この研究は、カナダ自然科学工学研究評議会からAAWにディスカバリーグラントによってサポートされていました。

1。生体力学的歩行解析のための前提条件前の高価な運動の解析装置を購入に着手し、運動学および/または運動運動の評価が実行される実験を計画するために、それは感覚運動行動、動物のオペラント条件付け、実験者は、生体力学的分析の技術的および実用的な側面に精通していることが必須です、およびデジタル化された大量のデータを処理/保管/管理する。これらの前提条件は、多くの明白なように見えるけれども、それは唯一の研修生が、比較的詳細な運動解析を行うことの技術的および実用的な複雑さを実現する実験を、これらのタイプに着手した後です。著者らは、実験者が入門生体力学を扱うコースに入学することをお勧め精通しているか、データの管理に必要なプログラミング言語に精通して誰かを雇う、と同等の重要性、取扱い、及び実験動物での作業、かなりの時間の相互作用を過ごす。神経科学における運動分析と感覚運動行動の分析を理解するために、実験者が（1を参照、4-7）いくつかの重要な参照と呼ばれます。 2。キネマティックとキネ​​ティック試験装置二国間のデータを収集するための有用な運動と運動試験装置は、次のコンポーネント（詳細は、&quot;特定の試薬および器具の表&quot;を参照）で構成されています。 <ul><li>静かで十分なサイズの部屋（必ずしも防音、しかし低トラフィックエリアに位置する） </li><li>動物に部屋の外から気が散る音を制限するためにバックグラウンド&quot;ノイズ&quot;を供給するラジオ</li><li>どちらかの端から等距離にある滑走路のセンター内にある四角い穴（11センチ× 11センチメートル）との明確なプレキシガラス、同封の、フラット面の滑走路（180センチ× 20 ​​cm幅X高さ60cm） </li><li>プレキシガラスのピース（10.5センチメートルX 10.5センチ） </li><li>両面粘着セロハンテープ</li><li>皮膚マーカーの3M反射粘着テープ</li><li>皮膚マーカーを作成するための穴のパンチ</li><li>皮膚マーカーの配置前にシェービングのために動物を麻酔するために必要なイソフルランの麻酔器</li><li>滑走路の長さに沿って動物の励みに動きのためのチェリオス</li><li> AMTI HE6X6 forceplate </li><li> VICON Motusカスタマイズされたシステム（ソフトウェア、コンピュータ、等） </li><li>適切なコネクタのケーブルと4ビデオカメラ（少なくとも60 Hzのサンプリング）と三脚</li><li> 4カメラマウントのハロゲンライトの動物対象の照明に最適な照明と反射皮膚マーカーを提供します。 </li><li>適切なサイズのキャリブレーションのフレームまたは意味のある距離尺度にx、y、zの位置を校正するためにViconのMotusシステムに必要なボリューム</li></ul> 3。動物のトレーニングデータを収集する前に、各動物は、平坦な表面、同封の滑走路を横断するように訓練する必要があります。適切な動物のサプライヤーからラットを受信すると、動物は1週間のための彼らの新しい家に環境に順応させる必要があります。この順応時間の間に、いくつかのチェリオスは、ラットのケージに毎日置かれている。動物は、肥満を防止し、このタスクを実行する動機を確保するため、そのメンテナンスのエネルギー所要量に制限食品です。その後、各動物は1週間、毎日10-15分のための実験者によって処理されます。この同じ期間に、各動物は、いずれかの端に位置するチェリオスで滑走路に配置されます。動物がその環境に慣れになると、彼らはチェリオスを食べ始めます。動物が快適で滑走路内でチェリオスを食べになると、実験者は、その後operantly条件動物を食品の報酬のために滑走路の長さを実行する必要があります。これは、ラットが配置されている滑走路の反対側に¼チェリオを投げることによって達成される。ラットは、このチェリオを食べると、別の¼のチェリオは、滑走路のもう一方の端に配置されます。これは、一貫してラット（トスの&gt; 90％）まで、毎日15〜20分間疾走/境界なしにチェリオを食べるために一定の速度（すなわち探索、停止、起動せず、または歩行を変更せずに）で滑走路に沿って移動を行います。ラットは小走り歩行を採用すべきである。このタスクへの動物の上に空調は&gt; 90 cm / sの走行動物の指標となるこれらの歩容を疾走し、バウンディング動物につながる可能性境界と歩容を疾走する、生体力学的に、さまざまな理由（例えば足のリードの選択基準、など）のために解釈することは困難です。我々の経験では、かつてラットは一貫して歩容を疾走するかの境界採用、それは滑走路にlocomotingつつも、小走り歩行を使用することは困難、不可能ではないです。動物の末梢または中枢神経系の損傷に苦しんでいる後に速度&gt; 90 cm / sにはめったに見られない。成功したトレーニングに到達する時間はヴァリアーですラットの系統と男女間のBLE。ウィスター、ルイス、のLong - Evans、およびSprague - Dawleyラットの系統は一貫して訓練8の発症から2週以内の滑走路を横断することができます。我々の経験では、フィッシャー（F - 344）ラットは、このタスク8を学ぶために4-6週間の上向きを取る傾向がある。 4。マーキング関節位置前肢運動学的分析は、原因で腰を落とした姿勢9持っているラットのような種で悪化した前肢、、で皮膚マーカーを配置することによって課される皮膚の動きのアーティファクトに信頼性が低いです。代わりに、前肢の運動は、X線映画撮影や透視10-13を使用して達成されなければならない。このように、後肢関節位置のマーカーの配置は、ここに記載されている。 データ収集の前に、各ラットは、適切な吸入麻酔薬（例えばイソフルラン、1.5〜2％が精密vaporizo​​rにダイヤル）とフェイスマスクを介して酸素を投与、およびキー地形解剖学を用いたデータ収集の前に少なくとも24時間麻酔でなければなりませんランドマークは、マークされている必要があります。手順の簡潔さを与え、および長時間作用型麻酔薬が使用されていないので、動物の加温装置の使用は、動物の体温を維持するために使用する必要はありません。動物の麻酔になると、腸骨稜のレベルに後肢と背は、坊主です。動物は、胸骨の横臥位に配置され、その後肢はそれをサポートするために会社発泡スチロールの梱包を使用しておおよその立ち位置に配置されます。腸骨稜の頭蓋-ほとんどの部分を覆う皮膚は、大腿骨の大転子、外側脛骨粗面、足根関節、および第 5中足骨の遠位及び外側面は、非毒性の永久的なマーカーでマークされます。動物が麻酔から回収される。時間的な研究のために、定期的な麻酔は、それによってその後の反射マーカーの配置を可能に後肢（下記参照）を剃るために必要となる場合があります。また、以前にマークされた解剖学的ランドマーク（同じ非毒性のマーカーを使用して）の毎日のハイライトは徐々に自然な毛づくろい行動を通じてマーカーが削除されるラットのような必要となります。 5。データの記録すべてのカメラビューは、その位置が適切とビューの同じフィールドをキャプチャしているかどうか確認されます。各カメラは、互いに約60〜80度の角度で配置する必要があります。ビューのフィールドには、中央にforceplate二歩をキャプチャするために十分な滑走路の長さを含める必要があります。 キャリブレーションのボリュームは、滑走路の所定の領域内に配置される。 、カメラの各々から、滑走路内でのキャリブレーションボリュームの単一フレームキャプチャされます。極のそれぞれの長さに沿ってすべてのキャリブレーションマークがデジタル化されています。一度だけデジタル化で十分なエラーは、運動データを収集するために進んで実験者が、できます達成されます。このキャリブレーションのステップは、前のデータを収集するために重要です。キャリブレーションが正確に行われていない場合、またはキャリブレーション前のレコーディングセッションにすぐに発生しない場合、すべての結果のデータは不正確と使用できなくなります。重要なのは、カメラのいずれかが触れたり、移動している場合、そのシステムのキャリブレーションを繰り返す必要があると仮定するのが最も安全です。 滑走路に動物を配置する直前に、その重量が記録され、事前に作られた円錐形の反射皮膚マーカーは（3M反射テープを使用して、テーブルを参照してください）​​後肢地形ランドで行われたあらかじめ定められたフェルトマークに接着されている。保管したいが、グループ間の比較を行うために場合の重要な側面 - 動物の体重を記録することが体重に床反力の回顧正規化を許可します。また、体重の測定は、実験の期間中、動物の全体的な健康状態のモニタリングを容易にします。マーカーの配置は、適切な動物の取り扱いを必要とし、動物の麻酔を必要としません。反射テープの接着剤は、動物の皮膚に付着するのに十分でない場合は、非毒性接着剤（例：3M VetBondの組織接着剤）の非常に少量の動物の体上のマーカーの付着を促進するために使用することができます。マーカーが後肢に配置されると、実験者は、コンピュータのキーボードの近くで快適に位置し、手にViconのMotusシステムを介して接続されているイベントのマーカーを持っている必要があります。テンプレートとしてキャリブレーションファイルを使用して、いくつかのファイルは、録音の前に作られています。通常は25〜30のファイルは保存する必要があります。各ファイルは、一意に名前を付ける必要があります。各ファイルは1つが記録されている動物の実行記録表します。ファイル数：30〜25は、選択基準の速度（すなわち、60〜90センチメートル/ s）を満たすランの十分な数が収集されていることを確認する必要があります。ファイルの十分な数が作成された後、実験には、データの収集を開始できます。 Experimenterは滑走路の両端に​​チェリオスの¼の部分をスローすることにより、滑走路内にシャトルにラットを促す必要があります。入念な調整とタイミングで、イベントマーカーは開始時にトリガされ、成功した滑走路に沿ってパスを完了したラットの完了直前に。トレース原油床反力を調べた後、左または右の手足がフォースプレートを打つかどうかを記録した後、ファイルが保存され、閉じられます。左右の肢のforceplateヒットの等しい番号が記録されることが望ましい。ランの十分な数字が記録されるまで、特定の実行からのデータを記録するプロセスが繰り返されます。 6。データ解析運動と床反力のデータ収集を完了すると、すべての動物からそれぞれの実行速度について評価する必要があります。つの比較的固定されたマーカー（iliumsの例：翼）を使用して1つのマーカー（ViconのMotusファイルのテンプレートを作成するときに前に行われる）の間に仮想的なポイントを評価することができます。この&quot;仮想&quot;の点の速度を計算する前に、腸骨マーカーのマーカーは、デジタル化されている必要があります。 Viconのmotusソフトウェアを使用して、この仮想的なポイントX -方向に（移動の水平方向）の速度が計算されます。そうすることで、唯一の最終的な分析で使用されている（ 事前に決定される）特定の範囲の速度内で実行されます。我々60〜90 cm / sの間を移動する動物は、一貫性のある速歩歩容を使用していることがわかります。 10回（左肢がフォースプラットフォームと右の手足がフォースプラットフォームとの接触をする5ランとの接触をする5ラン）の最小値が必要です。許容実行は各動物のために識別されたら、残りの皮膚マーカーのデジタル化を完了する必要があります。 以前に記載されているように、、膝の皮膚の動きによるアーチファクトを補正するために、膝の位置の推定は、三角測量（または2の球の間の交差点の3D運動学二つの円2D運動学の交点）を使用して計算されます。股関節、膝、そしてホックの関節角度、速度、および加速度を今決定することができます。その精度が採用されているカメラのサンプリング速度に基づいて制限されてもスタンスとスイングの時間も、評価することができます。これらおよび他の計算は、ViconのMotus KineCalcソフトウェアを使用して（エクスポートをせずに）直接実行することができます、またはデータをASCIIデータとしてエクスポートし、MATLABなどのソフトウェアでカスタマイズ可能なルーチンを使用して分析することができます。 床反力データを測定し、AMTI力のプラットフォームで増幅し、ViconのMotus、1200 Hzで収集されます。このような、一度床反力のデータが収集されるように、適切なデジタルフィルタは、ViconのMotusを使用してデータに適用されます。実験者は、既に適切な皮膚マーカー、運動学的データとして同時に収集された床反力データは、他のいくつかのカスタマイズ可能なソフトウェアを使用して直接、または間接的にViconのMotus KineCalcを使用して分析することができますdigitizing後travel、識別された許容実行の速度を決定したことを考えるルーチン。力のためのさまざまな変数は、3つの直交方向のそれぞれにおいて、計算することができます。このような変数が重要なのはピーク力、面積ウント曲線（すなわちインパルス）、等を含んで、しかし、実験者は別々のそれぞれの動物の実行ごとに左右の肢のデータを保持する必要があります。右または左の手足から抽出されたデータは、各動物についての平均値とその動物のための代表的なデータとして使用されます。データは、適切な統計学的手法を用いて分析される。 7。代表的な結果運動分析のこの形式のユーティリティを表現するために、運動学および床反力は、若い、中年、そして老人雌Wistarラットについて測定した。この分析から、年齢関連の違いは、雌のWistarラットのために発見された。特に、地面反力の解析では、高齢者のラットは前肢制動能力が低下していることを示していると動物の他のグループ（図1）に比べて横方向の安定化のためのより多くの彼らの後肢を使用する傾向があります。運動学が容易にラットのほぼすべての年齢（図2）から記録することができることを示しているものの運動学的解析は、各グループ間の任意の統計的な差異を明らかにしなかった。 <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig1tmb.jpg" alt="図1" /> 図1床反力は、若いの左の手足から採取したトレース。（24ヶ月歳であり、n = 5）、及び高齢者（4か月古い; N = 7）、中年（n = 7の13から14ヶ月齢）雌のWistarラット。右手足が類似していた。それは高齢者のラットは若いと中年ラットに比べてブレーキ（* = p &lt;0.05）がために低く、その前肢を使用し、高齢者のラットは若いラットに比べて横方向の安定化のために彼らの後肢以上を使用する傾向があることは容易に明らかである(**).実線は平均値、破線は平均値+ SEを表して表し、破線行は、SEを意味表しています。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig1.jpg">大きな図をご覧いただくにはこちらをクリックしてください。</a> <img src="/files/ftp_upload/2138/2138fig2tmb.jpg" alt="図2" /> 図2若年、中年、そして老年ラットの左肢のためのキネマティックスティック数字。スティックの数字は、グループのそれぞれについて、左肢の平均値の動きを表しています。ステップサイクルの中で関節角のための動物の群間に有意差はなかった。 <a href="http://www.jove.com/files/ftp_upload/2138/2138fig2.jpg">大きな図をご覧いただくにはこちらをクリックしてください。</a>

利害の衝突は宣言されません。

本論文は、連続的な定量的な運動と床反力の測定を使用して運動を評価するための方法論を提供します。この方法論に着手するに興味を持つ人にとって重要な運動のバイオメカニクス、動物の感覚の挙動、およびデータの管理や操作に強力なバックグラウンドです。運動学と地面反力の測定は、自発運動の解析（例えば、エンドポイント対策、順序評価尺度）のいくつかの他の形態と比較して、追加の時間と専門知識を必要とするものの、得られたデータは、整形外科14から22と神経学のさまざまな敏感な、客観的かつ定量的です。種の様々な疾患の1-3、23〜32モデル、。 私たちは、シンプルで低感度指標を用いて収集されることができなかった菌株をマッチさせたラットの情報の様々な年齢層の間に運動の違いを記述するデータを提供している。さらに、運動の運動学と動力学的解析、評価の他の形態が不成功となる神経系の様々な条件での運動の変化を記述するために使用されています。潜在的なtherapeutantsを評価する際に敏感な措置の8、23-25、27の使用が特に重要になる病気の様々なモデルのため。テストは、潜在的なtherapeutantの影響を識別するのに十分な感度ではない場合実験者は、タイプ- II統計的な誤差（すなわち結び、実際に効果があった場合の治療のは効果がない）コミットのリスクを実行します。さらに、エンドポイント対策と運動を評価し、より主観的なテストがあるため、バイアスの可能性が存在する。運動学的および動力学的評価は、適切な包含/除外基準は先験的に作られて提供され、その中の純粋に客観的であり、実験者は、単に収集し、検査し、データ（すなわちデータの決定には主観的なコンポーネントが存在しない）ために適切な統計値を適用します。 運動学的および動力学的分析は、また種の多数に使用する能力を与える。実際には、運動学、床反力の測定、またはその両方がそのような象の33から35、牛36、馬37から40、犬4、41から45、猫21、46から49まで 、様々な種のさまざまな用途に使用されているげっ歯類3、8、50、51、鳥4、52から55、そして魚56、57（このリストは網羅されるものではない）。筆者の経験では、しかし、マウスの使用は、マウスが滑走路に沿って移動するoperantly条件に容易ではないことを考えると問題があります。滑走路をたどったときに、与えられた、マウスは、比較的一定の速度で移動し、代わりにスピードアップ、スローダウンしません。床反力測定のための実験装置は、トレッドミルの使用状況に合わせて変更されることになっていた場合、この動作はおそらく、部分的には、トレッドミルとビデオテーピングトレッドミル上の動物locomotingを。58上にマウスを実行することによって克服することができる、床反力の測定はでしょうトレッドミルのベルトは、船首船尾とメディオ - 横力の測定を妨げるとして可能性が高いだけ垂直床反力のために容易に得ること。 完全に、運動の運動学と動力学的解析は、整形外科と神経学的条件の様々なモデルのために用いることのできる、信頼性の敏感な、と客観的な方法です。さらに、機器のすべては、このように感覚運動行動分析のこのフォームを実行しないため、関連する理由を否定し、げっ歯類で使用するために利用できるとなっています。

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		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Low load miniature force platform</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>AMTI</td>
<td>HE6X6</td>
<td>http://amti.biz/PDFDownloads/0908HE6x6.pdf</td>
</tr>
<tr>
<td>Vicon Motus</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Vicon</td>
<td>Vicon Motus software</td>
<td>http://www.vicon.com/applications/animal.html 

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

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

動作は、その最も広い定義では、生理学的プロセスの運動徴候として定義することができます。このように、すべての動作は、モーターのシステムを介して現れる。神経科学と整形外科の分野では、運動は疾患モデルの様々な一般的に評価された動作です。例えば、神経系への外傷性損傷後の運動回復は1-3最も一般的に評価行動の一つです。運動は、エンドポイントの測定（自発運動タスクの完了にかかった例：時間、など）、半定量的運動学的対策（例：序評価尺度（例えばバッソビーティーとブレスナハンの運動（BBB）評価スケールなど））とサロゲートのさまざまな方法を使って評価することができますが行動の措置（例えば、筋力、神経伝導速度、など）、唯一の動力学（力の測定値）と運動学は、（スペースで身 ​​体セグメントの測定値）動物が1を動き回ることができるとなることで戦略の詳細な説明を提供しています。 locomotingげっ歯類のではないが、新たな運動学および動力学的測定がより容易にアクセスできるため、この目的のために設計された市販の機器の可用性になります。重要なのは、しかし、実験者は、生体力学的分析の理論と非常に精通していると、比較的労働集約的な研究となるものに着手する前に分析のこれらの形態の利点と限界を理解する必要があります。本論文では、市販の機器を用いて運動学と地面反力のデータを収集する方法を記述することを目的とする。機器の詳細や装置のセットアップ、許容可能な実行の動物、包含と除外基準の事前トレーニング、およびデータを収集するための方法が説明されています。我々は、ひずみを一致させた若い成人、中年、そして老人ラットの運動学と動力学を記述することにより、この行動分析の手法の有用性を示しています。

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

運動は、多くの場合、神経科学、整形外科などの分野における疾患の様々なモデルの行動の結果として検査される。このビデオのホワイトペーパーでは、気ままな歩行時のラットから床反力と運動学を収集する方法を説明する予定です。

キネマティクスと床反力の測定：ヤングアダルト、中年、そして老年ラットの運動能力を定量化するデモンストレーション

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 ビュー.  Riverview, NB. 運動は、多くの場合、神経科学、整形外科などの分野における疾患の様々なモデルの行動の結果として検査される。このビデオのホワイトペーパーでは、気ままな歩行時のラットから床反力と運動学を収集する方法を説明する予定です。

ビデオ: 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.

成人海馬ホッキョクジリス神経幹細胞の増殖と分化

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

神経科学

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.

3Dイメージングと形態素解析のための成体マウスの脳血管キャスティング

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.

糖尿病ラットの熱侵害受容閾値の迅速定量

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.

ガスクロマトグラフィーによるオペラントエタノール自己投与とエタノール判別中エタノールのマイクロダイアリシス

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.

腰椎運動ニューロンおよび成体マウスでそのモーターユニットによる力の同時細胞内記録<emインビボ&gt;</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;

における自発運動量の測定<em&gt;キイロショウジョウバエ</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.

免疫組織化学準備 ImageJ を用いた組織の顕微鏡写真からミクログリアの形態の定量化

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.

主マウス中脳ニューロンにおける自発的Ca2+ フラックスとその下流効果の定量化

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.

外傷性脳損傷後の成人ラットの空間ワーキングメモリ評価のための測定基準試験

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.