エラスムス梯子を用いたマウスの微細運動学習と連想運動学習のモニタリング

マウスの運動表現型を評価するために、さまざまなテストが開発されています。各テストは、運動行動の特定の側面に関する情報を提供します¹.たとえば、オープンフィールドテストは、一般的な移動運動と不安状態について通知します。ロータロッドとウォーキングビームは、協調性とバランスに関するテストを行います。フットプリント分析は歩行に関するものです。強制的または自発的な身体運動中のトレッドミルまたはランニングホイール。そして、複雑なホイールは運動能力の学習に関するものです。マウスの運動表現型を分析するには、研究者はこれらのテストを順番に実行する必要があり、これには多くの時間と労力がかかり、多くの場合、複数の動物コホートが含まれます。細胞レベルまたは回路レベルで情報がある場合、調査員は通常、関連する側面を監視し、そこから追跡するテストを選択します。しかし、運動行動のさまざまな側面を自動化された方法で識別するパラダイムが不足しています。

本稿では、マウスの様々な運動学習機能を包括的に評価できるシステムであるエラスムス・ラ^ダー2,3を使用するためのプロトコルについて述べる。主な利点は、この方法の再現性と感度、および運動障害を滴定し、運動能力の障害を連想運動学習の障害から分離する能力です。主なコンポーネントは、はしご上のマウスの位置を検出するタッチセンサーを備えた高段(H)と低段(L)が交互に並ぶ水平のはしごで構成されています。はしごは2 x 37段(L、6 mm;H、12 mm)を互いに15 mm間隔で配置し、30 mmの間隔を空けて左右に交互に配置します(図1A)。横木を個別に動かして、さまざまなレベルの難易度を生成する、つまり障害物を作成できます (高い横木を 18 mm 上げます)。エラスムスラダーは、自動記録システムとラングパターンの変更を感覚刺激と関連付けることで、環境上の課題(障害物をシミュレートするためのより高いラングの出現、無条件刺激[US])または感覚刺激との関連(トーン、条件刺激[CS])に応答して、微細な運動学習と運動能力の適応をテストします。試験には2つの異なる段階があり、それぞれが4日間の運動能力の改善を評価し、その間、マウスは1日あたり42回の連続した試験を受けます。初期段階では、マウスはしごをナビゲートして「細かい」または「熟練した」運動学習を評価するように訓練されます。第2段階は、移動する動物の進路により高い段の形の障害物が提示されるインターリーブ試験で構成されています。摂動は、「障害のある」運動学習を評価するために予期せぬものであったり(米国のみの試験)、または「連想的」運動学習を評価するために聴覚音によって発表されたり(対応のある試験)である。

エラスムスの梯子は^{比較的最近開発された2,3}。プロトコルの設定と最適化には集中的な努力が必要であり、他の運動障害を明らかにする可能性を詳細に調査することなく、小脳依存の連想学習を評価するように特別に設計されているため、広くは使用されていませんでした。現在までに、マウス3,4,5,6,7,8の小脳機能障害に関連する微妙な運動障害を明らかにする能力が検証されています。例えば、コネキシン36(Cx36)ノックアウトマウスでは、卵巣ニューロンのギャップ結合が損なわれており、電卓結合の欠如により発火障害が見られますが、運動の表現型を特定するのは困難でした。エラスムス梯子を用いた実験では、小脳の運動学習課題における下卵巣ニューロンの役割は、刺激の正確な時間的符号化を符号化し、予期せぬ出来事に対する学習依存的な反応を促進することであることが示唆された^3,4。脆弱Xメッセンジャーリボ核タンパク質1(Fmr1)ノックアウトマウスは、脆弱X症候群(FXS)のモデルであり、手続き記憶形成の軽度の欠陥とともに、よく知られた認知障害を示します。Fmr1ノックアウトは、エラスムスラダーでのセッションと比較して、歩行時間、試行ごとのミスステップ、または運動能力の改善に有意差を示さなかったが、野生型(WT)の同腹仔と比較して、突然現れる障害物に歩行パターンを調整できず、特定の手続き的および連想的記憶の欠損が確認された^3,5.さらに、プルキンエ細胞の産出、増強、分子層介在ニューロンまたは顆粒細胞の産出障害など、小脳機能に欠陥がある細胞特異的なマウス変異株は、効率的なステップパターンの獲得の変化による運動協調と、梯子を横断するためのステップ数に問題^{を示した6。}新生児脳損傷は、小脳の学習障害とプルキンエ細胞の機能障害を引き起こしますが、エラスムスラ^ダー7,8でも検出できます。

このビデオでは、行動室のセットアップ、行動テストプロトコル、およびその後のデータ分析について詳しく説明した包括的なステップバイステップガイドを紹介します。このレポートは、アクセスしやすくユーザーフレンドリーに作成されており、新規参入者を支援するために特別に設計されています。このプロトコルは、マウスが採用する運動訓練のさまざまな段階と予想される運動パターンに関する洞察を提供します。最後に、本稿では、強力な非線形回帰アプローチを使用したデータ分析のための体系的なワークフローを提案し、他の研究状況にプロトコルを適応させ、適用するための貴重な推奨事項と提案を完備しています。