Anatomically-based skeleton kinetics and pose estimation in freely-moving rodents

Forming a complete picture of the relationship between neural activity and body kinetics requires quantification of skeletal joint biomechanics during behavior. However, without detailed knowledge of the underlying skeletal motion, inferring joint kinetics from surface tracking approaches is difficult, especially for animals where the relationship between surface anatomy and skeleton changes during motion. Here we developed a videography-based method enabling detailed three-dimensional kinetic quantification of an anatomically defined skeleton in untethered freely-behaving animals. This skeleton-based model has been constrained by anatomical principles and joint motion limits and provided skeletal pose estimates for a range of rodent sizes, even when limbs were occluded. Model-inferred joint kinetics for both gait and gap-crossing behaviors were verified by direct measurement of limb placement, showing that complex decision making behaviors can be accurately reconstructed at the level of skeletal kinetics using our anatomically constrained model.

Surface anatomy and white matter connectivity of the premotor and motor areas

ΣΚΟΠΟΣ: Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της αρχιτεκτονικής, της μορφολογίας και της συσχετιστικής ανατομίας των δεματίων λευκής ουσίας που εμπλέκονται στη συνδεσιμότητα του κινητικού και προκινητικού φλοιού καθώς και της επικουρικής και προ-εκπικουρικής περιοχής. ΜΕΘΟΔΟΣ: Τριάντα (30) ημισφαίρια υγειών ενηλίκων μονιμοποιημένα σε φορμόλη μελετήθηκαν με χρήση της μεθόδου παρασκευής της λευκής ουσίας κατά Klingler. Οι εν λόγω βήμα προς βήμα παρασκευές ολοκληρώθηκαν με κατεύθυνση από έξω προς τα έσω και από έσω προς τα έξω. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Αναζητήθηκε η υποφλοιώδης αρχιτεκτονική, η χωρική συσχέτιση και η συνδεσιμότητα τεσσάρων κυρίως μείζονων δεματίων: Α) Το ραχιαίο τμήμα του άνω επιμήκους δεματίου (SLF-I) ανευρέθηκε σταθερά στην έσω επιφάνεια του ημισφαιρίου να συνδέει το προσφηνοειδές λόβιο, την επικουρική και προ-επικουρική κινητική περιοχή. Β) Το Μετωπιαίο Επίμηκες Δεμάτιο(FLS) παρατηρήθηκε σταθερά ως μια πρόσθια συνέχεια του 2ου και 3ου τμήματος του άνω επιμήκους δεματίου(SLF II& SLF III). Το εν λόγω δεμάτιο συνδέει τον προκινητικό με τον προμετωπιαίο φλοιό. Γ) Το Μέτωπο-Κερκοφόρο Δεμάτιο (FCT) ένα ριπιδοειδές σύστημα ινών λευκής ουσίας, καταγράφηκε να συμμετέχει στη συνδεσιμότητα του προμετωπιαίου και προκινητικού φλοιού με την κεφαλή και το σώμα του κερκοφόρου πυρήνα. Δ) Το Φλοιο-καλυπτρικό δεμάτιο (CTT) ανευρέθηκε σταθερά να συνδέει τη μεσεγκεφαλική καλύπτρα με τον κινητικό/προκινητικό φλοιό και τον φλοιό της οπίσθιας κεντρικής έλικας. Κατά τις παρασκευές των εν λόγω δεματίων δεν παρατηρήθηκαν ημισφαιρικές ασυμμετρίες. Τέλος πρότυπα υποτμηματοποίησης προτάθηκαν για όλα τα δεμάτια. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Η συνδεσιμότητα και η λειτουργική εξειδίκευση των κινητικών και προκινητικών περιοχών του ανθρώπινου εγκεφάλου παραμένει σε μεγάλο βαθμό ασαφής καθώς ο μεγαλύτερος όγκος πληροφοριών προέρχεται από μελέτες σε πειραματόζωα και δεσμιδογραφικές μελέτες. Χρησιμοποιώντας την τεχνική Παρασκευής της λευκής ουσίας κατά Klingler ως βασική μέθοδο διερεύνησης, η παρούσα μελέτη παρέχει δεδομένα και στοιχεία για την λεπτή ανατομία των σχετιζόμενων με τις παραπάνω περιοχές δεματίων.

Surface anatomy and subcortical architecture of the occipital lobe

ΣΚΟΠΟΣ: Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η διεξοδική μελέτη και καταγραφή της επιφανειακής τοπογραφικής ανατομίας και της υποφλοιώδους αρχιτεκτονικής του ινιακού λοβού. Σχετικά με την επιφανειακή ανατομία έχει μελετηθεί το πρότυπο κατανομής και μορφολογίας των αυλάκων της έξω, έσω και κάτω επιφάνειας του ινιακού λοβού καθώς και οι παραλλαγές αυτού. Σε ότι αφορά την υποφλοιώδη αρχιτεκτονική, έχει διερευνηθεί η τοπογραφία, μορφολογία και συγκριτική ανατομία των δεματίων της λευκής ουσίας που εντοπίζονται στον ινιακό λοβό. ΜΕΘΟΔΟΣ: Η επιφανειακή ανατομία καθώς και η υποφλοιώδης αρχιτεκτονική του ινιακού λοβού μελετήθηκε σε τριάντα- τρία (33) εγκεφαλικά ημισφαίρια μονιμοποιημένα σε διάλυμα φορμόλης 10-15% για τουλάχιστον 8 εβδομάδες. Εφόσον αφαιρεθεί η αραχνοειδής μήνιγγα και τα αγγεία έχει καταγραφεί λεπτομερώς η τοπογραφία και μορφολογία των ελίκων και αυλάκων του ινιακού λοβού ενώ στη συνέχεια τα εν λόγω παρασκευάσματα μελετήθηκαν με τεχνική διαχωρισμού της λευκής ουσίας κατά Klingler με στόχο την διερεύνηση της υποφλοιώδους ανατομίας του ινιακού λοβού. Τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν κατά τις ανατομικές παρασκευές είναι χειρουργικές μικρολαβίδες, μικροψαλίδια και μικροαποκολλητήρες διαφόρων ειδών καθώς και χειρουργικό μικροσκόπιο τύπου Carl Zeiss OPM Plus. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Σχετικά με την επιφανειακή ανατομία, στην έξω/πλάγια επιφάνεια του ινιακού λοβού αναγνωρίσθηκαν η έξω ινιακή αύλακα (lateral occipital sulcus) και η ενδο-ινιακή αύλακα (intra- occipital sulcus) στο 100% των παρασκευασμάτων ενώ η πρόσθια ινιακή αύλακα και η κάτω ινιακή αύλακα σε 24% και 15% αντίστοιχα. Στην έσω επιφάνεια του ινιακού λοβού η πληκτριαία σχισμή και η βρεγματο-ινιακή αύλακα αναγνωρίσθηκαν ευκρινώς σε όλα τα παρασκευάσματα όπως και στην κάτω ινιακή επιφάνεια στην οποία εντοπίζονται τα άπω τμήματα της κρόταφο- ινιακής και παράπλευρης αύλακας αντίστοιχα. Στην άνω επιφάνεια του ινιακού λοβού καταγράφηκε στο 85% των παρασκευασμάτων μια νέα αύλακα που δεν έχει ταυτοποιηθεί στην σχετική βιβλιογραφία και την οποία ονομάσαμε «επιχείλια αύλακα» του ινιακού λοβού εξαιτίας της τοπογραφίας της. Σε σχέση με την υποφλοιώδη αρχιτεκτονική του ινιακού λοβού ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη λεπτομερή περιγραφή της μορφολογίας και συνδεσιμότητας ενός νέου δεματίου, του δεματίου «δίκην ελκήθρου» (sledge runner fasciculus). Το συγκεκριμένο αυτοτελές δεμάτιο εντοπίστηκε σε όλα τα παρασκευάσματα στην έσω επιφάνεια του ινιακού λοβού ακριβώς κάτω από τις επιφανειακές συνδετικές ίνες, επιδεικνύοντας μια λοξή κατεύθυνση και συμμετέχοντας στην συνδεσιμότητα περιοχών του προσθίου σφηνοειδούς λοβίου, προσθίου τμήματος της γλωσσοειδούς έλικας, ισθμού του προσαγωγίου και οπίσθιου τμήματος της παραιπποκάμπειας έλικας. Η συγκεκριμένη μελέτη αποτελεί την πρώτη διεθνώς καταγεγραμμένη προσπάθεια ανατομικής περιγραφής της αρχιτεκτονικής του δεματίου «δίκην ελκήθρου». Επίσης, έγινε λεπτομερή ανατομική περιγραφή του μέσου επιμήκους δεματίου (middle longitudinal fasciculus) σε σχέση με την μορφολογία του και την συνδεσιμότητα του. Το μέσο επίμηκες δεμάτιο εντοπίστηκε αμιγώς ως ένα αυτοτελές δεμάτιο ινών λευκής ουσίας ακριβώς κάτω από την ομάδα ινών του τοξοειδούς δεματίου και με κατεύθυνση από τον κροταφικό πόλο προς τον βρεγματικό και ινιακό λοβό. Αναγνωρίσθηκαν τρία συγκεκριμένα τμήματα του δεματίου τα οποία κατηγοριοποιήθηκαν σε σχέση με το πρότυπο συνδεσιμότητας τους. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Με την βοήθεια της τεχνικής διαχωρισμού της λευκής ουσίας κατά Klingler έγινε δυνατή η λεπτομερής περιγραφή της αρχιτεκτονικής των δεματίων που εντοπίζονται στο ινιακό λοβό και τα οποία συμμετέχουν στην συνδεσιμότητα και ως εκ τούτου στην λειτουργική απαρτίωση του ανθρώπινου εγκεφάλου. Πιο συγκεκριμένα το δεμάτιο δίκην ελκήθρου φαίνεται να συμμετέχει στην σύνδεση περιοχών που συσχετίζονται και ευοδώνουν την επιτυχημένη πλοήγηση του ατόμου στο χώρο ενώ το μέσο επίμηκες δεμάτιο φαίνεται να συσχετίζεται με την απαρτίωση των ακουστικών ερεθισμάτων, εφόσον οι περιοχές που συνδέει παρουσιάζουν αυτήν την λειτουργική εξειδίκευση.

Accurate arterial path length estimation for pulse wave velocity calculation in growing children and adolescents

Background: Most adult cardiovascular disease begins in childhood. Given the burgeoning obesity pandemic in children worldwide, there is a need for precise and scalable surveillance methods to detect subclinical cardiovascular disease in children and adolescents. Early detection allows early intervention and intensified primary prevention strategies in affected individuals. Carotid-femoral pulse wave velocity (PWV) directly measures arterial wall stiffness, an early feature of atherosclerosis. Calculation of PWV in growing children requires an accurate estimation of the true distance travelled by the aorto-femoral pressure wave, using surface anatomy landmarks. However, a variety of methods are used to estimate this distance, and these have not previously been investigated in growing children and adolescents. We sought to investigate this by comparing true arterial path length measured on computerized tomography (CT) scans, with a variety of estimations based on surface anatomy landmarks. Methods: Arterial path lengths were measured using multi-planar reformation (MPR) imaging software. These measurements were then compared with the surface anatomy measurements obtained using the same MPR imaging software. The fidelity of a variety of arterial path length estimation methods was tested. Results: The surface anatomy distance between the suprasternal notch and the angle of the mandible (PWV recording site in the neck), should be adjusted using the formula y=4.791+(1.0534*x). This value subtracted from the unadjusted distance from the suprasternal notch to the umbilicus, through the mid-inguinal crease to the femoral PWV recording site, provides the simplest reliable approximation of true intraluminal distance travelled. Conclusions: There is high correlation between the surface anatomy distances and the arterial path lengths they represent; however, these are not equal. Most surface anatomy measurements require adjustment using the formulae that we have provided, to accurately estimate the true distance travelled by the pulse wave.

Posterior Interosseous Nerve Graft: Utilizing External Landmarks and Anthropometric Ratios to Predict Available Length for Digital Nerve Reconstruction in a Cadaveric Study

Objective: In digital nerve defects that require grafting, autografts remain the efficacious option. The sensory posterior interosseous nerve (PIN) is an ideal choice as it is of similar caliber to digital nerves and leaves no donor morbidity upon resection. However, a finite length of harvestable PIN exists, and considerable variations of this length have been reported in the literature. There exists no predictive model to estimate this length. We sought to determine a method to accurately predict the available length of PIN based on individual patient anthropometry. Methods: A cadaveric dissection study was performed in a fresh tissue laboratory. The length of the sensory branch of the PIN and various anthropometric measurements were made in respect to surface anatomy of the ulna to develop a predictable ratio for available PIN donor graft. Results: A total of 16 specimens were obtained. On average the length of the PIN was 5.7 cm (range: 3.3-9. cm) and the length of the ulna was 25.7 cm (range: 23.5-30.6 cm). The ratio of PIN to ulnar length was 0.222 ( r = 0.4651). Using one-fifth the length of the ulna, the mean predicted length of the PIN was 5.14 cm (range: 4.7-6.1 cm). On univariate analysis, there was no significant difference between the measured and predicted PIN length ( P = .249). Conclusion: An anthropometric ratio predicated on reproducible surface anatomy of the ulna is a useful tool in predicting the sensory PIN length. Such a prediction may be a useful in guiding patient discussions concerning surgical options for digital nerve reconstruction.