Paw-Print analyse van contrast-Enhanced opnames (PrAnCER): een voordelig, Open-Access automatisch analysesysteem voor de beoordeling van motorische tekorten

We presenteren een nieuw ganganalysesysteem dat een gebruiksvriendelijk, betaalbaar en nauwkeurig alternatief is voor commerciële gangsystemen. Het gebruik van een semitransparante vloer in de juiste verlichting zorgt voor een hoog contrast poot afdrukken terwijl het lichaam van het dier verduistert. Ons systeem kan worden gebruikt om de motorische functie te beoordelen in een breed scala van letsel en ziekte modellen, zoals ruggenmerg of zenuwschade, neurodegeneratieve ziekten, en neuromusculaire aandoeningen.

Zowel ons gangapparaat als geautomatiseerd programma PrAnCER kunnen eenvoudig worden aangepast aan verschillende opstellingen of diermodellen. Om het opzetten van een loopanalyse loopbrug, plaats een duidelijke plexiglas omheinde loopbrug op een duidelijke plexiglas vloer en bedek de vloer met een stuk van 16-pond opstellen vellum gesneden tot dezelfde breedte als de loopbrug. Plaats vervolgens een camera met ten minste 30 frames per seconde framerate direct onder de loopbrug om het midden van het spoor vast te leggen en een strook van 12-volt lichtgevende diodelampen te beveiligen met 18 lichtgevende diodes per voet ongeveer twee centimeter afstand van en een centimeter boven de vloer van de loopbrug om het spoor te elimineren.

Om de dieren gewend aan de loopbrug, plaats de rat thuis kooi op het oppervlak niveau aan het einde van de loopbrug om te dienen als een doel vak en laat de rat te lopen van de hand langs de lengte van de loopbrug naar de huiskooi. Ratten zullen vaak stoppen aan het einde van de loopbrug om rond te kijken voordat springen in de kooi van het huis. Als een rat langer dan een minuut nodig heeft om de loopbrug te verlaten, moedig het dier aan om de kooi van het huis met een zachte duw binnen te gaan.

Als de rat zich omdraait, gebruik dan een klein stukje plexiglas om het begin van de loopbrug te blokkeren. Wanneer de ratten comfortabel zijn het oversteken van de loopbrug in een gestaag tempo zonder bevriezing, pas de instellingen op de webcam software om het duidelijkste beeld van de poot prints te bereiken en opnemen van elke run afzonderlijk, labelen van de runs op de juiste manier voor gebruik met de geautomatiseerde analyse programma. Na de bevestiging dat er geen vlekken of puin op het vellum, beginnen met het opnemen van een paar seconden voordat de rat de loopbrug binnenkomt en stoppen zodra de rat verlaat de loopbrug en gaat de huiskooi.

Het is belangrijk om ervoor te zorgen dat de opgenomen video's ten minste vier opeenvolgende stappen vastleggen die plaatsvinden zonder pauze of versnelling om de motorfunctie van het dier nauwkeurig weer te geven. Veeg de loopbrug met ethanol na elke rat, ter vervanging van de vellum als dat nodig is. Voor analyse van de gangopnames plaatst u alle video's die moeten worden geanalyseerd in één map en voert u de pootafdrukanalyse uit van contrastverwerkte opnamen, of PrAnCER, Python-script.

Klik in het pop-upmenu op een map om de map met video's te selecteren en selecteer de juiste aangepaste opties voor de analyse naar wens. Klik op Doorgaan wanneer u klaar bent. Als u een interessegebied op de afbeelding van de loopbrug wilt definiëren, klikt u links om een bovenrand te definiëren en klikt u met de rechtermuisknop om een onderrand te definiëren.

Als het vak dat wordt weergegeven juist is, drukt u op N om door te gaan. Het programma wordt automatisch uitgevoerd. Nadat PrAnCER is voltooid, klikt u op enter in de terminal om het programma te beëindigen.

Bekijk vervolgens handmatig de uitvoer van afbeeldingen door PrAnCER door het Python-script, de grafische gebruikersinterface van gait-editor en het selecteren van het juiste MP4-bestand voor elke video uit te voeren. Corrigeer eventuele verkeerd geïdentificeerde of samengevoegde afdrukken indien nodig. Als u ruimtelijke en temporele gangparameters wilt extraheren, voert u de Parameter Analyzer van python-script uit en selecteert u het aantal achterafdrukken dat moet worden geanalyseerd en de map met video's die moeten worden geanalyseerd.

Klik vervolgens op Doorgaan met het uitvoeren van een csv-bestand voor elke video met een aantal veelvoorkomende gangparameters. Hoewel niet identiek aan handmatige score, PrAnCER presteert met hoge nauwkeurigheid en genereert betrouwbare maatregelen van gang. Resultaten van een groep controlevideo's worden hier ter vergelijking weergegeven.

PrAnCER-analyse van de paslengte verschilde niet significant van handmatig scoren, maar er was een significant verschil waargenomen in de basis van de ondersteuningsmeting. Dit is waarschijnlijk te wijten aan verschillen in het centreren van selectie in plaats van detectiefouten. Bij dieren die met hoge dosis haloperidol worden behandeld, wordt een aanzienlijke toename van de paslengte en het maximale contactgebied waargenomen.

Dieren met een lage dosis haloperidol vertonen ook een aanzienlijke toename van de houdingsduur en het maximale contactgebied. Bovendien is er een significant verschil tussen de hoge en lage dosis haloperidol voorwaarden in de basis van de steun, maximale contactgebied, en interlimb afstand gang parameters. Terwijl PrAnCER al analyseert veel voorkomende spatiotemporale gang parameters, de code kan worden gewijzigd om eventuele extra gang kenmerken van de gebruiker wenst te beoordelen.

We hopen dat ons systeem ganganalyse toegankelijker zal maken voor onderzoekers die een eenvoudige en betaalbare manier willen om de motorische functie te meten.