自動画像処理手法を用いてマウス社交性の実験的評価

Summary

このプロトコルは、マウスの社交性を定量化する方法について説明します。彼らは移動し、特別なケージで相互作用するように、マウスをビデオテープに録画されています。動画処理は、優れた精度と信頼性と社交性の自動定量を可能にします。

Abstract

マウスは、社交性を高めるために設計された薬剤を試験するための好ましいモデル生物です。我々は、試験マウスは、標準化された装置及び関連行動に配置されているマウスの社交性を定量化する方法は、（セッションI、II、およびIIIと呼ばれる）は、3つの異なるセッションで評価される示します。

装置は、3つの区画（ 図1を参照）があり、左右の区画（「刺激マウス」と呼ばれる）は、マウスを収容することができる倒立カップが含まれています。

セッションIにおいて、試験マウスをケージ内に配置され、その移動度は、区画間での遷移の数によって特徴付けられます。セッションIIでは、刺激マウスは、逆カップのいずれかの下に置かれ、試験マウスの社交性は、それが空の反転カップ対囲まれた刺激マウスを含むカップの近くに費やす時間の量によって定量化されます。セッションIIIでは、反転カップが削除されます D両方のマウスは自由に相互作用します。セッションIIIでの試験マウスの社交性は、それが刺激マウスに向かって、それが刺激マウスで社会的なアプローチを回避した回数だけ行い、社会的なアプローチの数によって定量化されます。

映画の自動評価は、全ての決意がセッションIおよびII（セッションIIIに、アプローチは自動的に識別が、手動で分類されている）で社交性対策を説明できます試験マウスの鼻を検出します。鼻を見つけるには、空のケージの画像は、デジタル動画の各フレームから減算され、得られた画像は、マウスピクセルを識別するために二値化します。マウス尾は自動的に削除され、残りのマウスの二つの最も遠い点が決定されます。これらは、鼻と尾の付け根に近いです。マウスの動きを分析し、連続引数を使用して、鼻が識別されます。

「図1」SRC = "/ファイル/ ftp_upload / 52508 / 52508fig1.jpg" />
3つのセッションの間に社交の図1.アセスメント セッションI（上）：ケージに試験マウスの順化セッションII（中央）：刺激マウスが反転カップで囲まれている間テストマウスはケージ内を自由に移動するセッションIII。 （下）：試験マウスおよび刺激マウスの両方が自由に移動し、互いに相互作用させます。

Introduction

障害社交性は、自閉症スペクトラム障害（ASDに^）1,2を含む神経発達障害の範囲の主な症状ドメインの1つです。それは深刻な関係を開発する患者の能力を制限し、大幅に患者、家族、介護者^2,3に影響^を与えます。

より良い障害の社交性の根底にあるメカニズムを理解し、治療法を開発するための努力では、いくつかのマウスモデルが^1,4-9を検討されています。そのような株は、BALB / cマウス、ASD5 ^8-12と患者に見られる特徴に似ている、著しく低い社交性を示す近交系です。例えば、BALB / cマウスは、社会的なアプローチやスイスウェブスターコンパレータ株¹⁰よりも刺激マウス（ 例えば、社会的回避）することにより、社会的アプローチとは、通常、否定応答の低い周波数を表示します。

提案された治療がeffectivであるかどうかをテストするには社交性を高めることで、電子は、客観的な対策が必要とされています。広く受け入れられているフレームワークは、3つの区画（ 図1参照 ）を有する標準化された装置で社交性を分析することです。

左右の区画それぞれが社会的に顕著な刺激マウスを収容し、反転ワイヤーカップが含まれています。試験マウスは、3つの10分の間隔（セッションI-III）のための装置中に放出されます。セッションIIとIIIは、試験マウスの社交性の異なる側面を評価しながら、セッションIは、試験マウスの自発運動を評価します。

セッションIでは、試験マウスは、装置に順応することが許可されています。このセッションでは、試験マウスは、異なる区画間なる遷移の数が測定されます。重要なのは、標準3コンパートメント装置で得られた社交性対策は運動活性に依存しており、減少自発運動はSOCIの解釈を混乱させることができます能力データ。

セッションIIでは、試験マウスを自由に移動していると刺激マウスを反転カップ（相殺）のいずれかの下に置かれています。刺激マウスは、4週齢の非近交系の雄ICRマウス、年齢および性別をマッチさせた試験マウスにあります。刺激マウスは、社会的な区画として指定された側に反転したカップ内に封入されており、空の反転カップが非社会的コンパートメントとして指定された側に配置されています。セッションIIでは、試験マウスの社交性は、それが「社会」に反転、それは「非社会的」に反転カップの近くに費やす時間対カップ（2cm未満の距離）、および時間により近くに費やす時間を比較することによって定量化されますそれは非社会的コンパートメントに費やす時間対社会的なコンパートメントに費やしています。スイスウェブスターコンパレータマウスは、社会的なコンパートメントにし、社会のために有意な好みを示さないBALB / cマウスに比べて社会的な反転カップの近くにかなり多くの時間を費やしますカップや社会コンパートメント^12を反転。

セッションIIIでは、テストと刺激マウス（反転カップが削除されている）を自由に相互作用することが許可されています。社交性の対策は、区画間の常同行動と遷移が確実にテストと刺激マウスとの間の自由な相互作用の第三の10分のセッションで得られたと分析されます。ように刺激マウスに向けて社会的なアプローチが前方に移動することと定義されて、それが刺激マウスに向かって行い、社会的なアプローチの1）数、（鼻最初）：この報告書では、試験マウスの社交性は、2つの指標を介して定量化されます鼻が2cm未満離れて刺激マウスからです。 2）刺激マウスの社会的アプローチのavoidancesの数。それがオンまたは刺激マウスから離れる、または、それが一時的に刺激マウスの後に（「すくみ行動」）の移動が停止した場合、試験マウスに近づいた場合に試験マウスは、アプローチを回避していると考えられます。 BALB /cマウスは、スイスウェブスターコンパレータ株¹⁰に比べて刺激マウスと刺激マウスの社会的なアプローチに対する否定応答の数の増加に向けた社会的なアプローチの数の減少を示します。

行動映画の評価は伝統的に（おそらく減少した速度で）慎重に映画を見て、マウスが特定のコンパートメント内または逆カップ¹⁰の1近くに費やす時間をストップウォッチを活性化することにより、 すなわち 、手動で行われてきました。この方法は、繰り返し映画の視聴必要とし、従って、非常に時間がかかります。また、精度はストップウォッチ計測、マウスが反転カップ2cmの範囲内にあるかどうかを知覚する能力のための評価者の反応時間によって制限されます。最近の研究では、二つの化合物、（D-セリンおよびD-サイクロセリン）は、BALB / cマウス^9,10,12-で社交性を回復するのに有効であることが証明されています。これは、両成分がMODUことが知られています社会的行動^2,12において中心的な役割を果たしていることが知られている後半NMDA受容体、。化合物の大規模な配列は、明確に定義された様々な方法でNMDA受容体活性を調節することが知られており、ASD治療における画期的な可能性は、これらの化合物の優先順位と非常に望ましい評価のための高速自動方法の迅速な評価を行っています。

以下に説明するが、マウス社交性の評価のために開発された自動分析手順です。これは、マウスやマウスの位置を特定するために、マウスのムービーのすべてのフレームの画像処理方法を使用しています。 IとIIのセッションでは、さらに、鼻の位置を検出し、社交性の尺度を計算するためにそれを使用します。セッションIIIでは、それは自動的にすべてのアプローチを検出したが、マニュアル分類（社会的アプローチ、社会的回避、または他の）が必要です。

Protocol

1）実験手順および2）自動分析：説明を容易にするためのプロトコルは、2つの部分に分割されています。全ての動物は、実験動物の管理と使用15用のガイドに従って処理し、すべての手順は、施設内動物管理使用委員会によって承認されました。 1.実験手順非社会的、社会的、中立中央の区画（ 図1）：黒無反射プレキシガラス長方形のボッ?…

Representative Results

図3は、空のケージでの行動映画の色のフレームを示しています。マウスはまだケージの中に導入されていません。 （社会的および非社会的）カップ、および区画の境界の位置が重畳されています。 図4に示され、参照フレームとして使用される空のケージのカラーフレームは8ビットグレースケールに変換されます。参照フレームがキャプチャ動画のす?…

Discussion

ビデオテープに録画したマウスと自動映画の分析を組み合わせることで、私たちは手頃な価格、信頼性の高いハイスループットスクリーニング技術を作成しました。

自動分析の精度は100以上の映画の手動分析の結果と比較しました。フレームのフレームの圧倒的多数（> 99％）で、マウスの鼻は、良好な精度で識別されます。映画の約80％が何らかの修正を必要としな?…

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.