Érase una vez, no hace mucho, científicos como Casey Holliday necesitaban bisturíes, tijeras e incluso sus propias manos para realizar investigaciones anatómicas. Pero ahora, con los avances tecnológicos recientes, Holliday y sus colegas de la Universidad de Missouri están utilizando la inteligencia artificial (IA) para mirar dentro de un animal o una persona, hasta una sola fibra muscular, sin siquiera hacer un corte.

Érase una vez, no hace mucho, científicos como Casey Holliday necesitaban bisturíes, tijeras e incluso sus propias manos para realizar investigaciones anatómicas. Pero ahora, con los avances tecnológicos recientes, Holliday y sus colegas de la Universidad de Missouri están utilizando la inteligencia artificial (IA) para mirar dentro de un animal o una persona, hasta una sola fibra muscular, sin siquiera hacer un corte.

Holliday, profesor asociado de patología y ciencias anatómicas, dijo que su laboratorio en la Facultad de Medicina de MU es uno de los pocos laboratorios en todo el mundo que actualmente utilizan este enfoque de alta tecnología.

La IA puede enseñar a los programas de computadora a identificar una fibra muscular en una imagen, como en una tomografía computarizada. Luego, los investigadores pueden usar esos datos para desarrollar modelos informáticos 3D detallados de los músculos para comprender mejor cómo trabajan juntos en el cuerpo para el control motor, dijo Holliday.

Holliday y algunos de sus alumnos actuales y anteriores hicieron precisamente eso recientemente cuando comenzaron a estudiar la fuerza de mordedura de un cocodrilo.

«Lo que es único acerca de las cabezas de cocodrilo es que son planas, y la mayoría de los animales que evolucionaron para morder muy fuerte, como las hienas, los leones, los tiranosaurios e incluso los humanos, tienen cráneos realmente grandes porque todos esos músculos de la mandíbula están alineados verticalmente». ”, dijo Holiday. «Están diseñados para ejercer una gran fuerza de mordida vertical en todo lo que comen. Pero los músculos de un cocodrilo son más horizontales”.

Los modelos 3D de la arquitectura muscular podrían ayudar al equipo a determinar cómo se alinean los músculos de las cabezas de cocodrilo para aumentar su poder de mordida. Ayudando a liderar este esfuerzo está uno de los antiguos alumnos de Holliday, Kaleb Sellers, que ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Chicago.

«Los músculos de la mandíbula se han estudiado durante mucho tiempo en los mamíferos con la suposición de que los descriptores relativamente simples de la anatomía muscular pueden decir mucho sobre la función craneal», dijo Sellers. «Este estudio demuestra la complejidad de la anatomía de los músculos de la mandíbula en un grupo de reptiles».

El laboratorio de Holliday comenzó a experimentar con imágenes en 3D hace unos años. Algunos de sus primeros hallazgos se publicaron con un estudio en 2019 Biología Integrativa de Organismos mostrando el desarrollo de un modelo 3D de los músculos esqueléticos en un estornino europeo.

Transición a un mundo digital

Históricamente, dijo Holliday, la investigación anatómica, y gran parte de lo que hizo en su juventud, implicó la disección de animales con un bisturí o tijeras, o lo que él llama un enfoque «analógico». Se le presentaron por primera vez los beneficios del uso de imágenes digitales para estudiar anatomía cuando se unió al proyecto Sue the T. rex a fines de la década de 1990. Hasta la fecha, sigue siendo uno de los especímenes más grandes y mejor conservados de un Tyrannosaurus rex jamás descubierto.

Holliday recuerda el momento en que el cráneo gigante del T. rex fue transportado al laboratorio de campo de Santa Susana de Boeing en California para ser fotografiado en uno de los escáneres CAT gigantes de la compañía aeroespacial, que generalmente se usa para escanear motores a reacción utilizados en aviones comerciales.

«En ese momento, era el único escáner CAT en el mundo que era lo suficientemente grande como para caber dentro del cráneo de un tiranosaurio rex y también tenía la potencia necesaria para enviar rayos X a través de las rocas», dijo Holiday. «Cuando terminé la universidad, quería ser técnico en radiología, pero con el proyecto de Sue, aprendí todo acerca de cómo toman esta cosa, y eso realmente me intrigó».

En estos días, Holliday dice que muchos de sus estudiantes actuales y anteriores en MU están aprendiendo a comprender la anatomía utilizando los métodos de modelado e imágenes «de vanguardia» que él y sus colegas están desarrollando. Una de esas estudiantes es Emily Lessner, una joven graduada de MU que desarrolló su pasión por los «animales muertos hace mucho tiempo» trabajando en el laboratorio de Holliday.

“El proceso de digitalización no solo es útil para nuestro laboratorio y nuestra investigación”, dijo Lessner. «Hace que nuestro trabajo se pueda compartir con otros investigadores para acelerar el progreso científico, y también podemos compartirlo con el público como herramientas educativas y de conservación». En particular, mi trabajo que analiza los tejidos blandos y los correlatos óseos de estos animales no solo ha planteado cientos de preguntas futuras por responder, sino que también ha revelado muchas incógnitas. Al hacerlo, no solo he adquirido habilidades de imagen que me ayudarán en mi trabajo futuro, sino que ahora tengo más de una carrera que vale la pena explorar”.

También hay planes en marcha, según Holliday, para llevar sus modelos anatómicos en 3D un paso más allá al estudiar cómo evolucionaron las manos humanas a partir de sus ancestros evolutivos. El proyecto, que todavía está en pañales, recibió recientemente una subvención de la Fundación Leakey. El proyecto de Holliday incluye a dos de sus colegas en MU, Carol Ward, Profesora Distinguida de Curators de Patología y Ciencias Anatómicas, y Kevin Middleton, Profesor Asociado de Ciencias Biológicas.

Si bien alrededor del 90 % de la investigación realizada en el laboratorio de Holliday implica examinar cosas que existen en el mundo moderno, dijo que los datos recopilados también pueden informar el registro fósil, así como proporcionar conocimientos adicionales sobre cómo se movía y funcionaba el T. rex.

«Con una mejor comprensión de la anatomía muscular real, realmente podemos descubrir cómo el tiranosaurio rex podría estar realizando controles motores realmente finos y comportamientos más matizados como la fuerza de mordida y los comportamientos de alimentación», dijo Holliday.

Nota del editor:

«Nuevas fronteras en la imagenología, anatomía y mecánica de los músculos de la mandíbula de cocodrilo», se publicó en El registro anatómico. Otros autores incluyen a Kaleb Sellers, Emily Lessner, Kevin Middleton y Conner Verhulst de MU, Corrine Cranor de la Escuela de Minas y Tecnología de Dakota del Sur, Stephan Lautenschlager de la Universidad de Birmingham y Matthew Brown y Matthew Colbert de la Universidad de Texas. austin La financiación provino de subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias (EAR/SEB 1631684, NSF IOS PMB 1457319, EAR-1762458 y DBI-1902242), la Junta de Investigación de Missouri, el Consejo de Investigación de la Universidad de Missouri y la Escuela de Geociencias de Jackson Geología Base. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no refleja necesariamente la opinión oficial de las agencias financiadoras.


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