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

저자들은 카린 브레너가 동물을 열정적으로 보살피는 것에 대해 감사를 표하고 싶습니다. 저자는 또한 클라우디아 키블, 제임스 퍼거슨, 가브리엘 린펠너, 수잔 드렉슬러에게 실험 수술 중 도움을 준 것에 대해 감사를 표하고 싶습니다.

저자는이 작품이 오픈 액세스 게시 수수료의 범위에 의해 Noldus Inc.에 의해 지원되었다고 선언합니다. 저자 중 누구도 개인 급여 나 재정적 팁의 어떤 종류를받지 못했습니다. 저자는 선언할 다른 경쟁 적 이익이 없습니다.

PNI와 SCI의 동물 모델에서 기능 적 회복에 대한 평가는 개인의 장점과 단점을 가진 다양한 평가 방법으로 인해 여전히 도전적입니다. 모션 트래킹과 머신 러닝을 결합한 유망한 새로운 기술이 잠재적으로 다음 단계의 기능 적 테스트단계로 신경 행동 연구를 추진할 수 있지만 말초 및 중추 신경 부상의 여러 모델에서 테스트 및 검증된 접근 법은 거의 없습니다. 우리는 다양한 동물 및 부상 모델에 광범위하게 적용 가능한 최첨단 방법이 곧 등장 할 것이라고 확신합니다. 이러한 고려 사항에 비추어, AGA의 장점 중 하나는 하나의 장치를 사용하여 신경 손상의 여러 모델에서 기능적 회복을 평가 할 수있는 가능성입니다. 2000년대 초반부터 이러한 접근법은 요추(39)와 상반신 신경총(40)의 루트 복수 후뿐만 아니라, 시저(37),부로날 신경 상해모델(22)과 같은 PNI의 실험 모델에서 사용되어 왔다. 척수 타박상 손상을 포함한 다양한 중추 신경 상해도41,42로연구되고 있다. 이 논문을 통해, 우리는 3개의 일반적으로 연구된 신경 상해를 유도하는 방법 뿐만 아니라 나중에 기능적 회복을 평가하는 방법에 대한 상세한 프로토콜을 제시했습니다. 우리의 의견으로는, 실험신경 상해의 분야에 관심이 있는 연구원을 위한 실습 지침, 수리 및 방법의 유리한 기능을 최적으로 사용하는 방법에 대한 재생은 큰 도움이 될 것입니다.
몇몇 저자는 설치류에서 기능적 회복을 평가하기 위하여 AGA의 잠재력을 다루었습니다, 모터 와 감각 재관제27,28와관련있는 걸음걸이 파라미터를 동시에 평가하는 방법의 이점을강조하. 또한, 실험용 발에서 얻은 데이터를 비교하는 것은, 예를 들어, 두 모델에 나타난 바와 같이 수술되지 않은 발에 대한 신경 상해를 재구성하여 동물 내 양성 제어를 포함할 수 있다. 반대로 외과 적 재건이나 추가 치료없이 수술 된 발은 동물 내 부정적인 제어 역할을 할 수 있습니다. 또한 AGA와 머신 러닝접근법(43)을결합할 수 있는 것으로 나타났다. 이 방법의 장점에도 불구하고, 또한 취득 절차(28,44)에동물을 익숙하게하는 데 필수인 시간이 많이 소요되는 훈련 노력과 같은 몇 가지 제한 및 단점이 있습니다. AGA의 또 다른 제한은 장치의 제한된 치수로 인해 테스트 대상 동물의 최대 크기입니다. 따라서, AGA의 사용은 현재 설치류와페렛(45)의크기로 동물에 국한된다. 또한, 최근 새롭게 떠오르는 신경행동평가접근법은 머신러닝이 가능한 모션 트래킹 분야에서 AGA를 능가할 수 있을 뿐만 아니라 가능한응용분야(18,19,46)를능가할 수 있다. 가장 주목할 만하지만, 다른 평가 방법에 따라, AGA에 의해 평가된 기능적 회복이 강하게 제한된 것으로 보입니다-심지어 발생하는 경우에도-시저 신경신경질(47,48)의모델에서. 한편, AGA는 당사의 데이터에 표시된 바와 같이 대퇴신경 신경전증에 따른 기능적 회복 과정을 종합적으로 평가할 수 있습니다. 이 작업을 통해 발 프린트 영역은 AGA를 통해 평가할 수 있는 대표적인 걸음걸이 매개 변수임을 입증했으며, 이는 앞서 언급한 두 가지 말초 신경 부상 모델에서 기능적 회복 과정을 예로 들 수 있습니다. 기능적 회복 광고 인테그럼은 대퇴신경의 자동 이식 수리 후 관찰할 수 있었지만, AGA 파라미터는 여전히 관측 기간이 끝날 때 기준선에서 크게 변경되어 주신경의 자동 이식 수리를 받았다. 사지 수축이 상골 신경 상해를 가진 쥐에 있는 일반적인 현상이고 주의가 진행 기능적인 복구와 근육 불균형 및 마비의 이 표시를 혼동하지 않는 것이 필요하다는 것을 이 맥락에서 주목할 만하다32. 이것은 한편으로는 이 모형에 있는 신경mesis 상해 다음 중요한 기능 복구를 검출하는 AGA 방법의 무능력을 강조합니다. 한편, 신경손상이축소(48)보다더 심한 경우 일반적으로 걸음걸이 분석을 통해 가장 일반적으로 사용되는 실험신경 수리 모델인 쥐의 상시 신경 손상 모델을 평가하는 것이 가능한지 의문이 제기된다. 문제 해결 세부 사항은 보충 파일 1에서 제공됩니다.
또한 척수 손상이 있는 쥐의 운동 기능을 평가하는 방법의 사용에 대한 예시적인 데이터를 제공했으며, 이는 하드웨어 설정 또는 획득 절차의 필요한 변경 없이 가능합니다. 중추 신손상(CNI)26,49,50 및근색 손상의 다른 설치류 모델에도 동일한 원칙이 적용됩니다. 고립 된 PNI와는 달리, 척수의 부상은 매우 중요한 구조의 무리가 손상되기 때문에, 코르티코 피탈 과 루브로스피나 질환 및 등쪽 기둥 및 스피노 할라믹 지역(35)과같은 포운트 경로를 포함하는 매우 중요한 구조의 다수 손상으로, 그들의 병리학적 결과에 훨씬 더 복잡하다. 이러한 병리학적 변화를 적절히 평가하는 과제는 바소, 비티 및 브레스나한(BBB)과 같은 행동 테스트의 포괄적인 무장관리(36)에반영됩니다. 지원의 걸음걸이 매개 변수 기지는 중추 신경 부상 다음 증가 보고 되었습니다., 대부분 결과 불안정한 걸음걸이를 고려. 지원의 기지는 크게 우리의 모델에서 WPO10에서 WPO14로 기준선에서 변경되었으며,이 매개 변수는 흉부 척수 타박상 부상에 따른 AGA의 기능 적 회복 과정을 평가 할 수 있다는 우리의 가정을 뒷받침합니다.
우리는 AGA가 신경계의 부상으로 설치류의 기능적 회복을 평가하는 실행 가능한 도구라고 확신합니다. 그럼에도 불구 하 고, 우리는 각 실험 설정에서 신중 하 고 철저 하 게 걸음걸이의 관찰 된 변화를 반영 하는 것이 좋습니다. 예를 들어, 즉각적인 수술 후 감소 또는 스윙 타임의 감소에 따른 인쇄 영역의 증가는 관찰 기간 동안 기능적 회복과 관련이 없습니다. 대신 이러한 변화는 쥐가 먹이 종이며 잠재적 인 육식 동물(51)에통증이나 장애를 보여주는 것을 피하기 위해 노력한다는 점을 감안할 때 눈에 띄지 않는 걸음걸이를 유지하기 위한 가능한 기능적 적응과 관련이있을 수 있습니다. 따라서, 말초 신경 손상 및 재생21의다른 결과 측정에 걸음걸이의 변화를 관련시키기 위하여 보완적인 공구로 자동화된 걸음걸이 분석을 사용하는 것이 좋습니다. 앞서 언급했듯이, 우리는 또한 Sciatic 신경 질증을 가진 설치류가 AGA를 통해 조사되어야 하는 경우에 신중하게 반영되어야 한다고 믿습니다 우리의 발견은 기능적 회복이 이 경우에 심각하게 제한된다는 것을 강하게 나타냅니다.
우리의 작품에서 와 같이, AGA의 주요 자산은 하나의 설정을 필요로하는 동안 실험 PNI 모델뿐만 아니라 CNI의 무리에서 모터와 감각 재관제 모두를 연구 할 수있는 가능성입니다. 따라서, 방법은, 우리의 의견으로는, 포괄적인 신경 행동 시험을 위한 매우 귀중한 공구입니다. 단 하나의 설정만 요구하면서 PNI와 CNI의 다양한 동물 모델에서 모터와 감각 재관제를 연구할 수 있는 AGA의 자산 중 하나는 보행 트랙 분석52,폰 프레이 테스트53또는 걸음걸이 운동학16과같은 기능적 회복을 연구하기 위한 다른 평가 방법에 비해 이 방법의 주요 이점입니다. 재인드근(22)의 전기생리학적 조사 결과 또는감각기능(54)에 대한 평가방법의 결과와 상관관계가 있는 걸음걸이의 변화를 동시에 평가할 수 있는 잠재력은 향후 방법의 적용과 관련하여 유망하다. 따라서 AGA를 사용하여 척골, 방사형 또는 중앙신경, 또는 실험신경 전달모델(55)과같은 앞다리 PNI의 설치류 모델에서 기능적 회복을 조사하는 것이 좋습니다.
당사는 이를 통해 신경 상해의 설치류 모델 3개에서 기능적 회복을 연구하기 위해 자동 걸음걸이 분석을 사용하는 방법에 대한 상세한 프로토콜을 제공합니다. 이 방법은 적절한 훈련과 세심한 하드 및 소프트웨어 교정과 같은 다양한 주요 측면을 신중하게 고려해야하지만 중앙 및 말초 신경 손상의 설치류 모델에서 신경 재생을 평가하는 것이 가능하고 가치있는 보완 도구입니다.

주변 및 중추 신경계의 부상은 종종 설치류에서 연구되며, 신경 상해, 수리 또는 신경 보호 과정에 관한 많은 양의 비교 데이터를 초래하여 추가 이차 부상 및 재생1,2,3을중화합니다. 설치류 모델에서의 실험적 치료 전략의 결과는 조직학, 면역 조직화학, 전기생리학 및 X선 미세토포그래피(μCT)와 같은 이미징 기술과 같은 다양한 기술에 의해 평가될 수 있지만, 치료의 성공을 결정하는 가장 중요한 기준은 인간 환자에서 기능적 회복4,5의정도와 같다. 설치류의 운동 성능을 조사하는 첫 번째 연구는 1940 년대6,7,8로거슬러 올라간다. 쥐와 마우스는 다음 수십 년9,10,11에서그들의 운동 행동을 조사하는 연구의 큰 양의 대상이 되었다. 요즘, 말초 및 중앙 신경 상해의 설치류 모형을 위한 평가 기술의 넓은 범위는 잉크와 종이를 가진 걷기 트랙 분석에서12,13,14 발목 및 걸음걸이 운동학15,16,17에 이르기까지, 걸음걸이, 사지 및 합동 궤적18,19의복잡한 추정을 허용하는 기계 학습 향상한 방법에 구역수색을 합니다.
전산화된 자동 걸음걸이 분석(AGA)은 말초 및 중추 신경 부상 및 이러한 부상의 잠재적 인 실험 적 치료에 따라 운동 기능을 평가하는 데 사용됩니다. 이 장치는 주로 유리 보도와 설치류의 발 프린트를 비추는 광원으로 구성되어 있어 설치류의 발 프린트가 초과된 압력과 상관관계가 있습니다. 그런 다음 이 데이터를 전산화하여 광범위한 정적 및 동적 매개 변수배열을 계산합니다. Deumens에 따르면, 이러한 매개 변수는 일반 매개 변수의 범주로 더 세분화 될 수 있습니다, 통증 관련 매개 변수뿐만 아니라 걸음걸이20 (표 1)의조정 관련 매개 변수. 아가의 타당성은 아가미 행동의 변화를 검출하기 위해 말초 신경 손상(PNI)(21)의다양한 동물 모델에서 입증되었으며, 예: 저온신경(20),대퇴신경(22), 및중앙신경(23,24). 그것은 또한 중추 신경 부상을 가진 쥐에 있는 운동 기능을 평가하기 위하여 일상적으로 이용됩니다, 예를 들면, 치기25 또는 척수 타박상26. 이 방법의 발전은 많은 양의 비교 가능한 데이터와 걸음걸이27과관련된 다양한 매개 변수를 기록 할 수있는 가능성에 있습니다. 이 논문은 PNI 및 척수 손상 (SCI)의 동물 모델에 관심이있는 연구원에게 이러한 모델의 운동 기능을 평가하기 위한 상세하고 실습 지침이 있는 것을 목표로 합니다.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody>
<tr>
<td>범주</td>
			<td>매개 변수</td>
			<td colspan="2">설명</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="4">걸음걸이의 일반적인 매개 변수</td>
			<td>인쇄 영역(거리 단위)</td>
			<td colspan="2">발 프린트 의 영역</td>
		</tr>
<tr>
<td>인쇄 길이(거리 단위)</td>
			<td colspan="2">발 인쇄의 길이</td>
		</tr>
<tr>
<td>지원 기반(BoS) (거리 단위)</td>
			<td colspan="2">두 개의 뒷발 또는 앞발 사이의 거리</td>
		</tr>
<tr>
<td>보폭 길이(거리 단위)</td>
			<td colspan="2">발의 두 연속 배치 사이의 거리</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">걸음걸이의 통증 관련 매개 변수</td>
			<td>스윙 시간 (들)</td>
			<td colspan="2">스윙 단계의 지속 시간</td>
		</tr>
<tr>
<td>스탠드 타임 (들)</td>
			<td colspan="2">스탠스 단계의 기간</td>
		</tr>
<tr>
<td>평균 발 인쇄 강도(임의 단위)</td>
			<td colspan="2">스탠스 단계에서 발 프린트의 평균 iIntensity</td>
		</tr>
<tr>
<td rowspan="3">걸음걸이의 조정 관련 매개 변수</td>
			<td>일반 단계 시퀀스 패턴(NSSP)</td>
			<td colspan="2">스텝 주기 동안 발 배치의 특정 시퀀스</td>
		</tr>
<tr>
<td>단계 분산 (%)</td>
			<td colspan="2">두 개의 특정 발의 걸음 주기 사이의 현세적 차이</td>
		</tr>
<tr>
<td>규칙지수(RI) (%)</td>
			<td colspan="2">1단계 주기 동안 완벽한 NSSP 횟수를 전체 발 배치 수로 나누어 간 간 조정의 정량화</td>
		</tr>
</tbody></table>표 1: 자동 걸음걸이 분석으로 평가가능한 걸음걸이의 매개 변수. 매개 변수가 분류되는 범주는 Deumens 외20에따라 선택됩니다.

<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

말초 및 중앙 신경 상해는 주로 설치류에서 공부, 특히 쥐, 이러한 동물 모델은 비용 효과적이고 비교 데이터의 많은 문학에 발표 된 사실을 감안할 때. 여기에는 신경 손상 및 수리 후 기능적 회복을 연구하는 수많은 평가 방법이 포함됩니다. 히스토로지, 전기생리학 및 기타 생체 내 및 체외 평가 기술을 통해 신경 재생의 평가 외에도 기능적 회복은 신경 재생 정도를 결정하는 데 가장 중요한 기준이다. 자동 걸음걸이 분석을 통해 발 프린트 영역 및 발 스윙 속도와 같은 방대한 양의 걸음걸이 관련 매개 변수를 기록할 수 있으며 사지 간 조정 을 측정할 수 있습니다. 추가적으로, 방법은 신경 손상 후에 그리고 신경 재생 도중 쥐의 발의 디지털 데이터를 제공합니다, 말초및 중추 신경 상해가 그들의 운동 행동에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 우리의 이해를 추가합니다. 주로 사용되는 상주 신경 부상 모델 외에도 대퇴 신경과 같은 말초 신경 손상의 다른 모델은이 방법을 통해 연구 될 수있다. 말초 신경계의 부상 외에도 중추 신경계의 병변, 예를 들어 척수 타박상을 평가할 수 있습니다. 유효하고 재현 가능한 데이터 평가는 데이터 수집 전에 하드 및 소프트웨어 설정을 꼼꼼하게 조정하는 데 크게 의존합니다. 또한 실험 동물의 적절한 훈련은 매우 중요합니다. 이 연구는 척수 타박상 부상뿐만 아니라 말초 신경 손상의 다른 동물 모델에서 기능적 회복을 평가하기 위해 전산화 된 자동화 된 걸음걸이 분석의 사용을 설명하는 것을 목표로합니다. 또한 제한된 기능적 회복으로 인한 신경성 신경질증을 가진 쥐의 신경 재생 평가와 같은 방법의 한계를 강조한다. 따라서,이 프로토콜은 설치류 모델의 기능적 회복을 평가하기 위해 말초 및 중추 신경 부상에 관심이있는 연구원을 돕기 위해 생각된다.

12 마리의 쥐는 실험적인 말초 신경 수술을 받았습니다. 상골 신경절제술(도 2A)은7마리의 쥐에서 수행되었으며, 대퇴신경신경전증(도2B)은5마리의 쥐에서 유도되었다. 모든 동물에서, 신경 결함은 자가 신경 이식에 의해 재구성되었다. 척수 타박상부상(도 2C)은11레벨에서 6마리의 쥐에서 유도되어 총 18마리의 쥐를 낳았다.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig02.jpg"> 그림 2: 신경 재건 후 수술 부위. 척수 타박상손상(C)뿐만아니라, 대퇴신경(B)에서 자가이식을 받은 신경 재구성. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig02large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
모든 동물은 수술에서 잘 회복되었고 자기 절단의 경우는 발생하지 않았습니다. 좌골 신경 상해 그룹의 한 동물은 수술 후 관찰 기간 동안 오른쪽 뒷발의 강한 수축을 개발하고 추가 데이터 분석에서 제외되어야했다.
상시 신경 신경질증 상주 신경은 뒷다리의 대다수에 근육과 감각 적 내면을 제공하기 때문에, 그것의 절제술은 운동 기능의 심각한 손상결과. 부상 후, 랫트는 체중 지원(도 3B-E)을위해 발의 발 뒤꿈치를 사용하고 팔다리는 전면적인 둘레 운동으로 이동한다. 따라서, AGA를 통해 평가된 운동 변화는 인쇄면적(도 4A)을현저히 감소시키고 스윙 시간(도4B)을현저히 증가시킴으로써 명백해진다. 두 매개 변수는 관찰 기간이 끝날 때와 같이 사전 OP 측정과 비교하여 여전히 크게 변경되었습니다. 주목할 만한, 한 동물은 수술 후 주 (WPO) 10에서 시작 오른쪽 뒷발의 강한 계약을 개발했다. 이로 인해 오른쪽 뒷발의 인쇄 면적이 WPO12(그림5)에서왼쪽 발과 비교하여 150% 이상 증가했습니다. 이것은이 연구에서 평가 된 다른 모든 동물에 비해 극단적 인, 우리는 인쇄 영역에 관한 데이터 분석에서이 동물을 제외.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig03.jpg"> 그림 3: 대표 발 인쇄 전에 오른쪽 좌골 신경 및 자동 이식 수리의 중요한 크기 절제술을 따르세요. 신경상해(B)에따른 인쇄면적의 강한 감소에 유의하여 수술전(A)에비해 적시다. 관찰기간(C-E)동안 인쇄 영역이 약간 증가했음에도 불구하고 오른쪽 뒷다리의 발 인쇄물은 기준선 기록에서 눈에 띄게 변경되었습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig03large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig04.jpg"> 그림 4: 좌골 신경의 중요한 크기 절제술 및 자동 이식 수리 후 기능 적 회복 과정. 인쇄면적비율(A)및 스윙 시간비율(B)은 시차 신경 절제 직후 의전값에서 통계적으로 크게 변경되었다. 인쇄 영역은 WPO10까지 기준선에 비해 현저히 감소했지만, 스윙 시간은 여전히 WPO12의 OP 이전 값으로 크게 증가했습니다. *: p&05 사전 OP에 비해, **: p < 0.01 사전 OP에 비해. 오류 막대는 평균(SEM)의 표준 오차± 를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig04large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig05.jpg"> 그림 5: 좌골 신경 부상 다음 인쇄 영역의 과정의 박스 플롯. WPO12의 극단적 인 (빨간 타원)을 참고, 이는 한 동물이 WPO10에서 시작하는 오른쪽 뒷발의 강한 수축을 개발했다는 사실에 의해 설명된다. 따라서 동물은 도 4에표시된 통계 분석에서 제외되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig05large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
대퇴 신경 신경증 대퇴 신경 절제술은 허벅지33,34의사두근 근육의 기질을 초래한다. 결과적으로, 무릎 확장이 손상되어 발목 관절의 과자극되어 발 뒤꿈치를 연속으로 들어 올릴 수 있습니다. 따라서, 각 발의 인쇄영역(도 6B)은수술 후 강하게 감소된다. 왼쪽 뒷발의 인쇄 영역은 왼쪽으로 무게가 보정되어 증가합니다. 이 현상은 "실험"과 "제어"발 사이의 계산된 비율에 직접적인 영향을 미치기 때문에 이 현상을 염두에 두어야 합니다. 재생 대퇴 신경에 의한 사두근의 WPO4 재관봉으로부터 시작하여 오른쪽 뒷발의 발 인쇄 영역이 증가하는 이러한 변화의 반전으로이어진다(그림 7A). 허벅지의 사두근 근육은 또한 각각의 발의 스윙 단계에서 역할을하므로 스윙타임(도 7B)은대퇴신경 손상을 입은 쥐에서 크게 연장된다. 인쇄 영역의 반환을 미러링하면 재생 대퇴 신경이 허벅지의 사두근 근육에 도달하면 스윙 시간이 줄어듭니다. WPO10에서 두 매개 변수가 기준선으로 돌아와 완전한 기능 복구를 알렸습니다.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig06.jpg"> 그림 6: 대표 발 인쇄. 대표적인 발 인쇄(A)및 다음(B-E)오른쪽 대퇴 신경 절제술 및 자동 이식 수리. RH의 인쇄면적은 WPO2(B)에서 크게 감소하였지만, 중량 부하 증가로 인해 왼쪽 뒷줄 발(LH)의 인쇄면적이 증가하면서 눈에 띄게 되었다. RH 인쇄 영역은 LH의 인쇄면적감소와 함께 WPO6(C)부터 증가하기 시작했다. WPO8(D)및 WPO10(E)RH의 인쇄 면적은 수술 전 수준에 가깝게 다시 회복되었습니다. (하인젤 등22의허가로 적응, CC BY 4.0에 따라 허가. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig06large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig07.jpg"> 그림 7: 대퇴신경의 7mm 절제 및 자동 이식 수리 후 기능적 회복 과정. 인쇄면적비율(A)과스윙 시간비율(B)은 대퇴신경 절제술 직후 강한 변화를 보였지만, BPO8에서 수술전값으로 다시 회수하였다. #: p < 0.05. 오류 막대는 ± SEM을 나타냅니다(하인젤 외22의허가로 조정, CC BY 4.0.0.) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig07large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
척수 타박상 걸음걸이 분석 결과 흉부 척수 타박상 부상(그림 8)이 눈에 띄게 변경된 발프린트(그림 8)를밝혔으며, 가장 주목할 만한 인쇄 영역에서의 감소와 WPO2(그림8B)에서뒷발의 내부 회전이 눈에 띄게 나타났습니다. 주목할 만하지만, 발 회전은 BBB에서 평가 가능한 기능으로 구현되며, 원래 오픈 필드 테스트로 평가된 걸음걸이의 변화를 평가하기 위해 전산화된 걸음걸이 분석의 적용 가능성을 강조합니다. 개별 걸음걸이 파라미터의 과정에 관해서는, Th11 수준에서 척수 타박상은 인쇄 면적비율(도 9A)의감소와 스윙 시간 비율(도9B)의증가의 감소로 이어졌습니다. 두 매개 변수 모두 관찰 기간의 추가 과정에서 기준선 수준으로 추세가 되었지만 통계적으로 유의한 변화는 관찰할 수 없었습니다. 조정 관련 매개변수 규칙지수(도9C)도WPO2에서 감소했지만 동물 들 사이에서는 그 정도가 크게 변화하였다. 또한 WPO16까지 수술 전 값으로 추세를 보이고 있습니다. Deumens에 따른 보행의 일반적인 매개 변수인 뒷발(도9D)의지지기반은 WPO10에서 WPO14까지 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. WPO16의 기준 선도 수준으로 추세를 보이고 이 시점에서 OP 이전 값에서 더 이상 크게 변경되지 않았습니다.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig08.jpg"> 그림 8: 두 개의 뒷발의 대표적인 발 프린트. 발은 수술 전(A)및 흉부 척수 타박상 부상(B-F)에따라 인쇄됩니다. WPO2(B)부터 발의 눈에띄는 내부 회전과 함께 인쇄 영역의 감소를 유의하십시오. 관찰기간(C-F)동안 인쇄 영역의 증분은 내부 회전의 간격뿐만 아니라 관찰할 수 있습니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig08large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61852/61852fig09.jpg"> 그림 9: 11레벨의 척수 타박상. 11일 척수 타박상으로 인쇄면적비율(A)과스윙시간(B)과 규칙지수(C)의 관찰 가능한변경이 발생했지만, 이러한 변화는 통계적으로 유의하지 못했다. 부상 후, 뒷발의 지지 기반은 WPO10에서 WPO14까지 통계적으로 유의한 기준선에 비해 현저한 증가를 보였다. *: p < 0.05 사전 OP에 비해. 오류 막대는 sEM± 의미표시. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61852/61852fig09large.jpg" target="_blank">여기를 클릭하여 이 그림의 더 큰 버전을 확인하십시오.</a>
보충 파일 1: 문제 해결 세부 정보. <a href="https://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/61852/Supplementary_File_1.docx" target="_blank">이 파일을 다운로드하려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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

자동 걸음걸이 분석은 말초 신경 손상 및 척수 타박상 손상의 설치류 모델에서 기능적 회복을 평가하는 실행 가능한 도구입니다. 다양한 실험 모델에서 운동 기능을 평가하기 위해 단 하나의 설정만 필요하지만, 동물의 세심한 하드 및 소프트 웨어 조정 및 훈련이 매우 중요합니다.

주변 신경 또는 척수 타박상 부상으로 설치류의 기능적 회복을 평가하기 위한 자동 걸음걸이 분석

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

자동 걸음걸이 분석은 말초 신경 손상, 수리 및 재생의 기능적 회복 등록 모델을 평가하는 데 널리 사용되는 방법입니다. 이 방법은 말초 신경 손상 후 걸음걸이의 변화를 연구하는 데 사용할 수 있습니다, 모터와 감각 신경 기능에 모두 관련. 이 방법을 새로 사용하는 연구원은 고품질 데이터를 수집하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다.일반적인 장애물은 적절한 동물 훈련과 정확한 하드웨어 및 소프트웨어 교정입니다. 훈련 세션 과 테스트 당일동안 행동 테스트룸의 모든 광원을 끄고 카메라에서 데이터 수집을 위해 컴퓨터 화면을 향하여 빛이 카메라를 방해하지 않도록 합니다. 장치가 진동의 어떤 형태를 방지하는 방식으로 안정적인 위치에 설치되어 있는지 확인하고, 테스트 하기 전에 적어도 30 분 동안 자신의 홈 케이지에 행동 테스트 룸에 쥐를 가지고, 훈련의 첫 날에, 부드럽게 그 트렁크 아래에 동물을 잡고 조심스럽게 보도 입구에 배치.쥐가 간섭없이 복도의 개구부를 탐험하자, 동물이 자발적으로 외부 자극이나 동기 부여없이 홈 케이지에 도달하기 위해 보도를 건너 때까지 기다립니다. 훈련 둘째 날, 동물들이 산책로에 들어가서 주저없이 홈 케이지로 돌아오는 데 익숙해질 수 있도록 하십시오. 훈련 셋째 날, 동물들이 주저, 스니핑 또는 기타 탐색적 움직임없이 균일 한 속도로 보도를 건너는 법을 배웠는지 확인하십시오.네 번째와 다섯 번째에, 테스트 절차를 강화하기 위해 훈련을 반복합니다. 실험 당일, 상용 유리 클리너와 스퀴지를 사용하여 보도 의 상단과 아래쪽을 청소하여 보도 의 끝에서 모든 유체를 제거하십시오. 가장 가볍고 무거운 쥐를 보로에 배치하고 설정 탭에서 등록된 카메라를 선택하여 카메라 게인, 적색 천장 조명, 녹색 보도 조명 및 녹색 강도 임계값을 조정하여 분석에서 모든 동물에게 최적의 발 인쇄 감지를 보장합니다.그런 다음 열기 인수를 클릭하고 빈 정리된 통로의 스냅샷을 획득하여 데이터 수집 절차 전반에 걸쳐 참조로 사용할 수 있습니다. 상태는 스냅샷 대기대기에서 획득 준비로 변경됩니다. 시작 인수를 클릭합니다.상태는 인수 준비에서 실행 시작 대기로 변경됩니다. 카메라가 준비되면, 통로에 쥐를 배치하고 컴퓨터 화면에 동물의 움직임을 따르십시오. 참고로 실행 대기에서 녹화 실행으로 상태가 변경됩니다.분석이 끝나면 분류할 평가판의 실험 탐색기 탭에서 분류하고 획득한 실행을 정상 속도로 재생하여 데이터가 분류 요구 사항을 준수하는지 여부를 결정합니다. 소프트웨어에 의해 발 인쇄의 자동 분류를 자동으로 클릭합니다. 일반 단계 시퀀스 패턴을 올바르게 계산하려면 분류 알고리즘이 보이지 않는 발 인쇄로 혼동되지 않고 결함이 있는 NSSP로 이어지는지 확인하고 NSSP 계산에 대해 서도 볼 수 있는 발 인쇄만 포함되도록 합니다.데이터의 통계 분석을 보려면 통계를 실행하여 실행 통계의 포괄적인 개요를 가져옵니다. 그런 다음 파일 및 내보내기를 선택하여 실행 또는 평가판 통계를 스프레드시트 소프트웨어로 내보냅니다. 좌골 신경 부상 에 이어, 쥐는 체중 지원만 발의 발 뒤꿈치를 사용하고 사지는 전면적인 둘레 운동으로 이동합니다.따라서 자동 걸음걸이 분석을 통해 평가되는 운동 변화는 인쇄 영역이 현저히 감소하고 스윙 시간이 현저히 증가하여 명백해진다. 대퇴 신경 절제술은 허벅지의 사두근 근육의 기질, 무릎 연장을 손상시키고 발목 관절의 과변을 유도하여 해당 발 뒤꿈치의 연속 리프팅을 초래합니다. 수술 후 주 4에서 시작, 재생 대퇴 신경에 의해 사두근의 reenervation 이러한 변화의 반전으로 이어질.허벅지의 사두근 근육도 각 발의 스윙 단계에서 역할을하므로, 스윙 시간은 대퇴신경 손상을 입은 쥐에서 크게 연장된다. 걸음걸이 분석은 흉부 척수 타박상 후에 현저하게 변경된 발 인쇄를 보여줍니다. 흉부 11 레벨에서 척수 타박상은 또한 인쇄 면적 비율의 감소, 스윙 시간 비율의 증가귀착됩니다.조정 관련 규칙 지수도 수술 후 2주차에 감소하는 반면, 뒷발의 지지 기반은 현저한 증가를 보여줍니다. 설치류의 기능 적 회복을 평가하기 위해 자동화 된 게이트 분석을 사용하는 경우 동물을 신중하게 훈련하고 소프트웨어 또는 하드웨어 를 조정할 때 세심한주의를 기울여야합니다. 자동화된 걸음걸이 분석을 이용하여 중추 및 말초 신경계의 부상 및 재생은 중간 신경과 같은 아직 연구되지 않은 공식 신경 모델을 포함하여 다양한 설치류 모델에서 평가될 수 있다.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

말초 신경 손상 후 기능 회복을 평가하기 위해 후각 Ensheathing 세포의 이식

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

연구

신경과학

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

<em&gt; 전의 VIVO</em&gt; 레이저에 의한 척수 손상 모델은 실시간으로 축삭 변성의 메커니즘을 평가하기 위해

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

Thy1를 사용 하 여 기본 Somatosensory 피 질에서 신경 활동을 이미징-GCaMP6s 유전자 변형 쥐

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

만성 수축 부상으로 쥐에 있는 자동화 된 걸음 걸이 분석

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

척수와 디딜 방 아에 활동 기반 교육 부상 Wistar 쥐

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

Sciatic 신경 호감 상해의 쥐 모형에 있는 기능 평가를 위한 3D 운동학 분석

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

쥐와 마우스 두뇌에 신경 줄기 세포의 동맥 내 납품: 대뇌 허혈에 응용 프로그램

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

마우스에서 완전한 Transection 형 척수 손상의 유도

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

설치류의 비활동으로 인한 보행 변화에 대한 포괄적인 이해

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

최소 침습 기술을 기반으로 한 마우스 타박상 척수 손상 모델 설정

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