Évaluation expérimentale de la souris Sociabilité L'utilisation d'un traitement automatisé Approche d'image
概要
Ce protocole décrit un procédé pour quantifier la sociabilité de la souris. Les souris sont filmés comme ils se déplacent et interagissent dans une cage spéciale. traitement de film permet la quantification automatique de sociabilité avec une excellente précision et de fiabilité.
Abstract
La souris est l'organisme modèle préféré pour tester des médicaments visant à accroître la sociabilité. Nous présentons une méthode pour quantifier la sociabilité de la souris dans lequel la souris d'essai est placé dans un appareil standardisé et les comportements pertinents sont évalués en trois sessions différentes (appelée session de I, II et III).
L'appareil comporte trois compartiments (voir figure 1), les compartiments gauche et droit contiennent une coupe inversée qui peut loger une souris (appelé "souris de stimulation»).
Dans la session I, la souris d'essai est placé dans la cage et sa mobilité est caractérisée par le nombre de transitions effectuées entre les compartiments. Dans la session II, une souris de relance est placé sous l' une des tasses inversées et la sociabilité de la souris de test est quantifiée par les quantités de temps qu'il consacre près de la coupe contenant la souris de relance fermée par rapport à la coupe renversée vide. Dans la session III, les tasses inversées sont enlevés une d les deux souris interagissent librement. La sociabilité de la souris d'essai en session III est quantifiée par le nombre d'approches sociales qu'il fait vers la souris de relance et par le nombre de fois où il évite une approche sociale par la souris de relance.
L'évaluation automatisée du film détecte le nez de la souris de test, ce qui permet la détermination de toutes les mesures de sociabilité décrites dans la session I et II (en session III, les approches sont identifiés automatiquement, mais classés manuellement). Pour trouver le nez, l'image d'une cage vide est numériquement soustraite de chaque image du film et l'image résultante est binarisée d'identifier les pixels de la souris. La queue de la souris est automatiquement supprimé et les deux points les plus éloignés de la souris restante sont déterminés; ce sont près du nez et de base de la queue. En analysant le mouvement de la souris et en utilisant des arguments de continuité, le nez est identifié.
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Figure 1. Évaluation de Sociabilité Au cours de 3 sessions Session I ( en haut):.. Acclimatation de souris d'essai à la cage Session II (milieu):. Test de la souris se déplacer librement dans la cage alors que la souris de relance est enfermée dans une coupelle inversée Session III (en bas): Les deux souris de test et relance la souris sont autorisés à se déplacer librement et d'interagir les uns avec les autres.
Introduction
Sociabilités avec facultés affaiblies est l' un des domaines de symptômes primaires dans une gamme de troubles neurodéveloppementaux, y compris les troubles du spectre autistique (TSA) 1,2. Il limite sévèrement la capacité des patients à développer des relations et affecte grandement les patients, les familles et les soignants 2,3.
Dans un effort pour mieux comprendre le mécanisme sous – jacent avec facultés affaiblies sociabilité et développer des traitements, plusieurs modèles de souris ont été étudiés 1,4-9. Une telle souche est la souris BALB / c, une souche consanguine qui présente étonnamment faible sociabilité, les caractéristiques observées chez les patients avec ASD5 8-12 ressemblant. Par exemple, la souris BALB / c affiche une fréquence plus basse des approches sociales et une réponse généralement négative aux approches sociales par une souris de stimulation (par exemple, la prévention sociale) que la souche comparateur Swiss Webster 10.
Pour tester si un traitement proposé est effective dans l'augmentation de la sociabilité, des mesures objectives sont nécessaires. Un cadre largement accepté est d'analyser la sociabilité dans un appareil standardisé qui a trois compartiments (voir Figure 1).
Les compartiments gauche et droite contiennent chacun une coupe de fil inversé qui abrite une souris de relance socialement saillant. La souris d'essai est libéré dans l'appareil pendant trois intervalles de 10 min (sessions I-III); Session I évalue l'activité locomotrice de la souris de test, alors que les sessions II et III évaluer les différents aspects de la sociabilité de la souris d'essai.
Je en session, la souris de test est autorisé à acclimater à l'appareil. Dans cette session, le nombre de transitions que la souris d'essai fait entre les différents compartiments est mesurée. Fait important, les mesures de sociabilité obtenus dans l'appareil à trois compartiments standards sont dépendant de l'activité locomotrice et l'activité locomotrice réduite peuvent fausser l'interprétation des socidonnées de capacité.
Dans la session II, la souris d'essai se déplace librement et une souris de relance est placé sous l'une des tasses inversées (compensée). Les souris de relance sont de 4 semaines vieux consanguine ICR mâles souris, âge et le sexe appariés à des souris d'essai. La souris de stimulation est enfermée dans une coupe inversée dans la partie désignée comme le compartiment social et une coupelle inversée vide est placé dans la partie désignée comme le compartiment nonsocial. Dans la session II, la sociabilité de la souris de test est quantifiée en comparant le temps qu'il passe près de la tasse "social" inversé (moins de 2 cm) par rapport au temps qu'il passe près de la coupe inversée "nonsocial", et par le temps il passe dans le compartiment sociale par rapport au temps qu'il passe dans le compartiment nonsocial. souris comparateur Swiss Webster passent beaucoup plus de temps dans le compartiment social et près de la coupe inversée sociale par rapport à souris BALB / c qui ne montrent aucune préférence significative pour le développement socialcoupe inversée ou le compartiment sociale 12.
Dans la session III, les souris de test et de relance sont autorisés à interagir librement (tasses inversées sont enlevés). Mesures de sociabilité, des comportements stéréotypés et les transitions entre les compartiments sont obtenus de manière fiable à la troisième session de 10 min d'interactions entre le test et les souris de relance et analysé. Dans ce rapport, la sociabilité de la souris de test est quantifiée par deux mesures: 1) le nombre d'approches sociales, il fait vers la souris de relance, où une approche sociale est définie comme aller de l'avant (nez en premier) vers la souris de stimulation de sorte que la le nez est inférieure à 2 cm de la souris de relance; 2) le nombre d'évitements des approches sociales par la souris de relance. La souris de test est considéré comme évitant l'approche si elle tourne ou se déplace loin de la souris de relance, ou si elle arrête temporairement le déplacement ( «gel comportement») après que la souris de relance a approché la souris d'essai. BALB /souris c montrent une diminution du nombre d'approches sociales faites à la souris de relance et une augmentation du nombre de réponses négatives aux approches sociales par la souris de relance, par rapport à la souche de comparaison Swiss Webster 10.
L'évaluation des films de comportement a toujours été fait manuellement, à savoir, en regardant le film avec précaution (éventuellement à vitesse réduite) et l' activation de chronomètres pour le temps de la souris passe dans un certain compartiment ou à proximité de l' une des tasses inversées 10. Cette méthode nécessite en regardant du film de manière répétée et est donc beaucoup de temps. En outre, la précision est limitée par le temps de réaction de l'évaluateur pour les mesures du chronomètre et la capacité à percevoir si la souris est à moins de 2 cm de la coupe inversée. Dans des travaux récents, deux composés, (D-sérine et la D-cyclosérine) se sont avérés efficaces dans le rétablissement de la sociabilité souris BALB / c 9,10,12. Il est connu que les deux composants modula fin du récepteur NMDA, qui est connu pour jouer un rôle central dans le comportement social 2,12. Une large gamme de composés est connue pour moduler l'activité des récepteurs NMDA dans une variété de façons bien définies, et le risque d'une percée dans le traitement TSA rend l'évaluation accélérée de ces composés, une priorité et une méthode rapide et automatique pour une évaluation hautement souhaitable.
Décrite ci-dessous est un procédé d'analyse automatique mis au point pour l'évaluation de la sociabilité de la souris. Il utilise des méthodes de traitement d'image sur toutes les images des films de souris pour identifier la position de la souris ou la souris. Dans les sessions I et II, il détecte encore la position du nez et l'utilise pour calculer des mesures de sociabilité. Dans la session III, il détecte automatiquement toutes les approches, mais la classification manuelle (approche sociale, évitement social, ou autre) est nécessaire.
Protocol
Representative Results
Discussion
En combinant souris enregistrement vidéo et analyse automatique de film, nous avons créé une technique abordable, fiable criblage à haut débit.
La précision de l'analyse automatisée a été comparée avec les résultats de l'analyse manuelle pour plus de 100 films. Dans l'écrasante majorité des cadres (> 99%) des cadres, le nez de la souris est identifié avec une bonne précision. La plupart des (rares) misdetections ont aucun effet sur les mesures de sociabilité, d…
開示
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Cette recherche a été soutenue par les subventions du Conseil de recherche en santé du Commonwealth de Virginie.
Materials
| Plexiglas cage | Norva Plastics, Norfolk, VA | custom made | Dimensions and layout described in manuscript, can be adjusted according to needs. Use non-reflective plexiglas for to facilitate image processing |
| Wire cups | Kitchen plus | 315 | Use one to house stimulus mouse, one empty |
| Video camera | SONY | HDR-PJ790 | Can be replaced by any camera with Comparable specifications |
| OpenCV (Image processing library) | Willow Garage | N/A | Any modern image processing library can be used. |
参考文献
- Brodkin, E. S. BALB/c mice: Low sociability and other phenotypes that may be relevant to autism. Behavioural Brain Research. 176, 53-65 (2007).
- Deutsch, S. I., Burket, J. A., Urbano, M. R., Herndon, A. L., Winebarger, E. E., Mohammadi, M. A. Impaired sociability of the BALB/c mouse, an animal model of autism spectrum disorders, is attenuated by NMDA receptor agonist interventions: clinical implications. Comprehensive Book on Autism Spectrum Disorders. , 323-342 (2011).
- Dunn, M. E., Burbine, T., Bowers, C. A., Tantleff-Dunn, S. Moderators of stress in parents of children with autism. Community Mental Health Journal. 37, 39-52 (2001).
- Babineau, B. A., Yang, M., Berman, R. F., Crawley, J. N. Low home cage social behaviors in BTBR T+tf/J mice during juvenile development. Physiology & Behavior. 114-115, 49-54 (2013).
- Benson, A. D., Burket, J. A., Deutsch, S. I. BALB/c mice treated with d-cycloserine arouse increased social interest in conspecifics. Brain Research Bulletin. 99, 95-99 (2013).
- Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. Rapamycin improves sociability in the BTBR T(+)Itpr3(tf)/J mouse model of autism spectrum disorders. Brain Research Bulletin. 100, 70-75 (2014).
- Burket, J. A., Benson, A. D., Tang, A. H., Deutsch, S. I. D-Cycloserine improves sociability in the BTBR T+ Itpr3tf/J mouse model of autism spectrum disorders with altered Ras/Raf/ERK1/2 signaling. Brain Research Bulletin. 96, 62-70 (2013).
- Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Locomotor activity of the genetically inbred BALB/c mouse strain is suppressed by a socially salient stimulus. Brain Research Bulletin. 83, 255-256 (2010).
- Deutsch, S. I., et al. D-cycloserine improves sociability and spontaneous typic behaviors in 4-week old mice. Brain Research. 1439, 96-107 (2012).
- Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Deutsch, S. I. Genetically inbred BALB/c mice differ from outbred Swiss Webster mice on discrete measures of sociability: relevance to a genetic mouse model of autism spectrum disorders. Autism Research. 4, 393-400 (2011).
- Jacome, L. F., Burket, J. A., Herndon, A. L., Cannon, W. R., Deutsch, S. I. D-serine improves dimensions of the sociability deficit of the genetically-inbred BALB/c mouse strain. Brain Research Bulletin. 84, 12-16 (2011).
- Deutsch, S. I., Burket, J. A., Jacome, L. F., Cannon, W. R., Herndon, A. L. D-Cycloserine improves the impaired sociability of the BALB/c mouse. Brain Research Bulletin. 84, 8-11 (2011).
- Shih, F. Y. . Image Processing and Mathematical Morphology: Fundamentals and Applications. , (2009).
- Nixon, M. . Feature Extraction & Image Processing. , (2008).
- National Research Council. . Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. , (2011).
