DOI: https://doi.org/10.1038/s41684-026-01695-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41787090
تاريخ النشر: 2026-03-05
المؤلف: Oliver Sturman وآخرون
الموضوع الرئيسي: علم الأدوية البيطرية والتخدير
نظرة عامة
تقدم البحث GrimACE، أداة مبتكرة مؤتمتة لمراقبة الألم والرفاهية في الفئران، مما يعالج قيود التقييمات النوعية والذاتية الحالية في اختبار الحيوانات. باستخدام رؤية الكمبيوتر، يقوم GrimACE بإجراء تقييمات مقياس تعبير الفأر (MGS) وتقدير الوضع في بيئة محكومة. تم إجراء التحقق من صحة النظام من خلال تحليل الألم بعد عمليات فتح الجمجمة تحت نظامين من المسكنات، مما يكشف عن ارتباط قوي بين درجات MGS التي حددها الخبراء البشر ودرجات MGS المؤتمتة (معامل بيرسون = 0.87).
تشير النتائج إلى أنه يمكن اكتشاف الألم المعتدل لمدة تصل إلى 48 ساعة بعد الجراحة، حيث أن كل من جرعة واحدة من الميلوكسكام (5 ملغ/كغ تحت الجلد) ونظام البوبرينورفين (0.1 ملغ/كغ) المدمج مع الميلوكسكام يوفران إدارة فعالة للألم. ومن الجدير بالذكر أن الفئران التي تم علاجها بالبوبيرينورفين والميلوكسكام أظهرت زيادة في الحركة بعد أربع ساعات من الجراحة، مما يشير إلى فرط النشاط، وهو تأثير جانبي شائع للأفيونيات، إلى جانب فقدان وزن كبير مقارنة بمجموعة الميلوكسكام فقط. بالإضافة إلى ذلك، تظهر الدراسة أن GrimACE يسمح بإجراء قياسات متكررة دون الحاجة إلى التكيف، مما يضمن مراقبة متسقة ومعيارية للتعافي بعد الجراحة.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، تم قياسه بزيادة متوسطة قدرها X وحدات (مع انحراف معياري قدره Y)، مدعومًا بمستويات الثقة التي لا تشمل الصفر. تساهم هذه النتائج في الجسم المعرفي القائم من خلال تقديم دليل تجريبي يدعم الفرضية المقترحة، مما يشير إلى آثار محتملة للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية في المجال المعني.
المناقشة
يمثل نظام GrimACE حلاً شاملاً للأجهزة والبرامج مصممًا للحصول على الصور ومعايرتها بشكل موحد لمقاييس تعبير الفأر (MGS) جنبًا إلى جنب مع تقدير الوضع. يتميز بإطار مخصص من الألمنيوم ومكونات مطبوعة ثلاثية الأبعاد تسهل وضع الكاميرات والإضاءة داخل ساحة أكريليك. يسمح تطبيق GrimACE للمستخدمين بتكوين معلمات الاختبار ويوفر فحوصات جودة في الوقت الفعلي أثناء تقييم MGS. يستخدم الإطار الأساسي للتعلم الآلي سلسلة من الشبكات العصبية لتقدير الوضع وتقييم MGS، محققًا دقة عالية من خلال تدريب مكثف على مجموعات بيانات موضحة. أظهرت تجارب التحقق الأولية أن GrimACE يمكنه اكتشاف مستويات الألم بعد الجراحة في الفئران بشكل فعال، مما يكشف عن اختلافات كبيرة في درجات MGS بين العلاجات المسكنة، حتى عندما فشلت التقييمات التقليدية بجانب القفص في الإشارة إلى عدم الراحة.
أكدت مزيد من التحقق من خلال تجارب مكررة قدرة GrimACE على التقاط التغيرات السلوكية الدقيقة واستجابات الألم بعد الجراحة. أظهر نظام تقييم MGS المؤتمت ارتباطًا قويًا مع تقييمات الخبراء، على الرغم من أن التباين بين المقيمين البشريين يبرز الحاجة إلى تدريب موحد. تؤكد الدراسة على أهمية دمج التقييم المؤتمت مع التحليل السلوكي لتعزيز اكتشاف الألم في القوارض المختبرية، مما يشير إلى أن نظام GrimACE يمكن أن يحسن بشكل كبير مراقبة الرفاهية من خلال توفير تقييمات موثوقة وموضوعية للألم وعدم الراحة في بيئات البحث.
القيود
تنشأ قيود هذه الدراسة بشكل أساسي من تركيزها على ذكور الفئران C57BL/6 بسبب التجارب المخبرية الجارية، مما يحد من تعميم النتائج على الإناث. تشير الأبحاث السابقة إلى أن استجابات الألم وفعالية المسكنات متشابهة عبر الجنسين؛ ومع ذلك، فإن نقص البيانات حول الفئران الإناث يتطلب مزيدًا من التحقق من صحة نظام تقييم MGS المؤتمت في كلا الجنسين. بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار الإعداد الحالي حصريًا تحت ظروف تخفيف الألم الفعالة، مما أدى إلى مستويات منخفضة من الألم، مما يحد من قابلية تطبيق النتائج على السيناريوهات التي تتضمن ألمًا أكثر حدة.
تم تصميم نظام تقييم MGS المؤتمت للمرونة ولا يتضمن تحيزات تجاه مناطق الوجه المحددة، مما يسمح له بأخذ في الاعتبار ميزات الوجه المختلفة التي قد لا تكون موثقة في MGS. بينما نجح النظام في اكتشاف التغيرات في درجات التعبير بعد الجراحة، فإنه يتطلب تدريبًا إضافيًا على ظروف متنوعة، مثل فقدان الشعر أو الإفراط في العناية، لضمان تقييم موثوق. على الرغم من التحقق منه فقط لفئران C57BL/6، يمكن أن يتم تعديل النظام ليشمل سلالات أخرى مع بيانات تدريب كافية. قد تشمل التطورات المستقبلية دمج نظام مراقبة الرفاهية هذا في أقفاص المنزل لتقييمات أقل تدخلاً، على الرغم من أن القيود الحالية في التقييمات بجانب القفص تبرز الفوائد الفورية للإعداد الحالي في تحسين رفاهية الحيوانات.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41684-026-01695-9
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41787090
Publication Date: 2026-03-05
Author(s): Oliver Sturman et al.
Primary Topic: Veterinary Pharmacology and Anesthesia
Overview
The research presents GrimACE, an innovative automated tool for monitoring pain and welfare in mice, addressing the limitations of current qualitative and subjective assessments in animal testing. Utilizing computer vision, GrimACE performs mouse grimace scale (MGS) assessments and pose estimation in a controlled environment. Validation of the system was conducted through analysis of pain following craniotomies under two analgesia regimes, revealing a strong correlation between human-expert and automated MGS scores (Pearson’s r = 0.87).
The findings indicate that moderate pain can be detected for up to 48 hours post-surgery, with both a single dose of meloxicam (5 mg/kg subcutaneously) and a regimen of buprenorphine (0.1 mg/kg) combined with meloxicam providing effective pain management. Notably, mice treated with buprenorphine and meloxicam exhibited increased movement four hours post-surgery, suggesting hyperactivity, a common side effect of opioids, alongside significant weight loss compared to the meloxicam-only group. Additionally, the study demonstrates that GrimACE allows for repeated measurements without the need for habituation, ensuring consistent and standardized monitoring of postoperative recovery.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied led to a measurable improvement in the dependent variable, quantified by a mean increase of X units (with a standard deviation of Y), further supported by confidence intervals that do not include zero. These findings contribute to the existing body of knowledge by providing empirical evidence that supports the proposed hypothesis, indicating potential implications for future research and practical applications in the relevant field.
Discussion
The GrimACE system represents a comprehensive hardware and software solution designed for standardized image acquisition and scoring of mouse grimace scales (MGS) alongside pose estimation. It features a custom aluminum frame and 3D-printed components that facilitate the positioning of cameras and lighting within an acrylic arena. The GrimACE app allows users to configure test parameters and provides real-time quality checks during MGS scoring. The underlying machine learning framework employs a series of neural networks for pose estimation and MGS scoring, achieving high accuracy through extensive training on annotated datasets. Initial validation experiments demonstrated that the GrimACE could effectively detect postoperative pain levels in mice, revealing significant differences in MGS scores between analgesic treatments, even when traditional cage-side assessments failed to indicate discomfort.
Further validation through replicated experiments confirmed the ability of GrimACE to capture subtle behavioral changes and pain responses post-surgery. The automated MGS scoring system showed strong correlation with expert ratings, although variability among human raters highlighted the need for standardized training. The study emphasizes the importance of combining automated scoring with behavioral analysis to enhance the detection of pain in laboratory rodents, suggesting that the GrimACE system could significantly improve welfare monitoring by providing reliable, objective assessments of pain and discomfort in research settings.
Limitations
The limitations of this study primarily stem from its focus on male C57BL/6 mice due to ongoing laboratory experiments, which restricts the generalizability of findings to female subjects. Previous research indicates that pain responses and analgesic efficacy are similar across sexes; however, the lack of data on female mice necessitates further validation of the automated MGS scoring system in both sexes. Additionally, the current setup was tested exclusively under conditions of effective analgesia, resulting in low pain levels, which limits the applicability of the findings to scenarios involving more severe pain.
The automated MGS scoring system is designed for flexibility and does not incorporate biases towards specific facial regions, allowing it to account for various facial features that may not be codified in the MGS. While the system successfully detected changes in grimace scores post-surgery, it requires additional training on diverse conditions, such as hair loss or overgrooming, to ensure reliable scoring. Although validated only for C57BL/6 mice, the system could potentially be adapted for other strains with sufficient training data. Future developments may include integrating this welfare monitoring system into home cages for less intrusive assessments, although current limitations in cage-side evaluations highlight the immediate benefits of the existing setup for improving animal welfare.