Использование MouseWalker для количественной оценки локомоторной дисфункции в мышиной модели травмы спинного мозга

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 цепи^{обратной 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?.......

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.......

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