對于由神經系統疾病引起的運動障礙的康復治療方案，需要預先進行動物實驗，利用結果分析病癥機理，并為制定治療/康復方案提供實驗依據。

脊髓損傷是中樞神經損傷的一種，它會引發運動功能部分或完全喪失。研究脊髓損傷最主要的指標是殘留運動功能輸出的恢復，它能夠最直觀地反映脊髓損傷的受損程度或治療效果。這類研究存在一個問題：在判斷運動功能輸出的恢復情況時，一些研究基于主觀評價，對于運動輸出的變化不夠敏感和精確。

研究案例介紹

恒河猴脊髓損傷步態分析-北京航空航天大學

而北京航空航天大學的研究團隊選擇了光學動作捕捉系統來協助實驗，分別在恒河猴脊髓損傷前、脊髓損傷后6周和12周進行步態測試，進而獲取更準確客觀的的步態特征[1]。

步態測試前，將恒河猴以與訓練期同樣的狀態被保定于固定裝置，將16個反光標識點固定于下肢關節（如上圖所示），采用8臺動作捕捉鏡頭采集下肢步態數據，采集頻率為100Hz。測試中，動物在速度0.8km/h的跑步機上行走，連續行進>10步的數據被保留，獲取的數據包括雙下肢步態周期時長，步長、步高、膝/踝關節角度幅值以及聯動參數比值。

帕金森氏病大鼠-卡迪夫大學

同樣，卡迪夫大學科研人員在進行帕金森氏病大鼠在不同寬度的橫梁上的行走運動研究時，也選擇了光學動作捕捉設備進行運動捕捉分析（如下圖）。

結果表明，利用動作捕捉系統可以為帕金森氏病大鼠模型提供量化的時間步態參數，是一種研究帕金森氏病對運動影響的有效方法。研究人員指出，可以使用三維運動捕捉技術采集動物疾病模型數據，與人類運動分析進行比較，將人類疾病與其各自的動物模型相關聯，以探討動物模型與人類行為之間的相關性[2]。

老鼠胡須運動模式-田納西大學

嚙齒動物的胡須有敏感的觸覺，大鼠（rat）和小鼠（mouse）會通過主動控制這些胡須來探測地形，而目前對于老鼠胡須運動模式的研究仍處于早期階段。由于胡須移動速度相對較快，而且老鼠胡須非常細，實驗中很難跟蹤胡須運動。

田納西大學的研究團隊利用光學動作捕捉系統，在小鼠的胡須上粘貼微小的反光標識物，頭部用特質支架固定，并在小鼠前爪粘貼一塊紙板，防止其嘗試移除標識物。這種測量小鼠胡須運動的方法具有很高的精度，可以用于神經和遺傳方面的研究[3]。

猴子社會腦心理學實驗-RIKEN腦科學研究所

除了生理實驗，研究人員還通過分析聰明的靈長類動物的行為，進行相關心理學實驗。社會腦（socialbrain）功能使我們的行為適應社會環境，但由于技術上的限制，關于神經元如何識別和調節以響應社會行為，我們是所知甚少的。針對該領域，RIKEN腦科學研究所的研究人員設計實驗，用兩只猴子（M1、M2）開展了研究[4]。

實驗分為三個場景，即兩只猴子無交叉空間（A）以及有交叉空間（B、C）。將食物放在桌上各位置，觀察不同情形下猴子的行動。猴子下半身固定在椅子上，上半身自由活動，上圖中，桌上餅狀圖代表食物放在該區域時，對應顏色猴子拿到食物的成功率。兩只猴子的腦中被植入鎢電極記錄神經活動，并穿著特制動捕服（反光標識點粘貼在雙側肩部、肘部、手腕和手，以及前額和后腦勺），利用光學動作捕捉系統記錄手臂和頭部運動，實驗中只記錄手臂運動速度高于30mm/s的動作，通過設定閾值可以更好的剔除隨機動作，動作捕捉系統可以幫助研究人員實現準確的定量分析。

無論最終目標是獲取動物運動特性、分析行為還是只是記錄動物的運動，NOKOV度量光學動作捕捉系統都可以提供合適的解決方案，下面是我們一些客戶的應用案例。

NOKOV度量動作捕捉項目舉例

中山大學醫學院

脊髓康復評估中，運動神經系統的恢復是最重要的指標。在中山大學醫學院的實驗中，主要選取狗下肢膝關節的活動來作為運動神經系統恢復的外在表現。

實驗過程中，構建了一個約3m*3m的場地供狗活動，在場地的四周分布著八個NOKOV（度量）光學三維動作捕捉鏡頭。同時在狗下肢的根部、膝關節、踝關節處貼反光標識點，通過動作捕捉鏡頭采集表示點的位置信息，來采集狗在這個空間活動的過程中各關節的數據。將癱瘓的狗的運動數據與正常狗的數據進行對比，就能夠評估出狗運動神經系統的恢復情況，進而評估出狗脊髓的恢復情況。

參考文獻

[1] 趙璨,魏瑞晗,趙文,季潤,饒家聲,楊朝陽,李曉光.脊髓損傷恒河猴下肢殘留跨步能力的評估[J].中國康復理論與實踐,2020,26(06):648-653.

[2] MadeteJK,KleinA,FullerA,etal.Challengesfacingquantificationofratlocomotionalongbeamsofvaryingwidths[J].ProceedingsoftheInstitutionofMechanicalEngineersPartHJournalofEngineeringinMedicine,2010,224(11):1257-65.

[3] SnigdhaR,BryantJL,CaoY,etal.High-Precision,Three-DimensionalTrackingofMouseWhiskerMovementswithOpticalMotionCaptureTechnology[J].FrontiersinBehavioralNeuroscience,2011,5(23):27.

[4] FujiiN,HiharaS,IrikiA.Dynamicsocialadaptationofmotion-relatedneuronsinprimateparietalcortex[J].PloSone,2007,2(4):e397.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的动作捕捉在动物神经与运动研究领域的应用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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