Análisis de impresión de patas de grabaciones mejoradas por contraste (PrAnCER): Un sistema de análisis automatizado de gait de bajo costo y acceso abierto para evaluar los déficits de los motores

Estamos presentando un nuevo sistema de análisis de marcha que es una alternativa fácil de usar, asequible y precisa a los sistemas de marcha comercial. El uso de un suelo semitransparente en la iluminación correcta crea impresiones de patas de alto contraste mientras oscurece el cuerpo del animal. Nuestro sistema se puede utilizar para evaluar la función motora en una amplia gama de modelos de lesiones y enfermedades, como la médula espinal o daño a los nervios, enfermedades neurodegenerativas y trastornos neuromusculares.

Tanto nuestro aparato de marcha como el programa automatizado PrAnCER se pueden adaptar fácilmente para adaptarse a diferentes configuraciones o modelos animales. Para establecer una pasarela de análisis de marcha, coloque una pasarela cerrada de plexiglás transparente en un piso de plexiglás transparente y cubra el suelo con un trozo de vitela de dibujo de 16 libras cortada a la misma anchura que la pasarela. A continuación, coloque una cámara con al menos 30 fotogramas por segundo de velocidad de fotogramas directamente debajo de la pasarela para capturar el centro de la pista y asegurar una tira de luces de diodo que emiten luz de 12 voltios con 18 diodos emisores de luz por pie aproximadamente a dos pulgadas de distancia y una pulgada por encima del suelo de la pasarela para eliminar la pista.

Para habituar a los animales a la pasarela, coloque la jaula de la casa de la rata en el nivel de la superficie al final de la pasarela de la marcha para servir como una caja de gol y permitir que la rata camine desde la mano hasta la longitud de la pasarela hasta la jaula de la casa. Las ratas a menudo se detienen al final de la pasarela para mirar a su alrededor antes de saltar hacia abajo en la jaula de la casa. Si una rata tarda más de un minuto en salir de la pasarela, anime al animal a entrar en la jaula de la casa con un suave empujón.

Si la rata se da la vuelta, use un pequeño trozo de plexiglás para bloquear el final inicial de la pasarela. Cuando las ratas se sienten cómodas cruzando la pasarela a un ritmo constante sin congelarse, ajuste la configuración en el software de la cámara web para lograr la imagen más clara de las impresiones de la pata y grabar cada carrera por separado, etiquetando las corridas apropiadamente para su uso con el programa de análisis automatizado. Después de confirmar que no hay manchas o escombros en el vitela, comience a grabar unos segundos antes de que la rata entre en la pasarela y deténgase una vez que la rata salga de la pasarela y entre en la jaula de la casa.

Es importante asegurarse de que los videos grabados capturen al menos cuatro pasos consecutivos que se producen sin pausa o aceleración para reflejar con precisión la función motora del animal. Limpie la pasarela con etanol después de cada rata, reemplazando el vitela según sea necesario. Para el análisis de las grabaciones de marcha, coloque todos los vídeos que se analizarán en una sola carpeta y ejecute el análisis de impresión de patas de grabaciones con contraste mejorado, o prAnCER, python script.

En el menú emergente, haga clic en elegir una carpeta para seleccionar la carpeta de vídeos y seleccione las opciones personalizadas adecuadas para el análisis que desee. Haga clic en Continuar cuando haya terminado. Para definir una región de interés en la imagen de la pasarela, haga clic con el botón izquierdo para definir un borde superior y haga clic con el botón derecho para definir un borde inferior.

Si el cuadro que aparece es correcto, presione N para continuar. El programa se ejecutará automáticamente. Una vez completado PrAnCER, haga clic en enter en el terminal para finalizar el programa.

A continuación, revise manualmente las imágenes de PrAnCER ejecutando la secuencia de comandos de Python, Gait Editor Graphic User Interface y seleccionando el archivo MP4 adecuado para cada vídeo. Corrija las impresiones mal identificadas o fusionadas según sea necesario. Para extraer parámetros de marcha espacial y temporal, ejecute el Analizador de parámetros de script de Python y seleccione el número de impresiones posteriores que desea analizar y la carpeta de vídeos que desea analizar.

A continuación, haga clic en continuar para generar un archivo csv para cada vídeo que contenga una serie de parámetros de marcha comunes. Aunque no es idéntico a la puntuación manual, PrAnCER funciona con alta precisión y genera medidas fiables de marcha. Los resultados de un grupo de vídeos de control se muestran aquí para la comparación.

El análisis PrAnCER de la longitud de zancada no fue significativamente diferente de la puntuación manual, pero se observó una diferencia significativa en la base de la medición de soporte. Esto es probablemente debido a desviaciones en la selección de centrado en lugar de errores de detección. En animales tratados con haloperidol en dosis altas, se observa un aumento significativo en la longitud de zancada y el área máxima de contacto.

Los animales a los que se administra haloperidol en dosis bajas también demuestran un aumento significativo en la duración de la postura y en el área de contacto máxima. Además, hay una diferencia significativa entre las condiciones de haloperidol de dosis alta y baja en la base de soporte, el área de contacto máxima y los parámetros de marcha de distancia interlimb. Mientras que PrAnCER ya analiza muchos parámetros comunes de la marcha espaciotemporal, el código se puede modificar para evaluar cualquier característica de marcha adicional que el usuario desee.

Esperamos que nuestro sistema haga que el análisis de la marcha sea más accesible para los investigadores que desean una forma sencilla y asequible de medir la función motora.