Sıçanlarda arka uzuv lokomotor kinematiklerinin nesnel nicelendirilmesi için derin öğrenme tabanlı çok eklemli senkron izleme

Summary

Bu protokol, derin öğrenme odaklı çok eklemli yörünge otomatik etiketleme ile işaretçisiz koşu bandı testi kullanarak sıçan arka ayağı kinematik değerlendirme boru hattı oluşturur; bu da tekrarlanabilir hareket niceliğini sağlar.

Abstract

Fare yürüyüşünün doğru ve objektif değerlendirilmesi, sinirbilim ve kinesiyoloji araştırma alanları için gereklidir. Geleneksel sistemler, dolaylı yürüyüş çıkarımı için genellikle ayak izi görüntülemesine dayanır; bu da arka uzuv çok eklemli kinematikleri tam olarak yakalayamaz. Bu çalışma, kemirgenler için işaretsiz koşu bandı tabanlı yürüyüş analiz sistemi kurmakta; özel derin öğrenme algoritmalarını programlanabilir ağırlık destekleyici koşu bandı ile entegre ederek birden fazla alt uzuv eklemini gerçek zamanlı takip etmeyi ve çok boyutlu kinematik nicelik sayını sağlamaktadır. Sistem, modüle edilmiş hız (0-300 mm/s), eğim (±30° gradyan) ve kademeli ağırlık desteği (0-500 g) koşullarında yürüş döngüsü parametrelerini, eklem yörüngelerini, kuvvet dağılımlarını ve hareket düzgünlüğünü otomatik olarak çıkararak nöromüsküler davranış araştırmaları için objektif bir değerlendirme aracı sunar. Omurilik yaralanması (SCI) modelleri kullanılarak, sonuçlar sistemin eklem hareket aralığı, yörünge sürekliliği, itici güç çıkışı ve hareket düzgünlüğündeki çok boyutlu farkları tespit etmedeki hassasiyetini göstererek hastalık ayrımcılığı ve derecelendirme yeteneklerini doğrulamaktadır. Geleneksel öznel puanlar veya ayak izi yöntemleriyle karşılaştırıldığında, bu platform kişisel önyargıyı ve düşük boyutlu veri sınırlamalarını ortadan kaldırırken, derin öğrenme odaklı mimari ve yüksek verimli veri toplama avantajlarını birleştirir. Merkezi veya periferik sinir hasarı, nörodejeneratif hastalıklar, kas-iskelet sistemi bozuklukları ve yaşlanma süreçleri ile ilgili araştırmalar için geçerlidir. Nöroelektrofizyoloji modüllerinin senkron entegrasyonu sayesinde, sistem yürüyüş ve sinir sinyallerinin zamansal bağlanmasını daha da mümkün kılarak, merkezi-çevresel kontrol mekanizmalarını ayrıştırmak ve nöromodülasyon stratejileri geliştirmek için metodolojik bir çerçeve oluşturur.

Introduction

Günümüz sinirbilimi ve lokomotor araştırmalarda, nesnel yürüyüş niceliği artık sinir-kas fonksiyonlarının incelenmesi, hastalık mekanizmalarının aydınlanması ve rehabilitasyon stratejilerinin değerlendirilmesi için gereklidir^. Yüksek uzaylı-zamansal çözünürlüğü, sinir komutları, kas aktivasyon profilleri ve iskelet mekaniği arasındaki ince sinerji varyasyonlarının yakalanmasını sağlar ve böylece supraspinal yollar, çevresel geri bildirim ve mekanik bağlamların koordinasyonunu araştırmak için ampirik bir temel oluşturur. Tekrarlanabilir kinematik metrikler, lezyonlar, dejeneratif değişiklikler ve terapötik etkil....

Protocol

Tüm hayvan prosedürleri, Pekin Beyin Araştırmaları Enstitüsü'nün Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmış ve Laboratuvar Hayvanlarının Bakımı ve Kullanımı Yönergelerine uygun olmuştur. İşlemle ilgili herhangi bir yan etki gözlemlenmedi.

1. Ekipman hazırlığı

1. Koşu bandı sisteminin güç kaynağını açın ve dokunmatik ekranda Hız Kontrolü düğmesini seçin.
2. Koşu bandı kayışının sapıp sapmadığını görmek için kemeri düşük hızda 30 saniye çalıştırın.
3. Eğim Kontrol butonunu seçin, eğimi 0°'ye ayarlayın, Zero'ya tı....

Results

Koşu bandı sisteminin yapısının şematik diyagramı ve gerçek fotoğrafı sırasıyla Şekil 1A,B'de gösterilmiştir. Cihaz, işaretleyici olmadan yüksek kontrastlı yan görüntüler elde edebiliyor. Koşu bandı, hız, eğim, yön ve ağırlık azaltma ayarlarını destekler ve sayısal bir kontrol paneliyle donatılmıştır. Eşlik eden yazılım arayüzü, gerçek zamanlı izleme ve erişim arayüzü ile video yükleme ve yürüyüş çıkarma analiz arayüzü içermektedir. Otomatik.......

Discussion

Bu protokol, fareler için koşu bandı tabanlı yürüyüş analiz sistemi ve operasyonel prosedürlerini tanımlarak, nöromüsküler davranış araştırmaları için çok boyutlu ve objektif bir değerlendirme aracı sunar. Örnek çalışmada SCI ile sağlıklı fareler arasındaki yürüyüş parametrelerinin gruplar arası karşılaştırmalarında gösterildiği gibi, sistem sürekli yüksek kare hızında yürüyüş videografisi ve yapay zeka odaklı otomatik çoklu eklemli notasyon algoritması aracılığıyla deneklerin alt uzuvla.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Yürüyüş Yapay Zeka Açıklaması & Satın alma Yazılımı	Şanghay ClinAITrial Technology Co., Ltd.	MouseAI	MouseAI, MOVEMETRICS koşu bandı için entegre analiz yazılımıdır; video kaydı, meta veri kaydı ve otomatik yürüyüş analizini tek bir iş akışında birleştirir.
Mekanik darbe ve nbsp;	RWD Yaşam Bilimleri, Shenzhen, Çin
Çok kanallı elektrofizyo-mantıksal kayıt sistemi	Kedou (Suzhou) beyin-bilgisayar Teknolojileri Şirketi,	KedouBC RHD128A	KedouBC RHD128A, küçükten büyük laboratuvar hayvanlarına yüksek çözünürlüklü sinir kaydı için tasarlanmış kompakt, 128 kanallı bir in elektrofizyoloji toplama sistemidir. Hafif, plug-and-play headstage (≤ 1.3 g), 16-bit A/D dönüşüm ve programlanabilir amplifikatorları entegre eden bu cihaz, EEG, ECoG, LFP, spike, EMG ve 0.1 Hz'den 30 kHz'e kadar olan EKG sinyallerini &le ile yakalar; 2.4 µ V sistemi gürültüsü ve > 10 GΩ Giriş empedansı. RHD128A, beyin-makine arayüzleri, nörodejenerasyon ve rehabilitasyon alanlarında çalışmaları hızlandırmak için sağlam, kullanıcı ölçeklenebilir sinir verileri sunar.
Koşu bandı	Şanghay ClinAITrial Technology Co., Ltd.	HAREKET METRIKLERI	MOVEMETRICS, gelişmiş kemirgen yürüyüş analizi için yüksek hassasiyet enstrümantlı bir koşu bandıdır.