Up-Down Reader | 疼痛科研神器，全面優(yōu)化疼痛閾值計(jì)算！

上海玉研科學(xué)儀器有限公司

2023.4.04

Up-Down Reader

疼痛科研神器，全面優(yōu)化疼痛閾值計(jì)算

01.Von Frey纖維絲

Von Frey纖維絲（以德國生理學(xué)家Max von Frey的名字命名），最初是由不同直徑的動物和人類毛發(fā)制成的，現(xiàn)在是由尼龍單絲制作，不同的型號具備不同的抗彎能力。纖維絲垂直接觸皮膚，逐漸增加力直到它彎曲，由此確定施加力的大小。

Von Frey 纖維絲主要用于檢測受影響真皮區(qū)域的刺激誘發(fā)敏感性水平，可診斷包括神經(jīng)壓迫綜合征、周圍神經(jīng)病變、熱損傷、術(shù)后神經(jīng)修復(fù)等一系列疾病。科研上可用于嚙齒動物四肢機(jī)械痛覺閾值的評估。上海玉研科學(xué)儀器有限公司與多家國際著名的纖維絲品牌保持長期的合作，如North coast和DanMic等，為眾多機(jī)械痛閾研究提供科研助力。

02.Up–Down Method

1983年Dixon使用Von Frey纖維絲提出了up–down method，1994年Chaplan SR等為了檢測嚙齒動物50%縮足閾值將此方法做了進(jìn)一步的修改，目前引用up–down method文獻(xiàn)已達(dá)上萬篇，是機(jī)械痛閾測量的金標(biāo)準(zhǔn)。且在測量縮足閾值的出版文獻(xiàn)中，大約60%使用了up–down method或其修正版本。

在此簡單列舉up–down method版本之一：

（1）將嚙齒類動物放置于底部為網(wǎng)格的特制有機(jī)玻璃隔箱內(nèi)適應(yīng)20min左右，使動物較好的適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境，四肢活動不頻繁為止；

（2）取一系列 Von Frey 纖維絲（如 0.4、0.6、1.4、2.0、4.0、6.0、8.0、 15.0g，共 8 根），從 2.0g 力度開始按照up–down method法對動物腳掌中部皮膚進(jìn)行刺激，纖維絲彎曲至“C”或“S”型并維持6-8s，觀察動物是否縮足并記錄；

（3）動物無反應(yīng)記為陰性反應(yīng)“O”，有反應(yīng)（縮足或舔足）記為陽性反應(yīng)“X”。陰性反應(yīng)時(shí)，給予大一級力度的纖維絲刺激，陽性反應(yīng)時(shí)則改用小一級的纖維絲刺激，兩根纖維絲刺激之間間隔數(shù)秒，反復(fù)類推；動物出現(xiàn)“OX”或“XO” 的騎跨時(shí)，再連續(xù)往后測量四次，得到一串以“O”或“X”組合的序列，將該序列與最后一根測試絲規(guī)格輸入公式計(jì)算出動物機(jī)械疼痛閾值；

（4）動物50%縮足閾值（g）=（10[Xf+kδ]）/10000，其中 Xf 為最后一根測試絲編號，δ為所取各根纖維絲取對數(shù)后的均差，在此約等于 0.224，k為根據(jù)測量獲得的“X”、“O”序列查表后獲得的系數(shù)值；

（5）若從 2.0g 開始，動物連續(xù)四次出現(xiàn)陽性反應(yīng)（即到 0.4g 動物仍出現(xiàn)縮足或舔足反應(yīng)）或連續(xù)五次出現(xiàn)陰性反應(yīng)（即到 15.0g 動物仍不出現(xiàn)縮足或舔足反應(yīng)），即可直接使用 0.4g或15.0g作為動物50%縮足反應(yīng)閾值；若一開始已出現(xiàn)騎跨反應(yīng)，但測試到最小或最大纖維絲時(shí)不足 4 次（如 XXXOXX），則繼續(xù)使用最小或最大纖維絲按照“Up & Down”測量記錄，以排除假陽性或假陰性可能；

雖然Up–Down Method均是在目標(biāo)力水平的5%標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)單獨(dú)校準(zhǔn)，非常準(zhǔn)確。但從原始數(shù)據(jù)中計(jì)算出50%縮足閾值是復(fù)雜的，需要一個(gè)相對耗時(shí)的分析步驟，且極易出現(xiàn)計(jì)算錯誤，因此急需一種快捷準(zhǔn)確的解決方案來加速纖維絲痛覺研究方面的進(jìn)展。

Up-Down Reader（UDReader）

UDReader總覽概括圖

為了簡化數(shù)據(jù)采集后閾值計(jì)算得復(fù)雜程度，上海玉研儀器推薦一款免費(fèi)開源的計(jì)算程序：Up-Down Reader（UDReader）。該軟件基于Python2.72開發(fā)，并獲得了麻省理工學(xué)院的發(fā)布許可證；支持MacOS和Windows兩種系統(tǒng)。該程序能夠評估三個(gè)物種(小鼠、大鼠或人類)的50%von Frey閾值，具體取決于所使用的評分模板（小鼠模板：0.04到4g；大鼠模板：0.6到15g）。

該軟件從掃描的PDF文檔中定位和識別手寫的von Frey評估（打印后的評分模板）：“XO”序列，并獲得相應(yīng)序列的系數(shù)值k，最終將這些測量值轉(zhuǎn)換為50%的疼痛閾值，消除了參考表的對照和Microsoft Excel公式的需要，簡單而直接的方法旨在提高研究效率，同時(shí)提升了數(shù)據(jù)收集的效率和準(zhǔn)確性。軟件獲取方式：關(guān)注玉研儀器公眾號，并回復(fù)：Up-Down Reader，獲取軟件下載鏈接及中文說明書。

UDReader軟件的評價(jià)

UDReader效率與準(zhǔn)確性

程序開發(fā)者為了測試UDReader的準(zhǔn)確性與效率，使用了相同的SNI小鼠左后爪的測試數(shù)據(jù)表，使用了傳統(tǒng)的人工查表計(jì)算和應(yīng)用UDReader程序兩種方法，其中UDReader程序使用的硬件主要有HP Laserjet Pro MFP M525打印機(jī)/掃描儀和2.6 GHz Intel Core i5 MacOS 10.13.1 蘋果電腦。隨后對兩種測試結(jié)果進(jìn)行了準(zhǔn)確性和效率的比較。

如圖A中，個(gè)人評估672個(gè)不同的測試表，結(jié)果在86分鐘內(nèi)準(zhǔn)確率為96.3%；當(dāng)使用UDReader對相同數(shù)據(jù)進(jìn)行評估時(shí)，準(zhǔn)確率提高到98.8%，處理時(shí)間顯著減少到8min。如圖B中，數(shù)據(jù)點(diǎn)的分散性突出了UDReader的準(zhǔn)確性。

此外，程序開發(fā)者又驗(yàn)證了不同筆跡下UDReader的檢測效率是否有顯著差異。結(jié)果顯示出不同評估者之間并沒有巨大的差異。

個(gè)人驗(yàn)證

選擇Page1，box1序列“OXXOXO”為例進(jìn)行手工計(jì)算，公式：50%縮足閾值（g）=（10[Xf+kδ]）/10000，其中Xf=log(4000)；查表“OXXOXO”序列對應(yīng)的k值為0.831；δ經(jīng)過計(jì)算：δ=(log40000-log400)/8=0.25；最終計(jì)算得50%縮足閾值（g）為：0.6453718，與UDReader結(jié)果0.645372相同。

UDReader應(yīng)用程序簡化了von Frey 50%閾值的計(jì)算過程，加速拓展了纖維絲產(chǎn)品應(yīng)用的機(jī)會，如果科研論文發(fā)表過程中使用到該軟件，請選擇引用該文章：Gonzalez-Cano R, Boivin B, Bullock D, Cornelissen L, Andrews N, Costigan M. Up–down reader: an open source program for efficiently processing 50% von Frey thresholds. Frontiers in pharmacology. 2018;9:433.

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