Name: automated gait analysis to assess functional recovery in rodents with peripheral nerve or spinal cord contusion injury
Uploaded: 2020-10-06T15:00:00
Duration: 6 min 31 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury at JoVE.com

著者らは、カリン・ブレナーが動物に対する情熱的な世話をしてくれたことに感謝したいと考えています。著者らはまた、クラウディア・ケイブル、ジェームズ・ファーガソン、ガブリエレ・レインフェルナー、スザンヌ・ドレケスラーの実験手術中の支援に感謝したいと考えています。

著者らは、この作品は、オープンアクセス出版料金のカバレッジによってNoldus Inc.によってサポートされたと宣言しています。著者の誰も個人的な給料や金銭的な感謝の種類を受け取っていませんでした。著者は、宣言する他の競合する利益を持っていません。

PNIおよびSCIの動物モデルにおける機能回復の評価は、個々の長所と短所を持つ多種多様な評価方法のために依然として困難である。周辺および中枢神経損傷の複数のモデルでテストされ、検証されたアプローチはごくわずかですが、モーショントラッキングと機械学習を組み合わせた有望な新しい技術は、神経行動研究を次のレベルの機能テストに推進する可能性があります。私たちは、多種多様な動物や傷害モデルに広く適用される最先端の方法がすぐに出現すると確信しています。これらの考慮事項に照らして、AGAの利点の1つは、1つのデバイスのみを使用して神経損傷の複数のモデルにおける機能的回復を評価する可能性である。このアプローチは2000年代初頭から、坐骨神経37、腹膜38、大腿神経損傷モデル22、ならびに腰椎39および腕神経叢40の両方の根型の外因後のPNIの実験モデルにおいて使用されてきた。脊髄損傷を含む様々な中枢神経損傷も、方法41,42で研究されている。本稿では、一般的に研究されている3つの神経損傷を誘発する方法と、その後の機能回復を評価する方法に関する詳細なプロトコルを発表した。私たちの意見では、この方法の有利な機能を最適に利用する方法について、実験的な神経損傷、修復、再生の分野に興味を持つ研究者のための実践的なガイドラインが大きな助けになるでしょう。
いくつかの著者は、げっ歯類の機能的回復を評価するAGAの可能性に対処し、同時に運動と感覚リナーブ27、28に関連する歩行パラメータを評価する方法の利点を強調している。さらに、実験足からのデータの比較、例えば、提示された両方のモデルで示されたように、未操作の足に神経損傷を再構築し、動物内陽性対照を含めることを可能にする。逆に、外科的再建または追加の治療を伴わない手術足は、動物内陰性対照として機能する可能性がある。また、機械学習アプローチ43とAGAを組み合わせることが可能であることを示した。この方法の利点にもかかわらず、それはまた、取得手順28、44に動物を慣れさせる必須である時間のかかる訓練努力などのいくつかの制限と欠点を有する。AGAのもう一つの制限は、装置の限られた寸法による試験対象動物の最大サイズである。したがって、AGAの使用は現在、げっ歯類およびフェレット45の大きさの動物に限定されている。さらに、最近、機械学習が可能なモーショントラッキングの分野における新たな神経行動評価アプローチは、包括的性と可能なアプリケーション18、19、46の両方でAGAを上回る可能性がある。特筆すべきはありますが、他の評価方法に従って、AGAによって評価される機能回復は、坐骨神経症47,48のモデルにおいて、たとえ起こっているとしても、強く制限されているようです。一方、AGAは、我々のデータに示されるように、大腿神経神経緊張症に続く機能回復の経過の包括的な評価を可能にする。この研究により、Pawプリントエリアは、AGAを介して評価可能な代表的な歩行パラメータであり、前述の2つの末梢神経損傷モデルにおける機能的回復の過程で例示的であることを実証した。機能的回復性の高い部分は、大腿神経の自己移植片修復後に観察可能であったが、AGAパラメータは、坐骨神経の自己移植片修復後の観察期間の終わりにベースラインから依然として有意に変化した。この文脈では、四肢拘縮は坐骨神経損傷を有するラットでは一般的な現象であり、筋肉の不均衡および麻痺の兆候を進行機能回復32と混同しないように注意が必要であるということは注目に値する。これは一方では、このモデルにおける神経障害後の有意な機能的回復を検出できないことをAGA法に強調する。一方、神経損傷がアキソノトメシス48よりも重篤な場合に一般に歩行解析を行うことによって、最も一般的に使用されている実験神経修復モデルであるラットの坐骨神経損傷モデルを評価することが可能かどうかという疑問が生じた。トラブルシューティングの詳細については、補足ファイル 1 を参照してください。
また、脊髄損傷を有するラットにおける運動機能を評価する方法の使用に関する例示的なデータを提供した。同じ原理は、中枢神経損傷(CNI)26、49、50および根の外傷の他のげっ歯類モデルに適用されます。孤立したPNIとは対照的に、脊髄の傷害は、コルチコ脊髄およびルーブロ脊柱などのエフェレント経路および後部柱およびスピノタラン血道35のような発泡性経路を含む、非常に重要な構造の多数が損傷を受けるため、病態生理学的結果においてはるかに複雑である。これらの病理学的変化を適切に評価する課題は、バッソ、ビーティ、ブレスナハン(BBB)スコア36などの行動検査の包括的な軍備に反映される。歩行パラメータのベースオブサポートは、中枢神経損傷後に増加することが報告されています, おそらく結果として安定した歩行を説明します.サポートの基盤は、我々のモデルのWPO10からWPO14までのベースラインから大幅に変更され、このパラメータは胸部脊髄損傷後のAGAによる機能的回復の経過の評価を可能にするという我々の仮定を支持した。
我々は、AGAが神経系の損傷を伴うげっ歯類の機能的回復を評価するための実行可能なツールであると確信している。それにもかかわらず、それぞれの実験セットアップにおいて、歩行の変化が注意深く、徹底的に反映することを勧める。歩行パラメータの変化、例えば、即時術後の減少に続く印刷領域の増加、またはこのパラメータの即時術後上昇を進めるスイング時間の減少は、観察期間の過程で必然的に機能的回復に関連しない。代わりに、これらの変化は、ラットが獲物種であることを考えると、目立たない足取りを維持するために可能な機能的適応に関連し、潜在的な捕食者51に痛みや障害を示すことを避けようとする。したがって、末梢神経損傷および再生21の他の結果尺度に歩行の変化を関連付ける補完的なツールとして、自動歩行分析を使用することが推奨される。前述のように、我々の発見は、この場合の機能的回復が著しく制限されていることを強く示しているので、坐骨神経神経障害を有するげっ歯類をAGAによって調査する必要がある場合は、慎重に反映されるべきであると考えています。
私たちの仕事に示すように、AGAの主な資産は、1つのセットアップを必要としながら、実験的なPNIモデルだけでなく、CNIの多数のモータと感覚の再インナーブの両方を研究する可能性です。したがって、この方法は、我々の意見では、包括的な神経行動検査のための非常に貴重なツールである。AGAの資産の1つは、PNIとCNIの様々な動物モデルで運動と感覚の再インナーブを研究する可能性があり、1つのセットアップしか必要としないが、歩行トラック分析52、フォン・フレイ試験53、または歩行運動学16のような機能的回復を研究する他の評価方法と比較して、この方法の主な利点である。再インナートマッスル22 の電気生理学的調査の結果または官能機能54 の評価方法と相関する歩行の変化を同時に評価する可能性は、この方法の将来の応用に関して有望である。したがって、AGAを使用して、尺骨、放射状、中枢神経、または実験的神経移動モデル55などの前肢PNIのげっ歯類モデルの機能的回復を調査することをお勧めします。
ここでは、神経損傷の3つのげっ歯類モデルの機能回復を研究するために、自動歩行分析を使用する方法に関する詳細なプロトコルを提供します。この方法では、十分なトレーニングや細心の注意を払ったハードおよびソフトウェアのキャリブレーションなど、さまざまな重要な側面を慎重に検討する必要がありますが、中枢神経損傷および末梢神経損傷のげっ歯類モデルにおける神経再生を評価することは、実現可能で貴重な補完的なツールです。

末梢および中枢神経系の傷害はげっ歯類でしばしば研究され、神経損傷、修復、または神経保護の経過に関する多量の比較データをもたらし、さらに二次的傷害および再生1、2、3に対抗する。げっ歯類モデルにおける実験的治療戦略の結果は、X線マイクロトモグラフィー(μCT)スキャンなどの組織学、免疫組織化学、電気生理学、イメージング技術などの様々な技術によって評価することができるが、治療の成功を決定する最も重要な基準は、ヒト患者と同様に、機能的回復の程度4、5である。げっ歯類のlocomotorの性能を調査する最初の研究は、1940年代6、7、8にさかのぼります。ラットとマウスは、次の数十年9、10、11で彼らの運動行動を調査する多量の研究を受けた。今日では、インクと紙12、13、足首と歩行運動学15、16、17の歩行トラック分析から機械学習の強化された方法に至るまで、末梢神経および中央神経損傷のげっ歯類モデルの評価技術の広い範囲が存在し、歩行、四肢、関節軌道の複雑な推定を可能にする機械学習の強化された方法まで18、19。
コンピュータ化された自動歩行分析(AGA)は、周辺および中枢神経損傷およびそのような傷害の潜在的な実験的治療に続く運動機能を評価するために使用される。装置は主にガラスの歩道およびそれらによって超過された圧力と相関してげっ歯類の足の版を照らす光源から成っている。このデータは、静的および動的パラメータの広範な配列を計算するためにコンピュータ化されます。Deumensによれば、これらのパラメータは、一般的なパラメータのカテゴリにさらに細分化することができ、疼痛関連パラメータならびに歩行20の配位関連パラメータ(表1))。歩行挙動の変化を検出するAGAの実現可能性は、周縁神経損傷(PNI)21の様々な動物モデルにおいて証明されているが、例えば坐骨神経20、大腿神経22、および中央神経23、24。また、中枢神経損傷を有するラットの運動機能を評価するために日常的に使用される、例えば、脳卒中25または脊髄失調26。このメソッドの進歩は、膨大な量の比較可能なデータと、gait27に関連する多数のパラメータを記録する可能性にあります。本論文はPNIおよび脊髄損傷(SCI)の動物モデルに関心を持つ研究者に、そのようなモデルにおける運動機能を評価するための詳細かつ実践的なガイドラインを提供することを目的としている。
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>カテゴリ</td>
			<td>パラメーター</td>
			<td colspan="2">説明</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">歩行の一般的なパラメータ</td>
			<td>印刷範囲 (距離単位)</td>
			<td colspan="2">足のプリントの領域</td>
		</tr>
<tr>
<td>印刷長さ(距離単位)</td>
			<td colspan="2">足のプリントの長さ</td>
		</tr>
<tr>
<td>支える基地 (BoS) (距離単位)</td>
			<td colspan="2">2 つの後ろ足または前足の間の距離</td>
		</tr>
<tr>
<td>ストライド長さ(距離単位)</td>
			<td colspan="2">足の2つの連続した配置間の距離</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">足の痛み関連パラメータ</td>
			<td>スイングタイム(複数可)</td>
			<td colspan="2">スイングフェーズの持続時間</td>
		</tr>
<tr>
<td>スタンドタイム(複数可)</td>
			<td colspan="2">スタンスフェーズの期間</td>
		</tr>
<tr>
<td>平均足の印刷強度(任意単位)</td>
			<td colspan="2">スタンスフェーズ中の足の印刷物の平均iIntensity</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">歩行の調整関連パラメータ</td>
			<td>通常のステップ シーケンス パターン(NSSP)</td>
			<td colspan="2">ステップサイクル中の足の配置の特定のシーケンス</td>
		</tr>
<tr>
<td>位相分散 (%)</td>
			<td colspan="2">2つの特定の足のステップサイクル間の時間的な違い</td>
		</tr>
<tr>
<td>規則性指数 (RI) (%)</td>
			<td colspan="2">完璧なNSSP時間4を1ステップサイクル中の足の配置の総数で割って、四肢間の協調を定量化</td>
		</tr>
</tbody></table>表1:自動歩行解析で評価可能な歩行のパラメータ。 パラメータが分類されるカテゴリは、Deumensら20に従って選択されます。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.9% Saline</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>3570410</td>
			<td>Vehicle for drug delivery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>9161708V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4606728 V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1-Propanol, 2-Propanol, Hexetidin</td>
			<td>Gebro Pharma</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Alcoholic skin disinfection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>23-gauge (G) canula</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4657667</td>
			<td>Canula for s.c. injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>26-gauge (G) canula</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4657683</td>
			<td>Canula for s.c. injection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 ml syringe</td>
			<td>B. Braun Austria</td>
			<td>4606710 V</td>
			<td>Injecting device</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Buprenorphine hydrochloride</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>B9275</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Burrs for Micro Drill</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>19007-29</td>
			<td>Drilling of a hole inside the lamina</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caprofen</td>
			<td>Zoetis Austria</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Catwalk Automated gait analysis system</td>
			<td>Noldus</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Automatic analysis software of animal gait</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cauterizer Kit</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>18010-00</td>
			<td>Cauterization of vessels during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Enrofloxacin</td>
			<td>Bayer Austria</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Antibiotic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethilon (10-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>2810G</td>
			<td>Suture material for neurrorhaphy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethilon (11-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>EH7465G</td>
			<td>Suture material for neurrorhaphy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye ointment</td>
			<td>Fresenius Kabi Austria</td>
			<td>4302436</td>
			<td>Eye protection during anesthesia</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Friedman-Pearson Rongeurs</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>16221-14</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gabapentin</td>
			<td>Wedgewood Pharmacy</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Analgetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Goldstein retractor</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>17003-03</td>
			<td>Retraction of tissues during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hair trimmer</td>
			<td>Aescular</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Hair trimmer for shaving of the operation site prior to surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Pad for rodents</td>
			<td>ALA Scientific Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Regulation of body temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Impactor</td>
			<td>Precision Systems and Instrumentation</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Induction of spinal cord contusion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lewis rat (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61852/61852equ01.jpg" />)</td>
			<td>Janvier</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Experimental animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnetic Fixator Retraction System</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>18200-50</td>
			<td>Retraction of tissues during surgery</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Metzenbaum Baby Scissors</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>14019-13</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Drill</td>
			<td>Word Precision Instruments</td>
			<td>503599</td>
			<td>Instrument for bone drilling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro Needle holder</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>12076-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-scissors (curved)</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15023-10</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro-scissors (straight)</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>15007-08</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mirror Finish Forceps</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>11251-23</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needle holder</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>12002-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Operating microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>M651 MSD</td>
			<td>Magnification of the operative site</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Povidone Iod</td>
			<td>B. Braun Melsungen</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Non-alcoholic skin disinfectant</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulse Oximeter</td>
			<td>STARR Life Sciences</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Surveillance of heart rate and oxygen saturation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rodent thermometer</td>
			<td>BIOSEB</td>
			<td>BIO-TK8851</td>
			<td>Surveillance of body temperature</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel blade</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10010-00 (#10)</td>
			<td>Surgical instrument to make an incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpel handle</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10003-12 (#3)</td>
			<td>Surgical instrument to make an incision</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sevoflurane Inhalation Vapour, Liquid (100%)</td>
			<td>Baxter</td>
			<td>HDG9117A</td>
			<td>Anesthetic</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spatula &#38; Probe</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>10090-13</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague Dawley rat (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61852/61852equ01.jpg" />)</td>
			<td>Janvier</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Experimental animal</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterila gauze 5x5cm</td>
			<td>EVAC MEDICAL</td>
			<td>E010.03.00215</td>
			<td>Sterile gauze compress</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tissue Forceps</td>
			<td>F.S.T</td>
			<td>11021-12</td>
			<td>Surgical instrument</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl (4-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V3040H</td>
			<td>Suture material for subcutaneous sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl (5-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V303H</td>
			<td>Suture material for subcutaneous sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl cutting needle (4-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V392ZH</td>
			<td>Suture material for skin sutures</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vicryl cutting needle (5-0)</td>
			<td>ETHICON</td>
			<td>V391H</td>
			<td>Suture material for skin sutures</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

automated gait analysis to assess functional recovery in rodents with peripheral nerve or spinal cord contusion injury

末梢神経および中枢神経損傷は、これらの動物モデルが費用対効果が高く、多くの比較データが文献に掲載されていることを考えると、主にげっ歯類、特にラットで研究されている。これには、神経損傷および修復後の機能回復を研究するための多数の評価方法が含まれる。組織学、電気生理学、生体内の他のインビボ評価技術およびインビトロ評価技術による神経再生の評価に加えて、機能回復は神経再生の程度を決定するための最も重要な基準である。自動歩行解析により、足のプリントエリアや足のスイングスピードなどの膨大な量の歩行関連パラメータと、四肢間の調整の測定を記録できます。さらに、この方法は、神経損傷後および神経再生中にラットの足のデジタルデータを提供し、末梢および中枢神経損傷が運動行動にどのような影響を与えるかを理解する。主に使用される坐骨神経損傷モデルに加えて、大腿神経のような末梢神経損傷の他のモデルは、この方法によって研究することができる。末梢神経系の損傷に加えて、中枢神経系の病変、例えば、脊髄挫傷を評価することができる。有効かつ再現性のあるデータ評価は、データ取得前のハードおよびソフトウェア設定の細かい調整に大きく依存します。さらに、実験動物の適切な訓練は非常に重要です。この研究は、コンピュータ化された自動歩行分析を用いて、末梢神経損傷の異なる動物モデルおよび脊髄失禁損傷の機能回復を評価することを目的としている。また、この方法の限界、例えば、機能回復が限られていることによる坐骨神経神経障害を有するラットにおける神経再生の評価も強調する。したがって、このプロトコルは、げっ歯類モデルの機能的回復を評価するために末梢および中枢神経損傷に興味を持つ研究者を助けると考えられている。

12匹のラットが実験的末梢神経手術を受けた。坐骨神経切除術(図2A)は7ラットで行い、一方で大腿神経神経緊張症(図2B)は5ラットで誘発した。すべての動物において、神経欠損は自家神経移植によって再構築された。脊髄失調傷害(図2C)レベルTh11 では6匹のラットで誘発され、合計18匹のラットを生じた。
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig02.jpg"> 図2:神経再建後の手術部位坐骨神経(A)および大腿神経(B)、ならびに脊髄失禁傷害後の自己移植片による神経再建(C) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig02large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
すべての動物は手術から順調に回復し、自己突然変異の症例は起こらなかった。坐骨神経損傷群の1匹の動物は、術後観察期間中に右後足の強い拘縮を発症し、さらなるデータ分析から除外されなければならなかった。
坐骨神経障害症 坐骨神経は、大部分の後肢に筋肉および感覚的な内挿を提供するので、その切除は、運動機能の重篤な障害をもたらす。外傷後、ラットは足のかかとを体重サポートのみに使用し(図3B–E)、四肢は外転運動で移動する。したがって、AGAを介して評価された運動運動の変化は、著しく縮小されたプリント領域(図4A)によって明らかになり、スイングタイムを有意に増加させた(図4B)。両方のパラメータは、観測期間の終わりのように、プレOP測定と比較して依然として有意に変化した。注目に、1匹の動物が術後週(WPO)10から始まる右後足の強い拘縮を発症した。その結果、WPO12の左足と比較して、右後足のプリント領域が150%以上に増加しました(図5)。これは、この研究で評価された他のすべての動物と比較して極値であったため、印刷面積に関するデータ分析からこの動物を除外しました。
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig03.jpg"> 図3:右坐骨神経および自己移植片修復の重要なサイズ切除の前および後の代表的な足のプリント。術前と比較して、神経損傷後のプリント領域の印刷領域の強い減少(B)に注意してください(A)。観察期間(C–E)の間にプリント領域のわずかな増分にもかかわらず、右後肢の足のプリントはベースライン記録から顕著に変化したままでした。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig03large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig04.jpg"> 図4:坐骨神経の重篤なサイズ切除および自己移植片修復後の機能的回復の過程。印字領域比(A)とスイング時間比(B)は、坐骨神経切除直後に、術前の値から統計的に有意に変化した。印刷領域は、WPO10までベースラインと比較して大幅に減少したままでしたが、スイング時間はWPO12のプレOP値に大幅に増加しました。*: p < 0.05 プレ OP と比較して、 **: p < 0.01 プレ OP と比較して。誤差範囲は、平均値±平均値(SEM)の標準誤差を示します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig04large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig05.jpg"> 図5:坐骨神経損傷後のプリント領域の経過の箱ひげ図。1匹の動物がWPO10から始まる右後足の強い拘縮を発症したという事実によって説明されるWPO12の極値(赤い楕円)に注意してください。したがって、動物は 図4に示す統計分析から除外された。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig05large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
大腿神経神経障害 大腿神経切除は、大腿33,34の四頭筋の神経変性をもたらす。その結果、膝の延長が損なわれ、足首関節の過反射と足のかかとの連続した持ち上げが生じる。したがって、それぞれの足のプリント領域(図6B)は、手術後に大幅に減少する。左後足のプリント領域は、重量の左への補正により増加する。この現象は「実験的」と「制御」足の間の計算された比率に直接影響を与えるので、これは心に留めておいてください。再生大腿神経による四頭筋のWPO4再インナーブから始まり、これらの変化の逆転をもたらし、右後足の足のプリント領域が増加する(図7A)。大腿部の四頭筋もそれぞれの足のスイング段階で役割を果たすため、大腿部の神経損傷を有するラットではスイングタイム(図7B)が大きく延長される。プリント領域のリターンを反映して、再生大腿神経が大腿の四頭筋に達するとスイングタイムが減少する。WPO10では、歩行の両方のパラメータがベースラインに戻り、完全な機能回復を示す。
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig06.jpg"> 図6:代表的な足のプリント。代表的な足のプリントは、前に(A)と続く(B-E)右大腿神経切除と自己移植片の修復。WPO2(B)ではRHのプリント面積が強く減少し、重量負荷の増加による左後足(LH)のプリント領域の増加が見えるようになった。RH印刷領域は、LHの印刷領域の減少を伴うWPO6(C)から増加し始めました。WPO8 (D) および WPO10 (E) RH の印刷領域は、術前レベルに近い回復しました。(ハインツェルら22の許可を得て、CC BY 4.0 でライセンスを取得)<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig06large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig07.jpg"> 図7:大腿神経の7mm切除術および自己移植片修復後の機能的回復の過程。印刷領域比(A)とスイング時間比(B)のコースは、大腿神経切除直後に強い変化を明らかにしたが、値はWPO8で術前値に回復した。#: p < 0.05.誤差範囲は、SEM±平均値を示します(Heinzelら22の許可を得て、CC BY 4.0でライセンスされています)。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig07large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
脊髄損傷 歩行分析は、胸部脊髄失調損傷後に著しく変化した足のプリントを明らかにした(図8)、最も注目すべきプリント領域の減少とWPO2の後足の著しい内部回転(図8B)。注目に、足の回転はBBBの評価可能な機能としても実装され、コンピュータ化された歩行分析の適用性を強調し、もともとオープンフィールドテストで評価された歩行の変化を評価する。個々の歩行パラメータの経過に関しては、Th11 レベルでの脊髄失調は、印刷面積比(図9A)の減少とスイング時間比の増加をもたらした(図9B)。両方のパラメータは、観測期間のさらなる経過の間にベースラインレベルに向かって傾向がありましたが、観察可能な統計的に有意な変化はありませんでした。WPO2では、コーディネーション関連パラメータの規則性指数(図9C)も減少しましたが、動物間での度合いは大きく異なっていました。また、WPO16まで術前の値に向かう傾向があります。後足の支持基盤(図9D)は、デューメンによる歩行の一般的なパラメータであり、WPO10からWPO14まで統計的に有意であった顕著な増加を示した。これは、WPO16のベースラインレベルに向かって傾向があり、この時点でPre-OP値から大幅に変更されなくなりました。
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig08.jpg"> 図8:2つの後足の代表的な足のプリント。足は術前にプリントする(A)、胸部脊髄失調損傷(B-F)に続く。WPO2(B)から始まる印刷領域の減少は、足の顕著な内部回転を伴う。観測期間(C–F)の間に、プリント領域の増分は、内部回転のクリアランスと同様に観察可能である。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig08large.jpg" target="_blank">この図の大きなバージョンを表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig09.jpg"> 図9:第11レベルにおける脊髄損傷。Th 11における脊髄欠転は、印刷領域比(A)とスイングタイム(B)および規則性指数(C)の観察可能な変化をもたらしたが、これらの変化は統計的に有意ではなかった。傷害の後、後足の支持基盤はベースラインと比較して顕著な増加を示し、WPO10ではWPO14まで統計的に有意であった。*: P < 0.05 プレ OP と比較して。エラー バーは SEM ±平均 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig09large.jpg" target="_blank">値を示します。</a>
補足ファイル 1: トラブルシューティングの詳細。<a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61852/Supplementary_File_1.docx" target="_blank">このファイルをダウンロードするには、ここをクリックしてください。</a>

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Automated Gait Analysis to Assess Functional Recovery in Rodents with Peripheral Nerve or Spinal Cord Contusion Injury

自動歩行分析は、末梢神経損傷および脊髄失調損傷のげっ歯類モデルにおける機能回復を評価するための実現可能なツールである。様々な実験モデルで運動機能を評価するために1つのセットアップしか必要としませんが、動物の細心の硬とソフトウェアの調整と訓練は非常に重要です。

末梢神経または脊髄損傷を伴うげっ歯類の機能回復を評価する自動歩行分析

Peripheral and central nerve injuries are mostly studied in rodents, especially rats, given the fact that these animal models are both cost-effective and ...

自動歩行分析は、末梢神経損傷、修復、再生の機能回復登録モデルを評価するために広く使用されている方法です。この方法は、運動神経機能と感覚神経機能の両方に関連する末梢神経損傷後の歩行の変化を研究するために使用することができる。この方法に新しい研究者は、高品質のデータを取得するのが困難になる可能性があります。典型的なハードルは、適切な動物訓練と正確なハードウェアとソフトウェアのキャリブレーションです。トレーニングセッション中やテスト日に、動作テストルーム内のすべての光源をオフにし、カメラから離れたデータ取得のためにコンピュータ画面に面して、カメラに干渉しないようにします。装置が振動の任意の形態を防ぐ方法で安定した位置に取付けられていることを確認し、テストの前に少なくとも30分間、自分の家のケージで行動テストルームにラットを持って来て、訓練の最初の日に、そのトランクの下に動物を優しくつかまい、慎重に歩道の入り口に置きます。ネズミは干渉せずに廊下の開口部を探索し、動物が自発的に歩道を横切って外部の刺激や動機なしに自宅のケージに到達するまで待ちます。訓練の2日目に、動物が歩道に入り、ためらうことなく自宅のケージに戻ることに慣れるようにします。訓練の3日目に、動物がためらい、スニッフィング、または他の探索的な動きなしに均一な速度で歩道を横断することを学んだことを確認してください。4番目と5番目に、試験手順を補強するためにトレーニングを繰り返します。実験当日は、商業用ガラスクリーナーとスキージを使用して、歩道の端からすべての流体を取り除くように気をつけて歩道の上下をきれいにします。最も軽いラットと最も重いラットの両方を歩道に置き、セットアップタブから登録されたカメラを選択して、カメラゲイン、赤い天井ライト、緑色の歩道ライト、緑の強度のしきい値を調整して、解析のすべての動物に最適な足のプリント検出を確実にします。次に、[取得を開く] をクリックし、データ取得手順全体で参照として使用する空のクリーニングされた歩道のスナップショットを取得します。状態はスナップショットの待機から取得準備完了に変わります。[取得開始] をクリックします。ステータスは、取得の準備完了から実行の開始を待機する状態に変わります。カメラの準備ができたら、歩道にネズミを置き、コンピュータ画面上で動物の動きに従います。ステータスは、実行の待機から記録実行に変わります。分析の最後に、分類する試験の実験エクスプローラタブで分類をクリックし、通常の速度で取得した実行を再生して、データが分類要件に準拠しているかどうかを判断します。ソフトウェアによる足のプリントの自動分類を自動分類するには、[自動分類]をクリックします。通常のステップシーケンスパターンを正しく計算するには、分類アルゴリズムが見えない足のプリントによって混乱せず、NSSPに欠陥が生じ、NSSP計算のために反対足が見える間に検出可能な足のプリントのみが含まれていることを確認してください。データの統計分析の場合は、[実行統計の表示] をクリックして、実行統計の概要を取得します。次に、ファイルとエクスポートを選択して、実行または試用統計をスプレッドシート ソフトウェアにエクスポートします。坐骨神経損傷の後、ラットは体重サポートのために足のかかとを使用し、四肢は全面的な周筋運動で移動する。したがって、自動歩行解析によって評価された運動量変化は、印刷面積を大幅に削減し、スイング時間を大幅に増加させることで明らかになります。大腿神経切除は、大腿の四頭筋の神経変性をもたらし、膝の伸展を損ない、足首関節の伸縮を誘発し、対応するかかとを連続的に持ち上げる。術後第4週から始まり、再生大腿神経による四頭筋の再腎は、これらの変化の逆転をもたらす。太ももの四頭筋もそれぞれの足のスイング段階で役割を果たすため、大腿神経損傷を有するラットではスイング時間が大きく長くなる。歩行分析は、胸部脊髄失調後に著しく変化した足のプリントを明らかにする。胸部11レベルでの脊髄の不調はまた、印刷面積比の減少、スイング時間比の増分をもたらす。調整関連の規則性指数も術後第2週に低下し、後足の支持基盤は顕著な増加を示す。ゲート解析を自動化してげっ歯類の機能回復を評価する場合は、必ず動物を注意深く訓練し、ソフトウェアやハードウェアを調整する際には細心の注意を払ってください。自動歩行解析を用いることにより、中枢神経系および末梢神経系の損傷および再生は、中枢神経のような未研究の正式な神経モデルを含む様々なげっ歯類モデルで評価することができる。

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Transplantation of Olfactory Ensheathing Cells to Evaluate Functional Recovery after Peripheral Nerve Injury

末梢神経損傷後の機能回復を評価する嗅神経鞘細胞の移植

Olfactory ensheathing cells (OECs) are neural crest cells which allow growth and regrowth of the primary olfactory neurons. Indeed, the primary olfactory ...

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

アン<em&gt;エクスビボ</em&gt;レーザー誘起脊髄損傷モデルがリアルタイムで軸索変性のメカニズムを評価するために

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

Thy1を用いた一次体性感覚野における神経活動のイメージング-GCaMP6s トランスジェニック マウス

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

Automated Gait Analysis in Mice with Chronic Constriction Injury

絞扼性損傷マウス自動歩行分析

The von Frey test is a classical method that has been widely used to examine the sensory function of neuropathic pain animals. However, it has some ...

Activity-based Training on a Treadmill with Spinal Cord Injured Wistar Rats

脊髄とトレッドミル上のアクティビティ ベースのトレーニング負傷 Wistar ラット

Spinal cord injury (SCI) results in lasting deficits that include both mobility and a multitude of autonomic-related dysfunctions. Locomotor training (LT) ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

坐骨神経クラッシュ損傷のラットモデルにおける機能的評価のための3D運動学的解析

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

Intra-Arterial Delivery of Neural Stem Cells to the Rat and Mouse Brain: Application to Cerebral Ischemia

ラットおよびマウス脳への神経幹細胞の動脈内デリバリー:脳虚血への応用

Neural stem cell (NSC) therapy is an emerging innovative treatment for stroke, traumatic brain injury and neurodegenerative disorders. As compared to ...

Induction of Complete Transection-Type Spinal Cord Injury in Mice

マウスにおける完全なトランセクション型脊髄損傷の誘導

Spinal cord injury (SCI) largely leads to irreversible and permanent loss of function, most commonly as a result of trauma. Several treatment options, ...

Comprehensive Understanding of Inactivity-Induced Gait Alteration in Rodents

げっ歯類における不活動誘発歩行変化の包括的理解

It is well known that disuse affects neural systems and that joint motions become altered; however, which outcomes properly exhibit these characteristics ...

Establishing a Mouse Contusion Spinal Cord Injury Model Based on a Minimally Invasive Technique

低侵襲法に基づくマウス挫傷脊髄損傷モデルの確立

Using minimally invasive methods to model spinal cord injury (SCI) can minimize behavioral and histological differences between experimental animals, ...