استخدام MouseWalker لتحديد الخلل الحركي في نموذج فأر لإصابة الحبل الشوكي

Summary

يتم توفير خط أنابيب تجريبي لوصف النمط الحركي للفئران التي تمشي بحرية باستخدام صندوق أدوات MouseWalker (MW) ، بدءا من تسجيلات الفيديو الأولية والتتبع إلى التحليل الكمي اللاحق. يتم استخدام نموذج إصابة كدمة الحبل الشوكي في الفئران لإثبات فائدة نظام MW.

Abstract

يعتمد تنفيذ البرامج الحركية المعقدة والمنسقة للغاية ، مثل المشي والجري ، على التنشيط الإيقاعي للدوائر الشوكية وفوق الشوكية. بعد إصابة الحبل الشوكي الصدري ، يكون الاتصال بالدوائر الأولية ضعيفا. وهذا بدوره يؤدي إلى فقدان التنسيق ، مع إمكانية استرداد محدودة. وبالتالي ، لتقييم درجة الشفاء بشكل أفضل بعد تناول الأدوية أو العلاجات ، هناك حاجة إلى أدوات جديدة أكثر تفصيلا ودقة لتحديد المشي وتنسيق الأطراف والجوانب الدقيقة الأخرى للسلوك الحركي في النماذج الحيوانية لإصابة الحبل الشوكي. تم تطوير العديد من المقايسات على مر السنين لتقييم سلوك المشي الحر في القوارض كميا. ومع ذلك ، فإنها عادة ما تفتقر إلى القياسات المباشرة المتعلقة باستراتيجيات المشي التدريجي وأنماط البصمة والتنسيق. لمعالجة أوجه القصور هذه ، يتم توفير نسخة محدثة من MouseWalker ، والتي تجمع بين ممر الانعكاس الداخلي الكلي المحبط (fTIR) مع برنامج التتبع والقياس الكمي. تم تكييف هذا النظام مفتوح المصدر لاستخراج العديد من المخرجات الرسومية والمعلمات الحركية ، ويمكن أن تكون مجموعة من أدوات ما بعد القياس الكمي لتحليل بيانات المخرجات المقدمة. توضح هذه المخطوطة أيضا كيف تصف هذه الطريقة ، المتحالفة مع الاختبارات السلوكية المحددة بالفعل ، كميا، العجز الحركي بعد إصابة الحبل الشوكي.

Introduction

التنسيق الفعال لأربعة أطراف ليس فريدا للحيوانات الرباعية. يظل التنسيق بين الأطراف الأمامية والخلفية في البشر مهما لإنجاز العديد من المهام ، مثل السباحة وتغيرات السرعة أثناء المشي¹. يتم الحفاظ على مختلف الأطراف^{الحركية 2} والبرنامج الحركي¹،³،⁴ ، وكذلك دوائر التغذية المرتدة الحس العميق⁵ ، بين البشر والثدييات الأخرى ويجب أخذها في الاعتبار عند تحليل الخيارات العلاجية للاضطرابات الحركية ، مثل إصابة الحبل الشوكي (SCI)⁶،^7،8.

Protocol

تمت الموافقة على جميع إجراءات المناولة والرعاية الجراحية وما بعد الجراحة من قبل اللجنة الداخلية الجزيئية لمعهد الطب (ORBEA) ولجنة أخلاقيات الحيوان البرتغالية (DGAV) وفقا لإرشادات الجماعة الأوروبية (التوجيه 2010/63 / EU) والقانون البرتغالي بشأن رعاية الحيوان (DL 113/2013) بموجب الترخيص 0421/000/000/2022. تم استخدام إناث الفئران C57Bl / 6J التي تتراوح أعمارها بين 9 أسابيع في الدراسة الحالية. تم بذل كل الجهود لتقليل عدد الحيوانات وتقليل معاناة الحيوانات المستخدمة في الدراسة. البرنامج النصي MATLAB والإصدار المستقل من برنامج MW مفتوح المصدر ومتوفر في GitHub
مستودع (https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseW....

النتائج

يصف نظام BMS القياسي العجز الحركي الإجمالي بعد SCI¹⁴. نظرا لطبيعتها الذاتية ، يتم إجراء فحوصات كمية أخرى بشكل عام جنبا إلى جنب مع BMS لإنتاج تقييم أكثر تفصيلا ودقة للحركة. ومع ذلك ، تفشل هذه الاختبارات في إظهار معلومات محددة حول دورات الخطوة ، وأنماط الخطوة ، والتنسيق بين الأطراف ال.......

Discussion

هنا ، يتم توضيح إمكانات طريقة MouseWalker من خلال تحليل السلوك الحركي بعد اصابات النخاع الشوكي. يوفر رؤى جديدة حول تعديلات محددة في أنماط الخطوات والبصمة والمشي التي قد تفوتها الاختبارات القياسية الأخرى. بالإضافة إلى توفير إصدار محدث من حزمة MW ، يتم أيضا وصف أدوات تحليل البيانات باستخدام نصوص P.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
45º Mirror
2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 16 cm height, 1 on each side	Misumi
2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45° , 1 on each side	Misumi
1 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 83 cm long	Misumi
87 x 23 cm mirror	General glass supplier
black cardboard filler	General stationery supplier		We used 2, one with 69 x 6 cm and another with 69 x 3cm to limit the reflection on the mirror
Background backlight
109 x 23 cm plexiglass (0.9525 cm thick)	General hardware supplier
2 lateral aluminum extrusion (4 x 4 cm), 20 cm long, 1 on each side	Misumi
multicolor LED strip	General hardware supplier
white opaque paper to cover the plexyglass	General stationery supplier
fTIR Support base and posts
2 aluminum extrusion (4 x 4 cm), 100 cm height	Misumi
60 x 30 cm metric breadboard	Edmund Optics	#54-641
M6 12 mm screws	Edmund Optics
M6 hex nuts and wahers	Edmund Optics
fTIR Walkway
109 x 8.5 cm plexyglass (1.2 cm thick)	General hardware supplier		109 x 8.5 cm plexyglass (1.2 cm thick)
109 cm long Base-U-channel aluminum with 1.6 cm height x 1.9 cm depth thick folds (to hold the plexyglass)	General hardware supplier
2 lateral aluminum extrusion (4 x 4 cm) 20 cm length, 1 on each side	Misumi
black cardboard filler	General stationery supplier		we used 2 fillers on each side to cover the limits of the plexyglass, avoiding bright edges
12 mm screws	Edmund Optics	M6
High speed camera (on a tripod)
Blackfly S USB3	Blackfly	USB3	This is a reccomendation. The requirement is to record at least 100 frames per second
Infinite Horizon Impactor
Infinite Horizon Impactor	Precision Systems and Instrumentation, LLC.
Lens
Nikkon AF Zoom-Nikkor 24-85mm	Nikkon	2.8-4D IF	This lens is reccomended, however other lens can be used. Make sure it contains a large aperture (i.e., smaller F-stop values), to capture fTIR signals
Software
MATLAB R2022b	MathWorks
Python 3.9.13	Python Software Foundation
Anaconda Navigator 2.1.4	Anaconda, Inc.
Spyder 5.1.5	Spyder Project Contributors
Walkway wall
2 large rectagular acrilics with 100 x 15 cm	Any bricolage convenience store
2 Trapezian acrilic laterals with 6-10 length x 15 cm height	Any bricolage convenience store
GitHub Materials
Folder name	URL
Boxplots	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Boxplots		Script to create Boxplots
Docs	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docs		Additional documents
Heatmap	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmaps		Script to create heatmap
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 to perform Principal Component Analysis
Raw data Plots	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots		Script to create Raw data plots
Residual Analysis	https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis		Code to compute residuals from Raw data