Basit, kolay ulaşılabilir yazılım kullanarak sistem izleme roman tek bir hayvan Motor işlevi
Summary
Çalışmada motor açıkları sıçanlarda miktar otomatikleştirmek amaçladık. İlk değerlendirme modeli motor kaybı meydana gelen bir intracortical elektrot implantasyon motor korteks değerlendiriyor. Biz geliştirme ve kolayca adapte edilebilir, basit ve kullanıma hazır yazılım kodlama kullanarak bir izleme algoritma kullanımı raporu.
Abstract
Biz son zamanlarda motor corteces sıçan intracortical microelectrodes yerleştirerek hemen ve kalıcı motor açıkları sonuçlar gösterdi. Motor bozuklukları el ile brüt motor işlevleri ölçmek için bir açık alan kılavuz test ve ince motor işlevleri ölçmek için bir merdiven test aracılığıyla sayısal. Burada, bizim özel Capadona davranış Video analiz sistemi kullanılarak kaydedilen video testlerin otomatik miktar için bir teknik tartışmak: kılavuz ve merdiven Test veya BVAS. Basit ve kullanıma hazır yazılım kodlama yararlanarak (bkz. Tablo reçetesi) tek bir hayvan izleme açık alan kılavuz ve merdiven testleri için bu program sağlar. Olarak alan kılavuz kod eşikler izleme, video yoğunluk için açmak için farenin konumunu kılavuz testi 3 dk süresi boyunca izler ve yolun analiz eder. Daha sonra hesaplar ve toplam mesafe, elde maksimum hız, sol ve sağ el döner sayısı ve kılavuz çizgileri sıçan tarafından geçti toplam sayısı ölçülerini döndürür. Eşikleri merdiven izleme kodu tekrar içinde şiddeti için video izler fare hareketi merdiven ve merdiven geçmeye sıçan sürdüğü zaman da dahil olmak üzere döndürür hesaplanan ölçümler pençe sayısı notları boyutunda meydana gelen merdiven basamakları ve hataları nedeniyle durgunluk veya devreden insidansı. Biz burada geliştirilen BVAS uygulamaları, birçok yaralanma veya hastalık modelleri de dahil olmak üzere çeşitli motor işlevi analizi için istihdam edilecek öngörülüyor.
Introduction
Fonksiyonel ve davranışsal motor ve bilişsel bozukluklar1,2,3değerlendirmek için kurulan pek çok yöntem vardır. Daha yaygın olarak istihdam yöntemlerden bazıları iyi motor işlevleri üzerinden pençe yerleştirme, bozkır ve uzuv koordinasyon brüt motor işlevleri ve stres davranış üzerinden açık alan kılavuz testi5 test bir merdiven test4, test içerir ,6ve korku, depresyon ve umutsuzluk üzerinden için zorla yüzmek test test7,8 veya rotor çubuk9. Ancak, bu yöntemlerin çoğu insan araştırmacılar “hayvan puanı için” ya da subjektif performansını yargılamak için güveniyor. Öznel bir insan değerlendirme ihtiyacını yavaş üretimi ve veri analizi, yanı sıra araştırma önyargı bir kasıtlı veya kasıtsız etkisi için fırsat çalışma10‘ mevcut. Ayrıca, öznel değerlendirme veri unutkanlık, zavallı motivasyon, uygun olmayan eğitim veya ihmal11olması yanlış veri gösterimi, riski de sunar.
Geçenlerde bir açık alan kılavuz testi ve bir merdiven test intracortical microelectrodes12,13ile implante sıçanlarda bildirdin. Bu çalışmalarda bulgular yenilik nedeniyle, biz hemen bu istihdam başladı ve ek işlevsel sınama laboratuvarı birçok devam eden çalışmalarda. Kasıtsız insan tarafından oluşturulan değişkenlik öznel değerlendiriciler ve analiz üretilen işi artırmak için bir artış kaynaklanan beklentisiyle, biz davranış test puanı için otomatik, bilgisayar destekli bir program oluşturmak için yola, ve büyük ölçüde hata olasılığını sınırlandırmak.
Burada, BVAS geliştirilmesi üzerinde raporu. BVAS bir açık alan kılavuz testi ve bir merdiven test brüt ve ince motor işlevleri ölçümleri sırasıyla puanı için bilgisayar analizi kullanır. Sonuçları yaralanma veya hastalık, yaralanma veya hastalık modeli ne olursa olsun kaynaklanan olası motor işlevleri açıkları aydınlatmak için kullanılabilir. Analiz kodları için değişiklikler davranış test etme donanımları veya motor fonksiyon çeşitli ölçümler puan hesabına adapte edilebilir. Bu nedenle, BVAS bizim kullanım amacı veya diğer laboratuvarlar tarafından şu anda çalışan işlevinin ötesinde birçok uygulamada uygulanabilir.
Not açık alan kılavuz ve merdiven testleri video kaydı gerektirir. Bu nedenle, her bir test bir video kamera [1080 p, en az 15 kare / saniye (fps)], bir dizüstü bilgisayar ve video verilerini depolamak için bir yer gerektirir. Her iki test için fotoğraf makinesini çerçevede görülmesi gereken tüm cihazlar için izin veren bir merkezli pozisyonda yerleştirin. Böylece bu test sırasında taşımaz fotoğraf makinesini tripoda veya iskele demir. Yakın olarak video çerçeve kenarlarını mümkün olduğunca test cihazları kenarlarına paralel tutun. Aynı personel tüm test tamamlamak ve odanın ısı kontrollü bir sistem ile iyi aydınlatılmış olduğunu emin olun. Aynı oda, oda çok az değişiklik ile test kurs boyunca tüm hayvanlar için kullanın. Tahıl ya da muz fiş hayvan davranış testleri tamamlamak için teşvik etmek için iyi ödül olun.
Protocol
Representative Results
Discussion
En kritik güçlü bir analizi sağlamak için protokol tutarlı filme bir bölümüdür. Videoları doğru konumda Protokolü’nün ilk bölümünde açıklandığı gibi iyi aydınlatılmış ve filme ise, sistem hassas bir analiz yapmak mümkün olacak. Herhangi bir görüntü işleme sorun ile ön işleme içinde yapılan çalışmaları daha doğru ve basit post-processing yapacaktır. Bu nedenle, test sırasında cihazları ve hayvanların iyi aydınlatılmış ve herhangi bir gölge veya diğer hareket çerçeve i?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu çalışmada başarı İnceleme Ödülü tarafından desteklenmiştir (için Jeffrey R. Capadona) # B1495-R ve bilim adamı ve mühendisleri (PECASE) (için Jeffrey R. Capadona) dan ABD bölümü, Gaziler İşleri rehabilitasyon için Cumhurbaşkanlığı erken kariyer Ödülü Araştırma ve geliştirme hizmeti. Ayrıca, bu eser kısmen, yardımcısı Savunma Bakanı Peer gözden tıbbi araştırma programı aracılığıyla Ödülü No altında Sağlık işleri için Office tarafından desteklenen W81XWH-15-1-0608. Yazarlar için onun yaz araştırma desteği finansman kaynağı kabul etmiş oluyorsunuz. İçeriği Amerika Birleşik Devletleri Department of Veterans Affairs veya Amerika Birleşik Devletleri hükümetinin görüşlerini temsil etmemektedir. Yazarlar Hiroyuki Arakawa CWRU kemirgen davranış çekirdek tasarımı ve kemirgen davranış protokollerini test onun rehberlik için teşekkür etmek istiyorum. Yazarlar ayrıca James Drake ve Kevin Talbot CWRU bölümü mekanik ve Havacılık ve uzay mühendisliği tasarımı ve kemirgen merdiven test imalat onların yardım için teşekkür etmek istiyorum.
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).
