Новое ПО упрощает анализ движений насекомых

Тараканы, способные быстро передвигаться в тесном пространстве под раковиной, служат моделью для спасательных роботов, которые должны пробираться через завалы в поисках выживших.

Однако изучение того, как они используют все шесть ног одновременно для ходьбы, бега и поворотов, было сложной и трудоемкой задачей — до сих пор.

Используя пару высокоскоростных камер и специальную компьютерную программу, исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв смогли одновременно отследить трехмерное движение 26 суставов ног таракана. Результаты опубликованы в онлайн-журнале PLoS ONE.

"Каждая нога делает что-то немного отличное, но в унисон", — пояснил ведущий автор исследования, постдок Джон Бендер. Чтобы понять всего один шаг, требуется синхронная картина того, что делает каждый сустав каждой ноги при движении вперед.

Новая технология позволила Бендеру и его коллегам впервые детально проанализировать, как таракан использует крошечный трамплинообразный вертлужно-бедренный сустав, расположенный между коротким тазиком и длинным бедром.

Анализ показал, что этот сустав уменьшает подпрыгивание при переносе веса тела вперед, а затем поворачивается, чтобы оторвать голень от земли в начале махового движения ноги.

Бендер, профессор биологии Рой Ритцман и студентка-исследователь Элейн Симпсон использовали синхронизированные высокоскоростные камеры для получения 3D-изображений суставов движущегося таракана. Камеры снимали со скоростью 500 кадров в секунду в течение 8 секунд.

Бендер разработал ПО, позволившее за несколько часов проанализировать 106 496 отдельных 3D-точек с точностью около 90%. По его оценке, старый метод анализа 3D-движения всех 26 суставов кадр за кадром занял бы не менее пары недель. Автоматизация большей части работы также позволила исключить субъективность визуального анализа каждого кадра.

Исследователи отмечают, что ПО может быть полезно другим ученым, изучающим движение насекомых. Программное обеспечение является бесплатным и открытым для использования и улучшений. Бендер и Ритцман уже применяют его для изучения изменений в координации при смене скорости ходьбы и поворотах.