ההערכה הניסויית של עכבר חברותי בגישת עיבוד תמונה אוטומטית
Summary
פרוטוקול זה מתאר שיטה לכמת חברותיות עכבר. עכברים הם צילמו כאשר הם עוברים ולתקשר בכלוב מיוחד. עיבוד סרט מאפשר כימות האוטומטיות של חברותיות עם דיוק ואמינות מעולים.
Abstract
עכבר הוא אורגניזם המודל המועדף לבדיקת תרופות שנועדו להגדיל חברותיות. אנו מציגים שיטה לכמת עכבר החברותי שבו עכבר המבחן יוצב מנגנון סטנדרטי והתנהגויות רלוונטיות מוערכות בשלושה מפגשים שונים (אני מושב שנקרא, II ו- III).
המנגנון יש שלושה תאים (ראה איור 1), התאים על ימין ועל שמאל להכיל כוס הפוכה אשר יכול לאכלס עכבר (המכונה "עכבר גירוי").
ב אני בפגישה, עכבר המבחן מושם בכלוב והניידות שלה מאופיינת במספר המעברים בין תאים. בפגישה השנייה, עכבר גירוי מושם תחת אחד הכוסות ההפוכות ואת החברותיות של עכבר הבדיקה היא לכמת ידי סכומי הזמן מבלה ליד הכוס המכילה את עכבר הגירוי הסגור מול הכוס ההפוכה הריקה. במפגש שלישי, הכוסות ההפוכות הם הסירו ד בשני עכברי אינטראקציה בחופשיות. צורת ההתחברות של עכבר המבחן בפגישה III היא לכמת במספר הגישות חברתיות זה הופך לעבר עכבר גירוי על ידי מספר הפעמים שהוא ימנע גישה חברתית על ידי עכבר הגירוי.
ההערכה האוטומטית הסרט מזהה את האף של עכבר הבדיקה, המאפשר קביעה בכל האמצעים החברותיים המתוארים שאני פגישה השנייה (בפגישה III, גישות מזוהות באופן אוטומטי אבל מסווגים באופן ידני). כדי למצוא את האף, את התמונה של כלוב ריק מופחתת באופן דיגיטלי כל מסגרת של הסרט ואת התמונה המתקבלת היא binarized לזהות את הפיקסלים העכבר. זנב העכבר יוסר באופן אוטומטי ושני במעוזים המרוחקים ביותר של העכבר שנותר נקבעים; אלה קרובים האף ובסיס הזנב. על ידי ניתוח התנועה של העכבר באמצעות טיעוני המשכיות, האף מזוהה.
"איור 1" src = "/ files / ftp_upload / 52,508 / 52508fig1.jpg" />
הערכת איור 1. החברותיות במהלך 3 מפגשים מושב לי (למעלה):.. הסתגלות של עכבר מבחן לכלוב מושב השנייה (באמצע):. עכבר המבחן לנוע בחופשיות בכלוב בזמן שעכבר גירוי מוקף כוס הפוכה המושב III (למטה): שניהם עכבר מבחן ועכבר גירוי רשאי לנוע בחופשיות לתקשר אחד עם השני.
Introduction
חברותיות פגומים הוא אחד התחומים התסמין העיקרי במגוון של הפרעות התפתחותיות, כולל הפרעות ספקטרום האוטיזם (ASDs) 1,2. זה מגביל מאוד את היכולת של המטופלים לפתח יחסים מאוד משפיע חולים, משפחות ומטפל 2,3.
במאמץ להבין טוב יותר את המנגנון הבסיסי חברותי לקויים ולפתח טיפולים, מודלי עכבר כמה נחקרו 1,4-9. אחת זן כזה הוא עכבר BALB / ג, זן טהור שמספק חברותיות נמוכה להפליא, דומה תכונות אצל חולים עם ASD5 8-12. לדוגמא, עכבר BALB / ג מציג בתדירות נמוכה יותר של גישות חברתיות תשובה שלילית בדרך כלל לגישות חברתיות על ידי עכבר גירוי (למשל, הימנעות חברתית) מאשר זן קומפרטור השויצרי וובסטר 10.
כדי לבדוק אם הטיפול המוצע הוא אפקדואר בהגדלת חברותיות, מדדים אובייקטיביים נדרשים. מסגרת מקובלת היא לנתח את החברותיות במנגנון סטנדרטי כי יש שלושה תאים (ראה איור 1).
התאים על ימין ועל שמאל כל להכיל כוס חוט הפוכה שבו שוכנת עכבר גירוי בולט חברתי. עכבר המבחן משתחרר לתוך המנגנון במשך שלושה במרווחים של 10 דקות (מפגשי I-III); הפגישה הייתי מעריך את הפעילות של התנועה של עכבר הבדיקה, תוך מפגשי II ו- III להעריך אספקטים שונים של החברותיות של עכבר הבדיקה.
ב אני בפגישה, עכבר הבדיקה מותר להסתגל המנגנון. בפגישה זו, מספר מעברים כי עכבר הבדיקה עושה בין התאים השונים נמדד. חשוב לציין, אמצעי חברותיות שהושגו במנגנון שלושת התאים הסטנדרטיים תלויים פעילות של תנועה, ופעילות של תנועה מופחתת יכולה לבלבל פרשנות של Sociנתוני יכולת.
בפגישה השנייה, עכבר הבדיקה נע בחופשיות עכבר גירוי מושם תחת אחד הכוסות ההפוכות (מתאזן). עכברי הגירוי הם 4 שבועות זכר outbred ישנים עכברי ICR, לגיל ומין עכברי הבדיקה. עכבר גירוי מוקף כוס הפוכה בצד כאזור התא החברתי, ואת הכוס ריקה הפוכה מושמת בצד כאזור תא nonsocial. בפגישה השנייה, החברותיות של עכבר הבדיקה היא לכמת ידי השוואה בין הזמן שהוא מבלה ליד הכוס "החברתית" ההפוכה (פחות מ -2 סנטימטרים משם) לעומת הזמן שהוא מבלה ליד הכוס ההפוכה "nonsocial", ועד הוא מבלה בתא החברתי לעומת הזמן שהוא מבלה בתא nonsocial. עכברים קומפרטור שוויצרי וובסטר משקיעים הרבה יותר זמן בתא החברתי ליד הכוס החברתית ההפוכה בהשוואה לעכברי BALB / ג כי לא מראים העדפה משמעותית עבור חברתיכוס הפוכה או בתא החברתי 12.
במפגש שלישי, עכברי בדיקת גירוי מותרים לקיים יחסי גומלין חופשי (כוסות הפוכות יוסרו). מדדי חברותיות, התנהגויות סטריאוטיפיות ומעברים בין התאים מתקבלים באופן אמין פגישת 10 דקות השלישית של אינטראקציה חופשית בין בדיקה ועכברי גירוי ונותח. בדו"ח זה, החברותיות של עכבר הבדיקה היא לכמת באמצעות שני מדדים: 1) מספר גישות חברתיות זה הופך לעבר עכבר הגירוי, שבו גישה חברתית מוגדרת לנוע קדימה (אף ראשון) לכיוון עכבר הגירוי כך האף הוא פחות מ -2 ס"מ מן העכבר גירוי; 2) המספר והימנעויות של גישות חברתיות על ידי עכבר הגירוי. עכבר המבחן נחשב הימנעות הגישה אם יתברר או מתרחק מן עכבר הגירוי, או אם הוא מפסיק זמנית נעים ( "הקפאת התנהגות") לאחר עכבר הגירוי פנה עכבר הבדיקה. BALB /עכברי ג מצביעים על ירידה במספר הגישות חברתיות שנעשו כלפי עכבר הגירוי וגידול במספר התגובות שליליות לגישות חברתיות על ידי עכבר הגירוי, לעומת זן קומפרטור השויצרי וובסטר 10.
ההערכה של הסרטים התנהגותי מסורתית נעשתה באופן ידני, כלומר, על ידי צפייה בסרט בזהירות (ואולי במהירות מופחתת) והפעיל סטופרים בפעם העכבר מבלה בתא מסוים או בסמוך לאחד הכוסות ההפוכים 10. שיטה זו דורשת צופה הסרט שוב ושוב היא, אם כן, מאוד זמן רב. כמו כן, את הדיוק מוגבל על ידי זמן התגובה של המדרג למדידות סטופר היכולת לתפוש אם סמן העכבר נמצא בתוך 2 ס"מ של כוס הפוכה. בשנים האחרונות עבודה, שני מתחמים, (D-סרין ו- D-cycloserine) הוכיחו יעילות בהשבת חברותיות בעכברים BALB / ג 9,10,12. זה ידוע כי הן modu הרכיביםמאוחר הקולטן NMDA, אשר ידוע לשחק תפקיד מרכזי בהתנהגות חברתית 2,12. מערך גדול של תרכובות ידועים לווסת פעילות הקולטן NMDA במגוון דרכים מוגדרות היטב, ואת הפוטנציאל לפריצת דרך בטיפול ASD הופך את ההערכה המזורזת של תרכובות אלה בעדיפות שיטה אוטומטית מהירה להערכה רצויה מאוד.
מתואר להלן הוא הליך ניתוח אוטומטי שפותח עבור ההערכה של חברותיות עכבר. היא משתמשת בשיטות עיבוד תמונה על כל המסגרות של סרטים בעכבר כדי לזהות את המיקום של העכבר או עכברים. בפגישות I ו- II, זה עוד יותר מזהה מיקום אף ומשתמש בו כדי לחשב צעדים חברותיים. במפגש שלישי, זה מזהה אוטומטית את כל הגישות, אלא על סיווג ידני (גישה חברתית, הימנעות חברתית, או אחרת) נדרש.
Protocol
Representative Results
Discussion
על ידי שילוב של עכברים בוידאו וניתוח סרט אוטומטית, יצרנו סבירה, טכניקת תפוקה גבוהה הקרנה אמינה.
הדיוק של הניתוח האוטומטי הושווה עם התוצאות של ניתוח הוראות עבור יותר מ -100 סרטים. ברוב המוחלט של מסגרות (> 99%) של מסגרות, האף של העכבר מז…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה מומן על ידי מענק מימון ממועצת המנהלים לחקר בריאות העמים של וירג'יניה.
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. |
References
- Brodkin, E. S. BALB/c mice: Low sociability and other phenotypes that may be relevant to autism. Behavioural Brain Research. 176, 53-65 (2007).
- Deutsch, S. I., Burket, J. A., Urbano, M. R., Herndon, A. L., Winebarger, E. E., Mohammadi, M. A. Impaired sociability of the BALB/c mouse, an animal model of autism spectrum disorders, is attenuated by NMDA receptor agonist interventions: clinical implications. Comprehensive Book on Autism Spectrum Disorders. , 323-342 (2011).
- Dunn, M. E., Burbine, T., Bowers, C. A., Tantleff-Dunn, S. Moderators of stress in parents of children with autism. Community Mental Health Journal. 37, 39-52 (2001).
- Babineau, B. A., Yang, M., Berman, R. F., Crawley, J. N. Low home cage social behaviors in BTBR T+tf/J mice during juvenile development. Physiology & Behavior. 114-115, 49-54 (2013).
- Benson, A. D., Burket, J. A., Deutsch, S. I. BALB/c mice treated with d-cycloserine arouse increased social interest in conspecifics. Brain Research Bulletin. 99, 95-99 (2013).
- Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. Rapamycin improves sociability in the BTBR T(+)Itpr3(tf)/J mouse model of autism spectrum disorders. Brain Research Bulletin. 100, 70-75 (2014).
- Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. D-Cycloserine improves sociability in the BTBR T+ Itpr3tf/J mouse model of autism spectrum disorders with altered Ras/Raf/ERK1/2 signaling. Brain Research Bulletin. 96, 62-70 (2013).
- Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Locomotor activity of the genetically inbred BALB/c mouse strain is suppressed by a socially salient stimulus. Brain Research Bulletin. 83, 255-256 (2010).
- Deutsch, S. I., et al. D-cycloserine improves sociability and spontaneous typic behaviors in 4-week old mice. Brain Research. 1439, 96-107 (2012).
- Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Genetically inbred BALB/c mice differ from outbred Swiss Webster mice on discrete measures of sociability: relevance to a genetic mouse model of autism spectrum disorders. Autism Research. 4, 393-400 (2011).
- Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Cannon, W. R., Deutsch, S. I. D-serine improves dimensions of the sociability deficit of the genetically-inbred BALB/c mouse strain. Brain Research Bulletin. 84, 12-16 (2011).
- Deutsch, S. I., Burket, J. A., Jacome, L. F., Cannon, W. R., Herndon, A. L. D-Cycloserine improves the impaired sociability of the BALB/c mouse. Brain Research Bulletin. 84, 8-11 (2011).
- Shih, F. Y. . Image Processing and Mathematical Morphology: Fundamentals and Applications. , (2009).
- Nixon, M. . Feature Extraction & Image Processing. , (2008).
- National Research Council. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
