Для планов реабилитационного лечения, вызванных нарушениями движения из-за неврологических заболеваний, необходимо провести предварительные эксперименты на животных. Результаты этих исследований используются для анализа механизмов заболевания и предоставления экспериментальных данных для разработки планов лечения/реабилитации.

Травма спинного мозга является видом повреждения центральной нервной системы, которое может привести к частичной или полной потере моторной функции. Основное внимание в исследованиях травм спинного мозга уделяется восстановлению остаточной моторной функции, которое может напрямую отражать степень повреждения или эффективность лечения. Одной из проблем в этих исследованиях является то, что некоторые исследования опираются на субъективные оценки при оценке восстановления моторной функции, что может быть нечувствительным и неточным в отношении изменений моторного выхода.

Введение в исследовательский кейс

Анализ походки при травме спинного мозга у резусовых макак - Университет Бэйханг

Исследовательская группа из Университета Бэйханг выбрала оптическую систему захвата движения для помощи в своих экспериментах. Они проводили тесты походки на резусовых макаках до травмы спинного мозга, а также через 6 и 12 недель после травмы, чтобы получить более точные и объективные характеристики походки.

Перед тестированием походки резус-макака фиксируется в том же состоянии, что и в период тренировок, с закрепленными на суставах нижних конечностей 16 отражающими маркерами (как показано на рисунке выше). Восемь камер системы захвата движений используются для сбора данных о походке нижних конечностей с частотой 100 Гц. Во время теста животное ходит на беговой дорожке со скоростью 0,8 км/ч, и сохраняются данные от непрерывных шагов более 10. Собранные данные включают длительность цикла походки обеих нижних конечностей, длину шага, высоту шага, амплитуду углов суставов коленей/лодыжек и соотношение параметров связки.

Болезнь Паркинсона у крыс - Университет Кардиффа

Аналогично, исследователи из Университета Кардиффа, изучая передвижение крыс с болезнью Паркинсона по брусьям различной ширины, выбрали оптическое оборудование для захвата движений для анализа движения (как показано ниже).

Результаты показывают, что системы захвата движений могут предоставлять количественные временные параметры походки для моделей крыс с болезнью Паркинсона, что делает этот метод эффективным для изучения влияния болезни Паркинсона на движения. Исследователи предлагают использовать технологию 3D захвата движений для сбора данных из моделей животных с заболеваниями и сравнения их с анализом движений человека. Это помогает коррелировать человеческие заболевания с соответствующими моделями у животных и исследовать взаимосвязь между моделями животных и поведением человека.

Паттерны движения усов мышей - Университет Теннесси

Грызуны, такие как крысы и мыши, имеют чувствительные тактильные усики, которые они активно используют для обнаружения рельефа. Однако исследования движений усиков мышей все еще находятся на ранней стадии. Отслеживание движения усиков представляет собой сложность из-за их быстрого движения и тонкой структуры.

Исследовательская группа из Университета Теннесси использовала оптическую систему захвата движения для крепления маленьких отражающих маркеров к усикам мышей и фиксации головы с помощью специализированной поддержки, в то время как на передние лапы мышей крепился кусок картона, чтобы предотвратить попытки снять маркеры. Этот метод измерения движений усиков мыши очень точен и может использоваться в неврологических и генетических исследованиях.

Эксперимент по психологии социального мозга обезьян - Институт мозга RIKEN

Помимо физиологических экспериментов, исследователи также проводят связанные психологические эксперименты, анализируя поведение умных приматов. Социальная функция мозга позволяет нашему поведению адаптироваться к социальной среде, однако из-за технических ограничений мы знаем очень мало о том, как нейроны распознают и регулируют реакции на социальное поведение. Чтобы изучить эту область, исследователи из Института науки о мозге RIKEN разработали эксперименты с использованием двух обезьян (M1 и M2) для своих исследований.

Эксперимент разделен на три сценария: две обезьяны в непересекающихся пространствах (A) и пересекающихся пространствах (B и C). Еда размещена в различных местах на столе, и наблюдаются действия обезьян в разных условиях. Нижняя часть тела обезьян закреплена на стульях, в то время как их верхняя часть может свободно двигаться. На диаграмме выше круговая диаграмма на столе показывает процент успеха каждой обезьяны соответствующего цвета в получении еды, когда она находится в этой зоне. В мозги двух обезьян имплантированы вольфрамовые электроды для записи нейронной активности, и они одеты в специально изготовленные костюмы для захвата движения (с отражающими маркерами, прикрепленными к обоим плечам, локтям, запястьям и рукам, а также к лбу и затылку), используя оптическую систему захвата движения для записи движений рук и головы. Эксперимент регистрирует только движения рук со скоростью выше 30 мм/с, поскольку установка порога позволяет лучше исключить случайные движения. Система захвата движения может помочь исследователям провести точный количественный анализ.

Независимо от того, является ли конечной целью захват характеристик движения животных, анализ поведения или просто запись движения животных, оптические системы захвата движения NOKOV могут предложить подходящие решения.Ниже приведены примеры применения от наших клиентов.

Примеры проектов по захвату движения NOKOV

Медицинский факультет Университета Сунь Ятсена

В оценке реабилитации спинного мозга восстановление двигательной нервной системы является чрезвычайно важным показателем. В экспериментах медицинского факультета Университета Сунь Ятсена активность коленного сустава задней конечности собаки прежде всего используется как внешнее проявление восстановления двигательной нервной системы.

В ходе эксперимента была оборудована площадка размером приблизительно 3м*3м для активности собак, вокруг которой размещены восемь оптических 3D камер захвата движения NOKOV. На корень нижних конечностей собаки, коленные и лодыжечные суставы были размещены отражающие маркеры, а камеры захвата движения использовались для сбора информации о положении этих маркеров, тем самым собирая данные о движении суставов собаки в этом пространстве. Сравнивая данные движения парализованных собак с данными здоровых собак, можно оценить восстановление двигательной нервной системы собаки и, следовательно, восстановление спинного мозга собаки.

Список литературы

[1]   Чжао Цань, Вэй Руйхань, Чжао Вэнь, Цзи Рунь, Рао Цзяшэн, Ян Чжаоян, Ли Сяогуан. Оценка остаточной способности к шаганию у резусов с повреждением спинного мозга [Ж]. Теория и практика реабилитации в Китае, 2020, 26(06): 648-653.

[2]   Мадет Дж.К., Кляйн А., Фуллер А. и др. Проблемы количественной оценки передвижения крыс по брусьям различной ширины [Ж]. Труды Института машиностроителей, Часть H: Журнал инженерии в медицине, 2010, 224(11): 1257-65.

[3]   Снигда Р., Брайант Дж.Л., Цао Ю. и др. Высокоточное трехмерное отслеживание движений усов мышей с использованием оптической технологии захвата движения [Ж]. Фронтиры в поведенческой нейронауке, 2011, 5(23): 27.

[4]   Фудзии Н., Хихара С., Ирики А. Динамическая социальная адаптация нейронов, связанных с движением, в теменной коре приматов [Ж]. PloS one, 2007, 2(4): e397.