Seguimiento síncrono multiarticular basado en aprendizaje profundo para la cuantificación objetiva de la cinemática locomotora de las extremidades posteriores en ratas

Summary

Este protocolo establece una cadena de evaluación cinemática de la extremidad posterior de rata utilizando una prueba de cinta sin marcadores con autoetiquetado de trayectorias multiarticular impulsado por aprendizaje profundo, que permite la cuantificación reproducible del movimiento.

Abstract

La evaluación precisa y objetiva de la marcha de las ratas es esencial para los campos de investigación en neurociencia y kinesiología. Los sistemas convencionales dependen frecuentemente de la imagen de huella para la inferencia indirecta de la marcha, que no puede capturar completamente la cinemática multiarticular de la extremidad posterior. Este estudio establece un sistema de análisis de la marcha basado en cinta de correr sin marcadores para roedores, integrando algoritmos personalizados de aprendizaje profundo con una cinta de soporte programable para permitir el seguimiento en tiempo real de múltiples articulaciones de las extremidades inferiores y la cuantificación cinemática multidimensional. El sistema extrae automáticamente parámetros del ciclo de marcha, trayectorias articulares, patrones de distribución de fuerzas y suavidad de movimiento bajo condiciones de velocidad modulada (0-300 mm/s), inclinación (±gradiente de 30°) y soporte de peso graduado (0-500 g), proporcionando una herramienta objetiva de evaluación para la investigación del comportamiento neuromuscular. Utilizando modelos de lesión medular (LME), los resultados demuestran la sensibilidad del sistema para detectar diferencias multidimensionales en el rango de movimiento articular, la continuidad de la trayectoria, la fuerza propulsora y la suavidad del movimiento entre roedores sanos y lesionados, validando sus capacidades de discriminación y clasificación de enfermedades. En comparación con las puntuaciones subjetivas tradicionales o los métodos de huella, esta plataforma elimina el sesgo personal y las limitaciones de datos de baja dimensión, a la vez que combina una arquitectura impulsada por aprendizaje profundo y ventajas de recogida de datos de alto rendimiento. Es aplicable a investigaciones que involucran lesiones nerviosas centrales o periféricas, enfermedades neurodegenerativas, trastornos musculoesqueléticos y procesos de envejecimiento. Mediante la integración síncrona de los módulos de neuroelectrofisiología, el sistema permite además el acoplamiento temporal de las señales de marcha y neuronales, estableciendo un marco metodológico para analizar mecanismos de control central-periférico y desarrollar estrategias neuromoduladoras.

Introduction

En la neurociencia contemporánea y la investigación locomotora, la cuantificación objetiva de la marcha es ahora imprescindible para diseccionar funciones neuralmusculares, dilucidar los mecanismos de la enfermedad y evaluar estrategias^{de rehabilitación.} Su alta resolución espaciotemporal permite captar sutiles variaciones en las sinergias entre comandos neuronales, perfiles de activación muscular y mecánica esquelética, estableciendo así una base empírica para investigar la coordinación de vías supraespinales, retroalimentación periférica y contextos mecánicos. Las métricas cinemáticas reproducibles aumentan l....

Protocol

Todos los procedimientos animales fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso Animal del Instituto de Investigación Cerebral de Pekín y cumplieron con las Directrices para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio. No se observaron eventos adversos relacionados con el procedimiento.

1. Preparación del equipo

1. Enciende la fuente de alimentación del sistema de cinta y selecciona el botón de Control de Velocidad en la pantalla táctil.
2. Deja que la correa funcione a baja velocidad durante 30 segundos para observar si la cinta de la cinta ....

Results

El diagrama esquemático y la foto real de la estructura del sistema de cinta de correr se muestran en las Figuras 1A y B, respectivamente. El dispositivo es capaz de obtener imágenes laterales de alto contraste sin marcadores. La cinta permite ajustes para velocidad, inclinación, dirección y reducción de peso, y está equipada con un panel de control numérico. La interfaz de software que la acompaña incluye una interfaz de monitorización y ad.......

Discussion

Este protocolo delimita un sistema de análisis de la marcha basado en cinta de correr para ratas y sus procedimientos operativos, proporcionando una herramienta de evaluación multidimensional y objetiva para la investigación en comportamiento neuromuscular. Como se demostró en las comparaciones intergrupales de parámetros de marcha entre LME y ratas sanas dentro del estudio ejemplar, el sistema adquiere coordenadas espaciales brutas de movimiento de las extremidades inferiores de los suj.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anotación y Anotación AI de Paso Software de adquisición	Shanghai ClinAITrial Technology Co., Ltd.	MouseAI	MouseAI es el software integrado de análisis para la cinta de correr MOVEMETRICS, unificando la grabación de vídeo, el registro de metadatos y el análisis automatizado de la marcha en un único flujo de trabajo.
Impacto mecánico	Ciencias de la Vida de tracción trasera, Shenzhen, China
Sistema de registro lógico electrofisiológico multicanal	Kedou (suzhou) Compañía de Tecnología Informática y Cerebro Informático,	KedouBC RHD128A	KedouBC RHD128A es un sistema compacto de adquisición electrofisiológica in vivo de 128 canales , diseñado para el registro neuronal de alta resolución en animales de laboratorio pequeños a grandes. Integrando headstages ligeros, plug and play (&le), conversión A/D de 16 bits y amplificadores programables, captura EEG, ECoG, LFP, picos, señales EMG y ECG desde 0,1 Hz hasta 30 kHz con ≤ 2.4 & micro; Ruido del sistema V y > 10 GΩ impedancia de entrada. RHD128A proporciona datos neuronales robustos y escalables por el usuario para acelerar estudios en interfaces cerebro-máquina, neurodegeneración y rehabilitación.
Cinta de correr	Shanghai ClinAITrial Technology Co., Ltd.	MOVEMÉTRICAS	MOVEMETRICS es una cinta instrumentada de alta precisión para análisis avanzado de la marcha de roedores.