Использование MouseWalker для количественной оценки локомоторной дисфункции в мышиной модели травмы спинного мозга

Summary

Предоставляется экспериментальный конвейер для количественного описания локомоторного паттерна свободно ходящих мышей с использованием набора инструментов MouseWalker (MW), начиная от первоначальных видеозаписей и отслеживания и заканчивая постколичественным анализом. Модель ушиба спинного мозга у мышей используется для демонстрации полезности системы MW.

Abstract

Выполнение сложных и высоко скоординированных двигательных программ, таких как ходьба и бег, зависит от ритмической активации спинальных и надспинальных цепей. После травмы грудного отдела спинного мозга нарушается связь с вышестоящими цепями. Это, в свою очередь, приводит к потере координации, с ограниченным потенциалом восстановления. Следовательно, чтобы лучше оценить степень выздоровления после введения лекарств или терапии, необходимы новые, более подробные и точные инструменты для количественной оценки походки, координации конечностей и других тонких аспектов двигательного поведения на животных моделях повреждения спинного мозга. За прошедшие годы было разработано несколько анализов для количественной оценки поведения грызунов при свободном хождении; Однако им обычно не хватает прямых измерений, связанных со стратегиями шаговой походки, паттернами следа и координацией. Для устранения этих недостатков предоставляется обновленная версия MouseWalker, которая сочетает в себе проход полного внутреннего отражения (fTIR) с программным обеспечением для отслеживания и количественной оценки. Эта система с открытым исходным кодом была адаптирована для извлечения нескольких графических выходных данных и кинематических параметров, а набор инструментов постколичественной оценки может быть предназначен для анализа предоставленных выходных данных. Эта рукопись также демонстрирует, как этот метод, в сочетании с уже установленными поведенческими тестами, количественно описывает двигательный дефицит после травмы спинного мозга.

Introduction

Эффективная координация четырех конечностей характерна не только для четвероногих животных. Координация передних и задних конечностей у людей по-прежнему важна для выполнения нескольких задач, таких как плавание и изменение скорости при ходьбе¹. Различные кинематические² конечностей и двигательная программа 1,3,4, а также проприоцептивные цепи^{обратной связи 5} сохраняются между людьми и другими млекопитающими и должны учитываться при анализе терапевтических возможностей при двигательных расстройствах, таких как повреждение спинного мозга (ТСМ)

Protocol

Все процедуры по обращению, хирургии и послеоперационному уходу были одобрены Комитетом по молекулярному внутреннему уходу Института медицины (ORBEA) и Португальским комитетом по этике животных (DGAV) в соответствии с руководящими принципами Европейского сообщества (Директива 2010/63/ЕС) и португальским законом об уходе за животными (DL 113/2013) в соответствии с лицензией 0421/000/000/2022. Для настоящего исследования использовались самки мышей C57Bl/6J в возрасте 9 недель. Были приложены все усилия, чтобы свести к минимуму количество животных и уменьшить страдания животных, использованных в исследовании. Скрипт MATLAB и автономная версия программного обеспечения MW ....

Results

Стандартная система BMS описывает общий двигательный дефицит после SCI¹⁴. Из-за его субъективного характера другие количественные анализы обычно проводятся вместе с BMS для получения более подробной и точной оценки локомоции. Тем не менее, эти тесты не показывают конкретной информации о циклах шагов, паттернах шагов и координации передних и задних конечностей, что чрезвычайно важно для понимания того, как схема позвоночника поддерживает функцию и адаптируется к неполной ТСМ. В этом разделе показан.......

Discussion

Здесь потенциал метода MouseWalker демонстрируется анализом локомоторного поведения после ТСМ. Он дает новое представление о конкретных изменениях в шагах, посадочной площади и паттернах походки, которые в противном случае были бы пропущены другими стандартными тестами. В дополнение к предоставлению обновленной версии пакета MW, инструменты анализа данных также описаны с использованием поставляемых скриптов Python (см. шаг 5).

Поскольку MW генерирует большой набор данных и набор кинематических.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
<стронг>45º Зеркало
2 алюминиевый профиль (2 x 2 см), высота 16 см, по 1 с каждой стороны	Misumi
2 алюминиевый профиль (2 x 2 см), 23 см, @ 45° , по 1 с каждой стороны	Misumi
1 алюминиевый профиль (2 x 2 см), длина 83 см	Misumi
87 x 23 см зеркало	Общий поставщик стекла
наполнитель из черного картона	Поставщик канцелярских товаров		общего назначения Мы использовали 2, один с 69 x 6 см, а другой с 69 x 3 см, чтобы ограничить отражение на зеркале
<сильный>Подсветка фона
109 x 23 см оргстекло (толщина 0,9525 см)Поставщик			общей фурнитуры
2 боковые алюминиевые продавцы (4 x 4 см), длина 20 см, по 1 с каждой стороны	Misumi
многоцветная светодиодная лента	Общий поставщик
белая непрозрачная бумага для покрытия плексигласа	Общий поставщик
fTIR Опорное основание и столбы
2 алюминиевая экструзия (4 x 4 см), высота 100 см	Misumi
60 x 30 см метрическая макетная плата	Edmund Optics	#54-641
Винты M6 12 мм	Edmund Optics
Шестигранные гайки и вахеры M6	Edmund Optics
fTIR Walkway
109 x 8,5 см плексиглас (толщина 1,2 см)	Общий поставщик		109 x 8,5 см плексиглас (толщина 1,2 см)
Длина 109 см Основание U-образный алюминий с высотой 1,6 см и глубиной 1,9 см толстыми складками (для удержания оргстекла)Поставщик	общей фурнитуры
2 боковые алюминиевые экструзии (4 x 4 см) длина 20 см, по 1 с каждой стороны	Misumi
наполнитель из черного картона		канцелярских товаров	мы использовали по 2 наполнителя с каждой стороны, чтобы закрыть границы оргстекла, избегая ярких краев
M6 12 мм винтами	Edmund Optics
High speed camera (на штативе)
Blackfly S USB3	FLIR	#BFS-U3-32S4M-C	Это рекомендация. Требование – запись не менее 100 кадров в секунду
Infinite Horizon Impactor
Infinite Horizon Impactor	ООО «Прецизионные системы и контрольно-измерительные приборы».	#0400
Lens
Nikon AF Zoom-Nikkor 24-85mm	Nikon	#1929	Этот объектив рекомендуется, однако можно использовать другой объектив. Убедитесь, что он содержит большую апертуру (т.е. меньшие значения F-ступени), чтобы захватывать сигналы fTIR<
strong>Software
MATLAB R2022b	MathWorks
Python 3.9.13	Python Software Foundation
Anaconda Navigator 2.1.4	Anaconda, Inc.
Spyder 5.1.5			проекта Spyder
Walkway wall
2 больших прямоугольных акрила размером 100 x 15 см	Любой бриколажный круглосуточный магазин
2 трапециевидных акриловых латераль длиной 6-10 x высотой 15 см	Любой бриколаж круглосуточный магазин
GitHub Materials
Имя папки	URL
Boxplots	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Boxplots		Скрипт для создания Boxplots
Docs	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docs		Дополнительные документы
Тепловая карта	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmaps		Скрипт для создания тепловой карты
Matlat script	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Script		MouseWalker matlab script
PCA	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plots		Script для выполнения анализа главных компонент Графики
необработанных данных	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots		Скрипт для создания графиков необработанных данных
Анализ остаточных	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis		код для вычисления остатков из необработанных данных