动作捕捉视频揭示了脆性X鼠的非典型梳理

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2022 May. 20

一项新的研究表明，一种受好莱坞电影启发的视频工具可以在数天或数周内以三维方式捕捉实验室动物的动作，并揭示行为的新微妙之处。例如，设计该方法的研究人员发现，缺乏自闭症相关基因FMR1的老鼠与对照组的老鼠不同。

该系统被称为捕获(使用反反射器嵌入的连续肢体和姿势跟踪)，源于大成本电影中用于添加特效或支持动画的动作捕捉技术。动作捕捉只跟踪动作，使用放置在演员身体上的反射标记;动画师然后重建记录的运动的3D模型。

研究动物行为的研究人员通常会录制传统的2D视频。但这些视频文件太大，限制了科学家存储和分析的数据量，也限制了研究只能是动物生活的片段。

科学家们已经改进了这种方法，使用深度传感相机(可以检测垂直和水平运动)和机器学习将行为分解为离散的“音节”。CAPTURE的技术更加精确，通过只存储移动数据，可以记录更长的时间。

“我们现在可以非常精确地解读这些动物的肢体语言，这在以前是不可能的，”首席研究员、哈佛大学有机体和进化生物学教授本斯Ölveczky说。“它只是打开了一个新的研究领域。”

活动:

研究人员给每只老鼠贴上20个反光标记，并连续拍摄每只老鼠至少一周。

该团队还对FMR1缺失的大鼠和野生型大鼠进行了数天的测试;在人类中，FMR1基因突变会导致脆性X染色体综合征，而脆性X染色体综合征通常会伴有自闭症。

野生型和易碎X型老鼠在笼子里来回走动的时间差不多，但易碎X型老鼠花了更多的时间梳理毛发，而且梳理的方式更重复。该研究结果发表在12月的《神经元》杂志上。

研究人员说，该系统目前一次只能测量一种动物的行为，但它可以适应监测两种或更多动物之间的互动。

“细致地了解社会互动将是至关重要的，”研究人员杰西·马歇尔(Jesse Marshall)说，他是哈佛大学的博士后研究员。“我们希望有一些非常仔细测量的东西，能够实现再现性。”

马歇尔说，在未来，捕捉记录可以与其他方法结合，如钙成像，以更好地理解行为的神经基础。

量化行为:

捕获是一个大的一部分大力发展的方法来量化的行为和跟踪它如何改变随着时间的推移,要么在进步的条件下,如Rett综合症,或治疗,斯图尔特Mostofsky说,神经发育和成像研究中心主任Kennedy Krieger研究所的巴尔的摩,马里兰州。

例如，Ölveczky说，捕捉技术可以帮助科学家识别自闭症患者和非自闭症患者之间细微的运动差异。“这是这项技术独有的优势。”

大多数洛夫斯基说，Ölveczky和他的同事使用的技术如果适用于人类，可能会很麻烦。在2020年，他和他的同事们将一个视频游戏主机的传感器改装成动作捕捉，发现自闭症儿童模仿他人动作的准确性不如非自闭症儿童。

但他补充道,“我真的想象,在未来五年左右,的能力——在一个很肤浅的,无缝的方式捕捉运动[和]活动孩子们在一系列诊断和真的能够识别特定的行动模式”,与一个人的基因。

加州大学圣地亚哥分校的精神病学教授亚伯拉罕·帕尔默(Abraham Palmer)说，捕获和类似的工具将使研究人员能够在比以前更自然的环境中研究行为。帕尔默没有参与这项工作。例如，大多数动物研究都是探究动物如何对人类创造的环境或任务作出反应——这些发明并不总是与自闭症等病症相关。

帕尔默说:“我们迫切需要能够以一种开放的心态来研究更长的时间框架内的行为，而不是对我们要衡量的行为有一个先见之明的概念。”

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