Experimentele Evaluatie van de muis Gezelligheid behulp van een geautomatiseerd Beeldverwerking Approach
Summary
Dit protocol beschrijft een werkwijze voor muis sociability kwantificeren. Muizen worden gefilmd als ze bewegen en interactie in een speciale kooi. Filmbewerking maakt de automatische kwantificering van sociability met uitstekende nauwkeurigheid en betrouwbaarheid.
Abstract
Mouse is de geprefereerde modelorganisme voor het testen van drugs ontworpen om gezelligheid te verhogen. We presenteren een methode om muis sociability waar de proef muis wordt in een gestandaardiseerde inrichting en relevante gedragingen worden beoordeeld in drie verschillende sessies (zogenaamde sessie I, II en III) te kwantificeren.
De inrichting heeft drie compartimenten (zie figuur 1), de linker en rechter compartimenten bevatten een omgekeerde beker die een muis (genaamd "stimulus mouse") kunnen huisvesten.
In sessie I, wordt de test muis geplaatst in de kooi en de mobiliteit wordt gekenmerkt door het aantal overgangen tussen compartimenten. In sessie II, is een stimulans muis onder een van de omgekeerde bekers geplaatst en de gezelligheid van de test muis wordt gekwantificeerd door de hoeveelheid tijd die het besteedt in de buurt van de beker met de meegeleverde stimulus muis ten opzichte van de lege omgekeerde cup. In sessie III, zijn de omgekeerde koppen verwijderd van een d beide muizen interageren vrij. De sociability van de testmuis zitting III wordt gekwantificeerd door het aantal sociale benaderingen maakt naar de stimulus muis en het aantal keren dat vermijdt sociale benadering van de stimulus muis.
De automatische evaluatie van de film detecteert de neus van de testmuis, waarbij de vaststelling van alle beschreven sociability maatregelen sessie I en II kunnen (in zitting III, worden benaderingen automatisch geïdentificeerd maar handmatig geclassificeerd). Om de neus te vinden, wordt het beeld van een lege kooi digitaal afgetrokken van elk frame van de film en het resulterende beeld wordt gebinariseerd om de muis pixels te identificeren. De staart muis wordt automatisch verwijderd en de twee verst verwijderde punten van de resterende muis worden bepaald; deze dicht bij de neus en de basis van de staart. Door het analyseren van de beweging van de muis en het gebruik continuïteit argumenten, is de neus geïdentificeerd.
"Figuur 1" src = "/ files / ftp_upload / 52508 / 52508fig1.jpg" />
Figuur 1. Beoordeling van Gezelligheid Gedurende 3 sessies Sessie I (boven):.. Acclimatisering test muis om de kooi Session II (midden):. Test muis bewegen vrij in de kooi, terwijl de prikkel muis is ingesloten in een omgekeerde cup Session III (onder): Zowel testmuis en stimulus muis vrij kunnen bewegen en met elkaar.
Introduction
Gestoorde gezelligheid is een van de belangrijkste symptoom domeinen in een reeks van neurologische stoornissen, waaronder autisme spectrum stoornissen (ASS) 1,2. Het beperkt ernstig het vermogen van de patiënten om relaties te ontwikkelen en sterk van invloed op de patiënten, families en verzorgers 2,3.
In een poging om beter inzicht in de onderliggende mechanisme verminderde gezelligheid en het ontwikkelen van behandelingen, zijn er verschillende muismodellen onderzocht 1,4-9. Een dergelijke stam is de BALB / c muis, een ingeteelde stam die opvallend laag sociability vertoont, lijkt functies bij patiënten met ASD5 8-12. Bijvoorbeeld, de BALB / c muis geeft een lagere frequentie van sociale benaderingen en meestal negatieve reactie op sociale benaderingen door een stimulus muis (bijvoorbeeld sociale vermijding) dan de Zwitserse Webster comparator 10 stam.
Om te testen of een voorgestelde behandeling is effective in het verhogen van gezelligheid, zijn objectieve maatregelen noodzakelijk. Een algemeen aanvaard raamwerk is de gezelligheid gestandaardiseerde inrichting met drie compartimenten ervan (zie figuur 1).
De links en rechts vakken bevatten elk een omgekeerde draad beker die een maatschappelijk saillante stimulus muis herbergt. De testmuis wordt vrijgegeven in de inrichting voor drie intervallen van 10 min (sessies I-III); sessie Ik beoordeelt de bewegingsactiviteit van de test muis, terwijl sessies II en III de verschillende aspecten van de gezelligheid van de test muis te beoordelen.
In sessie I, wordt de test muis mogen wennen aan de inrichting. In deze sessie wordt het aantal overgangen die de testmuis maakt tussen de verschillende compartimenten gemeten. Belangrijk is verkregen gezelligheid maatregelen in de standaard drie compartimenten inrichting zijn afhankelijk van bewegingsactiviteit en verminderde bewegingsactiviteit kan interpretatie van soci beschamenvermogen data.
In sessie II, wordt de test muis vrij bewegen en een stimulans muis is onder één van de omgekeerde cups geplaatst (gecompenseerd). De stimulus muizen 4 weken oude gekruiste mannelijke ICR-muizen, leeftijd en geslacht gematchte aan de proefmuizen. De stimulus muis is omsloten door een omgekeerde beker in de als sociaal compartiment kant en een lege omgekeerde beker wordt geplaatst in de als de nonsocial compartiment kant. In sessie II, is de gezelligheid van de test muis gekwantificeerd door de tijd die het besteedt in de buurt van de 'sociale' omgekeerde cup (minder dan 2 cm afstand) versus de tijd doorbrengt in de buurt van de "asociale" omgekeerde cup te vergelijken, en tegen de tijd het besteedt in de sociale ruimte ten opzichte van de tijd doorbrengt in de nonsocial compartiment. Swiss Webster muizen vergelijker besteden aanzienlijk meer tijd in de sociale compartiment en nabij de sociale omgekeerde beker vergeleken met BALB / c muizen die geen significante voorkeur tonen voor de socialeomgekeerde cup of de sociale compartiment 12.
In sessie III, worden test- en stimulus muizen toegestaan om vrij te communiceren (omgekeerde kopjes worden verwijderd). Maatregelen van gezelligheid, stereotiep gedrag en overgangen tussen de compartimenten worden op betrouwbare wijze verkregen in de derde 10 min sessie van de vrije interactie tussen onderzoek en stimulus muizen en geanalyseerd. In dit rapport wordt de gezelligheid van de test muis gekwantificeerd via twee maatregelen: 1) het aantal sociale aanpak maakt in de richting van de stimulus muis, waarbij een sociale benadering wordt gedefinieerd als vooruit (neus eerst) in de richting van de stimulus muis, zodat de neus kleiner dan 2 cm van de stimulus muis; 2) het aantal vermijdingen sociale aanpak van de stimulus muis. De testmuis wordt geacht vermijden aanpak als blijkt of zich van de stimulus muis, of tijdelijk stopt met bewegen ( "freezing gedrag") nadat de stimulus muis heeft testmuis benaderd. BALB /c muizen tonen een afname aantal sociale eerdere contacten naar de stimulus muis en een toename van het aantal negatieve reacties op sociale aanpak van de stimulus muis, vergeleken met de Zwitserse Webster comparator 10 stam.
De evaluatie van de gedrags-films is van oudsher met de hand gedaan, dat wil zeggen, door te kijken naar de film voorzichtig (eventueel bij beperkte snelheid) en het activeren van stopwatches voor de tijd dat de muis doorbrengt in een bepaalde afdeling of in de buurt van één van de omgekeerde kopjes 10. Deze werkwijze vereist het bekijken van de film herhaaldelijk is derhalve zeer tijdrovend. Ook is de nauwkeurigheid beperkt door de meting van een reactietijd van de stopwatch metingen en het vermogen om waar te nemen of de muis binnen 2 cm van de omgekeerde beker. In recent werk, twee verbindingen (D-serine en D-cycloserine) zijn effectief in het herstellen sociability in BALB / c-muizen 9,10,12 bewezen. Het is bekend dat beide componenten modulaat de NMDA-receptor, waarvan bekend is dat een centrale rol spelen in het sociale gedrag 2,12. Een grote reeks verbindingen is bekend dat NMDA receptoractiviteit moduleren een verscheidenheid van goed gedefinieerde wijze, en het potentieel voor een doorbraak in ASD behandeling maakt de versnelde evaluatie van deze verbindingen een prioriteit en een snelle automatische werkwijze voor evaluatie zeer gewenst.
Hieronder wordt een automatische analyse procedure ontwikkeld voor de beoordeling van de muis sociability. Het gebruikt beeldverwerkingsmethodes op alle frames van de muis films om de positie van de muis of muizen te identificeren. Sessies I en II, verder ontdekt neusstand en gebruikt dat om sociability maatregelen berekenen. In sessie III, detecteert automatisch alle benaderingen, maar handmatige classificatie (sociale benadering, sociale vermijding, of andere) is vereist.
Protocol
Representative Results
Discussion
Door het combineren van video-opnamen muizen en automatische film analyse hebben wij een betaalbare, betrouwbare high-throughput screening techniek gemaakt.
De nauwkeurigheid van de geautomatiseerde analyse werd vergeleken met de resultaten van handmatige analyse meer dan 100 films. In de overgrote meerderheid van de frames (> 99%) van de frames wordt de neus van de muis geïdentificeerd met goede precisie. De meeste (weinige) misdetections hebben geen effect op de sociability maatregelen…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit onderzoek werd gesteund door subsidies van de Commonwealth Health Research Board Virginia's.
Materials
| Plexiglas cage | Norva Plastics, Norfolk, VA | custom made | Dimensions and layout described in manuscript, can be adjusted according to needs. Use non-reflective plexiglas for to facilitate image processing |
| Wire cups | Kitchen plus | 315 | Use one to house stimulus mouse, one empty |
| Video camera | SONY | HDR-PJ790 | Can be replaced by any camera with Comparable specifications |
| OpenCV (Image processing library) | Willow Garage | N/A | Any modern image processing library can be used. |
Riferimenti
- Brodkin, E. S. BALB/c mice: Low sociability and other phenotypes that may be relevant to autism. Behavioural Brain Research. 176, 53-65 (2007).
- Deutsch, S. I., Burket, J. A., Urbano, M. R., Herndon, A. L., Winebarger, E. E., Mohammadi, M. A. Impaired sociability of the BALB/c mouse, an animal model of autism spectrum disorders, is attenuated by NMDA receptor agonist interventions: clinical implications. Comprehensive Book on Autism Spectrum Disorders. , 323-342 (2011).
- Dunn, M. E., Burbine, T., Bowers, C. A., Tantleff-Dunn, S. Moderators of stress in parents of children with autism. Community Mental Health Journal. 37, 39-52 (2001).
- Babineau, B. A., Yang, M., Berman, R. F., Crawley, J. N. Low home cage social behaviors in BTBR T+tf/J mice during juvenile development. Physiology & Behavior. 114-115, 49-54 (2013).
- Benson, A. D., Burket, J. A., Deutsch, S. I. BALB/c mice treated with d-cycloserine arouse increased social interest in conspecifics. Brain Research Bulletin. 99, 95-99 (2013).
- Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. Rapamycin improves sociability in the BTBR T(+)Itpr3(tf)/J mouse model of autism spectrum disorders. Brain Research Bulletin. 100, 70-75 (2014).
- Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. D-Cycloserine improves sociability in the BTBR T+ Itpr3tf/J mouse model of autism spectrum disorders with altered Ras/Raf/ERK1/2 signaling. Brain Research Bulletin. 96, 62-70 (2013).
- Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Locomotor activity of the genetically inbred BALB/c mouse strain is suppressed by a socially salient stimulus. Brain Research Bulletin. 83, 255-256 (2010).
- Deutsch, S. I., et al. D-cycloserine improves sociability and spontaneous typic behaviors in 4-week old mice. Brain Research. 1439, 96-107 (2012).
- Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Genetically inbred BALB/c mice differ from outbred Swiss Webster mice on discrete measures of sociability: relevance to a genetic mouse model of autism spectrum disorders. Autism Research. 4, 393-400 (2011).
- Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Cannon, W. R., Deutsch, S. I. D-serine improves dimensions of the sociability deficit of the genetically-inbred BALB/c mouse strain. Brain Research Bulletin. 84, 12-16 (2011).
- Deutsch, S. I., Burket, J. A., Jacome, L. F., Cannon, W. R., Herndon, A. L. D-Cycloserine improves the impaired sociability of the BALB/c mouse. Brain Research Bulletin. 84, 8-11 (2011).
- Shih, F. Y. . Image Processing and Mathematical Morphology: Fundamentals and Applications. , (2009).
- Nixon, M. . Feature Extraction & Image Processing. , (2008).
- National Research Council. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
