Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

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 цепиобратной 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 п?.......

Representative 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 ин.......

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 пре.......

Acknowledgements

Авторы благодарят Лауру Такер и Наташу Лонкаревич за их комментарии к рукописи и поддержку, оказанную Центром грызунов Института молекулярной медицины Жуана Лобо Антунеша. Авторы выражают благодарность Prémios Santa Casa Neurociências - Премия Мело и Кастро за исследования травм спинного мозга (MC-36/2020) Лос-Анджелесу и К.С.М. Эта работа была поддержана Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) (PTDC/BIA-COM/0151/2020), iNOVA4Health (UIDB/04462/2020 и UIDP/04462/2020) и LS4FUTURE (LA/P/0087/2020) с C.S.M. L.S. была поддержана контрактом с индивидуальным главным исследователем CEEC (2021.02253.CEECIND). A.F.I. был поддержан докторской стипендией FCT (2020.08168.BD....

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
45º Mirror 
2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 16 cm height, 1 on each sideMisumi
2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45° , 1 on each sideMisumi
1 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 83 cm longMisumi
87 x 23 cm mirrorGeneral glass supplier 
black cardboard filler General stationery supplierWe 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 sideMisumi
multicolor LED stripGeneral hardware supplier
white opaque paper to cover the plexyglassGeneral stationery supplier
fTIR Support base and posts
2 aluminum extrusion (4 x 4 cm), 100 cm heightMisumi
60 x 30 cm metric breadboardEdmund Optics #54-641
M6 12 mm screwsEdmund Optics 
M6 hex nuts and wahersEdmund Optics 
fTIR Walkway 
109 x 8.5 cm plexyglass (1.2 cm thick)General hardware supplier109 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 sideMisumi
black cardboard filler General stationery supplierwe used 2 fillers on each side to cover the limits of the plexyglass, avoiding bright edges
12 mm screwsEdmund Optics M6
High speed camera (on a tripod)
Blackfly S USB3BlackflyUSB3This 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 24-85mmNikkon 2.8-4D IFThis 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 R2022bMathWorks
Python 3.9.13 Python Software Foundation
Anaconda Navigator 2.1.4Anaconda, Inc.
Spyder 5.1.5 Spyder Project Contributors
Walkway wall 
2 large rectagular acrilics with 100 x 15 cmAny bricolage convenience store
2 Trapezian acrilic laterals with 6-10 length x 15 cm heightAny bricolage convenience store
GitHub Materials
Folder nameURL
Boxplotshttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/BoxplotsScript to create Boxplots
Docshttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/DocsAdditional documents
Heatmaphttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/HeatmapsScript to create heatmap
Matlat scripthttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20ScriptMouseWalker matlab script
PCAhttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plotsScript to perform Principal Component Analysis
Raw data Plotshttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20PlotsScript to create Raw data plots
Residual Analysishttps://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_AnalysisCode to compute residuals from Raw data

References

  1. Frigon, A. The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion. Journal of Neurophysiology. 117 (6), 2224-2241 (2017).
  2. Grillner, S. Biological pattern generation: The ce....

Explore More Articles

JoVE193MouseWalker

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved