Name: ラットの歩行の質的分析のための方法としてRotorodの使用 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2008-12-10T00:00:00.000+00:00
Duration: 3 min 13 s
Description: 学ぶロタロッド試験によるラットの運動機能評価法。片側パーキンソン病モデルラットの体重分布と歩行パターンの違いを解析し、神経変性疾患の運動障害メカニズム解明に貢献します。

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保健研究、カナダ脳卒中ネットワーク、および医学研究のためのアルバータヘリテージ財団のカナダの協会からの補助金によって支え。

Rotorod歩行装置 rotorodは、35センチメートル地上に固定された直径4 cm、回転筒であり、透明なプレキシグラスで囲まれた。 rotorodのシリンダーは、トラクションを容易にテクスチャラバーコーティングで覆われていた。装置の床は、動物が落ちた時に怪我を防ぐために泡の層で覆われていた。小さな電気モーターは、ゴム製のベルトを介してrotorodをオンにするパワーを提供する。 rotorodは一度ごとに5秒を回転するように設定されたビデオの録画と運動学高速デジタルビデオカメラは1秒の1000のシャッタースピードを使用して、動物を撮影するために使用された。動物がrotorodの上を歩いている間に正面、側面、および背面ビューが撮影されました。二腕ニコン、MII冷光源と光ファイバーライトの1つのセットが記録中に十分な照明を提供するために使用されていました。テープはSony DSRを20 DV CAMデッキを使用してフレームごとに解析した。ビデオフレームは、フレームグラバやMacintoshコンピュータを使用して捕獲された。 手順と分析のテスト 6 - OHDAと対照ラットの歩行動作の違いを評価するために、手術後の日15からビデオレコード - 30（病変からの回復がほぼ完了であることが予想されるかもしれない後）は、2つの独立によって調べた実験条件にブラインドオブザーバー。黒質線条体6 - OHDAの病変は左前部と後肢の持続的な障害の結果、右半球で誘導された。評価尺度は、速度にラットの姿勢と前肢のステップ運動（Whishawら、2003）を開発した。ステッピングの5つのコンポーネントが評価されました。 <ol><li> 姿勢は 、姿勢の評価は、ドラム上のラットの位置を調べることによって行われた。 </li><li> リフトとリリース 、足がドラムから解除されたステッピングモータサイクルの部分。 </li><li> 、ラットは前方に移動するように手足がドラムの上に開催されたステップのサイクルの一部を運ぶ ; </li><li> 事前に 、手足がドラムとの接触を回復するために拡張された範囲の部分、および</li><li>前足がドラムに戻って配置された配置 、。 </li></ol>以下の基準は通常の動きを定義するために使用された。 <ul><li> 姿勢：ラットの体が上に保持ヘッドとドラムに配向した。 </li><li> 持ち上げて離す：肩、肘、手首はドラムの表面から足を上げる屈曲されています。 </li><li> キャリー：足は、ドラムの表面上に保持され、数字は大まかに屈曲され、数字のヒントは、体の正中線に集中している。アドバンス：肢は桁が延長し、開位置にsemiflexed位置から移動すると前方に拡張されます。 </li><li> 配置：肢は肩、肘、手首で拡張され、数字はラットののほぼ中央に位置する数字2（正中線からの桁の秒）で、前方とドラムの表面上に足を置くために開かれボディ。 </li></ul>それぞれの動きは、3点尺度で評価した：1 = /運動は= /動きがわずかに異常な登場対照ラット、0.5のこと似ている、と0 = /動きが（Whishawら、2003。）明らかに異常だ。この評価スケールは、そして五つのステップ術後日に各ラットからの動き1、3、5、7、9、および15を評価するために使用されていました。 five対策からスコアはそれぞれの日に各ラットを平均し、結果が繰り返される尺度として日でANOVAを行った。 6 - OHDAと対照ラットで歩いrotorodの概要運動評価尺度は、定性的な運動解析のための術後のテストセッションに適用されました。テストセッション中に、6 - OHDAの病変群では対照群、F（1,8）= 33.2、P &lt;0.001よりも有意に低い点数を受けたが、試験日の有意な効果はなかった、またそこには重要なグループだったテストデーの相互作用による。ステッピングのスコアは、別々の変数（;コントロールラット、右足対左前足6 - OHDAのラットの病変の同側の前肢対病変に対側前肢）のような前肢と分析した。前肢、F（1,40）= 15.8、P &lt;0.01の有意な効果があった、と前肢、F（1,40）= 15.0、P &lt;0.01でグループの有意な相互作用があった。フォローアップt検定は6 - OHDA群の反対側から病変前肢は同側から病変前肢または差は認められなかった対照ラットの前肢よりも有意に低いスコアを受け取ったことを示している。運動のコンポーネントは6 - OHDAのグループによって得られた貧しい人々のスコア、姿勢の施策に寄与したかを判断するために、と6 - OHDA群の同側および対側前肢からステップサイクルの個々のコンポーネントは、対照ラットから得られた値と比較した。 6 - OHDAのグループは、姿勢と対側肢によるステッピングすべてのコンポーネントで異なっていたが、同側の肢のコンポーネントのどれもが（P &lt;0.05）。 コントロールと6 - OHDAラットにおける姿勢の質的および記述的な違い対照ラットでは、ヘッドが水平位置に保持され、サポート前肢と後肢がサポートするアーチを形成するドラムをまたいている。 6 - OHDAラットは、通常、対照ラットの同側の手足や手足のために発生したよりも高い位置にあるドラムの表面上での障害がより緊密に配置前肢（視聴者が直面している）と（と対照ラットのビデオを見て頭で歩いて姿勢のスコアは&quot;1&quot;、および&quot;0&quot;）のスコアを持つ6 - OHDAの病変の動物。一般的に、姿勢の異常がラットの頭部の相対的な位置から一目で見ることができます。 前肢ステッピング制御シーケンスでは、ステッピング前肢は肩、肘、手首を曲げると持ち上げている。手足が解除されると、数字は大まかに屈曲され、四肢はよくドラムの表面上に持ち上げられます。手足が進んだとき、それは肩、肘、手首で拡張され、それが配置されている数字が拡張され、オープンされています。対照ラットと比較して、病変四肢に反対DA欠乏ラットのすべてのコンポーネントの振幅は減衰する。肢は、後でドラムを解放未満を持ち上げられ、そして制御前肢よりも短い距離を進んでいる。さらに、手足が解除されたときに、桁がより屈曲している、と手足が配置されている場合、数字が少ない対照ラットのそれよりも延長して開設されています。それがドラムの上部に達すると、コントロールの前肢が解除され、手首は足を持ち上げて屈曲されており、前方に、そして手首は、四肢の進歩のように拡張されます。これとは対照的に、病変の前肢に反対6 - OHDAのラットのは、ドラムの動きによって、さらに尾側に運ばれ、そのため、まだ拡張手首で後で解放します。手首の屈曲は、受動的であると思われると数字がドラムの動きによって後方に運ばれ、前肢が前方に置かれたとき、足と腕がドラム表面から明確に解除されていないため発生します。対照ラットの前肢は前方にも拡張し、数字は四肢の進歩として開きます。手足が配置されているとして、それは数字4,3、および2で連続的に続いて、ドラム最初の表面に接触する5桁で、アルペジオの動きで配置されます。これとは対照的に、6 - OHDAのラットの肢が解除され、拡張少なく、数字が少ない拡張され、そして彼らは&quot;スラップ&quot;とほぼ並行してドラムの表面に接触される。ビデオは&quot;1&quot;としてスコア化した対照動物の前肢のステップの動き、そして主に&quot;0&quot;としてスコア化した6 - OHDAの病変の動物の前肢のステップの動きを示しています。 ステッピング後肢 6 - OHDAラットの反対から病変後肢の障害もあった。コントロール後肢は後方に移動すると、それは、回転ドラムに対してプッシュする表示され、それがそうするように、つま先が外側に回転する。手足が進むにつれ、足が外側に揺動する。 6 - OHDAのラットの後肢は、ドラム回転と直接後方に移動し、どちらかといえば、少し内側になります。手足が進むにつれ、足が直接繰り越されます。コントロールラットスイング外側に、それが高度であるため、足の指が足首よりも高く保持されているの麓、およびつま先は延長。コントロールのラットの位置、つま先5接点の間に最初のドラムと重量の面は、つま先と手のひらに分散されます。対照的に、キャリーと配置中に屈曲されている6 - OHDAのラットのつま先は、アルペジオの動きなしで行われます。対照ラットのつま先は足指5のような逆アルペジオパターンでリリースされた第1及びつま先1持ち上げられ、最後に解除されます。足首は、キャリーの移動中に、その曲げた姿勢を維持しながら、この動きは、6 - OHDAの病変のラットではありませんでした。再び6 - OHDAのラットの事前運動が減衰する、少ないexorotated肢で、以下の解除、および対照ラットのそれよりも小さいが進んだ。コントロールラットは彼らのつま先を置くように、彼らは、ラットの体内への5点横方向に相対的なようにつま先を延長して開設されています。つま先5接点第一ラットはつま先の先端にその重量を支持するように残りの足の指が続くドラム。足が繰り越されているように6 - OHDAのラットの場合は、つま先をやや屈曲され、つま先は足首までの水平方向の相対的に低くなって、足がドラム上に配置され足の指の小さい開口部があります。ストライドの長さは、また、対照ラットのそれよりやや短いです。 CONTの違いを定量化するために前肢がそうであったようにROLおよび6 - OHDA後肢の動き、リフトとリリースのコンポーネントを、運ぶ、進歩、および配置は、3点尺度で評価された。対策は、術後20日目に作られたビデオの記録から作られた、と三段階のサイクルは、各ラットについて評価した。重要なグループの違いは、F（1,8）= 47.6、P &lt;0.001があった。コンポーネントのフォローアップt検定は6 - OHDAラットの成分がよりも対照ラットのすべてのコンポーネントが有意に高いスコアを受け取ったことを示している。ビデオは&quot;1&quot;としてスコア化した対照動物の後肢のステッピング運動を示しています。ビデオに示すように6 - OHDAの後肢のステッピング運動は主に&quot;0&quot;のスコアで評価された。

<ol><li>Chang, J. W., Wachtel, S. R., Young, D., Kang, U. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biochemical+and+anatomical+characterization+of+forepaw+adjusting+steps+in+rat+models+of+Parkinson%27s+disease%3A+studies+on+medial+forebrain+bundle+and+striatal+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Biochemical and anatomical characterization of forepaw adjusting steps in rat models of Parkinson's disease: studies on medial forebrain bundle and striatal lesions.</a> Neuroscience. 88, 617-628 (1999).</li>
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<li>M, O. lsson, Nikkhah, G., Bentlage, C., Bjorklund, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Forelimb+akinesia+in+the+rat+Parkinson+model%3A+differential+effects+of+dopamine+agonists+and+nigral+transplants+as+assessed+by+a+new+stepping+test%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Forelimb akinesia in the rat Parkinson model: differential effects of dopamine agonists and nigral transplants as assessed by a new stepping test.</a> J Neurosci. 15, 3863-3875 (1995).</li>
<li>Schallert, T., DeRyck, M., Whishaw, I. Q., Ramirez, V. D., Teitelbaum, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Excessive+bracing+reactions+and+their+control+by+atropine+and+LDOPA+in+an+animal+analog+of+Parkinsonism%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Neurol%22%5BJournal%5D)">Excessive bracing reactions and their control by atropine and LDOPA in an animal analog of Parkinsonism.</a> Exp Neurol. 64, 33-43 (1979).</li>
<li>Schallert, T., Norton, D., Jones, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+clinically+relevant+unilateral+rat+model+of+Parkinsonian+akinesia%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neural+Transpl+Plasticity%22%5BJournal%5D)">A clinically relevant unilateral rat model of Parkinsonian akinesia.</a> J Neural Transpl Plasticity. 3, 332-333 (1992).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Gorny, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Arpeggio+and+fractionated+digit+movements+used+in+prehension+by+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Arpeggio and fractionated digit movements used in prehension by rats.</a> Behav Brain Res. 60, 15-24 (1994).</li>
<li>Whishaw, I. Q., O'Connor, W. T., Dunnett, S. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+contributions+of+motor+cortex%2C+nigrostriatal+dopamine+and+caudate-putamen+to+skilled+forelimb+use+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">The contributions of motor cortex, nigrostriatal dopamine and caudate-putamen to skilled forelimb use in the rat.</a> Brain. 109, 805-843 (1986).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Pellis, S. M., Gorny, B., Kolb, B., Tetzlaff, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Proximal+and+distal+impairments+in+rat+forelimb+use+in+reaching+follow+unilateral+pyramidal+tract+lesions%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Proximal and distal impairments in rat forelimb use in reaching follow unilateral pyramidal tract lesions.</a> Behav Brain Res. 56, 59-76 (1993).</li>
<li>Whishaw, I. Q., Woodward, N. C., Miklyaeva, E., Pellis, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+limb+use+by+control+rats+and+unilateral+DA-depleted+rats+in+the+Montoya+staircase+test%3A+movements%2C+impairments+and+compensatory+strategies%5BTitle%5D)+AND+%22Behav+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Analysis of limb use by control rats and unilateral DA-depleted rats in the Montoya staircase test: movements, impairments and compensatory strategies.</a> Behav Brain Res. 89, 167-177 (1997).</li>
</ol>

本研究の目的は、齧歯類の運動の技能のためのrotorod試験は定性的な姿勢の検査、前肢のステッピングと神経系負傷したラットに、ステッピング後肢に使用できるかどうかを調べることであった。分析のために、一方的なDAの枯渇と対照ラットとラットでは、正面側面と後部ビューから記録された映像だった。姿勢と前肢の動きの評価尺度は、ステップ運動が慢性的に以下の手術を障害することが示された。手足の動きの検査は、DA欠乏ラットはサポートのための病変に対側肢を使用することができるのに対し、彼らは体重をシフトするための最小限の使用を受け取ったことを示している。この研究の結果は、rotorodタスクは、運動障害の定量的な対策を、提供することに加えても、質的な障害についての洞察を提供できることを示している。 rotorodタスクが広くげっ歯類のモ​​ータの状態を評価するために使用されています。タスクから取ら主要な措置をこれまでに、エンドポイント対策、動物が歩行可能であることを速度/持続時間の指標です。我々は、歩行運動の質的な審査のために理想的になるかもしれないタスクの属性があることを感じた。最初に、動物はバランスとステップする必要があるため、作業はかなりのスキルを伴いますので、地上の運動の...

A correction was made to: <a href="http://www.jove.com/video/1030/">Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat</a>. An additional paragraph was added to the discussion, the abstract was modified, and another reference was included.
Additional reference:
15. Whishaw IQ, Li K, Whishaw PA, Gorny B, Metz GA. Distinct forelimb and hind limb stepping impairments in unilateral dopamine-depleted rats: use of the rotorod as a method for the qualitative analysis of skilled walking. J Neurosci Meth 126, 13-23 (2003).
Revised Abstract:
High speed videoanalysis of the details of movement can provide a source of information about qualitative aspects of walking movements. When walking on a rotorod, animals remain in approximately the same place making repetitive movements of stepping. Thus the task provides a rich source of information on the details of foot stepping movements. Subjects were hemi-Parkinson analogue rats, produced by injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the right nigrostriatal bundle to deplete nigrostriatal dopamine (DA). The present report provides a video analysis illustration of animals previously were filmed from frontal, lateral, and posterior views as they walked (15). Rating scales and frame-by-frame replay of the video records of stepping behavior indicated that the hemi-Parkinson rats were chronically impaired in posture and limb use contralateral to the DA-depletion. The contralateral limbs participated less in initiating and sustaining propulsion than the ipsilateral limbs. These deficits secondary to unilateral DA-depletion show that the rotorod provides a use task for the analysis of stepping movements.
Additional Discussion Paragraph:
A more detailed presentation of the present study has been made (Whishaw et al, 2003), but the present study presents the video support describing the stepping movement in the good and affected limbs of unilateral dopamine-depleted rats. For the analysis, rats with unilateral DA depletions and control rats were video recorded from front, lateral and posterior views. A rating scale of posture and forelimb movements indicated that stepping movements were chronically impaired following surgery. Examination of limb movements indicated that whereas the DA-depleted rats could use the limbs contralateral to the lesion for support, they received minimal use for shifting weight. The results of this study indicate that the rotorod task, in addition to providing quantitative measures of motor impairments, can also provide insights into the qualitative impairments.
Original Abstract:
The rotorod test, in which animals walk on a rotating drum, is widely used to assess motor status in laboratory rodents. Performance is measured by the duration that an animal stays up on the drum as a function of drum speed. Here we report that the task provides a rich source of information about qualitative aspects of walking movements. Because movements are performed in a fixed location, they can readily be examined using high-speed video recording methods. The present study was undertaken to examine the potential of the rotorod to reveal qualitative changes in the walking movements of hemi-Parkinson analogue rats, produced by injection of 6-hydroxydopamine (6-OHDA) into the right nigrostriatal bundle to deplete nigrostriatal dopamine (DA). Beginning on the day following surgery and then periodically over the next two months, the rats were filmed from frontal, lateral, and posterior views as they walked on the rotorod. Behavior was analyzed by frame-by-frame replay of the video records. Rating scales of stepping behavior indicated that the hemi-Parkinson rats were chronically impaired in their posture and in the use of the limbs contralateral to the DA-depletion. The contralateral limbs not only displayed postural and movement abnormalities, they participated less in initiating and sustaining propulsion than did the ipsilateral limbs. These findings not only reveal new deficits secondary to unilateral DA-depletion, but also show that the rotorod can provide a robust tool for the qualitative analysis of movement.

A correction was made to: <a href="http://www.jove.com/video/1030/">Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat</a>. An additional paragraph was added to the discussion, the abstract was modified and another reference was included.

Erratum: Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat

ラットの歩行の質的分析のための方法としてrotorodの使用

Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat

動物が回転ドラムの上を歩くれるrotorod試験は、広く実験用げっ歯類で、モータの状態を評価するために使用されます。パフォーマンスは、動物がドラム速度の関数としてドラム上にとどまること期間によって測定されます。ここでは、タスクが歩行運動の質的側面に関する情報の豊富な源を提供することを報告。動きが固定された場所で実行されるため、それらは容易に、高速ビデオ録画の方法を使用して調べることができます。本研究は、半パーキンソンアナログラットの歩行運動の質的変化を明らかにするrotorodの可能性を調べるために行わ黒質線条体ドーパミン（DAを枯渇させるために右の黒質線条束に6 - ヒドロキシドーパミン（6 - OHDA）の注入によって製作されました）。定期的に今後2か月間に​​、手術の翌日に開始し、ラットは、彼らがrotorodに歩いて、正面側面、および後のビューから撮影された。動作は、ビデオ記録のフレーム毎の再生によって分析した。行動のステップの評価尺度は、ヘミパーキンソンのラットは慢性的に彼らの姿勢やDA -枯渇に対側肢の使用で損なわれたことを示した。対側の手足だけでなく姿勢や動きの異常を表示する、彼らは同側の手足に比べ推進を開始し、維持するには以下が参加。これらの知見だけでなく、DA -枯渇一方的に二次新しい欠損を明らかにするだけでなく、rotorodは運動の定性分析のための堅牢なツールを提供できることを示している。

rotorod試験は半パーキンソンアナログラットの歩行運動の運動状態を評価するために使用されます。

ラットの歩行の質的分析のための方法としてRotorodの使用

動作の詳細な高速ビデオ解析は、歩行動作の質的な側面に関する情報源となります。...上で歩行する際、

対照動物は、4本の肢で均等に体重を支え、肢の配置は身体の中線よりわずかに外側になります。対照的に、6-OHDA病変動物は、体重の大部分を病変側と同側の肢で支えます。実質的に、足を引きずって歩行している状態となります。対照群の動物は頭を高く上げ、頻繁に不規則な動きを見せます。一方、6-OHDA投与群の動物は頭を低く保ち安定していますが、対照群の動物は荷重した肢をローターロッドから素早く離し、高く上げます。そのため、指はドラム表面から十分に離れ、指を大きく広げた状態で、第5指から第1指にかけてアルペジオのような動きでローターロッドに接触します。6-OHDA投与個体は、病変側と反対側の前肢を離すまでの時間が長く、前進速度も遅くなります。前肢を低く保持し、指先がドラム表面に擦れることが多いため、接地（Placement）が不完全になる点に注意してください。対照群は6-OHDA投与個体よりも歩幅が長く、前肢の接地位置がドラムのより前方で、後肢の離地位置がより後方で起こります。病変動物の姿勢は硬直しており、頭部を低く一定に保っている点に注意してください。対照群では、側方視で完全な歩幅の際、後肢が前肢に重なるのが一般的です。対照群の肢はロトロードから明確に持ち上げられており、指がドラム表面に接触し、第5指から第1指にかけてアルペジオのような動きを見せます。6-OHDA投与動物の足は、しばしばドラム表面を引きずり、また指が接地時に開かないため、足の下に折り畳まれることがよくあります。対照動物の場合、後肢がローターロッド表面を蹴り出すと、足は外側へと回転します。脚が伸展する際にラットの後身に corresponding な上昇が見られますが、6-OHDA投与動物の歩行の同位相では、上昇がほとんど、あるいは全く見られません。対照動物は、後肢の指を体の正中軸のすぐ外側に置いて接地させます。歩幅の終わりに達すると、動物がドラムの表面を蹴り出す際に、足が外側に回転します。6匹のOHDA投与群の動物の足は、体の正中線 axis と平行に配置されており、歩幅の終わりに回転しないことに注意してください。

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MouseWalkerを用いた脊髄損傷マウスモデルにおける自発運動機能障害の定量化

このプロトコルは、マーカーレストレッドミルテストと深層学習駆動の多関節軌跡自動ラベリングを用いて、ラット後肢の運動学的評価パイプラインを構築し、再現可能な動きの定量化を可能にします。...

ラットにおける後肢の運動運動学の客観的定量化のための深層学習に基づく多関節同期追跡

学ぶロタロッド試験によるラットの運動機能評価法。片側パーキンソン病モデルラットの体重分布と歩行パターンの違いを解析し、神経変性疾患の運動障害メカニズム解明に貢献します。

ラットの歩行の質的分析のための方法としてRotorodの使用

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