Brevet FR2811511A1 — publié le 20020118

Procédé et dispositif d'évaluation des fonctions locomotrices de rongeurs. La présente invention concerne un procédé et dispositif d'évaluation des fonctions locomotrices de rongeurs. Elle est en particulier destinée à l'étude des modifications de la locomotion, dues à des lésions nerveuses centrales ou périphériques. Elle vise aussi à permettre d'évaluer la récupération fonctionnelle après traumatisme, et l'efficacité des traitements à visée neurotrope ou neuromusculaire dans le cadre d'études de récupération fonctionnelle après lésions. L'invention vise à proposer un dispositif et un procédé de mesure automatisé, simple, rapide, et fournissant des données bien standardisées. Différentes méthodes d'évaluation des fonctions locomotrices, et plus précisément des techniques de réparation nerveuse, et des tests neuromoteurs, ont déjà été utilisées ou au moins essayées en laboratoire. Ces méthodes, parmi lesquelles on compte les méthodes histologiques, les méthodes électrophysiologiques et les méthodes comportementales, visent notamment à mettre en évidence les effets toxiques d'un produit, les conséquences d'un traumatisme physique ou encore les effets thérapeutiques d'une substance. Par exemple, après une lésion d'un nerf, tel que le nerf sciatique, ces méthodes servent à en évaluer la réparation afin d'en faire un diagnostic ou simplement pour en comprendre les mécanismes. La présente invention se situe dans le domaine des méthodes comportementales qui reposent sur la mise en évidence et l'étude de modifications comportementales induites par divers agents. Cette mise en évidence nécessite au préalable de bien connaître le comportement habituel de l'espèce animale utilisée pour le test. Il a déjà été tenté de définir et de quantifier la locomotion normale du rat à partir de plusieurs variables caractéristiques de la marche. Ces variables peuvent se définir en terme de positionnement des pattes les unes par rapport aux autres, en durée de pas, etc. Il a aussi été proposé d'associer l'activité locomotrice à l'étude d'une trajectoire de l'animal dans différentes conditions et d'en tirer des résultats par comparaisons. D'autres méthodes encore ont tenté de quantifier les capacités locomotrices par observation d'autres mouvements que la marche, par exemple par observation et évaluation de mouvements de toilettage du rat ou de préhension par celui-ci d'un objet. Mais la description d'un comportement présente l'inconvénient d'être laborieuse et, dans les méthodes connues, nécessite l'attention soutenue d'un expérimentateur bien entraîné. D'autres méthodes encore visent à analyser les empreintes des pattes et à en définir un certain nombre de paramètres caractéristiques, et à étudier l'évolution de ces paramètres dans le temps et/ou en fonction de traumatismes ou autres traitements infligés à des classes d'animaux de test. Selon une autre méthode encore, on enregistre des séquences vidéos du déplacement de l'animal, puis, à partir des images obtenues, on étudie les positions angulaires relatives des différentes parties d'un membre et leur évolution au cours du déplacement. Si l'observation et l'analyse peuvent être effectuée plus aisément et plus précisément dans ces deux dernières méthodes, il n'en reste pas moins que le choix et la quantification des paramètres retenus conduisent à des opérations fastidieuses de mesure et de calcul qui peuvent difficilement faire l'objet d'une automatisation poussée, du fait que les images de base obtenues, empreintes des pattes ou image vidéo externe du membre, ne se prêtent pas à une analyse automatisée fiable. Par ailleurs, pour éviter d'être contraint d'observer un comportement spontané, et donc imprévisible, de l'animal, il est également recherché d'induire le type de comportement à observer, de manière objective et reproductible, pour l'étudier plus aisément. C'est pourquoi, il est souhaité des techniques d'études le plus automatisable possible, permettant des mesures fiables, précises et rapides. C'est un des objectifs de la présente invention. La présente invention a aussi pour but de proposer un système permettant d'étudier le comportement locomoteur dans sa globalité et d'apprécier la qualité de l'activité locomotrice, notamment par une mesure la plus fiable et la plus objective possible des effets que des facteurs divers peuvent provoquer sur le système nerveux, dans des domaines tels que, par exemple, en toxicologie, pharmacologie, neurophysiologie, traumatologie, etc. Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un dispositif d'évaluation des fonctions locomotrices de rongeurs ou similaires, caractérisé en ce qu'il comporte: - un couloir principal de section adaptée à la taille de l'animal, ayant un plancher formé d'une pluralité de barreaux transversaux espacés et répartis selon une direction longitudinale du couloir, et déterminant entre eux des ouvertures transversales, - des premiers moyens de détection, adaptés pour détecter une introduction d'une patte de l'animal entre deux des dits barreaux, et fournir en réponse une information d'erreur de placement des pattes, - des seconds moyens de détection, pour déterminer la localisation de l'animal dans le couloir, et fournir une information de localisation, - des moyens de traitement des informations de localisation et des informations d'erreur de placement, pour en déduire une évaluation des fonctions locomotrices de l'animal se déplaçant dans le couloir. Comme on l'aura compris, l'évaluation des fonctions locomotrices repose sur une mesure des fautes de placement des pattes sur les barreaux, lors d'un déplacement de l'animal dans le couloir, déplacement que l'animal est contraint d'effectuer en marchant sur les barreaux. Les dimensions en section du couloir sont telles que l'animal peut se déplacer selon une trajectoire correspondant sensiblement à la direction longitudinale du couloir, mais peut aussi éventuellement s'y arrêter, reculer, ou même faire demi-tour. La détection des dites fautes de placement est effectuée par les premiers moyens de détection, qui détectent tout passage d'une patte de l'animal entre deux barreaux quelconques, reflétant donc une difficulté à placer ses pattes sur les barreaux pour progresser normalement. On comprendra aisément, et en simplifiant l'explication, que, pour une configuration donnée des barreaux dans le plancher et pour un parcours sensiblement identique, plus le nombre d'erreurs est grand, plus cela reflète une déficience comportementale. Comme on le verra par la suite, le traitement des informations obtenues grâce au dispositif sera dans la pratique plus élaboré et complexe pour une meilleure détermination des fonctions locomotrices de l'animal. Pour détecter les erreurs de placement des pattes avec une fiabilité correcte, les premiers moyens de détection sont disposés de manière à capter le passage d'une patte à une hauteur d'environ quelques millimètres à quelques centimètres sous le plancher, par exemple de 5 à 25 mm, la dite hauteur pouvant éventuellement être variable le long du couloir, adaptée et éventuellement réglable en fonction des tests à effectuer et/ou de l'animal utilisé. Préférentiellement, les premiers moyens de détection comportent des systèmes de capteurs à rayonnement infrarouge, générant des faisceaux infrarouges transversaux au couloir, et donc sensiblement parallèles aux barreaux. Préférentiellement encore, on utilisera plusieurs, par exemple trois, tels systèmes de capteurs situés entre deux barreaux successifs, pour améliorer la fiabilité de la détection, les informations de tous les capteurs situés entre deux barreaux déterminés étant retranscrites en une seule donnée de mesure au moyen d'une porte "OU" ou assurant une fonction logique similaire. Ainsi, il suffit que l'un des faisceaux infrarouges soit interrompu par une patte de l'animal glissée entre deux barreaux pour qu'une donnée d'erreur de placement soit générée. Les seconds moyens de détection comportent préférentiellement aussi des systèmes de capteurs à infrarouges, émettant des faisceaux transversaux au couloir et répartis le long du dit couloir, situés au- dessus du plancher. Par exemple, les capteurs sont disposés tous les 15 cm, à environ 4 cm au-dessus du plancher. Ces faisceaux sont interrompus par le passage de l'animal, ce qui permet de suivre son déplacement, et d'obtenir des informations sur la vitesse de déplacement, les arrêts ou changement de sens, toutes ces données pouvant être ensuite corrélées pour fournir une illustration du comportement et de ses variations dans le temps ou en fonction de la zone de couloir o se trouve l'animal, comme on le verra par la suite. Les données d'erreur de placement sont également corrélées avec les données de localisation, pour pouvoir signaler non seulement le nombre de fois o une patte de l'animal chute dans l'espace libre entre deux barreaux mais aussi à quel moment et à quel endroit du parcours. Le couloir est préférentiellement sensiblement rectiligne, bien que toute autre configuration puisse être envisagée. Selon une disposition particulière de l'invention, le dispositif comporte une plate-forme de départ située à une extrémité du couloir, et une plate- forme d'arrivée située à l'extrémité opposée. Afin d'inciter l'animal à se déplacer de la plate-forme de départ vers la plate-forme d'arrivée, le dispositif est préférentiellement équipé de moyens aversifs au niveau de la plate-forme de départ, et de moyens attractifs au niveau de la plateforme d'arrivée. Les moyens aversifs, tels que une lumière intense, une odeur répulsive, des sons ou ultrasons, etc., visent à inciter l'animal à quitter la plate-forme d'arrivée et donc à se déplacer dans le couloir. De manière équivalente, les moyens attractifs tels qu'odeur apéritive, phéromone sexuelle, obscurité, etc. visent également à inciter le déplacement vers la plate-forme d'arrivée. Dans le cas d'un couloir circulaire, il n'y aura pas réellement de plate-forme de départ ou d'arrivée, mais on pourra utiliser par exemple des moyens aversifs ou attractifs amovibles et/ou mobiles pour initier le déplacement de l'animal au départ du test et l'inciter à poursuivre son déplacement. Selon des dispositions particulières de l'invention, les barreaux peuvent avoir une section circulaire ou polygonale, éventuellement variable d'un barreau à l'autre. Les barreaux peuvent aussi être inclinés, ou le plancher lui-même dans son ensemble incliné en montée ou en descente de la plate-forme de départ à la plate-forme d'arrivée. Les barreaux peuvent aussi être répartis de manière irrégulière le long du couloir, avec par exemple des variations d'espacement ou de hauteur. De telles variations permettent de soumettre l'animal à des conditions de déplacement variées et d'étudier des modifications de son comportement face à des situations variées. L'invention a aussi pour objet un procédé d'évaluation des fonctions locomotrices de rongeurs ou similaires, selon lequel on fait se déplacer l'animal dans un couloir sur un plancher formé de barreaux espacés l'un de l'autre et orientés transversalement à la direction longitudinale du couloir; on détecte au cours de son déplacement sa localisation dans le couloir ainsi que des erreurs de placement de ses pattes sur les barreaux, erreurs signalées par des capteurs détectant le passage d'une patte dans un des espaces situés entre deux barreaux quelconques; on mesure des temps de parcours entre des positions prédéfinies et on mesure aussi des nombres et des temps d'erreur, de manière à obtenir des données représentatives du parcours effectué et du nombre et de la durée des erreurs, et on en déduit une évaluation des fonctions locomotrices en fonction de lésions ou autres déficiences neurologiques de l'animal. Selon une disposition préférentielle, les données recueillies sont traitées par un algorithme de classification floue, appliquant la logique floue pour effectuer une classification des animaux testés en fonction des lésions ou déficiences induites chez ces animaux. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite d'un dispositif et d'un procédé d'évaluation de la capacité locomotrice de rats, conformément à l'invention. On se reportera aux dessins annexés dans lesquels: ) - la figure 1 est une vue en perspective et écorché du dispositif, - la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du dispositif, - les figures 3 à 8 illustrent schématiquement différentes variantes de réalisation du plancher du dispositif, - les figures 9 et 10 illustrent deux variantes de réalisation du couloir du dispositif, - la figure 11 est un exemple de représentation graphique du parcours de l'animal dans le dispositif lors d'un test. Le dispositif représenté figures 1 et 2 se présente sous la forme générale d'une boite allongée 1, ayant par exemple une longueur de l'ordre de 1 mètre, et dont les parois latérales 11 déterminent un couloir de circulation 2 s'étendant selon la direction longitudinale, et dont la section est par exemple d'environ 15 X 15 cm. Le couloir 2 comporte un plancher 21 formé d'un ensemble de barreaux 22 transversaux parallèles entre eux et sensiblement perpendiculaires à la direction longitudinale du couloir. A une extrémité du couloir, le dispositif comporte une plate-forme de départ 3 dont le plancher 31 peut également être formé de barreaux, dans le prolongement du plancher du couloir. Une cloison de séparation 32 dans laquelle une ouverture de passage du rat a été ménagée, sépare le couloir de la dite plate-forme. Une lampe 33, par exemple un tube fluorescent blanc, permet de générer sur la plate-forme de départ un éclairage aversif, destiné à inciter le rat à la fuite et le pousser à s'avancer dans le couloir. D'autres moyens aversifs peuvent être ajoutés, par exemple un dégagement d'une odeur répulsive, des chocs, sons ou ultrasons, chocs électriques, etc. A l'inverse, à l'autre extrémité du couloir, se trouve une plate-forme d'arrivée 4, présentant un plancher plein 41, donc plus sécurisant que les barreaux, et séparée également du couloir par une cloison 42 dans laquelle une ouverture de passage est ménagée. La plate- forme d'arrivée est aménagée de manière à constituer un refuge attractif pour le rat, son pouvoir attractif pouvant être accru par exemple par des parois sombres, l'obscurité, odeur appétitive, phéromone sexuelle, congénère social, renforcements alimentaires, etc. Un couvercle 12 obture partiellement ou en totalité le dessus de la boîte 1. Tous types de matériaux peuvent être utilisés pour les différents éléments constitutifs de la boite, résistant notamment au grignotage, aux rayures et à l'urine, tels que par exemple matière plastique, polycarbonate, etc. 0 Dans l'exemple représenté, tous les barreaux 22 du plancher sont situés dans un même plan horizontal. A titre d'exemple, pour une longueur de couloir de 80 cm environ,on dispose 25 barreaux identiques de 3 mm de diamètre et espacés de 30 mm les uns des autres. A un niveau d'environ 4 cm au-dessus du plancher, plusieurs capteurs à infrarouge 5 sont répartis, par exemple tous les 15 cm, sur la longueur du couloir. Chaque capteur comprend un émetteur situé d'un côté du couloir et émettant un rayon traversant le couloir et détecté par un récepteur situé de l'autre côté, de sorte que le passage du rat dans le couloir interrompe le rayon. D'autres capteurs infrarouges 6 sont disposés de manière similaire sous le niveau du plancher, par exemple à une hauteur réglable de 6 à 21 mm par rapport à l'axe de barreaux. Les capteurs 6 sont regroupés en ensembles de trois capteurs par exemple, chacun de ces ensembles étant localisé selon la direction longitudinale du couloir entre deux barreaux successifs, comme on le voit 3( bien figure 2. Les capteurs 6 permettent de détecter toute introduction d'une patte du rat entre les barreaux, venant couper le faisceau infrarouge d'au moins un capteur. Le fait de disposer plusieurs capteurs en parallèle entre deux barreaux permet de fiabiliser la détection. Pour chaque ensemble de capteurs 6, lies informations émises sont transcrites en une seule donnée I0 au travers d'une porte "OU" pour ne pas comptabiliser plusieurs fois la même chute de patte entre les barreaux si elle vient à couper plusieurs faisceaux. Tous les capteurs 5 et 6 sont reliés a des cartes électroniques d'acquisition des données fournies par les capteurs, ces cartes pouvant par exemple être placées le long des parois latérales 11 à l'extérieur du couloir, et reliées pour le traitement des informations à un micro- ordinateur, non représenté. L'ensemble des barreaux du couloir prolonge le plancher de la plate-forme de départ également réalisé sous forme de barreaux, de sorte que le rat puisse en quelque sorte se familiariser dans la zone de départ avec le milieu sur lequel il va se déplacer avant d'entrer dans la zone de mesure constituée par le couloir. Ceci permet de limiter les risques d'une activité exploratoire trop intense du rat dans le couloir, qui pourrait perturber les mesures par exemple par de trop nombreuses introductions de sa tête entre les barreaux, conduisant à détecter des interruptions des faisceaux lumineux par le museau du rat et donc à de fausses détections d'erreurs de placement des pattes. Pour réaliser une mesure, on place un rat sur le plancher de la plateforme de départ. Lors de son déplacement entre la plate-forme de départ et la plate- forme d'arrivée, on détecte sa position grâce aux capteurs de position 5 et les erreurs de placement de ses pattes sur les barreaux grâce aux capteurs 6. Les capteurs de positions 5 permettent de suivre la progression de l'animal et calculer éventuellement sa vitesse de déplacement, détecter ses arrêts ou ses retours en arrière. Lorsqu'il quitte la plate-forme de départ, le rat coupe le faisceau du premier capteur, 3> repéré P0, ce qui déclenche le début de l'acquisition des données, puis se déplace sur les barreaux suivants, ll coupant successivement les faisceaux des capteurs de positions suivants, repérés Pi Le graphique de la figure 11 illustre un cheminement de l'animal dans les tronçons successifs du couloir délimités par les capteurs 5. On peut ainsi observer et lister les différentes phases de progression en marche avant MA, marche arrière MR et arrêts AR, dans des tronçons successifs, et mettre en corrélation les signaux issus des capteurs de placement 6, ERR signifiant un déplacement avec erreur de placement et /ERR sans erreur. Diverses méthodes peuvent être utilisées pour le traitement des données. On peut par exemple enregistrer directement les données recueillies dans un fichier sous forme de tableau, permettant de calculer les temps de parcours entre deux positions Pi et les temps d'arrêts ou d'hésitation, et en déduire un temps de parcours global et un temps d'hésitation global, et aussi déterminer le nombre et la durée des erreurs de placement commises dans chaque tronçon correspondant, et en déduire une évaluation du nombre total d'erreurs et des temps de corrections globaux. L'ensemble des données recueillies lors de mesures effectuées sur divers animaux peuvent ensuite être traitées pour en tirer des conclusions sur 2)5 les capacités locomotrices des animaux de test en fonction de divers paramètres, et peuvent notamment a cet effet être traitées par divers algorithmes de classification, en particulier utilisant la logique floue. Des essais réalisés ont permis de montrer une bonne concordance entre les données fournies par le dispositif et des relevés visuels effectués lors de ces essais. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité au dispositif qui a été décrit ci-dessus uniquement à titre d'exemple. En particulier, la forme, le nombre, et la disposition des barreaux constituant le plancher peuvent être modifiées, comme le montre notamment les figures 3 à 8, uniquement à titre d'exemples complémentaires non l] imitatifs. La figure 3 illustre un plancher formé de barreaux régulièrement espacés mais dont l'ensemble est incliné par rapport à l'horizontale, l 'angle d'inclinaison pouvant être variable, entre O et 90 , et variable le long du couloir. La figure 4 illustre le cas de barreaux disposés régulièrement mais alternativement à I0 deux niveaux différents. La figure 5 montre une variante de disposition, non régulière. La figure 6 illustre le cas d'une disposition dans laquelle:l'espacement entre barreaux successifs varie le long du couloir. La section des barreaux peut également Ctre modifiée, comme l'illustre la figure 7, o les barreaux: sont plats, ou la figure 8 montrant une variante avec des barreaux de section rectangulaire, de largeur et d'espacement variables. De manière générale, les barreaux peuvent être de toute section circulaire, polygonale, etc., variable d'un barreau à l'autre, et éventuellement inclinés par rapport à l'horizontale. La forme du couloir peut aussi être modifiée, par exemple en U comme montré figure 9, ou en piste sensiblement circulaire comme montré figure 10. Comme capteurs de position, on pourra aussi utiliser d'autres capteurs de type lumineux que les capteurs infrarouges cités précédemment, par exemp Le des capteurs vidéos, thermiques, mécaniques, volumiques, o0 lhermoductiles, etc. L'utilisation de capteurs vid)os) ou dJe type matriciels pourra par exemple permettre, pcr un lTraitement d'image ou des signaux, de distinguer si:' est bien une patte ou par exemple un museau qui est passé entre les barreaux, et ainsi de supprimer d'éventuelles erreurs. Le dispositif selon l'invention permet (de discriminer un comportement moteur altéré ou explorateur altéré d'un comportement sain. Il peut donc être utilisé pour l'évaluation de l'évolution de la déficience locomotrice ou exploratrice des rongeurs après réparation ou rééducation. L'ajout d'un algorithme multidimensionnel basé sur la logique classique ou floue permet de rendre le système complètement autonome. Le dispositif peut être utilisé avec tout type de rongeurs, pour l'observation du comportement locomoteur et explorateur, après les traitements suivants: traumatismes physiques, traumatismes chimiques et traumatismes comportementaux, par administration de produits neurotoxiques, neuropharmacologiques, neurophysiologiques, neurochimiques, neuromusculaires. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'évaluation des fonctions locomotrices de rongeurs, caractérisé en ce qu'il comporte: - un couloir principal (2) de section adaptée à la taille de l'animal, ayant un plancher (21) formé d'uine pluralité de barreaux (22) transversaux espacés et. répartis selon une direction longitudinale du couloir, eL déterminant entre eux des ouvertures transversales, - des premiers moyens de détection (6), adaptés 1 pour détecter une introduction d'une patte de l'animal entre deux des dits barreaux, et fournir en réponse une information d'erreur de placement des pattes, - des seconds moyens de détection (5), pour déterminer la localisation de l'animal dans le (couloir, et fournir une information de localisation, - des moyens de traitement des informations de localisation et des informations d'erreur de placement, pour en déduire une évaluation des fonctions locomotrices de l'animal se déplaçant dans le couloir. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractorise (en ce que les premiers moyens de détection (6) ontL disposés à une hauteur d'environ quelques millimètres à quelques centimètres sous le plancher (21). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premiers moyens de détection (6) comportent des systèmes de capteurs à rayonnement infrarouge, qénérant des faisceaux infrarouges transversaux ou couloir sensiblement parallèles aux barreaux. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérLse en ce que plusieurs systèmes de capteurs (6) sont situés entre deux barreaux successifs, et les informations de tous les capteurs situés entre deux barreaux déterminés sont retranscrites en une seule donnée de mesure au moyen d'une porte "OU". 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens de détection (5) comportent des systèmes de capteurs à infrarouges, émettant des faisceaux transversaux au couloir et répartis le long du dit couloir, situés au-dessus du plancher (21). I() 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le couloir est sensiblement rectiligne. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comporte une plate-forme de départ (3) située à une extrémité du couloir, et une plate-forme d'arrivée (4) située à l'extrémité opposée. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif est équipé de moyens aversifs (33) au niveau de la plate-forme de départ (3). 9. Dispositif selon la revendication 7, caract-érise en ce que, le dispositif est équipé de moyens attractifs aLu niveau de la plate-forme d'arrivée (4). 10. Procédé d'évaluation des fonctions locomotrices de rongeurs, selon lequel on fait se déplacer l'animal dans un couloir (2) sur un plancher (21) forme de 0) barreaux (22) espacés l'un de l'autre et orientes transversalement à la direction longitudinale du cetlleir on détecte au cours de son déplacement sa locaisation (dans le couloir ainsi que des erreurs de placement de ses patrtes sur les barreaux, erreurs signalées par des capteurs (6) détectant le passage d'une patte dans un d:es espaces situés entre deux barreaux quelconques; on mesure des temps de parcours entre des positions prédéfinies et des temps d'erreur, de manière à obtenir des données représentatives du parcours effectué et du nombre et de la durée des erreurs, et on en déduit une évaluation des fonctions locomotrices en fonction de lésions ou autres déficiences neurologiques de l'animal.