成像技术揭示了一个骨架

我们如何衡量一个毛茸茸的动物骨骼的运动时通过其环境?马克斯·普朗克神经生物学研究所的研究人员行为——凯撒已经开发出一种新方法来量化骨骼运动自由移动的啮齿动物在一个新的水平的准确性和细节。基于构建骨架模型,计算骨骼关节运动利用解剖的基本原则,如关节旋转限制,身体可以移动和速度。这种方法开辟了一个新的阅读能力如何动物与环境互动,作为大脑和脊髓的驱动器运动,开始瓦解神经活动之间的关系和决策等复杂的行为。

你有没有想过你的骨骼移动你的一天呢?当我们想到这个问题,x射线图像立即来到我们的思想。但我们如何衡量一个骨架的运动不使用x射线在动物跑或跳,与环境互动?为什么这很重要?研究自由移动的动物提供无与伦比的深入了解动物行为和决策,例如当他们避免捕食,找到配偶和养育后代。虽然许多研究动物行为,研究测量他们如何移动的机制已经失踪。但作为中枢神经系统的活动最终导致决策制定通过身体动作,测量这些相关的力学和神经活动是获得深入大脑功能所必需的。

没有一个x光机,分析运动个人骨头是极具挑战性的阻塞覆盖毛皮,皮肤和软组织使它复杂测量骨骼的运动。最近,一些先进的机器学习方法能够精确测量动物的姿势,甚至动物的面部表情的变化;然而,到目前为止没有一个现有的技术已经可以跟踪下的骨骼位置和关节运动变化的体表可见。

追踪骨骼运动

研究人员的部门行为和大脑组织在马克斯·普朗克神经生物学研究所的行为——凯撒在波恩,由杰森·克尔,已经开发了一个3 d-tracking videography-based方法解决单关节的骨骼脱缰的动物当他们与环境进行交互。他们的解剖学上约束模型(ACM)是基于一种基于解剖学上骨架推断动物的骨骼运动学自由移动时。从这个数据可以衡量一个骨架的内部运作,每时每刻,动物跳,走路,拉伸和跑。这种新方法可以应用于多个毛茸茸的物种,如小鼠和大鼠的不同大小和年龄。确保数据是正确的,研究人员曾与同事从马克斯普朗克生物控制论和Tuebingen马克斯普朗克研究所智能系统实际使用核磁共振扫描的动物比较ACM模型到实际的骨架。“我们的新方法相对简单,tether-free相机并使用开销。它解决了许多问题与跟踪自由移动的啮齿动物,尤其是那些皮毛覆盖,当身体覆盖腿和脚”杰森·克尔说,他从Tuebingen跑Jakob Macke一起研究。

接下来的步骤之一是把这种方法与同步录音使用迷你头盔从大脑神经元多光子显微镜的马克斯·普朗克神经生物学研究所的研究人员行为——凯撒了。这将允许完全关联的神经活动与实际行为来找到更多关于大脑如何控制更复杂的行为。

研究人员还将应用他们的新方法来测量运动运动学在其他动物物种在更自然的环境中,同时在多个相互作用的动物。“使用我们的新方法,我们将一方面进一步洞察动物与环境互动,另一方面,我们希望获得动物如何相互影响的知识。”克尔说。

参考:看到Monsees,公里,华莱士DJ, et al。估计骨骼运动学的自由移动的啮齿动物。Nat方法。2022;19 (11):1500 - 1509。doi:10.1038 / s41592 - 022 - 01634 - 9

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