Utilisation du MouseWalker pour quantifier le dysfonctionnement locomoteur dans un modèle murin de lésion de la moelle épinière

La coordination efficace de quatre membres n’est pas unique aux animaux quadrupèdes. La coordination des membres antérieurs et des membres postérieurs chez l’homme reste importante pour accomplir plusieurs tâches, telles que la natation et les modifications de la vitesse en marchant¹. Divers circuits de rétroaction cinématique^{des membres 2} et moteurs 1,3,4, ainsi que les circuits de rétroaction proprioceptive⁵, sont conservés entre les humains et les autres mammifères et devraient être pris en compte lors de l’analyse des options thérapeutiques pour les troubles moteurs, tels que les lésions de la moelle épinière (LME)^6,7,8.

Pour marcher, plusieurs connexions vertébrales des membres antérieurs et postérieurs doivent être correctement câblées et activées rythmiquement, ce qui nécessite des entrées du cerveau et une rétroaction du système somatosensoriel ^2,9,10. Ces connexions culminent dans les générateurs centraux (CPG), qui sont situés au niveau cervical et lombaire pour les membres antérieurs et postérieurs, respectivement ^1,9,10. Souvent, après une lésion médullaire, la perturbation de la connectivité neuronale et la formation d’une cicatrice gliale inhibitrice¹² limitent la récupération de la fonction locomotrice, avec des résultats variant de la paralysie totale à la fonction restreinte d’un groupe de membres en fonction de la gravité de la blessure. Les outils permettant de quantifier précisément la fonction locomotrice après une lésion médullaire sont essentiels pour surveiller la récupération et évaluer les effets des traitements ou d’autres interventions cliniques⁶.

Le test métrique standard pour les modèles de contusion de souris de SCI est l’échelle de souris Basso (BMS)^13,14, un score non paramétrique qui tient compte de la stabilité du tronc, de la position de la queue^, du pas plantaire et de la coordination des membres antérieurs et postérieurs dans une arène en plein champ. Même si le BMS est extrêmement fiable dans la plupart des cas, il nécessite au moins deux évaluateurs expérimentés pour observer tous les angles de mouvement des animaux afin de tenir compte de la variabilité naturelle et de réduire le biais.

D’autres tests ont également été développés pour évaluer quantitativement les performances motrices après une lésion médullaire. Il s’agit notamment de l’essai rotarod, qui mesure le temps passé sur un cylindre rotatif¹⁵; l’échelle horizontale, qui mesure le nombre de garde-corps manqués et de poignées d’échelle positives^16,17; et le test de marche à la poutre, qui mesure le temps qu’un animal prend et le nombre de défaillances qu’il fait lorsqu’il traverse une poutre étroite¹⁸. Bien qu’ils reflètent une combinaison de déficits moteurs, aucun de ces tests ne produit d’informations locomotrices directes sur la coordination des membres antérieurs et postérieurs.

Pour analyser spécifiquement et plus en profondeur le comportement de marche, d’autres tests ont été développés pour reconstruire les cycles de pas et les stratégies de démarche. Un exemple est le test d’empreinte, où les pattes encrées d’un animal dessinent un motif sur une feuille de papier blanc¹⁹. Bien que simple dans son exécution, l’extraction de paramètres cinématiques tels que la longueur de foulée est lourde et imprécise. De plus, l’absence de paramètres dynamiques, tels que la durée du cycle de pas ou la coordination jambe-temps, limite ses applications; En effet, ces paramètres dynamiques ne peuvent être acquis qu’en analysant des vidéos image par image de rongeurs marchant sur une surface transparente. Pour les études sur les LM, les chercheurs ont analysé le comportement de marche à partir d’une vue latérale à l’aide d’un tapis roulant, y compris la reconstruction du cycle des pas et la mesure des variations angulaires de chaque articulation de la jambe 4,20,21. Même si cette approche peut être extrêmement informative⁶, elle reste axée sur un ensemble spécifique de membres et manque de caractéristiques de démarche supplémentaires, telles que la coordination.

Pour combler ces lacunes, Hamers et ses collègues ont mis au point un test quantitatif basé sur un capteur tactile optique utilisant la réflexion interne totale frustrée (fTIR)²². Dans cette méthode, la lumière se propage à travers le verre par réflexion interne, se disperse lors de la pression de la patte et, finalement, est capturée par une caméra à haute vitesse. Plus récemment, une version open source de cette méthode, appelée MouseWalker, a été mise à disposition, et cette approche combine une passerelle fTIR avec un progiciel de suivi et de quantification²³. En utilisant cette méthode, l’utilisateur peut extraire un grand ensemble de paramètres quantitatifs, y compris les modèles de pas, d’espace et de démarche, le positionnement de l’empreinte et la coordination des membres antérieurs et postérieurs, ainsi que des sorties visuelles, telles que les motifs d’empreinte (imitant le test de la patte encrée⁶) ou les phases de position par rapport à l’axe du corps. Il est important de noter qu’en raison de sa nature open-source, de nouveaux paramètres peuvent être extraits en mettant à jour le package de script MATLAB.

Ici, l’assemblage précédemment publié du système MouseWalker²³ est mis à jour. Une description de la façon de le configurer est fournie, avec toutes les étapes nécessaires pour obtenir la meilleure qualité vidéo, les meilleures conditions de suivi et l’acquisition des paramètres. Des outils de post-quantification supplémentaires sont également partagés pour améliorer l’analyse de l’ensemble de données de sortie MouseWalker (MW). Enfin, l’utilité de cet outil est démontrée par l’obtention de valeurs quantifiables pour la performance locomotrice générale, en particulier les cycles de pas et la coordination des membres antérieurs et postérieurs, dans un contexte de lésion médullaire (LME).