Utilisation du MouseWalker pour quantifier le dysfonctionnement locomoteur dans un modèle murin de lésion de la moelle épinière

Résumé

Un pipeline expérimental pour décrire quantitativement le modèle locomoteur de souris marchant librement à l’aide de la boîte à outils MouseWalker (MW) est fourni, allant des enregistrements vidéo initiaux et du suivi à l’analyse post-quantification. Un modèle de lésion de la moelle épinière chez la souris est utilisé pour démontrer l’utilité du système MW.

Résumé

L’exécution de programmes moteurs complexes et hautement coordonnés, tels que la marche et la course, dépend de l’activation rythmique des circuits rachidiens et supra-rachidiens. Après une lésion de la moelle épinière thoracique, la communication avec les circuits en amont est altérée. Ceci, à son tour, conduit à une perte de coordination, avec un potentiel de récupération limité. Par conséquent, pour mieux évaluer le degré de récupération après l’administration de médicaments ou de thérapies, il est nécessaire de disposer de nouveaux outils plus détaillés et plus précis pour quantifier la démarche, la coordination des membres et d’autres aspects fins du comportement locomoteur dans les modèles animaux de lésions de la moelle épinière. Plusieurs tests ont été développés au fil des ans pour évaluer quantitativement le comportement de marche libre chez les rongeurs; Cependant, ils manquent généralement de mesures directes liées aux stratégies de marche, aux modèles d’empreinte et à la coordination. Pour remédier à ces lacunes, une version mise à jour du MouseWalker, qui combine une passerelle de réflexion interne totale frustrée (fTIR) avec un logiciel de suivi et de quantification, est fournie. Ce système open-source a été adapté pour extraire plusieurs sorties graphiques et paramètres cinématiques, et un ensemble d’outils de post-quantification peut être pour analyser les données de sortie fournies. Ce manuscrit démontre également comment cette méthode, alliée à des tests comportementaux déjà établis, décrit quantitativement les déficits locomoteurs suite à une lésion de la moelle épinière.

Introduction

La coordination efficace de quatre membres n’est pas unique aux animaux quadrupèdes. La coordination des membres antérieurs et des membres postérieurs chez l’homme reste importante pour accomplir plusieurs tâches, telles que la natation et les modifications de la vitesse en marchant¹. Divers circuits de rétroaction cinématique^{des membres 2} et moteurs 1,3,4, ainsi que les circuits de rétroaction proprioceptive⁵, sont conservés entre les humains et les autres mammifères et devraient être pris en compte lors de l’analyse des options thérapeutiques pour les troubles moteurs, te....

Protocole

Toutes les procédures de manipulation, de soins chirurgicaux et postopératoires ont été approuvées par le Comité Moléculaire interne de l’Instituto de Medicina (ORBEA) et le Comité portugais d’éthique animale (DGAV) conformément aux directives de la Communauté européenne (Directive 2010/63/UE) et à la loi portugaise sur les soins aux animaux (DL 113/2013) sous la licence 0421/000/000/2022. Des souris C57Bl/6J femelles âgées de 9 semaines ont été utilisées pour la présente étude. Tous les efforts ont été déployés pour minimiser le nombre d’animaux et diminuer la souffrance des animaux utilisés dans l’étude. Le script MATLAB et la version autonome du logiciel MW sont op....

Discussion

Ici, le potentiel de la méthode MouseWalker est démontré en analysant le comportement locomoteur après une lésion médullaire. Il fournit de nouvelles informations sur des modifications spécifiques des modèles de pas, d’empreinte et de démarche qui seraient autrement manquées par d’autres tests standard. En plus de fournir une version mise à jour du package MW, les outils d’analyse de données sont également décrits à l’aide des scripts Python fournis (voir étape 5).

Comm.......

matériels

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