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如何通过 VisuGait步态分析系统对帕金森小鼠模型的步态变化进行分析评估？

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2024-10-31 10:37

介绍

VisuGait 动物步态分析系统（上海欣软）是一个完整的定量评估鼠类模型中动物脚步和步态的工具。步态分析系统的核心部件是步行台，老鼠可以从步行台的一端行走到另一端。该系统采用脚印光亮折射技术，通过置于步行台下方的高速摄像机捕获真正的脚印。该技术还能够探测到脚步压力差异，这是动物行走时体重在其四个脚爪上分布不同的结果。动物步态分析系统的软件可以处理视频数据。依据每个脚步的尺寸、位置、移步动态和压力，计算很多参数，用于定性和定量分析脚步和步态。

VisuGait动物步态分析系统，型号：XR-FP101，上海欣软

综述前言

为了弥补药物诱导的行为学测试方法存在的种种缺陷，满足日益增长的基础研究需求，诸多非药物诱导的行为学测试方法相继被应用于PD 模型的测试与评价。其中步态分析方法已然成为研究 PD 严重程度的重要方法。常用的步态分析方法包括: 评估步行速度、摆动和站立时间的跑步机运动测试; 评估前肢使用不对称性的气瓶测试和评估运动起始状态的前肢运动不能测试; 此外，还有旷场测试、旋转测试、游泳测试和筑巢测试等。然而，这些测试只能单一测量步态的动态或静态变化，可观察到的变化通常较弱。而且这些测试的指标大多应用于单侧损伤的动物，因此不足以证明双侧受伤动物模型的功能缺陷。而 VisuGait动物步态分析系统（上海欣软）提供了一种评估步态功能的自动方法，它可以同时测量大量的动态和静态步态参数，并且可以检测出对于啮齿动物研究特别有价值的肢间协调的空间指标与时间指标。因此，我们使用VisuGait 步态分析仪来验证和评估 MPTP 诱导的双侧病变 PD小鼠模型的步态变异性。

实验方法 MPTP诱导小鼠PD模型建立

PD 造模方法: 将雄性 C57BL /6 小鼠随机分为: 空白对照组、MPTP 模型组。动物适应性喂养7d后，每只腹腔注射给予 MPTP 30 mg /kg，连续 5d。空白组给予相应体积的生理盐水。

动物一般情况监测

实验期间，每天观察动物一般情况: 包括进食、体重等变化。

步态分析实验

本测试用来评价小鼠的自然运动行为及运动协调性。建议可使用小动物步态分析仪 ( VisuGait，上海欣软，中国) 检测，实验前训练 3d。检测时使小鼠自由穿过设定长度的检测通道，利用内光源脚印折射技术对摄像头拍摄视频中的足印进行高效的计算机处理，在自然行走情况下评估小鼠运动情况。此过程全部在暗室环境内完成，每只小鼠至少接受三次检测。

结果 VisuGait采集小鼠步态图形变化

为了评价MPTP诱导PD模型损伤后小鼠运动协调性变化，我们使用了VisuGait系统检测了小鼠步态变化，捕获大量代表性动态视频和图片( 图 1) 。从图中我们可以看出，空白对照组小鼠脚步以交替型为主，且步幅大小均一、步数稳定; MPTP 模型组小鼠脚步模式混乱、步态紊乱异常、步幅大小不一，三点支撑的增加明显。

VisuGait步态参数测定结果

经分析发现: 模型组与空白对照组相比，通过某特定距离的时间( run duration) 、最大速率变化( maximum variation) 、支撑相时间( stance) 、脚步周期( step cycle) 显著增加，平均速度( average speed) 、单位时间脚步数 ( cadence ) 、摆动速度 ( swing speed) 、步幅( stride length) 显著降低。上述8项指标变化差异均有统计学意义( P＜0. 05) 。

讨论

为了对 MPTP 诱导的 PD 小鼠进行更为直观且无创的行为学评估，在本实验过程中引入了VisuGait动物步态分析技术。实验结果显示，和空白对照组相比，MPTP 诱导的模型组小鼠运动迟缓、运动协调能力显著下降，表现为通过某特定距离的时间 ( run duration ) 、最大速率变化 ( maximum variation) 、支撑相时间 ( stance ) 、脚步周期 ( step cycle) 显著增加，平均速度( average speed) 、单位时间脚步数( cadence) 、摆动速度( swing speed) 、步幅( stride length) 显著降低。以上结果表明，VisuGait动物步态分析技术能够敏锐地捕捉到 PD 小鼠的步态平衡障碍和肢内协调缺陷。

行动迟缓是PD的主要行为学标志之一，摆动速度、步幅、脚步周期等都是与移动性分析相关的参数。PD小鼠模型的步幅和摆动速度明显降低，可能是由于 MPTP作用诱导小鼠肌肉僵硬和运动功能减退所导致的结果，这与PD患者的症状基本一致，小鼠脚步周期的增大主要是由于爪和玻璃板之间的接触较长，该参数的变化也同样与双侧6-OHDA大鼠模型的步态评估结果相吻合。而PD模型小鼠在单位时间脚步数明显减少，则是由于小鼠步幅的减少并不能抵消步行周期的增大所致。同时，MPTP诱导损伤后，还表现出摆动速度降低和支撑相时间的延长。这些指标变化进一步说明了VisuGait步态分析参数可反映PD小鼠出现步态紊乱和步态平衡障碍。

上海欣软是一家集研发、生产、销售于一体的的高新技术企业，是专业的动物行为视频分析方案解决商。我司专注于动物神经科学与行为学产品的研究且致力于向高校、科研机构等领域提供实验室一体化方案，业务范围遍布全国上百家实验室。公司主营产品均为自主开发, 拥有100%核心技术，同时公司拥有数位动物行为学仪器行业从事10年以上的资深服务工程师，可为我们的产品提供全方案的售前及售后服务。我司开发的仪器设备都是科学研究所必备且不可替代的。 动物行为分析软件： 1、VisuTrack软件 2、SuperMaze软件 3、FishTrack斑马鱼分析软件 动物行为仪器： 1、自身给药、条件恐惧、斯金纳、震惊反射（PPI）、跑步机、各类经典迷宫等 2、动物抓挠分析仪、动物震颤行为分析仪、动物捕食行为分析仪 3、动物主动步态分析、动物被动步态分析、动物自由步态分析（内测中） 4、睡眠剥夺仪、体温维持仪、智能热板仪、转棒疲劳仪、鼠尾光照测痛仪等 神经电生理： 1、光遗传、无线光遗传 2、光纤记录系统（单通道、多通道） 3、电生理信号采集系统（脑电、肌电等）

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