神経変性疾患を持つマウスの年齢依存性運動障害の歩行分析

本研究で我々 は腹面が加齢マウス モデル (例えば、エンドフィリン突然変異体の神経変性の進行と同様、モーターの調整の微妙な変化を監視するイメージングに基づく運動歩行解析の使用方法を示すマウスの行)。

この方法は、加齢に伴う歩行や運動異常の発症や進行、特に神経変性疾患のマウスモデルなど、老化・神経変性研究における重要な疑問に答えるのに役立ちます。このようなステータスの結果は、パーキンソン病や運動失調などの神経変性疾患の患者の運動障害について、より理解が深まることにつながっています。ビデオベースの歩行分析を使用する主な利点は、神経変性のマウスモデルにおける微妙な運動障害と重度の運動障害の両方を研究できることです。

まず、各動物の健康状態を綿密に調べ、バランスで重み付けすることにより、動物の健康状態を判断します。ブラシで動物の足に赤いフィンガーペイントをやさしく塗ります。塗料が乾くまで、動物を予備の清潔なケージに入れます。

次に、装置の右上のパネルでトレッドミルの速度を設定します。次に、動物を試験チャンバーに入れ、暗い布で覆って、各動物が1〜2分間調整できるようにします。トレッドミルライトロータリースイッチをオンの位置に回して、テストチャンバー内のライトをオンにします。

作業中に動物を観察できるように、カバーを少し開きます。トレッドミルを約30秒間開始して、タスクが開始されようとしていることを動物に警告します。トレッドミルのロータリースイッチを前方に回して、トレッドミルを始動します。

次に、イメージャーソフトウェアの[記録]ボタンをクリックします。動物が安定して走ったら、トレッドミルを停止する前に少なくとも5秒間記録します。イメージャーソフトウェアの[停止]をクリックして記録を停止し、トレッドミルロータリースイッチをオフの位置に戻します。

次に、イメージャーソフトウェアの[編集]ボタンをクリックして、ビデオセクションの開始点と終了点を設定できるメニューを開きます。画面下部のスライダーを使用してビデオ内を移動します。現在の時点を始点または終点として選択するには、[フレーム番号から]と[終了]をそれぞれクリックします。

セクションには、片足あたり少なくとも7ステップ、または動物が一定の速度で安定して走っている合計14ステップが含まれていることを確認してください。最後に、動物の識別情報、生年月日、体重、性別を入力します。コンピューターまたはサーバー上の目的の場所にデータを保存します。

ビデオベースの歩行分析の原理は、個々の足の表面と接触している足の領域を経時的に測定することです。録画したビデオから、スイング時間、スタンス時間と幅、ストライドの長さ、周波数など、多くの歩行ダイナミクスと姿勢パラメータを抽出できます。運動失調係数や歩角の変動などの他の歩行特徴は、一次測定値から計算できます。

ビデオ解析を開始するには、解析ソフトウェアを起動し、[スタディフォルダの選択]をクリックして、録画したビデオのあるフォルダを選択します。ビデオを 1 つ選択して [移動] をクリックします。再描画機能を使用して、マウスが実行されている領域を選択します。このセクションには、マウスと白い背景のみを含める必要があることに注意してください。

次に、長さと幅のボックスに値を入力して、分析のために動物の鼻の周りの赤い領域を除外するマスクを変更します。スライダーを調整し、ノイズをフィルタリングし、毛皮と暗いパッチをフィルタリングして、黒と白の肉球プリントを最適化します。フィルターノイズスライダーを、動物の正確な毛皮の色に応じて、黒い動物の場合は800〜950、茶色または白い動物の場合は700〜800に設定し、[OK]を選択します。

次に、最初の調整に合格したビデオを選択し、Go機能を選択してビデオの分析を開始します。次に、分析したビデオを選択し、[移動]をクリックします。各足のベルトと接触している足のプリント領域が、時間の経過とともに表示されるようになったことに注意してください。元のビデオと選択した領域の計算された足跡を比較するには、ビデオの再生機能を選択します。

小さな間違いを修正するには、[修正]、[接続]、または [削除] オプションを使用します。間違った信号を削除するには、[修正] オプションを使用します。1 回クリックすると、関連する領域にズームインし、2 回目のクリックで削除するオブジェクトの左の境界線をマークし、3 回目のクリックで右の境界線をマークします。

[接続] オプションを使用して、2 つの信号を結合します。一度クリックして関連する領域にズームインし、2つのオブジェクトの中央をダブルクリックして組み合わせます。[削除] オプションを使用して、解析からタイム ポイントを完全に削除します。

1 回クリックすると、関連する領域にズームインし、2 回目のクリックで領域の左の境界線をマークし、3 回目のクリックで右側の境界線をマークします。次に、[Next Limb] を選択して 4 つのリムを進行します。最後の足の後にNext Limbをクリックすると、ソフトウェアは分析を完了し、動物の結果が4つの画面に表示されることに注意してください。

最後に、1 つの実験のすべてのビデオが分析されたら、すべてのビデオを選択し、[結果の再編成] をクリックして結果をエクスポートします。約50の歩行パラメータが計算され、エクスポートされたファイルにリストされます。結果をグループ、年齢、走行速度で並べ替え、これらすべての条件を個別に分析します。

加齢が進んだ野生型マウスの歩行解析では、正規化された動物の幅でのスタンスは加齢によって変化しないことが示されました。ただし、野生型の動物では、後肢のダブルサポートと四肢の負荷が年齢とともに増加します。さらに、試験されたすべての動物は1か月で秒速30メートルで走ることができますが、エンドフィリン変異体は加齢とともにランニング障害を発症します。

さらに、エンドフィリン変異体では歩行リズムが損なわれます。例えば、エンドフィリン変異体では、マウスの老化に伴って推進時間が減少します。手順を試みるときは、最も重要なステップが元のビデオの録画であることを覚えておくことが重要です。

その後の分析はすべて、高品質のビデオに依存します。歩行解析は、神経変性のマウスモデルにおける歩行と運動行動を分類するための有用な方法です。ただし、運動行動の一部の側面、たとえば筋力は、この方法では適切に評価されません。

しかし、したがって、握力やビーム歩行などの他の運動動作テストのバッテリーを使用して、ビデオベースの歩行分析を補完するコマンドです。このビデオを見れば、加齢とともに運動障害を発症するマウスモデルで歩行解析を行う方法について十分に理解できるはずです。