鱼类椎骨关节的形态学、运动学与力学研究

【项目介绍】 本项目以鱼类为模型系统，探索人类脊柱的工作原理，以期更长久地保持脊柱健康。在本项目期间，您将学习跨学科技能——涵盖解剖学、计算机动画、力学建模——为未来在生物学、工程学和医学交叉领域的职业生涯做准备。

我们依赖健康的关节来保持活力、独立和高效。脊柱关节（椎间关节）的疾病尤其具有破坏性，背痛和相关疾病影响着数百万人。寻找更好的方法来保护和修复脊柱关节仍然是一项重大挑战。

鱼类已成为研究脊柱关节和骨骼疾病的重要模型，然而我们对鱼类正常脊柱力学的了解仍然有限。迄今为止的大多数研究都集中在斑马鱼上，其体型较小且脊柱相对均一，难以研究脊柱形状对运动和关节功能的相互作用。

本项目使用新的鱼类物种（如躄鱼）作为模型，研究软组织关节组织和椎骨在脊柱运动中的作用。与斑马鱼相比，躄鱼的椎骨更大，沿脊柱形状变化多样，并能进行三维弯曲。您将结合三维生物成像、计算机动画和力学建模，揭示该物种椎间关节的力学特性。

【假设】 关节内软组织和骨性椎骨的相互作用决定了脊柱如何弯曲以及对肌肉力量的响应。如果如此，那么脊柱各处关节解剖结构的变化应该导致关节活动度的变化。

【研究目标】 您将以鱼类为模型，研究椎间关节的三维（3D）形状和运动。

1. 重建椎间关节的详细形态。您将使用计算机断层扫描（CT）和磁共振成像（MRI）等生物成像技术，创建椎间关节骨骼和软组织的三维数字模型。您将比较关节的三维解剖结构，发现从头到尾脊柱各处关节形态如何变化。

2. 测量椎间关节的最大可能活动度。您将操作物理标本或数字模型，确定每个椎间关节的骨骼和软组织所允许的最大三维运动范围。该运动范围设定了自然行为期间可能实现的最大理论脊柱姿势。您将记录关节活动度的大小和方向如何变化，并测试这是否与关节形状的变化相对应。

3. 测试鱼类椎间关节如何响应弯曲力。您将创建脊柱的有限元模型——包括椎间关节——并模拟这些关节在自然行为期间可能经历的肌肉力量。这将揭示关节如何抵抗或允许特定方向的脊柱弯曲，并突出显示脊柱可能容易受伤的区域。

【研究意义】 这项工作将提高我们对椎间关节形状如何决定脊柱三维运动的理解。在健康鱼类中建立脊柱的结构-运动关系将是构建更好的人类背痛和疾病模型的第一步。

【申请材料】 申请本项目，请将您的简历和求职信（见下方指南）、项目标题和参考编号发送至 Ariel Camp：Ariel.Camp@liverpool.ac.ukk

申请将进行非正式审核，可能包括面试。如果确定申请者适合该项目，申请者将被要求通过利物浦大学申请门户提交正式申请。

求职信应包括：

1. 这个项目给您带来的启发：告诉我们您为什么对这个特定项目感兴趣；您对哪些方面（如主题、方法、培训等）感到兴奋？
2. 描述您的技能如何匹配必要的——以及任何理想的——申请者资格，以及您如何在博士期间运用这些技能：这可以包括与该特定项目或一般博士学位相关的学术技能/经验，以及您在博士期间将运用的来自非学术生活的可迁移技能/经验。
3. 您在科学研究方面的经验或热情的例子：我们希望了解您为参与研究所做的任何努力。例子可以包括：为部门/大学/就业文化或外展项目做出贡献、共同撰写出版物、获得资助、参与假期实验室或野外项目、克服重大生活障碍完成学业，或选择研究型或相关工作如技术角色。这不是详尽的列表；我们对任何相关例子都感兴趣。

【参考文献】 Camp, A. L. (2021). A neck-like vertebral motion in fish. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 288, 20211091. https://doi.org/10.1098/rspb.2021.1091

Newham, E., Kague, E., Aggleton, J.A., Fernee, C., Brown, K.R. and Hammond, C.L., 2019. Finite element and deformation analyses predict pattern of bone failure in loaded zebrafish spines. Journal of The Royal Society Interface, 16(160), p.20190430. https://doi.org/10.1098/rsif.2019.0430