Name: Analiza odcisków łap w nagraniach ze wzmocnieniem kontrastowym (PrAnCER): tani, zautomatyzowany system analizy chodu o otwartym dostępie do oceny deficytów motorycznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-08-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 25 s
Description: Poznaj system PrAnCER do analizy chodu szczurów wykorzystujący półprzezroczystą podłogę i nagrania ze wzmocnieniem kontrastowego. Ta tania, zautomatyzowana metoda umożliwia precyzyjną ocenę funkcji motorycznych w modelach chorób neurodegeneracyjnych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ta praca była wspierana przez Carney Institute for Brain Science na Uniwersytecie Browna.

Wszystkie procedury były zgodne z wytycznymi Komitetu ds. Opieki nad Zwierzętami i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu Brown.
1. Aparatura do analizy chodu
<ol>
	<li>Przygotuj chodnik do analizy chodu składający się z przezroczystego chodnika z pleksi (36" dł. x 3" szer. x 4,5" wys.) umieszczonego na przezroczystej podłodze z pleksi (<klasa silna = "xfig">Rysunek 2A). Spraw, aby podłoga z pleksi była półprzezroczysta, przykrywając ją kawałkiem welinu z włókna bawełnianego o grubości 16 funtów, przyciętego na tę samą szerokość co chodnik. 
	UWAGA: Istnieją inne metody wytwarzania półprzezroczystej podłogi.</li>
	<li>Umieść kamerę o liczbie klatek na sekundę wynoszącej co najmniej 30 klatek na sekundę (kl./s) bezpośrednio pod chodnikiem, aby uchwycić środek toru (<silna klasa = "xfig" >Rysunek 2B).</li>
	<li>Zabezpiecz pasek świateł LED 12 V z 18 diodami LED/stopę w odległości około 2 cali od podłogi chodnika i 1 cal nad nią, aby oświetlić tor.</li>
</ol>
2. Przygotowanie zwierząt
<ol>
	<li>Pozwól zwierzętom zaaklimatyzować się w wiwarium przez co najmniej 1 tydzień przed obsługą. Z szczurami należy obchodzić się przez co najmniej 5 dni przed rozpoczęciem eksperymentu. W badaniu wykorzystano 8 samców szczurów Long Evans w wieku około 3 miesięcy.</li>
	<li>Przyzwyczaj zwierzęta do pomieszczenia do testów i chodnika do chodu przy wyłączonym świetle w pomieszczeniu
	<ol>
		<li>Umieść klatkę domową szczura na poziomie powierzchni na końcu chodnika chodu, aby służyła jako skrzynka na bramki. Należy pamiętać, że jeśli klatka domowa jest głęboka, szczury w podeszłym wieku lub z upośledzeniem ruchowym mogą skorzystać z rampy lub stopnia, aby zapewnić łatwiejszy dostęp do klatki domowej.</li>
		<li>Pozwól szczurowi przejść od ręki eksperymentatora w dół chodnika, aby dotrzeć do swojej domowej klatki.</li>
		<li>Szczury często zatrzymują się na końcu chodnika, aby się rozejrzeć, zanim zeskoczą do klatki domowej. Jeśli szczur potrzebuje więcej niż 1 minutę, aby opuścić chodnik, zachęć go do wejścia do klatki domowej delikatnym pchnięciem.</li>
		<li>Jeśli szczur się odwróci, użyj małego kawałka pleksi, aby zablokować "początkowy" koniec chodnika. Powtórz w sumie 3 biegi.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przyzwyczajaj się przez co najmniej 2 dni lub do momentu, gdy szczury będą czuły się komfortowo, przechodząc przez chodnik w stałym tempie bez zamarzania.</li>
</ol>
3. Procedura testowania chodu
<ol>
	<li>Dostosuj ustawienia w oprogramowaniu kamery internetowej, aby uzyskać jak najwyraźniejszy obraz odcisków łap. Wyłącz światła w pomieszczeniu na czas wszystkich testów chodu.</li>
	<li>Rejestruj każdy przebieg oddzielnie i odpowiednio oznacz go do użycia z programem do automatycznej analizy.</li>
	<li>Upewnij się, że na welinie nie ma plam ani zanieczyszczeń. Rozpocznij nagrywanie na kilka sekund przed wejściem szczura na chodnik i zatrzymaj się, gdy szczur opuści chodnik i wejdzie do swojej klatki domowej.</li>
	<li>Kontynuuj, aż zostaną ukończone trzy dopuszczalne przebiegi lub upłynie 10 minut.</li>
	<li>Przetrzyj chodnik etanolem między każdym szczurem i wymień welin w razie potrzeby. 
	UWAGA: Dopuszczalna próba jest definiowana jako taka, w której zwierzę chodzi konsekwentnie i bez przerwy przez pierwsze 4 kroki biegu. Jeśli jest to trudne do osiągnięcia, dostosuj kryteria tak, aby uwzględniały próby, w których w dowolnym momencie przebiegu występują 4 następujące po sobie kroki, które występują bez przerw lub nagłego przyspieszenia.</li>
</ol>
4. Zautomatyzowana analiza PrAnCER
<ol>
	<li>Umieść wszystkie filmy do analizy w folderze.</li>
	<li>Uruchom PrAnCER, uruchamiając skrypt Pythona PrAnCER. PrAnCER przeanalizuje filmy w oparciu o kroki zilustrowane na Rysunek 3 i <silna klasa="xfig">Rysunek 4.</li>
	<li>W menu podręcznym wybierz określony folder, naciskając przycisk Wybierz folder. W razie potrzeby wybierz niestandardowe opcje analizy. Szczegółowe opisy poszczególnych parametrów znajdują się klikając w znak zapytania obok nich. Kliknij przycisk Kontynuuj po zakończeniu.</li>
	<li>Zdefiniuj obszar zainteresowania (ROI) na wyświetlonym obrazie chodnika. Aby to zrobić, kliknij lewym przyciskiem myszy, aby zdefiniować górną krawędź i kliknij prawym przyciskiem myszy, aby zdefiniować dolną krawędź. Jeśli wyświetlone okno jest poprawne, naciśnij N, aby kontynuować. Jeśli nie, naciśnij Z, aby cofnąć. Po naciśnięciu N program uruchomi się automatycznie.</li>
	<li>Po zakończeniu PrAnCER zakończ program, naciskając Enter w terminalu.</li>
	<li>Aby ręcznie przejrzeć wyniki wyjściowe przez PrAnCER, uruchom skrypt GaitEditorGUI w języku Python i wybierz odpowiedni plik .mp4 dla każdego filmu. W razie potrzeby popraw błędnie zidentyfikowane lub scalone wydruki.</li>
	<li>Aby wyodrębnić parametry chodu przestrzennego i czasowego, uruchom skrypt ParameterAnalyzer języka Python. Wybierz liczbę odcisków palców do analizy oraz folder z filmami do analizy, a następnie kliknij przycisk Kontynuuj. Spowoduje to wyświetlenie pliku .csv dla każdego filmu zawierającego szereg typowych parametrów chodu, które są opisane w Tabeli 2 i zilustrowane w Rysunek 5. 
	UWAGA: Pełne skrypty, a także instrukcje dotyczące odczytywania i analizowania danych, są dostępne na GitHubie autora (www.github.com/hayleybounds). Zaimplementowaliśmy ten algorytm przy użyciu darmowej biblioteki Pythona OpenCV21. Na GitHubie znajdują się również instrukcje dotyczące tworzenia naszego chodnika do analizy chodu.</li>
</ol>

<ol><li>Lakes, E. H., Allen, K. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait+analysis+methods+for+rodent+models+of+arthritic+disorders%3A+reviews+and+recommendations%5BTitle%5D)+AND+%22Osteoarthritis+and+Cartilage%22%5BJournal%5D)">Gait analysis methods for rodent models of arthritic disorders: reviews and recommendations.</a> Osteoarthritis and Cartilage. 24 (11), 1837-1849 (2016).</li>
<li>Lee, H. Y., Hsieh, T. H., Liang, J. I., Yeh, M. L., Chen, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+video-based+gait+pattern+analysis+for+hemiparkinsonian+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+%26+Biological+Engineering+%26+Computing%22%5BJournal%5D)">Quantitative video-based gait pattern analysis for hemiparkinsonian rats.</a> Medical & Biological Engineering & Computing. 50 (9), 937-946 (2012).</li>
<li>Zhou, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait+analysis+in+three+different+6-hydroxydopamine+rat+models+of+Parkinson%E2%80%99s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Letters%22%5BJournal%5D)">Gait analysis in three different 6-hydroxydopamine rat models of Parkinson’s disease.</a> Neuroscience Letters. 584, 184-189 (2015).</li>
<li>Batka, R. J., Brown, T. J., Mcmillan, K. P., Meadows, R. M., Jones, K. J., Haulcomb, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+need+for+speed+in+rodent+locomotion+analyses%5BTitle%5D)+AND+%22Anatomical+Record%22%5BJournal%5D)">The need for speed in rodent locomotion analyses.</a> Anatomical Record. 297 (10), 1839-1864 (2014).</li>
<li>Guillot, T. S., Asress, S. A., Richardson, J. R., Glass, J. D., Miller, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Treadmill+gait+analysis+does+not+detect+motor+deficits+in+animal+models+of+Parkinson%E2%80%99s+disease+or+amyotrophic+lateral+sclerosis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Motor+Behavior%22%5BJournal%5D)">Treadmill gait analysis does not detect motor deficits in animal models of Parkinson’s disease or amyotrophic lateral sclerosis.</a> Journal of Motor Behavior. 40 (6), 568-577 (2008).</li>
<li>Williams, M. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kaolin-induced+ventriculomegaly+at+weaning+produces+long-term+learning%2C+memory%2C+and+motor+deficits+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Developmental+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Kaolin-induced ventriculomegaly at weaning produces long-term learning, memory, and motor deficits in rats.</a> International Journal of Developmental Neuroscience. 35, 7-15 (2014).</li>
<li>Hamers, F. P. T., Koopmans, G. C., Joosten, E. A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CatWalk-assisted+gait+analysis+in+the+assessment+of+spinal+cord+injury%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">CatWalk-assisted gait analysis in the assessment of spinal cord injury.</a> Journal of Neurotrauma. 23 (3-4), 537-548 (2006).</li>
<li>Kloefkorn, H. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+Gait+Analysis+Through+Hues+and+Areas+%28AGATHA%29%3A+A+Method+to+Characterize+the+Spatiotemporal+Pattern+of+Rat+Gait%5BTitle%5D)+AND+%22Annals+of+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Automated Gait Analysis Through Hues and Areas (AGATHA): A Method to Characterize the Spatiotemporal Pattern of Rat Gait.</a> Annals of Biomedical Engineering. 45 (3), 711-725 (2017).</li>
<li>Pereira, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+comparison+analysis+of+hindlimb+kinematics+during+overground+and+treadmill+locomotion+in+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Behavioural+Brain+Research%22%5BJournal%5D)">A comparison analysis of hindlimb kinematics during overground and treadmill locomotion in rats.</a> Behavioural Brain Research. 172 (2), 212-218 (2006).</li>
<li>Nakamura, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-cost+three-dimensional+gait+analysis+system+for+mice+with+an+infrared+depth+sensor%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Research%22%5BJournal%5D)">Low-cost three-dimensional gait analysis system for mice with an infrared depth sensor.</a> Neuroscience Research. 100, 55-62 (2015).</li>
<li>Hamers, F. P., Lankhorst, A. J., van Laar, T. J., Veldhuis, W. B., Gispen, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automated+quantitative+gait+analysis+during+overground+locomotion+in+the+rat%3A+its+application+to+spinal+cord+contusion+and+transection+injuries%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurotrauma%22%5BJournal%5D)">Automated quantitative gait analysis during overground locomotion in the rat: its application to spinal cord contusion and transection injuries.</a> Journal of Neurotrauma. 18 (2), 187-201 (2001).</li>
<li>Mendes, C. S., Bartos, I., Márka, Z., Akay, T., Márka, S., Mann, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantification+of+gait+parameters+in+freely+walking+rodents%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Biology%22%5BJournal%5D)">Quantification of gait parameters in freely walking rodents.</a> BMC Biology. 13 (50), (2015).</li>
<li>Machado, A. S., Darmohray, D. M., Fayad, J., Marques, H. G., Carey, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+quantitative+framework+for+whole-body+coordination+reveals+specific+deficits+in+freely+walking+ataxic+mice%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">A quantitative framework for whole-body coordination reveals specific deficits in freely walking ataxic mice.</a> eLife. 4, (2015).</li>
<li>Duty, S., Jenner, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Animal+models+of+Parkinson%E2%80%99s+disease%3A+a+source+of+novel+treatments+and+clues+to+the+cause+of+the+disease%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Pharmacology%22%5BJournal%5D)">Animal models of Parkinson’s disease: a source of novel treatments and clues to the cause of the disease.</a> British Journal of Pharmacology. 164 (4), 1357-1391 (2011).</li>
<li>Kulkarni, S. K., Bishnoi, M., Chopra, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+vivo+microdialysis+studies+of+striatal+level+of+neurotransmitters+after+haloperidol+and+chlorpromazine+administration%5BTitle%5D)+AND+%22Indian+Journal+of+Experimental+Biology%22%5BJournal%5D)">In vivo microdialysis studies of striatal level of neurotransmitters after haloperidol and chlorpromazine administration.</a> Indian Journal of Experimental Biology. 47 (2), 91-97 (2009).</li>
<li>Jain, N. S., Tandi, L., Verma, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contribution+of+the+central+histaminergic+transmission+in+the+cataleptic+and+neuroleptic+effects+of+haloperidol%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacology+Biochemistry+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Contribution of the central histaminergic transmission in the cataleptic and neuroleptic effects of haloperidol.</a> Pharmacology Biochemistry and Behavior. 139 (Part A), 59-66 (2015).</li>
<li>Steinpreis, R. E., Anders, K. A., Branda, E. M., Kruschel, C. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Effects+of+Atypical+Antipsychotics+and+Phencyclidine+%28PCP%29+on+Rotorod+Performance%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacology+Biochemistry+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">The Effects of Atypical Antipsychotics and Phencyclidine (PCP) on Rotorod Performance.</a> Pharmacology Biochemistry and Behavior. 63 (3), 387-394 (1999).</li>
<li>Baptista, P. P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Physical+exercise+down-regulated+locomotor+side+effects+induced+by+haloperidol+treatment+in+Wistar+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacology%2C+Biochemistry%2C+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Physical exercise down-regulated locomotor side effects induced by haloperidol treatment in Wistar rats.</a> Pharmacology, Biochemistry, and Behavior. 104, 113-118 (2013).</li>
<li>Chuang, C. S., Su, H. L., Cheng, F. C., Hsu, S., Chuang, C. F., Liu, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantitative+evaluation+of+motor+function+before+and+after+engraftment+of+dopaminergic+neurons+in+a+rat+model+of+Parkinson%E2%80%99s+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Science%22%5BJournal%5D)">Quantitative evaluation of motor function before and after engraftment of dopaminergic neurons in a rat model of Parkinson’s disease.</a> Journal of Biomedical Science. 17 (9), (2010).</li>
<li>Bugalho, P., Alves, L., Miguel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gait+dysfunction+in+Parkinson%E2%80%99s+disease+and+normal+pressure+hydrocephalus%3A+a+comparative+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neural+Transmission%22%5BJournal%5D)">Gait dysfunction in Parkinson’s disease and normal pressure hydrocephalus: a comparative study.</a> Journal of Neural Transmission. 120 (8), 1201-1207 (2013).</li>
<li>Bradski, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBradski%2C+G+%22The+OpenCV+Library%22">The OpenCV Library</a>. , (2000).</li>
<li>Chen, H., Du, J., Zhang, Y., Barnes, K., Jia, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Establishing+a+Reliable+Gait+Evaluation+Method+for+Rodent+Studies%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">Establishing a Reliable Gait Evaluation Method for Rodent Studies.</a> Journal of Neuroscience Methods. 283, 92-100 (2017).</li>
<li>De Ryck, M., Hruska, R. E., Silbergeld, E. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Estrogen+and+haloperidol-induced+versus+handling-related+catalepsy+in+male+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Pharmacology%2C+Biochemistry%2C+and+Behavior%22%5BJournal%5D)">Estrogen and haloperidol-induced versus handling-related catalepsy in male rats.</a> Pharmacology, Biochemistry, and Behavior. 17 (5), 1027-1035 (1982).</li>
<li>Bellardita, C., Kiehn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phenotypic+Characterization+of+Speed-Associated+Gait+Changes+in+Mice+Reveals+Modular+Organization+of+Locomotor+Networks%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Biology%22%5BJournal%5D)">Phenotypic Characterization of Speed-Associated Gait Changes in Mice Reveals Modular Organization of Locomotor Networks.</a> Current Biology. 25 (11), 1426-1436 (2015).</li>
<li>De Ryck, M., Schallert, T., Teitelbaum, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Morphine+versus+haloperidol+catalepsy+in+the+rat%3A+a+behavioral+analysis+of+postural+support+mechanisms%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">Morphine versus haloperidol catalepsy in the rat: a behavioral analysis of postural support mechanisms.</a> Brain Research. 201 (1), 143-172 (1980).</li>
</ol>

Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.

W tym badaniu przetestowaliśmy PrAnCER, nowy zautomatyzowany system analizy chodu, który wykorzystuje filmy ze wzmocnieniem kontrastowym wykonane przy użyciu półprzezroczystej podłogi, aby zasłonić ciało zwierzęcia i uzyskać wyraźnie zdefiniowane odciski łap w celu łatwego automatycznego wykrywania. PrAnCER dokładnie identyfikuje odciski łap i jest wrażliwy na zmiany w funkcjonowaniu motorycznym. Użyliśmy PrAnCER do oceny zmian chodu w ostrym haloperidolowym modelu PD. Chociaż haloperidol nie indukował oczekiwanych deficytów motorycznych solidnego modelu PD, byliśmy jednak w stanie wykazać, że PrAnCER może dokładnie wykrywać zmiany we wzorcach chodu. Na koniec określiliśmy ilościowo dokładność PrAnCER i wykazaliśmy, że jego pomiar kluczowych parametrów chodu jest porównywalny z pomiarem ręcznej oceny.
W obu stanach leczonych haloperidolem zaobserwowaliśmy dużą częstość występowania zachowań związanych z zamarzaniem (akinezja), po których następowała reakcja ucieczki polegająca na bieganiu lub skakaniu do przodu. Podczas gdy akinezję obserwowano w podobnej dawce (0,25 mg/kg) w kilku badaniach16,23, to zachowanie ograniczające nie jest zgodne z typowymi objawami Parkinsona 3,14,19,24. Co ciekawe, odkryliśmy, że leczenie wysokimi dawkami haloperidolu skutkowało znacznie wydłużeniem kroku. Odkrycie to było początkowo zaskakujące, ponieważ inne modele haloperidolu PD wykazały zmniejszenie długości kroku 3,19. Mają one jednak sens w świetle wzorca zachowania "usztywnienie-ucieczki" opisanego przez De Rycka i in. (1980), którzy stwierdzili, że szczury biegną, aby uciec po okresach akinetycznych, a chody z dużą prędkością, takie jak bieganie i podskakiwanie, są związane ze zwiększoną długością kroku 4,25 (Figura 8C). Leczenie wysoką dawką skutkowało również znacznie zwiększonym maksymalnym obszarem kontaktu tylnych łap. Leczenie haloperidolem w niskiej dawce spowodowało bardziej charakterystyczne zmiany chodu w chorobie Parkinsona, w tym znaczne wydłużenie czasu trwania postawy i maksymalnego obszaru kontaktu (ryc. 8A-B). Wyniki te mogą być odzwierciedleniem sztywności mięśni związanej z akinezją wywołaną haloperidolem.
Pomimo nietypowego zachowania polegającego na ucieczce usztywniającej, udało nam się wykazać, że PrAnCER rzeczywiście może wykryć zmiany w chodzie. Wykazaliśmy, że w odpowiednich warunkach oświetleniowych półprzezroczysta podłoga może wytwarzać wysoce kontrastowy i szczegółowy obraz łap. W niniejszym badaniu wykonaliśmy przezroczystą podłogę półprzezroczystą, pokrywając ją welinem. Ten sam efekt można osiągnąć, umieszczając na przezroczystej podłodze inną półprzezroczystą powłokę, taką jak Mylar. Alternatywnie, sama podłoga może być półprzezroczysta, stosując np. matową pleksi. Przezroczysta podłoga i prosty chodnik z pleksi są niedrogie i można je zbudować w jedno popołudnie. Nasz system analizy oparty na detekcji krawędziowej jest odporny na wiele zmian w aparacie i oferuje regulowane progi, aby dostosować system do różnych konfiguracji, modeli chorób lub mniejszych zwierząt, takich jak myszy.
Niektóre analizy parametrów chodu zostały zmienione w stosunku do konwencjonalnych formuł ze względu na aspekty chodnika. Na przykład nasza metoda obliczania prędkości różni się od innych badań chodu; półprzezroczysta podłoga w połączeniu z oświetleniem LED zasłania widok ciała, dzięki czemu nie jest możliwe śledzenie pozycji ciała w celu obliczenia prędkości, jak to zwykle ma miejsce. W tym badaniu prędkość obliczono, dzieląc odległość przebytą między dwoma kontaktami tej samej łapy przez czas od pierwszego kontaktu do drugiego kontaktu. Oczywiście można zastosować inne formuły. Na przykład, jeśli potrzebna jest ogólna miara prędkości, można podzielić odległość od średniej lokalizacji łap przednich na początku i na końcu biegu przez czas trwania biegu.
Nasza analiza potwierdza, że chociaż nie jest identyczny z ręcznym ocenianiem, nasz zautomatyzowany system działa z dużą dokładnością i generuje wiarygodne pomiary chodu. Opisywana tutaj aparatura została zoptymalizowana pod kątem prostej, taniej analizy funkcji motorycznych. Można jednak wprowadzić kilka zmian, które zwiększyłyby użyteczność PrAnCER. Jednym z ograniczeń naszego systemu jest to, że półprzezroczysta podłoga, umożliwiając doskonałe wykrywanie łap, zasłania oś ciała zwierzęcia. Chociaż nie uznaliśmy tego za konieczne, można temu zaradzić, dodając do systemu kamerę górną. Kolejnym ulepszeniem byłoby użycie kamery wideo o większej liczbie klatek na sekundę. Chociaż udało nam się uzyskać spójne szacunki parametrów czasowych, dokładność tych pomiarów jest zagrożona przy liczbie klatek na sekundę poniżej 100 kl./s 8. Dodanie szybkiej kamery wideo nie wymagałoby żadnych zmian w oprogramowaniu analitycznym, a jednocześnie zwiększyłoby dokładność i precyzję pomiarów czasowych. Dodatkowo, kilka innych systemów chodu wykorzystuje lustro do jednoczesnego rejestrowania bocznych i brzusznych widoków szczura 2,8,13. Dodanie tej cechy do naszego aparatu pozwoliłoby na dokładniejsze określenie prędkości i lepszą obserwację zachowania podczas biegów.
W tym badaniu wykazaliśmy, że zastosowanie półprzezroczystej podłogi skutecznie izoluje odciski łap, blokując widoczność obiektów niestykających się z podłogą chodnika. Opracowaliśmy zautomatyzowany system punktacji, który wykorzystuje ten odcisk łapy o wysokim kontraście do dokładnej identyfikacji łap. Wykazaliśmy, że ten system, PrAnCER, określa ilościowo parametry chodu z dokładnością porównywalną z systemami komercyjnymi. Ustaliliśmy, że podanie dużej dawki haloperidolu zwiększyło długość kroku i maksymalną powierzchnię kontaktu w porównaniu z solą fizjologiczną. Chociaż zmiana ta jest przeciwieństwem tego, czego się spodziewaliśmy, dalszy przegląd istniejącej literatury wskazuje, że jest ona prawdopodobnie częścią zachowania ucieczki obserwowanego w odpowiedzi na ostre podanie haloperidolu. Leczenie haloperidolem w małych dawkach skutkowało bardziej typowymi objawami choroby Parkinsona, takimi jak wydłużenie czasu trwania postawy i maksymalna powierzchnia kontaktu. Dochodzimy do wniosku, że chociaż ostre podawanie haloperidolu w dużych dawkach jest słabym modelem do badania zaburzeń chodu związanych z PD, nasze badanie wykazało jednak zdolność PrAnCER do dokładnego wykrywania zmian w funkcjach motorycznych. Mamy nadzieję, że w przyszłości uda nam się jeszcze bardziej zweryfikować PrAnCER poprzez badanie zmian lokomotorycznych w innych modelach choroby.

Gryzonie są powszechnie używane jako modele do badania szerokiego zakresu chorób i urazów, w tym artretyzmu1, Choroba Parkinsona (PD)2,3, zaburzenia nerwowo-mięśniowe4,5, wodogłowie6, oraz uraz rdzenia kręgowego7. W tych warunkach objawy, takie jak ból, równowaga i funkcje motoryczne, można zmierzyć, badając wzorce chodu zwierząt. Wzorce te są określane ilościowo za pomocą zestawu parametrów chodu czasoprzestrzennego, które podsumowują lokalizację i czas odcisków łap, a także obszar kontaktu łapy z podłożem.
Chociaż istnieje wiele opcji analizy chodu, obecne systemy mają kilka wad. W tradycyjnych testach atramentu i papieru, łapy zwierzęcia są pokrywane atramentem, zanim przejdzie ono przez arkusz białego papieru (<silna klasa = "xfig">Rysunek 1A). Uzyskane odciski łap można następnie zmierzyć pod kątem długości kroku i szerokości podpory, ale nie można ocenić kluczowych parametrów chodu skroniowego, takich jak prędkość lub czas trwania kroku. Nowoczesne systemy oparte na wideo są bardziej niezawodne, ale analiza wideo wymaga pracochłonnego oceniania klatka po klatce, chyba że używany jest odpowiedni zautomatyzowany system8. Obecnie dostępnych jest wiele komercyjnych zautomatyzowanych systemów oceniania, ale systemy te mogą być zbyt drogie. Ponadto systemy te opierają się na przezroczystej podłodze lub, w niektórych przypadkach, bieżniach, które zmieniają naturalny ruch. Wykazano, że bieżnie maskują deficyty motoryczne w niektórych modelach chorób9, podczas gdy przezroczysta podłoga (Rysunek 1B) powoduje, że myszy spędzają więcej czasu na obrzeżach otwartego pola, co wskazuje na zwiększony niepokój10. Idealnie byłoby, gdyby aparat do analizy chodu nie polegał na żadnym z nich, wytwarzając najbardziej naturalne wzorce ruchowe przy najmniejszym obciążeniu zwierzęcia.
Dostępne opcje open-source i komercyjne wykorzystują różne metody, aby przezwyciężyć trudności związane z izolacją odcisku stopy od ciała zwierzęcia pomimo zmiennych warunków oświetleniowych, koloru zwierzęcia i kształtów druku. Niektóre zwiększają kontrast stykających się łap za pomocą powierzchni, które uwalniają światło w odpowiedzi na nacisk7,11,12, ale są one drogie i technicznie trudne do zbudowania. Inne systemy wykorzystują wiele kątów widzenia, które pozwalają na obserwację koordynacji całego ciała8,13. Chociaż opcje te oferują korzyści w zakresie pomiaru dodatkowych parametrów motorycznych poza chodem, są niepotrzebnie skomplikowane w przypadku prostej analizy chodu. Co więcej, wszystkie te techniki opierają się na przezroczystej podłodze, która zmienia naturalne zachowanie.
PrAnCER opiera się na tym, co nazywamy Nagraniami o Wzmocnionym Kontraście, które wykorzystują kombinację oświetlenia i półprzezroczystej podłogi, aby zwiększyć wykrywalność odcisków. Patrząc od dołu, tworzy to obraz o wysokim kontraście (odcisk łapy), jednocześnie zasłaniając widok obiektów, które nie mają kontaktu z powierzchnią (ciało zwierzęcia) (<silna klasa="xfig">Rysunek 1D). Patrząc z góry, podłoga wydaje się nieprzezroczysta. Wynikające z tego wydolność łap w naszej metodzie pozwala na dokładną identyfikację różnych cech chodu i lokomotoryki przez nasz nowo opracowany zautomatyzowany system. W niniejszym badaniu opisujemy aparat, nasz protokół analizy chodu oraz nasz automatyczny system punktacji, PrAnCER. Nasz aparat jest łatwy w montażu, a PrAnCER może być używany do oceny deficytów motorycznych w szerokim zakresie modeli chorób i urazów.
Aby zademonstrować, że PrAnCER może być używany do wykrywania nieprawidłowych wzorców chodu, użyliśmy haloperidolowego modelu PD, prostego modelu przejściowej indukcji zmian lokomotorycznych14. Haloperidol jest antagonistą receptora dopaminowego szeroko stosowanym jako lek przeciwpsychotyczny1. Wpływa na układy motoryczne poprzez zmianę sygnalizacji dopaminy w prążkowiu, ważnym elemencie szlaku motorycznego w zwojach podstawy 14. Nawet pojedyncza dawka haloperidolu szybko obniża zewnątrzkomórkowy poziom dopaminy w prążkowiu, powodując zaburzenia motoryczne podobne do parkinsonowskich15. Efekty behawioralne to sztywność mięśni, akinezja i katalepsja, która jest definiowana jako niezdolność do powrotu do normalnej postawy po umieszczeniu w nietypowej pozycji11,16. Ostre dawki haloperidolu powodują deficyty lokomotoryczne identyfikowalne w teście funkcji motorycznych Rotarod17. Doszliśmy do wniosku, że zaburzenia lokomotoryczne za pośrednictwem haloperidolu będą również widoczne w wielu cechach dostępnych do automatycznej analizy chodu.
Chociaż reakcje na haloperidol różnią się znacznie w różnych badaniach, kataleptyczne efekty haloperidolu pojawiają się przy dawkach 0,5 mg/kg i wyższych, podczas gdy zmniejszona responsywność i upośledzenie motoryczne są wykrywalne przy niższych dawkach (0,1 - 0,3 mg/kg)16,17. Starając się uniknąć kataleptycznego działania haloperidolu, zdecydowaliśmy się przetestować dwie dawki haloperidolu: wysoką dawkę (0,30 mg/kg) i niską dawkę (0,15 mg/kg). Jak pokazano w Tabeli 1, w Eksperymencie 1 badano wpływ haloperidolu w dużej dawce, podczas gdy w Eksperymencie 2 testowano działanie haloperidolu w małej dawce. Zastosowaliśmy projekt wewnątrzobiektowy, w którym każdy szczur był testowany w warunkach wysokiej dawki, niskiej dawki i kontroli (sól fizjologiczna). Kolejność warunków była zrównoważona u szczurów. Przewidywaliśmy, że ostre podanie haloperidolu spowoduje zaburzenia chodu podobne do tych występujących w innych modelach PD, takie jak zmniejszona prędkość, zmniejszona długość kroku i dłuższy czas trwania postawy3,14,18,19. Zaobserwowaliśmy zmiany w zachowaniu, w tym akinezję, po podaniu haloperidolu w obu dawkach. W warunkach niskiej dawki szczury miały znacznie wydłużony czas trwania postawy i obszar kontaktu z tylną łapą, zgodnie z oczekiwaniami. Te zmiany chodu są porównywalne do powolnych, powolnych kroków powszechnych wśród pacjentów z PD2,20. Jednak w warunkach wysokiej dawki zaobserwowaliśmy wzrost długości kroku, a także wzrost powierzchni kontaktu łapy. Chociaż wzrost długości kroku był nieoczekiwany, dalszy przegląd literatury wykazał, że jest to prawdopodobnie część wywołanej przez haloperidol reakcji usztywniającej i ucieczki. Dochodzimy do wniosku, że PrAnCER jest rzeczywiście w stanie wykryć podobne do parkinsonowskich zmiany w chodzie gryzoni, zgodne ze stosowaniem neuroleptyków.

<table><tbody><tr><td> chodowy aparat chodnikowy</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>1/4" przezroczysta pleksi</td><td>RISD 3D Store, Providence, RI</td><td></td><td>Przybliżona cena: 50 < USD / > < mocny> kawałek przycięty do 3 1/2 "szer. x 36" dł.; 2 sztuki przycięte do 4 1/2" szer. x 36" dł. </mocny> Uwaga: Zrobiliśmy nasz chodnik o długości 36 cali w oparciu o istniejący stół z pleksi, który mieliśmy w domu, w razie potrzeby można go łatwo wydłużyć.</td></tr><tr><td>1/4" przezroczysta pleksi</td><td>RISD 3D Store, Providence, RI</td><td></td><td>Przybliżona cena: 10 < mocny>4 sztuki, przycięty do 1 "W na 4" L < / mocny> Zostaną one wykorzystane do utrzymania tunelu na miejscu</td></tr><tr><td>10 elementów ramowych serii 80/20, profil rowkowy T 1 "x 1"</td><td>80/20 Inc.</td><td>1010-S</td><td>Przybliżona cena: 16 < USD / > < mocny>2 sztuki przycięte do 36 "L< / mocny></td></tr><tr><td>12V Elastyczne taśmy LED, paski świetlne LED 16,4 stopy / 5 m, światło dzienne białe</td><td>Przybliżona cena Amazon</td><td></td><td>: 10 USD</td></tr><tr><td>Klej Bostik Blu-Tack</td><td>Amazon</td><td></td><td>Przybliżona cena: 8 USD</td></tr><tr><td>Welin kreślarski Clearprint 1000H, włókno bawełniane 16 LB</td><td>Dick Blick Art Supplies</td><td>11101-1046</td><td>Przybliżona cena: 50 < USD / > < mocny> przycięty do 4 "szer. x 36" dł. </mocny> Uwaga: Ten konkretny welin jest dostępny w postaci rolki; Trzymaliśmy go na rolce i przycięliśmy do 4 "W. Mylar lub matowa pleksi mogą być również używane zamiast welinu, ale ustawienia wykrywania oprogramowania kamery musiałyby zostać dostosowane.</td></tr><tr><td>Kamera internetowa Logitech HD Pro C920, 1080p</td><td>Amazon</td><td></td><td>Przybliżona cena: 50 USD</td></tr><tr><td>Mobilny wózek na biurko do laptopa z regulacją wysokości</td><td>Amazon</td><td></td><td>Przybliżona cena: 40 < USD / > Mały stół do umieszczenia domowej klatki zwierząt na końcu chodnika.</td></tr><tr><td>Plastikowa rampa</td><td>Magazyn</td><td></td> dla zwierząt <td>Przybliżona cena: 6 USD Opcjonalnie: rampa pomagająca zwierzętom zejść do klatki domowej</td></tr><tr><td>Statyw stołowy RetiCAM z 3-kierunkową głowicą obrotową / pochyloną</td><td>Przybliżona cena Amazon</td><td></td>: <td>30 USD</td></tr><tr><td>SCIGRIP #16 cement rozpuszczalnikowy do akrylu - przezroczysty, średnio treściwy</td><td>Amazon</td><td></td><td>Przybliżona cena: 8 USD</td></tr><tr><td><mocny>Stół z pleksi</mocny></td><td></td><td></td><td>Przybliżona cena: 15 USD</td></tr> <tr><td>Seria 80/20 elementów ramowych, profil z rowkiem T 1,5 "x 1,5"</td><td>80/20 Inc.</td><td>1515</td><td>Przybliżona cena: 110 USD < mocny>6 sztuk przyciętych do 36 "L, 2 sztuki przycięte do 12" Z obydwoma końcami gwintowanymi standardowymi gwintami 5 / 16-18 Rama do blatu i nóg z pleksi</td></tr><tr><td>Seria 15 3-drożna - jasnokwadratowa złączka narożna</td><td>80/20 Inc.</td><td>14177</td><td>Przybliżona cena: 24 USD < mocne>4 złącza Aby połączyć blat i nogi</td></tr><tr><td>1/4" przezroczysty arkusz pleksi</td><td>RISD 3D Store, Providence, RI</td><td></td><td>Przybliżona cena: 50 < > USD cięte na 15 "szer. x 39" L< / mocny></td></tr><tr><td>5 / 16-18 x 1" Śruba z kulistym</td><td>80/20 Inc.</td><td>3118</td><td>Przybliżona cena: 5 < > ilość = 12< / mocny></td></tr><tr><td>Deluxe Nóżki poziomujące, 5 / 16-18 x 2 "</td><td>80/20 Inc.</td><td>2194</td><td>Przybliżona cena: 50 < zł / > < mocny> Ilość = 4 < / mocny> Na nogi stołu</td></tr><tr><td>" T&rdquo; Uchwyt klucz sześciokątny z końcówką kulistą, 3/16"</td><td>80/20 Inc.</td><td>6000</td><td>Przybliżona cena: $ 5</td></tr></tbody></table>

analiza odcisków łap w nagraniach ze wzmocnieniem kontrastowym (prancer): tani, zautomatyzowany system analizy chodu o otwartym dostępie do oceny deficytów motorycznych

Paw-Print Analysis of Contrast-Enhanced Recordings (PrAnCER): A Low-Cost, Open-Access Automated Gait Analysis System for Assessing Motor Deficits

Analiza chodu jest używana do ilościowego określenia zmian w funkcjach motorycznych w wielu modelach chorób gryzoni. Pomimo znaczenia oceny chodu i funkcji motorycznych w wielu obszarach badań, dostępne opcje komercyjne mają kilka ograniczeń, takich jak wysokie koszty i brak dostępnego, otwartego kodu. Aby rozwiązać te problemy, opracowaliśmy PrAnCER, Paw-Print Analysis of Contrast-Enhanced Recordings, do automatycznej kwantyfikacji chodu. Nagrania ze wzmocnionym kontrastem są uzyskiwane przy użyciu półprzezroczystej podłogi, która zasłania obiekty nie stykające się z powierzchnią, skutecznie izolując odciski łap szczura podczas chodzenia. Korzystając z tych filmów, nasz prosty program niezawodnie mierzy różne parametry chodu czasoprzestrzennego. Aby wykazać, że PrAnCER może dokładnie wykrywać zmiany w funkcjach motorycznych, zastosowaliśmy haloperidolowy model choroby Parkinsona (PD). Przetestowaliśmy szczury przy dwóch dawkach haloperidolu: wysokiej dawce (0,30 mg / kg) i niskiej dawce (0,15 mg / kg). Haloperidol znacznie wydłużał czas trwania postawy i powierzchnię kontaktu tylnej łapy w warunkach niskiej dawki, czego można się spodziewać w modelu PD. W warunkach wysokiej dawki stwierdziliśmy podobny wzrost powierzchni kontaktowej, ale także nieoczekiwany wzrost długości kroku. Dzięki dalszym badaniom odkryliśmy, że ta zwiększona długość kroku jest zgodna ze zjawiskiem ucieczki usztywnienia, powszechnie obserwowanym przy wyższych dawkach haloperidolu. W ten sposób zespół projektu PrAnCER był w stanie wykryć zarówno oczekiwane, jak i nieoczekiwane zmiany we wzorcach chodu gryzoni. Dodatkowo potwierdziliśmy, że PrAnCER jest spójny i dokładny w porównaniu z ręczną oceną parametrów chodu.

Opisujemy nowatorski system analizy chodu, Paw-Print Analysis of Contrast-Enhanced Recordings (PrAnCER), zautomatyzowany system o otwartym dostępie do kwantyfikacji cech chodu u szczurów, który wykorzystuje nowatorską półprzezroczystą podłogę do automatycznego ilościowego określania chodu. System ten został zwalidowany przy użyciu haloperidolowego modelu choroby Parkinsona.

Analiza odcisków łap w nagraniach ze wzmocnieniem kontrastowym (PrAnCER): tani, zautomatyzowany system analizy chodu o otwartym dostępie do oceny deficytów motorycznych

Gait analysis is used to quantify changes in motor function in many rodent models of disease. Despite the importance of assessing gait and motor function ...

Prezentujemy nowy system analizy chodu, który jest przyjazną dla użytkownika, niedrogą i dokładną alternatywą dla komercyjnych systemów chodu. Zastosowanie półprzezroczystej podłogi przy odpowiednim oświetleniu tworzy odciski łap o wysokim kontraście, jednocześnie zasłaniając ciało zwierzęcia. Nasz system może być używany do oceny funkcji motorycznych w szerokim zakresie modeli urazów i chorób, takich jak uszkodzenie rdzenia kręgowego lub nerwów, choroby neurodegeneracyjne i zaburzenia nerwowo-mięśniowe.Zarówno nasz przyrząd do chodu, jak i zautomatyzowany program PrAnCER można łatwo dostosować do różnych konfiguracji lub modeli zwierząt. Aby ustawić chodnik do analizy chodu, umieść przezroczysty chodnik z pleksiglasu na przezroczystej podłodze z pleksiglasu i przykryj podłogę kawałkiem 16-funtowego welinu kreślarskiego przyciętego na tę samą szerokość co chodnik. Następnie umieść kamerę z co najmniej 30 klatkami na sekundę bezpośrednio pod chodnikiem, aby uchwycić środek toru i zabezpiecz pasek 12-woltowych diod elektroluminescencyjnych z 18 diodami elektroluminescencyjnymi na stopę w odległości około dwóch cali od podłogi chodnika i jeden cal nad nią, aby wyeliminować tor.Aby przyzwyczaić zwierzęta do chodnika, umieść klatkę domową dla szczurów na poziomie powierzchni na końcu chodnika chodu, aby służyła jako skrzynka na bramkę i pozwól szczurowi przejść od ręki w dół chodnika do klatki domowej. Szczury często zatrzymują się na końcu chodnika, aby się rozejrzeć, zanim zeskoczą do klatki domowej. Jeśli szczur potrzebuje więcej niż minutę, aby opuścić chodnik, zachęć zwierzę do wejścia do klatki domowej delikatnym pchnięciem.Jeśli szczur się odwróci, użyj małego kawałka pleksi, aby zablokować początkowy koniec chodnika. Gdy szczury czują się komfortowo, przechodząc przez chodnik w stałym tempie bez zamarzania, dostosuj ustawienia w oprogramowaniu kamery internetowej, aby uzyskać jak najwyraźniejszy obraz odcisków łap i rejestruj każdy bieg osobno, oznaczając biegi odpowiednio do użytku z programem do automatycznej analizy. Po upewnieniu się, że na welinie nie ma plam ani zanieczyszczeń, rozpocznij nagrywanie na kilka sekund przed wejściem szczura na chodnik i zatrzymaj się, gdy szczur opuści chodnik i wejdzie do klatki domowej.Ważne jest, aby upewnić się, że nagrane filmy rejestrują co najmniej cztery kolejne kroki, które następują bez przerwy lub przyspieszenia, aby dokładnie odzwierciedlić funkcje motoryczne zwierzęcia. Przetrzyj chodnik etanolem po każdym szczurze, wymieniając welin w razie potrzeby. Aby przeanalizować nagrania chodu, umieść wszystkie filmy do analizy w jednym folderze i uruchom analizę odcisku łapy nagrań ze wzmocnionym kontrastem lub skrypt PrAnCER w języku Python.W menu podręcznym kliknij wybierz folder, aby wybrać folder z filmami i wybrać odpowiednie opcje niestandardowe dla analizy zgodnie z potrzebami. Kliknij przycisk Kontynuuj po zakończeniu. Aby zdefiniować obszar zainteresowania na obrazie chodnika, kliknij lewym przyciskiem myszy, aby zdefiniować górną krawędź, a kliknij prawym przyciskiem myszy, aby zdefiniować dolną krawędź.Jeśli wyświetlone okno jest poprawne, naciśnij N, aby kontynuować. Program uruchomi się automatycznie. Po zakończeniu PrAnCER kliknij enter w terminalu, aby zakończyć program.Następnie ręcznie przejrzyj obrazy wyjściowe przez PrAnCER, uruchamiając skrypt Pythona, graficzny interfejs użytkownika edytora chodu i wybierając odpowiedni plik MP4 dla każdego filmu. W razie potrzeby popraw wszelkie błędnie zidentyfikowane lub scalone wydruki. Aby wyodrębnić parametry chodu przestrzennego i czasowego, uruchom narzędzie Analizator parametrów skryptu języka Python i wybierz liczbę odcisków tylnych do analizy oraz folder filmów do przeanalizowania.Następnie kliknij przycisk Kontynuuj, aby wyświetlić plik csv dla każdego filmu zawierający szereg typowych parametrów chodu. Chociaż nie jest identyczny z ręcznym punktacją, PrAnCER działa z dużą dokładnością i generuje wiarygodne pomiary chodu. Wyniki z grupy filmów kontrolnych są pokazane tutaj dla porównania.Analiza długości kroku przeprowadzona metodą PrAnCER nie różniła się istotnie od punktacji manualnej, ale zaobserwowano istotną różnicę w pomiarze podstawy podparcia. Jest to prawdopodobnie spowodowane różnicami w wyborze centrowania, a nie błędami wykrywania. U zwierząt leczonych haloperidolem w dużych dawkach obserwuje się znaczny wzrost długości kroku i maksymalnej powierzchni kontaktu.Zwierzęta, którym podawano haloperidol w małych dawkach, wykazują również znaczne wydłużenie czasu trwania postawy i maksymalnej powierzchni kontaktu. Dodatkowo istnieje znacząca różnica między warunkami wysokiej i niskiej dawki haloperidolu w podstawie podparcia, maksymalnej powierzchni kontaktu i parametrach chodu na odległość międzykończynową. Podczas gdy PrAnCER analizuje już wiele typowych parametrów chodu czasoprzestrzennego, kod może być modyfikowany w celu oceny wszelkich dodatkowych cech chodu, których pragnie użytkownik.Mamy nadzieję, że nasz system sprawi, że analiza chodu stanie się bardziej dostępna dla badaczy, którzy chcieliby prostego i niedrogiego sposobu pomiaru funkcji motorycznych.

paw-print-analysis-contrast-enhanced-recordings-prancer-low-cost-open

Research

JoVE Journal

Behavior

Zachowanie

W tym filmie opisujemy procedurę testowania śladów stóp i związaną z nią analizę, aby ocenić chód i koordynację ruchową u myszy.

Ocena chodu na podstawie analizy śladów stóp: metoda badania koordynacji ruchowej u myszy

Precyzyjna ocena reakcji na ból w neuropatycznym modelu zwierzęcym jest kluczowa dla zbadania patofizjologii chorób bólowych i opracowania nowych leków przeciwbólowych. Przedstawiamy czułą i obiektywną metodę określania funkcji sensorycznej tylnej łapy gryzonia za pomocą zautomatyzowanego systemu analizy chodu.

Zautomatyzowana analiza chodu u myszy z przewlekłym urazem zwężenia

W tym badaniu demonstrujemy wykorzystanie kinematycznej analizy chodu opartej na obrazowaniu w płaszczyźnie brzusznej do monitorowania subtelnych zmian w koordynacji ruchowej, jak również postępu neurodegeneracji wraz z wiekiem w modelach mysich (np. linie myszy z mutacją endofiliny).

Analiza chodu zależnych od wieku zaburzeń motorycznych u myszy z neurodegeneracją

Prezentowany tutaj jest protokół do zbierania i analizy trójwymiarowej kinematyki poruszania się czworonożnych u gryzoni do badań przedklinicznych.

Analiza kinematyczna chodu 3D do badań przedklinicznych na gryzoniach

Analiza śladów to tania alternatywa dla cyfrowych programów do analizy chodu dla badaczy kwantyfikujących nieprawidłowości ruchowe u myszy. Ze względu na swoją szybkość, prostotę i potencjał podłużny idealnie nadaje się do fenotypowania behawioralnego modeli mysich.

Tania analiza chodu do fenotypowania behawioralnego mysich modeli choroby nerwowo-mięśniowej

Zautomatyzowana analiza chodu jest możliwym narzędziem do oceny funkcjonalnego powrotu do zdrowia w modelach gryzoni z uszkodzeniem nerwów obwodowych i uszkodzeniem rdzenia kręgowego. Chociaż wymaga to tylko jednego zestawu do oceny funkcji lokomotorycznych w różnych modelach eksperymentalnych, bardzo ważne jest skrupulatne dostosowanie i szkolenie zwierząt w sprzęcie i sprzęcie.

Zautomatyzowana analiza chodu w celu oceny powrotu do sprawności funkcjonalnej u gryzoni z uszkodzeniem nerwów obwodowych lub stłuczenia rdzenia kręgowego

Tutaj opisujemy system RatWalker, zbudowany przez przeprojektowanie aparatu MouseWalker, aby dostosować go do zwiększonych rozmiarów i wagi szczurów. System ten wykorzystuje sfrustrowane całkowite odbicie wewnętrzne (FTIR), szybkie przechwytywanie wideo i oprogramowanie do analizy w otwartym dostępie do śledzenia i ilościowego określania parametrów chodu.

Zastosowanie systemu RatWalker do analizy chodu w genetycznym modelu szczurzym choroby Parkinsona

Udostępniamy protokół oceny zachowań motorycznych za pomocą baterii testów behawioralnych u szczurów po urazie zmiażdżenia nerwu kulszowego.

Wieloczynnikowa ocena zachowań motorycznych u szczurów po jednostronnym urazie zmiażdżenia nerwu kulszowego

Dostarczono eksperymentalny potok do ilościowego opisu wzorca lokomotorycznego swobodnie chodzących myszy za pomocą zestawu narzędzi MouseWalker (MW), począwszy od wstępnych nagrań wideo i śledzenia, a skończywszy na analizie po kwantyfikacji. W celu wykazania użyteczności systemu MW wykorzystano model kontuzji rdzenia kręgowego u myszy.

Wykorzystanie MouseWalker do ilościowego określenia dysfunkcji lokomotorycznej w mysim modelu urazu rdzenia kręgowego

Protokół ten ustanawia pipeline oceny kinematyki tylnej kończyny szczura za pomocą testu na bieżni bez markerów z automatycznym oznaczaniem trajektorii wielostawowych opartym na głębokim uczeniu, co umożliwia powtarzalną ilościową ilościową identyfikację ruchu.

Wielostawowe synchroniczne śledzenie oparte na uczeniu głębokim do obiektywnej ilościowej kinematyki ruchowej kończyn tylnych u szczurów

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.

Tani niskokosztowy proces bez markerów oparty na DeepLabCut do analizy spontanicznego chodu i lokomocji u myszy poruszających się swobodnie

Poznaj system PrAnCER do analizy chodu szczurów wykorzystujący półprzezroczystą podłogę i nagrania ze wzmocnieniem kontrastowego. Ta tania, zautomatyzowana metoda umożliwia precyzyjną ocenę funkcji motorycznych w modelach chorób neurodegeneracyjnych.

Analiza odcisków łap w nagraniach ze wzmocnieniem kontrastowym (PrAnCER): tani, zautomatyzowany system analizy chodu o otwartym dostępie do oceny deficytów motorycznych (Wideo) | JoVE Journal

Analiza odcisków łap w nagraniach ze wzmocnieniem kontrastowym (PrAnCER): tani, zautomatyzowany system analizy chodu o otwartym dostępie do oceny deficytów motorycznych

Przeglądaj więcej filmów