小动物（老鼠）脊髓损伤后功能重建

Posted 2021-06-23 您家豆子

脊髓损伤（SCI）的病理生理改变过程所造成的损伤可分为两种：原发性损伤和继发性损伤。一般认为原发性损伤产生的神经损害是不可逆的，但继发性损伤具有可逆性且可被调控。

因此，脊髓损伤有效的治疗措施之一就是保护原发性损伤后残存神经元，并抑制继发性损伤后的炎症级联反应。通过药物和其它手段干预保护神经元以及改善损伤局部的微环境，促进神经再生。

中科院神经研究所以小鼠为对象，针对脊髓损伤治疗进行了长期研究。大量的动物实验表明，康复训练参与中枢神经再生环境的调节，増强内在再生能力，能有效治疗脊髓损伤。但这其中仍存在一些重要而未解决的问题，比如不同脊髓损伤的训练效果、最佳方案、时间、局限性等。

为了解决这些问题，中科院神经研究所使用NOKOV度量光学动作捕捉系统采集小鼠运动数据。研究人员搭建了一套捕捉康复训练后小鼠运动情况的实验场地。场地中央放置独木桥和暗室，而四周高低分布着8台Mars 4H型号光学动作捕捉镜头。当把小鼠放置在独木桥上时，由于小鼠的避光性，它会立即朝暗室移动，同时周围镜头捕捉到它身上附着的反光标志点（Marker），通过动作捕捉软件解算出小鼠身体各个位置在运动过程中的六自由度空间位置信息。在实验过程中，使用了直径仅为3mm的半球型反光标志点（Marker），Mars 4H动作捕捉镜头能够在3.2m外精准定位该目标。

实验的主要目的是通过观察小鼠下肢的运动情况来评估康复训练的成果。作为评估依据的数据有两种，分别是小鼠下肢点在运动周期（指小鼠单个下肢完成起-移-落这一运动周期）内运动的连贯性，以及运动周期之间的协调性。

从一个运动周期内点运动的连贯性能判断出下肢神经的总体恢复情况，即神经恢复数量（神经恢复越多，能调动的肌肉越多），这过程需要仔细比对点和相邻点之间的位置随时间（这里的时间不是广义上的时间，而是一种相对时间，即小鼠一个运动周期中的时间点，如小鼠脚离开地面）的变化关系，再与正常小鼠的数据做一一对比。Mars 4H光学动作捕捉镜头提供了最高180Hz数据采集频率，可以瞬时间采集到充足的数据来用于对比分析。

而运动周期之间协调性则代表了相关神经突触之间连接的恢复情况，对比协调性的方式主要就是观察点运动的周期性是否良好、镜像点运动之间的时间差以及在某个时间上点的速度情况。NOKOV度量科技的动作捕捉软件Seeker不仅可以得到准确的数据，还能实时绘制或显示点的坐标位置曲线、速度变化曲线、加速度变化曲线等，极大程度方便了数据的处理与分析。