基于DeepLabCut算法的小鼠步态分析系统建立及对衰老所致运动功能的评价

作     者：李至宏 盛益华 李由 彭治香 曾星铫 谷新丽 田嘉怡 李思迪 LI Zhi-hong;SHENG Yi-hua;LI You;PENG Zhi-xiang;ZENG Xing-yao;GU Xin-li;TIAN Jia-yi;LI Si-di

作者机构：吉首大学生物资源与环境科学学院湖南吉首416000 中国航天员科研训练中心国家人因工程重点实验室北京100094 湘西自治州民族中医院消化科湖南吉首416000 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(No 81960786) 湖南省自然基金面上项目(No 2021JJ30559,2022JJ30477) 湖南省教育厅科学研究项目(No 21C0386) 湖南省研究生科研创新项目(No QL20210245) 

出 版 物：《中国药理学通报》 (Chinese Pharmacological Bulletin)

年 卷 期：2024年第40卷第9期

页      码：1792-1799页

摘      要：目的建立一种基于DeepLabCut(DLC)算法用于评价老年小鼠运动功能的步态分析系统。方法基于深度学习技术中的DLC算法,采用跑台装置和全封闭设计,构建系统软硬件;应用本系统评价不同运动模式下衰老所致小鼠的步态差异;通过相关性分析探究体质量与体长对步态指标的影响。结果本系统实现特定步速下小鼠三维立体步态(侧面和腹平面)的同步分析,自动量化47项步态指标。应用本系统发现,步行时(15 cm·s^(-1)),相比2月龄、8月龄和15月龄小鼠体转角标准偏差下降,前肢摆动时长、膝关节(Knee)角度标准偏差、左后爪和右后爪向外角度平均值增加;15月龄小鼠还出现步频降低,步幅、双支撑总时长、Knee伸展和收缩距离增加。小跑时(20 cm·s^(-1)),15月龄小鼠无法稳定行走,相比2月龄,8月龄小鼠左后爪向外角度平均值和双支撑总时长增加。相关性分析发现,步频、步幅、前肢摆动时长、后爪向外角度平均值、双支撑总时长、Knee角度标准偏差、Knee伸展和收缩距离等指标均未受到体质量和体长变化的影响。结论基于DLC算法的小鼠步态分析系统实现了对老年小鼠步态更加敏感、准确、全面的评价,区分出老年小鼠为维持步态稳定性所表现的步态特征,并筛选出更能反映老年小鼠步态变化的行为指标。为今后更有效评估抗衰老、抗运动协调功能下降药物的药效与副作用提供方法学基础。

主 题 词：步态分析系统 人工智能 DeepLabCut 衰老 运动功能 步态特征 

学科分类：0710[理学-生物科学类] 100208[100208] 1002[医学-临床医学类] 1001[医学-基础医学] 07[理学] 071008[071008] 100101[100101] 10[医学] 

核心收录：

D　O　I：10.12360/CPB202402035

馆 藏 号：203140548...