Yazarlar, Laura Tucker ve Natasa Loncarevic'e el yazması hakkındaki yorumları ve Instituto de Medicina Moleküler João Lobo Antunes Kemirgen Tesisi tarafından verilen destek için teşekkür eder. Yazarlar, Prémios Santa Casa Neurociências - Omurilik Yaralanması Araştırmaları için Melo e Castro Ödülü (MC-36/2020) tarafından L.S. ve C.S.M.'ye finansal destek sağlamak istiyor. Bu çalışma Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) (PTDC/BIA-COM/0151/2020), iNOVA4Health (UIDB/04462/2020 ve UIDP/04462/2020) ve LS4FUTURE (LA/P/0087/2020) tarafından C.S.M. L.S.'ye CEEC Bireysel Baş Araştırmacı sözleşmesi (2021.02253.CEECIND) ile desteklenmiştir. A.F.I., FCT'den (2020.08168.BD) doktora bursu ile desteklenmiştir. A.M.M., FCT'den doktora bursu ile desteklenmiştir (PD/BD/128445/2017). I.M., FCT'den doktora sonrası bir burs ile desteklenmiştir (SFRH / BPD / 118051 / 2016). D.N.S., FCT'den doktora bursu ile desteklenmiştir (SFRH / BD / 138636 / 2018).

MouseWalker Kullanarak Omurilik Yaralanmalı Farelerde Lokomotor Disfonksiyonun Ölçülmesi

<ol>
	<li>Frigon, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+neural+control+of+interlimb+coordination+during+mammalian+locomotion.">The neural control of interlimb coordination during mammalian locomotion.</a> Journal of Neurophysiology. 117 (6), 2224-2241 (2017).</li><li>Grillner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+pattern+generation:+The+cellular+and+computational+logic+of+networks+in+motion.">Biological pattern generation: The cellular and computational logic of networks in motion.</a> Neuron. 52 (5), 751-766 (2006).</li><li>Dominici, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=locomotor+primitives+in+newborn+babies+and+their+development.">locomotor primitives in newborn babies and their development.</a> Science. 334 (6058), 997-999 (2011).</li><li>Courtine, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematic+and+EMG+determinants+in+quadrupedal+locomotion+of+a+non-human+primate+(Rhesus).">Kinematic and EMG determinants in quadrupedal locomotion of a non-human primate (Rhesus).</a> Journal of Neurophysiology. 93 (6), 3127-3145 (2005).</li><li>Clarac, F., Cattaert, D., le Ray, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Central+control+components+of+a+'simple'+stretch+reflex.">Central control components of a 'simple' stretch reflex.</a> Trends Neuroscience. 23 (5), 199-208 (2000).</li><li>Squair, J. W., Gautier, M., Sofroniew, M. V., Courtine, G., Anderson, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+spinal+cord+repair.">Engineering spinal cord repair.</a> Current Opinion in Biotechnology. 72, 48-53 (2021).</li><li>Wenger, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporal+neuromodulation+therapies+engaging+muscle+synergies+improve+motor+control+after+spinal+cord+injury.">Spatiotemporal neuromodulation therapies engaging muscle synergies improve motor control after spinal cord injury.</a> Nature Medicine. 22 (2), 138-145 (2016).</li><li>Grillner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+spinal+locomotor+CPG:+A+target+after+spinal+cord+injury.">The spinal locomotor CPG: A target after spinal cord injury.</a> Progress in Brain Research. 137, 97-108 (2002).</li><li>Boulain, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synergistic+interaction+between+sensory+inputs+and+propriospinal+signalling+underlying+quadrupedal+locomotion.">Synergistic interaction between sensory inputs and propriospinal signalling underlying quadrupedal locomotion.</a> Journal of Physiology. 599 (19), 4477-4496 (2021).</li><li>Skarlatou, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Afadin+signaling+at+the+spinal+neuroepithelium+regulates+central+canal+formation+and+gait+selection.">Afadin signaling at the spinal neuroepithelium regulates central canal formation and gait selection.</a> Cell Reports. 31 (10), 107741 (2020).</li><li>Viala, D., Vidal, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+distinct+spinal+locomotion+generators+supplying+respectively+fore-and+hindlimbs+in+the+rabbit.">Evidence for distinct spinal locomotion generators supplying respectively fore-and hindlimbs in the rabbit.</a> Brain Research. 155 (1), 182-186 (1978).</li><li>Silver, J., Miller, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regeneration+beyond+the+glial+scar.">Regeneration beyond the glial scar.</a> Nature Reviews Neuroscience. 5 (2), 146-156 (2004).</li><li>Basso, D. M., Beattie, M. S., Bresnahan, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+sensitive+and+reliable+locomotor+rating+scale+for+open+field+testing+in+rats.">A sensitive and reliable locomotor rating scale for open field testing in rats.</a> Journal of Neurotrauma. 12 (1), 1-21 (1995).</li><li>Basso, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Basso+mouse+scale+for+locomotion+detects+differences+in+recovery+after+spinal+cord+injury+in+five+common+mouse+strains.">Basso mouse scale for locomotion detects differences in recovery after spinal cord injury in five common mouse strains.</a> Journal of Neurotrauma. 23 (5), 635-659 (2006).</li><li>Jones, B. J., Roberts, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+quantitative+measurement+of+motor+inco-ordination+in+naive+mice+using+an+accelerating+rotarod.">The quantitative measurement of motor inco-ordination in naive mice using an accelerating rotarod.</a> Journal of Pharmacy and Pharmacology. 20 (4), 302-304 (1968).</li><li>Metz, G. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ladder+rung+walking+task:+A+scoring+system+and+its+practical+application.">The ladder rung walking task: A scoring system and its practical application.</a> Journal of Visualized Experiments. (28), e1204 (2009).</li><li>Metz, G. A., Whishaw, I. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+and+subcortical+lesions+impair+skilled+walking+in+the+ladder+rung+walking+test:+A+new+task+to+evaluate+fore-and+hindlimb+stepping,+placing,+and+coordination.">Cortical and subcortical lesions impair skilled walking in the ladder rung walking test: A new task to evaluate fore-and hindlimb stepping, placing, and coordination.</a> Journal of Neuroscience Methods. 115 (2), 169-179 (2002).</li><li>Wallace, J. E., Krauter, E. E., Campbell, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+and+reflexive+behavior+in+the+aging+rat.">Motor and reflexive behavior in the aging rat.</a> Journal of Gerontology. 35 (3), 364-370 (1980).</li><li>Carter, R. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+progressive+motor+deficits+in+mice+transgenic+for+the+human+Huntington's+disease+mutation.">Characterization of progressive motor deficits in mice transgenic for the human Huntington's disease mutation.</a> The Journal of Neuroscience. 19 (8), 3248-3257 (1999).</li><li>Leblond, H., L'esp&#233;rance, M., Orsal, D., Rossignol, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Behavioral/systems/cognitive+treadmill+locomotion+in+the+intact+and+spinal+mouse.">Behavioral/systems/cognitive treadmill locomotion in the intact and spinal mouse.</a> The Journal of Neuroscience. 23 (36), 11411-11419 (2003).</li><li>Courtine, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recovery+of+supraspinal+control+of+stepping+via+indirect+propriospinal+relay+connections+after+spinal+cord+injury.">Recovery of supraspinal control of stepping via indirect propriospinal relay connections after spinal cord injury.</a> Nature Medicine. 14 (1), 69-74 (2008).</li><li>Hamers, F. P. T., Koopmans, G. C., Joosten, E. A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CatWalk-assisted+gait+analysis+in+the+assessment+of+spinal+cord+injury.">CatWalk-assisted gait analysis in the assessment of spinal cord injury.</a> Journal of Neurotrauma. 23 (3-4), 537-548 (2006).</li><li>Mendes, C. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+gait+parameters+in+freely+walking+rodents.">Quantification of gait parameters in freely walking rodents.</a> BMC Biology. 13 (1), 50 (2015).</li><li>Schindelin, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiji:+An+open-source+platform+for+biological-image+analysis.">Fiji: An open-source platform for biological-image analysis.</a> Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).</li><li>Stauch, K. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applying+the+ratwalker+system+for+gait+analysis+in+a+genetic+rat+model+of+Parkinson's+disease.">Applying the ratwalker system for gait analysis in a genetic rat model of Parkinson's disease.</a> Journal of Visualized Experiments. (167), e62002 (2021).</li><li>Mendes, C. S., Rajendren, S. V., Bartos, I., M&#225;rka, S., Mann, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinematic+responses+to+changes+in+walking+orientation+and+gravitational+load+in+Drosophila+melanogaster.">Kinematic responses to changes in walking orientation and gravitational load in Drosophila melanogaster.</a> PLoS One. 9 (10), e109204 (2014).</li><li>Cabrita, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+dysfunction+in+Drosophila+melanogaster+as+a+biomarker+for+developmental+neurotoxicity.">Motor dysfunction in Drosophila melanogaster as a biomarker for developmental neurotoxicity.</a> iScience. 25 (7), 104541 (2022).</li><li>Bishop, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pattern Recognition and Machine Learning. , (2006).</li><li>vander Maaten, L., Postma, E., vanden Herik, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Dimensionality reduction: A comparative review. , (2009).</li><li>Courtine, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+of+locomotion+and+foot+grasping+following+a+unilateral+thoracic+corticospinal+tract+lesion+in+monkeys+(Macaca+mulatta).">Performance of locomotion and foot grasping following a unilateral thoracic corticospinal tract lesion in monkeys (Macaca mulatta).</a> Brain. 128 (10), 2338-2358 (2005).</li><li>Drew, T., Jiang, W., Kably, B., Lavoie, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+the+motor+cortex+in+the+control+of+visually+triggered+gait+modifications.">Role of the motor cortex in the control of visually triggered gait modifications.</a> Canadian Journal of Physiology and Pharmacology. 74 (4), 426-442 (1996).</li><li>Cheng, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gait+analysis+of+adult+paraplegic+rats+after+spinal+cord+repair.">Gait analysis of adult paraplegic rats after spinal cord repair.</a> Experimental Neurology. 148 (2), 544-557 (1997).</li><li>Thibaudier, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interlimb+coordination+during+tied-belt+and+transverse+split-belt+locomotion+before+and+after+an+incomplete+spinal+cord+injury.">Interlimb coordination during tied-belt and transverse split-belt locomotion before and after an incomplete spinal cord injury.</a> Journal of Neurotrauma. 34 (9), 1751-1765 (2017).</li><li>Bellardita, C., Kiehn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phenotypic+characterization+of+speed-associated+gait+changes+in+mice+reveals+modular+organization+of+locomotor+networks.">Phenotypic characterization of speed-associated gait changes in mice reveals modular organization of locomotor networks.</a> Current Biology. 25 (11), 1426-1436 (2015).</li><li>Machado, A. S., Marques, H. G., Duarte, D. F., Darmohray, D. M., Carey, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shared+and+specific+signatures+of+locomotor+ataxia+in+mutant+mice.">Shared and specific signatures of locomotor ataxia in mutant mice.</a> eLife. 9, 55356 (2020).</li><li>Takeoka, A., Vollenweider, I., Courtine, G., Arber, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Muscle+spindle+feedback+directs+locomotor+recovery+and+circuit+reorganization+after+spinal+cord+injury.">Muscle spindle feedback directs locomotor recovery and circuit reorganization after spinal cord injury.</a> Cell. 159 (7), 1626-1639 (2014).</li></ol>

Yazarlar, rakip finansal çıkarları olmadığını beyan ederler.

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...

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 6,7,8.
Yürümek için, ön ayaklardan ve arka bacaklardan birkaç omurga bağlantısının düzgün bir şekilde bağlanması ve ritmik olarak aktive edilmesi gerekir, bu da beyinden girdiler ve somatosensoriyel sistemden geri bildirim gerektirir 2,9,10. Bu bağlantılar, sırasıyla 1,9,10 olan ön ayaklar ve arka bacaklar için servikal ve lomber seviyede bulunan merkezi desen üreteçleri (CPG'ler) ile sonuçlanır. Genellikle, SCI'den sonra, nöronal bağlantının bozulması ve inhibitör bir glial skar12 oluşumu, lokomotor fonksiyonun iyileşmesini sınırlar ve sonuçlar, yaralanma şiddetine bağlı olarak toplam felçten bir grup ekstremitenin kısıtlı fonksiyonuna kadar değişir. SCI'den sonra lokomotor fonksiyonu hassas bir şekilde ölçmek için kullanılan araçlar, iyileşmeyi izlemek ve tedavilerin veya diğer klinik müdahalelerin etkilerini değerlendirmek için kritik öneme sahiptir6.
SCI'nin fare kontüzyon modelleri için standart metrik tahlil, açık alan arenasında gövde stabilitesini, kuyruk pozisyonunu, plantar adımlamayı ve ön ayak-arka bacak koordinasyonunu dikkate alan parametrik olmayan bir skor olan Basso fare ölçeği (BMS) 13,14'tür. BMS çoğu durumda son derece güvenilir olsa da, doğal değişkenliği hesaba katmak ve önyargıyı azaltmak için hayvan hareketinin tüm açılarını gözlemlemek için en az iki deneyimli puanlayıcı gerektirir.
SCI'dan sonra motor performansını nicel olarak değerlendirmek için başka testler de geliştirilmiştir. Bunlar arasında dönen bir silindir15 üzerinde harcanan zamanı ölçen rotarod testi; kaçırılan korkulukların sayısını ölçen yatay merdiven ve pozitif merdiven16,17; ve bir hayvanın dar bir kirişi geçerken aldığı süreyi ve yaptığı başarısızlık sayısını ölçen ışın yürüme testi18. Motor eksikliklerin bir kombinasyonunu yansıtmasına rağmen, bu testlerin hiçbiri ön ayak-arka bacak koordinasyonu hakkında doğrudan lokomotor bilgi üretmez.
Yürüme davranışını spesifik ve daha kapsamlı bir şekilde analiz etmek için, adım döngülerini ve yürüme stratejilerini yeniden yapılandırmak için başka testler geliştirilmiştir. Bir örnek, bir hayvanın mürekkepli pençelerinin bir beyaz kağıt19 sayfası üzerine bir desen çizdiği ayak izi testidir. Uygulanmasında basit olmasına rağmen, adım uzunluğu gibi kinematik parametrelerin çıkarılması hantal ve yanlıştır. Ayrıca, adım döngüsünün süresi veya bacak zamanlı koordinasyon gibi dinamik parametrelerin eksikliği, uygulamalarını sınırlar; Gerçekten de, bu dinamik parametreler yalnızca şeffaf bir yüzeyden geçen kemirgenlerin kare kare videolarını analiz ederek elde edilebilir. SCI çalışmaları için araştırmacılar, adım döngüsünü yeniden yapılandırmak ve her bir bacak ekleminin açısal varyasyonlarını ölçmek de dahil olmak üzere bir koşu bandı kullanarak yanal bir görünümden yürüme davranışını analiz ettiler 4,20,21. Bu yaklaşım son derecebilgilendirici 6 olsa da, belirli bir uzuv kümesine odaklanmaya devam eder ve koordinasyon gibi ek yürüyüş özelliklerinden yoksundur.
Bu boşlukları doldurmak için Hamers ve meslektaşları, hayal kırıklığına uğramış toplam iç yansıma (fTIR)22 kullanan optik bir dokunmatik sensöre dayanan nicel bir test geliştirdiler. Bu yöntemde, ışık iç yansıma yoluyla camdan yayılır, pençeye basıldığında dağılır ve son olarak yüksek hızlı bir kamera tarafından yakalanır. Daha yakın zamanlarda, bu yöntemin MouseWalker adı verilen açık kaynaklı bir sürümü kullanıma sunuldu ve bu yaklaşım bir fTIR yürüyüş yolunu bir izleme ve niceleme yazılım paketi23 ile birleştiriyor. Bu yöntemi kullanarak, kullanıcı adım, uzamsal ve yürüyüş kalıpları, ayak izi konumlandırma ve ön ayak-arka bacak koordinasyonunun yanı sıra ayak izi desenleri (mürekkepli pençe testi6'yı taklit ederek) veya vücut eksenine göre duruş aşamaları gibi görsel çıktılar da dahil olmak üzere çok sayıda nicel parametre çıkarabilir. Daha da önemlisi, açık kaynaklı doğası gereği, MATLAB komut dosyası paketi güncellenerek yeni parametreler çıkarılabilir.
Burada, MouseWalker23 sisteminin daha önce yayınlanan derlemesi güncellenir. En iyi video kalitesini, izleme koşullarını ve parametre alımını elde etmek için gereken tüm adımlarla birlikte nasıl ayarlanacağına dair bir açıklama sağlanır. MouseWalker (MW) çıktı veri kümesinin analizini geliştirmek için ek post-niceleme araçları da paylaşılır. Son olarak, bu aracın kullanışlılığı, omurilik yaralanması (SCI) bağlamında, genel lokomotor performans, özellikle adım döngüleri ve ön ayak-arka bacak koordinasyonu için ölçülebilir değerler elde edilerek gösterilmiştir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>45&#186; Mirror&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 16 cm height, 1 on each side</td>
			<td>Misumi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 23 cm, @ 45&#176; , 1 on each side</td>
			<td>Misumi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 aluminum extrusion (2 x 2 cm), 83 cm long</td>
			<td>Misumi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>87 x 23 cm mirror</td>
			<td>General glass supplier&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>black cardboard filler&#160;</td>
			<td>General stationery supplier</td>
			<td></td>
			<td>We used 2, one with 69 x 6 cm and another with 69 x 3cm to limit the reflection on the mirror</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Background backlight</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>109 x 23 cm plexiglass (0.9525 cm thick)</td>
			<td>General hardware supplier</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 lateral aluminum extrusion (4 x 4 cm), 20 cm long, 1 on each side</td>
			<td>Misumi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>multicolor LED strip</td>
			<td>General hardware supplier</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>white opaque paper to cover the plexyglass</td>
			<td>General stationery supplier</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fTIR Support base and posts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 aluminum extrusion (4 x 4 cm), 100 cm height</td>
			<td>Misumi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 x 30 cm metric breadboard</td>
			<td>Edmund Optics&#160;</td>
			<td>#54-641</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M6 12 mm screws</td>
			<td>Edmund Optics&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>M6 hex nuts and wahers</td>
			<td>Edmund Optics&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fTIR Walkway&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>109 x 8.5 cm plexyglass (1.2 cm thick)</td>
			<td>General hardware supplier</td>
			<td></td>
			<td>109 x 8.5 cm plexyglass (1.2 cm thick)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>109 cm long Base-U-channel aluminum with 1.6 cm height x 1.9 cm depth thick folds (to hold the plexyglass)</td>
			<td>General hardware supplier</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 lateral aluminum extrusion (4 x 4 cm) 20 cm length, 1 on each side</td>
			<td>Misumi</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>black cardboard filler&#160;</td>
			<td>General stationery supplier</td>
			<td></td>
			<td>we used 2 fillers on each side to cover the limits of the plexyglass, avoiding bright edges</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12 mm screws</td>
			<td>Edmund Optics&#160;</td>
			<td>M6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High speed camera (on a tripod)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Blackfly S USB3</td>
			<td>Blackfly</td>
			<td>USB3</td>
			<td>This is a reccomendation. The requirement is to record at least 100 frames per second</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infinite Horizon Impactor&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Infinite Horizon Impactor&#160;</td>
			<td>Precision Systems and Instrumentation, LLC.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lens</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikkon AF Zoom-Nikkor 24-85mm</td>
			<td>Nikkon&#160;</td>
			<td>2.8-4D IF</td>
			<td>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</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB R2022b</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Python 3.9.13&#160;</td>
			<td>Python Software Foundation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anaconda Navigator 2.1.4</td>
			<td>Anaconda, Inc.</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spyder 5.1.5&#160;</td>
			<td>Spyder Project Contributors</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Walkway wall&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 large rectagular acrilics with 100 x 15 cm</td>
			<td>Any bricolage convenience store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 Trapezian acrilic laterals with 6-10 length x 15 cm height</td>
			<td>Any bricolage convenience store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GitHub Materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Folder name</td>
			<td>URL</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Boxplots</td>
			<td>https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Boxplots</td>
			<td></td>
			<td>Script to create Boxplots</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Docs</td>
			<td>https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Docs</td>
			<td></td>
			<td>Additional documents</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heatmap</td>
			<td>https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Heatmaps</td>
			<td></td>
			<td>Script to create heatmap</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Matlat script</td>
			<td>https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Matlab%20Script</td>
			<td></td>
			<td>MouseWalker matlab script</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PCA</td>
			<td>https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/PCA%20plots</td>
			<td></td>
			<td>Script to perform Principal Component Analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Raw data Plots</td>
			<td>https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Rawdata%20Plots</td>
			<td></td>
			<td>Script to create Raw data plots</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Residual Analysis</td>
			<td>https://github.com/NeurogeneLocomotion/MouseWalker/tree/main/Residual_Analysis</td>
			<td></td>
			<td>Code to compute residuals from Raw data</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using the mousewalker to quantify locomotor dysfunction in a mouse model of spinal cord injury

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.

The effective coordination of four limbs is not unique to quadruped animals. Forelimb-hindlimb coordination in humans remains important to accomplish several tasks, such as swimming and alterations of speed while walking1. Various limb kinematic2 and motor program1,3,4, as well as proprioceptive feedback circuits5, are conserved between humans and other mammals&#160;and should be considered when analyzing therapeutic options for motor disorders, such as spinal cord injury (SCI)6,7,8.
In order to walk, several spinal connections from the forelimbs and hindlimbs need to be properly wired and rhythmically activated, which requires inputs from the brain and feedback from the somatosensory system2,9,10. These connections culminate in the central pattern generators (CPGs), which are situated at a cervical and lumbar level for the forelimbs and hindlimbs, respectively1,9,10. Often, after SCI, the disruption of neuronal connectivity and the formation of an inhibitory glial scar12 limit the recovery of locomotor function, with outcomes varying from total paralysis to restricted function of a group of limbs depending on the injury severity. Tools to precisely quantify locomotor function after SCI are critical for monitoring recovery and evaluating the effects of treatments or other clinical interventions6.
The standard metric assay for mouse contusion models of SCI is the Basso mouse scale (BMS)13,14, a non-parametric score that considers trunk stability, tail position, plantar stepping, and forelimb-hindlimb coordination in an open field arena. Even though the BMS is extremely reliable for most cases, it requires at least two experienced raters to observe all the angles of animal movement in order to account for natural variability and reduce bias.
Other assays have also been developed to assess motor performance after SCI quantitatively. These include the rotarod test, which measures time spent on a rotating cylinder15; the horizontal ladder, which measures the number of missed railings and positive ladder grabs16,17; and the beam walking test, which measures the time an animal takes and the number of failures it makes when crossing a narrow beam18. Despite reflecting a combination of motor deficits, none of these tests produce direct locomotor information about forelimb-hindlimb coordination.
To specifically and more thoroughly analyze walking behavior, other assays have been developed to reconstruct step cycles and gaiting strategies. One example is the footprint test, where the inked paws of an animal draw a pattern over a sheet of white paper19. Although simple in its execution, extracting kinematic parameters such as stride length is cumbersome and inaccurate. Moreover, the lack of dynamic parameters, such as the duration of the step cycle or leg-timed coordination, limits its applications; indeed, these dynamic parameters can only be acquired by analyzing frame-by-frame videos of rodents walking through a transparent surface. For SCI studies, researchers have analyzed walking behavior from a lateral view using a treadmill, including reconstructing the step cycle and measuring the angular variations of each leg joint4,20,21. Even though this approach can be extremely informative6, it remains focused on a specific set of limbs and lacks additional gait features, such as coordination.
To fill these gaps, Hamers and colleagues developed a quantitative test based on an optical touch sensor using frustrated total internal reflection (fTIR)22. In this method, light propagates through glass via internal reflection, becomes scattered upon paw pressing, and, finally, is captured by a high-speed camera. More recently, an open-source version of this method, called MouseWalker, was made available, and this approach combines an fTIR walkway with a tracking and quantification software package23. Using this method, the user can extract a large set of quantitative parameters, including step, spatial, and gait patterns, footprint positioning, and forelimb-hindlimb coordination, as well as visual outputs, such as footprint patterns (mimicking the inked paw assay6) or stance phases relative to the body axis. Importantly, due to its open-source nature, new parameters can be extracted by updating the MATLAB script package.
Here, the previously published assembly of the MouseWalker23 system is updated. A description of how to set it up is provided, with all the steps required to achieve the best video quality, tracking conditions, and parameter acquisition. Additional post-quantification tools are also shared to enhance the analysis of the MouseWalker (MW) output dataset. Finally, the usefulness of this tool is demonstrated by obtaining quantifiable values for general locomotor performance, specifically step cycles and forelimb-hindlimb coordination, in a spinal cord injury (SCI) context.

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

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

In this study, we use a mouse model of spinal cord injury to uncover ways of promoting repair of the spinal cord that could lead to effective locomotor and functional sensory recovery. With a mouse walker, we can move a step forward into a more quantitative analysis of spinal cord recovery by combining several graphical outputs and kinematic parameters with a set of post-quantification tools. High quality video cameras and sophisticated software packages allow a more direct and quantitative description of motor activity.The mouse walker is a good example of this. Currently two main challenges exist. First, the ability of laboratories to implement these technologies in their experimental pipeline.And second, to reduce the time and steps from video recordings to data generation. We realized that standard protocols were insufficient to describe all locomotive deficits we see after spinal cord injury. We also found that the mouse walker helped us measure coordination, one of the hardest parameters to assess in standard tests.Here, not only is the software free and open source, but the hardware is also easy to assemble with uncomplicated materials. We also provide open source tools to analyze the mouse walker data. The mouse walker is a valuable method for studying other motor related or motor dysfunctions, not just spinal cord injury.It can also be used in combination with already established behavior protocols.

Standart BMS sistemi, SCI14'ten sonraki brüt motor açıklarını tanımlar. Öznel doğası nedeniyle, diğer nicel testler genellikle hareketin daha ayrıntılı ve ince bir değerlendirmesini üretmek için BMS ile birlikte gerçekleştirilir. Bununla birlikte, bu testler adım döngüleri, basamak paternleri ve ön ayak-arka bacak koordinasyonu hakkında spesifik bilgiler gösterememektedir; bu, omurga devresinin işlevini nasıl koruduğunu ve eksik bir SCI'ye nasıl uyum sağladığını an...

Watch this Scientific Journal Video about Using the MouseWalker to Quantify Locomotor Dysfunction in a Mouse Model of Spinal Cord Injury at JoVE.com

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.

The execution of complex and highly coordinated motor programs, such as walking and running, is dependent on the rhythmic activation of spinal and ...

Bu çalışmada, etkili lokomotor ve fonksiyonel duyusal iyileşmeye yol açabilecek omurilik onarımını teşvik etmenin yollarını ortaya çıkarmak için omurilik yaralanmasının bir fare modelini kullanıyoruz. Bir fare yürüteçle, birkaç grafik çıktıyı ve kinematik parametreleri bir dizi post-niceleme aracıyla birleştirerek omurilik iyileşmesinin daha nicel bir analizine doğru bir adım ileri gidebiliriz. Yüksek kaliteli video kameralar ve gelişmiş yazılım paketleri, motor aktivitesinin daha doğrudan ve niceliksel bir tanımını sağlar.Fare yürüteci buna iyi bir örnektir. Şu anda iki ana zorluk var. Birincisi, laboratuvarların bu teknolojileri deneysel boru hatlarında uygulama yetenekleri.İkincisi, video kayıtlarından veri üretimine kadar geçen süreyi ve adımları azaltmak. Standart protokollerin omurilik yaralanmasından sonra gördüğümüz tüm lokomotif açıklarını tanımlamak için yetersiz olduğunu fark ettik. Ayrıca, fare yürütecinin, standart testlerde değerlendirilmesi en zor parametrelerden biri olan koordinasyonu ölçmemize yardımcı olduğunu bulduk.Burada, sadece yazılım ücretsiz ve açık kaynak değil, aynı zamanda donanımın karmaşık olmayan malzemelerle montajı da kolaydır. Ayrıca fare gezdiricisi verilerini analiz etmek için açık kaynaklı araçlar da sağlıyoruz. Fare yürüteci, sadece omurilik yaralanmasını değil, diğer motorla ilgili veya motor işlev bozukluklarını incelemek için değerli bir yöntemdir.Ayrıca, önceden oluşturulmuş davranış protokolleriyle birlikte de kullanılabilir.

using-mousewalker-to-quantify-locomotor-dysfunction-mouse-model

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Using the MouseWalker to Quantify Locomotor Dysfunction in a Mouse Model of Spinal Cord Injury

1.8K Görüntüleme.  Faculdade de Medicina da Universidade de Lisboa. Bu çalışmada, etkili lokomotor ve fonksiyonel duyusal iyileşmeye yol açabilecek omurilik onarımını teşvik etmenin yollarını ortaya çıkarmak için omurilik yaralanmasının bir fare modelini kullanıyoruz. Bir fare yürüteçle, birkaç grafik çıktıyı ve kinematik parametreleri bir dizi post-niceleme aracıyla birleştirerek omurilik iyileşmesinin daha nicel bir analizine doğru bir adım ileri gidebiliriz. Yüksek kaliteli video kameralar ve gelişmiş yazılım paketleri, m...

Video: Yazar Spotlight: Omurilik Yaralanmasının Bir Fare Modelinde Lokomotor Disfonksiyonu Ölçmek için MouseWalker'ı Kullanma  

The execution of complex and highly coordinated motor programs, such as walking and running, is dependent on the rhythmic activation of spinal and supra-spinal circuits. After a thoracic spinal cord injury, communication with upstream circuits is impaired. This, in turn, leads to a loss of coordination, with limited recovery potential. Hence, to better evaluate the degree of recovery after the administration of drugs or therapies, there is a necessity for new, more detailed, and accurate tools to quantify gait, limb coordination, and other fine aspects of locomotor behavior in animal models of spinal cord injury. Several assays have been developed over the years to quantitatively assess free-walking behavior in rodents; however, they usually lack direct measurements related to stepping gait strategies, footprint patterns, and coordination. To address these shortcomings, an updated version of the MouseWalker, which combines a frustrated total internal reflection (fTIR) walkway with tracking and quantification software, is provided. This open-source system has been adapted to extract several graphical outputs and kinematic parameters, and a set of post-quantification tools can be to analyze the output data provided. This manuscript also demonstrates how this method, allied with already established behavioral tests, quantitatively describes locomotor deficits following spinal cord injury.

An experimental pipeline to quantitatively describe the locomotor pattern of freely walking mice using the MouseWalker (MW) toolbox is provided, ranging from initial video recordings and tracking to post-quantification analysis. A spinal cord contusion injury model in mice is employed to demonstrate the usefulness of the MW system.

Nörobilim

Setting Up of the MouseWalker (MW) Apparatus

Begin by assembling the MouseWalker Apparatus, as described elsewhere, or customize it to the specific needs of the experimental design. Set up the high-speed camera with a fast lens and a large aperture to capture more light, which helps record the Frustrated Total Internal Reflection or FTIR signals. With the room lights off, verify the light intensity of the background light box and walkway.Adjust the intensity if necessary by adding semi-opaque plastic or using a potentiometer. Position the lens correctly at the same height in the center of the 45 degree reflecting mirror and perpendicular to the walkway. Adjust the image contrast of the walkway by reducing or increasing the lighting.Then focus the lens on the surface of the plexiglass.

MouseWalker (MW) Cihazının Kurulumu

Video Acquisition and Preparing the Videos for the MouseWalker (MW) Tracking Software

Begin by adjusting the recording settings to truncate the walkway region in the video recording software. Start the video acquisition and place the animal on the edge of the walkway. Ensure that the animals are familiar with the room and apparatus before testing.While filming the animals, make sure they move to the extreme edge of the platform and film enough complete runs of each mouse. Save the filmed runs as image sequences. After opening the ImageJ Fiji software, check the opened image file once.Select the frames in which the mouse is on the screen by clicking Image, Stack, Tools, and then Make a Substack. Save each substack separately in different folders by clicking on File, Save As, and then Image Sequence.

Video Toplama ve MouseWalker (MW) İzleme Yazılımı için Videoların Hazırlanması

MouseWalker (MW) Video Tracking and Kinematic Data Analysis

In the computer, open MATLAB. Add the folder containing the MouseWalker script to the working directory and run MouseWalker. M on the main command line.Load the video folder as the input directory. Go to the Settings window where all the calibration and threshold parameters are located. Test the effect of changing some parameters by clicking the Preview button.After adjusting the threshold parameters, check that the video is ready for automated tracking. Go to the first frame and click auto to start tracking. After the tracking is completed, if required, perform a manual correction by selecting the appropriate footprint.Save the changes by pressing the Save button. Then, click evaluate to generate the output files from the tracked video. Check that all the graphical output data plots are saved in the Results folder.Next, check that all quantitative measurements generated by the MouseWalker software are saved on an Excel spreadsheet and summarized on 1.Information_Sheet. Use the MouseMultievaluate. M script to congregate the measurements from all the runs into a new file for analysis.To perform a principal component analysis, PCA, open pcaplotgenerator. py in Spyder and run the code by clicking on the Play button. Select the Excel file to analyze and the sheet name in the automatic window.If the sheet name is not altered, write Sheet 1. In the digital ink assay, a lack of support for the hind paws was detected. With a decrease in the footprint area for both the left and right hind paws.The overall stance traces displayed several unique features. After spinal cord injury, the hind paws had shorter stance traces and more random pore positioning at both touchdown and liftoff from 15 days post-injury. Principal component analysis of all the kinematic motor parameters showed a 40%variance in the data in the first component, which segregated the group of animals that had a spinal cord injury from the rest at all time points.Using other scripts such as the heat map script, it was found that the spinal cord injury animals showed alterations in the gait strategies at all time points. The spinal cord injury mice also displayed a lower stance straightness index in both the forelimbs and hindlimbs.