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Como podemos medir o movimento de um esqueleto em um animal peludo enquanto ele se move pelo ambiente? Pesquisadores do Instituto Max Planck de Neurobiologia do Comportamento – caesar desenvolveram um novo método para quantificar o movimento esquelético em roedores que se movem livremente em um novo nível de precisão e detalhes. Baseia-se na construção de um modelo de esqueleto que calcula o movimento da articulação óssea usando princípios anatômicos básicos, como limites de rotação da articulação e velocidades nas quais os corpos podem se mover. Essa abordagem, publicada em Métodos da Natureza, abre uma nova capacidade de ler como os animais interagem com seu ambiente e, à medida que o cérebro e a medula espinhal impulsionam o movimento, começam a desvendar a relação entre a atividade neuronal e o comportamento complexo, como a tomada de decisões.
Você já pensou em como seu esqueleto se move ao longo do dia? Quando pensamos sobre essa questão, imagens de raios-x imediatamente vêm à nossa mente. Mas como mediríamos o movimento de um esqueleto sem usar raios X em um animal que corre ou pula e interage com seu ambiente? E por que isso seria importante? Estudar o animal que se move livremente fornece informações incomparáveis sobre como os animais se comportam e tomam decisões, por exemplo, quando evitam a predação, encontram parceiros e criam seus filhotes. Embora muitos estudos tenham medido o comportamento animal, faltam estudos que medem a mecânica de como eles se movem. Mas, como a atividade no sistema nervoso central leva a decisões que são executadas por meio de movimentos do corpo, medir esses mecanismos e relacioná-los com a atividade neural é essencial para obter insights profundos sobre a função cerebral.
Sem uma máquina de raios-x, analisar os movimentos de ossos individuais é extremamente desafiador, pois a oclusão de pelos, pele e tecidos moles sobrepostos torna complicado obter uma medição do movimento do esqueleto. Recentemente, vários métodos avançados de aprendizado de máquina foram capazes de medir com precisão a pose de um animal e até mesmo mudanças na expressão facial de um animal; no entanto, até agora nenhuma das técnicas existentes foi capaz de rastrear as mudanças nas posições ósseas e movimento articular sob a superfície visível do corpo.
Pesquisadores do departamento de Comportamento e Organização do Cérebro do Instituto Max Planck de Neurobiologia do Comportamento em Bonn, liderados por Jason Kerr, desenvolveram agora um método baseado em videografia para rastrear o esqueleto em 3D na resolução de articulações únicas em animais soltos enquanto eles interagir com seu ambiente. Seus Modelo anatomicamente restrito (ACM) é baseado em um esqueleto anatomicamente fundamentado que infere a cinemática esquelética de um animal enquanto ele se move livremente. A partir desses dados foi possível medir o funcionamento interno de um esqueleto, momento a momento, à medida que os animais pulavam, caminhavam, se espreguiçavam e corriam. Essa nova abordagem pode ser aplicada a várias espécies peludas, como camundongos e ratos de diferentes tamanhos e idades. Para garantir que os dados estivessem corretos, os pesquisadores trabalharam com colegas do Instituto Max Planck de Cibernética Biológica e do Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes em Tuebingen, usando ressonância magnética dos animais para comparar o modelo ACM com o esqueleto real. “Nosso novo método é relativamente simples, sem amarras e usa câmeras suspensas. Ele resolve muitos problemas associados ao rastreamento de roedores que se movem livremente, especialmente aqueles cobertos de pelos e quando o corpo cobre as pernas e os pés”, diz Jason Kerr, que correu o estudo em conjunto com Jakob Macke de Tuebingen. Um dos próximos passos é combinar essa abordagem com gravações simultâneas de neurônios no cérebro usando os microscópios multifótons montados na cabeça em miniatura que os pesquisadores do Instituto Max Planck de Neurobiologia do Comportamento desenvolveram. Isso permitiria correlacionar exatamente a atividade neural com o comportamento real para descobrir mais sobre como o cérebro controla até mesmo comportamentos complexos.
Os pesquisadores também aplicarão seu novo método para medir a cinemática do movimento em outras espécies animais em ambientes mais naturais e simultaneamente em vários animais que interagem. “Usando nosso novo método, por um lado, obteremos mais informações sobre como os animais interagem com seu ambiente e, por outro, esperamos obter conhecimento de como os animais interagem uns com os outros”. diz Jason Kerr.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Max Planck Gesellschaft. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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