एक उपंयास एकल पशु मोटर समारोह ट्रैकिंग प्रणाली सरल, आसानी से उपलब्ध सॉफ्टवेयर का उपयोग
Summary
मौजूदा अध्ययन चूहों में मोटर घाटे के ठहराव को स्वचालित करने के उद्देश्य से. प्रारंभिक मूल्यांकन मॉडल मोटर प्रांतस्था में एक intracortical microelectrode आरोपण से उत्पंन होने वाले मोट नुकसान का आकलन करते हैं । हम एक ट्रैकिंग आसानी से अनुकूलनीय, सरल, और आसानी से उपलब्ध कोडिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर एल्गोरिथ्म के विकास और उपयोग पर रिपोर्ट ।
Abstract
हमने हाल ही में प्रदर्शन किया है कि तत्काल और स्थाई मोटर घाटे में चूहों के परिणाम के मोटर corteces में प्रत्यारोपन intracortical microelectrodes । मोटर विकलांगता मैंयुअल रूप से एक खुले मैदान ग्रिड परीक्षण के माध्यम से quantified थे सकल मोटर समारोह को मापने के लिए और एक सीढ़ी परीक्षण के माध्यम से ठीक मोटर समारोह को मापने के लिए । यहां, हम वीडियो दर्ज की स्वचालित ठहराव के लिए एक तकनीक पर चर्चा हमारे कस्टम Capadona व्यवहार वीडियो विश्लेषण प्रणाली का उपयोग कर परीक्षण: ग्रिड और सीढ़ी परीक्षण, या BVAS । सरल और आसानी से उपलब्ध कोडिंग सॉफ्टवेयर का लाभ ( सामग्री की तालिकादेखें), इस कार्यक्रम के दोनों खुले मैदान ग्रिड और सीढ़ी परीक्षणों पर एक भी जानवर की ट्रैकिंग के लिए अनुमति देता है । ओपन फील्ड ग्रिड ट्रैकिंग में, कोड तीव्रता के लिए वीडियो थ्रेसहोल्ड, ग्रिड परीक्षण के 3 मिनट की अवधि से अधिक चूहे की स्थिति पटरियों, और पथ का विश्लेषण करती है । यह तो गणना और कुल दूरी की यात्रा के लिए वापसी माप, अधिकतम वेग हासिल किया, बाएँ और दाएँ हाथ बदल जाता है की संख्या, और ग्रिड लाइनों की कुल संख्या चूहे के पार. सीढ़ी ट्रैकिंग में, कोड फिर से तीव्रता के लिए वीडियो थ्रेसहोल्ड, सीढ़ी भर में चूहे की आवाजाही पटरियों, और समय यह चूहे की सीढ़ी पार करने के लिए ले लिया सहित गणना की माप देता है, पंजा के विमान के नीचे होने वाली पर्ची की संख्या सीढ़ी rungs, और ठहराव या उत्क्रमण के कारण विफलताओं की घटनाओं । हम कल्पना है कि यहां विकसित BVAS कई चोट या रोग मॉडल सहित अनुप्रयोगों की एक किस्म में मोटर समारोह के विश्लेषण के लिए नियोजित किया जा सकता है ।
Introduction
दोनों कार्यात्मक और व्यवहार मोटर और संज्ञानात्मक हानियों का आकलन करने के लिए कई स्थापित तरीके हैं1,2,3. अधिक सामांयतः कार्यरत तरीकों में से कुछ पंजा स्थान, कदम, और एक सीढ़ी4परीक्षण पर अंग समंवय के माध्यम से ठीक मोटर समारोह का परीक्षण, सकल मोटर समारोह और खुले मैदान ग्रिड परीक्षण 5 के माध्यम से तनाव व्यवहार शामिल ,6, और डर के लिए परीक्षण, अवसाद, और निराशा के माध्यम से मजबूर तैरना परीक्षण7,8 या रोटर रॉड9। हालांकि, इन तरीकों के कई मानव शोधकर्ताओं पर भरोसा करने के लिए “स्कोर” पशु या अपने प्रदर्शन रूपसे ंयायाधीश । एक व्यक्तिपरक मानव मूल्यांकन के लिए की जरूरत है और डेटा के विश्लेषण की पीढ़ी धीमी कर सकते हैं, साथ ही अध्ययन में अनुसंधान पूर्वाग्रह के एक जानबूझकर या अनैच्छिक प्रभाव के लिए अवसर वर्तमान10। इसके अलावा, डेटा के व्यक्तिपरक मूल्यांकन भी गलत डेटा प्रतिनिधित्व का खतरा प्रस्तुत करता है, यह भुलक्कड़पन के माध्यम से हो, गरीब प्रेरणा, अनुचित प्रशिक्षण, या लापरवाही11।
हम हाल ही में दोनों एक खुला क्षेत्र ग्रिड परीक्षण और intracortical microelectrodes12,13के साथ प्रत्यारोपित चूहों में एक सीढ़ी परीक्षण के उपयोग की सूचना दी है । उन अध्ययनों में निष्कर्षों की नवीनता के कारण, हम तुरंत प्रयोगशाला में कई चल रहे अध्ययनों में उन और अतिरिक्त कार्यात्मक परीक्षण को रोजगार शुरू किया । अनैच्छिक मानव जनित व्यक्तिपरक विश्लेषक की संख्या में वृद्धि से उत्पंन परिवर्तनशीलता की प्रत्याशा में, और विश्लेषण के प्रवाह में सुधार करने के लिए, हम बाहर सेट के लिए एक स्वचालित, कंप्यूटर सहायता के लिए कार्यक्रम स्कोर व्यवहार परीक्षण बनाने के लिए, और बहुत त्रुटि के लिए संभावित सीमा ।
यहां, हम BVAS के विकास पर रिपोर्ट । BVAS कंप्यूटर विश्लेषण का उपयोग करता है एक खुला क्षेत्र ग्रिड परीक्षण और सकल और ठीक मोटर समारोह के मैट्रिक्स के रूप में एक सीढ़ी परीक्षण स्कोर करने के लिए क्रमशः । परिणाम चोट या रोग मॉडल की परवाह किए बिना, स्पष्ट संभव मोटर समारोह घाटा या रोग की वजह से घाटे के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । विश्लेषण कोड व्यवहार परीक्षण उपकरण में परिवर्तन के लिए खाते के लिए या मोटर समारोह के विभिंन मीट्रिक स्कोर करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है । इसलिए, BVAS कई अनुप्रयोगों में लागू किया जा सकता है, हमारे उद्देश्य का उपयोग करें या उन वर्तमान में अंय प्रयोगशालाओं द्वारा नियोजित का इरादा उपयोग से परे ।
ध्यान दें कि खुले मैदान ग्रिड और सीढ़ी परीक्षणों वीडियो रिकॉर्डिंग की आवश्यकता होती है । इसलिए, प्रत्येक परीक्षण एक वीडियो कैमरा [१०८० p, प्रति सेकंड न्यूनतम 15 फ्रेम (एफपीएस)], एक लैपटॉप, और एक कमरे वीडियो डेटा स्टोर करने के लिए की आवश्यकता होगी । दोनों परीक्षणों के लिए, एक केंद्रित स्थिति में कैमरा जगह है, पूरे तंत्र के लिए अनुमति के लिए फ्रेम पर देखा जाएगा । एक तिपाई या मचान पर कैमरा लंगर इतना है कि यह परीक्षण के दौरान कदम नहीं है । संभव के रूप में परीक्षण उपकरण के किनारों के साथ समानांतर के पास के रूप में वीडियो फ्रेम के किनारों रखें । सुनिश्चित करें कि एक ही कर्मियों को सभी परीक्षण पूरा और कमरे में अच्छी तरह से एक तापमान नियंत्रित प्रणाली के साथ जलाया जाता है । कमरे में ंयूनतम परिवर्तन के साथ, परीक्षण के पाठ्यक्रम में सभी जानवरों के लिए एक ही कमरे का उपयोग करें । अनाज या केले के चिप्स जानवरों के व्यवहार परीक्षणों को पूरा करने के लिए प्रोत्साहित करने के लिए अच्छा पुरस्कार बनाते हैं ।
Protocol
Representative Results
Discussion
एक मजबूत विश्लेषण सुनिश्चित करने के लिए प्रोटोकॉल का सबसे महत्वपूर्ण भाग अनुरूप फिल्माने है. यदि वीडियो अच्छी तरह से जलाया और प्रोटोकॉल के पहले खंड में चर्चा के रूप में सही स्थिति पर फिल्माया, प्रणाली…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस अध्ययन को मेरिट रिव्यू अवार्ड # B1495-r (to Jeffrey r. Capadona) और साइंटिस्ट और इंजीनियर्स (PECASE) (Jeffrey r. Capadona) के लिए राष्ट्रपति के जल्दी कैरियर पुरस्कार से संयुक्त राज्य अमेरिका के दिग्गजों मामलों के पुनर्वास का समर्थन किया गया अनुसंधान और विकास सेवा । इसके अतिरिक्त, इस काम के भाग में रक्षा के सहायक सचिव के कार्यालय के माध्यम से सहकर्मी की समीक्षा की चिकित्सा अनुसंधान कार्यक्रम के तहत पुरस्कार सं के तहत समर्थन किया गया । W81XWH-15-1-0608. लेखक अपनी ग्रीष्मकालीन अनुसंधान धन समर्थन के लिए स्रोत स्वीकार करते हैं । सामग्री संयुक्त राज्य अमेरिका के दिग्गजों मामलों या संयुक्त राज्य अमेरिका सरकार के विभाग के विचारों का प्रतिनिधित्व नहीं करते । लेखक अपने मार्गदर्शन के लिए CWRU कुतर व्यवहार कोर में हिरोयुकी Arakawa का शुक्रिया अदा करना चाहते है और परीक्षण कुतर व्यवहार प्रोटोकॉल । लेखक भी अपने डिजाइन में मदद के लिए मैकेनिकल और एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के CWRU विभाग से जेम्स ड्रेक और केविन टालबोट का शुक्रिया अदा करना चाहेंगे और उन्हें कुतर सीढ़ी टेस्ट का निर्माण करना होगा ।
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 |
References
- 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).
