Ученые Института перспективных исследований мозга и биологического факультета МГУ совершили важный шаг вперед, представив расширение для программного комплекса Sphynx. Эта новаторская разработка позволяет детально анализировать поведение мышей в сложных трехмерных пространствах, открывая новые горизонты для изучения когнитивных карт и пространственной ориентации животных в условиях, максимально приближенных к природным.
Преодоление ограничений 2D-исследований
Традиционные эксперименты часто ограничиваются плоскими аренами, где животные двигаются лишь горизонтально. Однако реальное поведение включает подъемы, спуски и взаимодействие с многоуровневой средой. Ученые МГУ ответили на этот вызов, создав уникальный трехмерный лабиринт и разработав специальные алгоритмы для точной реконструкции и анализа движений в объеме.
Высокоточное отслеживание в сложных условиях
В ходе экспериментов мыши исследовали сложный лабиринт с более чем 30 сегментами на разных высотах и с различными углами наклона. Ключевым достижением стала разработка методов отслеживания с помощью всего одной камеры и технологии DeepLabCut. Исследователи добились впечатляющей точности регистрации поз животных, успешно преодолев трудности плохой видимости, бликов от акриловых стен и переменного освещения.
Умные алгоритмы для 3D-реконструкции
Для компенсации искажений при съемке сверху был создан специальный алгоритм, преобразующий координаты из 2D-видео в трехмерную модель. Еще более впечатляюще решение для "слепых зон": при перекрытиях или отражениях использовались топологические ограничения, учитывающие физическую структуру лабиринта, что позволило точно восстанавливать траектории движения.
Всесторонний анализ пространственного поведения
Расширенный модуль Sphynx теперь оценивает не только горизонтальное, но и вертикальное перемещение, включая набор высоты, спуски и переходы между уровнями. Лабиринт автоматически классифицирует участки (прямые, наклонные, подъемы, спуски), позволяя количественно описывать поведение в разных условиях. Программа фиксирует, где мыши делают паузы, где ускоряются и какие пути выбирают для исследования.
«Наш подход впервые позволил получить точные количественные параметры навигации мышей в трехмерной среде, – подчеркивается в работе. – Эти данные крайне важны для понимания работы гиппокампа и механизмов формирования пространственной памяти в естественных условиях».
Открытые перспективы для науки
Разработка обладает открытой архитектурой и уже интегрирована в Sphynx, что делает ее доступной для научного сообщества. По словам авторов, система легко адаптируется к другим конфигурациям лабиринтов и даже к разным видам животных. Эта работа открывает захватывающие возможности для изучения нейрофизиологии пространственного поведения и способствует развитию когнитивных нейротехнологий.
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
