ラットの歩行の質的分析のための方法としてRotorodの使用

Biology

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Summary

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。

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Whishaw, I. Q., Li, K., Whishaw, P. A., Gorny, B., Metz, G. A. Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat. J. Vis. Exp. (22), e1030, doi:10.3791/1030 (2008).

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Abstract

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。

Protocol

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。

  1. 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。
  2. 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。
  3. 、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 ;
  4. 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
  5. 前足がドラムに戻って配置された配置 、。

以下の基準は通常の動きを定義するために使用された。

  • 姿勢:ラットの体が上に保持ヘッドとドラムに配向した。
  • 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。
  • 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。
  • 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。

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 <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 <0.01の有意な効果があった、と前肢、F(1,40)= 15.0、P <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 <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"1"、および"0")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"スラップ"とほぼ並行してドラムの表面に接触される。ビデオは"1"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"0"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 <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"1"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"0"のスコアで評価された。

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Discussion

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、地上の運動の簡単なタスク(Schallertら、1992年に明らかでないこともある障害が認められることがある;。オルソンら、1995;。Changらを。 、1999;ミューアとWhishaw1999b;。メッツら、2005)。このタスクとビデオの分析法の感度は、損傷後の急性および慢性の段階における障害の存在によって示されている。第二に、動物は、到達熟練した前肢(Miklyaevaら、1994)の研究に必要な行動の動機付けに奪わ食料や水、である必要はありません。第三に、タスクが最小限のトレーニングが必要です。例えば、我々は、動物を装置内に配置されたとすぐにステップの動きを撮影することができた。ステップ実行中に動物が所定の位置に留まるため、第四に、、それは様々な角度からの映像記録の動きに簡単です。第五に、分析の方法は、単純な評価システムと歩行運動の質的側面を評価することができます。評価システムは、動物から一つでも記録の順序で信頼性の高い結果を生成するため、実験者のために時間が効率的です。

姿勢のシンプルな3点評価尺度を開発することにより、ステッピングサイクルの4つの成分(、運ぶ、事前に持ち上げ、および場所)のためには、DA欠乏ラットの反対から病変手足に障害を同定することが可能であった手術後一日早く。障害は、障害は手術後15日間で類似していたので、慢性的な登場し、非公式のテストでは、手術後数ヶ月の数を与えられた。私たちの対策がラットあたりのような5つのステップのサイクルから派生したものの、減損は前肢や後肢のいずれかでの単一ステップ実行サイクルから識別することが十分に堅調に推移しました。手足の使用中の障害は、動物の姿勢の簡単な検査は、それが障害を持っていたことを明らかにすることができるように動物の姿勢にも明らかであった。

これまでの研究の数は6 - OHDAの病変の動物(。。モリッシーら、1989;。ミューアとWhishaw、1999a; Schallertら、1979。Miklyaevaら、1995)の手足に障害の原因を特定している。障害のある四肢は存在している体重と姿勢を維持するために必要な同盟反射をサポートすることができます。したがって、動物は手足の上に立つことがあり、それらはそれらを変位させる試みから引き締める。手足は、サポートが失われたときに、姿勢のサポートを回復するために使用されます。このように動物が乗ったり、彼らのバランスを失うとき、支持を取り戻すためにホップします。徒歩または回転中に、手足は、ステッピングに参加、しかし動物の勢いは姿勢サポートにおけるその役割から手足を変位させるときだけ。このように、地上の歩行中に片側性障害の動物は、その障害のある手足は動物の前進運動の変位と姿勢のサポートから四肢をキャッチアップとして"limps"。オンにするときに、その障害の後肢で動物のピボットは、障害のある肢と同側回転するとき、そしてそれは滝では、"それをサポートする作用から、それを変位させる障害後肢に対回転したとき。我々は、彼らはドラムに歩いて一方的な6 - OHDAの病変を投与されたラットの反対から病変肢で、シフトは非常に同様の障害が、重量のサポートではなく、体重を観察することができた。前肢と後肢の両方が姿勢のサポートに使用されたが、どちらの手足は重みがシフトするために使用されるように見えた。例えば、前肢と後肢の両方が健常肢、または対照ラットの四肢で発生したよりもずっと後にドラムから解除された。ドラムの動きはそれらをサポートする機能から手足を避難するときに、彼らの前進は、体重を支えるためにだけ必要な距離を移動し、減弱した。私どちらもmpaired前肢も後肢は充分にそのペアのメイトはドラムの表面の透明なスイングする可能性が体を持ち上げるように見えた。手足も前方にラットの体重移動に参加していたようです。たとえば、コントロールのラット拉致と前方に動物を推進するためにドラムに押し付けの後肢のに対し、ラットでは、それらの障害後肢と同様の動きをしていた。

我々はまた、DA欠乏ラットは彼らの障害のある肢を移動する方法でラットのステッピングの動きとこのように新たな障害のいくつかの新しい特徴を観察することができた。前肢と後肢の両方は、外側の数字は(5桁)最初のドラムの表面に接触しているアルペジオの動きでドラム表面を連絡桁4、3、および2により連続的に続く。障害前肢と後肢は、同様にドラムの表面を特定して予測することなどと表示されます平らヤシダウンの動きと表面に接触していませんでした。彼らは食べ物を(Whishawとフグ、1994)を把握するために自分の前足を置くのと同様のアルペジオの動きは、ラットの前足に記載されており、この動きはまた、DA欠乏ラットの障害肢(Miklyaevaら、1994年に低下している)。要約すると、本研究の結果は以下のことrotorodの姿勢を検証し、脳損傷したラットでは、ステッピングの非常に有用な方法を提供できることを示している。タスクは、分散と熟練したステップの動きを要求する最小限のトレーニングで、無動機食品の報酬を必要とし、スコアとフィルムに簡単です。さらに、障害は他のテストの状況に一般化することができるrotorodで観察。

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Acknowledgments

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。

References

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Erratum

Formal Correction: Erratum: Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat
Posted by JoVE Editors on 04/01/2012. Citeable Link.

A correction was made to: Use of Rotorod as a Method for the Qualitative Analysis of Walking in Rat. 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.

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