Аналіз поведінки тварин

Аналіз системи аналізу ходи з високою роздільною здатністю був найбільш часто використовуваною функціональною оцінкою в дослідженнях, включених до нашого огляду. Система аналізу ходи з високою роздільною здатністю описує кінематичні та кінетичні зміни, що спостерігаються під час ходьби. Найбільш поширеними параметрами були довжина кроку, ширина кроку, GRF/інтенсивність контакту, стійка, площа відбитків лап і швидкість. Кожен параметр представляв різні аспекти ходи, але лише довжина кроку та GRF/інтенсивність контакту надійно та спеціально спостерігалися, щоб відобразити зміни у функції плеча після розривів або відновлення RC.

Крок вперед передньою кінцівкою у щура може бути аналогічним відведенню плеча у людини, якщо за орієнтир взяти площину лопатки. Довжина кроку була визначена як відстань між ударами лапи, що відображає здатність передньої кінцівки до активного згинання вперед. Ці результати показали, що пошкодження сухожилля RC зменшило активне згинання вперед, а ступінь пошкодження корелював зі ступенем функціональної втрати. Ці зміни також були подібні до клінічних спостережень, що зниження активного ROM частіше спостерігається у пацієнтів із масивним розривом RC, ніж у пацієнтів з немасивними розривами. Це спостереження показало, що довжина кроку може нагадувати клінічний стан людини, демонструючи активну втрату ПЗУ в моделях травм RC. З іншого боку, ширина кроку (відстань між передніми лапами) зазвичай не змінювалася у випадках, коли довжина кроку була різко зменшена. Було висловлено припущення, що ширина кроку була порушена через те, що нормальна передня кінцівка змістилася медіально, щоб підтримувати більшу вагу тіла, замість того, щоб це було викликано обмеженим ROM травмованої передньої кінцівки. Тому розумно припустити, що ширина кроку не може бути надійним параметром для оцінки ступеня функції травмованого плеча.

Оскільки сила є ще одним важливим аспектом функції плеча, дослідники розробили кілька методів непрямого вимірювання сили плеча. У щурів вага тіла навантажується на плечові суглоби і передається на землю під час ходьби, що допомогло GRF виявити навантажувальну здатність плеча. Подібним чином, інтенсивність світла, яка генерується в повністю автоматизованій системі аналізу ходи, може відображати навантажувальну здатність плеча, оскільки інтенсивність світла добре корелює з GRF. Дослідники використовували інтенсивність світла сліду щура, щоб оцінити вантажопідйомність його плеча.

У трьох дослідженнях вимірювали GRF/інтенсивність світла, і вони продемонстрували помітне зниження навантажувальної здатності плеча в моделях розриву/відновлення RC. Повідомлялося про значне зниження значень GRF без змін у часових і просторових результатах ходи в моделі з масивними розривами RC і затримкою відновлення. На основі всебічного порівняння між GRF та часовими та просторовими параметрами, GRF було визнано найбільш чутливим параметром для виявлення порушення функції плеча. Крім того, зниження навантажувальної здатності корелює з клінічними результатами у людей, які вказують на те, що пацієнти втратили 60–70% сили плеча після розривів РК. Таким чином, GRF та інтенсивність світла є надійними та репрезентативними параметрами, які можна використовувати для виявлення навантажувальної здатності плеча в моделях травм RC.

Біль є ще одним важливим фактором, який змінює функціональні показники, і клінічно пацієнти повідомляють про біль. Хоча біль неможливо оцінити безпосередньо в дослідженнях на тваринах, він може відображатися на змінах ходьби. Вплив болю на функцію плеча був обмежений першими чотирма днями після операції.

Об’єктивний аналіз ходи може надати клініцистам важливу інформацію для прийняття терапевтичних рішень. Його можна використовувати не тільки для кількісної оцінки та диференціації ходи для діагностики, але й для моніторингу реабілітації та ефективності лікування. Крім того, об’єктивно зібрані дані можуть надати важливу інформацію для прийняття рішень щодо розведення.

Системи аналізу ходи тварин на біговій доріжці, які в даний час використовуються у ветеринарії для збору кінематичних і кінетичних даних, це системи на основі камери, системи силових пластин, системи на основі акселерометра, системи вимірювання поверхневої електроміографії або інструментальні бігові доріжки. Системи на основі камер, які відстежують оптичні, активні або пасивні маркери, прикріплені до тіла собаки, зазвичай використовуються в дослідницьких установах, але рідко у ветеринарних клініках, оскільки вони дуже дорогі та потребують спеціального місця для встановлення системи. Було показано, що системи вимірювання сили реакції на землю, такі як пластини з силою, є точними індикаторами неправильної ходи або кульгавості, особливо в поєднанні з пристроями відстеження руху на основі камери, але вимагають тривалого періоду акліматизації та навчання собаки ходьбі. поверхні.

Кілька досліджень показують, що інерційні вимірювальні системи надають цінну інформацію для аналізу ходи собак. У дослідженні пікові вертикальні сили (PVF), виміряні силовою платформою, порівнювалися з вимірюваннями тривісного акселерометра, розміщеного дорсально над грудним або поперековим відділом. Було позитивне та значне узгодження між PVF акселерометра та силовою платформою для передніх кінцівок та позитивне та низьке узгодження для задніх кінцівок. описав використання та надійність акселерометрів для оцінки ходи здорових собак і собак з діагнозом м’язова дистрофія. Повідомлялося, що кінематика, зареєстрована за допомогою інерційного вимірювального пристрою (IMU) у сагітальній площині у собак, показала хорошу кореляцію з оптично зареєстрованою кінематикою, тому використання датчиків IMU може стати альтернативою оптично-кінематичному аналізу ходи, дозволяючи збирати дані поза лабораторією. . Він представив систему вимірювання ходи собак на основі сенсора IMU, яка продемонструвала хорошу чутливість і повторюваність з точністю, достатньою для виявлення клінічно значущих аномалій ходи у собак. Вони дійшли висновку, що за умови подальшого розвитку система може мати широкий спектр застосувань як у дослідженнях, так і в клінічній практиці.

У повсякденному житті природні рухи голови ссавців охоплюють широкий діапазон частот і швидкостей. Щоб уникнути розмитості зору, зміщення зображення на сітківці мінімізуються завдяки компенсаційним рухам очей. Ці рухи очей у просторі називаються рухами очей зі стабілізацією погляду, які є результатом перетворення сенсорних сигналів у екстраокулярні рухові команди. Хребетні тварини мають два рефлекси стабілізації погляду - оптокінетичний рефлекс (OKR) і вестибуло-окулярний рефлекс (VOR), які діють синергічно, щоб компенсувати зовнішні рухи та саморухи. Відповіді OKR покладаються на селективні гангліозні клітини сітківки, які ефективні для відносно повільних рухів візуальної сцени (± 3º/с у мишей). Отже, приріст OKR обернено пропорційний швидкості візуального стимулу.

З іншого боку, нейрони, чутливі до вестибулярного прискорення, відповідальні за VOR, більш чутливі до рухів голови в діапазоні середніх і високих частот8. Крім того, OKR може реагувати на зорові рухи з постійною швидкістю, тоді як вестибулярна система кодує лише непостійні, перехідні швидкості голови. Таким чином, оптокінетичні та вестибулоокулярні рефлекси функціонально доповнюють один одного, їх поєднання забезпечує ефективну стабілізацію погляду та дозволяє відрізнити самогенеровані рухи від нав’язаних ззовні рухів у більшості природних ситуацій.

VOR працює як система з відкритим циклом: він повністю функціональний у темряві, тобто вестибулярні сигнали внутрішнього вуха генерують компенсаційні рухи очей навіть за відсутності зорового зворотного зв’язку. У гризунів початковий розвиток VOR залежить від раннього дозрівання вестибулярного апарату ще до відкриття очей. Тим не менш, зорові дані є критично важливими для розвитку та належного функціонування VOR: його тонке налаштування залежить від зорового зворотного зв’язку, який повідомляє про ефективність компенсаторних рухів очей. При відсутності зору, наприклад у вроджених або випадково сліпих людей, VOR порушується. Посилення вестибуло-окулярного рефлексу покращується після відкриття очей у мишей, тоді як фаза зміщується в бік менших фазових відведень. Крім того, зір критично впливає на постійну часу накопичення швидкості16, розвиток нейронів вестибулярних ядер і набуття ними пластичних властивостей.