Valutazione sperimentale del mouse Socialità con un approccio Image Processing automatizzata
Summary
Questo protocollo descrive un metodo per quantificare socialità mouse. I topi sono videoregistrati mentre si muovono e interagiscono in una gabbia speciale. trasformazione di film consente la quantificazione automatizzata di socialità con ottima precisione e affidabilità.
Abstract
Mouse è l'organismo modello preferito per testare i farmaci progettati per aumentare la socialità. Presentiamo un metodo per quantificare socialità topo in cui il mouse esame viene posto in un apparecchio standardizzato e relativi comportamenti sono valutati in tre diverse sessioni (chiamato sessione I, II, e III).
L'apparecchio ha tre scomparti (vedi figura 1), i compartimenti sinistro e destro contenere un bicchiere rovesciato che può alloggiare un mouse (chiamato "stimolo mouse").
In sede I, il mouse esame viene posto in gabbia e la sua mobilità è caratterizzata dal numero di transizioni effettuate tra i compartimenti. In sessione II, un topo di stimolo è posto sotto una delle tazze invertite e la socialità del mouse test viene quantificato dagli importi di tempo che trascorre vicino alla tazza contenente il mouse stimolo chiusa contro la tazza rovesciata vuoto. In sede III, le coppe invertite vengono rimossi un d entrambi i topi interagiscono liberamente. La socialità del mouse di prova in sessione III è quantificata dal numero di approcci sociali lo rende verso il mouse stimolo e per il numero di volte che evita un approccio sociale dal mouse stimolo.
La valutazione automatica del film rileva il naso del mouse test, che consente la determinazione di tutte le misure sociability descritte in seduta I e II (in sessione III, approcci vengono identificati automaticamente ma classificate manualmente). Per trovare il naso, l'immagine di una gabbia vuota viene sottratto digitalmente da ogni fotogramma del film e l'immagine risultante viene binarizzata per identificare i pixel del mouse. La coda del mouse viene rimosso automaticamente e i due punti più distanti del mouse restanti vengono determinati; queste sono vicino al naso e la base della coda. Analizzando il movimento del mouse e utilizzando argomenti di continuità, il naso è identificato.
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Figura 1. Valutazione di socialità durante 3 sessioni I (in alto):.. Acclimatazione di topo test per la gabbia Sessione II (centrale):. Prova del mouse si muove liberamente nella gabbia mentre il mouse stimolo è racchiuso in una tazza rovesciata Sessione III (in basso): Sia il mouse e mouse prova di stimolo sono autorizzati a muoversi liberamente e interagire con l'altro.
Introduction
Socialità alterata è uno dei domini sintomo principale in una serie di disturbi dello sviluppo neurologico, inclusi i disturbi dello spettro autistico (ASD) 1,2. Si limita gravemente la capacità dei pazienti di sviluppare relazioni e influisce notevolmente i pazienti, le famiglie e gli operatori sanitari 2,3.
Nel tentativo di comprendere meglio il meccanismo alla base della socialità ridotta e sviluppare trattamenti, diversi modelli di topo sono stati studiati 1,4-9. Uno di questi è il ceppo topo BALB / c, un ceppo inbred che presenta sorprendentemente bassa socialità, che assomiglia caratteristiche osservate in pazienti con ASD5 8-12. Ad esempio, il topo BALB / c mostra una minore frequenza di approcci sociali e una risposta di solito negativa approcci sociali da un mouse stimolo (ad esempio, evitamento sociale) che l'Swiss Webster comparatore ceppo 10.
Per verificare se un trattamento proposto è effective ad aumentare la socialità, sono necessarie misure oggettive. Un quadro ampiamente accettata è quello di analizzare la socialità in un apparato standardizzato che ha tre scomparti (vedi Figura 1).
Gli scomparti a sinistra ea destra contengono ciascuno una coppa filo rovesciato che ospita un mouse stimoli socialmente saliente. Il mouse test viene rilasciato nell'apparecchio per tre intervalli di 10 min (sessioni I-III); sessione ho valuta l'attività locomotoria del mouse di prova, mentre le sessioni II e III valutare diversi aspetti della socialità del topo di prova.
In sede ho, il mouse di test è consentito di acclimatarsi all'apparato. In questa sessione, viene misurato il numero di transizioni che il mouse di prova rende tra i diversi comparti. È importante sottolineare che le misure socialità ottenuti negli apparati tre compartimenti di serie dipendono attività locomotoria e ridotta attività locomotoria possono confondere l'interpretazione dei sociDati abilità.
In sessione II, il mouse di prova si muove liberamente e un mouse stimolo è posto sotto una delle tazze invertite (controbilanciato). I topi sono di stimolo di 4 settimane topi ICR maschi outbred vecchi, età e sesso-abbinato ai topi di prova. Il mouse stimolo è racchiuso in un bicchiere rovesciato nel lato designato come vano sociale, ed un bicchiere rovesciato vuoto viene posizionato nel lato designato come vano non sociale. In sede II, la socialità del mouse test è quantificata confrontando il tempo che passa vicino alla coppa "sociale" invertita (meno di 2 cm di distanza) rispetto al tempo che passa vicino alla tazza rovesciata "non sociale", e per il momento spende nel vano sociali contro il tempo che trascorre nel vano non sociale. topi di confronto Swiss Webster trascorrono molto più tempo nel compartimento sociale e vicino alla tazza rovesciata sociale, rispetto ai topi BALB / c che mostrano nessuna preferenza significativa per il socialetazza rovesciata o il vano sociali 12.
In sessione III, topi di prova e di stimolo possono interagire liberamente (tazze invertite vengono rimossi). Le misure di socialità, comportamenti stereotipati e le transizioni tra i compartimenti sono affidabile ottenuti nella terza sessione di 10 min di libera interazione tra prova e topi di stimolo e analizzati. In questa relazione, la socialità del mouse test viene quantificato tramite due misure: 1) il numero di approcci sociali rende verso il mouse stimolo, dove un approccio sociale è definito come movimento in avanti (naso prima) verso il mouse stimoli in modo che il il naso è inferiore a 2 cm di distanza dal mouse di stimolo; 2) il numero di evitamenti degli approcci sociali con il mouse stimolo. Il mouse test è considerato essere evitando l'approccio se gira o si allontana dal mouse stimolo, o se si ferma temporaneamente movimento ( "congelamento comportamento") dopo che il puntatore stimolo è avvicinato il mouse test. BALB /topi c mostrano una diminuzione del numero di approcci sociali realizzati verso il mouse stimolo e un aumento del numero di risposte negative approcci sociali nel topo stimolo, rispetto al Swiss Webster comparatore ceppo 10.
La valutazione dei film comportamentali è stato tradizionalmente fatto manualmente, cioè, guardando il film con attenzione (eventualmente a velocità ridotta) e attivando cronometri per il tempo trascorre il mouse in un certo compartimento o vicino ad una delle tazze invertite 10. Questo metodo richiede monitorando del film volte ed è, quindi, molto tempo. Inoltre, la precisione è limitata dal tempo di reazione del rater per le misurazioni del cronometro e la capacità di percepire se il mouse si trova a 2 cm di coppa rovesciata. In un lavoro recente, due composti, (D-serina e D-cicloserina) si sono dimostrati efficaci nel ripristinare la socialità in BALB topi / c 9,10,12. È noto che sia componenti moduin ritardo il recettore NMDA, che è noto a svolgere un ruolo centrale nel comportamento sociale 2,12. Una vasta gamma di composti è noto per modulare l'attività del recettore NMDA in una varietà di modi ben definiti, e il potenziale di una svolta nel trattamento ASD rende la valutazione accelerata di questi composti una priorità e un metodo automatico per la valutazione rapida altamente desiderabile.
Descritto di seguito è una procedura di analisi automatica sviluppata per la valutazione della socialità del mouse. Esso utilizza metodi di elaborazione delle immagini su tutti i fotogrammi di film mouse per identificare la posizione del mouse o topi. In sessioni I e II, rileva ulteriormente la posizione del naso e la usa per calcolare misure socialità. In sessione III, rileva automaticamente tutti gli approcci, ma è richiesta la classificazione manuale (approccio sociale, evitamento sociale, o altro).
Protocol
Representative Results
Discussion
Combinando i topi videoregistrazione e l'analisi di film automatica, abbiamo creato un, affidabile tecnica di screening high-throughput a prezzi accessibili.
L'accuratezza dell'analisi automatizzata stato confrontato con i risultati delle analisi manuale per più di 100 film. Nella stragrande maggioranza dei telai (> 99%) di frame, il naso del mouse è identificato con buona precisione. La maggior parte dei (pochi) misdetections non hanno effetto sulle misure socialità, in mo…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questa ricerca è stata sostenuta da sovvenzioni da Health Research Board del Commonwealth della Virginia.
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
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