کشف اسرار حرکت، ردیابی و اندازه‌گیری اسکلت

به گزارش گروه دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از وبگاه (سای تک دیلی)، چگونه محققان می‌توانند حرکت یک اسکلت را در یک حیوان پشمالو هنگام حرکت در محیط خود به طور دقیق و دقیق اندازه گیری کنند؟

موسسه ماکس پلانک برای نوروبیولوژی رفتار - سزار روش جدیدی را توسعه داده است که شامل ساخت یک مدل اسکلت است که حرکت مفصل استخوان را با استفاده از اصول آناتومیکی مانند محدودیت‌های چرخش مفصل و سرعت حرکت بدن محاسبه می‌کند. این رویکرد به درک بهتری از نحوه تعامل حیوانات با محیط اطراف خود اجازه می‌دهد و به طور بالقوه می‌تواند ارتباط بین فعالیت عصبی و رفتار‌های پیچیده مانند تصمیم گیری، به عنوان حرکت کنترل مغز و نخاع را آشکار کند.

آیا تا به حال به حرکت اسکلت خود در حین انجام فعالیت‌های روزانه خود فکر کرده اید؟ وقتی به این سوال فکر می‌کنیم، ممکن است تصاویر اشعه ایکس به ذهنمان خطور کند. اما چگونه می‌توانیم حرکت یک اسکلت را در یک حیوان متحرک که بدون استفاده از اشعه ایکس با محیط خود در تعامل است اندازه گیری کنیم؟ و چرا این مهم است؟

مطالعه حیوانی که آزادانه حرکت می‌کند می‌تواند بینش منحصربه‌فردی در مورد نحوه رفتار و تصمیم‌گیری حیوانات، مانند اجتناب از شکارچیان، یافتن جفت و بزرگ کردن بچه‌هایشان ارائه دهد.

در حالی که بسیاری از مطالعات رفتار حیوانات را اندازه‌گیری کرده‌اند، مطالعاتی که مکانیک نحوه حرکت آن‌ها را اندازه‌گیری می‌کنند نادیده گرفته شده‌اند. اما از آنجایی که فعالیت در سیستم عصبی مرکزی در نهایت منجر به تصمیماتی می‌شود که از طریق حرکات بدن اتخاذ می‌شود، اندازه گیری این مکانیک‌ها و ارتباط آن‌ها با فعالیت عصبی برای به دست آوردن بینش عمیق در مورد عملکرد مغز ضروری است.

بدون دستگاه اشعه ایکس، تجزیه و تحلیل حرکات تک تک استخوان‌ها بسیار چالش برانگیز است، زیرا انسداد روی پوست، پوست و بافت نرم، اندازه گیری حرکت اسکلت را پیچیده می‌کند. اخیراً چندین روش پیشرفته یادگیری ماشینی قادر به اندازه‌گیری دقیق ژست حیوان و حتی تغییرات در حالت چهره حیوان شده‌اند. با این حال، تاکنون هیچ یک از تکنیک‌های موجود قادر به ردیابی تغییرات در موقعیت استخوان و حرکت مفصل در زیر سطح قابل مشاهده بدن نبوده است.

محققان دپارتمان رفتار و سازمان مغز در مؤسسه نوروبیولوژی رفتار ماکس پلانک در بن، به سرپرستی جیسون کر، اکنون روشی مبتنی بر فیلمبرداری را برای ردیابی سه بعدی اسکلت در وضوح مفاصل منفرد در حیوانات بدون بند توسعه داده اند. با محیط خود تعامل داشته باشند. مدل محدود آناتومیکی آن‌ها (ACM) بر اساس یک اسکلت زمین‌دار آناتومیکی است که سینماتیک اسکلتی یک حیوان را هنگام حرکت آزادانه در اطراف استنباط می‌کند.

از این داده‌ها می‌توان عملکرد درونی یک اسکلت را لحظه به لحظه اندازه‌گیری کرد، زیرا حیوانات می‌پریدند، راه می‌رفتند، دراز می‌کشیدند و به اطراف می‌دویدند. این رویکرد جدید را می‌توان برای چندین گونه پشمالو مانند موش‌ها و موش‌های صحرایی با اندازه‌ها و سنین مختلف اعمال کرد. برای اطمینان از درست بودن داده ها، محققان با همکاران موسسه ماکس پلانک برای سایبرنتیک بیولوژیکی در Tuebingen در واقع از اسکن MRI حیوانات برای مقایسه مدل ACM با اسکلت واقعی استفاده کردند.

روش جدید ما نسبتاً ساده و بدون اتصال است و از دوربین‌های بالای سر استفاده می‌کند. این روش بسیاری از مشکلات مربوط به ردیابی جوندگانی که آزادانه در حال حرکت هستند را حل می‌کند، به ویژه آن‌هایی که با خز پوشیده شده اند و زمانی که بدن پا‌ها و پا‌ها را می‌پوشاند، می‌گوید.

یکی از گام‌های بعدی ترکیب این رویکرد با ضبط همزمان از نورون‌های مغز با استفاده از میکروسکوپ‌های مولتی فوتونی مینیاتوری است که محققان مؤسسه نوروبیولوژی رفتار ماکس پلانک توسعه داده‌اند. این به شما امکان می‌دهد دقیقاً فعالیت عصبی را با رفتار واقعی مرتبط کنید تا در مورد چگونگی کنترل مغز حتی رفتار‌های پیچیده بیشتر بدانید.

محققان همچنین روش جدید خود را برای اندازه‌گیری سینماتیک حرکت در گونه‌های جانوری دیگر در محیط‌های طبیعی‌تر و به طور همزمان در حیوانات متعدد و متقابل اعمال خواهند کرد.

با استفاده از روش جدید خود، از یک سو بینش بیشتری در مورد نحوه تعامل حیوانات با محیط خود به دست خواهیم آورد و از سوی دیگر، امیدواریم که دانشی در مورد نحوه تعامل حیوانات با یکدیگر به دست آوریم. جیسون کر می‌گوید.