Method Article

استخدام MouseWalker لتحديد الخلل الحركي في نموذج فأر لإصابة الحبل الشوكي

DOI:

10.3791/65207

⸱

March 24th, 2023

 ,  ,  ,  ,  , 
1Instituto de Medicina Molecular João Lobo Antunes, Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa, 2iNOVA4Health, NOVA Medical School|Faculdade de Ciências Médicas, NMS|FCM, Universidade Nova de Lisboa, 3Instituto de Histologia e Biologia do Desenvolvimento, Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم توفير خط أنابيب تجريبي لوصف النمط الحركي للفئران التي تمشي بحرية باستخدام صندوق أدوات MouseWalker (MW) ، بدءا من تسجيلات الفيديو الأولية والتتبع إلى التحليل الكمي اللاحق. يتم استخدام نموذج إصابة كدمة الحبل الشوكي في الفئران لإثبات فائدة نظام MW.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعتمد تنفيذ البرامج الحركية المعقدة والمنسقة للغاية ، مثل المشي والجري ، على التنشيط الإيقاعي للدوائر الشوكية وفوق الشوكية. بعد إصابة الحبل الشوكي الصدري ، يكون الاتصال بالدوائر الأولية ضعيفا. وهذا بدوره يؤدي إلى فقدان التنسيق ، مع إمكانية استرداد محدودة. وبالتالي ، لتقييم درجة الشفاء بشكل أفضل بعد تناول الأدوية أو العلاجات ، هناك حاجة إلى أدوات جديدة أكثر تفصيلا ودقة لتحديد المشي وتنسيق الأطراف والجوانب الدقيقة الأخرى للسلوك الحركي في النماذج الحيوانية لإصابة الحبل الشوكي. تم تطوير العديد من المقايسات على مر السنين لتقييم سلوك المشي الحر في القوارض كميا. ومع ذلك ، فإنها عادة ما تفتقر إلى القياسات المباشرة المتعلقة باستراتيجيات المشي التدريجي وأنماط البصمة والتنسيق. لمعالجة أوجه القصور هذه ، يتم توفير نسخة محدثة من MouseWalker ، والتي تجمع بين ممر الانعكاس الداخلي الكلي المحبط (fTIR) مع برنامج التتبع والقياس الكمي. تم تكييف هذا النظام مفتوح المصدر لاستخراج العديد من المخرجات الرسومية والمعلمات الحركية ، ويمكن أن تكون مجموعة من أدوات ما بعد القياس الكمي لتحليل بيانات المخرجات المقدمة. توضح هذه المخطوطة أيضا كيف تصف هذه الطريقة ، المتحالفة مع الاختبارات السلوكية المحددة بالفعل ، كميا، العجز الحركي بعد إصابة الحبل الشوكي.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

التنسيق الفعال لأربعة أطراف ليس فريدا للحيوانات الرباعية. يظل التنسيق بين الأطراف الأمامية والخلفية في البشر مهما لإنجاز العديد من المهام ، مثل السباحة وتغيرات السرعة أثناء المشي1. يتم الحفاظ على مختلف الأطرافالحركية 2 والبرنامج الحركي1،3،4 ، وكذلك دوائر التغذية المرتدة الحس العميق5 ، بين البشر والثدييات الأخرى ويجب أخذها في الاعتبار عند تحليل الخيارات العلاجية للاضطرابات الحركية ، مثل إصابة الحبل الشوكي (SCI)6،7،8.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تمت الموافقة على جميع إجراءات المناولة والرعاية الجراحية وما بعد الجراحة من قبل اللجنة الداخلية الجزيئية لمعهد الطب (ORBEA) ولجنة أخلاقيات الحيوان البرتغالية (DGAV) وفقا لإرشادات الجماعة الأوروبية (التوجيه 2010/63 / EU) والقانون البرتغالي بشأن رعاية الحيوان (DL 113/2013) بموجب الترخيص 0421/000/000/2022. تم استخدام إناث الفئران C57Bl / 6J التي تتراوح أعمارها بين 9 أسابيع في الدراسة الحالية. تم بذل كل الجهود لتقليل عدد الحيوانات وتقليل معاناة الحيوانات المستخدمة في الدراسة. البرنامج النصي MATLAB والإصدار المستقل من برنامج MW مفتوح المصدر ومتوفر في GitHub
مستودع (https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseW....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يصف نظام BMS القياسي العجز الحركي الإجمالي بعد SCI14. نظرا لطبيعتها الذاتية ، يتم إجراء فحوصات كمية أخرى بشكل عام جنبا إلى جنب مع BMS لإنتاج تقييم أكثر تفصيلا ودقة للحركة. ومع ذلك ، تفشل هذه الاختبارات في إظهار معلومات محددة حول دورات الخطوة ، وأنماط الخطوة ، والتنسيق بين الأطراف الأمامية والخلفية ، وهو أمر مهم للغاية في فهم كيفية حفاظ الدوائر الشوكية على وظيفتها وتكيفها مع اصابات النخاع الشوكي غير المكتملة. يوضح هذا القسم كيف يمكن أن يساعد صندوق أدوات MW في مراقبة استعادة الوظيفة الحركية بعد اصاب.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

هنا ، يتم توضيح إمكانات طريقة MouseWalker من خلال تحليل السلوك الحركي بعد اصابات النخاع الشوكي. يوفر رؤى جديدة حول تعديلات محددة في أنماط الخطوات والبصمة والمشي التي قد تفوتها الاختبارات القياسية الأخرى. بالإضافة إلى توفير إصدار محدث من حزمة MW ، يتم أيضا وصف أدوات تحليل البيانات باستخدام نصوص Python النصية المرفقة (انظر الخطوة 5).

نظرا لأن MW يولد مجموعة بيانات كبيرة ومجموعة من المعلمات الحركية التي تعكس عملية حركية عالية الأبعاد ، فقد تم استخدام PCA. في الواقع ، تم استخدام PCA على نطاق واسع .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويعلن صاحبا البلاغ أنه ليس لهما مصالح مالية متنافسة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يشكر المؤلفان لورا تاكر وناتاسا لونكاريفيتش على تعليقاتهما على المخطوطة والدعم الذي قدمه مرفق القوارض التابع لمعهد الطب الجزيئي جواو لوبو أنتونيس. يريد المؤلفون الاعتراف بالدعم المالي المقدم من Prémios Santa Casa Neurociências - جائزة Melo e Castro لأبحاث إصابات الحبل الشوكي (MC-36/2020) إلى L.S. و CSM تم دعم هذا العمل من قبل Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) (PTDC / BIA-COM / 0151/2020) ، iNOVA4Health (UIDB / 04462/2020 و UIDP / 04462/2020) ، و LS4FUTURE (LA / P / 0087/2020) إلى C.S.M. L.S. تم دعمه بعقد باحث رئيسي فردي من CEEC (2021.02253.CEECIND). تم دعم AFI من خلال زمالة الدكتوراه من FCT (2020.08168.BD). تم دعم A.M.M. من خلال زمالة الدكتوراه من FCT (PD /....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
<قوي>45 & ordm; مرآة  بثق ألومنيوم < / قوي >
2 (2 × 2 سم) ، ارتفاع 16 سم ، 1 على كل جانبميسومي
2 بثق ألومنيوم (2 × 2 سم) ، 23 سم ، @ 45 درجة ؛ 1 على كل جانبميسومي
1 بثق ألومنيوم (2 × 2 سم) ، 83 سمبطول ميسومي
87 × 23 سم مرآةمورد زجاج عام   ؛
حشو الورق المقوى الأسود القرطاسية العامةاستخدمنا 2 ، أحدهما بحجم 69 × 6 سم والآخر بحجم 69 × 3 سم للحد من الانعكاس على المرآة
< قوية > إضاءة خلفية < / قوية >
109 × 23 سم زجاج شبكي (0.9525 سم) موردالأجهزة
2 بثق جانبي من الألومنيوم (4 × 4 سم) ، بطول 20 سم ، 1 على كل جانبMisumi
شريط LED متعدد الألوانالأجهزة
ورق أبيض غير شفاف لتغطية زجاج شبكيمورد
العامة < قوي > fTIR قاعدة دعم ومشاركات < / قوي >
2 بثق الألومنيوم (4 × 4 سم) ، ارتفاع 100 سمميسومي
60 × 30 سم لوح تجارب متريإدموند للبصريات & nbsp ؛# 54-641
M6 مسامير 12 ممEdmund Optics   ؛
M6 عرافة المكسرات والواهرإدموند للبصريات  
fTIR Walkway  زجاج شبكي < / قوي>
109 × 8.5 سم (سمك 1.2 سم)موردزجاج شبكي 109 × 8.5 سم (سمك 1.2 سم) بطول
109 سم من الألومنيوم ذو القناة الأساسية على شكل حرف U بارتفاع 1.6 سم × عمق 1.9 سم طيات سميكة (لتثبيت زجاج شبكي)مورد
2 بثق جانبي من الألومنيوم (4 × 4 سم) بطول 20 سم ، 1 على كل جانبMisumi
حشو الورق المقوى الأسود القرطاسية العامةاستخدمنا 2 حشو على كل جانب لتغطية حدود زجاج شبكي ، وتجنب الحواف الساطعة
M6 مسامير 12 ممEdmund Optics   ؛
<قوية>كاميرا عالية السرعة (على حامل ثلاثي القوائم) < / قوي> Blackfly
S USB3FLIR#BFS-U3-32S4M-Cهذه توصية الشرط هو تسجيل ما لا يقل عن 100 إطار في الثانية
Infinite Horizon Impactor 
Infinite Horizon Impactor الدقة للأنظمة والأجهزة ، ذ م م.# 0400
Lens< / strong>
Nikon AF Zoom-Nikkor 24-85mmنيكون# 1929يوصى بهذه العدسة ، ولكن يمكن استخدام عدسة أخرى. تأكد من احتوائه على فتحة عدسة كبيرة (أي قيم F-stop أصغر) ، لالتقاط إشارات fTIR
Software
MATLAB R2022bMathWorks
Python 3.9.13 بايثون للبرمجيات
أناكوندا نافيجيتور 2.1.4أناكوندا ، إنك.
سبايدر 5.1.5 المساهمون
SpyderWalkway wall  < / قوي>
2 أكريليك كبير مستقيم مع 100 × 15 سمأي متجر
2 جوانب شبه منحرفة أكريلية بطول 6-10 × 15 سمارتفاع أي متجر صغير bricolage
GitHub Materials< / strong >
Folder name < / strong >URL < / strong>
Boxplotshttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/BoxplotsScript لإنشاء Boxplots
Docshttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docsمستندات إضافية
خريطة التمثيل اللونيhttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmapsالنصي لإنشاء خريطة التمثيل اللوني
برنامج نصي Matlathttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Scriptبرنامج نصي MouseWalker matlab
PCAhttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plotsScript لتنفيذ مخططات البيانات الأولية لتحليل المكونات الرئيسية
https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plotsبرنامج نصي لإنشاء مخططات البيانات
التحليل المتبقيhttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysisالتعليمات البرمجية لحساب المخلفات من البيانات الأولية
مورد العام مورد العام القرطاسية الأجهزة العامة الأجهزة العامةمورد مؤسسة في مشروعصغير bricolage البرنامج الأولية

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Frigon, A. The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion. Journal of Neurophysiology. 117 (6), 2224-2241 (2017).
  2. Grillner, S. Biological pattern generation: The cellular and computational logic of networks in motion.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

MouseWalker SystemSpinal Cord InjuryLocomotor DysfunctionGait QuantificationMouse ModelMotor CoordinationKinematic AnalysisBehavioral AssaysOpen Source ToolsFootprint Patterns

Related Articles