Kontrastlı Gelişmiş Kayıtların (PrAnCER) Paw-Print Analizi: Motor Açıklarının Değerlendirilmesi için Düşük Maliyetli, Açık Erişimli Otomatik Yürüyüş Analiz Sistemi
12 Ağustos 2019
Biz yeni bir yürüyüş analiz sistemi, Pati-Baskı Analizi Kontrast-Gelişmiş Kayıtların (PrAnCER), otomatik olarak yeni bir yarı saydam zemin kullanan sıçanlarda yürüyüş özelliklerinin sayısallaştırılması için bir açık erişimotomatik sistem açıklar yürüyüş miktarını ölçün. Bu sistem Parkinson Hastalığı haloperidol modeli kullanılarak doğrulandı.
Biz ticari yürüyüş sistemleri için kullanıcı dostu, uygun fiyatlı ve doğru bir alternatif yeni bir yürüyüş analiz sistemi sıyoruz. Doğru aydınlatmada yarı saydam bir zemin in kullanımı, hayvanın vücudunu gizlerken yüksek kontrastlı pençe izleri oluşturur. Sistemimiz, omurilik veya sinir hasarı, nörodejeneratif hastalıklar ve nöromüsküler bozukluklar gibi çok çeşitli yaralanma ve hastalık modellerinde motor fonksiyonlarını değerlendirmek için kullanılabilir.
Hem yürüyüş cihazlarımız hem de otomatik program PrAnCER farklı kurulumlara veya hayvan modellerine uyacak şekilde kolayca uyarlanabilir. Bir yürüyüş analizi geçit kurmak için, net bir pleksiglas zemin üzerinde net bir pleksiglas kapalı geçit yerleştirin ve 16 kiloluk çizim vellum bir parça ile zemin kapağı geçit ile aynı genişliğe kesilmiş. Daha sonra, pistin ortasını yakalamak için ikinci kare hızına en az 30 kare lik bir kamera yerleştirin ve parçayı ortadan kaldırmak için yürüyetek başına 18 ışık yayan diyot ışıkları ile 12 volt luk ışık yayan diyot ışıklarından oluşan bir şeridi sabitleyin.
Yürüyüş yolu için hayvanları alışkanlık için, bir hedef kutusu olarak hizmet etmek ve sıçan ev kafesi için geçit uzunluğu aşağı yürümek için izin yürüyüş yürüyüş yolu sonunda yüzey seviyesinde sıçan ev kafesi yerleştirin. Fareler genellikle ev kafesi içine atlama dan önce etrafa bakmak için geçit sonunda duracak. Bir farenin geçitten çıkması bir dakikadan uzun sürerse, hayvanı nazik bir itme ile ev kafesine girmeye teşvik edin.
Fare etrafında dönerse, geçit başlangıç ucunu engellemek için pleksiglas küçük bir parça kullanın. Fareler donmadan sabit bir hızda geçitten rahatça geçerken, pençe baskılarının en net resmini elde etmek için web kamerası yazılımındaki ayarları ayarlayın ve her çalıştırmayı ayrı ayrı kaydederek otomatik analiz programıyla kullanmak üzere uygun şekilde çalıştırmaları etiketleyin. Vellum üzerinde hiçbir nokta veya enkaz olduğunu doğruladıktan sonra, sıçan geçit girmeden önce birkaç saniye kayıt başlar ve sıçan geçit çıkar ve ev kafesi girer sonra durdurmak.
Kaydedilen videoların, hayvanın motor işlevini doğru bir şekilde yansıtmak için duraklama veya hızlanma olmadan oluşan en az dört ardışık adımı yakaladığından emin olmak önemlidir. Her sıçansonra etanol ile geçit aşağı silin, gerektiği gibi vellum yerine. Yürüyüş kayıtlarının analizi için, tüm videoları tek bir klasörde analiz edilecek şekilde yerleştirin ve kontrastla geliştirilmiş kayıtların veya PrAnCER, Python komut dosyasının pençe baskı analizini çalıştırın.
Açılır menüde, video klasörünü seçmek ve analiz için uygun özel seçenekleri istediğiniz gibi seçmek için bir klasör seçin. Tamamlandığında devam'ı tıklatın. Yürüyüş yolunun görüntüsünde ilgi çekici bir bölge tanımlamak için, bir üst kenarı tanımlamak için sol tıklatın ve alt kenarı tanımlamak için sağ tıklatın.
Görünen kutu doğruysa, devam etmek için N tuşuna basın. Program otomatik olarak çalışacaktır. PrAnCER tamamlandıktan sonra, programı sonlandırmak için terminale girin'i tıklatın.
Daha sonra, Python komut dosyası, Gait Editor Grafik Kullanıcı Arabirimi çalıştırarak ve her video için uygun MP4 dosyasını seçerek PrAnCER tarafından görüntü çıktısını el ile gözden geçirin. Yanlış tanımlanmış veya birleştirilmiş baskıları gerektiği gibi düzeltin. Uzamsal ve zamansal yürüyüş parametrelerini ayıklamak için Python komut dosyası Parametre Çözümleyicisini çalıştırın ve çözümlemek için arka yazdırma sayısını ve çözümlenebilmek için video klasörünü seçin.
Ardından, bir dizi ortak yürüyüş parametreleri içeren her video için bir csv dosyası çıktısına devam etmeye devam edin. Manuel puanlama ile aynı olmasa da, PrAnCER yüksek doğrulukla gerçekleştirir ve güvenilir yürüyüş önlemleri oluşturur. Bir grup kontrol videosunun sonuçları karşılaştırma için burada gösterilir.
Adım uzunluğu prAnCER analizi manuel puanlama önemli ölçüde farklı değildi, ancak destek ölçüm tabanında gözlenen önemli bir fark vardı. Bunun nedeni büyük olasılıkla algılama hataları yerine seçim ortalama daki varyanslar. Yüksek doz haloperidol ile tedavi edilen hayvanlarda, adım uzunluğu ve maksimum temas alanında önemli bir artış gözlenmektedir.
Düşük doz haloperidol verilen hayvanlar da duruş süresi ve maksimum temas alanında önemli bir artış göstermektedir. Ayrıca, destek tabanında yüksek ve düşük doz haloperidol koşulları arasında önemli bir fark vardır, maksimum temas alanı, ve interlimb mesafe yürüyüş parametreleri. PrAnCER zaten birçok yaygın spatiotemporal yürüyüş parametrelerini analiz ederken, kod kullanıcının istediği ek yürüyüş özelliklerini değerlendirmek için değiştirilebilir.
Sistemimizin, motor fonksiyonunu ölçmek için basit ve uygun fiyatlı bir yol isteyen araştırmacılar için yürüyüş analizini daha erişilebilir hale getirmesini umuyoruz.
Genel Bakış
Bu makale, sıçanlarda yürüyüş özelliklerini nicelleştirmek için tasarlanmış yeni bir yürüyüş analiz sistemi olan PrAnCER'ı sunmaktadır. Yarı şeffaf bir zemin kullanan bu sistem, çeşitli yaralanma ve hastalık modellerinde motor fonksiyonların değerlendirilmesi için otomatik ve erişilebilir bir yöntem sağlar.
Çalışmanın Temel Bileşenleri
Bilim Alanı
- Sinirbilim
- Davranışsal analiz
- Motor fonksiyon değerlendirmesi
Arka Plan
- Güncel ticari yürüyüş sistemleri pahalı ve karmaşık olabilir.
- PrAnCER, uygun maliyetli ve kullanıcı dostu bir alternatif sunmayı amaçlamaktadır.
- Sistem, Parkinson hastalığının haloperidol modeli kullanılarak valide edilmiştir.
- Çeşitli yaralanma ve hastalık modellerinde motor fonksiyonu değerlendirebilir.
Çalışmanın Amacı
- Sıçanlarda yürüyüş analizi için açık erişimli bir sistem geliştirmek.
- Motor fonksiyonları çalışan araştırmacılar için erişilebilirliği artırmak.
- Sistemi yerleşik yöntemlere karşı doğrulamak.
Kullanılan Yöntemler
- Şeffaf pleksiglas bir yürüyüş yolu ve yarı saydam zemin kurulumu.
- Pati izlerini yüksek kontrastla yakalamak için kamera kullanımı.
- PrAnCER Python betiği kullanılarak gerçekleştirilen otomatik analiz.
- Analiz sonrası yürüyüş parametrelerinin manuel olarak incelenmesi ve düzeltilmesi.
Temel Sonuçlar
- PrAnCER, yüksek doğrulukla güvenilir yürüyüş ölçümleri sağlar.
- Haloperidol ile tedavi edilen sıçanlarda yürüyüş parametrelerinde anlamlı farklılıklar gözlemlenmiştir.
- Sonuçlar, PrAnCER'ın çeşitli yürüyüş özelliklerini etkili bir şekilde analiz edebildiğini göstermektedir.
- Sistem, ihtiyaç duyulduğunda ek parametreleri değerlendirmek için özelleştirmeye olanak tanır.
Sonuçlar
- PrAnCER, motor fonksiyonu üzerine çalışan araştırmacılar için değerli bir araçtır.
- Sistem, yürüyüş analizinin erişilebilirliğini artırmaktadır.
- Gelecekte yapılacak modifikasyonlar, sistemin yeteneklerini çeşitli araştırma ihtiyaçları için genişletebilir.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama Alanları
Otomatik, kantitatif yürüyüş analizi, preklinik kemirgen modellerindeki motor defisitlerin objektif değerlendirmesine olanak tanıyarak translasyonel nörobilim ve nöromusküler ilaç keşfi için kritik önem taşır. PrAnCER, uzaysal-zamansal yürüyüş parametrelerinin yüksek kapasiteli ve tekrarlanabilir ölçümü için ölçeklenebilir, açık erişimli bir çözüm sunarak erken aşama hedef doğrulamayı ve mekanistik risk azaltmayı destekler. Uyarlanabilirliği ve uygun maliyeti, keşif ekipleri arasında daha geniş bir benimsenmeyi kolaylaştırarak motor fonksiyon son nokta ölçümlerindeki öngörü güvenilirliğini artırır.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Hastalıkla ilişkili kemirgen modellerinde motor fenotiplerinin objektif kantifikasyonunu sağlar.
- Hem beklenen hem de beklenmeyen yürüyüş değişikliklerini tespit ederek fonksiyonel hedef doğrulamasını destekler.
- Motor son noktaların otomatik ve tekrarlanabilir ölçümü yoluyla mekanizmaya dayalı risk azaltmayı kolaylaştırır.
- Nöromüsküler ve nörodejeneratif programlardaki portföy önceliklendirmesi için öngörü güvenilirliğini artırır.
Tarama ve Assay Geliştirme
- Alt akıştaki bileşik tarama iş akışları için doğrulanmış, kantitatif yürüyüş çıktıları hazırlar.
- Operatör yanlılığını azaltarak ve çalışmalar arasındaki tekrarlanabilirliği artırarak analiz çıktılarını standardize eder.
- Yüksek kapasiteli tarama ortamlarına uygun, ölçeklenebilir ve otomatik analiz imkanı sağlar.
- Çeşitli analiz geliştirme ihtiyaçlarına uyum sağlamak için özelleştirilebilir parametreler sunar.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Preklinik motor fonksiyon uç noktalarını translasyonel biyobelirteç stratejileriyle uyumlu hale getirir.
- Keşif aşamasından preklinik doğrulamaya kadar kantitatif yürüyüş metriklerinin sürekliliğini sağlar.
- Güçlü ve tekrarlanabilir motor verilere dayalı, riske göre ayarlanmış ilerleme kararlarını destekler.
- Motor fenotiplerin çalışmalar arası karşılaştırmalarını ve meta-analizlerini kolaylaştırır.
Pipeline ve İş Akışı Entegrasyonu
PrAnCER, nörolojik ve nöromüsküler hastalıkların kemirgen modelleri için standartlaştırılmış, kantitatif yürüyüş analizi sağlayarak keşiften preklinik aşamaya uzanan sürekliliğe entegre olur.
- Keşif Biyolojisi: Motor hipotezlerini objektif olarak test eder ve hastalık modellerindeki yolak katılımını netleştirir.
- Tarama: Bileşik değerlendirmesi ve hit ayıklama için tekrarlanabilir, kantitatif yürüyüş çıktıları sağlar.
- Analitikler: Koşullar arası istatistiksel karşılaştırma için spatiotemporal yürüyüş parametreleri içeren CSV dosyaları üretir.
- Translasyonel Araştırma: İlgili olduğunda kemirgen motor son noktalarını klinik biyobelirteç stratejileriyle uyumlu hale getirir.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Açık erişimli kod tabanı, birden fazla hastalık modeli ve araştırma ekibi arasında adaptasyona ve yeniden kullanıma olanak tanır.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Motor fonksiyon çalışmalarında öngörü güvenini artırır ve mekanistik belirsizliği azaltır.
- Operasyonel Değer: Yürüyüş analizini standartlaştırır ve otomatikleştirerek tekrarlanabilirliği ve ölçeklenebilirliği artırır.
- Stratejik Değer: Güçlü, kantitatif sonlanım noktaları sağlayarak daha iyi devam/durdurma kararları alınmasını ve sermaye verimliliğini mümkün kılar.
- Portföy Etkisi: Nöromüsküler ve nörodejeneratif varlıkların riskle uyumlu önceliklendirilmesini ve geliştirilmesini destekler.
Uygulama Hususları
- Kemirgen davranışsal analizleri ve Python tabanlı veri analizi konusunda uzmanlık gerektirir.
- Temel görüntüleme altyapısına (kamera, aydınlatma, pleksiglas yürüyüş yolu) ve hesaplama kaynaklarına ihtiyaç duyar.
- Video edinimi ve analiz parametrelerinin ekipler arası standardizasyonunu gerektirir.
- Küçük modifikasyonlarla çeşitli kemirgen modellerine ve deneysel düzeneklere uyarlanabilir.
- Veri kalitesini sağlamak için otomatik çıktıların manuel olarak gözden geçirilmesi gerekebilir.
Biyofarma SSS
Chapters in this video
0:04
Title
0:43
Gait Analysis Apparatus Preparation and Animal Habituation
2:06
Gait Testing Procedure
3:07
Paw-Print Analysis of Contrast-Enhanced Recordings (PrAnCER) Automated Analysis
4:52
Results: Representative Accuracy of Automated Analysis and Effects of Haloperidol on Gait
5:58
Conclusion
