Una novela única función Motor Animal utilizando el Software Simple, fácilmente disponible del sistema de seguimiento
Summary
El presente estudio pretende automatizar la cuantificación del déficit motor en ratas. El modelo de evaluación inicial evalúa motor pérdida resultante de una implantación de intracortical microelectrodos en la corteza de motor. Divulgamos sobre el desarrollo y uso de un algoritmo de seguimiento utilizando fácilmente adaptable, simple y disponible software de codificación.
Abstract
Recientemente hemos demostrado que implantar microelectrodos intracortical en los corteces motor de ratas produce déficit motor inmediato y duraderos. Deficiencias motoras manualmente se cuantificaron a través de una prueba de red de campo para medir la motricidad gruesa y de un examen de la escala para medir la motricidad fina. Aquí, discutimos una técnica para la cuantificación automatizada de las pruebas de vídeo grabado utilizando nuestro encargo Capadona comportamiento Video análisis sistema: red y prueba de la escalera o BVAS. Aprovechando sencillo y fácilmente disponible software de codificación (véase la Tabla de materiales), este programa permite el seguimiento de un solo animal en la red de campo abierto y las pruebas de la escalera. Abrir la grilla del campo de seguimiento, los umbrales de código el video de intensidad, rastrea la posición de la rata sobre la duración de 3 minutos de la prueba de rejilla y analiza el camino. Entonces calcula y devuelve las mediciones de la distancia total recorrida, la velocidad máxima alcanzada, el número de vueltas de la mano izquierda y derecha y el número total de líneas de la cuadrícula atravesada por la rata. En escala de seguimiento, el código otra vez los umbrales del video de intensidad, sigue el movimiento de la rata a través de la escalera, y devuelve mediciones calculado incluyendo el tiempo que tardó la rata a la escalera, el número de la pata desliza que ocurren por debajo del plano de la peldaños de escalera y la incidencia de fracasos debido a estancamiento o retrocesos. Imaginamos que el BVAS desarrollado aquí pueden emplearse para el análisis de la función motora en una variedad de aplicaciones, incluyendo muchos modelos de lesión o enfermedad.
Introduction
Hay muchos métodos establecidos para evaluar funcional y de comportamiento motor y debilitaciones cognoscitivas1,2,3. Algunos de los métodos más comúnmente empleados incluyen pruebas de motricidad fina a través de la pata la colocación paso a paso y coordinación de la extremidad en una escala de prueba4, prueba de función motora gruesa y comportamiento de estrés mediante la prueba de rejilla de campo abierto5 ,6y pruebas para el miedo, la depresión y desesperación por la natación forzada prueba7,8 o rotor de barra9. Sin embargo, muchos de estos métodos dependen de investigadores humanos para “marcar” el animal o juzgar su rendimiento subjetivo. La necesidad de una valoración subjetiva humana puede disminuir la generación y análisis de los datos, así como presentar la posibilidad de una influencia intencional o inintencional de sesgo de la investigación en el estudio10. Evaluación más subjetiva de los datos también presenta el riesgo de representación de los datos inexactos, ya sea por olvido, pobre motivación, entrenamiento inadecuado o negligencia11.
Recientemente hemos reportado el uso de una prueba de red de campo abierto y una prueba de escalera en ratas implantadas con microelectrodos intracortical12,13. Debido a la novedad de los resultados de esos estudios, inmediatamente empezamos a emplear aquellos y pruebas funcionales adicionales en muchos estudios en curso en el laboratorio. En previsión de variabilidad generada por humanos resultantes de un aumento en el número de evaluadores subjetivas y para mejorar el rendimiento del análisis, nos propusimos para crear un programa automatizado, asistido por computadora para pruebas de comportamiento, y limitan mucho la posibilidad de error.
Aquí, Divulgamos sobre el desarrollo de la BVAS. El BVAS utiliza el análisis de ordenador para conseguir una prueba de red de campo abierto y una prueba de escalera como indicadores de la función motora gruesa y fina, respectivamente. Los resultados pueden ser utilizados para aclarar déficits de motricidad posible causados por lesión o enfermedad, sin importar el modelo de lesión o enfermedad. Los códigos de análisis pueden ser adaptados para tener en cuenta cambios en el equipo de prueba de comportamiento o para marcar diferentes parámetros de la función motora. Por lo tanto, el BVAS pueden implementarse en muchas aplicaciones, más allá de nuestro uso o el uso previsto de los actualmente empleados por otros laboratorios.
Tenga en cuenta que las pruebas de red y escalera del campo abierto requieren grabación de vídeo. Por lo tanto, cada prueba requiere una cámara de vídeo [1080p, mínimos 15 cuadros por segundo (fps)], un portátil y un espacio para almacenar los datos de vídeo. Para ambas pruebas, coloque la cámara en una posición centrada, permitiendo el aparato entero ser visto en el marco. Fijar la cámara en un trípode o un andamio para que no se mueva durante la prueba. Mantener los bordes del fotograma de vídeo como cerca paralela a los bordes del aparato de prueba como sea posible. Asegúrese de completa todo prueba el mismo personal y la habitación está bien iluminada con un sistema de control de temperatura. Utilice la misma habitación para todos los animales en el transcurso de la prueba, con cambios mínimos a la sala. Cereales o chips de plátano que buenas recompensas a los animales para completar las pruebas de comportamiento.
Protocol
Representative Results
Discussion
La parte más crítica del protocolo para asegurar un análisis fuerte es la película constante. Si los videos son bien iluminado y filmada en la posición correcta como se explica en la primera sección del Protocolo, el sistema será capaz de hacer un análisis preciso. Como con cualquier problema de procesamiento de imágenes, el trabajo realizado en el proceso previo hará que el procesamiento posterior más precisa y simple. Como tal, asegurándose de que los aparatos y los animales están bien iluminados durante l…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por el mérito de premio # B1495-R (para Jeffrey R. Capadona) y el Premio Presidencial de la carrera temprana de científico e ingenieros (PECASE) (a Jeffrey R. Capadona) de los Estados Unidos Departamento de los veteranos asuntos rehabilitación de Servicio investigación y desarrollo. Además, este trabajo fue financiado en parte por la oficina del Secretario de defensa asistente para asuntos de salud a través del Peer revisada médica investigación programa bajo Nº de premio W81XWH-15-1-0608. Los autores reconocen la fuente para su investigación de verano apoyo financiero. Los contenidos no representan las opiniones del Departamento de Asuntos Veteranos de Estados Unidos o el gobierno de Estados Unidos. Los autores desean agradecer a Hiroyuki Arakawa en la CWRU roedor comportamiento base para su orientación en el diseño y prueba de protocolos de comportamiento roedores. Los autores también desean agradecer a James Drake y Kevin Talbot de la CWRU Departamento de mecánica e ingeniería aeroespacial por su ayuda en el diseño y fabricación de la prueba escala roedores.
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).
