Suivi synchrone multiarticulaire basé sur l’apprentissage profond pour la quantification objective de la cinématique locomotrice des membres postérieurs chez les rats

Summary

Ce protocole établit une chaîne d’évaluation cinématique des membres postérieurs de rat utilisant un test de tapis roulant sans marqueurs avec auto-marquage multi-articulaires piloté par apprentissage profond, permettant une quantification reproductible du mouvement.

Abstract

Une évaluation précise et objective de la démarche des rats est essentielle dans les domaines de la recherche en neurosciences et en kinésiologie. Les systèmes conventionnels reposent fréquemment sur l’imagerie de l’empreinte pour l’inférence indirecte de la marche, qui ne peut pas capturer entièrement la cinématique multiarticulaire des membres postérieurs. Cette étude établit un système d’analyse de la démarche basé sur un tapis roulant sans marqueurs pour les rongeurs, intégrant des algorithmes d’apprentissage profond personnalisés avec un tapis de soutien programmable permettant le suivi en temps réel de multiples articulations des membres inférieurs et la quantification cinématique multidimensionnelle. Le système extrait automatiquement les paramètres du cycle de la marche, les trajectoires articulaires, les schémas de répartition des forces et la fluidité des mouvements sous des conditions de vitesse modulée (0-300 mm/s), d’inclinaison (± gradient de 30°) et de soutien de poids gradué (0-500 g), fournissant un outil d’évaluation objectif pour la recherche sur le comportement neuromusculaire. En utilisant des modèles de lésion de la moelle épinière (LME), les résultats démontrent la sensibilité du système à détecter les différences multidimensionnelles dans l’amplitude de mouvement articulaire, la continuité de trajectoire, la force propulsive et la fluidité des mouvements entre rongeurs sains et blessés, validant ainsi ses capacités de discrimination et de gradation des maladies. Comparée aux scores subjectifs traditionnels ou aux méthodes d’empreinte, cette plateforme élimine les biais personnels et les limitations de données à faible dimension tout en combinant une architecture pilotée par l’apprentissage profond et des avantages de collecte de données à haut débit. Elle est applicable à la recherche portant sur les lésions nerveuses centrales ou périphériques, les maladies neurodégénératives, les troubles musculo-squelettiques et les processus de vieillissement. Grâce à l’intégration synchrone des modules de neuroélectrophysiologie, le système permet également le couplage temporel des signaux de marche et de neurones, établissant un cadre méthodologique pour analyser les mécanismes de contrôle central-périphérique et développer des stratégies neuromodulatrices.

Introduction

Dans la neuroscience contemporaine et la recherche locomotrice, la quantification objective de la marche est désormais impérative pour disséquer les fonctions neuro-musculaires, élucider les mécanismes de la maladie et évaluer les stratégies de rééducation¹. Sa haute résolution spatiotemporelle permet de capturer de subtiles variations dans les synergies entre les commandes neuronales, les profils d’activation musculaire et la mécanique squelettique, établissant ainsi une base empirique pour étudier la coordination des voies supraspinales, du retour périphérique et des contextes mécaniques. Les métriques cinéma....

Protocol

Toutes les procédures animales ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux de l’Institut de recherche sur le cerveau de Pékin et respectaient les Directives pour les soins et l’utilisation des animaux de laboratoire. Aucun événement indésirable lié à la procédure n’a été observé.

1. Préparation de l’équipement

1. Allumez l’alimentation du système de tapis de course et sélectionnez le bouton Contrôle de la Vitesse sur l’écran tactile.
2. Laissez la courroie tourner à basse vitesse pendant 30 secondes pour observer si ....

Results

Le schéma et la photo réelle de la structure du système de tapis roulant sont montrés respectivement dans les figures 1A, B. L’appareil est capable d’obtenir des images latérales à fort contraste sans marqueurs. Le tapis de course permet des réglages pour la vitesse, l’inclinaison, la direction et la réduction du poids, et est équipé d’un panneau de contrôle numérique. L’interface logicielle associée comprend une interface de surveillance et.......

Discussion

Ce protocole décrit un système d’analyse de la démarche basé sur tapis roulant pour les rats et ses procédures opérationnelles, fournissant un outil d’évaluation multidimensionnel et objectif pour la recherche sur le comportement neuromusculaire. Comme démontré dans les comparaisons intergroupes des paramètres de marche entre LME et rats en bonne santé dans l’étude exemplaire, le système acquiert les coordonnées spatiales brutes des membres inférieurs des sujets grâce à une vidéographie .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Annotation IA de la démarche ; Logiciels d’acquisition	Shanghai Clinical Technology Co., Ltd.	MouseAI	MouseAI est le logiciel intégré d’analyse pour le tapis de course MOVEMETRICS, unifiant l’enregistrement vidéo, l’enregistrement des métadonnées et l’analyse automatisée de la démarche en un seul flux de travail.
Impact mécanique & nbsp ;	Sciences de la vie RWD, Shenzhen, Chine
Système d’enregistrement logique électrophysiologique multicanal	Kedou (suzhou) Cerveau - Technologie Informatique ;	KedouBC RHD128A	KedouBC RHD128A est un système compact d’acquisition électrophysiologique in vivo à 128 canaux , conçu pour l’enregistrement neuronal haute résolution chez les petits et grands animaux de laboratoire. Intégrant des headstages légers plug-and-play (&le), une conversion A/D 16 bits et des amplificateurs programmables, il capte des EEG, ECoG, LFP, pics, signaux EMG et ECG de 0,1 Hz à 30 kHz avec &le ; 2.4 & micro ; Bruit du système V et > 10 G&Omega ; impédance d’entrée. RHD128A fournit des données neuronales robustes et évolutives pour l’utilisateur afin d’accélérer les études sur les interfaces cerveau-machine, neurodégénérescence et réhabilitation.
Tapis de course	Shanghai Clinical Technology Co., Ltd.	MOVEMETRICS	MOVEMETRICS est un tapis de course instrumenté de haute précision pour l’analyse avancée de la démarche chez les rongeurs.