Utilisation du MouseWalker pour quantifier le dysfonctionnement locomoteur dans un modèle murin de lésion de la moelle épinière

Summary

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.

Abstract

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 cinématique^{des 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....

Protocol

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....

Results

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.......

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 .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
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