Une roman Animal unique motricité Tracking System à l’aide d’un logiciel Simple, facilement accessible
Summary
La présente étude vise à automatiser la quantification des déficits moteurs chez le rat. Le modèle d’évaluation initiale évalue la perte moteur résultant d’une implantation intracortical microélectrode dans le cortex moteur. Nous rapportons sur le développement et l’utilisation d’un algorithme de suivi à l’aide de facilement adaptable, simple et facilement disponible, logiciel de codage.
Abstract
Nous avons récemment démontré qu’implantation intracorticales microélectrodes dans le moteur corteces de rats se traduit par des déficits moteurs immédiats et durables. Handicap moteur ont été quantifiés manuellement grâce à un test de grille de plein champ pour mesurer la fonction motrice brute et grâce à un test de l’échelle pour mesurer la motricité fine. Ici, nous discutons une technique permettant la quantification automatique des tests enregistrées à l’aide de notre système sur l’analyse comportementale vidéo personnalisé Capadona : grille et Test de l’échelle ou BVAS. S’appuyant sur simples et facilement disponibles, logiciel de codage (voir la Table des matières), ce programme permet le suivi d’un seul animal sur la grille de plein champ et les tests de l’échelle. En ouvrir grille de champ suivi, les seuils du code de la vidéo pour l’intensité, suit la position du rat sur une durée de 3 min de l’essai de la grille et analyse le chemin d’accès. Ensuite, il calcule et retourne les mesures de la distance totale parcourue, la vitesse maximale, le nombre de tours à gauche et à droite handed et le nombre total de lignes de la grille traversé par le rat. Dans échelle de suivi, le code à nouveau seuils la vidéo pour l’intensité, suit le mouvement du rat dans l’ensemble de l’échelle, et retourne les mesures calculées y compris le temps qu’il a fallu le rat pour traverser l’échelle, le nombre de patte de glisse se produisant sous le plan de la barreaux de l’échelle et la fréquence des pannes dues à la stagnation ou renversements. Nous prévoyons que le BVAS développé ici peut être employé pour l’analyse de la fonction motrice dans une variété d’applications, y compris plusieurs modèles de lésion ou de maladie.
Introduction
Il existe de nombreuses méthodes établies pour évaluer les moteur fonctionnel et comportementaux et cognitifs1,2,3. Certaines des méthodes plus couramment utilisés comportent des tests de motricité fine par patte placement et que la coordination de membre sur une échelle test4, tests bruts de la fonction motrice et stress comportement via le test de quadrillage de plein champ5 ,6et les essais pour la peur, la dépression et désespoir par la nage forcée d’essai7,8 ou rotor tige9. Cependant, beaucoup de ces méthodes s’appuient sur des chercheurs humains de « marquer » l’animal ou de juger sa performance subjectivement. La nécessité d’une évaluation subjective humaine peut ralentir la génération et l’analyse des données, ainsi que présenter la possibilité d’une influence intentionnelle ou involontaire de partialité de la recherche dans l’étude de10. Nouvelle évaluation subjective des données présente aussi le risque de la représentation des données inexactes, que ce soit par oubli, mauvaise motivation, formation inadéquate ou négligence11.
Nous avons récemment rapporté l’utilisation d’une plein champ grille testé et un test de l’échelle chez des rats porteurs de microélectrodes intracortical12,13. En raison de la nouveauté des conclusions de ces études, nous avons immédiatement commencé à employer des et des tests fonctionnels supplémentaires dans de nombreuses études en cours dans le laboratoire. En prévision de la variabilité d’origine humaine involontaire résultant de l’augmentation du nombre d’évaluateurs subjectives et d’améliorer le débit de l’analyse, nous avons décidé de créer un programme automatisé, assistée par ordinateur pour marquer des tests comportementaux, et limiter considérablement le risque d’erreur.
Nous rapportons ici, sur le développement de la BVAS. Le BVAS utilise l’analyse par ordinateur de marquer un essai de grille de plein champ et une épreuve de l’échelle comme paramètres de la fonction motrice brute et fine, respectivement. Les résultats peuvent servir à élucider les déficits de motricité possible causées par accident ou maladie, quel que soit le modèle de blessure ou de maladie. Les codes d’analyse peuvent être adaptés pour tenir compte des modifications dans les équipements de tests comportementaux ou de marquer les différents paramètres de la fonction motrice. Par conséquent, le BVAS peut être implémenté dans de nombreuses applications, au-delà de notre destination ou l’usage de celles actuellement utilisées par les autres laboratoires.
Notez que les essais de plein champ grille et échelle nécessitent des enregistrement vidéo. Par conséquent, chaque test exigera une caméra vidéo [1080p, minimums 15 images par seconde (fps)], un ordinateur portable et une salle pour stocker les données vidéo. Pour les deux tests, placer la caméra en position centrée, permettant à l’appareil être vu sur le châssis. L’ancrage de la caméra sur un trépied ou un échafaudage afin qu’il ne bouge pas pendant le test. Que les contours de l’image vidéo plus près parallèle aux bords de l’appareil d’essai possible. N’oubliez pas le même personnel effectuer tous les essais et la chambre est bien éclairée avec un système de contrôle de la température. Utiliser la même salle pour tous les animaux tout au long de l’essai, avec des changements minimes dans la chambre. Céréales ou chips de banane faire bonne récompense pour encourager les animaux pour compléter les tests de comportement.
Protocol
Representative Results
Discussion
La partie plus critique du Protocole visant à assurer une analyse forte est le tournage cohérente. Si les vidéos sont bien éclairés et filmé à l’emplacement correct, tel que discuté dans l’article premier du protocole, le système sera capable de faire une analyse précise. Comme avec n’importe quel problème de traitement d’images, le travail accompli en prétraitement fera le post-traitement, plus précis et plus simple. Par conséquent, en s’assurant que les appareils et les animaux est bien éclair?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette étude a été financée par le prix du mérite examen # B1495-R (pour Jeffrey R. Capadona) et la présidentielle Early Career Award pour scientifiques et ingénieurs (PECASE) (de Jeffrey R. Capadona) de l’United States département d’anciens combattants affaires remise en état Recherche et développement Service. En outre, ce travail a été soutenu en partie par le Bureau de l’Assistant Secretary of Defense for Health Affairs, grâce au programme recherche médicale revue de pairs sous sentence n° W81XWH-15-1-0608. Les auteurs remercient SOURCE pour ses recherches de l’été un soutien financier. Le contenu ne représente pas les vues des États-Unis Ministère des anciens combattants ou le gouvernement des États-Unis. Les auteurs tiens à remercier Hiroyuki Arakawa dans le noyau de comportement du rongeur CWRU pour ses conseils à concevoir et tester les protocoles comportements rongeurs. Les auteurs tiens également à remercier James Drake et Kevin Talbot de la CWRU département de génie mécanique et aérospatial pour leur aide dans la conception et de fabrication le test échelle de rongeurs.
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 |
Riferimenti
- 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).
