Análise Sholl automatizado de Morfologia Neuronal Digitized em múltiplas escalas
Summary
Nós desenvolvemos um programa de computador para analisar a morfologia neuronal. Em combinação com dois existentes ferramentas de análise de código aberto, o nosso programa realiza análise de Sholl e determina o número de neurites, pontos de ramificação, e dicas de neurite. As análises são realizadas para que as mudanças locais na morfologia neurite pode ser observado.
Abstract
Morfologia neuronal desempenha um papel significativo na determinação de como os neurônios de função e comunicar 1-3. Especificamente, ele afeta a capacidade dos neurônios para receber insumos de outras células 2 e contribui para a propagação de potenciais de ação 4,5. A morfologia das neurites também afeta a forma como a informação é processada. A diversidade de morfologias dendrite facilitar a sinalização de faixa de locais e de longa e permitir que os neurônios individuais ou grupos de neurônios para realizar funções especializadas dentro da rede neuronal 6,7. Alterações na morfologia dendrite, incluindo a fragmentação dos dendritos e mudanças nos padrões de ramificação, foram observados em um número de estados de doença, incluindo a doença de Alzheimer 8, 9,10 esquizofrenia e retardo mental 11. A capacidade de entender os fatores que moldam morfologias dendrite e para identificar alterações nas morfologias dendrite é essencial na compreensão da função do sistema nervoso e disfunção.
Morfologia neuritos muitas vezes é analisado por análise de Sholl e contando o número de neurites e do número de pontas de galhos. Esta análise é geralmente aplicado a dendritos, mas também pode ser aplicado para os axônios. Fazer esta análise com a mão é tanto demorado e inevitavelmente introduz variabilidade devido ao preconceito de experimentador e inconsistência. O programa da fogueira é uma abordagem semi-automática para a análise da dendrite e morfologia axônio que se baseia em open-source disponíveis ferramentas de análise morfológica. Nosso programa permite a detecção de mudanças locais no dendrito e axônio ramificação comportamentos através da realização de análise de Sholl na sub-regiões do arbor neuríticas. Por exemplo, a análise de Sholl é realizado em ambos os neurônio como um todo, bem como sobre cada subconjunto de processos (primário, secundário, terminal root, etc) Dendrite e padronização axônio é influenciado por uma série de fatores intra e extracelulares, muitos agir localmente. Assim, a morfologia arbor resultante é um resultado de processos específicos agindo em neurites específicos, tornando-se necessário realizar uma análise morfológica em uma escala menor, a fim de observar estas variações locais 12.
O programa da fogueira requer o uso de duas ferramentas open-source de análise, o plugin para NeuronJ ImageJ e NeuronStudio. Neurônios são traçados no ImageJ e NeuronStudio é usado para definir a conectividade entre neurites. Bonfire contém uma série de scripts personalizados escritos em MATLAB (MathWorks) que são usados para converter os dados para o formato apropriado para posterior análise, verificar os erros do usuário, e, finalmente, realizar a análise Sholl. Finalmente, os dados são exportados para Excel para análise estatística. Um fluxograma do programa Bonfire é mostrado na Figura 1.
Protocol
Discussion
O programa Bonfire é um programa semi-automático para a análise de dendrite e morfologia axônio. Ela aumenta muito a eficiência ea precisão da análise de Sholl mais de realizar a análise manualmente. Além disso, o programa Bonfire salva os dados em cada etapa do processo, tornando possível a auditar os dados e verificar a precisão da análise. Portanto, a tarefa de análise de dados podem ser distribuídos para inúmeras pessoas sem comprometer a precisão. Por último, realizando a análise em sub-regiões d…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado em parte por um Biomédica Busch Grant, conceder NSF IBN-0548543, conceder NSF IBN-0919747, March of Dimes Foundation Grant 1-AF04-107, March of Dimes Foundation Grant 1-AF08-464 (para BLF). MKK e CGL foram apoiados pelo NIH Biotecnologia Training Grant GM008339 T32-20, e CGL também foi apoiado por uma Comissão NJ em Fellowship Spinal Cord Research Predoctoral 08-2941-SCR-E-0.
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| NeuronJ plugin | http://www.imagescience.org/meijering/software/neuronj/ | |||
| ImageJ software | http://rsbweb.nih.gov/ij/ | |||
| Bonfire program | http://lifesci.rutgers.edu/~firestein | |||
| NeuronStudio | http://research.mssm.edu/cnic/tools-ns.html | |||
| MatLab Program | MathWorks |
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