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Inertial Measurement of Head Tilt in Rodents: Principles and Applications to Vestibular Research

Authors :
Pauline Liaudet
Lionel Reveret
Mathieu Petremann
Romain Fayat
Guillaume P. Dugué
Vincent Descossy
Viviana Delgado Betancourt
Thibault Goyallon
Dugué, Guillaume
Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS)
Département de Biologie - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Mathématiques Appliquées Paris 5 (MAP5 - UMR 8145)
Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions (INSMI)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
Sensorion [Montpellier]
Calcul des Variations, Géométrie, Image (CVGI)
Laboratoire Jean Kuntzmann (LJK)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)
ANR-20-CE37-0016,InVest,Circuits vestibulo-cérébelleux impliqués dans la cognition spatiale(2020)
Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département de Biologie - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Mathématiques et de leurs Interactions (INSMI)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Paris (UP)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris
Source :
Sensors, Sensors, 2021, 21 (18), pp.6318. ⟨10.3390/s21186318⟩, Volume 21, Issue 18, Sensors, MDPI, 2021, 21 (18), pp.6318. ⟨10.3390/s21186318⟩, Sensors (Basel, Switzerland), Sensors, Vol 21, Iss 6318, p 6318 (2021)
Publication Year :
2021
Publisher :
HAL CCSD, 2021.

Abstract

Inertial sensors are increasingly used in rodent research, in particular for estimating head orientation relative to gravity, or head tilt. Despite this growing interest, the accuracy of tilt estimates computed from rodent head inertial data has never been assessed. Using readily available inertial measurement units mounted onto the head of freely moving rats, we benchmarked a set of tilt estimation methods against concurrent 3D optical motion capture. We show that, while low-pass filtered head acceleration signals only provided reliable tilt estimates in static conditions, sensor calibration combined with an appropriate choice of orientation filter and parameters could yield average tilt estimation errors below 1.5∘ during movement. We then illustrate an application of inertial head tilt measurements in a preclinical rat model of unilateral vestibular lesion and propose a set of metrics describing the severity of associated postural and motor symptoms and the time course of recovery. We conclude that headborne inertial sensors are an attractive tool for quantitative rodent behavioral analysis in general and for the study of vestibulo-postural functions in particular.

Details

Language :
English
ISSN :
14248220
Database :
OpenAIRE
Journal :
Sensors, Sensors, 2021, 21 (18), pp.6318. ⟨10.3390/s21186318⟩, Volume 21, Issue 18, Sensors, MDPI, 2021, 21 (18), pp.6318. ⟨10.3390/s21186318⟩, Sensors (Basel, Switzerland), Sensors, Vol 21, Iss 6318, p 6318 (2021)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....af5f8549a8ea8a4f8a8051160968b360
Full Text :
https://doi.org/10.3390/s21186318⟩