Omurilik Yaralanmasının Bir Fare Modelinde Lokomotor Disfonksiyonu Ölçmek için MouseWalker'ı Kullanma

Özet

MouseWalker (MW) araç kutusunu kullanarak serbestçe yürüyen farelerin lokomotor modelini nicel olarak tanımlamak için ilk video kayıtlarından ve izlemeden niceleme sonrası analize kadar uzanan deneysel bir boru hattı sağlanmıştır. MW sisteminin yararlılığını göstermek için farelerde omurilik kontüzyon yaralanması modeli kullanılmıştır.

Özet

Yürüme ve koşma gibi karmaşık ve yüksek derecede koordine edilmiş motor programlarının yürütülmesi, spinal ve supra-spinal devrelerin ritmik aktivasyonuna bağlıdır. Torasik omurilik yaralanmasından sonra, yukarı akış devreleri ile iletişim bozulur. Bu da, sınırlı iyileşme potansiyeli ile koordinasyon kaybına yol açar. Bu nedenle, ilaçların veya tedavilerin uygulanmasından sonra iyileşme derecesini daha iyi değerlendirmek için, omurilik yaralanmasının hayvan modellerinde yürüyüş, uzuv koordinasyonu ve lokomotor davranışın diğer ince yönlerini ölçmek için yeni, daha ayrıntılı ve doğru araçlara ihtiyaç vardır. Kemirgenlerde serbest yürüme davranışını nicel olarak değerlendirmek için yıllar içinde çeşitli testler geliştirilmiştir; Bununla birlikte, genellikle adım adım yürüme stratejileri, ayak izi kalıpları ve koordinasyon ile ilgili doğrudan ölçümlerden yoksundurlar. Bu eksiklikleri gidermek için, hayal kırıklığına uğramış bir toplam iç yansıma (fTIR) geçitini izleme ve niceleme yazılımı ile birleştiren MouseWalker'ın güncellenmiş bir sürümü sağlanmıştır. Bu açık kaynaklı sistem, çeşitli grafik çıktıları ve kinematik parametreleri çıkarmak için uyarlanmıştır ve sağlanan çıktı verilerini analiz etmek için bir dizi post-niceleme aracı olabilir. Bu makale ayrıca, halihazırda kurulmuş davranış testleriyle birlikte bu yöntemin, omurilik yaralanmasını takiben lokomotor eksiklikleri nicel olarak nasıl tanımladığını göstermektedir.

Giriş

Dört ekstremitenin etkili koordinasyonu, dörtlü hayvanlara özgü değildir. İnsanlarda ön ayak-arka bacak koordinasyonu, yüzme ve yürürken hız değişiklikleri gibi çeşitli görevleri yerine getirmek için önemini korumaktadır¹. Çeşitli ekstremite kinematik² ve motor programı 1,3,4'ün yanı sıra propriyoseptif geri besleme devreleri⁵, insanlar ve diğer memeliler arasında korunur ve omurilik yaralanması (SCI) gibi motor bozukluklar için terapötik seçenekleri analiz ederken göz önünde bulundurulmalıdır

Protokol

Tüm elleçleme, cerrahi ve ameliyat sonrası bakım prosedürleri, Instituto de Medicina Moleküler İç Komitesi (ORBEA) ve Portekiz Hayvan Etiği Komitesi (DGAV) tarafından Avrupa Topluluğu yönergelerine (Direktif 2010/63/EU) ve Portekiz hayvan bakımı yasasına (DL 113/2013) uygun olarak 0421/000/000/2022 lisansı kapsamında onaylanmıştır. Bu çalışmada 9 haftalık dişi C57Bl/6J fareler kullanıldı. Çalışmada kullanılan hayvan sayısının en aza indirilmesi ve hayvanların acılarının azaltılması için tüm çabalar gösterilmiştir. MATLAB betiği ve MW yazılımının bağımsız sürümü açık kaynaklıdır ve GitHub'da mevcuttur.
depo (

Tartışmalar

Burada, MouseWalker yönteminin potansiyeli, SCI sonrası lokomotor davranışı analiz ederek gösterilmiştir. Adımlama, ayak izi ve yürüme modellerinde aksi takdirde diğer standart testler tarafından kaçırılacak belirli değişiklikler hakkında yeni bilgiler sağlar. MW paketinin güncellenmiş bir sürümünü sağlamanın yanı sıra, veri analiz araçları da sağlanan Python betikleri kullanılarak açıklanmaktadır (bkz. adım 5).

MW, büyük bir veri kümesi ve yüksek boyut.......

Malzemeler

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