الآلي Sholl تحليل الصرف متعلق بالخلايا العصبية رقمية على مستويات متعددة
Summary
قمنا بتطوير برنامج كمبيوتر لتحليل مورفولوجيا الخلايا العصبية. في تركيبة مع اثنين من القائمة أدوات التحليل مفتوحة المصدر ، برنامجنا ينفذ تحليل Sholl ويحدد عدد neurites ، نقطة تفرع ، ونصائح neurite. يتم إجراء التحاليل بحيث يمكن ملاحظة التغيرات المحلية في التشكل neurite.
Abstract
مورفولوجيا الخلايا العصبية تلعب دورا هاما في تحديد كيفية وظيفة الخلايا العصبية والتواصل 1-3. على وجه التحديد ، فإنه يؤثر على قدرة الخلايا العصبية لتلقي مدخلات من الخلايا الأخرى (2) ويسهم في انتشار إمكانات العمل 4،5. ومورفولوجية neurites يؤثر أيضا على كيفية معالجة المعلومات. تنوع morphologies تغصن تسهيل الإشارات المحلية والبعيدة المدى والسماح الخلايا العصبية الفردية أو مجموعات من الخلايا العصبية للقيام بالمهام المتخصصة داخل الشبكة العصبية 6،7. وقد لوحظت تغييرات في التشكل تغصن ، بما في ذلك تفتيت التشعبات والتغيرات في أنماط المتفرعة ، في عدد من الحالات المرضية ، بما في ذلك مرض الزهايمر 8 ، 9،10 الفصام والتخلف العقلي 11. القدرة على فهم كل من العوامل التي تشكل morphologies تغصن وتحديد التغيرات في morphologies تغصن أساسي في فهم وظيفة الجهاز العصبي وخلل وظيفي.
ويتم تحليل كثير من الأحيان عن طريق تحليل مورفولوجيا Neurite Sholl وحساب عدد neurites وعدد من النصائح فرع. يتم تطبيق هذا التحليل عموما على التشعبات ، ولكن يمكن أيضا أن يطبق على المحاور. أداء هذا التحليل على حد سواء باليد تستغرق وقتا طويلا ويدخل حتما تقلب بسبب تحيز المجرب والتضارب. برنامج موقد هو نهج شبه الآلي لتحليل وتغصن محواري مورفولوجيا أن يبني المتاحة المصدر المفتوح أدوات التحليل الصرفي. برنامجنا تمكن من الكشف عن التغيرات المحلية في تغصن ومحوار المتفرعة عن طريق إجراء تحليل السلوكيات Sholl على الشجرة الفرعية للالتهاب الأعصاب. على سبيل المثال ، يتم تنفيذ Sholl التحليل على الخلايا العصبية على حد سواء ككل وكذلك على كل جزئية من العمليات (الابتدائي والثانوي والمحطة ، وجذر ، الخ) ويتأثر تغصن والزخرفة محور عصبي من جانب عدد من العوامل داخل وخارج الخلايا ، وكثير يتصرف محليا. وبالتالي ، فإن الناتج هو جذع التشكل نتيجة لعمليات محددة بناء على neurites محددة ، مما يجعل من الضروري إجراء تحليل الصرفي على نطاق أصغر من أجل مراعاة هذه الاختلافات المحلية 12.
برنامج مشعلة يتطلب استخدام اثنين من أدوات التحليل مفتوح المصدر ، البرنامج المساعد لNeuronJ ImageJ وNeuronStudio. وتتبع الخلايا العصبية في ImageJ ، ويستخدم لتحديد NeuronStudio الربط بين neurites. الشعلة يحتوي على عدد من النصوص المكتوبة في العرف MATLAB (MathWorks) التي تستخدم لتحويل البيانات إلى الشكل المناسب لمزيد من التحليل ، والتحقق من المستخدم للأخطاء ، وإجراء تحليل Sholl في نهاية المطاف. أخيرا ، يتم تصدير البيانات إلى Excel للتحليل الإحصائي. ويبين الرسم البياني للبرنامج مشعلة في الشكل 1.
Protocol
Discussion
البرنامج هو برنامج مشعلة شبه الآلي لتحليل تغصن ومورفولوجيا محور عصبي. لأنه يزيد كثيرا من كفاءة ودقة التحليل Sholl على أداء تحليل يدويا. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر برنامج مشعلة البيانات في كل خطوة من العملية ، مما يجعل من الممكن لتدقيق البيانات والتحقق من دقة التحليل. ولذلك…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل في جزء من المنحة الطبية بوسكه NSF ، منح IBN 0548543 – NSF ، منح بن 0919747 مارس من الدايمات مؤسسة المنح 1 – FY04 – 107 ، مارس من الدايمات مؤسسة المنح 1 – FY08 – 464 (لBLF). وقدم الدعم وMKK CGL بواسطة التكنولوجيا الحيوية NIH T32 المنح التدريبية GM008339 – 20 ، وكان مدعوما أيضا من قبل لجنة CGL نيوجيرسي على الحبل الشوكي زمالة أبحاث Predoctoral 08-2941 – SCR – E – 0.
Materials
| Material Name | Typ | 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 |
Referenzen
- Elston, G. N. Pyramidal cells of the frontal lobe: all the more spinous to think with. J Neurosci. 20, (2000).
- Koch, C., Segev, I. The role of single neurons in information processing. Nat Neurosci. , 1171-1177 (2000).
- Poirazi, P., Mel, B. W. Impact of active dendrites and structural plasticity on the memory capacity of neural tissue. Neuron. 29, 779-796 (2001).
- Schaefer, A. T., Larkum, M. E., Sakmann, B., Roth, A. Coincidence detection in pyramidal neurons is tuned by their dendritic branching pattern. J Neurophysiol. 89, 3143-3154 (2003).
- Vetter, P., Roth, A., Hausser, M. Propagation of action potentials in dendrites depends on dendritic morphology. J Neurophysiol. 85, 926-937 (2001).
- Hausser, M., Spruston, N., Stuart, G. J. Diversity and dynamics of dendritic signaling. Science. 290, 739-744 (2000).
- Brette, R. Simulation of networks of spiking neurons: a review of tools and strategies. J Comput Neurosci. 23, 349-398 (2007).
- Arendt, T., Zvegintseva, H. G., Leontovich, T. A. Dendritic changes in the basal nucleus of Meynert and in the diagonal band nucleus in Alzheimer’s disease–a quantitative Golgi investigation. Neurowissenschaften. 19, 1265-1278 (1986).
- Harrison, P. J. The neuropathology of schizophrenia. A critical review of the data and their interpretation. Brain. 122, 593-624 (1999).
- Lewis, D. A., Glantz, L. A., Pierri, J. N., Sweet, R. A. Altered cortical glutamate neurotransmission in schizophrenia: evidence from morphological studies of pyramidal neurons. Ann N Y Acad Sci. 1003, 102-112 (2003).
- Kaufmann, W. E., Moser, H. W. Dendritic anomalies in disorders associated with mental retardation. Cereb Cortex. 10, 981-991 (2000).
- Georges, P. C., Hadzimichalis, N. M., Sweet, E. S., Firestein, B. L. The yin-yang of dendrite morphology: unity of actin and microtubules. Mol Neurobiol. 38, 270-284 (2008).
- Firestein, B. L. Cypin: a cytosolic regulator of PSD-95 postsynaptic targeting. Neuron. 24, 659-672 (1999).
