צינור ניסיוני לתיאור כמותי של דפוס הלוקומוטור של עכברים ההולכים בחופשיות באמצעות ארגז הכלים MouseWalker (MW) מסופק, החל מהקלטות וידאו ראשוניות ומעקב ועד ניתוח לאחר כימות. מודל פגיעה בחוט השדרה בעכברים משמש כדי להדגים את התועלת של מערכת MW.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
שימוש בהליכון עכבר לכימות תפקוד לקוי של מנוע עכבר במודל עכבר של פגיעה בחוט השדרה
במאמר זה
סיכום
תקציר
ביצוע תוכניות מוטוריות מורכבות ומתואמות מאוד, כגון הליכה וריצה, תלוי בהפעלה קצבית של מעגלים בעמוד השדרה ובמעגלים העל-שדרתיים. לאחר פגיעה בעמוד השדרה החזי, התקשורת עם מעגלים במעלה הזרם נפגעת. זה, בתורו, מוביל לאובדן קואורדינציה, עם פוטנציאל התאוששות מוגבל. לפיכך, כדי להעריך טוב יותר את מידת ההחלמה לאחר מתן תרופות או טיפולים, יש צורך בכלים חדשים, מפורטים ומדויקים יותר לכימות הליכה, תיאום גפיים והיבטים עדינים אחרים של התנהגות מוטורית במודלים של בעלי חיים של פגיעה בחוט השדרה. במהלך השנים פותחו מספר בדיקות להערכה כמותית של התנהגות הליכה חופשית במכרסמים; עם זאת, הם בדרך כלל חסרים מדידות ישירות הקשורות לאסטרטגיות הליכה צעד, דפוסי טביעת רגל וקואורדינציה. כדי להתמודד עם חסרונות אלה, מסופקת גרסה מעודכנת של MouseWalker, המשלבת מסלול הליכה מתוסכל של השתקפות פנימית כוללת (fTIR) עם תוכנת מעקב וכימות. מערכת קוד פתוח זו הותאמה לחילוץ מספר פלטים גרפיים ופרמטרים קינמטיים, ומערכת של כלים לאחר כימות יכולה להיות לנתח את נתוני הפלט שסופקו. כתב יד זה גם מדגים כיצד שיטה זו, בשילוב עם מבחנים התנהגותיים שכבר נקבעו, מתארת כמותית ליקויים מוטוריים בעקבות פגיעה בחוט השדרה.
מבוא
התיאום היעיל של ארבע גפיים אינו ייחודי לבעלי חיים מרובעים. תיאום פורלימב-גפיים אחוריות בבני אדם נותר חשוב לביצוע מספר משימות, כגון שחייה ושינויים במהירות תוך כדי הליכה1. קינמטיגפיים שונים 2 ותוכנית מוטורית 1,3,4, כמו גם מעגלי משוב פרופריוצפטיביים5, נשמרים בין בני אדם ליונקים אחרים ויש לשקול אותם בעת ניתוח אפשרויות טיפוליות להפרעות מוטוריות, כגון פגיעה בחוט השדרה (SCI)6,7,8.
על מנת ללכת....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
כל הליכי הטיפול, הניתוח והטיפול שלאחר הניתוח אושרו על ידי הוועדה הפנימית המולקולרית של המכון הרפואי (ORBEA) וועדת האתיקה הפורטוגזית לבעלי חיים (DGAV) בהתאם להנחיות הקהילה האירופית (הנחיה 2010/63/EU) והחוק הפורטוגלי לטיפול בבעלי חיים (DL 113/2013) תחת רישיון 0421/000/000/2022. נקבות עכברי C57Bl/6J בנות 9 שבועות שימשו במחקר הנוכחי. כל המאמצים נעשו כדי למזער את מספר בעלי החיים ולהפחית את סבלם של בעלי החיים ששימשו במחקר. סקריפט MATLAB והגרסה העצמאית של תוכנת MW הם קוד פתוח וזמינים ב- GitHub
מאגר (https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker). בעוד שתוכנת MW פותחה ב-MATLAB R2012b, היא הותאמה לפעול ב-....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
מערכת BMS סטנדרטית מתארת את הגירעונות המוטוריים ברוטו לאחר SCI14. בשל אופיו הסובייקטיבי, בדיקות כמותיות אחרות מבוצעות בדרך כלל לצד BMS כדי לייצר הערכה מפורטת ועדינה יותר של תנועה. עם זאת, בדיקות אלה אינן מראות מידע ספציפי על מחזורי צעדים, דפוסי דריכה ותיאום בין הגפיים הקדמיות לגפיים האחוריות, שהוא חשוב ביותר להבנת האופן שבו מעגלי עמוד השדרה שומרים על תפקוד ומסתגלים למדע בדיוני חלקי. סעיף זה מראה כיצד ארגז הכלים של MW יכול לסייע בניטור התאוששות תפקוד המנוע לאחר SCI ולהוסיף מידע רלוונטי על התנהגות ה.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
כאן, הפוטנציאל של שיטת MouseWalker מודגם על ידי ניתוח התנהגות לוקומוטורית לאחר SCI. הוא מספק תובנות חדשות לגבי שינויים ספציפיים בדפוסי דריכה, טביעת רגל והליכה שאחרת היו מתפספסים במבחנים סטנדרטיים אחרים. בנוסף לאספקת גרסה מעודכנת של חבילת MW, כלי ניתוח נתונים מתוארים גם באמצעות סקריפטים Python שסופקו (ראה שלב 5).
מכיוון שה- MW מייצר מערך נתונים גדול ואוסף של פרמטרים קינמטיים המשקפים תהליך לוקומוטורי ממדי מאוד, נעשה שימוש ב- PCA; ואכן, PCA נמצא בשימוש נרחב במערכי נתונים קינמטיים אחרים הדומים לזה.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
המחברים מצהירים כי אין להם אינטרסים כלכליים מתחרים.
תודות
המחברים מודים ללאורה טאקר ונטשה לונקרביץ' על הערותיהם על כתב היד ועל התמיכה שניתנה על ידי מתקן המכרסמים של המכון המולקולרי לרפואה ז'ואאו לובו אנטונס. המחברים רוצים להודות על תמיכה כספית מ- Prémios Santa Casa Neurociências - Prize Melo e Castro for Spinal Cord Injury Research (MC-36/2020) ל- L.S. ו- C.S.M. עבודה זו נתמכה על ידי Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) (PTDC/BIA-COM/0151/2020), iNOVA4Health (UIDB/04462/2020 ו- UIDP/04462/2020) ו- LS4FUTURE (LA/P/0087/2020) ל- C.S.M. L.S. נתמכה על ידי חוזה חוקר ראשי פרטני של CEEC (2021.02253.CEECIND). A.F.I. נתמך על ידי מלגת דוקטורט מ FCT (2020.08168.BD). A.M.M. נתמך על ידי מלגת דוקטורט מ- FCT (PD/BD/128445/2017). I.....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>45º מראה | |||
| 2 שחול אלומיניום (2X2 ס"מ), גובה 16 ס"מ, 1 מכל צד | שחול אלומיניום Misumi | ||
| 2 (2X2 ס"מ), 23 ס"מ, @ 45° , 1 מכל צד | שחול אלומיניום Misumi | ||
| 1 (2X2 ס"מ), אורך 83 ס"מ | Misumi | ||
| מראה 87X23 ס"מ ספק | זכוכית כללי | ||
| מילוי קרטון שחור | נייר מכתבים כללי | השתמשנו ב -2, אחד עם 69 x 6 ס"מ והשני עם 69 x 3 ס"מ כדי להגביל את ההשתקפות על המראה | |
| < חזקה>תאורת רקע אחורית < / חזקה > | |||
| פרספקס 109 x 23 ס"מ (עובי 0.9525 ס"מ) | ספק | ||
| 2 שחול אלומיניום לרוחב (4 x 4 ס"מ), אורך 20 ס"מ, 1 מכל צד | Misumi | ||
| רצועת LED צבעונית | חומרה כללי | ||
| נייר אטום לבן לכיסוי פרספקס | ספק נייר מכתבים כללי < | ||
| strong>fTIR בסיס תמיכה ועמודים | |||
| 2 שחול אלומיניום (4 x 4 ס"מ), גובה 100 ס"מ | Misumi | ||
| 60 x 30 ס"מ לוח לחם מטרי | Edmund Optics | #54-641 | |
| ברגים M6 12 מ"מ אופטיקה | אדמונד | ||
| אגוזי משושה M6 | Edmund Optics | ||
| <שביל חזק>fTIR | |||
| 109 x 8.5 ס"מ פרספקס (עובי 1.2 ס"מ) | ספק | פרספקס 109 x 8.5 ס"מ (עובי 1.2 ס"מ) | |
| אורך 109 ס"מ אלומיניום תעלת U בסיסית עם 1.6 ס"מ גובה x 1.9 ס"מ עומק קיפולים (להחזקת הפרספקס) | ספק | ||
| 2 שחול אלומיניום לרוחב (4X4 ס"מ) אורך 20 ס"מ, 1 מכל צד | Misumi | ||
| מילוי קרטון שחור | ספק נייר מכתבים כללי | השתמשנו בשני חומרי מילוי מכל צד כדי לכסות את גבולות הפרספקס, תוך הימנעות מקצוות בהירים | |
| <מצלמה חזקה>מהירה (על חצובה) | |||
| Blackfly S USB3 | FLIR | #BFS-U3-32S4M-C | זוהי המלצה. הדרישה היא להקליט לפחות 100 פריימים לשנייה |
| <חזק>Infinite Horizon Impactor | |||
| Infinite Horizon Impactor | דיוק מערכות ומכשור בע"מ. | #0400 | |
| <חזק>עדשה | |||
| Nikon AF זום-Nikkor 24-85 מ"מ | Nikon | #1929 | עדשה זו מומלצת, אולם ניתן להשתמש בעדשה אחרת. ודא שהוא מכיל צמצם גדול (כלומר, ערכי F-stop קטנים יותר), כדי ללכוד אותות fTIR |
| Software | |||
| MATLAB R2022b | MathWorks | ||
| Python 3.9.13 | התוכנה Python | ||
| Anaconda Navigator 2.1.4 | Anaconda, Inc. | ||
| ספיידר - Spyder 5.1.5 | לפרויקט ספיידר | ||
| <קיר שביל>חזק | |||
| 2 אקריליקה רקטלרית גדולה עם 100 על 15 ס"מ | כל חנות | ||
| 2 אקריליק טרפזי לרוחב באורך 6-10 על גובה 15 ס"מ | כל חנות | ||
| 'GitHub חומרים | |||
| שם תיקייה | URL | ||
| Boxplots | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Boxplots | Script ליצירת Boxplots | |
| Docs | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docs | מסמכים נוספים | |
| מפת חום | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmaps | Script ליצירת מפת חום | |
| סקריפט Matlat | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Script | סקריפט Matlab של MouseWalker PCA | |
| https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plots | Script לביצוע ניתוח רכיבים ראשיים | ||
| עלילות נתונים גולמיות | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots | סקריפט ליצירת עלילות נתונים גולמיים | |
| ניתוח שיורי | https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis | קוד לחישוב שאריות מנתונים גולמיים |
מקורות
- 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.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
תגיות
