Abstrakt
Skelettrörelse är avgörande för ett brett spektrum av beteenden, inklusive förflyttning, matning och skötsel. Att kvantifiera skelettkinematik hos fritt rörliga gnagare har dock varit utmanande på grund av dessa djurs ringa storlek och komplexa anatomi. Här presenterar vi en ny spårningsmetod som använder höghastighetsvideografi och maskininlärning för att spåra rörelsen av enskilda ben hos fritt rörliga gnagare. Vår metod kan spåra benrörelser med hög noggrannhet och precision, och kan användas för att studera ett brett spektrum av beteenden. Vi visar användbarheten av vår metod genom att spåra rörelsen av framben och bakben under förflyttning. Våra resultat ger nya insikter i kinematiken för gnagares rörelser och lyfter fram potentialen hos vår metod för att studera skelettrörelser i en mängd andra beteenden.
Introduktion
Skelettrörelse är avgörande för ett brett spektrum av beteenden, inklusive förflyttning, matning och skötsel. Att förstå kinematiken för skelettrörelser är därför avgörande för att förstå hur gnagare interagerar med sin miljö. Att kvantifiera skelettkinematik hos fritt rörliga gnagare har dock varit utmanande på grund av dessa djurs ringa storlek och komplexa anatomi.
Traditionella metoder för att spåra skelettrörelser, såsom motion capture och videografi, begränsas ofta av deras invasivitet eller deras oförmåga att spåra rörelsen hos enskilda ben. På senare tid har maskininlärningsbaserade metoder utvecklats som kan spåra benrörelser från höghastighetsvideografi. Dessa metoder har dock vanligtvis begränsats till att spåra rörelsen av ett litet antal ben och har inte validerats för användning i fritt rörliga gnagare.
Här presenterar vi en ny spårningsmetod som använder höghastighetsvideografi och maskininlärning för att spåra rörelsen av enskilda ben hos fritt rörliga gnagare. Vår metod kan spåra benrörelser med hög noggrannhet och precision, och kan användas för att studera ett brett spektrum av beteenden. Vi visar användbarheten av vår metod genom att spåra rörelsen av framben och bakben under förflyttning. Våra resultat ger nya insikter om kinematiken för gnagares förflyttning och belyser potentialen hos vår metod för att studera skelettrörelser i en mängd andra beteenden.
Metoder
Djur
Alla experiment utfördes i enlighet med National Institutes of Health Guide for Care and Use of Laboratory Animals och godkändes av Institutional Animal Care and Use Committee vid University of California, Berkeley. C57BL/6J-möss av hankön (8-12 veckor gamla) användes i alla experiment.
Experimentell konfiguration
Möss placerades i en specialbyggd arena (30 cm x 30 cm x 30 cm) gjord av klart plexiglas. Arenan placerades på ett vibrationsisoleringsbord för att minimera rörelseartefakter. Höghastighetsvideofotografering utfördes med en Photron Fastcam SA3-kamera (Photron, Tokyo, Japan) som arbetade med 500 bilder per sekund. Kameran var placerad ovanför arenan och fokuserad på musens kropp.
Spårningsmetod
Vår spårningsmetod är baserad på en djupinlärningsalgoritm som kallas
