Ανάλυση Συμπεριφοράς Ζώων

Η ανάλυση συστήματος ανάλυσης βάδισης υψηλής ανάλυσης ήταν η πιο συχνά χρησιμοποιούμενη λειτουργική αξιολόγηση στις μελέτες που περιλαμβάνονται στην ανασκόπησή μας. Το σύστημα ανάλυσης βάδισης υψηλής ανάλυσης περιγράφει τις κινηματικές και κινητικές αλλαγές που παρατηρούνται στο βάδισμα. Το μήκος διασκελισμού, το πλάτος του βήματος, η ένταση GRF/επαφής, η στάση, η περιοχή εκτύπωσης του ποδιού και η ταχύτητα ήταν οι πιο συχνά αναφερόμενες παράμετροι. Κάθε παράμετρος αντιπροσώπευε διαφορετικές πτυχές της βάδισης, αλλά μόνο το μήκος διασκελισμού και η ένταση GRF/επαφής παρατηρήθηκαν αξιόπιστα και συγκεκριμένα για να αντικατοπτρίζουν τις αλλαγές στη λειτουργία του ώμου μετά από ρήξεις RC ή επισκευή.

Ο εμπρόσθιος διασκελισμός του πρόσθιου άκρου σε έναν αρουραίο θα μπορούσε να είναι ανάλογος με την απαγωγή από τον ώμο στον άνθρωπο όταν το επίπεδο της ωμοπλάτης λαμβάνεται ως σημείο αναφοράς. Το μήκος διασκελισμού έχει οριστεί ως η απόσταση μεταξύ των χτυπημάτων του ποδιού, η οποία αντιπροσωπεύει την ικανότητα του πρόσθιου άκρου για ενεργή κάμψη προς τα εμπρός. Αυτά τα αποτελέσματα έδειξαν ότι ο τραυματισμός του τένοντα RC μείωσε την ενεργή κάμψη προς τα εμπρός και η έκταση του τραυματισμού συσχετίστηκε με την έκταση της λειτουργικής απώλειας. Αυτές οι αλλαγές ήταν επίσης παρόμοιες με τις κλινικές παρατηρήσεις ότι οι μειώσεις της ενεργού ROM παρατηρούνται πιο συχνά σε ασθενείς με μαζική ρήξη RC παρά σε ασθενείς με μη μαζικές ρήξεις. Αυτή η παρατήρηση έδειξε ότι το μήκος του διασκελισμού θα μπορούσε να μοιάζει με την ανθρώπινη κλινική κατάσταση επιδεικνύοντας την ενεργή απώλεια ROM σε μοντέλα τραυματισμού RC. Από την άλλη, το πλάτος του βήματος (απόσταση μεταξύ των μπροστινών ποδιών) συνήθως διαπιστώθηκε ότι δεν επηρεάζεται στις περιπτώσεις που το μήκος του διασκελισμού μειώθηκε δραστικά. Προτάθηκε ότι το πλάτος του διασκελισμού ήταν μειωμένο επειδή το κανονικό πρόσθιο άκρο μετατοπίστηκε μεσαία για να υποστηρίξει περισσότερο σωματικό βάρος, αντί να προκαλείται από το περιορισμένο ROM του τραυματισμένου πρόσθιου άκρου. Επομένως, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι το πλάτος του βήματος μπορεί να μην είναι αξιόπιστη παράμετρος για την εκτίμηση του βαθμού λειτουργίας ενός τραυματισμένου ώμου.

Επειδή η δύναμη είναι μια άλλη σημαντική πτυχή της λειτουργίας του ώμου, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει διάφορες μεθόδους για να μετρήσουν έμμεσα τη δύναμη του ώμου. Στους αρουραίους, το σωματικό βάρος φορτώνεται στις αρθρώσεις των ώμων και μεταδίδεται στο έδαφος κατά το περπάτημα, γεγονός που βοήθησε το GRF να αποκαλύψει την ικανότητα φόρτωσης του ώμου. Ομοίως, η ένταση φωτός που παράγεται σε ένα πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα ανάλυσης βάδισης θα μπορούσε να αντανακλά την ικανότητα φόρτισης του ώμου, επειδή η ένταση φωτός συσχετίζεται καλά με το GRF. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την ένταση φωτός του αποτυπώματος ενός αρουραίου για να εκτιμήσουν την ικανότητα φόρτισης του ώμου του.

Τρεις μελέτες μέτρησαν την ένταση GRF/φωτός και κατέδειξαν μια αξιοσημείωτη μείωση της ικανότητας φόρτωσης του ώμου στα μοντέλα ρήξης/επισκευής RC. Σημαντική μείωση στις τιμές GRF αναφέρθηκε χωρίς αλλαγή στα αποτελέσματα του χρονικού και χωρικού βαδίσματος στο μοντέλο με τεράστια ρήξη RC και καθυστερημένη επισκευή. Με βάση μια ολοκληρωμένη σύγκριση μεταξύ του GRF και των χρονικών και χωρικών παραμέτρων, το GRF αναγνωρίστηκε ως η πιο ευαίσθητη παράμετρος για την αποκάλυψη της βλάβης της λειτουργίας του ώμου. Επιπλέον, η μείωση της ικανότητας φόρτισης συσχετίζεται με τα κλινικά αποτελέσματα στον άνθρωπο που έδειξαν ότι οι ασθενείς έχασαν το 60-70% της δύναμης του ώμου τους μετά από ρήξεις RC. Έτσι, το GRF και η ένταση φωτός είναι αξιόπιστες και αντιπροσωπευτικές παράμετροι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αποκαλύψουν την ικανότητα φόρτισης του ώμου σε μοντέλα τραυματισμού RC.

Ο πόνος είναι ένας άλλος κρίσιμος παράγοντας που τροποποιεί τη λειτουργική απόδοση και κλινικά, ο πόνος αναφέρεται από τους ασθενείς. Αν και ο πόνος δεν μπορεί να εκτιμηθεί απευθείας σε μελέτες σε ζώα, μπορεί να αντικατοπτρίζεται σε αλλαγές στο βάδισμα. Η επίδραση του πόνου στη λειτουργία του ώμου περιορίστηκε στις πρώτες τέσσερις μετεγχειρητικά ημέρες.

Η αντικειμενική ανάλυση βάδισης μπορεί να παρέχει στους κλινικούς γιατρούς σημαντικές πληροφορίες για τη λήψη θεραπευτικών αποφάσεων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί όχι μόνο για τον ποσοτικό προσδιορισμό και τη διαφοροποίηση του βαδίσματος για διάγνωση, αλλά και για την παρακολούθηση της αποτελεσματικότητας της αποκατάστασης και της θεραπείας. Επιπλέον, τα αντικειμενικά συλλεγμένα δεδομένα μπορούν να παρέχουν σημαντικές πληροφορίες για αποφάσεις αναπαραγωγής.

Τα συστήματα ανάλυσης βάδισης σε διάδρομο ζώων που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος στην κτηνιατρική για τη συλλογή κινηματικών και κινητικών δεδομένων είναι συστήματα που βασίζονται σε κάμερα, συστήματα δυναμικής πλάκας, συστήματα που βασίζονται σε επιταχυνσιόμετρα, συστήματα μέτρησης ηλεκτρομυογραφίας επιφάνειας ή διάδρομοι με όργανα. Συστήματα που βασίζονται σε κάμερα που παρακολουθούν οπτικούς, ενεργούς ή παθητικούς δείκτες που συνδέονται με το σώμα του σκύλου χρησιμοποιούνται συνήθως σε ερευνητικές εγκαταστάσεις αλλά σπάνια σε κτηνιατρικές κλινικές επειδή είναι πολύ ακριβά και απαιτούν ειδικό χώρο για τη ρύθμιση του συστήματος. Τα συστήματα μέτρησης της δύναμης αντίδρασης του εδάφους, όπως οι πλάκες δύναμης, έχουν αποδειχθεί ότι είναι ακριβείς δείκτες ακανόνιστου βηματισμού ή χωλότητας, ειδικά όταν συνδυάζονται με συσκευές παρακολούθησης κίνησης που βασίζονται σε κάμερα, αλλά απαιτούν μακρά περίοδο εγκλιματισμού και εκπαίδευση του σκύλου στο περπάτημα επιφάνεια.

Αρκετές μελέτες δείχνουν ότι τα συστήματα αδρανειακών μονάδων μέτρησης παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για την ανάλυση του βηματισμού του σκύλου. Σε μια μελέτη οι μέγιστες κατακόρυφες δυνάμεις (PVF) που μετρήθηκαν με μια πλατφόρμα δύναμης συγκρίθηκαν με μετρήσεις από ένα τριαξονικό επιταχυνσιόμετρο τοποθετημένο ραχιαία πάνω από τη θωρακική ή οσφυϊκή περιοχή. Υπήρξε θετική και σημαντική συμφωνία μεταξύ του PVF του επιταχυνσιόμετρου και της πλατφόρμας δύναμης για τα μπροστινά άκρα και θετική και χαμηλή συμφωνία για τα πίσω άκρα. περιέγραψε τη χρήση και την αξιοπιστία των επιταχυνσιομέτρων στην αξιολόγηση βάδισης υγιών σκύλων και σκύλων με διάγνωση μυϊκής δυστροφίας. Ανέφερε ότι η κινηματική που καταγράφηκε με μια μονάδα αδρανειακής μέτρησης (IMU) στο οβελιαίο επίπεδο σε σκύλους, έδειξε καλή συσχέτιση με την οπτικά καταγεγραμμένη κινηματική, επομένως η χρήση αισθητήρων IMU θα μπορούσε να προσφέρει μια εναλλακτική λύση στην οπτική κινηματική ανάλυση βάδισης ενώ επιτρέπει τη συλλογή δεδομένων εκτός εργαστηρίου . Παρουσίασε ένα σύστημα μέτρησης βάδισης βασισμένο σε αισθητήρα IMU για σκύλους που επέδειξε καλή ευαισθησία και επαναληψιμότητα με ακρίβεια που είναι πιθανή επαρκής για την ανίχνευση κλινικά σχετικών ανωμαλιών βάδισης σε σκύλους. Κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι, με περαιτέρω ανάπτυξη, το σύστημα θα μπορούσε να έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών τόσο στην έρευνα όσο και στην κλινική πράξη.

Κατά τη διάρκεια της καθημερινής ζωής, οι φυσικές κινήσεις του κεφαλιού στα θηλαστικά καλύπτουν ένα μεγάλο εύρος συχνοτήτων και ταχυτήτων. Για να αποφευχθεί η θολή όραση, οι μετατοπίσεις της εικόνας στον αμφιβληστροειδή ελαχιστοποιούνται με αντισταθμιστικές κινήσεις των ματιών. Αυτές οι κινήσεις του ματιού στο διάστημα αναφέρονται ως κινήσεις σταθεροποίησης του βλέμματος, οι οποίες προκύπτουν από τη μετατροπή των αισθητηριακών σημάτων σε εντολές εξωφθάλμιας κίνησης. Τα σπονδυλωτά διαθέτουν δύο αντανακλαστικά σταθεροποίησης του βλέμματος -το οπτοκινητικό αντανακλαστικό (OKR) και το αιθουσαίο-οφθαλμικό αντανακλαστικό (VOR)- που δρουν συνεργικά για να αντισταθμίσουν τις περιβαλλοντικές και αυτοκινήσεις. Οι αποκρίσεις OKR βασίζονται σε γαγγλιακά κύτταρα του αμφιβληστροειδούς εκλεκτικής κατεύθυνσης που είναι αποτελεσματικά για σχετικά αργές κινήσεις της οπτικής σκηνής (± 3º/s σε ποντίκια). Κατά συνέπεια, το κέρδος OKR είναι αντιστρόφως ανάλογο με την ταχύτητα του οπτικού ερεθίσματος.

Από την άλλη πλευρά, οι νευρώνες που είναι ευαίσθητοι στην αιθουσαία επιτάχυνση που είναι υπεύθυνοι για το VOR είναι πιο ευαίσθητοι σε κινήσεις της κεφαλής του εύρους συχνοτήτων μεσαίας προς υψηλή8. Επιπλέον, το OKR μπορεί να ανταποκριθεί σε οπτικές κινήσεις σταθερής ταχύτητας, ενώ το αιθουσαίο σύστημα κωδικοποιεί μόνο μη σταθερές, παροδικές ταχύτητες κεφαλής. Τα οπτοκινητικά και αιθουσαία-οφθαλμικά αντανακλαστικά είναι επομένως λειτουργικά συμπληρωματικά, ο συνδυασμός τους επιτρέπει την αποτελεσματική σταθεροποίηση του βλέμματος και επιτρέπει τη διάκριση των κινήσεων που δημιουργούνται από τον εαυτό τους από τις εξωτερικά επιβαλλόμενες κινήσεις στις περισσότερες καταστάσεις που αντιμετωπίζονται φυσικά.

Το VOR λειτουργεί ως σύστημα ανοιχτού βρόχου: είναι πλήρως λειτουργικό στο σκοτάδι, δηλαδή, τα αιθουσαία σήματα του εσωτερικού αυτιού δημιουργούν αντισταθμιστικές κινήσεις των ματιών ακόμη και απουσία οπτικής ανάδρασης. Στα τρωκτικά, η αρχική ανάπτυξη του VOR βασίζεται στην πρώιμη ωρίμανση του αιθουσαίου κυκλώματος ακόμη και πριν από το άνοιγμα των ματιών. Ωστόσο, οι οπτικές εισροές είναι κρίσιμες για την ανάπτυξη και τη σωστή λειτουργία του VOR: η λεπτομέρειά του εξαρτάται από την οπτική ανατροφοδότηση που ενημερώνει για την αποτελεσματικότητα των αντισταθμιστικών κινήσεων των ματιών. Σε περίπτωση απουσίας όρασης, όπως σε εκ γενετής ή τυχαία τυφλούς, το VOR είναι εξασθενημένο. Το κέρδος του αιθουσαίου-οφθαλμικού αντανακλαστικού βελτιώνεται μετά το άνοιγμα των ματιών στα ποντίκια, ενώ η φάση μετατοπίζεται προς μικρότερες απαγωγές φάσης. Επιπλέον, η όραση επηρεάζει κρίσιμα τη σταθερά χρόνου της αποθήκευσης της ταχύτητας16, την ανάπτυξη των νευρώνων των αιθουσαίων πυρήνων και την απόκτηση των πλαστικών ιδιοτήτων τους.