Comment se déplace le squelette ? Une nouvelle méthode de suivi pour déterminer la cinétique squelettique chez les rongeurs en mouvement libre

Comment pouvons-nous mesurer le mouvement du squelette d’un animal à fourrure lorsqu’il se déplace dans son environnement ? Des chercheurs de l’Institut Max Planck de neurobiologie comportementale ont mis au point une méthode de mesure des mouvements squelettiques chez les rongeurs en mouvement libre avec un nouveau niveau de précision et de détail.

Il est basé sur la construction d’un modèle structurel qui calcule le mouvement d’une articulation osseuse à l’aide de principes anatomiques de base, tels que les limites de rotation de l’articulation et les vitesses auxquelles les objets peuvent se déplacer. Cette approche a été publiée dans Les voies de la naturedéverrouille une nouvelle capacité à lire comment les animaux interagissent avec leur environnement et commence à déconstruire leur relation activité neuronale Comportement complexe tel que la prise de décision.

Avez-vous déjà pensé à la façon dont votre squelette bouge au cours de votre journée ? Lorsque nous réfléchissons à cette question, les images radiographiques nous viennent immédiatement à l’esprit. Mais comment mesurer le mouvement du squelette sans utiliser de rayons X chez un animal qui court ou saute et interagit avec son environnement ? Et pourquoi est-ce important?

L’étude d’un animal se déplaçant librement donne un aperçu inégalé de la façon dont les animaux se comportent et prennent des décisions, par exemple lorsqu’ils évitent la prédation, trouvent des partenaires et élèvent leurs petits. Alors que de nombreuses études ont mesuré le comportement des animaux, les études mesurant les mécanismes de leur mouvement manquent. Mais puisque l’activité dans le système nerveux central mène finalement à la prise de décisions par mouvements du corpsMesurer ces mécanismes et les relier à l’activité neuronale est essentiel pour acquérir des connaissances approfondies sur fonction cérébrale.

Sans appareil à rayons X, l’analyse des mouvements osseux individuels est très difficile car l’obstruction de la fourrure, de la peau et des tissus mous rend difficile l’obtention d’une mesure du mouvement squelettique. Récemment, de nombreuses méthodes avancées d’apprentissage automatique ont été capables de mesurer avec précision la posture d’un animal et même les changements dans les expressions faciales d’un animal ; Cependant, aucune des technologies actuelles n’a jusqu’à présent été en mesure de suivre les changements dans la position des os et le mouvement des articulations sous la surface visible du corps.

Des chercheurs du Département du comportement et de l’organisation cérébrale de l’Institut Max Planck de neurobiologie comportementale à Bonn (MPINB), dirigé par le Prof. Jason Kerr a maintenant développé une méthode basée sur l’imagerie vidéo pour suivre avec précision les squelettes 3D d’articulations simples chez des animaux non apparentés lorsqu’ils interagissent avec leur environnement.

Leur modèle anatomique contraint (ACM) est basé sur un squelette anatomiquement fondé qui déduit la cinétique squelettique de l’animal lorsqu’il se déplace librement. Avec ces données, il a été possible de mesurer le fonctionnement interne du squelette, moment par moment, alors que les animaux sautaient, marchaient, s’étiraient et couraient.

Cette nouvelle approche peut être appliquée à plusieurs espèces à fourrure telles que les souris et les rats de différentes tailles et âges. Pour s’assurer que les données étaient correctes, les chercheurs ont travaillé avec des collègues de l’Institut Max Planck pour la cybernétique biologique et de l’Institut Max Planck pour les systèmes intelligents à Tübingen en utilisant l’IRM animale pour comparer le modèle ACM au squelette réel.

Dit le professeur Dr. Jason Kerr, qui a mené l’étude avec le professeur Dr. Jacob Macke de Tübingen.

Une prochaine étape consiste à combiner cette approche avec des enregistrements simultanés de neurones dans le cerveau à l’aide de microscopes miniatures multiphotoniques montés sur la tête développés par les chercheurs du MPINB. Cela permettrait une liaison exacte activité nerveuse Avec le comportement réel pour en savoir plus sur la façon dont le cerveau contrôle même la complexité comportement.

Les chercheurs appliqueront également leur nouvelle méthode pour mesurer la locomotion chez d’autres espèces animales dans des environnements plus naturels tout en simultanément chez plusieurs animaux en interaction. « Avec notre nouvelle méthode, nous allons d’une part mieux comprendre comment les animaux interagissent avec leur environnement, et d’autre part, nous espérons acquérir des connaissances sur la façon dont les animaux interagissent entre eux », explique Jason Kerr.