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Shape Mode Analysis Exposes Movement Patterns in Biology: Flagella and Flatworms as Case Studies

机译:形状模式分析揭示了生物学中的运动模式:鞭毛和扁虫作为案例研究

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摘要

We illustrate shape mode analysis as a simple, yet powerful technique to concisely describe complex biological shapes and their dynamics. We characterize undulatory bending waves of beating flagella and reconstruct a limit cycle of flagellar oscillations, paying particular attention to the periodicity of angular data. As a second example, we analyze non-convex boundary outlines of gliding flatworms, which allows us to expose stereotypic body postures that can be related to two different locomotion mechanisms. Further, shape mode analysis based on principal component analysis allows to discriminate different flatworm species, despite large motion-associated shape variability. Thus, complex shape dynamics is characterized by a small number of shape scores that change in time. We present this method using descriptive examples, explaining abstract mathematics in a graphic way.
机译:我们将形状模式分析说明为一种简单而强大的技术,以简洁地描述复杂的生物形状及其动力学。我们表征拍打鞭毛的起伏弯曲波,并重建鞭毛振荡的极限周期,尤其要注意角度数据的周期性。作为第二个例子,我们分析了滑扁虫的非凸边界轮廓,这使我们能够揭示可能与两种不同运动机制有关的定型身体姿势。此外,尽管与运动相关的形状差异很大,但基于主成分分析的形状模式分析仍可以区分不同的扁虫种类。因此,复杂的形状动力学的特征在于少量随时间变化的形状分数。我们使用描述性示例介绍此方法,以图形方式说明抽象数学。

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