跟踪小啮齿动物社会偏好行为动态的系统
Summary
这里描述的是一种新型的自动化实验系统，它提供了三室测试的替代方案，并解决了几个注意事项。该系统提供多种行为参数，能够在社会偏好和社会新奇偏好测试中对小啮齿动物行为动态进行严格分析。
Abstract
探索社会行为的神经生物学机制需要行为测试，可以以不偏不倚和独立于观察者的方式应用于动物模型。自千年伊始，三室测试被广泛用作评估小啮齿动物的社交性（社会偏好）和社会新奇偏好的标准范例。然而，此测试受到多重限制，包括其对空间导航的依赖和行为动力学的疏忽。这里介绍和验证的是一个新的实验系统，它提供了一个替代三室测试，同时也解决了它的一些警告。该系统需要一个简单且经济实惠的实验设备和公开可用的开源分析系统，该系统可在个人和人口层面自动测量和分析多个行为参数。它允许在任何社会歧视测试中详细分析小啮齿动物的行为动态。在成年雄性小鼠和大鼠进行的社会偏好和社会新奇偏好测试中，证明了系统在分析社会行为动态方面的效率。此外，我们验证系统在诸如胡须修剪等操作后揭示啮齿动物社会行为修正动态的能力。因此，该系统允许对小型啮齿动物模型中的社会行为和动态进行严格调查，并支持对菌株、条件和治疗进行更准确的比较。
Introduction
揭示神经发育障碍（NDDs）背后的生物机制是神经科学领域的主要挑战之一。解决这一挑战需要行为范式和实验系统，以标准和公正的方式代表啮齿动物的行为。十多年前，莫伊及其同事发表了一份有影响力的研究报告，提出了三室测试。从那时起，该测试被广泛用于研究NDD的啮齿动物模型中的社会行为。此测试评估了啮齿动物的两种与生俱来的倾向：1） 保持在社会刺激的接近性上而不是对象（社交性，也称为社会偏好 [SP]），2） 更喜欢新颖的社会刺激比熟悉的（社会新奇偏好 [SNP]）3、4。随后的几项研究提出了使用计算机化方法5，6自动分析三室测试的方法。
此测试仍然存在几个注意事项。首先，它主要研究社会地点偏好，而不是受试者直接与社会刺激互动的动机，尽管一些群体也测量嗅觉调查（嗅探）时间，要么手动7，要么使用商业计算机系统8，9，10。其次，三室测试主要用于测量受试者在每个腔室中花费的总时间，而忽略了行为动力学。最后，它仅依赖于社会行为的一个方面，即受试者在每个腔室中花费的时间（或嗅探时间，如果测量的话）。
在这里，我们提出了一个新颖和负担得起的实验系统，是三室装置的替代品。它还允许在解决上述警告时执行相同的行为测试。所呈现的行为系统自动直接测量啮齿动物对两种刺激的调查行为。此外，它还以独立于观察者的方式分析行为动力学。此外，该系统测量多个行为参数，并在个体和人口层面分析这些参数;因此，它支持在每次测试中对社会行为及其动态进行严格分析。此外，在各种测试阶段，在竞技场对面角落随机重新定位腔室可抵消空间记忆或偏好的任何影响。这一制度还可用于其他歧视测试，如性别歧视。定制设备易于生产，分析系统可作为开放源代码公开访问，因此允许在任何实验室中使用。在社会偏好和社会新奇偏好测试中，我们证明了该系统能够测量具有不同毛皮颜色的啮齿动物菌株的社会行为的多个参数。我们还验证了系统在操作（如胡须修剪）后揭示啮齿动物社会行为的修正动态的能力。
TrackRodent软件：在MATLAB（2014a-2019a）中编写了三种算法，以跟踪实验对象及其与刺激物的相互作用。所有算法都存入 GitHub，在 。所有四种算法的主要目的是跟踪受试者身体的轮廓，以检测与刺激区域的任何直接接触。
基于身体的算法：此算法有三个版本，用于跟踪白色背景上未连接的暗鼠标（基于 BlackMouseBody）的轮廓、黑暗背景上的白色鼠标（基于白鼠体）或深色背景上的白鼠（基于白鼠体）的轮廓).该软件的图形用户界面 （GUI） 要求实验者使用鼠标或大鼠选择实验，然后选择正确的代码。对于算法的每个版本，有两个可选代码：一个在执行分析时在屏幕上显示跟踪过程，另一个不执行（因此，它运行得更快，称为”快速”）。例如，基于 BlackMouseBody 的算法的相关代码的名称是：”BlackMouseBodyBased23_7_14″和”BlackMouseBodyBased23_7_14_Fast”。以”快速”结尾的所有算法不会联机显示跟踪，用户必须将数据直接保存到结果文件 （.mat 文件）。所有基于身体的算法都需要设置单个阈值（软件 GUI 中的”低阈值”）来检测主体的身体。
基于头部方向的算法：第二种算法，仅适用于黑小鼠，基于基于身体的算法，此外还确定头部的方向性。该算法检测受试者头部与”刺激”区域的相互作用，从而避免因受试者与这些区域的随机接触而出现的误报。该算法定义了小鼠体轮廓的两个检测阈值：高阈值（包括黑鼠的较亮尾部）和低阈值，包括无尾体。此后，该算法使用较低的阈值将椭圆体拟合到检测到的边界，并定义鼠标头和尾部的位置（两者之间没有区别）。尾部和头部之间的最终区分基于较高阈值定义的边界。
有线动物算法：第三种算法旨在最大限度地减少与动物相连的电缆（即电线或光纤）产生的伪影，从而允许在连接到电缆时分析动物的行为。此算法仅对黑鼠和白鼠具有代码。大鼠的代码要求实验者定义低阈值和高阈值，而鼠标代码只需要低阈值。
Protocol
Representative Results
Discussion
这里描述的实验系统，它被设计为三室装置2，5的替代，允许性能相同的测试，同时解决它的一些局限性。三角形室位于矩形竞技场的两个相对角落，将主体-刺激相互作用区域限制在定义良好的平面上，从而能够对调查行为进行精确的自动分析。一个优点是使用分析软件 （TrackRodent） 为每个测试计算多个行为参数。它还允许在范式的各个阶段将腔室重?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了人类前沿科学方案（HFSP赠款RGP0019/2015）、以色列科学基金会（ISF赠款#1350/12，1361/17）、米尔格罗姆基金会和以色列科学、技术和空间部（赠款#3-12068）的支持。
Materials
| Flea3 1.3 MP Mono USB3 Vision | FLIR (formerly PointGrey) | FL3-U3-13Y3M-C | Monochromatic Camera |
| FlyCap 2.0 | FLIR (formerly PointGrey) | FlyCapture 2.13.3.61X64 | Video recording software |
| Home 5 minute Epoxy glue | Devocon | 20845 | For gluing the metal mesh to the Plexiglas stimuli chambers |
| Matlab 2014-2019 | MathWorks | R2014a – R2019a | Programming environment |
| Plexiglas boards (6 mm thickBlack or white) | Melina (1990) LTD, Israel | NaN | For arena and stimuli chambers construction |
| Red led strips (60 leds per meter) connected to a 12V power supply | 2012topdeal eBay supplier | NaN | For illumination of the acoustic chamber |
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