تقييم التجريبية من الفأر المؤانسة باستخدام الآلي صورة نهج المعالجة
Summary
يصف هذا البروتوكول وسيلة لقياس مؤانسة الماوس. وتصويرها بالفيديو الفئران لأنها تتحرك وتتفاعل في قفص خاص. معالجة الفيلم يسمح لتقدير الآلي للمؤانسة مع دقة ممتازة والموثوقية.
Abstract
الفأر هو كائن النموذج المفضل لاختبار الأدوية المصممة لزيادة مؤانسة. نقدم طريقة لتحديد مؤانسة الماوس التي وضعت الماوس اختبار في جهاز موحد ويتم تقييم السلوكيات ذات الصلة في ثلاث جلسات مختلفة (الدورة يسمى الأول والثاني، والثالث).
الجهاز له ثلاث مقصورات (انظر الشكل 1)، المقصورات اليسار واليمين تحتوي على كوب مقلوب الذي يتسع الماوس (وتسمى "الماوس التحفيز").
في الجلسة الأولى، يتم وضع الماوس اختبار في القفص ويتميز التنقل من قبل عدد من التحولات التي أجريت بين المقصورات. في الجلسة الثانية، يتم وضع الماوس التحفيز تحت واحدة من كوب مقلوب وكميا مؤانسة من الفأرة اختبار من المبالغ الوقت الذي تنفق بالقرب من الكأس الذي يحتوي على الماوس التحفيز المغلقة مقابل فنجان مقلوب فارغة. في الجلسة الثالثة، يتم إزالة أكواب مقلوب ل د كل من الفئران تتفاعل بحرية. وكميا مؤانسة من الفأرة اختبار في جلسة الثالث من قبل عدد من النهج الاجتماعية يجعل نحو الماوس التحفيز وعدد المرات أنه يتجنب نهج الاجتماعي عن طريق الماوس التحفيز.
التقييم الآلي للفيلم يكشف الأنف من الفأرة اختبار، والذي يسمح بتحديد جميع التدابير مؤانسة وصفها في جلسة الأول والثاني (في الجلسة الثالثة، يتم تحديد النهج تلقائيا ولكن تصنف يدويا). العثور على الأنف، وصورة من قفص فارغ وطرح رقميا من كل إطار من الفيلم وbinarized الصورة الناتجة لتحديد بكسل الماوس. تتم إزالة ذيل الماوس تلقائيا ويتم تحديد اثنين من أبعد نقطة من الفأرة المتبقية. وهذه هي قريبة إلى الأنف وقاعدة الذيل. من خلال تحليل حركة الماوس واستخدام الحجج الاستمرارية، يتم التعرف على الأنف.
"الشكل 1" SRC = "/ ملفات / ftp_upload / 52508 / 52508fig1.jpg" />
الشكل 1. تقييم المؤانسة خلال 3 جلسات الجلسة الأولى (أعلى):.. التأقلم اختبار الماوس إلى قفص الجلسة الثانية (وسط): اختبار الماوس تتحرك بحرية في قفص بينما يتم وضع الماوس التحفيز في كأس مقلوب الجلسة الثالثة كلاهما مسموح الماوس اختبار والفأر التحفيز على التحرك بحرية وتتفاعل مع بعضها البعض: (القاع).
Introduction
مؤانسة ضعف هي واحدة من المجالات أعراض الأولية في مجموعة من الاضطرابات العصبية النمائية، بما في ذلك اضطرابات طيف التوحد (أي إس دي إس) 1،2. وهو يحد بشدة من قدرة المرضى على تطوير العلاقات وتؤثر بشكل كبير المرضى والأسر ومقدمي الرعاية 2،3.
في محاولة لفهم أفضل لآلية الكامنة مؤانسة واختلال في وتطوير علاجات، وقد تم دراسة عدة نماذج الماوس 1،4-9. واحدة من هذه السلالة هو BALB / ج الماوس، سلالة الفطرية التي يسلك مؤانسة منخفضة لافت للنظر، تشبه ملامح ينظر في المرضى الذين يعانون من ASD5 8-12. على سبيل المثال، يعرض BALB / ج الماوس أدنى تردد النهج الاجتماعية وردا عادة سلبية على النهج الاجتماعية عن طريق الماوس التحفيز (على سبيل المثال، وتجنب الاجتماعي) من مقارنة سلالة بستر السويسري 10.
لاختبار ما إذا كان العلاج المقترح هو الفعاليهه في زيادة مؤانسة، هناك حاجة إلى معايير موضوعية. إطار مقبولة على نطاق واسع هو تحليل مؤانسة في جهاز موحد الذي يحتوي على ثلاث مقصورات (انظر الشكل 1).
المقصورات اليسار واليمين كل تحتوي على كوب الأسلاك المقلوب الذي يضم الماوس التحفيز البارزة اجتماعيا. يتم تحرير الماوس اختبار في الجهاز لمدة ثلاث فترات من 10 دقيقة (جلسات I-III)؛ جلسة أنا يقيم النشاط الحركي للفأرة الاختبار، في حين الدورات الثانية والثالثة تقييم الجوانب المختلفة للمؤانسة الماوس الاختبار.
في الجلسة الأولى، ولا يسمح للفأر اختبار ليتأقلم مع الجهاز. في هذه الدورة، يتم قياس عدد من التحولات التي تجعل الماوس اختبار بين مقصورات مختلفة. الأهم من ذلك، التدابير مؤانسة التي تم الحصول عليها في معيار جهاز ثلاث حجرات وتعتمد على النشاط الحركي، وانخفاض النشاط الحركي يمكن أن يربك تفسير SOCIالبيانات القدرة.
في الجلسة الثانية، والماوس اختبار تتحرك بحرية ويتم وضع الماوس التحفيز تحت واحدة من كوب مقلوب (موازنة). الفئران التحفيز هي مدة 4 أسابيع من العمر الأباعد ذكر النواب الفئران، العمر وللفئران اختبار المطابقة الجنس. يتم وضع الماوس التحفيز في كأس مقلوب في الجانب تسمى حجرة الاجتماعية، ويوضع كوب مقلوب فارغة في الجانب تسمى حجرة الغير اجتماعية. في الجلسة الثانية، وكميا مؤانسة من الفأرة اختبار بمقارنة الوقت الذي تنفق بالقرب من "الاجتماعي" فنجان مقلوب (أقل من 2 سم بعيدا) مقابل الوقت الذي تنفق بالقرب من "الغير اجتماعية" فنجان مقلوب، وبحلول الوقت تنفقها في المقصورة الاجتماعية مقابل الوقت الذي ينفق في المقصورة الغير اجتماعية. وبستر السويسرية الفئران مقارنة تنفق مزيدا من الوقت في حجرة الاجتماعية وبالقرب من كوب مقلوب الاجتماعي مقارنة BALB / ج الفئران التي لا تظهر أي تفضيل كبير لالاجتماعيةفنجان مقلوب أو مقصورة الاجتماعية 12.
في الجلسة الثالثة، يسمح للاختبار والتحفيز الفئران للتفاعل بحرية (يتم إزالة أكواب المقلوب). ويتم الحصول على تدابير مؤانسة والسلوكيات النمطية والانتقال بين الأجزاء بشكل صحيح في الدورة 10 دقيقة الثالثة من التفاعل الحر بين الاختبار والفئران التحفيز وتحليلها. في هذا التقرير، وكميا مؤانسة من الفأرة اختبار عن طريق اثنين من التدابير ما يلي: 1) عدد من النهج الاجتماعية يجعل نحو الماوس التحفيز، حيث يتم تعريف نهج الاجتماعي الذي تتحرك إلى الأمام (الأنف أولا) نحو الماوس التحفيز حتى يتسنى لل الأنف هو أقل من 2 سم بعيدا عن الماوس التحفيز. 2) عدد الاجتناب النهج الاجتماعية عن طريق الماوس التحفيز. يعتبر الماوس اختبار ليتم تجنب النهج إذا ما تبين أو يتحرك بعيدا عن الماوس التحفيز، أو إذا توقف مؤقتا المتحركة ( "تجميد السلوك") بعد الماوس التحفيز قد اقترب الماوس الاختبار. BALB /وتشير ج الفئران انخفاضا في عدد من النهج الاجتماعية المحرز نحو الماوس التحفيز وزيادة في عدد الردود السلبية إلى النهج الاجتماعية عن طريق الماوس التحفيز، مقارنة مقارنة سلالة بستر السويسري 10.
وقد جرت العادة على القيام بتقييم الأفلام السلوكية يدويا، أي من خلال مشاهدة الفيلم بعناية (وربما بسرعة منخفضة) وتفعيل الوقف للمرة الماوس تنفق في حجرة معينة أو بالقرب منها واحدة من أكواب مقلوب 10. يتطلب هذا الأسلوب مشاهدة الفيلم مرارا وهو، بالتالي، تستغرق وقتا طويلا جدا. أيضا، دقة محدودة من الوقت رد فعل المقيم لالقياسات ساعة توقيت والقدرة على إدراك ما إذا كان الماوس على بعد 2 سم من كوب مقلوب. في الأعمال الأخيرة، مجمعين، وقد ثبت (D-سيرين وD-سيكلوسيرين) فعالة في استعادة مؤانسة في BALB / ج الفئران 9،10،12. ومن المعروف أن كلا من مكونات MODUفي وقت متأخر من مستقبلات NMDA، والذي يعرف للعب دور مركزي في السلوك الاجتماعي 2،12. ومن المعروف أن مجموعة كبيرة من المركبات لتعديل NMDA نشاط مستقبلات في مجموعة متنوعة من الطرق واضحة المعالم، واحتمال حدوث طفرة في علاج التوحد يجعل تقييم المعجل من هذه المركبات أولوية وطريقة تلقائي سريع لتقييم مرغوب فيه للغاية.
هو موضح أدناه هو إجراء التحليل الآلي المتقدمة لتقييم مؤانسة الماوس. ويستخدم أساليب معالجة الصور على جميع الأطر من الأفلام الماوس لتحديد الموقف من الماوس أو الفئران. في الجلستين الأولى والثانية، يكشف مزيد من موقف الأنف ويستخدم لحساب التدابير مؤانسة. في الجلسة الثالثة، فإنه تلقائيا بالكشف عن النهج، ولكن مطلوب تصنيف اليدوي (النهج الاجتماعي، وتجنب الاجتماعي، أو غيرها).
Protocol
Representative Results
Discussion
من خلال الجمع بين بتصوير الفئران وتحليل الفيلم التلقائي، لقد أنشأنا وموثوقة عالية الإنتاجية تقنية فحص بأسعار معقولة.
وتمت مقارنة دقة التحليل الآلي مع نتائج التحليل اليدوي لأكثر من 100 فيلم. في الغالبية العظمى من الإطارات (> 99٪) م?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا البحث من قبل منح التمويل من مجلس البحوث الصحية كومنولث فرجينيا.
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).
