Rastreamento Síncrono Multiarticular Baseado em Deep Learning para Quantificação Objetiva da Cinemática Locomotrica do Membro Posterior em Ratos

Summary

Esse protocolo estabelece uma pipeline de avaliação cinemática do membro posterior do rato usando um teste de esteira sem marcadores com auto-rotulagem de trajetória multiarticular orientada por aprendizado profundo, que permite quantificação reprodutível do movimento.

Abstract

A avaliação precisa e objetiva da marcha dos ratos é essencial para as áreas de pesquisa em neurociência e cinesiologia. Sistemas convencionais frequentemente dependem da imagem de pegada para inferência indireta da marcha, que não consegue capturar totalmente a cinemática multiarticular do membro posterior. Este estudo estabelece um sistema de análise de marcha baseado em esteira sem marcadores para roedores, integrando algoritmos personalizados de aprendizado profundo com uma esteira programável de suporte de peso, permitindo o rastreamento em tempo real de múltiplas articulações dos membros inferiores e quantificação cinemática multidimensional. O sistema extrai automaticamente parâmetros do ciclo de marcha, trajetórias articulares, padrões de distribuição de forças e suavidade do movimento sob velocidade modulada (0-300 mm/s), inclinação (±gradiente de 30°) e suporte de peso graduado (0-500 g), fornecendo uma ferramenta objetiva de avaliação para pesquisas em comportamento neuromuscular. Utilizando modelos de lesão medular (LME), os resultados demonstram a sensibilidade do sistema na detecção de diferenças multidimensionais na amplitude de movimento das articulações, continuidade da trajetória, força propulsora e suavidade do movimento entre roedores saudáveis e feridos, validando suas capacidades de discriminação e classificação de doenças. Comparada aos métodos tradicionais de pontuações subjetivas ou de pegada, esta plataforma elimina viés pessoal e limitações de dados de baixa dimensão, ao mesmo tempo em que combina arquitetura orientada por deep learning e vantagens de coleta de dados de alta produtividade. É aplicável a pesquisas envolvendo lesões de nervos centrais ou periféricos, doenças neurodegenerativas, distúrbios musculoesqueléticos e processos de envelhecimento. Por meio da integração síncrona dos módulos de neuroeletrofisiologia, o sistema possibilita ainda mais o acoplamento temporal dos sinais de marcha e neurais, estabelecendo uma estrutura metodológica para analisar mecanismos de controle centro-periférico e desenvolver estratégias neuromoduladoras.

Introduction

Na neurociência contemporânea e na pesquisa locomotora, a quantificação objetiva da marcha é agora fundamental para dissecar funções neuro-musculares, elucidar mecanismos de doenças e avaliar estratégias de^{reabilitação 1}. Sua alta resolução espaço-temporal permite capturar variações sutis nas sinergias entre comandos neurais, perfis de ativação muscular e mecânica esquelética, estabelecendo assim uma base empírica para investigar a coordenação de vias supraespinhales, feedback periférico e contextos mecânicos. Métricas cinemáticas reprodutíveis aumentam a sensibilidade à detecção para lesões, alterações degener....

Protocol

Todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso Animal do Instituto de Pesquisa Cerebral de Pequim e cumpriram as Diretrizes para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório. Nenhum evento adverso relacionado ao procedimento foi observado.

1. Preparação de equipamentos

1. Ligue a fonte de alimentação do sistema da esteira e selecione o botão Controle de Velocidade na tela sensível ao toque.
2. Deixe a correia funcionar em baixa velocidade por 30 segundos para observar se a esteira desvia.
3. Selecione o botã....

Results

O diagrama esquemático e a foto real da estrutura do sistema da esteira são mostrados nas Figuras 1A e B, respectivamente. O dispositivo é capaz de obter imagens laterais de alto contraste sem marcadores. A esteira suporta ajustes para velocidade, inclinação, direção e redução de peso, e está equipada com um painel de controle numérico. A interface de software acompanhante inclui uma interface de monitoramento e aquisição em tempo real, além.......

Discussion

Esse protocolo delimita um sistema de análise de marcha baseado em esteira para ratos e seus procedimentos operacionais, fornecendo uma ferramenta multidimensional e objetiva de avaliação para pesquisas comportamentais neuromusculares. Como demonstrado nas comparações intergrupos dos parâmetros de marcha entre LME e ratos saudáveis dentro do estudo exemplar, o sistema adquire coordenadas brutas de movimento espacial dos membros inferiores dos sujeitos por meio de videografia contínua de .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Anotação e Anotação de IA de Andar; Software de Aquisição	Shanghai ClinAITrial Technology Co., Ltd.	MouseAI	MouseAI é o software integrado de análise para a esteira MOVEMETRICS, unificando gravação de vídeo, registro de metadados e análise automatizada da marcha em um único fluxo de trabalho.
Impacto mecânico	RWD Ciências da Vida, Shenzhen, China
Sistema de gravação lógica eletrofisiológica multicanal	Kedou (suzhou) Empresa de Tecnologia Cerebral-Computador,	KedouBC RHD128A	KedouBC RHD128A é um sistema compacto de aquisição eletrofisiológica in vivo com 128 canais , projetado para registro neural de alta resolução em animais de laboratório pequenos a grandes. Integrando headstages leves, plug-and-play (&le), conversão A/D de 16 bits e amplificadores programáveis, captura EEG, ECoG, LFP, spikes, sinais EMG e ECG de 0,1 Hz a 30 kHz com ≤ 2.4 & micro; Ruído do sistema V e > 10 GΩ impedância de entrada. RHD128A fornece dados neurais robustos e escaláveis pelo usuário para acelerar estudos em interfaces cérebro-máquina, neurodegeneração e reabilitação.
Esteira	Shanghai ClinAITrial Technology Co., Ltd.	MOVEMÉTRICAS	MOVEMETRICS é uma esteira instrumentada de alta precisão para análise avançada da marcha de roedores.