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
  • Disclosures
  • 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.......

Disclosures

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

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....

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

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