世界消息！新技术让生物学家不使用X射线就可以揭开骨架运动的秘密

2023-01-04 05:27:39 来源：cnBeta

(相关资料图)

你有没有想过在进行日常活动时你的骨骼的运动情况？当我们思考这个问题时，可能会想到X光图像。但是，我们如何在不使用X射线的情况下测量与环境互动的运动动物的骨架运动？这又是为什么重要呢？研究自由移动的动物可以为动物的行为和决策提供独特的见解，如避开捕食者、寻找配偶和抚养幼崽。

虽然许多研究已经测量了动物的行为，但测量它们如何运动的力学的研究却一直没有。但是，由于中枢神经系统的活动最终导致了通过身体运动作出的决定，因此测量这些力学原理并将其与神经活动联系起来，对于深入了解大脑功能至关重要。

在没有X光机的情况下，分析单个骨骼的运动是非常具有挑战性的，因为遮盖覆盖的皮毛、皮肤和软组织使得测量骨骼的运动变得复杂。最近，一些先进的机器学习方法已经能够准确地测量动物的姿势，甚至是动物面部表情的变化；然而，到目前为止，现有的技术都无法跟踪可见体表下骨骼位置和关节运动的变化。

由Jason Kerr领导的波恩马克斯-普朗克行为神经生物学研究所行为和大脑组织部门的研究人员，现在已经开发出一种基于录像的方法，在无绳动物与环境互动时，以单关节的分辨率对其骨骼进行3D追踪。他们的解剖约束模型（ACM）是基于解剖学基础上的骨架，推断出动物自由移动时的骨架运动学。

从这些数据中，可以测量出动物在跳跃、行走、伸展和奔跑时骨骼的内部运作情况，每时每刻都是如此。这种新方法可以应用于多种毛茸茸的物种，如不同大小和年龄的小鼠和大鼠。为了确保数据的正确性，研究人员与来自图宾根的马克斯-普朗克生物控制学研究所的同事合作，实际上是利用对动物的核磁共振扫描来比较ACM模型和实际的骨架。

"我们的新方法相对简单，无需系绳，并使用高空摄像机。它解决了许多与追踪自由移动的啮齿动物有关的问题，特别是那些被皮毛覆盖的啮齿动物，以及当身体覆盖腿和脚的时候"，Jason Kerr说，他与来自图宾根大学的Jakob Macke一起负责这项研究。

下一步是将这种方法与使用马克斯-普朗克行为神经生物学研究所的研究人员开发的微型头戴式多光子显微镜对大脑中的神经元进行同步记录相结合。这将允许将神经活动与实际行为准确地联系起来，以找出更多关于大脑如何控制甚至复杂行为的信息。

研究人员还将应用他们的新方法来测量其他动物物种在更自然环境中的运动学，并同时测量多个相互作用的动物的运动学。"利用我们的新方法，一方面我们将进一步了解动物如何与它们的环境互动，另一方面我们希望获得动物之间如何互动的知识。"杰森-科尔说。

关键词：马克斯普朗克啮齿动物神经科学