Motion from the past. A new method to infer vestibular capacities of extinct species

The vestibular system detects head movement in space and maintains visual and postural stability. The semicircular canal system is responsible for registering head rotation. How it responds to head rotation is determined by the rotational axis and the angular acceleration of the head, as well as the sensitivity and orientation of each semicircular canal. The morphological parameters of the semicircular canals are supposed to allow an optimal detection of head rotations induced by some behaviours, especially locomotor. We propose a new method of semicircular canal analysis, based on the computation of central streamlines of virtually reconstructed labyrinths. This method allows us to ascertain the functional structure of the semicircular canal system and to infer its capacity to detect particular head rotations, induced by particular behaviours. In addition, this method is well-suited for datasets provided by any kind of serial sectioning methods, from MRI to μCT scanning and even mechanical serial sectioning, of extant and extinct taxa.

RésuméLe système vestibulaire permet de détecter les mouvements de la tête dans l’espace et de maintenir un équilibre visuel et postural. Le système des canaux semi-circulaires est responsable de la détection des rotations de la tête. La façon dont il répond aux rotations est déterminée par l’axe de rotation et l’accélération angulaire de la tête, ainsi que par la sensibilité et l’orientation de chaque canal semi-circulaire. Les paramètres morphologiques des canaux semi-circulaires sont supposés permettre une détection optimale des rotations de la tête induites par certains comportements, en particulier locomoteurs. Nous proposons une nouvelle méthode d’analyse des canaux semi-circulaires, basée sur le calcul de lignes de flux centrales, à partir de reconstructions virtuelles de labyrinthes. Cette méthode permet de déterminer la structure fonctionnelle du système des canaux semi-circulaires et d’en déduire sa capacité à détecter des rotations de tête induites par des comportements particuliers. Elle est applicable à des jeux de données issus de tout type de méthodes de sections sériées, de l’IRM aux scanners μCT en passant par le sectionnement sérié mécanique, et ce, pour des taxons actuels et éteints.