En roman enkelt dyr motorik Tracking System ved hjælp af enkle, let tilgængelige Software
Summary
Den nuværende undersøgelse havde til formål at automatisere kvantificering af motor underskud i rotter. Den indledende vurdering model vurderer motor tab som følge af en intracortical mikroelektrode implantation i den motoriske cortex. Vi rapport om udvikling og anvendelse af en tracking algoritme ved hjælp af let at tilpasse, enkel og let tilgængelige kodning software.
Abstract
Vi har for nylig påvist, at implantere intracortical microelectrodes i den motor corteces af rotter resulterer i øjeblikkelig og varig motor underskud. Motoriske handicap blev manuelt kvantificeret gennem en åben mark gitter test til at måle den grov motorik og gennem en stigen test til at måle den fin motorik. Her diskuterer vi en teknik til automatiseret kvantificering af de video-optaget test ved hjælp af vores brugerdefinerede Capadona adfærdsmæssige Video analysesystem: gitter og stigen Test eller BVAS. Udnyttelse af simple og let tilgængelige kodning software (Se Tabel af materialer), dette program giver mulighed for sporing af et enkelt dyr på både åben feltgitteret og stigen tests. I åbne feltgitteret tracking, kode tærskler video for intensitet, sporer position af rotte over 3 min varighed af nettet test, og analyserer sti. Derefter beregner og returnerer målinger for den samlede afstand, den maksimale hastighed opnået, antallet af venstre – og højrehåndede sving og det samlede antal gitterlinjer, der krydses af rotten. I-stigen, sporing, kode igen tærskler video for intensitet, registrerer bevægelser af rotte på tværs af stigen, og returnerer beregnede målinger inklusive den tid, det tog rotten at krydse stigen, antallet af pote smutter forekommer under plan af de stigetrin, og forekomsten af fejl på grund af stagnation eller tilbageførsler. Vi forestiller os, at BVAS udvikles her kan anvendes til analyse af motorik i en lang række applikationer, herunder mange skade eller sygdom modeller.
Introduction
Der er mange etablerede metoder til at vurdere både funktionelle og adfærdsmæssige motor og kognitive funktionsnedsættelser1,2,3. Nogle af de mere almindeligt ansat metoder omfatter test fin motorik via pote placering, stepping og lemmer koordinering på en stigen test4, test grov motorik og stress adfærd via feltet åben gitter test5 ,6, og testning for angst, depression og fortvivlelse via den tvungne svømme test7,8 eller rotor stang9. Men mange af disse metoder er afhængige af menneskelige forskere at “score” dyret eller at vurdere dens ydeevne subjektivt. Behovet for en subjektiv vurdering af menneskelige kan bremse generation og analyse af data, samt præsentere mulighed for en forsætlig eller uforsætlig indflydelse af forskning bias i undersøgelsen10. Yderligere, subjektive vurdering af data præsenterer også risikoen for unøjagtige data repræsentation, det være sig gennem glemsomhed, dårlige motivation, forkert uddannelse eller uagtsomhed11.
Vi har for nylig rapporteret anvendelse af både en åben mark gitter test og en stigen test i rotter implanteret med intracortical microelectrodes12,13. På grund af nyhed om resultaterne af disse undersøgelser, vi straks begyndte at ansætte dem, og yderligere funktionelle test i mange igangværende undersøgelser i laboratoriet. I forventning om utilsigtede menneskeskabte variation som følge af en stigning i antallet af subjektive evaluatorer, og at forbedre den analyse overførselshastighed, satte vi sig for at oprette en automatiseret, computer-assisteret program til at score adfærdsmæssige test, og stærkt begrænse mulighederne for fejl.
Her, rapport vi om udviklingen af BVAS. BVAS bruger computer analyse for at score en åben mark gitter test og en stigen test som målinger af grov og fin motorik, henholdsvis. Resultaterne kan bruges til at belyse mulige motorik underskud forårsaget af skade eller sygdom, uanset model skade eller sygdom. Analyse koder kan tilpasses til at afspejle ændringer i adfærdsmæssige test udstyr eller at score forskellige målinger af motorik. Derfor, BVAS kan gennemføres i mange applikationer, ud over vores anvendelsesformål eller den påtænkte anvendelse af dem, der i øjeblikket er ansat af andre laboratorier.
Bemærk, at feltet åben gitter og stigen tests kræver videooptagelse. Derfor vil hver test kræver en video kamera [1080 p, minimum 15 frames per sekund (fps)], en laptop og en plads til at gemme video data. For begge tests, skal du placere kameraet i en centrerede position, giver mulighed for hele apparatet skal ses på rammen. Anker kameraet på et stativ eller stilladser, således at den ikke bevæger sig under afprøvningen. Holde kanterne af videobilledet på det sted så tæt på parallelt med kanten af den testapparater som muligt. Være sikker på det samme personale udføre alle test og rummet er veloplyst med en temperatur-kontrolleret system. Brug den samme rum for alle dyr i hele løbet af testning med minimale ændringer til rummet. Korn eller banan chips gøre gode belønninger at tilskynde dyr at fuldføre adfærd tests.
Protocol
Representative Results
Discussion
Den mest kritiske del af protokollen til at sikre en stærk analyse er konsekvent optagelserne. Hvis videoerne er godt oplyst og filmet på den korrekte position som omtalt i den første del af protokollen, vil systemet kunne lave en præcis analyse. Som med enhver billedbehandling problem, vil arbejde i forbehandlingen gøre efterbehandling mere nøjagtige og enkel. Som sådan, vil og sørg for, at apparater og dyr er veloplyst i forbindelse med undersøgelser og eventuelle skygger eller andre bevægelse i rammen er hol…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Denne undersøgelse blev støttet af Merit anmeldelse Award # B1495-R (til Jeffrey R. Capadona) og præsidentens tidlige karriere Award for forskere og ingeniører (PECASE) (til Jeffrey R. Capadona) fra USA ‘s Department for veteraner anliggender rehabilitering Forskning og udvikling Service. Derudover blev dette arbejde støttet i en del af kontor for Assistant Secretary of Defense for sundhed anliggender gennem Peer Reviewed medicinske forskningsprogrammet under Award No. W81XWH-15-1-0608. Forfatterne anerkender kilde for sin sommer forskningsstøtte støtte. Oplysningerne repræsenterer ikke synspunkter USA Department of veterananliggender eller de Forenede Staters regering. Forfatterne vil gerne takke Hiroyuki Arakawa i CWRU gnaver adfærd kerne til hans vejledning i at designe og teste gnaver adfærdsmæssige protokoller. Forfatterne ønsker også at takke James Drake og Kevin Talbot fra den CWRU afdeling af mekanisk og astronautik for deres hjælp i design og fremstilling gnaver stigen test.
Materials
| Sprague Dawley rats, male, 201-225g | Charles River | CD | |
| Webcam HD Pro c920 | Logitec | 960-000764 | |
| Excel | Microsoft | N/A | |
| Matalb 2017a, Computer Vision System Toolbox | Mathworks | N/A | |
| Open field grid test | Made in-house at Case Western Reserve University | N/A | |
| Ladder test | Made in-house at Case Western Reserve University | N/A |
Riferimenti
- Beery, A. K., Kaufer, D. Stress, social behavior, and resilience: insights from rodents. Neurobiology of Stress. 1, 116-127 (2015).
- Crawley, J. N. Behavioral phenotyping of rodents. Comparative Medicine. 53, 140-146 (2003).
- Wolf, A., Bauer, B., Abner, E. L., Ashkenazy-Frolinger, T., Hartz, A. M. A Comprehensive Behavioral Test Battery to Assess Learning and Memory in 129S6/Tg2576 Mice. PLoS One. 11, 0147733 (2016).
- Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Cortical and subcortical lesions impair skilled walking in the ladder rung walking test: a new task to evaluate fore- and hindlimb stepping, placing, and co-ordination. Journal of Neuroscience Methods. 115, 169-179 (2002).
- Bailey, K. R., Crawley, J. N., Buccafusco, J. J. Anxiety-Related Behaviors in Mice. Methods of Behavior Analysis in Neuroscience. , (2009).
- Prut, L., Belzung, C. The open field as a paradigm to measure the effects of drugs on anxiety-like behaviors: a review. European Journal of Pharmacology. 463, 3-33 (2003).
- Porsolt, R. D., Bertin, A., Jalfre, M. Behavioral despair in mice: a primary screening test for antidepressants. Archives Internationales de Pharmacodynamie et de Thérapie. 229, 327-336 (1977).
- Porsolt, R. D., Brossard, G., Hautbois, C., Roux, S. Rodent models of depression: forced swimming and tail suspension behavioral despair tests in rats and mice. Current Protocols in Neuroscience. , 10 (2001).
- Dunham, N. W., Miya, T. S. A note on a simple apparatus for detecting neurological deficit in rats and mice. Journal of the American Pharmaceutical Association. 46, 208-209 (1957).
- Forstmeier, W., Wagenmakers, E. J., Parker, T. H. Detecting and avoiding likely false-positive findings – a practical guide. Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society. 92, 1941-1968 (2017).
- Reason, J. Human error: models and management. The Western Journal of Medicine. 172, 393-396 (2000).
- Goss-Varley, M. Rodent Behavioral Testing to Assess Functional Deficits Caused by Microelectrode Implantation in the Rat Motor Cortex. Journal of Visualized Experiments. , (2018).
- Goss-Varley, M., et al. Microelectrode implantation in motor cortex causes fine motor deficit: Implications on potential considerations to Brain Computer Interfacing and Human Augmentation. Scientific Reports. 7, 15254 (2017).
- Metz, G. A., Whishaw, I. Q. The ladder rung walking task: a scoring system and its practical application. Journal of Visual Experiments. (28), e1204 (2009).
- Chesler, E. J., Wilson, S. G., Lariviere, W. R., Rodriguez-Zas, S. L., Mogil, J. S. Influences of laboratory environment on behavior. Nature Neuroscience. 5, 1101-1102 (2002).
- Crabbe, J. C., Wahlsten, D., Dudek, B. C. Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment. Science. 284, 1670-1672 (1999).
- Richter, S. H., Garner, J. P., Auer, C., Kunert, J., Wurbel, H. Systematic variation improves reproducibility of animal experiments. Nature Methods. 7, 167-168 (2010).
