Przedstawiamy niskonakładowy, bezznacznikowy proces za pomocą DeepLabCut do ilościowego określania spontanicznego chodu i lokomocji u myszy poruszających się swobodnie. Ten protokół integruje nagranie wideo z jedną kamerą, bezznacznikowe śledzenie punktów anatomicznych i wyodrębnianie parametrów lokomocji przestrzenno-czasowych, zapewniając nieinwazyjne i dostępne narzędzie do analizy zachowań motorycznych bez specjalistycznego sprzętu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Tani niskokosztowy proces bez markerów oparty na DeepLabCut do analizy spontanicznego chodu i lokomocji u myszy poruszających się swobodnie
* These authors contributed equally
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Chod jest szeroko stosowanym biomarkerem funkcjonalnym do wykrywania zmian motorycznych w różnych chorobach i stanach, ponieważ odzwierciedla zmiany w koordynacji, sile, równowadze i integracji czuciowo-ruchową. Jednak tradycyjne metody analizy chodu w modelach zwierzęcych często wymagają drogiego sprzętu, złożonych ustawień lub inwazyjnych procedur, które mogą zmieniać naturalne zachowanie. Przedstawiamy niskonakładowy, bezmarkerowy przepływ pracy oparty na DeepLabCut, oprogramowaniu open-source do estymacji pozycji ciała, dla ilościowej analizy chodu i spontanicznej lokomocji u wolno poruszających się myszy. Metoda opiera się na pojedynczej kamerze do akwizycji wideo, bezmarkerowym śledzeniu punktów anatomicznych i ekstrakcji przestrzenno-czasowych parametrów lokomocji, bez konieczności fizycznych markerów czy specjalistycznego sprzętu. Aby zademonstrować zastosowanie protokołu, zaimplementowano go w potrójnym transgenicznym modelu myszy choroby Alzheimera (3xTg-AD) jako przykładowy przykład zastosowania. To podejście zachowuje wolny ruch i minimalizuje stres związany z obsługą, umożliwiając nieinwazyjną ocenę zachowania motorycznego. Protokół jest kompatybilny ze standardowymi środowiskami testowania zachowań. Ogólnie rzecz biorąc, ta metoda zapewnia dostępną i nieinwazyjną ramę dla ilościowej analizy chodu i lokomocji w badaniach przedklinicznych.
Wprowadzenie
Chod to skomplikowana funkcja motoryczna, która powstaje z rzeczywistej interakcji układu motorycznego, sensorycznego i poznawczego, wymagająca skoordynowanego przetwarzania zwrotnego działania sensorycznego, kontroli postawy, planowania motorycznego i aktywacji mięśni, aby wygenerować stabilny, adaptacyjny ruch1. Ze względu na tę integracyjną naturę, zmiany chodu są coraz częściej rozpoznawane jako funkcjonalne wskaźniki dysfunkcji neurologicznej zarówno w praktyce klinicznej, jak i w badaniach eksperymentalnych. U ludzi i w modelach zwierzęcych analiza chodu umożliwia wykrywanie zmian w mobilności, ryzyku upadku, delikatności i zdolności funk....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Wszystkie procedury z udziałem zwierząt zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi NIH Guide for the Care and Use of Laboratory Animals i zostały zatwierdzone przez Komisję Bioetyczną Instytutu Neurobiologii Narodowego Autonomicznego Uniwersytetu Meksyku (National Autonomous University of Mexico) zgodnie z protokołem numer 17.
1. Kontekst badania
- Należy wykorzystać myszy spełniające warunki eksperymentalne wymagane w badaniu. W niniejszym artykule z protokołem, jako reprezentatywny przykład implementacji schematu postępowania, wykorzystujemy potrójny transgeniczny model myszy z chorobą Alzheimera (3xTg-AD), pos....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Po zastosowaniu procesu śledzenia i analizy, zautomatyzowane przetwarzanie pozwoliło na rekonstrukcję spontanicznej lokomocji w otwartym polu z wykorzystaniem zdefiniowanego punktu orientacyjnego w centrum ciała, co wygenerowało dane ilościowe odpowiednie do dalszych analiz. Reprezentatywne wykresy trajektorii ilustrują, w jaki sposób protokół rejestruje przemieszczenie przestrzenne w obrębie areny, zajętość czasową oraz dynamikę prędkości podczas swobodnej eksploracji. Zmienne dla otwartego pola przedstawione w tej sekc.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
To studium przedstawia niskobudżetowe, bezmarkerowe podejście do analizy spontanicznej lokomocji i chodu u swobodnie poruszających się myszy, wykorzystujące standardową akwizycję wideo i oparte na DeepLabCut oszacowanie pozycji w ramach przystępnego przepływu pracy. Przepływ pracy umożliwia wyodrębnienie z nagrań wideo zmiennych związanych z lokomocjią i chodem, zachowując naturalne zachowania lokomotoryczne i zmniejszając interferencję eksperymentalną. W tym sensie, protokół oferuje praktyczną i dostępną alternatywę dla.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy deklarują, że badania przeprowadzono bez jakichkolwiek komercyjnych lub finansowych relacji, które mogłyby być uznane za potencjalny konflikt interesów.
Podziękowania
J.J.A.-G jest doktorantem z Programa de Doctorado en Ciencias Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) i otrzymał stypendium SECIHTI (nr 1145816). Ponadto autorzy dziękują A. R. Aguilar Vázquez, E.A. De los Ríos Arellano i D. Gasca Martínez za ich wsparcie techniczne.
FUNDOWANIE: Badania te były finansowane przez UNAM-PAPIIT (209325, IN227026) i grant nauk podstawowych i przy granicy o numerze CBF-2025-G-35.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| 70% ethanol | Generic | N/A | Czyszczenie aren podczas sesji |
| Adjustable white-light lamps | Generic | N/A | Utrzymanie stałego oświetlenia (100–150 lx) |
| Black curtains/glare control | Generic | N/A | Zmniejszenie światła zewnętrznego/odbić |
| Checkerboard grid template | Generic | N/A | Obrazek odniesienia do kalibracji przestrzennej |
| DeepLabCut (v3.0.0rc13) | Open-source | N/A | Oprogramowanie do estymacji pozę |
| Digital video camera (HD, 16:9; ≥60 fps) | Generic | N/A | Ustawienia stałe w trakcie sesji |
| Nvidia GPU workstation | Custom build | N/A | Sprzęt do treningu/inferencji modelu |
| Lux meter | Generic | N/A | Weryfikacja oświetlenia na poziomie areny |
| PyTorch | Pytorch Foundation | N/A | Framework wymagany przez DeepLabCut |
| Transparent acrylic open-field arena (42 × 42 × 42 cm) | Custom-made / In-house | N/A | Arena typu open-field |
| Under-arena camera mount (90° view) | Custom-made / In-house | N/A | Stabilne mocowanie do nagrywania od dołu |
| CUDA | Nvidia corporation | N/A | Równoległe przetwarzanie przyspieszane przez GPU |
| R programming language | R Foundation | N/A | Język programowania do analizy danych |
Bibliografia
- Takakusaki, K. Functional neuroanatomy for posture and gait control. J Mov Disord. 10 (1), 1-17 (2017).
- Pamoukdjian, F., et al. Measurement of gait speed in older adults to identify com....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
