Klocksökningsprotokoll för bildanalys: ImageJ-plugins
Summary
I det här dokumentet beskrivs två nya ImageJ-plugins för bildanalys av klockan. Dessa plugins utökar funktionaliteten hos det ursprungliga visuella grundläggande 6-programmet och, viktigast av allt, gör programmet tillgängligt för en stor forskargrupp genom att kombinera det med ImageJ gratis bildanalysprogramvara.
Abstract
Klocksökningsprotokollet för bildanalys är ett effektivt verktyg för att kvantifiera den genomsnittliga pixelintensiteten inom, vid gränsen och utanför (bakgrund) en sluten eller segmenterad konvexformad region av intresse, vilket leder till genereringen av en medelvärdesintegral radial pixel- Intensitetsprofil. Detta protokoll har ursprungligen utvecklats 2006, som ett visuellt grundläggande 6-skript, men som sådant hade det en begränsad distribution. För att åtgärda detta problem och att ansluta sig till andra liknande ansträngningar från andra konverterade vi den ursprungliga klockskanningsprotokollkoden till två Java-baserade plugins kompatibla med NIH-sponsrade och fritt tillgängliga bildanalysprogram som ImageJ eller Fiji ImageJ. Dessutom har dessa plugins flera nya funktioner, vilket ytterligare utvidgar utbudet av funktioner i det ursprungliga protokollet, såsom analys av flera regioner av intresse och bildstaplar. Det senare inslaget i programmet är särskilt användbart i applikationer där det är viktigt att bestämma förändringar som är relateradeTill tid och plats. Således kan klocksökningsanalysen av staplar av biologiska bilder potentiellt appliceras på spridning av Na + eller Ca ++ inom en enda cell, liksom analysen av spridningsaktivitet ( t.ex. Ca ++- vågor) i synaptiska populationer -connected eller gap junction-kopplade celler. Här beskriver vi dessa nya klockskanningsprogram och visar några exempel på deras applikationer i bildanalys.
Introduction
Målet med detta arbete är att presentera ett Clock Scan-protokoll som är plattformslöst och fritt tillgängligt för alla forskare som är intresserade av denna typ av bildanalys. Ursökningsprotokollet utvecklades ursprungligen 2006 1 , med målet att förbättra befintliga metoder för pixelintensitets kvantifiering inom konvexa formade intressanta regioner (ROI), en metod som har bättre integrerande kapacitet och förbättrad rumslig upplösning. Under förvärvet samlar protokollet flera radiala pixelintensitetsprofiler, skannas från ROI-centret till dess gräns, eller till ett förutbestämt avstånd utanför avkastningen för att mäta pixelintensiteten "bakgrund". Protokollet skala dessa profiler i enlighet med cellradien, mätt i skanningens riktning. Sålunda är avståndet från centrum till ROI-gränsen för varje enskild radiell avsökning alltid 100% av X-skalan. Slutligen genomsyrar programmet dessa personerAl profiler i en integrerad radiell pixelintensitetsprofil. På grund av skalan beror den genomsnittliga pixelintensitetsprofilen, som produceras av "Clock Scan" -protokollet, varken på ROI-storleken eller inom rimliga gränser på ROI-formen. Den här metoden möjliggör direkt jämförelse eller, om det behövs, medelvärde eller subtraktion av profiler med olika avkastningar. Protokollet möjliggör också korrigering av integrerade pixelintensitetsprofiler, av vilket objekt som helst för bakgrundsbrus, genom en enkel subtraktion av den genomsnittliga intensiteten hos pixlar som ligger utanför objektet. Även om det bara har testats i biologiska prover ger vårt protokoll ett värdefullt tillägg till andra befintliga bildanalysverktyg som används vid studier av bilder av fysiska eller kemiska processer som är anordnade runt en ursprungspunkt (såsom diffusion av ämnen från en punktkälla ) 1 .
Emellertid var huvudbegränsningen för den ursprungliga bildanalysmetoden att protokollet var devUppstod som Visual Basic 6 (VB6) (kod och var därför plattformberoende och svår att distribuera (kräver VB6). För att lösa detta problem och att ansluta sig till liknande senare ansträngningar från andra utredare 2 konverterade vi VB6 Clock Scan Programkod i två Java-baserade plugins, kompatibla med NIH-sponsrade och fritt tillgängliga open-source och plattformsoberoende bildanalysprogram, ImageJ 3 och Fiji ImageJ 4. Dessutom har dessa plugins flera nya funktioner som utökar möjligheten Av det ursprungliga protokollet för att bearbeta flera ROI och bildstaplar. Många applikationer för bildanalys är inte användarvänliga när det gäller att utföra statistisk analys av flera objekt och sålunda visas ofta bara representativa data. Med multi-klocka Scan ImageJ-plugin, Det är möjligt att underlätta analysen av flera objekt samtidigt. En robust statistisk utvärdering av mikroskopi data,Med avseende på signalintensitetsfördelning i enskilda celler / objekt, är det nu möjligt med denna plugin förlängning. Här beskriver vi klockskanningsprogrammen och visar exempel på deras applikationer i bildanalys.
Protocol
Representative Results
Discussion
Klocksökningsprotokoll: Klocksökningsprotokollet är ett snabbt och enkelt verktyg för bildanalys. Fördelarna med detta protokoll jämfört med befintliga gemensamma metoder för bildanalys (såsom linjära pixelintensitetsskanningar eller beräkning av avkastningens genomsnittliga pixelintensitet) har beskrivits i detaljer i tidigare publikationer 1 , 9 . Kortfattat tillåter detta protokoll generering av integrerade radiella pixelintensite…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Vi tackar Dr. Tanja Maritzen och Dr. Fabian Feutlinske (Leibniz Institute of Molecular Pharmacology, Berlin, Tyskland) för att dela med oss deras version av Fuji ImageJ Clock Scan-plugin och inspirera oss att utveckla denna version av programmet. Vi är också tacksamma för Dr. Fritz Melchers (Institutionen för lymfocytutveckling, Max Planck Institute for Infection Biology) för hans vänliga tillstånd att använda bilderna från databasen i hans avdelning för att testa och förbättra plugin. Stöd: Centrum för Translational Neurosciences; NIH-bidrag: P30-GM110702-03.
Materials
| Computer | Any | compatible with software listed below | |
| ImageJ or Fiji ImageJ | NIH | https://imagej.nih.gov/ij/ or https://fiji.sc/ | bundled with Java 1.8 or higher |
| Clock-scan plugins | freeware | https://sourceforge.net/projects/clockscan/ | Clock_Scan-1.0.1 jar and Multi_Clock_Scan-1.0.1/ jar |
| Origin 9.0 | OriginLab | Northampton, MA, USA | This program was used to generate some graphs of the original Clock Scan data. Any other graphic software can be used to perform this function |
Riferimenti
- Dobretsov, M., Romanovsky, D. “Clock-scan” protocol for image analysis. Am J Physiol Cell Physiol. 291, 869-879 (2006).
- Feutlinske, F., Browarski, M., Ku, M. C., et al. Stonin1 mediates endocytosis of the proteoglycan NG2 and regulates focal adhesion dynamics and cell motility. Nat Commun. 6, 8535 (2015).
- Schneider, C. A., Rasband, W. S., Eliceiri, K. W. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nat Methods. 9, 671-675 (2012).
- Schindelin, J., Arganda-Carreras, I., Frise, E., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nat Methods. 9, 676-682 (2012).
- Dobretsov, M., Hastings, S. L., Stimers, J. R. Non-uniform expression of alpha subunit isoforms of the Na+/K+ pump in rat dorsal root ganglia neurons. Brain Res. 821, 212-217 (1999).
- Hayar, A., Gu, C., Al-Chaer, E. D. An improved method for patch clamp recording and calcium imaging of neurons in the intact dorsal root ganglion in rats. J Neurosci Methods. 173, 74-82 (2008).
- Dobretsov, M., Pierce, D., Light, K. E., Kockara, N. T., Kozhemyakin, M., Wight, P. A. Transgenic mouse model to selectively identify alpha3 Na,K-ATPase expressing cells in the nervous system. Society for Neuroscience. , 1 (2015).
- Lein, E. S., Hawrylycz, M. J., Ao, N., et al. Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain. Nature. 445, 168-176 (2007).
- Romanovsky, D., Mrak, R. E., Dobretsov, M. Age-dependent decline in density of human nerve and spinal ganglia neurons expressing the alpha3 isoform of Na/K-ATPase. Neuroscienze. 310, 342-353 (2015).
- Campbell, J., Singh, D., Hollett, G., et al. Spatially selective photoconductive stimulation of live neurons. Front Cell Neurosci. 8, 142 (2014).
- Yuryev, M., Pellegrino, C., Jokinen, V., et al. In vivo Calcium Imaging of Evoked Calcium Waves in the Embryonic Cortex. Front Cell Neurosci. 9, 500 (2015).
- Qiao, M., Sanes, J. R. Genetic Method for Labeling Electrically Coupled Cells: Application to Retina. Front Mol Neurosci. 8, 81 (2015).
