AI-Phân tích hành vi NHP 3D được hỗ trợ|Kiểu hình hành vi không đánh dấu

Đánh giá hành vi là một trong những điểm cuối mang tính chức năng mang lại nhiều thông tin nhất trong nghiên cứu về loài linh trưởng không phải con người (NHP). Trong khoa học thần kinh và phát triển thuốc hệ thần kinh trung ương (CNS), những thay đổi trong chuyển động, tư thế, vận động và hành vi tự phát thường cung cấp các chỉ số sớm hơn và phù hợp hơn về mặt lâm sàng về tiến triển bệnh hoặc đáp ứng điều trị so với các phép đo sinh hóa thông thường.

Khi các nghiên cứu chuyển giao ngày càng tập trung vào các rối loạn thần kinh, các bệnh-trung gian miễn dịch, chứng đau mãn tính và liệu pháp gen, các nhà nghiên cứu yêu cầu các điểm cuối hành vi khách quan, có thể tái tạo và đủ nhạy cảm để phát hiện những thay đổi chức năng tinh tế. Tuy nhiên, các phương pháp tính điểm dựa trên quan sát-truyền thống thường dựa vào đánh giá thủ công hoặc hệ thống theo dõi dựa trên điểm đánh dấu- gây ra sự biến thiên, hạn chế thông lượng và có thể thay đổi hành vi của động vật tự nhiên.

Những tiến bộ gần đây trong thị giác máy tính và trí tuệ nhân tạo đã cho phép phân tích hành vi ba{0} chiều không cần đánh dấu, cho phép các nhà nghiên cứu định lượng các kiểu hình hành vi phức tạp với độ chính xác chưa từng có đồng thời giảm thiểu sự can thiệp của thử nghiệm.

Đánh giá hành vi từ lâu đã đóng vai trò là điểm cuối thiết yếu trong dược lý tiền lâm sàng. Tuy nhiên, các phương pháp tiếp cận thông thường phải đối mặt với một số hạn chế{1}}đã được thừa nhận rõ ràng.

Việc chấm điểm thủ công vốn mang tính chủ quan và thường khác nhau giữa những người quan sát. Hệ thống ghi lại chuyển động dựa trên điểm đánh dấu-yêu cầu điểm đánh dấu phản chiếu hoặc cảm biến đeo được có thể cản trở chuyển động tự nhiên hoặc gây ra phản ứng căng thẳng. Phân tích video hai{3} chiều cũng gặp khó khăn với tình trạng tắc nghẽn cơ thể, biến dạng phối cảnh và không thể tái tạo lại chính xác các chuyển động xảy ra bên ngoài một chế độ xem camera.

Những hạn chế này trở nên đặc biệt quan trọng ở các loài linh trưởng không phải con người, chúng có các hành vi phức tạp hơn đáng kể so với các mô hình loài gặm nhấm. Kiểm soát vận động tinh, chuyển đổi tư thế, hành vi chải chuốt, tương tác xã hội, gãi, leo trèo và các cử động phối hợp của chi thường xảy ra đồng thời và không thể mô tả đầy đủ bằng các phương pháp thông thường.

Khi các kỳ vọng pháp lý ngày càng nhấn mạnh đến các điểm cuối dược lực học định lượng và có thể tái tạo, các công nghệ phân tích hành vi tiên tiến hơn đang trở thành một thành phần quan trọng của nghiên cứu tịnh tiến.

Phân tích hành vi không cần điểm đánh dấu kết hợp việc thu thập nhiều-máy ảnh được đồng bộ hóa với ước tính tư thế dựa trên công nghệ học sâu-để tái tạo lại các chuyển động xương ba chiều-mà không gắn bất kỳ điểm đánh dấu vật lý nào vào động vật.

Thay vì dựa vào các cảm biến bên ngoài, thuật toán AI xác định các mốc giải phẫu trực tiếp từ hình ảnh video và liên tục ước tính tư thế cơ thể trong suốt thời gian ghi. Nhiều chế độ xem camera được đồng bộ hóa giúp giảm hiện tượng tắc nghẽn đồng thời cho phép tái tạo không gian ở cấp độ milimet-của các chuyển động của cơ thể.

Cách tiếp cận này mang lại một số lợi ích khoa học.

Vì không có điểm đánh dấu vật lý nào được đính kèm nên động vật có thể di chuyển tự nhiên với sự can thiệp tối thiểu từ thí nghiệm, làm giảm-các tạo tác hành vi liên quan đến căng thẳng. Phân tích tự động cũng loại bỏ phần lớn thành kiến ​​của người quan sát liên quan đến việc chấm điểm thủ công đồng thời cho phép tạo dữ liệu được tiêu chuẩn hóa giữa các nghiên cứu và phòng thí nghiệm.

Ngoài các phép đo vận động đơn giản, các hệ thống dựa trên AI{0}}có thể trích xuất các thông số động học, quỹ đạo chuyển động, góc khớp, chuyển đổi tư thế và chuỗi hành vi khó hoặc không thể định lượng theo cách thủ công. Những bộ dữ liệu đa chiều này cung cấp sự thể hiện phong phú hơn về chức năng thần kinh và đáp ứng điều trị.

Kiểu hình hành vi định lượng ngày càng trở nên có giá trị trong suốt quá trình phát triển thuốc.

Trong nghiên cứu khoa học thần kinh, phân tích 3D không đánh dấu hỗ trợ mô tả đặc điểm khách quan của kiểu hình bệnh trong các mô hình bệnh Parkinson, thiếu máu cục bộ não, động kinh, bệnh Huntington, chấn thương tủy sống và các rối loạn thần kinh khác. Việc theo dõi liên tục cho phép các nhà nghiên cứu đánh giá những thay đổi tinh vi trong dáng đi, tư thế, khả năng phối hợp, run và hoạt động tự phát theo thời gian.

Các tiêu chí hành vi cũng cung cấp bằng chứng dược lực học quan trọng trong quá trình nghiên cứu hiệu quả. Bằng cách so sánh hành vi cơ bản với các phép đo theo chiều dọc sau điều trị-, các nhà nghiên cứu có thể định lượng sự cải thiện chức năng, xác định mối quan hệ-phản ứng với liều lượng và hiểu rõ hơn về cơ chế điều trị.

Công nghệ này được áp dụng như nhau ngoài các chỉ định CNS truyền thống. Các rối loạn liên quan đến đau mãn tính, ngứa, viêm hoặc rối loạn chức năng thần kinh cơ thường tạo ra các dấu hiệu hành vi đặc trưng mà giờ đây có thể đo lường một cách khách quan bằng cách sử dụng phân tích tự động.

Vì các loài linh trưởng không phải con người có chung chức năng vận động và giải phẫu thần kinh được bảo tồn cao với con người nên các tập dữ liệu hành vi định lượng này có thể cung cấp mức độ liên quan tịnh tiến cao hơn so với các phép đo tương đương thu được trong mô hình loài gặm nhấm.

Để hỗ trợ các điểm cuối hành vi ngày càng phức tạp trong các nghiên cứu về loài linh trưởng không phải con người, Prisys Biotech đã thiết lập mộtAI-đã hỗ trợ phân tích hành vi 3D không cần đánh dấuquy trình làm việc trong nền tảng nghiên cứu chuyển đổi của nó. Giải pháp được triển khaiphối hợp với Bayone, tích hợp thị giác máy tính nâng cao và phân tích hành vi dựa trên AI-vào các nghiên cứu dược lý tiền lâm sàng, đồng thời cho phép Prisys tập trung vào việc thực hiện nghiên cứu, lập mô hình bệnh, tích hợp dữ liệu và diễn giải tịnh tiến.

Quy trình công việc kết hợp việc thu thập video nhiều-xem được đồng bộ hóa, tái tạo tư thế ba-chiều, nhận dạng hành vi tự động và báo cáo hành vi định lượng. Hơn 20 điểm chính về mặt giải phẫu có thể được theo dõi đồng thời, cho phép phân tích chi tiết về quỹ đạo chuyển động, tư thế, vận động, leo trèo, đứng, treo người, chải chuốt, gãi và các hành vi tự phát khác. Những khả năng này nhất quán với khung kỹ thuật được mô tả cho nền tảng phân tích hành vi NHP dựa trên AI{4}}.

Điều quan trọng là Prisys áp dụng khả năng này nhưmột phần của nghiên cứu dược lý tích hợp chứ không phải là phần mềm độc lập, kết hợp phân tích hành vi với các mô hình bệnh tật, đánh giá PK/PD, hình ảnh lâm sàng, bệnh lý, đánh giá dấu ấn sinh học và giải thích thống kê.

Một ví dụ về quy trình cộng tác này là việc đánh giá tự động hành vi gãi bệnh lý trong các nghiên cứu về bệnh ngứa không phải ở loài linh trưởng.

Bằng cách sử dụng tính năng theo dõi-chế độ xem đa dạng, ước tính tư thế ba chiều-và nhận dạng hành vi dựa trên luồng quang học-, các giai đoạn cào xước có thể được phát hiện tự động và định lượng với tính nhất quán cao. Thay vì chỉ dựa vào quan sát thủ công, các nhà nghiên cứu thu được các phép đo tiêu chuẩn về tần suất gãi, thời gian và động lực hành vi, cung cấp các điểm cuối dược lực học khách quan để đánh giá các liệu pháp chống ngứa.

Quy trình làm việc hành vi này bổ sung cho Prisys'IL-Mô hình ngứa linh trưởng không phải do con người gây ra, hỗ trợ đánh giá tịnh tiến các phương pháp trị liệu chống ngứa và miễn dịch thần kinh mới.

Trí tuệ nhân tạo đang chuyển đổi kiểu hình hành vi từ quan sát chủ quan thành dấu ấn sinh học kỹ thuật số định lượng. Khi việc phát triển thuốc ngày càng chú trọng đến các kết quả chức năng, theo dõi theo chiều dọc và khả năng dự đoán tịnh tiến, phân tích hành vi ba chiều không đánh dấu được kỳ vọng sẽ trở thành một thành phần ngày càng quan trọng của nghiên cứu khoa học thần kinh tiền lâm sàng.

Khi được tích hợp với các mô hình bệnh linh trưởng không phải{0}}ở người, hình ảnh lâm sàng-, phân tích PK/PD và dấu ấn sinh học phân tử, kiểu hình hành vi được hỗ trợ bởi AI- cho phép hiểu biết toàn diện hơn về hiệu quả điều trị đồng thời cải thiện giá trị chuyển đổi của các nghiên cứu tiền lâm sàng.

Tại Prisys Biotech, khả năng này được tích hợp vào các chương trình nghiên cứu chuyển đổi đa ngành thông qua sự cộng tác với các đối tác công nghệ chuyên ngành, cho phép các nhà tài trợ tiếp cận các điểm cuối hành vi định lượng, được tiêu chuẩn hóa như một phần của các nghiên cứu dược lý học linh trưởng không{0}}tích hợp ở con người.

Liên hệ với Prisys Biotech