Análise de Paw-Print de gravações contrastadas (PrAnCER): um sistema automatizado de análise de marcha de baixo custo e acesso aberto para avaliação de déficits motores

Estamos apresentando um novo sistema de análise de marcha que é uma alternativa amigável, acessível e precisa aos sistemas de marcha comercial. O uso de um piso semitransparente na iluminação correta cria marcas de patas de alto contraste enquanto obscurece o corpo do animal. Nosso sistema pode ser usado para avaliar a função motora em uma ampla gama de modelos de lesões e doenças, como lesão medular ou dano nervoso, doenças neurodegenerativas e distúrbios neuromusculares.

Tanto nosso aparelho de marcha quanto o programa automatizado PrAnCER podem ser facilmente adaptados para se adequar a diferentes configurações ou modelos animais. Para montar uma passarela de análise de marcha, coloque uma passarela fechada de plexiglass em um piso plexiglass claro e cubra o chão com um pedaço de vellum de 16 libras cortado para a mesma largura da passarela. Em seguida, coloque uma câmera com pelo menos 30 quadros por segundo andar diretamente abaixo da passarela para capturar o meio da pista e fixar uma faixa de luz de 12 volts emitindo luzes de diodo com 18 diodos emissores de luz por pé aproximadamente duas polegadas de distância e uma polegada acima do chão da passarela para eliminar a pista.

Para habituar os animais à passarela, coloque a gaiola de ratos no nível da superfície no final da passarela da marcha para servir como uma caixa de gol e permitir que o rato caminhe da mão até o comprimento da passarela até a gaiola de casa. Ratos muitas vezes param no final da passarela para olhar ao redor antes de pular para baixo na gaiola de casa. Se um rato demorar mais de um minuto para sair da passarela, encoraje o animal a entrar na gaiola com um empurrão suave.

Se o rato se virar, use um pequeno pedaço de plexiglass para bloquear a extremidade inicial da passarela. Quando os ratos estiverem confortáveis cruzando a passarela em um ritmo constante sem congelar, ajuste as configurações no software de webcam para obter a imagem mais clara das impressões da pata e grave cada corrida separadamente, rotulando as corridas adequadamente para uso com o programa de análise automatizada. Depois de confirmar que não há manchas ou detritos no vellum, comece a gravar alguns segundos antes que o rato entre na passarela e pare assim que o rato sair da passarela e entrar na gaiola de casa.

É importante garantir que os vídeos gravados capturem pelo menos quatro passos consecutivos que ocorrem sem pausa ou aceleração para refletir com precisão a função motora do animal. Limpe a passarela com etanol após cada rato, substituindo o vellum conforme necessário. Para análise das gravações de marcha, coloque todos os vídeos a serem analisados em uma única pasta e execute a análise de impressão da pata de gravações aprimoradas em contraste, ou PrAnCER, script Python.

No menu pop-up, clique em escolher uma pasta para selecionar a pasta de vídeos e selecione as opções personalizadas apropriadas para a análise conforme desejado. Clique em continuar quando terminar. Para definir uma região de interesse na imagem da passarela, clique à esquerda para definir uma borda superior e clique à direita para definir uma borda inferior.

Se a caixa que aparece estiver correta, pressione N para continuar. O programa será executado automaticamente. Após a conclusão do PrAnCER, clique em entrar no terminal para encerrar o programa.

Em seguida, revise manualmente a saída de imagens pelo PrAnCER executando o script Python, a Interface gráfica do Usuário do Gait Editor e selecionando o arquivo MP4 apropriado para cada vídeo. Corrija as impressões digitais mal identificadas ou mescladas conforme necessário. Para extrair parâmetros de marcha espacial e temporal, execute o Analisador de Parâmetros de script Python e selecione o número de impressões traseiras para analisar e a pasta de vídeos para analisar.

Em seguida, clique em continuar a produzir um arquivo csv para cada vídeo contendo uma série de parâmetros comuns de marcha. Embora não seja idêntico à pontuação manual, o PrAnCER executa com alta precisão e gera medidas confiáveis de marcha. Os resultados de um grupo de vídeos de controle são mostrados aqui para comparação.

A análise do PrAnCER do comprimento do passo não foi significativamente diferente da pontuação manual, mas observou-se uma diferença significativa observada na base de medição de suporte. Isso é provavelmente devido a variâncias na seleção de centralizar em vez de erros de detecção. Em animais tratados com haloperidol de alta dose, observa-se um aumento significativo no comprimento do passo e na área de contato máxima.

Animais com haloperidol de baixa dose também demonstram um aumento significativo na duração da postura e na área máxima de contato. Além disso, há uma diferença significativa entre as condições haloperidol de alta e baixa dose na base de suporte, área de contato máxima e parâmetros de marcha de distância interlimb. Embora o PrAnCER já analise muitos parâmetros de marcha espáteris comuns, o código pode ser modificado para avaliar quaisquer características adicionais de marcha que o usuário desejar.

Esperamos que nosso sistema torne a análise de marcha mais acessível aos pesquisadores que gostariam de uma maneira simples e acessível de medir a função motora.