Πώς κινείται ένας σκελετός; Μια νέα μέθοδος παρακολούθησης για την ποσοτικοποίηση των σκελετικών κινηματικών σε ελεύθερα κινούμενα τρωκτικά
Περίληψη
Η σκελετική κίνηση είναι απαραίτητη για ένα ευρύ φάσμα συμπεριφορών, συμπεριλαμβανομένης της μετακίνησης, της διατροφής και της περιποίησης. Ωστόσο, η ποσοτικοποίηση της σκελετικής κινηματικής στα ελεύθερα κινούμενα τρωκτικά έχει προκληθεί λόγω του μικρού μεγέθους και της σύνθετης ανατομίας αυτών των ζώων. Εδώ, παρουσιάζουμε μια νέα μέθοδο παρακολούθησης που χρησιμοποιεί βιντεογραφία υψηλής ταχύτητας και μηχανική μάθηση για την παρακολούθηση της κίνησης μεμονωμένων οστών σε ελεύθερα κινούμενα τρωκτικά. Η μέθοδος μας είναι σε θέση να παρακολουθεί την κίνηση των οστών με υψηλή ακρίβεια και ακρίβεια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει ένα ευρύ φάσμα συμπεριφορών. Επιδεικνύουμε τη χρησιμότητα της μεθόδου μας παρακολουθώντας την κίνηση των οστών του εμπρόσθιου άκρου και του οπίσθιου άκρου κατά τη διάρκεια της μετακίνησης. Τα αποτελέσματά μας παρέχουν νέες ιδέες για την κινηματική της μετακίνησης των τρωκτικών και υπογραμμίζουν τις δυνατότητες της μεθόδου μας για τη μελέτη του σκελετικού κινήματος σε μια ποικιλία άλλων συμπεριφορών.
Εισαγωγή
Η σκελετική κίνηση είναι απαραίτητη για ένα ευρύ φάσμα συμπεριφορών, συμπεριλαμβανομένης της μετακίνησης, της διατροφής και της περιποίησης. Η κατανόηση της κινηματικής της σκελετικής κίνησης είναι επομένως κρίσιμη για την κατανόηση του τρόπου αλληλεπίδρασης των τρωκτικών με το περιβάλλον τους. Ωστόσο, η ποσοτικοποίηση της σκελετικής κινηματικής στα ελεύθερα κινούμενα τρωκτικά έχει προκληθεί λόγω του μικρού μεγέθους και της σύνθετης ανατομίας αυτών των ζώων.
Οι παραδοσιακές μέθοδοι για την παρακολούθηση της σκελετικής κίνησης, όπως η σύλληψη και η βιντεογραφία της κίνησης, συχνά περιορίζονται από την εισβολή τους ή την ανικανότητά τους να παρακολουθούν την κίνηση των μεμονωμένων οστών. Πιο πρόσφατα, έχουν αναπτυχθεί μέθοδοι με βάση τη μηχανική μάθηση που μπορεί να παρακολουθεί την κίνηση των οστών από βιντεογραφία υψηλής ταχύτητας. Ωστόσο, αυτές οι μέθοδοι συνήθως περιορίζονταν στην παρακολούθηση της κίνησης ενός μικρού αριθμού οστών και δεν έχουν επικυρωθεί για χρήση σε ελεύθερα κινούμενα τρωκτικά.
Εδώ, παρουσιάζουμε μια νέα μέθοδο παρακολούθησης που χρησιμοποιεί βιντεογραφία υψηλής ταχύτητας και μηχανική μάθηση για την παρακολούθηση της κίνησης μεμονωμένων οστών σε ελεύθερα κινούμενα τρωκτικά. Η μέθοδος μας είναι σε θέση να παρακολουθεί την κίνηση των οστών με υψηλή ακρίβεια και ακρίβεια και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσει ένα ευρύ φάσμα συμπεριφορών. Επιδεικνύουμε τη χρησιμότητα της μεθόδου μας παρακολουθώντας την κίνηση των οστών του εμπρόσθιου άκρου και του οπίσθιου άκρου κατά τη διάρκεια της μετακίνησης. Τα αποτελέσματά μας παρέχουν νέες ιδέες για την κινηματική της μετακίνησης των τρωκτικών και υπογραμμίζουν τις δυνατότητες της μεθόδου μας για τη μελέτη του σκελετικού κινήματος σε μια ποικιλία άλλων συμπεριφορών.
Μέθοδοι
ζώα
Όλα τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σύμφωνα με τον Οδηγό Εθνικών Ινστιτούτων Υγείας για τη φροντίδα και τη χρήση εργαστηριακών ζώων και εγκρίθηκαν από την Επιτροπή Φροντίδας και Χρήσης των Θεσμικών Ζώων του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Berkeley. Τα αρσενικά ποντίκια C57BL/6J (ηλικίας 8-12 εβδομάδων) χρησιμοποιήθηκαν σε όλα τα πειράματα.
Πειραματική εγκατάσταση
Τα ποντίκια τοποθετήθηκαν σε μια προσαρμοσμένη αρένα (30 cm x 30 cm x 30 cm) από σαφή plexiglas. Η αρένα τοποθετήθηκε σε έναν πίνακα απομόνωσης κραδασμών για να ελαχιστοποιηθεί τα αντικείμενα κίνησης. Η βιντεογραφία υψηλής ταχύτητας πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας μια φωτογραφική μηχανή SA3 Photron FastCam (Photron, Tokyo, Ιαπωνία) που λειτουργεί σε 500 καρέ ανά δευτερόλεπτο. Η κάμερα τοποθετήθηκε πάνω από την αρένα και επικεντρώθηκε στο σώμα του ποντικιού.
Μέθοδος παρακολούθησης
Η μέθοδος παρακολούθησης βασίζεται σε έναν αλγόριθμο βαθιάς μάθησης που ονομάζεται
