Analisi Paw-Print delle registrazioni con contrasto avanzato (PrAnCER): un sistema di analisi automatizzata dell'andatura a basso costo e ad accesso aperto per la valutazione dei deficit motori

Stiamo presentando un nuovo sistema di analisi dell'andatura che è un'alternativa intuitiva, economica e accurata ai sistemi di andatura commerciale. L'uso di un pavimento semitrasparente nell'illuminazione corretta crea impronte di zampe ad alto contrasto mentre oscura il corpo dell'animale. Il nostro sistema può essere utilizzato per valutare la funzione motoria in una vasta gamma di modelli di lesioni e malattie, come midollo spinale o danni ai nervi, malattie neurodegenerative e disturbi neuromuscolari.

Sia il nostro apparato di andatura che il programma automatizzato PrAnCER possono essere facilmente adattati per adattarsi a diverse configurazioni o modelli animali. Per impostare una passerella di analisi dell'andatura, posizionare una passerella chiusa in plexiglass trasparente su un pavimento in plexiglass trasparente e coprire il pavimento con un pezzo di pergamena di disegno da 16 libbre tagliato alla stessa larghezza della passerella. Quindi, posizionare una fotocamera con almeno 30 fotogrammi al secondo di frame rate direttamente sotto la passerella per catturare il centro della pista e fissare una striscia di luci a diodi emettitori di luce a 12 volt con 18 diodi emettitori di luce per piede a circa due pollici di distanza e un pollice sopra il pavimento della passerella per eliminare la pista.

Per abituare gli animali alla passerella, posizionare la gabbia di casa del topo al livello della superficie alla fine della passerella dell'andatura per fungere da porta e consentire al topo di camminare dalla mano lungo la lunghezza della passerella fino alla gabbia di casa. I ratti spesso si fermano alla fine della passerella per guardarsi intorno prima di saltare giù nella gabbia di casa. Se un topo impiega più di un minuto per uscire dalla passerella, incoraggia l'animale a entrare nella gabbia di casa con una leggera spinta.

Se il topo si gira, usa un piccolo pezzo di plexiglass per bloccare l'estremità iniziale della passerella. Quando i ratti sono a proprio agio nell'attraversare la passerella a un ritmo costante senza congelamento, regolare le impostazioni sul software della webcam per ottenere l'immagine più chiara delle impronte delle zampe e registrare ogni corsa separatamente, etichettando le corse in modo appropriato per l'uso con il programma di analisi automatizzato. Dopo aver confermato che non ci sono macchie o detriti sulla pergamena, inizia a registrare alcuni secondi prima che il topo entri nella passerella e si fermi una volta che il topo esce dalla passerella ed entra nella gabbia di casa.

È importante assicurarsi che i video registrati catturino almeno quattro passaggi consecutivi che si verificano senza pausa o accelerazione per riflettere accuratamente la funzione motoria dell'animale. Pulire la passerella con etanolo dopo ogni topo, sostituendo la pergamena in base alle esigenze. Per l'analisi delle registrazioni dell'andatura, posiziona tutti i video da analizzare in un'unica cartella ed esegui l'analisi della stampa paw delle registrazioni migliorate a contrasto, o PrAnCER, script Python.

Nel menu a comparsa fare clic su scegli una cartella per selezionare la cartella dei video e selezionare le opzioni personalizzate appropriate per l'analisi come desiderato. Al termine, fare clic su Continua. Per definire un'area di interesse sull'immagine della passerella, fare clic con il pulsante sinistro del mouse per definire uno spigolo superiore e fare clic con il pulsante destro del mouse per definire uno spigolo inferiore.

Se la casella visualizzata è corretta, premere N per continuare. Il programma verrà eseguito automaticamente. Al termine di PrAnCER, fare clic su Entra nel terminale per terminare il programma.

Quindi, esaminare manualmente le immagini output da PrAnCER eseguendo lo script Python, Gait Editor Graphic User Interface e selezionando il file MP4 appropriato per ogni video. Correggere eventuali stampe identificate o unite in modo esemplificato in base alle esigenze. Per estrarre i parametri dell'andatura spaziale e temporale, eseguire python script Parameter Analyzer e selezionare il numero di stampe posteriori da analizzare e la cartella dei video da analizzare.

Quindi, fare clic su continua a generare un file CSV per ogni video contenente una serie di parametri di andatura comuni. Sebbene non sia identico al punteggio manuale, PrAnCER funziona con alta precisione e genera misure affidabili di andatura. I risultati di un gruppo di video di controllo sono mostrati qui per il confronto.

L'analisi PrAnCER della lunghezza del passo non era significativamente diversa dal punteggio manuale, ma si osservava una differenza significativa nella base di misurazione del supporto. Ciò è probabilmente dovuto a variazioni nella selezione di centramento piuttosto che a errori di rilevamento. Negli animali trattati con aloperidolo ad alte dosi, si osserva un aumento significativo della lunghezza del passo e dell'area di contatto massima.

Anche gli animali cui è stato somministrato aloperidolo a basso consumo dimostrano un aumento significativo della durata della posizione e dell'area di contatto massima. Inoltre, c'è una differenza significativa tra le condizioni di aloperidolo ad alta e bassa dose nella base di supporto, nell'area di contatto massima e nei parametri dell'andatura a distanza interlimbare. Mentre PrAnCER analizza già molti comuni parametri di andatura spatiotemporale, il codice può essere modificato per valutare eventuali caratteristiche di andatura aggiuntive che l'utente desidera.

Speriamo che il nostro sistema renderà l'analisi dell'andatura più accessibile ai ricercatori che vorrebbero un modo semplice e conveniente per misurare la funzione motoria.