Wielostawowe synchroniczne śledzenie oparte na uczeniu głębokim do obiektywnej ilościowej kinematyki ruchowej kończyn tylnych u szczurów

Summary

Protokół ten ustanawia pipeline oceny kinematyki tylnej kończyny szczura za pomocą testu na bieżni bez markerów z automatycznym oznaczaniem trajektorii wielostawowych opartym na głębokim uczeniu, co umożliwia powtarzalną ilościową ilościową identyfikację ruchu.

Abstract

Dokładna i obiektywna ocena chodu szczura jest niezbędna dla badań neurobiologicznych i kinezjologii. Konwencjonalne systemy często polegają na obrazowaniu śladu do pośredniego wnioskowania chodu, co nie jest w stanie w pełni uchwycić kinematyki wielostawowej kończyn tylnych. Niniejsze badanie ustanawia system analizy chodu na bieżni oparty na bezmarkerach dla gryzoni, integrując niestandardowe algorytmy głębokiego uczenia z programowalną bieżnią wspierającą ciężar, umożliwiającą śledzenie w czasie rzeczywistym wielu stawów kończyn dolnych oraz wielowymiarową kinematyczną ilościowość. System automatycznie wyodrębnia parametry cyklu chodu, trajektorie stawów, wzorce rozkładu sił oraz płynność ruchu przy regulowanej prędkości (0-300 mm/s), nachyleniu (±30° gradientu) oraz w warunkach stopniowanego wsparcia ciężaru (0-500 g), zapewniając obiektywne narzędzie oceny badań nad zachowaniem nerwowo-mięśniowym. Korzystając z modeli urazów rdzenia kręgowego (SCI), wyniki pokazują wrażliwość systemu na wykrywanie wielowymiarowych różnic w zakresie ruchu stawów, ciągłości trajektorii, sile napędowej oraz płynności ruchu między zdrowymi a rannymi gryzoniami, potwierdzając jego zdolność do rozróżniania chorób i oceniania. W porównaniu z tradycyjnymi subiektywnymi wynikami czy metodami footprint, ta platforma eliminuje osobiste uprzedzenia i ograniczenia dotyczące danych o niskich wymiarach, łącząc architekturę opartą na głębokim uczeniu i przepustowość w zbieraniu danych. Jest stosowalny w badaniach dotyczących urazów nerwów centralnych lub obwodowych, chorób neurodegeneracyjnych, zaburzeń układu mięśniowo-szkieletowego oraz procesów starzenia. Dzięki synchronicznej integracji modułów neuroelektrofizjologii system dodatkowo umożliwia sprzężenie czasowe między chodem a sygnałami nerwowymi, ustanawiając ramy metodologiczne do analizy mechanizmów kontroli centralno-obwodowej oraz opracowywania strategii neuromodulacyjnych.

Introduction

We współczesnych badaniach neurobiologicznych i lokomotorycznych obiektywna ilościowa ilościowość chodu jest obecnie niezbędna do analizy funkcji nerwowo-mięśniowych, wyjaśniania mechanizmów chorobowych oraz oceny strategii rehabilitacji¹. Jego wysoka rozdzielczość czasoprzestrzenna umożliwia wychwycenie subtelnych różnic w synergiach między poleceniami nerwowymi, profilami aktywacji mięśni i mechaniką szkieletu, tworząc tym samym empiryczne podstawy do badania koordynacji szlaków nadrdzeniowych, sprzężenia zwrotnego obwodowego oraz kontekstów mechanicznych. Powtarzalne metryki kinematyczne zwiększają czułość wykrywania zmian, zmian zwyrodnieni....

Protocol

Wszystkie procedury na zwierzętach zostały zatwierdzone przez Komitet ds. Opieki i Wykorzystania Zwierząt Instytutu Badań nad Mózgiem w Pekinie i zgodne z Wytycznymi dotyczącymi opieki i wykorzystania zwierząt laboratoryjnych. Nie zaobserwowano żadnych działań niepożądanych związanych z procedurą.

1. Przygotowanie sprzętu

1. Włącz zasilanie systemu bieżni i wybierz przycisk Speed Control na ekranie dotykowym.
2. Pozwól pasowi pracować z niską prędkością przez 30 sekund, aby obserwować, czy pas bieżni się nie zmienia.
3. Wybierz przycisk Kontrola Nachylenia , następnie....

Results

Schemat i rzeczywiste zdjęcie struktury systemu bieżni pokazano odpowiednio na rysunku 1A, B. Urządzenie jest zdolne do uzyskania wysokokontrastowych obrazów bocznych bez użycia znaczników. Bieżnia umożliwia regulacje prędkości, nachylenia, kierunku i redukcji masy, a także jest wyposażona w panel sterowania numerycznego. Towarzyszący interfejs programowy obejmuje system monitorowania i akwizycji w czasie rzeczywistym, a także interfejs do analizy przesyłania wideo i ekstrak.......

Discussion

Protokół ten określa system analizy chodu szczurów oparty na bieżni oraz jego procedury operacyjne, zapewniając wielowymiarowe i obiektywne narzędzie oceny dla badań behawioralnych nerwowo-mięśniowych. Jak pokazano w porównaniach parametrów chodu między SCI a zdrowymi szczurami w badaniu przykładowym, system pozyskuje surowe współrzędne ruchów przestrzennych kończyn dolnych uczestników dzięki ciągłej wideografii chodu o wysokiej liczbie klatek na sekundę oraz zautomatyzowanemu algorytmowi anotacji wielostawowych sterowan.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Adnotacje i adnotacje Gait AI Oprogramowanie do pozyskiwania	Shanghai ClinAITrial Technology Co., Ltd.	MouseAI	MouseAI to zintegrowane oprogramowanie analizujące dla bieżni MOVEMETRICS, łączące nagrywanie wideo, rejestrowanie metadanych oraz automatyczną analizę chodu w jeden sposób pracy.
Mechaniczne uderzenia	RWD Life Science, Shenzhen, Chiny
Wielokanałowy system rejestracji elektrofizjologicznej	Kedou (Suzhou) mózg – technologia komputerowa	KedouBC RHD128A	KedouBC RHD128A to kompaktowy, 128-kanałowy system pozyskiwania elektrofizjologii in vivo, zaprojektowany do wysokiej rozdzielczości rejestrowania neuronów u małych i dużych zwierząt laboratoryjnych. Integrując lekkie, plug-and-play główne sceny (≤ 1,3 g), 16-bitowe konwersje A/D oraz programowalne wzmacniacze, rejestruje sygnały EEG, ECoG, LFP, spikes, EMG i EKG od 0,1 Hz do 30 kHz z ≤ 2.4 & mikro; Szum systemu V oraz > 10 GΩ Impedancja wejściowa. RHD128A dostarcza solidne, skalowalne przez użytkownika dane neuronowe, przyspieszając badania nad interfejsami mózg-maszyna, < odrocznictwem i rehabilitacją neurodegeneracji br/>.
Bieżnia	Shanghai ClinAITrial Technology Co., Ltd.	MOVEMETRICS	MOVEMETRICS to bieżnia o wysokiej precyzji wyposażona w instrumenty do zaawansowanej analizy chodu gryzoni.