングホイールシステムを提供します。トレーニングプロセスの間の干渉要因の数の減少に加えて、このシステムは、それによって効果的な運動活動のより信頼できる推​​定値を得る、ホイールに埋め込まれた赤外線センサを用いたラットの走行位置を検出します。伝統的なトレッドミルとMRWsの両方で頻繁に運動の中断によって課される心理的ストレスは、得られた運動推定の客観性をゆがめます。この研究で提示された位置決め走行輪（PRW）システムが有効なexeファイルを定量するための信頼性の高いトレーニングモデルを提供しながら、不要な干渉を最小にする試みで開発されていますrcise。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="824">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Brushless DC motor</td>
			<td style="width:195px;">Oriental Motor</td>
			<td style="width:247px;">BLEM512-GFS</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Motor driver</td>
			<td>Oriental Motor</td>
			<td>BLED12A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Motor reducer</td>
			<td>Oriental Motor</td>
			<td style="width:247px;">GFS5G20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Speedometer</td>
			<td>Oriental Motor</td>
			<td style="width:247px;">OPX-2A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Treadmill</td>
			<td style="width:195px;">Columbus Instruments</td>
			<td style="width:247px;">Exer-6M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Infrared transmitter&#160;</td>
			<td style="width:195px;">Seeed Studio</td>
			<td>TSAL6200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Infrared Receiver</td>
			<td style="width:195px;">Seeed Studio</td>
			<td>TSOP382</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Microcontroller</td>
			<td>Silicon Labs</td>
			<td>C8051F330</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">CCD camera</td>
			<td>Canon Inc.</td>
			<td>EOS 450D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Image processing software</td>
			<td>Adobe Systems Incorporated</td>
			<td>ADOBE Photoshop CS5 12.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Image analysis</td>
			<td>Media Cybernetics</td>
			<td>Pro Plus 4.50.29</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sodium pentobarbital</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)</td>
			<td style="width:247px;">SIGMA P-3761</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ketamine</td>
			<td style="width:195px;">Pfizer (Kent, UK)</td>
			<td style="width:247px;">&#160;1867-66-9</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Atropine</td>
			<td style="width:195px;">Taiwan Biotech Co., Ltd. (Taoyuan, Taiwan)</td>
			<td style="width:247px;">A03BA01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Xylazine</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)</td>
			<td style="width:247px;">SIGMA X1126</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">Buprenorphine</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich (Saint Louis, MO, USA)</td>
			<td style="width:247px;">B9275</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Anesthesia</td>
			<td>Sigma Chemical</td>
			<td style="width:247px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

an innovative running wheel-based mechanism for improved rat training performance

この研究は、ラットにおける脳卒中の影響の重症度を低減するための運動活性の有効性を定量化する方法として、位置決め走行輪（PRW）を装備した動物の移動システムを示します。このシステムは、このようなトレッドミルと電動式の走行車輪（MRWs）として商業的に入手可能なシステムよりも効果的な動物の運動トレーニングを提供します。唯一の20メートル/分未満の速度を達成することができますMRWとは対照的に、ラットをた15センチ幅のアクリルホイールによってサポートされ、より広々とした高密度ゴムランニングトラックに30メートル/分の安定した速度で実行することが許可されていますこの作品55 cmの直径の。事前定義された適応加速曲線を使用して、システムだけでなく、オペレータのエラーを減少させるだけでなく、指定された強度に達するまで持続的に実行するために、ラットを訓練します。運動の効果を評価する方法として、ラットのリアルタイムの位置が走行輪にデプロイ赤外線センサ4対によって検出されます。かつて適応加速度曲線は、マイクロコントローラを使用して開始され、赤外線センサによって得られたデータは、自動的にコンピュータに記録され、分析されます。比較目的のために、3週間のトレーニングは、トレッドミル、MRWとPRWを用いてラットに対して行われます。外科的に中大脳動脈閉塞（MCAO）を誘導した後、変更された神経学的重症度スコア（mNSS）と傾斜面試験をラットに神経損傷を評価するために行きました。 PRWは、実験的に、このような動物のモビリティ・システムの中で最も有効であると検証されます。さらに、ラット位置解析に基づいて、運動効果の尺度は、そこに効果的な運動および梗塞体積の間に高い負の相関であり、脳損傷の減少実験の任意のタイプのラットの訓練を定量化するために使用することができることを示しました。

このセクションでは、比較に専念手術後1週間行われ、mNSSスコアに、5つのグループのうち、平面試験結果と脳梗塞体積を傾ける。 図4Aおよび4Bは 、それぞれ平均mNSSスコアと傾斜面の試験結果の平均値を、提示します。 PRWグループはmNSS改善の面で最高のように表示されます。 PRWとMRWの間トレッドミルとPRW間に有意差は明らかにPRWをより効果?...

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An Innovative Running Wheel-based Mechanism for Improved Rat Training Performance

本研究では、ラットで効果的な運動活動を定量化するための革新的なランニングホイールベースの​​動物モビリティシステムを提供します。ラットに優しいテストベッドは、事前定義された適応加速曲線を使用して、構築され、かつ効果的な運動率と梗塞体積との間に高い相関が脳卒中予防実験のためのプロトコルの可能性を示唆しています。

改善されたラットのトレーニングパフォーマンスのための革新的なランニングホイールベースの​​メ​​カニズム

This study presents an animal mobility system, equipped with a positioning running wheel (PRW), as a way to quantify the efficacy of an exercise activity ...

Research

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改善されたラットのトレーニングパフォーマンスのための革新的なランニングホイールベースの​​メ​​カニズム

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