Un nuevo método de seguimiento para determinar la cinética esquelética en roedores de movimiento libre
9. Noviembre 2022
¿Cómo podemos medir el movimiento esquelético en un animal peludo mientras se mueve por su entorno? Investigadores del Instituto Max Planck de Neurobiología del Comportamiento han desarrollado un método para medir el movimiento esquelético en roedores que se mueven libremente con un nuevo nivel de precisión y detalle.
Se basa en la construcción de un modelo estructural que calcula el movimiento de una articulación ósea utilizando principios anatómicos básicos, como los límites de rotación de la articulación y las velocidades a las que se pueden mover los objetos. Este enfoque fue publicado en caminos de la naturalezadesbloquea una nueva habilidad para leer cómo los animales interactúan con su entorno y comienza a deconstruir su relación actividad neuronal Comportamiento complejo como la toma de decisiones.
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¿Alguna vez has pensado en cómo se mueve tu esqueleto a medida que avanzas en tu día? Cuando pensamos en esta pregunta, inmediatamente nos vienen a la mente imágenes de rayos X. Pero, ¿cómo podemos medir el movimiento esquelético sin utilizar rayos X en un animal que corre o salta e interactúa con su entorno? Y ¿Por qué es esto importante?
El estudio de un animal que se mueve libremente brinda información incomparable sobre cómo se comportan los animales y toman decisiones, por ejemplo, cuando evitan la depredación, encuentran pareja y crían a sus crías. Si bien muchos estudios han medido el comportamiento animal, faltan estudios que midan los mecanismos de cómo se mueven. Pero dado que la actividad en el sistema nervioso central finalmente conduce a que las decisiones se tomen a través de movimientos corporalesMedir estos mecanismos y relacionarlos con la actividad neuronal es esencial para obtener conocimientos profundos sobre función del cerebro.
Sin una máquina de rayos X, el análisis de los movimientos óseos individuales es muy difícil ya que la obstrucción del pelaje, la piel y los tejidos blandos dificulta la obtención de una medida del movimiento esquelético. Recientemente, muchos métodos avanzados de aprendizaje automático han podido medir con precisión la postura de un animal e incluso los cambios en las expresiones faciales de un animal; Sin embargo, ninguna de las tecnologías actuales hasta ahora ha podido rastrear los cambios en las posiciones de los huesos y el movimiento de las articulaciones debajo de la superficie visible del cuerpo.
Investigadores del Departamento de Comportamiento y Organización Cerebral del Instituto Max Planck de Neurobiología del Comportamiento en Bonn (MPINB), encabezados por el Prof. Jason Kerr ahora ha desarrollado un método basado en imágenes de video para rastrear con precisión esqueletos 3D de articulaciones individuales en animales no relacionados mientras interactúan con su entorno.
Su modelo anatómico restringido (ACM) se basa en un esqueleto anatómicamente fundamentado que infiere la cinética esquelética del animal a medida que se mueve libremente. Con estos datos, fue posible medir el funcionamiento interno del esqueleto, momento a momento, mientras los animales saltaban, caminaban, se estiraban y corrían.
Este nuevo enfoque se puede aplicar a múltiples especies de peludos, como ratones y ratas de varios tamaños y edades. Para asegurarse de que los datos fueran correctos, los investigadores trabajaron con colegas del Instituto Max Planck de Cibernética Biológica y el Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes en Tübingen usando resonancia magnética animal para comparar el modelo ACM con el esqueleto real.
Dice el profesor Dr. Jason Kerr, quien realizó el estudio con el Prof. Dr. Jacob Macke de Tübingen.
El próximo paso es combinar este enfoque con grabaciones simultáneas de neuronas en el cerebro utilizando microscopios en miniatura multifotónicos montados en la cabeza desarrollados por los investigadores de MPINB. Esto permitiría una unión exacta actividad nerviosa Con el comportamiento real para aprender más sobre cómo el cerebro controla incluso la complejidad.
Los investigadores también aplicarán su nuevo método para medir la locomoción en otras especies animales en ambientes más naturales mientras simultáneamente en múltiples animales que interactúan. «Con nuestro nuevo método, obtendremos, por un lado, más información sobre cómo los animales interactúan con su entorno y, por otro lado, esperamos obtener conocimientos sobre cómo los animales interactúan entre sí», dice Jason Kerr.
