הרומן יחיד בעלי חיים המוטורית מעקב המערכת באמצעות תוכנה פשוטה, זמינים
Summary
המחקר הנוכחי שמטרתם למכן כימות של גירעונות מוטוריים אצל חולדות. מודל ההערכה הראשונית מעריך אובדן מנוע הנובע ההשתלה intracortical microelectrode של קליפת המוח המוטורית. אנחנו מדווחים על פיתוח ושימוש באלגוריתם מעקב באמצעות בקלות יכולת הסתגלות, פשוטים, זמינים קידוד תוכנה.
Abstract
לאחרונה הראו כי השתלת microelectrodes intracortical ב corteces מוטורית של חולדות התוצאה המיידית והמתמשכת גירעונות מוטוריים. ליקויים מוטוריים היו לכמת באופן ידני באמצעות מבחן רשת בשטח פתוח כדי למדוד בתפקוד המוטורי מגעיל ודרך מבחן סולם למדידת בתפקוד המוטורי בסדר. כאן נדון טכניקה עבור כימות אוטומטיות של הבדיקות מוקלטת וידאו באמצעות שלנו מותאמים אישית Capadona התנהגותית ניתוח מערכת הוידאו: רשת, מבחן סולם, או BVAS. מינוף פשוט וזמין קידוד תוכנה (ראה את הטבלה של חומרים), תוכנית זו מאפשרת המעקב אחר בעל חיים בודד על שדה פתוח הרשת והן את הבדיקות הסולם. לפתוח רשת השדה מעקב, הסף קוד הווידאו עבור עוצמת עוקב אחר המיקום של העכברוש על-פני 3 דקות משך הבדיקה הרשת, מנתח את הנתיב. זה מחשב ומחזירה מדידות את המרחק הכולל, את המהירות, את מספר פניות שמאלה ימינה handed של המספר הכולל של קווי רשת חצו את החולדה. ב סולם מעקב, את הקוד שוב ספי הקליפ של עוצמה, עוקב אחר תנועת העכבר לאורך הסולם ולאחר החזרה מדידות מחושב כולל הזמן שלקח את החולדה לחצות את הסולם, המספר של כף היד גולשת המתרחשים מתחת למישור שלבי הסולם, לבין השכיחות של כשלים בשל סטגנציה או ביטולי. נוכל לדמות BVAS פותח כאן יכול להיות מועסק לניתוח של המוטורית במגוון רחב של יישומים, כולל דגמים רבים מפציעה או מחלה.
Introduction
ישנן שיטות רבות הוקמה כדי להעריך מנוע פונקציונלי התנהגותית והן ליקויים קוגניטיביים1,2,3. חלק מהשיטות הנפוצות יותר כוללים בדיקות בסדר המוטורית באמצעות כף הרגל השמה, דריכה, ותיאום האיבר על הסולם מבחן4, בדיקת המוטורית ברוטו, מתח התנהגות באמצעות מבחן רשת בשטח פתוח5 ,6ובדיקה של פחד, דיכאון, ייאוש ויה השחייה כפויה לבדוק7,8 או הרוטור רוד9. עם זאת, רבים של שיטות אלה מסתמכים על חוקרים אנושיים “ציון” החיה או לשפוט את הביצועים שלו סובייקטיבי. הצורך האנושי הערכה סובייקטיבית יכול להאט את הדור וניתוח של הנתונים, כמו גם להציג את ההזדמנות, בכוונה או לא בכוונה בהשפעת מחקר הטיה המחקר10. הערכה נוספת, סובייקטיבי של הנתונים מציג גם את הסיכון של ייצוג נתונים לא מדויקים, יהיה זה דרך השכחה, מוטיבציה המסכן, אימונים לא תקין או רשלנות11.
לאחרונה דיווחנו השימוש של מבחן רשת בשטח פתוח וגם מבחן סולם אצל חולדות מושתל עם12,intracortical microelectrodes13. עקב החידוש של ממצאי מחקרים אלה, מיד התחלנו העסקת אלה ובדיקות נוספות פונקציונלי במחקרים רבים מתמשך במעבדה. בציפייה השתנות לא מכוונת שנוצרו על-ידי האדם, הנובע עלייה במספר של ויקרה סובייקטיבית, וכדי לשפר את התפוקה ניתוח, יצאנו כדי ליצור תוכנית ממוכנת, המחשב בסיוע להבקיע בדיקה התנהגותית, מאוד להגביל את הפוטנציאל לטעויות.
כאן, אנו מדווחים על התפתחות BVAS. BVAS משתמש המחשב ניתוח ציון מבחן רשת בשטח פתוח לבין מבחן סולם כמו מדדי וגסה המוטורית, בהתאמה. התוצאות ניתן להבהיר חסרונות אפשריים המוטורית נגרמת על ידי פציעה או מחלה, ללא תלות המודל מפציעה או מחלה. ניתן להתאים את הקודים ניתוח חשבון עבור שינויים התנהגותיים ציוד בדיקה או ציון מדדים שונים של המוטורית. לכן, ניתן ליישם את BVAS ביישומים רבים, מעבר לשימוש שלנו או השימוש המיועד של אלה מועסקים כיום על ידי מעבדות אחרות.
שימו לב כי הבדיקות בשטח פתוח הרשת ואת סולם דורשים הקלטת וידאו. לכן, כל בדיקה ידרוש מצלמת וידאו [p 1080, מינימום 15 מסגרות לשנייה (fps)], מחשב נייד, וחדר כדי לאחסן את נתוני וידאו. שתי בדיקות, למקם את המצלמה בעמדה ממורכז, המאפשר המנגנון כולו ניתן לראות המסגרת. לעגן את המצלמה על חצובה או פיגומים כך הוא אינו זז במהלך הבדיקה. לשמור על קצוות מסגרת הווידאו הכי קרוב במקביל הקצוות של מנגנון בדיקה ככל האפשר. הקפד אנשי אותו להשלים את הבדיקה כל החדר הוא מואר היטב עם מערכת טמפרטורה מבוקרת. השתמש באותו החדר עבור כל בעלי החיים לאורך כל הקורס בדיקות, בשינויים מזעריים לחדר. דגני בוקר או בננה צ’יפס לעשות טוב פרסים כדי לעודד את בעלי החיים כדי להשלים את הבדיקות התנהגות.
Protocol
Representative Results
Discussion
החלק הקריטי ביותר של פרוטוקול כדי להבטיח ניתוח חזקה היא הצילומים עקבית. אם קטעי וידאו מצולם היטב מואר במיקום הנכון כפי שפורט בסעיף הראשון של הפרוטוקול, המערכת תהיה אפשרות לעשות ניתוח מדויק. כמו עם כל בעיה עיבוד תמונה, העבודה שנעשתה ב preprocessing יגרום שלאחר עיבוד פשוטה ומדויקת יותר. ככזה, מוודא…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי הקרן למלגות סקירה # B1495-R (כדי Capadona ר ג’פרי) ופרס לנשיאות בתחילת הקריירה מדען, מהנדסים (PECASE) (כדי Capadona ר ג’פרי) של ארצות הברית מחלקת של ותיקי לענייני שיקום פיתוח שירות ומחקר. בנוסף, עבודה זו נתמכה בחלקה ליד המשרד של העוזר למזכיר ההגנה לענייני בריאות דרך עמית שנסקרו רפואי מחקר התוכנית תחת מס פרס W81XWH-15-1-0608. המחברים להכיר מקור למחקר הקיץ שלה תמיכה במימון. התכנים אינם מייצגים את נופי המחלקה לענייני חיילים משוחררים של ארצות הברית או ממשלת ארצות הברית. המחברים רוצה להודות הירויוקי אראקאווה בתוך ליבת ההתנהגות CWRU מכרסם להדרכה שלו בתכנון וביצוע בדיקות נוהלי התנהגות מכרסמים. המחברים רוצה גם להודות דרייק ג’יימס קווין טלבוט CWRU מחלקה של מכונות, הנדסת אווירונאוטיקה על עזרתם ב עיצוב וייצור הבדיקה הסולם מכרסמים.
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).
