Ganganalyse altersabhängigen motorische Beeinträchtigungen bei Mäusen mit neurodegenerativen Erkrankungen

In dieser Studie zeigen wir Ihnen die Nutzung der kinematischen Ganganalyse anhand der ventralen Flugzeug imaging zu überwachen, die subtilen Veränderungen in motorische Koordination sowie das Fortschreiten der Neurodegeneration mit zunehmendem Alter in Maus-Modellen (z. B. Endophilin mutant Mauslinien).

Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen in der Alterns- und Neurodegenerationsforschung zu beantworten, wie z.B. das Auftreten und Fortschreiten von Gang- und motorischen Anomalien mit zunehmendem Alter und insbesondere in Mausmodellen neurodegenerativer Erkrankungen. Das Ergebnis eines solchen Status kann in ein viel besseres Verständnis der motorischen Beeinträchtigungen bei Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen wie der Parkinson-Krankheit oder Ataxien übersetzt werden. Der Hauptvorteil der videobasierten Ganganalyse besteht darin, dass sie sowohl subtile als auch schwere motorische Beeinträchtigungen in Mausmodellen der Neurodegeneration untersuchen kann.

Beginnen Sie damit, den Gesundheitszustand jedes Tieres zu bestimmen, indem Sie es genau untersuchen und auf einer Waage gewichten. Tragen Sie mit einem Pinsel vorsichtig rote Fingerfarbe auf die Pfoten des Tieres auf. Setzen Sie das Tier in einen sauberen Ersatzkäfig, während die Farbe trocknet.

Stellen Sie anschließend die Geschwindigkeit des Laufbandes auf der oberen rechten Seite des Geräts ein. Legen Sie dann das Tier in die Testkammer und decken Sie es mit einem dunklen Tuch ab, damit sich jedes Tier ein bis zwei Minuten lang anpassen kann. Schalten Sie das Licht in der Testkammer ein, indem Sie den Drehschalter des Laufbandlichts in die Ein-Position drehen.

Öffne die Abdeckung ein wenig, damit du das Tier während der Aufgabe beobachten kannst. Starten Sie das Laufband für etwa eine halbe Sekunde, um das Tier zu warnen, dass die Aufgabe gleich beginnt. Drehen Sie den Laufband-Drehschalter auf vorne, um das Laufband zu starten.

Klicken Sie dann in der Imager-Software auf die Schaltfläche Aufnehmen. Sobald das Tier stabil läuft, nehmen Sie mindestens fünf Sekunden lang auf, bevor Sie das Laufband stoppen. Stoppen Sie die Aufnahme, indem Sie in der Imager-Software auf Stopp klicken und den Drehschalter des Laufbandes wieder in die Aus-Position bringen.

Klicken Sie anschließend in der Imager-Software auf die Schaltfläche Bearbeiten, um ein Menü zu öffnen, in dem der Start- und Endpunkt des Videoabschnitts eingestellt werden kann. Navigieren Sie mit dem Schieberegler am unteren Bildschirmrand durch das Video. Um den aktuellen Zeitpunkt als Start- oder Endpunkt auszuwählen, klicken Sie auf Von Framenummer bzw. Bis.

Stellen Sie sicher, dass der Abschnitt mindestens sieben Schritte pro Pfote oder insgesamt vierzehn Schritte enthält, in denen das Tier stabil mit konstanter Geschwindigkeit läuft. Geben Sie abschließend die Tieridentifikation, das Geburtsdatum, das Gewicht und das Geschlecht ein. Speichern Sie die Daten an einem gewünschten Ort auf dem Computer oder Server.

Das Prinzip der videobasierten Ganganalyse besteht darin, den Pfotenbereich, der mit der Oberfläche in Berührung kommt, über die Zeit für jede einzelne Pfote zu vermessen. Aus den aufgenommenen Videos können viele Gangdynamik und Haltungsparameter extrahiert werden, z. B. die Schwungzeit, die Standzeit und -breite, die Schrittlänge und -frequenz. Aus den Primärmessungen können dann weitere Gangmerkmale wie der Ataxiekoeffizient oder die Variabilität des Schrittwinkels berechnet werden.

Starten Sie die Videoanalyse, indem Sie die Analysesoftware starten und auf Studienordner auswählen klicken, um den Ordner mit den aufgenommenen Videos auszuwählen. Wählen Sie ein Video aus und klicken Sie auf Los.Verwenden Sie die Funktion zum erneuten Zeichnen, um den Bereich auszuwählen, in dem die Maus ausgeführt wird. Beachten Sie, dass dieser Abschnitt nur die Maus und den weißen Hintergrund enthalten sollte.

Geben Sie als Nächstes Werte in die Felder Länge und Breite ein, um die Maske zu ändern, die den roten Bereich um die Schnauze des Tieres für die Analyse ausschließt. Passen Sie die Schieberegler an, Rauschen filtern und Fell und dunkle Flecken filtern, um den Schwarz-Weiß-Pfotenabdruck zu optimieren. Stellen Sie den Schieberegler für das Filterrauschen auf 800 bis 950 für schwarze Tiere und auf 700 bis 800 für braune oder weiße Tiere, abhängig von der genauen Fellfarbe des Tieres, und wählen Sie OK aus.

Wählen Sie dann ein Video aus, das die erste Anpassung bestanden hat, und wählen Sie die Funktion Go, um die Analyse des Videos zu starten. Wählen Sie als Nächstes ein analysiertes Video aus und klicken Sie auf Los.Beachten Sie, dass der Pfotenabdruckbereich, der im Laufe der Zeit für jede einzelne Pfote mit dem Gürtel in Kontakt kommt, jetzt zu sehen ist. Um das Originalvideo und den berechneten Pfotenabdruck für den ausgewählten Bereich zu vergleichen, wählen Sie die Funktion Video abspielen.

Um kleine Fehler zu korrigieren, verwenden Sie entweder die Option Korrigieren, Verbinden oder Löschen. Verwenden Sie die Option Korrigieren, um ein falsches Signal zu löschen. Klicken Sie einmal, um in den entsprechenden Bereich zu zoomen und markieren Sie mit einem zweiten Klick den linken Rand des zu entfernenden Objekts und mit dem dritten Klick den rechten Rand.

Verwenden Sie die Option Verbinden, um zwei Signale zu kombinieren. Klicken Sie einmal, um in den entsprechenden Bereich zu zoomen, und doppelklicken Sie in die Mitte der beiden zu kombinierenden Objekte. Verwenden Sie die Option Löschen, um Zeitpunkte vollständig aus der Analyse zu entfernen.

Klicken Sie einmal, um in den entsprechenden Bereich zu zoomen und markieren Sie mit dem zweiten Klick den linken Rand des zu entfernenden Bereichs und mit dem dritten Klick den rechten Rand. Wählen Sie dann Nächstes Glied aus, um mit den vier Gliedmaßen fortzufahren. Beachten Sie, dass die Software die Analyse abschließt, nachdem Sie nach der letzten Pfote auf "Nächstes Glied" geklickt haben, und die Ergebnisse für das Tier auf vier Bildschirmen anzeigt.

Nachdem alle Videos aus einem Experiment analysiert wurden, wählen Sie alle Videos aus und klicken Sie auf Ergebnisse neu organisieren, um die Ergebnisse zu exportieren. Etwa 50 Gangparameter werden berechnet und in der exportierten Datei aufgelistet. Sortieren Sie das Ergebnis nach Gruppe, Alter und Laufgeschwindigkeit und analysieren Sie alle diese Bedingungen unabhängig voneinander.

In der Ganganalyse bei Wildtyp-Mäusen mit zunehmendem Alter zeigten die Ergebnisse, dass sich die Haltung mit normalisierter Tierbreite mit zunehmendem Alter nicht verändert. Die doppelte Unterstützung der Hintergliedmaßen und die Belastung der Gliedmaßen nehmen jedoch bei Wildtyp-Tieren mit zunehmendem Alter zu. Während alle getesteten Tiere einen Monat lang mit 30 Metern pro Sekunde laufen können, entwickeln die Endophilin-Mutanten mit zunehmendem Alter Laufdefizite.

Zusätzlich ist der Gangrhythmus bei Endophilin-Mutanten beeinträchtigt. Zum Beispiel nimmt die Treibzeit bei den Endophilin-Mutanten mit zunehmendem Alter der Mäuse ab. Wenn Sie den Eingriff versuchen, ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass der wichtigste Schritt die Aufnahme des Originalvideos ist.

Alle weiteren Analysen hängen von Videos in guter Qualität ab. Die Ganganalyse ist eine nützliche Methode, um das Gang- und Motorikverhalten in Mausmodellen der Neurodegeneration zu kategorisieren. Einige Aspekte des motorischen Verhaltens, wie zum Beispiel die Muskelkraft, werden mit dieser Methode jedoch nicht ausreichend erfasst.

Aber dafür ist es ein Befehl, der die videobasierte Ganganalyse mit einer Reihe anderer motorischer Verhaltenstests ergänzt, wie z. B. Griffkraft und Beam-Walking. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man eine Ganganalyse in Mausmodellen durchführt, die mit zunehmendem Alter eine motorische Beeinträchtigung entwickeln.