Automatisierte Sholl Analyse digitalisierter neuronale Morphologie bei Multiple Scales
Summary
Wir haben ein Computer-Programm, um neuronale Morphologie Analyse entwickelt. In Kombination mit zwei bestehenden Open-Source-Analyse-Tools, führt unser Programm Sholl Analyse und bestimmt die Anzahl der Neuriten, Verzweigungspunkte, und Neuriten Tipps. Die Analysen werden, so dass lokale Änderungen in Neuriten Morphologie beobachtet werden durchgeführt.
Abstract
Neuronale Morphologie spielt eine bedeutende Rolle in der Festlegung, wie Neuronen und Funktion kommunizieren 1-3. Konkret betrifft es die Fähigkeit der Neuronen Signale von vorgeschalteten Zellen erhalten 2 und trägt zur Ausbreitung der Aktionspotentiale 4,5. Die Morphologie der Neuriten beeinflusst auch, wie Informationen verarbeitet werden. Die Vielfalt der Dendriten Morphologien erleichtern lokalen und Long Range Signalisierung und ermöglichen einzelner Neurone oder Gruppen von Neuronen durchzuführen spezialisierte Funktionen innerhalb des neuronalen Netzes 6,7. Änderungen in Dendriten Morphologie, auch die Fragmentierung von Dendriten und Veränderungen in der Verzweigung Muster, haben in einer Reihe von Erkrankungen, darunter Alzheimer 8, Schizophrenie 9,10 und geistige Behinderung 11 beobachtet worden. Die Fähigkeit, beide verstehen die Faktoren, die Dendriten Morphologien zu gestalten und Veränderungen in Dendriten Morphologien zu identifizieren ist wichtig für das Verständnis der Funktion des Nervensystems und Störungen.
Neuriten Morphologie wird oft durch Sholl Analyse und durch Zählen der Anzahl der Neuriten und die Anzahl der Zweigspitzen analysiert. Diese Analyse ist in der Regel um Dendriten angewandt, aber es kann auch Axone angewendet werden. Die Durchführung dieser Analyse von Hand ist sehr zeitaufwändig und führt zwangsläufig zu Variabilität durch Experimentator Bias und Inkonsequenz. Die Bonfire-Programm ist ein semi-automatisches Verfahren zur Analyse von Dendriten und Axonen Morphologie, die auf verfügbare Open-Source-morphologische Analyse-Tools baut. Unser Programm ermöglicht die Erfassung von lokalen Veränderungen in Dendriten und Axonen Verzweigung Verhalten, indem Sholl Analyse auf Teilbereiche des neuritischen Laube. Zum Beispiel ist Sholl Analyse sowohl auf das Neuron als Ganzes als auch auf jeder Teilmenge von Prozessen (Primar-, Sekundar-, Terminal-Wurzel, etc.) Dendrite und Axone Strukturierung ist durch eine Reihe von intra-und extrazellulären Faktoren beeinflusst durchgeführt, viele lokal handeln. Somit ist die resultierende Welle Morphologie aufgrund der spezifischen Prozesse, die auf spezifische Neuriten, die es erforderlich machen morphologische Analyse in einem kleineren Maßstab durchzuführen, um diese lokalen Varianten 12 zu beobachten.
Die Bonfire-Programm erfordert die Verwendung von zwei Open-Source-Analyse-Tools, die NeuronJ Plugin ImageJ und NeuronStudio. Neuronen sind in ImageJ zurückverfolgt und NeuronStudio wird verwendet, um die Konnektivität zwischen Neuriten zu definieren. Bonfire enthält eine Reihe von benutzerdefinierten Skripts in MATLAB (MathWorks) geschrieben, die verwendet werden, um die Daten in das entsprechende Format zu konvertieren für weitere Analysen sind für den Benutzer Fehler zu überprüfen und letztlich durchführen Sholl Analyse. Schließlich werden die Daten in Excel für statistische Auswertungen exportiert werden. Ein Ablaufplan der Bonfire-Programm ist in Abbildung 1 dargestellt.
Protocol
Discussion
Die Bonfire-Programm ist ein semi-automatisiertes Programm für die Analyse von Dendriten und Axonen Morphologie. Es erhöht die Effizienz und Genauigkeit der Sholl Analyse über die Durchführung der Analyse manuell. Darüber hinaus spart der Bonfire-Programm die Daten bei jedem Schritt des Prozesses, die es ermöglichen, die Daten zu prüfen und die Genauigkeit der Analyse zu überprüfen. Daher kann die Aufgabe der Datenanalyse an zahlreiche Einzelpersonen ohne Beeinträchtigung der Genauigkeit verteilt werden. Schli…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde teilweise durch einen Busch Biomedical Grant, NSF gewähren IBN-0548543, NSF gewähren IBN-0919747, March of Dimes Foundation Grant 1-FY04-107, March of Dimes Foundation Grant 1-FY08-464 (zum BLF) unterstützt. MKK und CGL wurden von NIH Biotechnology Training Grant T32 GM008339-20 unterstützt, und CGL wurde auch durch eine NJ Kommission Rückenmarksforschung Promotionsstipendium 08-2941-SCR-E-0 unterstützt.
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 |
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