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新技術可以在不使用X射線的情況下測量運動動物的骨架運動

動物


新技術可以在不使用X射線的情況下測量運動動物的骨架運動


新技術可以在不使用X射線的情況下測量運動動物的骨架運動
據cnBeta：你有沒有想過在進行日?；顒訒r你的骨骼的運動情況？當我們思考這個問題時，可能會想到X光圖像 。但是，我們如何在不使用X射線的情況下測量與環境互動的運動動物的骨架運動？這又是為什么重要呢？研究自由移動的動物可以為動物的行為和決策提供獨特的見解，如避開捕食者、尋找配偶和撫養幼崽 。
雖然許多研究已經測量了動物的行為，但測量它們如何運動的力學的研究卻一直沒有 。但是，由于中樞神經系統的活動最終導致了通過身體運動作出的決定，因此測量這些力學原理并將其與神經活動聯系起來 ， 對于深入了解大腦功能至關重要 。
在沒有X光機的情況下，分析單個骨骼的運動是非常具有挑戰性的，因為遮蓋覆蓋的皮毛、皮膚和軟組織使得測量骨骼的運動變得復雜 。最近，一些先進的機器學習方法已經能夠準確地測量動物的姿勢，甚至是動物面部表情的變化；然而，到目前為止 ， 現有的技術都無法跟蹤可見體表下骨骼位置和關節運動的變化 。
由Jason Kerr領導的波恩馬克斯-普朗克行為神經生物學研究所行為和大腦組織部門的研究人員，現在已經開發出一種基于錄像的方法，在無繩動物與環境互動時，以單關節的分辨率對其骨骼進行3D追蹤 。他們的解剖約束模型（ACM）是基于解剖學基礎上的骨架 ， 推斷出動物自由移動時的骨架運動學 。
從這些數據中，可以測量出動物在跳躍、行走、伸展和奔跑時骨骼的內部運作情況，每時每刻都是如此 。這種新方法可以應用于多種毛茸茸的物種 ， 如不同大小和年齡的小鼠和大鼠 。為了確保數據的正確性 ， 研究人員與來自圖賓根的馬克斯-普朗克生物控制學研究所的同事合作，實際上是利用對動物的核磁共振掃描來比較ACM模型和實際的骨架 。
"我們的新方法相對簡單，無需系繩，并使用高空攝像機 。它解決了許多與追蹤自由移動的嚙齒動物有關的問題 ， 特別是那些被皮毛覆蓋的嚙齒動物，以及當身體覆蓋腿和腳的時候" ， Jason Kerr說 ， 他與來自圖賓根大學的Jakob Macke一起負責這項研究 。
下一步是將這種方法與使用馬克斯-普朗克行為神經生物學研究所的研究人員開發的微型頭戴式多光子顯微鏡對大腦中的神經元進行同步記錄相結合 。這將允許將神經活動與實際行為準確地聯系起來，以找出更多關于大腦如何控制甚至復雜行為的信息 。
研究人員還將應用他們的新方法來測量其他動物物種在更自然環境中的運動學，并同時測量多個相互作用的動物的運動學 。"利用我們的新方法 ， 一方面我們將進一步了解動物如何與它們的環境互動，另一方面我們希望獲得動物之間如何互動的知識 。"杰森-科爾說 。