Un pipeline expérimental pour décrire quantitativement le modèle locomoteur de souris marchant librement à l’aide de la boîte à outils MouseWalker (MW) est fourni, allant des enregistrements vidéo initiaux et du suivi à l’analyse post-quantification. Un modèle de lésion de la moelle épinière chez la souris est utilisé pour démontrer l’utilité du système MW.
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Article de méthode
Utilisation du MouseWalker pour quantifier le dysfonctionnement locomoteur dans un modèle murin de lésion de la moelle épinière
Dans cet article
Résumé
Résumé
L’exécution de programmes moteurs complexes et hautement coordonnés, tels que la marche et la course, dépend de l’activation rythmique des circuits rachidiens et supra-rachidiens. Après une lésion de la moelle épinière thoracique, la communication avec les circuits en amont est altérée. Ceci, à son tour, conduit à une perte de coordination, avec un potentiel de récupération limité. Par conséquent, pour mieux évaluer le degré de récupération après l’administration de médicaments ou de thérapies, il est nécessaire de disposer de nouveaux outils plus détaillés et plus précis pour quantifier la démarche, la coordination des membres et d’autres aspects fins du comportement locomoteur dans les modèles animaux de lésions de la moelle épinière. Plusieurs tests ont été développés au fil des ans pour évaluer quantitativement le comportement de marche libre chez les rongeurs; Cependant, ils manquent généralement de mesures directes liées aux stratégies de marche, aux modèles d’empreinte et à la coordination. Pour remédier à ces lacunes, une version mise à jour du MouseWalker, qui combine une passerelle de réflexion interne totale frustrée (fTIR) avec un logiciel de suivi et de quantification, est fournie. Ce système open-source a été adapté pour extraire plusieurs sorties graphiques et paramètres cinématiques, et un ensemble d’outils de post-quantification peut être pour analyser les données de sortie fournies. Ce manuscrit démontre également comment cette méthode, alliée à des tests comportementaux déjà établis, décrit quantitativement les déficits locomoteurs suite à une lésion de la moelle épinière.
Introduction
La coordination efficace de quatre membres n’est pas unique aux animaux quadrupèdes. La coordination des membres antérieurs et des membres postérieurs chez l’homme reste importante pour accomplir plusieurs tâches, telles que la natation et les modifications de la vitesse en marchant1. Divers circuits de rétroaction cinématiquedes membres 2 et moteurs 1,3,4, ainsi que les circuits de rétroaction proprioceptive5, sont conservés entre les humains et les autres mammifères et devraient être pris en compte lors de l’analyse des options thérapeutiques pour les troubles moteurs, te....
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Protocole
Toutes les procédures de manipulation, de soins chirurgicaux et postopératoires ont été approuvées par le Comité Moléculaire interne de l’Instituto de Medicina (ORBEA) et le Comité portugais d’éthique animale (DGAV) conformément aux directives de la Communauté européenne (Directive 2010/63/UE) et à la loi portugaise sur les soins aux animaux (DL 113/2013) sous la licence 0421/000/000/2022. Des souris C57Bl/6J femelles âgées de 9 semaines ont été utilisées pour la présente étude. Tous les efforts ont été déployés pour minimiser le nombre d’animaux et diminuer la souffrance des animaux utilisés dans l’étude. Le script MATLAB et la version autonome du logiciel MW sont op....
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Résultats
Le système BMS standard décrit les déficits moteurs bruts après SCI14. En raison de sa nature subjective, d’autres tests quantitatifs sont généralement effectués parallèlement au BMS pour produire une évaluation plus détaillée et plus fine de la locomotion. Cependant, ces tests ne montrent pas d’informations spécifiques sur les cycles de pas, les modèles de pas et la coordination des membres antérieurs et postérieurs, ce qui est extrêmement important pour comprendre comment les circuits rachidiens.......
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Discussion
Ici, le potentiel de la méthode MouseWalker est démontré en analysant le comportement locomoteur après une lésion médullaire. Il fournit de nouvelles informations sur des modifications spécifiques des modèles de pas, d’empreinte et de démarche qui seraient autrement manquées par d’autres tests standard. En plus de fournir une version mise à jour du package MW, les outils d’analyse de données sont également décrits à l’aide des scripts Python fournis (voir étape 5).
Comme le MW génère un grand .......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs déclarent qu’ils n’ont pas d’intérêts financiers concurrents.
Remerciements
Les auteurs remercient Laura Tucker et Natasa Loncarevic pour leurs commentaires sur le manuscrit et le soutien apporté par le Rodent Facility de l’Instituto de Medicina Molecular João Lobo Antunes. Les auteurs tiennent à souligner le soutien financier de Prémios Santa Casa Neurociências - Prix Melo e Castro pour la recherche sur les lésions de la moelle épinière (MC-36/2020) à L.S. et C.S.M. Ce travail a été soutenu par Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) (PTDC/BIA-COM/0151/2020), iNOVA4Health (UIDB/04462/2020 et UIDP/04462/2020), et LS4FUTURE (LA/P/0087/2020) au C.S.M. L.S. a été soutenu par un contrat de chercheur principal individuel CEEC (2021.02253.CEEC....
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| 45º ; Miroir ; | |||
| 2 extrusion d’aluminium (2 x 2 cm), 16 cm de hauteur, 1 de chaque côté | Misumi | ||
| 2 extrusion d’aluminium (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45° ; , 1 de chaque côté | Misumi | ||
| 1 extrusion d’aluminium (2 x 2 cm), 83 cm de long | Miroir Misumi | ||
| 87 x 23 cm Fournisseur | général de verre ; | ||
| Remplisseuse de carton noir ; | avons utilisé 2, l’un de 69 x 6 cm et l’autre de 69 x 3 cm pour limiter la réflexion sur le miroir | ||
| Arrière-plan rétroéclairé | |||
| 109 x 23 cm plexiglas (0,9525 cm d’épaisseur) | Fournisseur | ||
| 2 extrusion latérale d’aluminium (4 x 4 cm), 20 cm de long, 1 de chaque côté | Misumi | ||
| bande LED multicolore | Fournisseur général de quincaillerie Papier | ||
| opaque blanc pour couvrir le plexyglass | Fournisseur | ||
| fTIR Base de support et poteaux | |||
| 2 extrusion d’aluminium (4 x 4 cm), 100 cm de hauteur | Misumi | ||
| 60 x 30 cm plaque d’essai métrique | Edmund Optics ; | #54-641 | |
| M6 12 mm | vis Edmund Optics ; | ||
| Écrous hexagonaux M6 et wahers | Edmund Optics ; | ||
| fTIR’sp ; | |||
| 109 x 8,5 cm plexyglass (1,2 cm d’épaisseur) | Quincaillerie générale Fournisseur | 109 x 8,5 cm plexyglass (1,2 cm d’épaisseur) | |
| 109 cm de long Base-U-channel aluminium avec 1,6 cm de hauteur x 1,9 cm de profondeur plis épais (pour maintenir le plexyglass) | Quincaillerie générale 2 | ||
| extrusions latérales en aluminium (4 x 4 cm) 20 cm de longueur, 1 de chaque côté | Misumi | ||
| Remplisseuse de carton noir ; | général de papeterie | , nous avons utilisé 2 charges de chaque côté pour couvrir les limites du plexyglass, en évitant les bords brillants | |
| M6 12 mm | vis Edmund Optics ; | ||
| Appareil photo haute vitesse (sur trépied) | |||
| Blackfly S USB3 | FLIR | #BFS-U3-32S4M-C | Il s’agit d’une recommandation. L’exigence est d’enregistrer au moins 100 images par seconde |
| Impacteur à horizon infini ». | |||
| Impacteur à horizon infini » | Systèmes et instrumentation de précision, LLC. | #0400 | |
| Objectif | |||
| Nikon AF Zoom-Nikkor 24-85mm | Nikon | #1929 | Cet objectif est recommandé, mais d’autres objectifs peuvent être utilisés. Assurez-vous qu’il contient une grande ouverture (c’est-à-dire des valeurs F-stop plus petites) pour capturer les signaux fTIR |
| Software | |||
| MATLAB R2022b | MathWorks | ||
| Python 3.9.13 ; | Python Software Foundation | ||
| Anaconda Navigator 2.1.4 | Anaconda, Inc. | ||
| Spyder 5.1.5 ; | du projet Spyder | ||
| Walkway wall ; | |||
| 2 grands acryliques rectangulaires de 100 x 15 cm | Tout magasin | ||
| 2 latéraux acriliques trapéziens de 6 à 10 de longueur x 15 cm de hauteur | Tout magasin | ||
| GitHub Materials | |||
| Nom du dossier | URL | ||
| Boxplots | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Boxplots | Script pour créer des Boxplots | |
| Docs | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docs | Documents supplémentaires | |
| Heatmap | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmaps | Script pour créer une carte thermique | |
| Script Matlat | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Script | MouseWalker Script matlab | |
| PCA | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plots | Script pour effectuer une analyse en composantes principales | |
| Données brutes Tracés | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots | Script pour créer des graphiques de données brutes | |
| Analyse résiduelle | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis | Code pour calculer les résidus à partir de données brutes |
Références
- Frigon, A. The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion. Journal of Neurophysiology. 117 (6), 2224-2241 (2017).
- Grillner, S. Biological pattern generation: The cellular and computational logic of networks in motion.
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Réimpressions et autorisations
