A captura de movimento inspirada em Hollywood ajuda a transformar a modelagem de camundongos para pesquisa neurológica

Os modelos de camundongos são centrais no desenvolvimento de medicamentos, incluindo tratamentos para distúrbios neurológicos, como a doença de Parkinson. Tais doenças geralmente afetam o movimento, e os tratamentos podem precisar aliviar os sintomas como tremores. Para poder modelar essas doenças de maneira eficaz em estudos em animais, precisamos ser capazes de rastrear até os menores movimentos com precisão e precisão. Agora, pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia de Okinawa (OIST) se voltaram para Hollywood em busca de inspiração.

Em um novo estudo publicado em Eneuropesquisadores dos ritmos neuronais da OIST na unidade de movimento introduzem um método de captura de movimento do camundongo que fornece medição de alta resolução do movimento do camundongo. Sua abordagem baseada em marcadores evita a necessidade de processamento de dados extenso com IA ou aprendizado de máquina e pode capturar dados de alta qualidade sobre movimento complexo, como corrida ou escalada.

“A captura de movimento baseada em marcadores está em toda parte da indústria do entretenimento, para videogames e filmes importantes. Com a precisão do rastreamento 3D que ele pode fornecer, a tecnologia pode ser transformadora à neurociência”. disse a Dra. Bogna Ignatowska-Jankowska, primeiro autor deste estudo.

“No entanto, embora o campo tenha se interessado há muito tempo por tais métodos, todas as outras tentativas não conseguiram obter dados de qualidade. Isso ocorre porque, embora os animais maiores sejam mais fáceis de capturar, os ratos representam muitos desafios. Seu tamanho, sua tendência a comer qualquer coisa perto deles, além das mudanças de comportamento que apresentam o método que se destaca, que os preencheram.

Experimentos sem paredes

Os pesquisadores estabeleceram uma série de câmeras em torno de três espaços abertos diferentes – uma superfície plana, uma esteira e uma roda de escalada – para formar as áreas de gravação. Essas câmeras detectaram reflexões de marcadores: aço inoxidável, bolas de revestimento refletivo colocadas em pontos cuidadosamente escolhidos no corpo do animal, para garantir a cobertura do movimento do corpo inteiro.

Eles precisavam evitar ter paredes dentro da configuração experimental, para que as câmeras pudessem detectar as reflexões sem interrupção. Portanto, era fundamental aclinar os ratos aos marcadores e garantir que os animais estivessem felizes e não tentassem se afastar das câmeras.

“Colocamos uma grande ênfase no manuseio de animais, para garantir que essa configuração funcionasse. Em vez de usar qualquer tipo de sistema de recompensa ou punição, apenas deixamos os ratos vagam abertamente. Isso também foi bom para capturar movimentos e comportamentos naturais, além de manter os ratos sem estresse”, acrescentou o professor Yoe Uusisaari, chefe da unidade.

Com a captura de movimento em 3D, os pesquisadores foram capazes de registrar pequenos tremores e grandes movimentos. Enquanto os ratos corriam, subiam e exploravam, eles foram capazes de medir a velocidade e a altura dos membros, para construir uma imagem detalhada do movimento natural do camundongo. A sensibilidade do método a pequenas mudanças significava que os pesquisadores foram capazes de notar mudanças no movimento que quase não eram detectáveis ​​aos olhos.

Os pesquisadores agora esperam aproveitar a produção de captura de movimento baseada em marcadores para obter uma melhor compreensão do comportamento do mouse. O Prof. Uusisaari disse: “Os dados que produzimos têm muito menos ruído ou erro em comparação com outros métodos. Usando modelos matemáticos e computacionais com esses dados de qualidade, podemos explorar os fundamentos neurocientíficos e fisiológicos de como e por que os ratos se movem de certas maneiras”.

Mecanismos cerebrais em movimento

Diferentes mecanismos cerebrais estão envolvidos em diferentes comportamentos, automáticos, como correr em uma esteira ou exploratório, como se mover livremente sobre um espaço. Ao capturar dados 3D detalhados sobre ratos realizando tarefas diferentes, os pesquisadores também esperam criar melhores modelos de como certas regiões do cérebro podem ser afetadas por diferentes medicamentos ou doenças.

“Nosso laboratório está desenvolvendo muitos métodos diferentes de neurociência, da captura de movimento à imagem cerebral. Ao combinar essas técnicas, poderemos coletar e analisar uma variedade de dados. Isso tem o potencial de melhorar muito nossa compreensão dos ratos e, portanto, melhorar os modelos basais para estudos em animais no desenvolvimento de medicamentos”, enfatizou o Dr. Ignatowska-Jankowska.